Indagine sull'effetto di diversi tipi di esercizio sul recupero funzionale dell'arto superiore in pazienti con danno all'emisfero destro sulla base di fNIRS

Il danno cerebrale emisferico può portare a disfunzioni sensoriali e motorie degli arti controlaterali ^1,2,3, influenzando negativamente il controllo motorio, la mobilità e l'apprendimento funzionale dei pazienti a vari livelli⁴ e quindi imponendo pesanti oneri alle famiglie e alla società⁵. Per i pazienti con danno all'emisfero destro (RHD), la velocità di recupero è inferiore a quella soddisfacente. Tuttavia, nella maggior parte dei casi di RHD, gli arti sinistri colpiti, trovandosi sul lato non dominante del corpo, hanno ricevuto un'attenzione insufficiente da parte del paziente e degli operatori sanitari. Dato che la disfunzione degli arti superiori e delle mani compromette gravemente la capacità di svolgere le attività quotidiane e la qualità della vita, è necessario un metodo più adatto per migliorare l'effetto riabilitativo della funzione degli arti superiori nei pazienti con RHD 6,7,8,9,10.

La terapia fisica è un metodo importante per aiutare i pazienti a recuperare la funzione degli arti. Per la riabilitazione precoce dei pazienti con lesione cerebrale, vengono solitamente utilizzati metodi di allenamento del movimento passivo (PM) e del movimento attivo assistito (AAM). L'AAM comporta l'attività di articolazioni specifiche completate attraverso una combinazione della propria forza muscolare e dell'assistenza esterna¹¹. La chiave è che il paziente partecipi attivamente alla riabilitazione assistita. La prontezza del cervello umano ad attivarsi può aiutare a stimolare e integrare il sistema motorio nel ciclo di controllo motorio. Molti studi hanno dimostrato che l'AAM può indurre cambiamenti neuroplastici, portando così ad un aumento del recupero funzionale nei pazienti^12,13.

La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è una tecnica di imaging basata su principi ottici. In base alla correlazione tra l'attenuazione della luce nel tessuto e le diverse concentrazioni di sostanze che assorbono la luce, fNIRS può analizzare quantitativamente le variazioni di concentrazione dell'emoglobina ossigenata e dell'emoglobina deossigenata nel tessuto cerebrale, monitorando così l'attività funzionale della corteccia cerebrale¹⁴. Molti studi hanno dimostrato che l'fNIRS è un mezzo importante per monitorare l'ossigenazione cerebrale e il metabolismo energetico dopo una lesione dell'emisfero cerebrale 15,16,17. Pertanto, fNIRS potrebbe essere un metodo di monitoraggio adatto per studiare i cambiamenti della corteccia cerebrale correlati al recupero della funzione motoria dell'arto superiore dopo una lesione dell'emisfero cerebrale.

I segnali motori prodotti da diversi metodi di input sensoriale e gli stati di regolazione della corteccia sensoriale sono diversi^18,19. Gli stimoli sensoriali prodotti dai movimenti passivi e attivi sono strettamente correlati alla stabilità della percezione e alla capacità di costruire rappresentazioni accurate del proprio ambiente, che poi guidano il proprio comportamento²⁰. Questo studio è stato progettato per esplorare gli effetti di diverse modalità di esercizio sulla riabilitazione precoce degli arti superiori e sull'attivazione cerebrale nei pazienti con lesioni dell'emisfero cerebrale analizzando i dati fNIRS e per fornire strategie scientifiche per la riabilitazione completa dei pazienti in futuro.

Lo scopo di questo studio è stato quello di indagare gli effetti della FOT combinata con diversi tipi di esercizio sulla funzione degli arti superiori e sul rimodellamento cerebrale nei pazienti con RHD. Abbiamo ipotizzato che FOT-AAM sia più efficace di FOT-PM nel migliorare la funzione degli arti superiori e l'attivazione cerebrale nei pazienti con RHD.

Questo studio era uno studio controllato randomizzato in singolo cieco ed è stato approvato dal Comitato Etico del China Rehabilitation Research Center (CRRC-IEC-RF-SC-005-01) e registrato nel Registro cinese degli studi clinici (MR-11-23-023832).

1. Partecipanti

1. Sulla base della letteratura esistente²¹, utilizzare i punteggi Fugl-Meyer Assessment upper extremity (FMA-UE) riportati del gruppo sperimentale e del gruppo di controllo dopo 4 settimane di trattamento come standard per calcolare la dimensione del campione. Per una dimensione dell'effetto stimata di 0,28, un livello di test (α) di 0,05, una distribuzione a due facce per il valore Z e una potenza di 0,8, la dimensione del campione calcolata è 28. Supponendo un tasso di abbandono del 10%, la dimensione finale del campione necessaria è 32.
2. Reclutare pazienti dal Dipartimento di Terapia Occupazionale del China Rehabilitation Research Center. Selezionare i pazienti in base ai seguenti criteri di inclusione: diagnosi di lesione dell'emisfero destro (RHD) di prima insorgenza; tempo di insorgenza entro 3 mesi; età compresa tra i 18 e i 75 anni; punteggio Mini-Mental State Examination (MMSE)²²> 20; stadio di Brunnstrom I o II²³ per l'arto superiore e la mano; e la mano destra.
3. Sono stati esclusi i pazienti con evidente depressione, ansia o gravi malattie fisiche concomitanti e coloro che non hanno collaborato con la formazione.
4. Includi solo i partecipanti che firmano un modulo di consenso informato prima dello studio. Il diagramma di flusso del reclutamento è mostrato nella Figura 1.

2. Randomizzazione e allocazione

1. Assegnare in modo casuale i pazienti che soddisfano i criteri sperimentali nel gruppo sperimentale (EG) e nel gruppo di controllo (CG). Assegnare a un terapeuta non coinvolto nella valutazione o selezione del soggetto l'esecuzione della procedura di randomizzazione con un generatore di dati casuali su un computer (https://www.randomizer.org/).

3. Intervento

1. Somministrare a entrambi i gruppi la terapia farmacologica convenzionale e la riabilitazione convenzionale. Somministrare a tutti i pazienti 20 minuti di terapia occupazionale funzionale (FOT) e 10 minuti di diversi tipi di esercizi per gli arti superiori (EG eseguito movimento attivo assistito e CG eseguito movimento passivo) ogni giorno per un totale di 30 minuti al giorno, 5 giorni alla settimana per 4 settimane. Per garantire la coerenza dell'intervento, selezionare un terapeuta per eseguire tutti gli interventi e offrire una formazione pre-ricerca a quel terapeuta.
2. Terapia occupazionale funzionale (UFT):
   NOTA: Il paziente utilizza le articolazioni metacarpo-falangee e interfalangee del dito interessato per eseguire movimenti di presa delle dita guidati dal guanto sul lato sano.
   1. Chiedi al terapista di muovere passivamente la spalla, il gomito, il polso, il pollice e le dita dell'arto interessato per circa 1 minuto.
   2. Dopo i movimenti passivi, istruire il paziente a utilizzare l'arto e la mano non interessati per azionare l'arto e la mano interessati per eseguire attività come spingere un rullo di schiuma, sollevare un piolo di legno, sollevare piccoli bastoncini di legno e tenere una palla. Scegli da due a tre attività per ogni sessione di allenamento in base alle condizioni del paziente.
3. Movimento attivo assistito (AAM)
   1. Selezionare un dispositivo di allenamento riabilitativo per la mano che verrà allenata. Il dispositivo è progettato per aiutare il paziente a eseguire movimenti passivi o attivi. Selezionare la modalità Smart Mirror e impostare il tempo su 10 min. Chiedi al paziente quali sono i suoi sentimenti e scegli tra i livelli 1-10 in base all'esperienza e alla tolleranza del paziente. Quindi fare clic sul pulsante Start .
   2. Mentre la mano intatta esegue la presa volontaria, istruire il paziente a osservare il movimento e a cercare di afferrare con la mano interessata con l'assistenza del guanto (Figura 2A).
   3. Poiché la mano non interessata viene aperta volontariamente, istruire il paziente a osservare il movimento e a cercare di aprire le dita della mano interessata con l'assistenza del guanto (Figura 2B)
      NOTA: Quando la mano non interessata afferra, i sensori sul guanto non interessato non sono in grado di rilevare il segnale luminoso bloccato e il guanto sul lato non interessato verrà attivato per afferrare. Quando la mano intatta si apre, i sensori sul guanto inalterato rilevano un segnale luminoso e attivano l'apertura del guanto sulla mano intatta.
   4. Ripetere ciclicamente il processo di cui sopra per 10 minuti, dopodiché l'apparecchiatura terminerà automaticamente il processo di allenamento.
4. Movimento passivo (PM)
   1. Chiedere al paziente di utilizzare lo stesso dispositivo per eseguire la presa passiva e l'apertura della mano. Posizionare il guanto corrispondente sulla mano interessata. Selezionare la modalità passiva, impostare il tempo su 10 min, regolare l'intensità dai livelli 1-10 in base alle sensazioni del paziente, quindi fare clic sul pulsante Start .
   2. Istruire il paziente a rimanere rilassato e a chiudere e aprire la mano interessata con l'aiuto del guanto (Figura 2C). Far continuare il paziente per 10 minuti, dopodiché il dispositivo terminerà automaticamente l'allenamento.

4. Valutazione

1. Far eseguire le valutazioni cliniche da un altro terapeuta non all'oscuro dei compiti di gruppo. Chiedi a questo terapeuta di valutare ogni paziente due volte: una prima dell'intervento e una volta subito dopo le 4 settimane di intervento.
   1. Raccogli le informazioni di base sul paziente, tra cui età, sesso e tipo di lesione.
   2. Valutare la funzione motoria degli arti superiori prima e dopo l'intervento utilizzando la valutazione Fugl-Meyer per gli arti superiori (FMA-UE)²⁴. Inoltre, utilizzare il componente polso-mano dell'FMA (FMA-WH) per valutare la funzione della mano dei pazienti.
   3. Valutare la capacità di svolgere le attività quotidiane utilizzando l'indice di Barthel modificato (MBI)²⁵.
   4. Monitorare l'attivazione delle aree motorie primarie durante le attività motorie passive utilizzando fNIRS.
   5. Acquisizione dati di spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso
      1. Ottenere un sistema di imaging funzionale cerebrale nel vicino infrarosso di tipo da ricerca con cui raccogliere i dati fNIRS. Tale sistema utilizza tre lunghezze d'onda della luce nel vicino infrarosso (780, 805 e 830 nm) per monitorare i cambiamenti nella concentrazione di ossiemoglobina (Δ[Oxy-Hb]) e deossiemoglobina (Δ[Deoxy-Hb]) e nella concentrazione totale di emoglobina (Δ[Hb]); la sua frequenza di campionamento è di 13 Hz.
      2. Secondo il sistema internazionale 10-20, posizionare 4 emettitori di sorgenti luminose e 4 rivelatori sulla corteccia motoria primaria bilaterale (M1), con un totale di 20 canali. Vedere la Figura 3 per le posizioni specifiche.
   6. Procedura dell'attività
      1. Condurre la valutazione fNIRS in 5 prove consecutive in un paradigma modulare (rest [15 s]-task [30 s]-rest [15 s]), come descritto nei passaggi 4.1.6.2-4.1.6.9 (vedi Figura 4).
      2. Aprire l'interfaccia del computer fNIRS e inserire le informazioni di base del paziente. Quindi, scegli la disposizione optodo 2X4(R), 2X4(L). Scegli il paradigma del compito 15-30-15 e imposta il tempo di valutazione su 5.
      3. Posizionare il dispositivo del sistema nel vicino infrarosso sul paziente in base alla disposizione degli optodi. Regolare le posizioni degli emettitori e dei rilevatori e rimuovere con cura i capelli in modo che gli optodi siano a stretto contatto con il cuoio capelluto. Al termine della regolazione, fare clic sul pulsante OK .
      4. Accedere all'interfaccia di regolazione automatica del segnale del sistema, fare clic su Standby e regolare tutti i canali in modo che vengano visualizzati in verde (segnale buono).
      5. Posizionare il guanto sulla mano interessata del paziente. Seleziona la modalità Esercizio passivo . Poiché la frequenza di allenamento cambierà con la forza, selezionare la forza media, ovvero 5 marce, per ogni soggetto durante il test.
      6. Fare clic sul pulsante Start sull'interfaccia del computer fNIRS. Eseguire l'attività in 3 fasi. Misurare una fase iniziale di riposo di 15 s, con il conto alla rovescia da 15 s fino a 0 s. Durante questo processo, istruisci il paziente a sedersi tranquillamente sulla sedia, a stare fermo e a cercare di non pensare ad altre cose in modo che il cervello sia in uno stato rilassato.
      7. Quando il tempo scorre fino a 0 s, fare clic sul pulsante Start del dispositivo manuale. La mano interessata del paziente inizierà i movimenti passivi di presa e apertura con l'aiuto del guanto. A questo punto, il computer inizierà il conto alla rovescia da 30 s, che è la durata del movimento passivo. Quando il conto alla rovescia raggiunge lo 0 s, fare clic sul pulsante Stop del dispositivo manuale per terminare l'esercizio. La frequenza di presa e apertura è impostata dal dispositivo; 3 cicli di presa e apertura saranno completati 3 volte durante il compito di 30 s.
      8. Inizia un altro periodo di riposo di 15 s come descritto in precedenza. Al termine di questo intervallo, il primo test rest-task-rest è terminato.
      9. Ripeti il test riposo-compito-riposo sopra 5 volte, quindi termina il test fNIRS.
   7. Analisi dei dati nel vicino infrarosso:
      1. Per questa analisi, utilizzare il software di analisi dei dati installato nel sistema fNIRS, come descritto di seguito.
      2. Elimina i dati anomali causati da gravi artefatti di movimento in tutti i canali e i dati persi.
         NOTA: Quando è stato eseguito questo protocollo, sono stati eliminati 1 valore anomalo nell'EG, 1 valore anomalo nel CG e 2 casi di dati eliminati nel CG.
      3. Scarta tutti i canali con evidenti artefatti di movimento.
      4. Eseguire separatamente la media di sovrapposizione dei canali sinistro e destro (10 canali per lato).
      5. Utilizzare un filtro passa-banda (0,01-0,08 Hz) per rimuovere i componenti di rumore con evidenti fluttuazioni periodiche del segnale, tra cui rumore meccanico e rumore fisiologico. I tipi di rumore fisiologico che devono essere eliminati includono la frequenza cardiaca (circa 1 Hz), la respirazione (circa 0,2-0,3 Hz), le onde di Mayer (circa 0,1 Hz) e le fluttuazioni fisiologiche a frequenza estremamente bassa (<0,01 Hz).
      6. Prendete i 15 s prima e dopo l'inizio del compito sperimentale come base e prendete un blocco (riposo [15 s]-compito [30 s]-riposo [15 s]) come unità di prova. Sovrapponi i cinque blocchi e fai la media.
      7. Usa il metodo Savitzky-Golay per levigare. Impostare il numero di punti di levigatura su 5 e il numero di tempi di levigatura su 1²⁶.
      8. Dopo la pre-elaborazione, calcolare i valori dell'integrale e del centroide.
      9. Utilizzare il test di Shapiro-Wilk (Shapiro-Wilk, SW) per testare la normalità dei valori del centroide, i valori integrali e le loro differenze prima e dopo l'intervento nei due gruppi; considerare i dati normalmente distribuiti se il valore P risultante è >0,05.
      10. Utilizzare il t-test a campione indipendente per confrontare i dati tra i due gruppi prima e dopo l'intervento. Utilizzare il test t a campione accoppiato per confrontare i valori del centroide e i valori integrali all'interno dei due gruppi prima e dopo l'intervento.

5. Statistiche

1. Utilizzare SPSS per l'analisi statistica.
2. Testare la normalità dei dati utilizzando il test SW.
3. Confronta i dati generali dei pazienti in ciascun gruppo utilizzando il test esatto di Fisher o un test t a campione indipendente.
4. I dati comportamentali sono stati confrontati tra i gruppi e all'interno dei gruppi utilizzando l'ANOVA ripetuta e descritti come media ± deviazione standard.

Riferimento
Da ottobre 2021 a giugno 2023, abbiamo reclutato 35 pazienti, 32 dei quali alla fine hanno completato lo studio; Nessun paziente ha manifestato eventi avversi durante lo studio.

Per quanto riguarda i sintomi clinici dei due gruppi di pazienti (Tabella 1), l'età media dell'EG e del CG era rispettivamente di 53,19 ± 10,72 e 55,88 ± 12,32 anni (P = 0,515). Non ci sono state differenze significative nel sesso, nel tipo di malattia, nei punteggi FMA-UL o nei punteggi MBI (P > 0,05). Prima dell'intervento, i punteggi FMA-WH di tutti i pazienti in entrambi i gruppi erano di 0 punti.

FMA-UL ha un elevato significato clinico e può valutare in modo efficace e affidabile il coinvolgimento degli arti superiori nei pazienti con lesione cerebrale. L'FMA-UL ha un totale di 33 elementi di valutazione dell'arto superiore e ogni punteggio unidirezionale è assegnato come 2 punti per il completamento completo, 1 punto per il completamento parziale e 0 punti per il mancato completamento. Il punteggio totale possibile del movimento dell'arto superiore è di 66 punti. Come sottocategoria della FMA-UL, la bilancia da polso-mano (FMA-WH) ha 12 articoli, con un punteggio totale possibile di 24 punti.

I risultati dell'analisi della varianza a misure ripetute hanno mostrato che l'effetto principale del gruppo sul punteggio FMA-UL era significativo, F = 5,564, p = 0,030, ɳ2p = 0,214; l'effetto principale del tempo è stato significativo, F = 34,716, p < 0,001, ɳ2p = 0,831; l'effetto di interazione tra gruppo e tempo era significativo, F = 5,554, p = 0,030, ɳ2p = 0,256. (Tabella 2)

L'effetto principale del gruppo sul punteggio FMA-WH è stato significativo, F = 8,817, p = 0,006, ɳ2p = 0,227; l'effetto principale del tempo era significativo, F = 13,357, p = 0,001, ɳ2p = 0,308; L'effetto di interazione tra tempo e gruppo era significativo, F = 8,817, p = 0,006, ɳ2p = 0,227. (Tabella 2).

L'indice di Barthel modificato è ampiamente utilizzato per valutare la capacità di svolgere le attività quotidiane e misura la capacità di una persona di svolgere dieci di queste attività di base. Il punteggio totale possibile sull'indice di Barthel è di 100 punti e più alto è il punteggio, maggiore è la capacità del paziente di svolgere le attività della vita quotidiana.

L'effetto principale del gruppo sul punteggio MBI è stato significativo, F = 8,512, p = 0,007, ɳ2p = 0,221; l'effetto principale del tempo è stato significativo, F = 588,559, p < 0,001, ɳ2p = 0,952; l'effetto di interazione tra gruppo e tempo era significativo, F = 10,425, p = 0,003, ɳ2p = 0,258. (Tabella 2).

Il valore integrale è l'integrale del segnale di ossigeno nel sangue durante l'esecuzione del compito e riflette l'entità della risposta emodinamica durante il compito. Il valore del baricentro è il tempo (i) mostrato dalla linea verticale del centro dell'area di variazione del segnale di ossigeno nel sangue durante l'intero periodo dell'attività ed è un indicatore delle variazioni di andamento temporale durante l'attività, che rappresenta la velocità della risposta emodinamica27.

Non c'era alcuna differenza significativa nei valori dell'integrale o del baricentro tra i due gruppi prima dell'intervento (Figura 5A) (P > 0,05). Dopo l'intervento, il valore integrale dell'emisfero destro dei soggetti nel CG era 0,20 ± 0,32, il valore integrale dell'emisfero destro dei soggetti nell'EG era -0,06 ± 0,24 e c'era una differenza significativa nelle medie complessive dei due gruppi (t = -2,489, d = 0,92, P = 0,020, P < 0,025 è considerato statisticamente significativo) (Tabella 3). Dopo l'intervento, il valore integrale dell'emisfero sinistro dei soggetti nel CG era 0,18 ± 0,32, il valore integrale dell'emisfero sinistro dei soggetti nel gruppo EG era -0,04±0,26 e non c'era alcuna differenza significativa nelle medie complessive dei due gruppi (t = -1,975, P = 0,059, d = 0,75). Non ci sono state differenze significative nei valori del baricentro tra i due gruppi dopo l'intervento (P > 0,025) (Figura 5B).

Figura 1: Diagramma di flusso del reclutamento. Sono stati reclutati un totale di 35 soggetti, di cui 2 soggetti non soddisfacevano i requisiti e 1 soggetto ha abbandonato a causa dell'epidemia, e 32 soggetti sono stati infine inclusi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Allenamento riabilitativo dell'arto superiore con diverse modalità di movimento. (A,B) EG che esegue un allenamento attivo di riabilitazione della mano. (C) CG che esegue un allenamento di riabilitazione passiva della mano. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Disposizione e posizione dei fasci di luce. Un cerchio rosso rappresenta una sorgente luminosa, un cerchio blu rappresenta un rilevatore e il percorso del raggio è mostrato tra di loro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Paradigma del compito. Un riposo (15 s)-task (30 s)-riposo (15 s) è stato utilizzato come unità di prova e ripetuto 5 volte in totale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Grafici a dispersione che mostrano le distribuzioni dei valori del centroide e dei valori integrali dell'emisfero destro nei due gruppi di pazienti. (A) Prima dell'intervento. (B) Dopo l'intervento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tabella 1: Caratteristiche del soggetto. FMA: Valutazione Fugl-Meyer; MBI: Indice di Barthel modificato; PM: moto passivo; AAM: movimento attivo assistito; UFT: terapia occupazionale funzionale.

Tabella 2: Risultati dell'analisi dell'ANOVA bidirezionale ripetuta condotta su GROUP, TIME e sull'effetto dell'interazione su FMA-UL, FMA-WH e MBI.

Tabella 3: Confronto dei dati fNIRS tra i due gruppi dopo l'intervento.

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi relazione commerciale o finanziaria che possa essere interpretata come un potenziale conflitto di interessi.