di Giuliano Taccola

La possibilità di accendere, tramite un comando esterno, l’attivazione ritmica e alternata degli arti inferiori per permettere la locomozione, rappresenta attualmente una delle più promettenti linee di ricerca per restituire una deambulazione funzionale a molti di coloro che hanno subito una lesione spinale.

Secondo questa strategia si tratterebbe, in futuro, di agire su un interruttore esterno collegato ad un dispositivo in grado di inviare uno stimolo ‘opportuno’ per azionare i circuiti neuronali, noti come CPG, custoditi nel midollo lombare ed ottenere, automaticamente, in risposta il passo, per tutto il tempo di durata della stimolazione.

Il fondamentale contributo di questa strategia consiste soprattutto nella possibilità di utilizzare questo dispositivo per inviare ripetuti stimoli ‘fisiologici’ ad un midollo spinale che, dopo lesione, ha ‘dimenticato come si cammina’ e sperare di renderlo di nuovo abile a fare quello a cui é deputato fin dalla nascita.

Questo approccio fu suggerito dalle prime osservazioni sperimentali quando, già nel 1966, alcuni ricercatori riuscirono ad indurre il passo nel gatto mieloleso facendo pervenire al CPG una serie di stimoli elettrici.

Molto si é lavorato negli anni in questa direzione perfezionando i protocolli di stimolazione e la modalità di erogazione degli impulsi elettrici.

Proprio quest’estate presso il laboratorio canadese di Vivian Mushahwar ho potuto assistere ad una delle ultime applicazioni di questa tecnica che utilizza l’impianto di elettrodi finissimi (dello spessore di un capello) nel midollo lombare di un gatto paralizzato in grado però di camminare su tapis roulant non appena viene azionato il comando.

Per anni si é ripetuto che questa strategia non era applicabile nei primati superiori e quindi nell’uomo, in cui l’esistenza del CPG era messa in forte dubbio.

Basandosi sulle osservazioni sperimentali in possesso a quel tempo, si sosteneva che il midollo dell’uomo non era in grado, a differenza di quello degli animali da laboratorio (gatti, conigli, ratti, topi…), di indurre da solo la locomozione: si riteneva che nell’uomo il cervello esercitasse un ruolo gerarchicamente prevalente nel regolare il funzionamento del midollo spinale rendendo impossibile la locomozione nel caso in cui venisse compromessa l’integrità delle fibre discendenti come dopo una lesione spinale.
Per questo numerose osservazioni sull’animale da laboratorio vennero accantonate come prive di reale applicabilità clinica.

Questa convinzione rimase in gran parte immutata fino alla fine del secolo scorso poi negli ultimi 10 anni una rivoluzione…
Il cambiamento nelle convinzioni scientifiche tradizionali si é fatto largo silenziosamente, all’ombra del clamore mediatico suscitato dalla rigenerazione e dalle staminali, sostenuto da una serie di eleganti e convincenti osservazioni sperimentali. Il lavoro di talentuosi scienziati sparsi un po’ in tutto il mondo ha infatti recentemente dimostrato, soverchiando lo scetticismo dei più conservatori, che il CPG esiste nell’uomo e può essere attivato tramite stimoli ‘opportuni’.
Alcune delle tappe ‘storiche’ di questo percorso sono state inaugurate da uno studio del 1998 dove veniva riportata l’attivazione del passo in soggetti sottoposti a stimoli vibratori dei muscoli della coscia.

Nello stesso anno veniva pubblicato un lavoro di ricerca condotto su soggetti mielolesi in cui era stato impiantato, per la terapia della spasticità, un elettrodo epidurale (all’interno del canale vertebrale proprio a ridosso del midollo dorsale). Sorprendentemente, quando veniva somministrata una serie di stimoli elettrici di opportuna frequenza, si produceva un movimento alternato degli arti inferiori.

Più recentemente, proprio l’anno scorso, é stato pubblicato uno studio scientifico nel quale si dimostra che anche la stimolazione elettrica dei nervi della gamba (surale e peronale) é in grado di indurre la locomozione.

Al VII Forum delle Neuroscienze Europee che si é tenuto lo scorso luglio ad Amsterdam, ho potuto seguire un’ulteriore tappa di questo percorso nei lavori di Gerasimenko. (Allo stesso Forum ho presentato un poster sui dati raccolti dagli esperimenti condotti nel nuovo laboratorio di Udine).
Yury Gerasimenko, professore all’istituto di fisiologia di San Pietroburgo, ha presentato i risultati ottenuti da uno studio condotto in collaborazione con l’Università della California e che proprio in quei giorni venivano pubblicati sul ‘Journal of Neuroscience’, una delle più autorevoli riviste scientifiche per gli studiosi del settore (J Neurosci. 2010; 30(10):3700-8.).
Lo studio é il primo a suggerire l’uso della stimolazione elettromagnetica per attivare il midollo spinale.
In pratica si utilizza una bobina che genera un campo magnetico (possiamo pensarla come una potente calamita) a cui é associato un campo elettrico in grado di raggiungere profondamente i neuroni del midollo spinale. In questo modo i neuroni del CPG possono essere stimolati elettricamente senza richiedere l’impianto di elettrodi o altre procedure invasive ma semplicemente appoggiando il dispositivo (delle dimensioni di un microfono) sul fianco del soggetto in corrispondenza delle ultime vertebre toraciche.

Ai 65 volontari, reclutati tra gli studenti dell’Università russa, sdraiati su di un fianco e con le gambe in sospensione, veniva chiesto di rilassarsi ‘dimenticandosi’ dei loro arti inferiori. Quando il dispositivo veniva azionato le loro gambe cominciavano a muoversi ‘involontariamente’ descrivendo delle traiettorie perfettamente armoniose come se il soggetto stesse compiendo delle ampie falcate.

Durante la stimolazione sono state valutate le caratteristiche del passo e la coordinazione dei due arti tramite riprese video e successive analisi al PC. E’ stata inoltre quantificata la contrazione dei muscoli degli arti inferiori tramite registrazioni elettrofisiologiche: questi parametri corrispondevano esattamente a quelli registrati durante la normale locomozione.
Lo studio ha quindi stabilito i migliori parametri di stimolazione (intensità e frequenza del campo magnetico) ed il migliore sito di applicazione.

Gli autori dello studio non sono stati in grado di attivare il passo nella totalità dei soggetti esaminati, suggerendo che esiste una variabilità individuale di risposta allo stimolo e che altri aspetti devono essere ulteriormente considerati per aumentare le probabilità di successo.

Particolarmente suggestivo é stato poi il contenuto del video mostrato al termine della presentazione (e disponibile in rete o presso i PC del nostro laboratorio): mentre la stimolazione é in corso e gli arti si muovono ritmicamente, viene chiesto al volontario di fermare il passo. In queste condizioni, il soggetto esaminato non é in grado di porre termine al movimento delle gambe per quanto si sforzi.

I risultati di questa ricerca dimostrano che anche nell’uomo il midollo spinale, quando opportunamente stimolato, può generare la locomozione in maniera automatica ed indipendente dal controllo volontario del cervello.

Resta da valutare se un simile approccio possa essere applicato anche nei soggetti con lesione al midollo spinale.

Queste evidenze rappresentano comunque un importante ed ulteriore avanzamento delle nostre conoscenze sul funzionamento del CPG umano e fanno ben sperare in possibili e future applicazioni perché si giunga finalmente al punto in cui potremo dire ‘si, lo accendiamo!’….

pubblicato sul n.35 El Cochecito ottobre 2010