11/02/2019

Analisi del cammino nei vari stadi dello sviluppo

Dott.ssa Elena CarraroSpecialista in Medicina Fisica e Riabilitazione

Centro Clinico Nemo – Fondazione Serena Onlus - Milano

L’evoluzione dell’andatura bipede nell’uomo

• Acquisizione dell’andatura bipede: circa 8 o 10 milioni di anni fa, epoca incui la linea degli ominidi primordiali si separò dagli altri primati.

• Le ossa del bacino di uno scheletro (Etiopia,1974), risalente a 3.000.000 dianni fa, testimoniano che la stazione eretta e il cammino erano già acquisitie consolidati.

L’evoluzione dell’andatura bipede nell’uomo

• Le caratteristiche della pelvi di un bipede riflettono la meccanica dell’andatura

• Oltre alla posizione, il nostro organismo ha dovuto adattare anche la morfologia dei vari distretti e della muscolatura (processo di “brachipelvizzazione”)

• Andatura bipede: passo evolutivo fondamentale nella storia dell’uomo, e caratteristica distintiva della nostra specie.

a. Prerequisiti allo sviluppo del cammino

Adeguato controllo motorio

Sviluppo del SNC

Adeguato RoM

Forza muscolare (sufficiente a sostenere il peso corporeo)

Appropriato sistema scheletrico

Sensibilità integra

Sufficiente stabilità per mantenere l’equilibrio durante la sequenza del passo

Abilità di adattare le caratteristiche del cammino alle mutevoli condizioni ambientali

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b. Prerequisiti allo sviluppo del cammino

Lo sviluppo di un pattern motorio di cammino dipende da

una combinazione di fattori:

neurologici,

meccanici,

cognitivi

percettivi

Fattori Neurologici

L’organizzazione e la funzione neurale di base utilizzata per attivare la locomozione è controllata da

- Un generatore centrale di schema (Central Pattern Generator)localizzato nel midollo spinale o nel tronco encefalico.

- Efferenze neurali discendenti che attivano il CPG, mentre input siadiscendenti e ascendenti ne modificano l’output adattandolo alladeambulazione.

Il CPG organizza la attivazione e le sequenze di attivazione dei gruppimuscolari necessari durante il cammino

Meccanismi coinvolti nel controllo del movimento

Attivazione differenziale di aree motorie e pre-motorie

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Evoluzione del pattern di attivazione con età

Il Cammino:Fasi del ciclo del passo

Fase di stance (60%) Fase di swing (40%)

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Prerequisiti del cammino normale

1. Stabilita’

2. Sufficiente stacco del piede dal suolo

3. Appropriata fase di oscillazione con corretto posizionamento del piede

4. Adeguata lunghezza del passo

5. Efficienza energetica

Nel bambino piccolo il cammino inizia senza questi prerequisiti!

Evoluzione degli schemi pre-locomotori

Le 9 fasi di raddrizzamento dalla posizione prona secondo McGraw (1945)

4-5^ mese: acquisita l’estensione del torace, presenti movimenti di tipo propulsivo a carico degli AASS e AAII

Dopo il 6^ mese emerge più organizzato lo schema dello striscio (abdominal Creeping) prima con propulsione prevalente con gli AASS poi con propulsione ai 4 arti e con schema alterno

Dal 8-9^ mese lo schema del cammino carponi con appoggio sulle mani e sulle ginocchia viene acquisito come modalità di spostamento locomotorio in posizione orizzontale e come fase di passaggio autonomo alla postura seduta

Controllo della postura carponi nel 100% dei bambini solo dopo i 15 mesi

Controllo della postura eretta autonoma

7-9 mesi: attivazione di sinergie muscolari posturali nei gruppi distali delle caviglie

9-11 mesi attivazione di sinergie muscolari posturali nei gruppi muscolari delle cosce e in seguito del tronco

12-18 mesi acquisizione della postura eretta senza sostegno

Fino ai 7 anni progressivo miglioramento della stabilità posturale che permette al bambino attività manipolatorie o abilità motorie complesse nella stazione eretta senza la perdita dell’equilibrio

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Fasi di sviluppo del cammino

Attività locomotoria fetale (a partire dalla 5°settimana Post-concezionale)

Stepping neonatale (ritenuto fino al 2° mese, supporta il 40% del peso e non ha controllo posturale)

Cammino con sostegno (comparsa di attivazioni muscolari utili alla progressione e attivate dal contatto)

Cammino indipendente

Cammino maturo

7 Fasi della locomozione secondo McGraw

1. Attività locomotoria fetale (a)

A 7-8 settimane di età concezionale il sistema nervoso fetale è già in grado di produrre un repertorio di movimenti spontanei autogenerati, non di natura riflessa (Milano-Comparetti; Prechtl)

La prima attività locomotoria simile al cammino appare nel feto tra la 10° e la 12° SG e continua fino alla nascita

Movimenti alterni di flesso-estensione (simili a quelli del neonato)

Favorisce posizione e progressione del feto nel canale del parto

2. Stepping neonatale (a)

Marcia Automatica: evocata tenendo il bambino in stazione eretta e facendogli toccare una superficie con la pianta dei piedi

Va riducendosi verso la fine del primo mese di vita per scomparire entro il 4 mese

Significato:

• Modello di sviluppo maturazionista: comportamento riflesso che scompare per inibizione conseguente alla maturazione dei centri cortico-sottocorticali

• Manifestazione dell’attività del Central Pattern Generation, network spinale innato

Persiste in immersione in acqua

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2. Stepping neonatale (b)

Ivanenko et al. 2013

3. Cammino con sostegno (a)

Tra il 7° e il 9° mese, i sistemi visivi, propriocettivi e vestibolari lavorano insieme per portare la massa centrale del corpo (COG ) di nuovo ad una posizione stabile.

Movimenti di flesso-estensione Volontari e Finalizzati

Marcia caratterizzata da cammino sostenuto, ampia abduzione e rotazione esterna delle anche,

flessione anche e ginocchia,

gambe arcuate e tallone valgo.

il b/o è in grado di sostenere il peso corporeo ma NON è in grado di mantenere l’equilibrio (circuiti deputati al controllo spinale non maturi)

4. Cammino indipendente (digitigrado) (a)

Il centro di massa corporea ( COG ) è più vicino alla testa e tronco superiore, a livello toracico inferiore

Ampia variabilità interindividuale

Pattern immaturo

Persiste co-attivazione simultanea di muscoli flessori ed estensori

Cammino Digitigrado

Tra i 9 e i 18 mesi

Bambino 14 mesi

4. Cammino indipendente (digitigrado) (b)

Bambino di 1 anno

larga base di supporto (raggiunta la stabilità medio-laterale, limitata la antero-posteriore),

braccia alzate e prive di movimenti alterni,

aumentata flessione di anche e ginocchia,

contatto iniziale plantigrado;

ridotta lunghezza del passo, aumentata cadenza e relativo piede cadente in fase di volo

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4. Cammino indipendente (digitigrado) (c)

Linea tratteggiata dopo 1 mese dal cammino indipendente, linea rossa dopo 4 mesi

Hallemans et al. 2006

4. Cammino indipendente (II fase) (a)

Dal 2° anno di vita inizia a svilupparsi il cammino plantigrado (cammino maturo)

Progressiva desincronizzazione dei movimenti delle singole articolazioni con conseguente maggior fluidità della sequenza del passo

Bambino di 24 mesi

4. Cammino indipendente (II fase) (b)

Bambino di due anni Riduzione della base di appoggio con

minor abduzione e rotazione dell’anca,

inizia a presentarsi l’estensione di anche e ginocchia,

iniziano i movimenti alterni delle braccia,

compare dorsiflessione in fase di contatto iniziale (heel strike)

Il centro di massa corporea è più vicino agli arti inferiori

La durata della fase di appoggio rimane prolungata e la cadenza aumentata

5. Cammino maturo (a)

Pattern di cammino e aspetti neurofisiologici corrispondenti a quelli dell’adulto

Acquisizione delle abilità di modulare il ritmo, la velocità e la sequenza del passo in relazione alle caratteristiche del suolo o alla presenza di ostacoli

Bambina di 7 anni

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5. Cammino maturo (b)

I parametri spazio-temporali continuano a variare con l'età e la statura

La posizione del tallone è neutrale all’età di circa 7 anni

Il centro di massa corporea è ancora più alto che nell'adulto, a livello della 3 vertebra lombare

Acquisizione delle abilità di modulare il ritmo, la velocità e la sequenza del passo in relazione alle caratteristiche del suolo o alla presenza di ostacoli

Bambina di 7 anni

Indicatori di cammino maturo (a)

Aumento % del tempo della fase di singolo appoggio con aumento dellalunghezza della gamba e della stabilità (specie intorno ai 2.5 anni)

Aumentata lunghezza del passo (specie intorno ai 2.5 anni)

Aumentata velocità (specie intorno ai 3.5 anni)

Diminuita cadenza

Ridotta base di appoggio (specie dopo i 4 anni)

Movimenti pendolari reciproci degli arti inferiori

La lunghezza del passo, la velocità e la cadenza pari a quelledell’adulto vengono raggiunte intorno ai 15 anni

Variazione parametri spazio-temporali

• Lunghezza del passo (step lenght): varia da 21.6 cm a 1 anno a 47.9 cm a 7 anni

• Lunghezza del ciclo (stride lenght): varia da 43 cm a 1 anno a 96.5 cm a 7 anni

• Cadenza: varia da 24/min a 1 anno a 14/min a 7 anni

• Velocità: varia da 35m/min a 1 anno a 70m/min a 7 anni

Sutherland, 1988

Variazione parametri spazio-temporali

Per l’adulto esistono parametri normativi, nel bambino i parametri variano in base a: Età

Caratteristiche dello sviluppo staturale

Caratteristiche dello sviluppo scheletrico

Froehle et al. 2013

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Normalizzazione

Hof et al. 1996

Stansfield et al. 2003, 2006 Dixon et al. 2014

Grieve et al. 1966Stolze et al. 1998

Indicatori di cammino maturo (b)

Quali strategie per l’evoluzione del cammino dal neonato all’adulto?

1. Gli schemi motori tipici della deambulazione dell’adulto vengono selezionati da un più ampio menu presente alla nascita

2. I pattern primitivi vengono scartati e sostituiti dai pattern adultomorfi

3. I pattern primitivi vengono mantenuti e arricchiti durante lo sviluppo con nuovi schemi

E’ possibile un’analisi del cammino «qualitativa» (non o poco strumentale)?

Problema metodologico?

Utilizzo di telecamera?

Cammino spontaneo?

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Analisi osservazionale con videoregistrazione

Evitare di posizionare la TVC vicino al soggetto-usare Zoom

Non serve spostare la TVC più indietro di 8 metri

Mantenere la TVC centrale al percorso

Le immagini sul piano frontale sono più realistiche quando il soggetto è più distante

Procedura di registrazione:

Full body su piano frontale e sagittale centrando la TVC sull’anca

Solo gambe sul piano sagittale e solo piedi sul piano coronale centrando la TVC sul piede

Analisi osservazionale su piano sagittale

Caviglia: rockers, appoggio calcaneare o in equino

Ginocchio: Estensione durante l’appoggio

Flessione durante l’oscillazione

Anca: estensione

Pelvi: allineamento pelvico

Lunghezza del passo

(effetto degli AFO su caviglia, ginocchio e anca)

Analisi osservazionale sul piano coronale

Abduzione/adduzione

Obliquità pelvica

Angolo di progressione del piede

Inferenze sul piano trasversale (problemi di rotazione)

Debolezza pelvica

(con e senza ausilii)

Analisi del camminoApproccio analitico --> protocollo di valutazione

cinematica del cammino di Boccardi

Approccio sintetico --> Gait analysis form by Rancho Los Amigos

Scale «quantitative del cammino»

Physicians Rating Scale (PRS)

Observational Gait Scale (OGS)

Visual Gait Assessment Scale (VGAS)

Edinburg gait Score (EGS)

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Rancho Los Amigos

Visual Gait Assessment Scale

Edinburgh Visual Gait ScoreRead et al. 2003

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GAIT ANALYSIS

«La possibilità di misurare una funzione motoria con obiettività matematica, e non a colpo d’occhio, ci porta verso una nuova era per la preparazione degli interventi chirurgici ortopedici e per l’elaborazione dei successivi piani riabilitativi »

D. Sutherland

Analisi quantitativa strumentale

Il salto di qualità verso una analisi quantitativa efficace che possa supportare (e non sostituire!) l’approccio clinico è rappresentata dall’introduzione di strumenti (metodologie) di misura

LABORATORIO «F. Fabbri» – IRCCS «E. MEDEA» - Coneglia no

Cos’è la gait analysis?

La cinematica (movimenti angolari delle articolazioni, parametri spazio-temporali)

La dinamica (valutazione dei momenti e delle potenze)

Lo studio delle attivazioni muscolari (EMG dinamica di superficie)

La valutazione del costo energetico relativo ad un’azione motoria

La peculiarità di questo esame consiste nell’elaborazione numerica e nella correlazione tra i dati fino ad ottenere un modello significativo del paziente confrontabile nel tempo con se stesso o con altri soggetti

Dott. R. Camoriano

In aggiunta alla valutazione visiva la G.A. comprende la misurazione computerizzata del movimento attraverso:

1. OPTOELETRONIC

STEREOPHOTOGRAMMETRIC

SYSTEM

2. FORCE PLATE

INSTRUMENTAL

SINCRONIZATION

GAIT

ANALYSIS3. SURFACE EMG MODULE

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Sistemi di telecamere (almeno 2) con marcatori passivi o attivi

Cinematica - Stereofotogrammetria

Definisco il protocollo di marcatori in base ai segmenti

Almeno 3 marcatori necessari per ciascun segmento

Sfrutto punti di repere anatomici da cui calcolo altri punti

MARKERS PROTOCOL: DAVIS, 1991

Directing Marker

Self Marker

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CINEMATICA BACINO

Angoli assoluti rispetto al sistema di riferimento globale del laboratorio

Angoli relativi tra bacino e

femore

CINEMATICA ANCA

CINEMATICA GINOCCHIO

Angoli relativi tra femore e tibia

CINEMATICA PIEDE e CAVIGLIA

Angoli relativi (caviglia-piede) e assoluti (piede – laboratorio)

Piede semplificato (solo rotazione su TT. Non prono-supinazione)

FORZE: Pedane di forza triassiali: calcolo la GRF(Ground Reaction Force)durante il cammino:Antero-posterioreMedio-lateraleverticale

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Dinamica o cinetica

MOMENTO: esprime il comportamento di un’articolazione rispetto alla GRF

POTENZA: evidenzia sostanzialmente se il gruppo muscolare attivo è in concentrazione concentrica (produzione) o eccentrica (assorbimento)

Report Gait Analysis

Un elettrodo misura la somma di tutti i potenziali di azione che corrono lungo le fibre adiacenti all’elettrodo

Misuro la differenza tra una coppia di elettrodi mediante un amplificatore differenziale

EMG di superficie

Le fibre muscolari si contraggono tramite il passaggio di un potenziale che origina nella zona di innervazione e si propaga verso le regioni tendinee.

Gli elettrodi sono fatti di una parte metallica coperta da un gel conduttivo

L’area di prelievo dell’elettrodo è tutta la superficie del gel e deve essere più piccola della sezione del muscolo indagato.

Gli elettrodi vanno posizionati sul «ventre» muscolare, per ridurre interferenza tra muscoli adiacenti (crosstalk).

La cute va accuratamente depilata e detersa

Tessuto cutaneo e adiposo separa le sorgenti del segnale dagli elettrodi, “sfuocandolo” e riducendone l’ampiezza.

Tanto più spesso è il suo volume, tanto minore sarà l’ampiezza del segnale EMG di superficie.

EMG di superficie

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EMG di superficie

Dall’EMG di superficie nel cammino si estraggono informazioni che sono relative a:

EMG di superficie

TIMING DI ATTIVAZIONE MUSCOLARE:

Dati normativi di riferimento pubblicati in letteratura

Dati normativi spesso forniti dalle case produttrici

Fasce di normalità di laboratorio

AMPIEZZA DEL SEGNALE:

MORFOLOGIA DEL SEGNALE:

Definita come la forma della traccia del segnale s_EMG

Aspetto qualitativo del segnale

a) Profili di attivazione EMG e pattern derivati nei 4 gruppi studiati (neonati, lattanti, bambini, adulti)

b) Schemi base derivati dalla analisi dei profili di 10 soggetti per ciascun gruppo

c) Rappresentazione normalizzata per peso relativo dei vari muscoli derivati

I pattern 2 e 4 presenti nel neonato sono mantenuti e arricchiti con nuovi pattern

Dominici et al. Science 2011

EMG dinamica nei bambini

Ivanenko et al. 2013