Strategie posturali e informazioni sensoriali

Le informazioni sensoriali per il controllo posturale provengono da almeno tre fonti:

1) il sistema somatosensoriale, comprendente la propriocezione muscolare, le afferenze articolari e cutanee;

2) il sistema vestibolare;

3) la visione.

Le informazioni provenienti da queste tre fonti sembrano essere almeno parzialmente ridondanti poiché l’oscillazione aumenta in modo minimale con gli occhi chiusi; molti pazienti con perdita della funzione somatosensoriale, vestibolare o visiva sono in grado di mantenere una posizione e un’andatura indipendenti.

Tuttavia, le osservazioni cliniche suggeriscono che una stabilità posturale ottimale in una varietà di situazioni richiede informazioni da tutti e tre i sistemi sensoriali. Ad esempio, i pazienti con deficit vestibolari possono mostrare atassia dell’andatura, reazioni anormali di raddrizzamento della testa e del corpo e difficoltà a bilanciarsi su una gamba su assi di equilibrio e nella posizione tallone-punta.

Il controllo posturale

Il ruolo delle informazioni sensoriali provenienti dai vari sensi nel controllo della postura è stato studiato sperimentalmente misurando l’oscillazione del corpo in condizioni in cui l’input sensoriale è stato alterato o limitato, sia dallo sperimentatore che dalla patologia.

È stato dimostrato che la perdita somatosensoriale dovuta a polsini pressori posizionati intorno alle caviglie di soggetti normali, ha avuto scarso effetto sui movimenti spontanei del corpo con gli occhi aperti, ma ha provocato un aumento dell’oscillazione dell’anca e maggiori escursioni del centro di pressione del piede con gli occhi chiusi.

I polsini pressori applicati sopra le ginocchia, che colpivano anche i propriocettori muscolari della caviglia, hanno prodotto oscillazioni corporee ampie e continue a 1-3 Hz che non potevano essere eliminate dalla vista. Gli autori concludono che le informazioni propriocettive muscolari, ma non quelle somatosensoriali cutanee e articolari, giocano un ruolo importante nel controllo posturale.

Studi sull’oscillazione posturale in pazienti in stato di quiete con completa perdita bilaterale della funzione vestibolare hanno mostrato quantità normali di oscillazione posturale nelle normali posizioni di appoggio, dato che sono disponibili informazioni visive o somatosensoriali.

Al contrario, i soggetti con perdita vestibolare subiscono una perdita improvvisa e completa dell’equilibrio quando le informazioni sull’orientamento sono inadeguate da fonti sia visive che somatosensoriali.

Questi studi suggeriscono che le informazioni vestibolari non sono necessarie per l’orientamento posturale quando sono disponibili altre informazioni sensoriali. Per comprendere appieno il ruolo delle informazioni sensoriali nel controllo della postura, tuttavia, non è sufficiente sapere che l’oscillazione in stato di quiete aumenta in seguito alla perdita sensoriale.

È necessario sapere come e perché e in quali condizioni si verificano i cambiamenti di influenza. Per rispondere a queste domande, i ricercatori hanno quantificato le risposte posturali automatiche, ovvero i modelli di attivazione muscolare, i movimenti e le forze del corpo, in risposta a perturbazioni all’equilibrio imposte dall’esterno in una varietà di condizioni.

Le strategie posturali

Precedenti studi nel nostro laboratorio hanno dimostrato che il coordinamento dei modelli di risposta posturale dipende dai vincoli ambientali imposti dalle condizioni del compito. I soggetti normali usano schemi di movimento piuttosto stereotipati per raggiungere o mantenere la stabilità posturale durante l’oscillazione anteriore/posteriore con una posizione fissa.

Chiamiamo questi modelli di movimento posturale “strategie” posturali per riferirci a particolari parametri cinematici e dinamici che descrivono un comportamento diretto all’obiettivo in determinate condizioni meccaniche.

Quando rispondono a piccoli e lenti spostamenti orizzontali su superfici solide più lunghe dei piedi, la maggior parte dei soggetti normali riposiziona il centro di massa corporea esercitando coppie contro la superficie e ondeggiando come un pendolo invertito flessibile, principalmente intorno alle caviglie, con poco movimento dell’anca o del ginocchio. Ci riferiremo a questo come una “strategia della caviglia” perché le forze primarie utilizzate per spostare il centro di massa corporea si verificano alla caviglia.

Al fine di ritrovare l’equilibrio quando rispondono a spostamenti più grandi e più veloci – o restando in piedi su superfici più corte dei piedi – i soggetti normali aggiungono la rotazione del tronco attraverso i movimenti attivi dell’anca con conseguenti forze di taglio orizzontali sulla superficie di supporto. Chiameremo questa “strategia dell’anca” perché l’azione primaria per spostare il centro di massa avviene a livello dei fianchi.

Studi precedenti hanno dimostrato che i soggetti normali spesso usano una combinazione di strategie dell’anca e della caviglia nelle prove immediatamente successive ad un cambiamento nella larghezza della superficie e quando vengono spostati mentre si avvicinano ai loro limiti di stabilità.

In questi studi, per le particolari condizioni sperimentali, ogni strategia di movimento era associata a un modello di attivazione muscolare piuttosto stereotipato. Ad esempio, in risposta agli spostamenti della superficie all’indietro, la strategia della caviglia era associata a un modello distale-prossimale di attivazione muscolare caviglia-ginocchio-anca sulla parte posteriore del corpo; la strategia dell’anca era associata principalmente all’attivazione del muscolo prossimale dell’anca sulla parte anteriore del corpo, sebbene siano state osservate anche combinazioni complesse di questi due modelli di attivazione muscolare.

Horak e Nashner hanno concluso che, per un dato contesto ambientale – come la lunghezza della base di supporto – esiste un confine meccanico entro il quale il modello di movimento posturale più ottimale è una strategia della caviglia, e oltre il quale è una strategia dell’anca. Inoltre, suggeriscono che, in situazioni in cui sia la strategia della caviglia sia quella dell’anca sono inadeguate, i soggetti utilizzano una “strategia di passo o inciampo” in cui la base di appoggio si muove sotto un centro di massa in caduta. Tuttavia ci sono pochi studi quantitativi sugli effetti della perdita sensoriale sul coordinamento di queste risposte posturali automatiche.

È stato riportato che la perdita vibratoria alle caviglie dei soggetti anziani è associata a una maggiore variabilità delle latenze della risposta posturale e ai movimenti o passi eccessivi dell’anca. I pazienti con deficit vestibolari rispondono a piccole traslazioni superficiali con latenze e ampiezze EMG normali. Tuttavia, in risposta a grandi rotazioni della loro superficie di supporto, è stato riportato che i soggetti con perdita vestibolare mostrano ampiezze di risposta muscolare della caviglia ridotte e latenze più lunghe. Non è noto se questi cambiamenti siano associati a cambiamenti nella strategia posturale.

Perdita sensoriale e strategie di movimento

È importante considerare i potenziali effetti della perdita sensoriale sul coordinamento delle strategie posturali. La perdita sensoriale, infatti, può influenzare non solo la rilevazione degli spostamenti posturali, ma anche l’interpretazione dei segnali sensoriali autofiniti generati dai movimenti posturali.

Esiste una stretta interazione tra i processi sensoriali e motori nel controllo posturale poiché il tipo di movimento posturale utilizzato influenza necessariamente i tipi di informazioni sensoriali disponibili durante il controllo posturale. Pertanto, il tipo di movimento posturale utilizzato può dipendere non solo dai vincoli meccanici del compito, ma anche dalla disponibilità di informazioni sensoriali.

Come vengono utilizzate le informazioni sensoriali nel coordinamento delle strategie di movimento posturale? Rimangono da esplorare molte importanti questioni riguardanti il ruolo delle informazioni somatosensoriali, vestibolari e visive nel controllo della postura.

Se il modello degli input sensoriali determina il modello dei movimenti posturali, la perdita sensoriale si tradurrebbe in un modello anormale di movimento posturale. Quale senso innesca principalmente l’inizio delle risposte agli spostamenti posturali? La perdita sensoriale dovrebbe ritardare l’inizio delle prime risposte. In che modo i restanti sistemi sensoriali possono compensare la perdita sensoriale in diverse condizioni ambientali?

Deficit somatosensoriale e vestibolare

L’obiettivo di questo studio è quello di specificare gli effetti della perdita somatosensoriale e vestibolare sulle risposte posturali automatiche (tra cui latenza, ampiezza e modelli di attivazioni muscolari, cinematica corporea e forze reattive di superficie) e specificare gli effetti della perdita somatosensoriale e vestibolare sull’oscillazione durante lo stato di quiete, sia in condizioni normali che in condizioni in cui le informazioni dalla vista e dalla superficie sono alterate o assenti.

I risultati di questo studio sono coerenti con l’ipotesi che gli input somatosensoriali e vestibolari siano utilizzati nella selezione della strategia di movimento più appropriata per le particolari condizioni del compito. I risultati non sono coerenti con l’uso di questi sensi per determinare il modello temporale/spaziale delle risposte muscolari posturali, per avviare risposte posturali o per determinare le informazioni sensoriali appropriate utilizzate per controllare l’oscillazione spontanea in condizioni sensoriali alterate.

La risposta posturale

Questo studio esamina i ruoli delle informazioni somatosensoriali e vestibolari nel coordinamento delle risposte posturali. Il ruolo delle informazioni somatosensoriali è stato esaminato confrontando le risposte posturali di soggetti sani di controllo prima e dopo la perdita somatosensoriale dovuta all’anestesia ipossica di piedi e caviglie.

Sono stati condotti due esperimenti separati con tre gruppi di soggetti per esaminare gli effetti della perdita somatosensoriale e della perdita vestibolare sul controllo posturale. Gli esperimenti hanno verificato se la perdita somatosensoriale o vestibolare si traduce in un’alterata coordinazione dei movimenti posturali in risposta a spostamenti superficiali o in un’alterata oscillazione posturale in condizioni sensoriali alterate.

Il ruolo delle informazioni vestibolari è stato valutato confrontando le risposte posturali dei soggetti di controllo e dei pazienti con perdita vestibolare bilaterale. Le risposte posturali sono state quantificate misurando:

1) le caratteristiche spaziali e temporali dell’attivazione EMG di gambe e tronco;

2) la cinematica dell’articolazione della caviglia, del ginocchio e dell’anca;

3) le forze di superficie in risposta alle traslazioni della superficie anteriore e posteriore in diverse condizioni visive e superficiali.

I risultati hanno mostrato che né la perdita vestibolare né quella somatosensoriale hanno provocato risposte posturali ritardate o disorganizzate. Tuttavia, entrambi i tipi di deficit sensoriali hanno alterato il tipo di risposta posturale selezionata in un dato insieme di condizioni.

La perdita somatosensoriale ha determinato una maggiore strategia dell’anca per la correzione posturale, simile alla strategia di movimento utilizzata dai soggetti di controllo stando in piedi su una superficie accorciata. La perdita vestibolare ha comportato una normale strategia della caviglia ma la mancanza di una strategia dell’anca, anche quando richiesta per il compito di mantenere l’equilibrio su una superficie accorciata.

Né la perdita somatosensoriale né quella vestibolare hanno comportato difficoltà nell’utilizzare le informazioni sensoriali rimanenti per l’orientamento durante lo stato di quiete. Questi risultati supportano l’ipotesi che le informazioni somatosensoriali cutanee e articolari provenienti dai piedi e dalle caviglie possano svolgere un ruolo importante nell’assicurare che la forma dei movimenti posturali sia appropriata per gli attuali vincoli biomeccanici della superficie e/o del piede.

I risultati suggeriscono anche che l’informazione vestibolare è necessaria per controllare l’equilibrio in un’attività che richiede l’uso della strategia dell’anca. Pertanto, sia le informazioni sensoriali somatosensoriali che quelle vestibolari svolgono un ruolo importante nella selezione delle strategie di movimento posturale appropriate per i loro contesti ambientali.

Fonte bibliografica: F.B. Horak, L.M. Nashner, and H.C. Diener, Postural strategies associated with somatosensory and vestibular loss, Experimental Brain Research (82) 1990.