Valutazione quantitativa multifattoriale della postura e del movimento in pazienti con disfunzioni dell'articolazione temporo-mandibolare e alterazioni cranio-cervicali

INTRODUZIONE 
 
(posturografia statica e dinamica), sia nel laboratorio di analisi della postura e del 
movimento dell’IRCCS San Raffaele Pisana; la definizione del protocollo, basato sul 
protocollo Davis (uno dei protocolli più utilizzati nell’ambito clinico dell’analisi del 
cammino); la modalità delle prove, che consistono in tre diverse sessioni, con la 
testa dritta, con la testa a destra e con la testa a sinistra; i soggetti considerati, che 
sono stati divisi in gruppo di controllo (soggetti sani) e gruppo di esame (soggetti 
affetti da disfunzioni temporo-mandibolari e/o cranio-cervicali). In fine vengono 
delineate le grandezze prese in considerazione, sia per la posturografia che per 
l’analisi del cammino, e i sistemi per verificare la validità statistica delle stesse. 
Nel quarto capitolo vengono presentati i risultati ottenuti. Dapprima per la 
definizione delle “fasce di normalità”, ossia il comportamento dei soggetti sani 
durante le diverse prove. Viene quindi descritto il comportamento dei soggetti 
patologici in esame, per i quali non si riscontrano, però, variazioni statisticamente 
significative (p<0.5), dei parametri presi in considerazione, al variare delle modalità 
di prova (con o senza rotazione della testa). Infine si analizza il pattern locomotorio 
di tali pazienti nella sola condizione di cammino con la testa dritta (normale analisi 
del cammino); con questa analisi vengono identificate alcune differenze 
significative, tra i parametri del gruppo di esame e del gruppo di controllo, che si 
manifestano in una diminuzione della mobilità dell’anca in flesso-estensione e in un 
aumento dell’extrarotazione, sul piano orizzontale, del piede sinistro. 
 2
 Capitolo 1 
STUDI PRECEDENTI 
In questo capitolo viene presentato lo stato dell’arte per quel che riguarda lo 
studio del movimento degli arti superiori e della testa, sottolineando le differenze 
esistenti tra l’analisi del movimento e la più specifica analisi del cammino. 
1.1 Protocolli per la valutazione del movimento degli arti 
superiori e della testa 
Lo sviluppo di sofisticati sistemi per l’analisi del movimento negli ultimi anni 
ha consentito lo studio dettagliato del comportamento di diverse articolazioni. Il 
risultato di ciò è che l’applicazione di tecniche quantitative per la valutazione di vari 
disordini motori ha ricevuto crescente attenzione, indirizzando la maggior parte 
delle ricerche verso l’analisi del cammino (gait analysis). Tuttavia, i tentativi di 
valutare e/o di migliorare le funzionalità motorie attraverso l’analisi quantitativa del 
cammino hanno, in qualche modo, eclissato una rigorosa analisi dei movimenti 
delle estremità superiori. 
L’analisi del movimento degli arti inferiori è stata, infatti, studiata a fondo e 
per lungo tempo sia nell’ambito della ricerca biomeccanica sia in quello delle 
applicazioni cliniche. Per questi studi sono stati sviluppati degli strumenti 
straordinari e molto avanzati per la misura del movimento e delle forze di reazione 
a terra. La definizione degli intervalli fisiologici e la valutazione dei cambiamenti 
patologici nei movimenti apre un prezioso e crescente campo di applicazione 
 3
STUDI PRECEDENTI 
 
clinica. Se, tuttavia, il soggetto di interesse si sposta sulla funzione primaria delle 
estremità superiori, la situazione diviene considerevolmente più complessa. La 
natura dei movimenti liberi di braccia e testa è completamente differente dall’essere 
ristretta, ripetibile o ciclica, se comparata al cammino. Di conseguenza, il 
trasferimento delle conoscenze e dell’esperienza, ottenute nell’analisi del 
movimento delle estremità inferiori, all’analisi delle estremità superiori è piuttosto 
difficile. 
 
Analisi del Cammino Analisi delle Estremità Superiori 
Un solo movimento standard 
Periodicità dei movimenti 
Approssimativamente 2D 
Forze esterne facilmente misurabili 
Escursione dei movimenti limitata 
Esistenza di protocolli standard 
Esistenza di sistemi pronti all’uso 
Movimenti dipendenti dal compito 
Non periodicità dei movimenti 
3D 
Difficoltà nel calcolare le forze esterne 
Escursione dei movimenti molto grande 
Non esistono protocolli standard 
Non sono disponibili sistemi adattati 
Tabella 1.1 - Comparazione delle condizioni nell’analisi del cammino e 
nell’analisi delle estremità superiori. 
Comparando l’analisi del cammino all’analisi delle estremità superiori 
(Tabella 1.1), si rivela la natura del problema che insorge quando la biomeccanica 
passa dalle gambe alle braccia e alla testa: 
• Data la variabilità dei movimenti eseguibili dalle estremità superiori, 
bisogna scegliere con cura quali tra questi studiare; per esempio 
movimenti presi da un’attività che si vuole osservare o movimenti 
appositamente progettati per l’esperimento. Conseguentemente, la 
necessità di accuratezza e dettagli, così come l’interpretazione e la 
visualizzazione dei dati, può varare da applicazione ad applicazione. 
• La normalizzazione dei dati per il tempo e le medie eseguite sulla base 
della natura ciclica del passo non sono generalmente applicabili alle 
estremità superiori. Diviene così più complicato effettuare 
comparazioni inter e intra-individuali. 
 4
STUDI PRECEDENTI 
 
• Nel cammino una vista bidimensionale, laterale permette una buona 
approssimazione delle maggiori componenti del movimento. Il 
movimento delle estremità superiori non può essere descritto 
bidimensionalmente, basti pensare alle rotazioni tridimensionali che 
intervengono nell’articolazione della spalla. 
• Le piattaforme di forza e altri strumenti consentono la raccolta 
accurata di dati riguardanti le forze esterne durante il cammino e la 
corsa, mentre la valutazione delle forze esterne agenti sulle mani, se 
presenti, è difficile nella maggior parte delle situazioni. Perciò, si ha una 
descrizione cinetica meno accurata per le estremità rispetto a quelle 
inferiori. 
• La vasta gamma di movimenti effettuati dalle estremità superiori fa 
aumentare gli errori di misura dovuti ai movimenti della pelle e dei 
tessuti molli, che è una delle maggiori limitazioni nella precisione di 
tutte le tecniche di misura che usano sensori posizionati sulla pelle. 
Bisogna prestare una particolare attenzione alle rotazioni che 
avvengono lungo gli assi longitudinali dei segmenti corporei, che, 
generalmente, non sono considerate nella gait analysis. 
• La variabilità e la complessità dei compiti eseguibili dagli arti superiori 
ha impedito che fossero stabilite procedure affidabili e standardizzate, 
per i movimenti delle estremità superiori, da parte della comunità 
scientifica. Come conseguenza, non sono disponibili in commercio 
macchinari facilmente utilizzabili. 
Queste sono le ragioni per cui in letteratura è piuttosto difficile trovare studi 
riguardanti l’analisi del cammino che implichino anche l’analisi delle estremità 
superiori e per cui quei pochi studi presenti utilizzano protocolli assai diversi tra 
loro. 
 5
STUDI PRECEDENTI 
 
Tra le varie ricerche presenti in letteratura si possono individuare 4 tipi 
principali di studi:  
1. Analisi del movimento delle braccia in soggetti non deambulanti 
(seduti o in piedi) 
2. Analisi del movimento delle braccia durante il cammino 
3. Analisi del movimento di tronco e testa in soggetti non deambulanti 
4. Analisi del movimento di tronco e testa durante il cammino. 
 6
STUDI PRECEDENTI 
 
1.1.1 Analisi del movimento delle braccia in soggetti non 
deambulanti 
La maggior parte di questi studi si riferiscono principalmente alla 
modellizzazione delle articolazioni degli arti superiori, come l’articolo pubblicato nel 
1999 da Bao e Willems nel quale si presentano i risultati ottenuti dalla 
modellizzazione e dalla corrispondente stima dei parametri della spalla umana. Per 
valutare la cinetica dell’articolazione della spalla si utilizzano 8 marker (Figura 1.1). 
Tre marker non allineati sono disposti sul tronco: il #3 sul punto di riferimento 
corporeo dell’incisura giugulare, il #1 più in basso all’altezza dello sterno, mentre il 
#2 in un punto del torace che è considerato come punto di riferimento. 
 
Figura 1.1 - Posizionamento dei marker 
Un telaio a forma di croce con tre marker (#6, #7 e #8) è legato sul braccio, 
inoltre alla fine della clavicola si monta, in posizione verticale, una barretta con due 
marker (#4 e #5). Per la valutazione del modello e per la stima dei parametri si 
fanno eseguire a dei soggetti di riferimento tre tipi di movimenti (ognuno dei quali è 
acquisito tre volte): un oscillazione del braccio nel piano sagittale, un abduzione del 
braccio e una torsione del braccio sollevato di circa 80°. 
Un altro studio di questo tipo è quello di Kusoffsky, Apel e Hirschfeld 
pubblicato nel 2001 con lo scopo di investigare il coordinamento tra movimenti 
 7
STUDI PRECEDENTI 
 
della mano, reazioni a terra ed attività muscolare in soggetti che, in posizione di 
standing, devono eseguire il compito di prendere o di posare un oggetto posto su un 
tavolo di fronte a loro. In particolare, sono presi in esame pazienti precedentemente 
colpiti da infarto miocardico. 
 
Figura 1.2 - Posizionamento dei marker e sistemi di riferimento 
Si utilizzano dieci marker passivi di cui nove sulla persona (Figura 1.2) e uno 
sull’oggetto da sollevare (un cartone del latte riempito con 0.5 l di acqua). I soggetti 
si posizionano con i piedi su due diverse piattaforme di forza poste l’una affianco 
all’altra ad una distanza di circa 40 mm. La modalità della prova consiste nel far 
sollevare ai pazienti l’oggetto e posarlo su un ripiano laterale (leggermente rialzato 
rispetto al tavolo) che viene spostato a seconda che si esegua la prova con la mano 
destra o con la sinistra. 
Questo tipo di esperimento consente così di valutare la cinetica del braccio, 
lo spostamento dell’oggetto da sollevare e la distribuzione del peso dei soggetti in 
esame sulle due piattaforme di forza. 
Il più recente di questi studi risale al 2004 (Chan et al.) e consiste nello 
sviluppo di una metodologia per descrivere il movimento delle braccia, attraverso 
un metodo di modellizzazione statistica, in soggetti sani e in soggetti con problemi 
neurologici. 
 8
STUDI PRECEDENTI 
 
Similmente allo studio visto in precedenza, anche in questo caso si chiede ai 
soggetti in esame di prendere e spostare un oggetto posto su un tavolo di fronte a 
loro, ma ora il soggetto è seduto su una sedia. Si utilizzano solo quattro marker 
catarifrangenti posti nei seguenti punti di riferimento corporeo: mano destra (terzo 
metacarpo), gomito destro (epicondilo laterale), spalla destra (testa dell’omero) e 
anca destra (spina iliaca anteriore superiore). 
1.1.2 Analisi del movimento delle braccia durante il cammino 
La maggior parte degli studi che trattano questo argomento non hanno lo 
scopo specifico di analizzare la cinetica delle braccia durante il cammino, piuttosto 
quello di conoscere la loro posizione per poter calcolare il centro di massa corporeo 
(Body Center Of Mass, BCOM). Un esempio di questi studi è quello di Gard, Miff 
e Kuo pubblicato nel 2004 nel quale sono comparate tre diverse tecniche utilizzate 
per calcolare l’escursione verticale del BCOM. 
L’escursione verticale del BCOM è calcolata in diversi soggetti sani durante 
quattro diverse prove registrate a quattro diverse velocità di cammino (da 0.8 a 2.0 
m/s). Si utilizza un totale di 21 marker posizionati su piedi, gambe ed estremità 
superiori. Il collocamento dei marker è sul dorso del piede (all’altezza 
dell’articolazione metatarso-falangea), sul tallone, sul malleolo laterale, 
sull’epicondilo laterale del femore, su delle bacchette che si estendono lateralmente 
dai segmenti di tibia e femore, sulla spina iliaca anteriore superiore, sul sacro (a 
metà tra le spine iliache posteriori superiori), sulla punta del processo dell’acromio, 
sull’epicondilo laterale di ogni omero e nel punto di mezzo del polso tra il processo 
stiloide. Questa disposizione dei marker permette la creazione di un modello del 
corpo composto da 12 segmenti e collegamenti rigidi che può essere scomposto in 
un modello del sistema locomotore a 7 segmenti e un modello di tronco e braccia a 
5 segmenti. 
 9
STUDI PRECEDENTI 
 
1.1.3 Analisi del movimento di tronco e testa in soggetti non 
deambulanti 
È abbastanza raro trovare in letteratura degli studi che si occupino 
esclusivamente del movimento della testa. Tra i primi articoli riguardanti questo 
argomento vi è quello di Assaiante, McKinley e Amblard, pubblicato nel 1997, nel 
quale si analizza lo sviluppo della coordinazione tra la testa ed il tronco durante un 
salto singolo, effettuato con uno o due piedi, in bambini appartenenti a due fasce di 
età differenti (tra i 5.5 e i 6 anni e tra i 7 e i 7.5 anni) e negli adulti. 
Si chiede ai soggetti di saltare ad una distanza di 40 cm in fronte a loro 
mentre fissano un punto posto all’altezza degli occhi ad una distanza di 4 m. Ogni 
soggetto deve eseguire sei prove con un piede solo e sei prove con due piedi in un 
ordine semi casuale che garantisca comunque che ci siano al massimo due salti 
consecutivi dello stesso tipo. 
 
Figura 1.3 - Posizionamento dei marker 
La cinetica dei salti dei soggetti si esamina servendosi di un sistema 
optoelettronico (ELITE) con l’uso di 15 marker di forma sferica la cui posizione è 
stata registrata da due videocamere. I 15 marker si posizionano nei seguenti punti 
(Figura 1.3): due marker posti simmetricamente su articolazione temporo-
 10
STUDI PRECEDENTI 
 
mandibolare, processo acromiale, spina iliaca, trocantere, piatto tibiale, malleolo 
laterale e punta dell’alluce, mentre si colloca un singolo marker sul mento. Questo 
posizionamento dei marker permette di calcolare sia la rotazione antero-posteriore 
della testa e del tronco durante i salti sia la rotazione laterale di testa, spalle e bacino, 
cioè le componenti rispettivamente di beccheggio (pitch) e di rollio (roll) della 
rotazione. Mediante i marker posti sugli arti inferiori è invece possibile monitorare 
la cinematica delle gambe durante l’esecuzione del salto. 
Per ogni prova si considerano due indici: 
1. Dispersione angolare di rollio e di beccheggio. Si calcola l’angolo assoluto di 
rollio (rispetto all’asse verticale) di testa, spalla e bacino, ogni 10 ms 
durante ogni prova. Inoltre, si calcolano gli angoli assoluti di 
beccheggio (rispetto all’asse verticale) della testa e del tronco ogni 10 
ms. Si calcolano quindi le deviazioni standard (dispersione nota σ
a
) 
delle distribuzioni angolari assolute. 
2. Indici di “ancoraggio” di rollio e di beccheggio. L’indice di ancoraggio è usato 
per comparare la stabilizzazione di un dato segmento sia rispetto allo 
spazio esterno sia rispetto al sottostante segmento anatomico. Per una 
data situazione sperimentale si calcolano (a livello della testa) la 
deviazione standard della distribuzione di rollio assoluta (σ
a
) e quella 
della distribuzione di rollio relativa (σ
r
). L’indice normalizzato di 
ancoraggio di rollio della testa viene quindi calcolato mediante la 
formula: (σ
r
 - σ
a
)/ (σ
r
 + σ
a
) e il suo valore può variare da -1 a +1. Un 
valore positivo di questo indice indica una stabilizzazione migliore 
nello spazio rispetto a quella sul livello anatomico inferiore di supporto 
(viceversa per un valore negativo). 
Il più esauriente, tra questi studi, è però quello pubblicato nel 2002 (Ferrario 
et al.) dal Journal of Orthopaedic Research. In questo articolo sono descritte le 
metodologie usate e i risultati ottenuti nel definire i valori di riferimento del Range 
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STUDI PRECEDENTI 
 
Of Motion (ROM) cranio-cervicale in soggetti giovani e sani, per valutare l’effetto del 
sesso, e per quantificare il contributo separato di altri distretti corporei. 
Si fanno accomodare i soggetti in esame su una sedia con schienale verticale, 
supporto lombare e braccioli regolabili. I loro piedi sono poggiati in terra in modo 
tale da ottenere una flessione delle ginocchia di 90°. Per ridurre il movimento del 
torace si pone una sbarra rigida tra i gomiti dei soggetti (anch’essi flessi di 90° ca.) 
dietro la loro schiena (Figura 1.4). Alle persone in esame è richiesto di assumere una 
posizione naturale della testa e del collo fissando uno specchio posto 2 m davanti a 
loro ad altezza occhi, quindi di chiudere occhi e bocca senza stringere i denti. A 
questo punto inizia la prova vera e propria che consiste nel far eseguire ai soggetti i 
maggiori movimenti possibili, della testa e della colonna cervicale, di flesso-
estensione, piegamento laterale (a destra e a sinistra) e di rotazione assiale (a destra e 
a sinistra). Per ogni tipo di movimento si acquisiscono tre prove a velocità naturale. 
  
Figura 1.4 - Posizione del soggetto durante la prova, specchio e 
posizionamento dei marker, vista frontale (a) e laterale (b) 
Per valutare questi movimenti cranio-cervicali si utilizza un sistema 
optoelettronico (ELITE) dotato di 6 videocamere poste intorno al soggetto e 
marker catarifrangenti. Su ogni persona si posizionano 6 marker sferici (con 
diametro di 0.5 cm): sulla fronte, sull’arcata sopracciliare destra e su quella sinistra, 
sul processo spinale della terza vertebra dorsale e, sulle spalle, sull’acromio di destra 
e di sinistra (Figura 1.4). 
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