Cos'è
un esoscheletro?
Un
esoscheletro è una struttura esterna che ricopre parti del corpo
umano e che ha articolazioni corrispondenti a quelle del corpo, per
gli arti inferiori all'anca, al ginocchio e alla caviglia.
Si
tratta di un robot
indossabile formato
da
gambe meccaniche
e da un alloggiamento contenente i motori, le batterie e il sistema
computerizzato. Il movimento dell’esoscheletro è assicurato da
sensori che possono essere manuali, biolettrici o una combinazione
dei due e che trasmettono i segnali al computer. Una volta
elaborati, tali segnali vengono inviati agli attuatori, ossia dei
motori elettrici o idraulici che, attraverso l'energia delle
batterie, attivano i movimenti dell'esoscheletro.
Il
controllo dell'equilibrio deve essere assicurato dall'esterno, con
l'uso di stampelle o di un deambulatore.
Questa
descrizione si riferisce ai modelli attivi, mentre ci sono anche
esoscheletri passivi che non hanno motori e servono a sostenere i
movimenti almeno in parte preservati.
Sono
ancora dei prototipi gli esoscheletri basati sull'interfaccia
cervello-computer
(Brain-Computer Interface o BCI), nei quali i sensori sono elettrodi
che registrano i segnali direttamente dal cervello e li inviano al
sistema computerizzato per l'attivazione dei movimenti.
Gli
esoscheletri sono usati in ambito militare, edile e clinico.
In
ambito clinico gli esoscheletri sono applicati ai gravi disturbi
della deambulazione derivanti da lesioni del sistema nervoso
centrale: lesioni del midollo spinale, ictus, paralisi cerebrale,
malattie infettive.
Il
loro sviluppo intende essere un'alternativa alla mobilità assistita
in sedia a rotelle.
Nel
2015 sono stati pubblicati almeno tre studi di revisione della
letteratura scientifica sull'applicazione degli esoscheletri alle
disabilità motorie.
Sono
quelli che ho trovato con una ricerca semplice in
PubMed.
Federici
e collaboratori (2015), seguendo i criteri PRISMA per le
revisioni e le meta-analisi, hanno incluso nel loro lavoro tutte le
pubblicazioni in lingua inglese – articoli su riviste, articoli e
atti di convegni – relative a programmi neuroriabilitativi per
soggetti paraplegici basati su esoscheletri attivi. Hanno invece
escluso gli studi condotti: con esoscheletri passivi, per la
riabilitazione degli arti superiori, su soggetti sani.
Per
la ricerca, gli autori hanno utilizzato le principali banche dati
biomediche (PubMed, EBSCO, Web of Science, Scopus, ProQuest, and
Google Scholar) e aggiunto altri articoli trovati nelle bibliografie
delle pubblicazioni di riferimento.
Dopo
una lunga procedura di selezione, 27 ricerche pubblicate tra il 2001
e il 2014 corrispondevano ai criteri stabiliti.
Il
gruppo complessivo era formato da 138 pazienti. I modelli di
esoscheletro utilizzati erano 14.
Solo
poco più della metà delle pubblicazioni erano articoli scientifici.
Di tutti gli studi, solo 2 avevano una condizione di controllo.
Nei
diversi studi venivano usati indicatori clinici, come la forza
muscolare isometrica, misure di efficacia standardizzate,
neurofisiologiche e neuroradiologiche, dati osservazionali, ad es. la
distanza percorsa in un dato intervallo di tempo.
Tre
dei 14 esoscheletri sono risultati sicuri da usare in ambienti
controllati e con la supervisione di professionisti esperti.
In
nessuno studio l'uso dell'esoscheletro avveniva fuori dal
laboratorio. Sorprendentemente, nei 27 studi non veniva valutato lo
sforzo, che è un fattore importante per garantire l'utilità
dell'esoscheletro, né variabili cognitive o psicologiche.
Globalmente,
secondo la revisione di Federici e collaboratori e con tutti i limiti
degli studi analizzati, gli esoscheletri apportano un modesto
miglioramento della deambulazione, ma non risulta ancora accertato il
vantaggio rispetto alla riabilitazione tradizionale.
Louie
e collaboratori (2015) hanno analizzato gli studi in termini di
effetti sulla velocità di deambulazione. Nella loro revisione hanno
seuito i criteri PRISMA e consultato le principali banche dati
biomediche (MEDLINE, EMBASE, Cochrane Central Register of Controlled
Trials e CINAHL), per periodi diversi, compresi tra il 1946 e il 6
maggio 2015.
I
criteri della ricerca erano i seguenti: studi pubblicati su riviste,
che valutavano gli effetti sulla deambulazione della riabilitazione
con esoscheletro, in soggetti con lesione spinale, di età superiore
a 18 anni. Inoltre, per gli autori l'esoscheletro usato doveva essere
un dispositivo di ortesi, che utilizzava
una fonte di alimentazione esterna per spostare almeno due
articolazioni su ciascuna gamba, portatile e utilizzabile
indipendentemente da un tapis roulant.
Una
volta selezionati gli articoli e i dati sul cammino, gli autori hanno
calcolato i coefficienti di correlazione di Pearson tra le variabili
anagrafiche e cliniche dei pazienti e le misure di equilibrio e di
velocità della deambulazione.
Hanno
individuato 15 studi rispondenti ai criteri (6 di questi presenti
anche nella revisione di Federici e coll. 2015), tutti senza gruppo
di controllo e solo in 14 di essi l'esoscheletro era usato per
soggetti non deambulanti con lesioni spinali complete.
I
pazienti risultavano complessivamente 92 (74 uomini) Gli
esoscheletri usati erano quelli in commercio oppure sperimentali.
I
dati sulla durata e sull'intensità del training erano molto
eterogenei.
In
10 studi venivano riportati alcuni effetti collaterali (abrasioni
cutanee, edemi).
I
fattori correlati alla velocità del cammino nei pazienti non
deambulanti erano i seguenti: età (maggiore l'età, maggiore la
velocità), gravità della lesione (minore gravità, maggiore
velocità) e numero di sessioni di training (maggiore durata,
maggiore velocità).
La relazione inversa tra
la gravità della lesioni e la velocità di deambulazione suggerisce
che l'applicabilità degli esoscheletri è legata alla condizione
clinica del paziente. I soggetti con lesioni meno gravi hanno una
maggiore probabilità di poter acquisire una sufficiente velocità
attraverso l'esoscheletro.
Attualmente tutti gli
esoscheletri richiedono l'uso di stampelle per poter camminare, è
quindi necessario che i pazienti abbiano un'adeguata funzionalità
degli arti superiori per poter mantenere la stabilità posturale
durante lo spostamento.
Dai
risultati di Louie e collaboratori emerge che l'uso di un
esoscheletro ha consentito a pazienti paraplegici di deambulare ad
una velocità media di 0,26 m/s, nonostante la velocità massima
degli esoscheletri commerciali sia di 0,55 m/s. La velocità di 0,26
m/s non è considerata sufficiente per la deambulazione nella vita
quotidiana, in quanto è inferiore al limite stimato di 0,44 m/s se
si pensa ad esempio che per attraversare un incrocio con semaforo
bisogna muoversi a 0,49 m/s. Tuttavia, 0,26 m/s corrisponde alla
velocità di deambulazione in ambienti interni dei pazienti con
lesioni spinali incomplete.
In
conclusione, per gli autori, l'esoscheletro è in grado di restituire
la capacità di camminare a velocità modeste alle persone che hanno
subito una lesione spinale completa. Tale velocità è correlata alla
condizione clinica e alla durata del training.
Lajeunesse
e collaboratori (2015), dopo aver definito cosa si intende per
esoscheletro, suddividono in due tipi quelli utilizzati per soggetti
con disturbi motori: 1) ausili alla deambuilazione 2) ausili per il
trattamento riabilitativo. Questi ultimi richiedono sempre
l'assistenza di un professionista specializzato per poterli
indossare, azionare e usare nel training.
Lo
scopo della revisione è di individuare le evidenze scientifiche
sugli esoscheletri che possono essere utilizzati come ausili alla
deambulazione da persone con paralisi agli arti inferiori, causate da
lesioni spinali. In particolare, gli obiettivi sono: 1) evidenziare
le caratteristiche tecniche e l'utilità nella vita quotidiana di
cinque modelli di esoscheletro; 2) documentare gli effetti sulla
funzionalità motoria; 3) descrivere i benefici secondari, come la
soddisfazione, la sicurezza e l'applicabilità; 4) definire il
livello di evidenza scientifica degli studi selezionati.
Per
perseguire tali obiettivi gli autori hanno ricercato tutti gli
articoli pubblicati tra gennaio 2004 e aprile 2014 utilizzando le
banche dati PubMed, CINAHL e Embase con quattro parole chiave:
esoscheletro, arti inferiori e paraplegia o
lesione del midollo spinale.
La
rigorosa procedura di selezione ha escluso gli esoscheletri ad uso
militare, quelli usati solo a scopo riabilitativo, quelli solo con
un'articolazione e quelli usati per altri tipi di ricerca clinica
ed elettrofisiologica.
Alla
fine sono stati individuati solo 7 articoli (di questi, 6 erano
inclusi anche nelle due revisioni precedenti) dai quali sono stati
estratti i dati sociodemografici, clinici e tecnici.
Gli
articoli, pubblicati tra il 2011 e il 2013, comprendono tre diversi
modelli di esoscheletro.
Lajeunesse
e collaboratori, dopo aver descritto le caratteristiche dei tre
modelli più altri due (non oggetto di analisi), hanno sottolineato
l'eterogeneità dei soggetti nei diversi studi (per età, genere,
variabili cliniche), la scarsa numerosità dei gruppi di soggetti (da
1 a 12 soggetti) e la diversa durata dei training.
Tutti
e 7 gli studi mostrano dei benefici nella mobilità con l'uso
dell'esoscheletro, riferendo il raggiungimento di una velocità
variabile – ove riportata - tra 0.22 e 0.51 m/s, risultati modesti
e comunque preliminari per giungere a considerazioni conclusive.
Rispetto
ai benefici secondari, sono stati rilevati effetti positivi dell'uso
dell'esoscheletro su variabili fisiologiche e cardiovascolari ma in
un numero limitato di soggetti. Non sono stai riportati dati
sufficienti sulla sicurezza e sulla soddisfazione, mentre
l'applicabilità non è stata valutata perché tutti gli esoscheletri
venivano usati in un contesto clinico o riabilitiativo e non a casa
del soggetto.
Solo
2 degli studi selezionati sono stati considerati eccellenti per le
evidenze scientifiche riportate. Pertanto, secondo gli autori, il
livello di evidenza è insufficiente ad aiutare i professionisti
nella scelta del modello di esoscheletro.
Per
gli autori, rispetto agli obiettivi 1, 2 e 3, gli esoscheletri per
gli arti inferiori non sono ancora efficaci e applicabili nella vita
quotidiana come ausili che possono migliorare le abilità motorie.
Inolte, i clinici devono essere al corrente del fatto che nessuno dei
5 esoscheletri descritti è perfetto.
Con
l'esoscheletro i soggetti paraplegici possono camminare ma tale
deambulazione assistita non migliora continuando il training.
Inoltre, la massima velocità acquisita con un esoscheletro non è
superiore alla velocità media raggiunta usando una sedia a rotelle
(0.53 m/s), mentre la velocità di una persona senza difficoltà
motorie e senza ausili è compresa tra 1.32 e 1.49 m/s. Altri studi
sono necessari per aggiungere informazioni sui vantaggi della
deambulazione con esoscheletro rispetto alla carrozzina, alla
deambulazione normale e alla scelta tra i diversi modelli.
Gli
autori, infine, informano che da giugno 2014 l'esoscheletro ReWalk
è stato il primo ad essere approvato dalla Food
and Drug Administration (FDA)
statunitense per uso personale a casa e nella comunità. Questo ha
segnato l'inizio di studi clinici [ad oggi sono 9] che possono essere
consultati sul sito ClinicalTrials.gov e che sono sempre più
focalizzati sulle simulazioni dell'uso al domicilio, nella vita
quotidiana.
In sintesi:
- esistono in commercio diversi modelli di esoscheletro da applicare agli arti inferiori
- in ambito clinico si utilizzano esoscheletri motorizzati per permettere a soggetti paraplegici di deambulare
- gli esoscheletri possono essere indossati solo da soggetti che rientrano nei limiti di altezza e peso definiti per ciascun modello
- gli esoscheletri sono usati esclusivamente nei centri sperimentali o riabilitativi con l'assistenza di personale specializzato
- il costo degli esoscheletri è molto elevato ed è a carico dell'utente se usato fuori dai centri specializzati
- gli attuali modelli di esoscheletro attivo non dimostrano un vantaggio in termini di velocità di spostamento rispetto all'uso della sedia a rotelle
- la ricerca scientifica è ancora limitata e poco accurata nell'analizzare gli aspetti tecnici, l'efficacia sulla mobilità e i benefici secondari degli esoscheletri
- mancano del tutto studi sull'uso dell'esoscheletro a casa e in ambienti di vita quotidiana
- sono in corso studi clinici che forniranno nuove informazioni sull'applicabilità degli esoscheletri motorizzati nella deambulazione assistita
- la ricerca militare sull'uso di esoscheletri per potenziare gli spostamenti di soggetti deambulanti è altra cosa e ...molto avanzata
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