Negli ultimi anni la robotica indossabile ha conosciuto un’evoluzione significativa, aprendo nuove prospettive nel campo della riabilitazione neuromotoria. In particolare, lo sviluppo degli esoscheletri soft ha segnato un cambio di paradigma rispetto ai dispositivi rigidi di prima generazione, spesso limitati da ingombri, complessità d’uso e ridotta integrazione con il movimento fisiologico del paziente. I sistemi soft wearable, grazie all’impiego di materiali tessili, alla leggerezza e a strategie di controllo sempre più raffinate, si propongono come strumenti capaci di affiancare in modo più naturale il percorso riabilitativo, favorendo il coinvolgimento attivo del paziente e l’esecuzione di movimenti funzionali. L’interesse verso queste tecnologie è particolarmente rilevante nella riabilitazione dell’arto superiore, ambito in cui la complessità biomeccanica e il ruolo della neuroplasticità pongono sfide cliniche ancora aperte.
In questo contesto s’inserisce lo studio realizzato presso il CTO di Torino dal titolo Utilizzo di un esoscheletro soft per il recupero funzionale dell’arto superiore in pazienti con lesione del plesso brachiale dedicato all’utilizzo di un esoscheletro soft nel recupero funzionale dell’arto superiore in pazienti con lesione del plesso brachiale, una condizione caratterizzata da esiti spesso severi e tempi di recupero prolungati.
A illustrare il razionale clinico, l’integrazione del dispositivo nel percorso riabilitativo e le prospettive applicative di questa esperienza, presentata nel corso dell’ultimo convegno Simfer è Lorella Cocchini, direttore della S.C. Unità Spinale del Presidio Ospedaliero CTO dell’AOU Città della Salute e della Scienza di Torino.
Dall’esoscheletro rigido ai sistemi soft wearable di nuova generazione
Negli ultimi anni gli esoscheletri hanno conosciuto una profonda evoluzione tecnologica che ne ha ampliato in modo significativo l’applicabilità in ambito riabilitativo, in particolare grazie allo sviluppo delle soluzioni soft. «Gli esoscheletri sono passati dall’essere strutture rigide e ingombranti a sistemi leggeri, compatti e realizzati in materiale tessile, noti come soft wearable exosuits», esordisce Lorella Cocchini. «Questo cambiamento ha permesso di superare alcuni limiti storici dei dispositivi tradizionali, poiché l’adozione di materiali morbidi consente di non interferire negativamente con il movimento naturale dell’utente quando il dispositivo è spento, garantendo una buona vestibilità e una maggiore leggerezza».
Accanto all’evoluzione dei materiali, un ruolo determinante è stato svolto dall’innovazione nei sistemi di controllo. «Dal punto di vista tecnologico, il passaggio fondamentale è stato integrare sistemi di controllo avanzati capaci di modulare le forze di assistenza in tempo reale. Se i modelli precedenti si basavano in prevalenza sulla cinematica rilevata tramite unità di misura inerziali (IMU), le soluzioni più recenti adottano una strategia combinata che integra IMU ed elettromiografia di superficie (sEMG). Questo approccio permette al dispositivo di leggere l’intenzione motoria dell’utente, rendendo l’assistenza più fluida e sincronizzata con il corpo».
Anche la semplificazione del design ha inciso in modo rilevante sull’utilizzabilità clinica: il passaggio da t-shirt complete a imbracature essenziali con fibbie e velcro ha reso questi strumenti molto più pratici per l’uso quotidiano e per le attività della vita giornaliera, superando i limiti d’ingombro e stanchezza tipici dei modelli rigidi.
Supportare il movimento senza imporlo
Gli esoscheletri soft risultano particolarmente interessanti nella riabilitazione dell’arto superiore, un distretto caratterizzato da un’elevata complessità biomeccanica e da una marcata ridondanza cinematica. «A differenza dei dispositivi rigidi, i sistemi soft agiscono come vere e proprie interfacce neurali, poiché supportano il movimento naturale senza imporre traiettorie fisse e senza limitare eccessivamente i gradi di libertà del sistema scapolo-omerale», spiega Lorella Cocchini. «Questo approccio consente di ridurre il carico sulle strutture muscolari compromesse, favorendo al tempo stesso l’attivazione della forza residua».
La riduzione della fatica e il potenziamento della forza, con un miglioramento dell’active range of motion, elementi centrali per il recupero funzionale, sono alcuni degli importanti vantaggi dell’uso di questi dispositivi. Un aspetto cruciale è inoltre il ruolo che questi dispositivi possono avere nella promozione della neuroplasticità. «Il coinvolgimento attivo del paziente, facilitato dal supporto robotico personalizzato, stimola la riorganizzazione corticale, perché il robot non si sostituisce all’utente ma ne potenzia l’intenzione motoria. Questo meccanismo favorisce l’engagement e la continuità del percorso riabilitativo».
Anche comfort e adattabilità hanno un ruolo determinante. Essendo realizzati in tessuto, questi dispositivi risultano più intuitivi e confortevoli, riducendo le barriere psicologiche all’uso continuativo. Inoltre, la possibilità di sfruttare strategie motorie alternative rende anche un recupero parziale estremamente significativo per l’autonomia del paziente, soprattutto nelle attività della vita quotidiana.
Lesione del plesso brachiale: un quadro clinico complesso
La lesione del plesso brachiale è una condizione di alta complessità neurologica e funzionale: il plesso brachiale è una rete intricata di nervi che origina dalle radici spinali C5-T1 e innerva spalla, braccio, avambraccio e mano, consentendo movimenti volontari e sensibilità dell’arto superiore. Queste lesioni insorgono di frequente in seguito a traumi ad alta energia, in particolare incidenti stradali, con violente trazioni o stiramenti dei nervi, ma possono anche derivare da ferite penetranti, traumi sportivi ad alto impatto, tumori o condizioni iatrogene.
Dal punto di vista anatomico e funzionale, la lesione può coinvolgere diversi livelli delle strutture nervose – dalle radici ai tronchi e ai rami terminali – con quadri che vanno dallo stiramento alle lacerazioni profonde o alle avulsioni radicolari. Clinicamente la presentazione varia dalla debolezza e dalla riduzione della sensibilità alla completa perdita di funzione motoria dell’arto interessato, spesso accompagnata da dolore neuropatico intenso.
Il trattamento della lesione del plesso brachiale è multimodale e fortemente tempo-dipendente: in molti casi la chirurgia ricostruttiva è indicata nelle fasi acute o subacute per ripristinare la continuità nervosa o trasferire nervi donatori, ma la prognosi dipende dalla gravità e dal livello lesionale. In parallelo e soprattutto nel lungo periodo, il trattamento riabilitativo assume un ruolo centrale: il recupero funzionale dell’arto superiore richiede protocolli personalizzati di fisioterapia che mirano a ridurre la disabilità, promuovere la neuroplasticità e preservare la mobilità delle articolazioni.
Soluzioni riabilitative avanzate per una sfida clinica estrema
«Le lesioni del plesso brachiale rappresentano una sfida clinica estrema perché colpiscono una rete nervosa complessa che governa tutte le componenti motorie e sensitive dell’arto superiore. Il danno può variare dalla neuroaprassia, forma reversibile caratterizzata da un blocco temporaneo della conduzione nervosa, fino alla neurotmesi totale, che comporta la completa interruzione anatomica del nervo. La rigenerazione nervosa è estremamente lenta, circa un millimetro al giorno; spesso, anche dopo interventi chirurgici complessi come il nerve transfer, il recupero è solo parziale e richiede anni».
In questo lungo periodo di transizione funzionale, il paziente tende a sviluppare strategie di compenso spesso patologiche. «Per ovviare alla paralisi, i pazienti utilizzano di frequente movimenti compensatori del tronco, che nel tempo determinano sovraccarichi muscolari e complicazioni biomeccaniche». Un ulteriore elemento critico riguarda la riorganizzazione corticale. Soprattutto dopo un nerve transfer, infatti, il cervello deve imparare a utilizzare un nervo donatore per una funzione diversa. In questo caso, le tecnologie avanzate integrate con EMG-biofeedback facilitano questo riapprendimento motorio. Questo quadro di criticità, s’inserisce in un contesto ad alto impatto sociale e personale come spiega Cocchini.
«Poiché le BPI colpiscono spesso giovani adulti vittime di traumi ad alta velocità, il ripristino dell’autonomia nelle attività della vita quotidiana, come mangiare, lavarsi o vestirsi, è una priorità assoluta che le tecnologie riabilitative tradizionali faticano a soddisfare pienamente». È proprio su queste criticità che s’innesta il razionale per l’impiego di soluzioni riabilitative avanzate, capaci di accompagnare il paziente lungo un percorso di recupero lungo, complesso e spesso incompleto.
Riabilitazione con esoscheletro soft
Il razionale dello studio condotto dal team leader Paolo Titolo, responsabile della S.S.D. di Microchirurgia Ortopedica Traumatologica presso l’AOU Città della Salute e della Scienza di Torino, in collaborazione con l’ingeger Tommaso Proietti e Silvestro Micera, docente ordinario di Bioingegneria Elettronica presso la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, nasce dall’esigenza di valutare dispositivi riabilitativi realmente utilizzabili al di fuori di contesti sperimentali altamente controllati.
«Molti sistemi disponibili falliscono perché troppo complessi, ingombranti o difficili da gestire nella pratica clinica quotidiana. Lo studio ha quindi introdotto una nuova versione di esoscheletro soft per spalla e gomito, più leggera e dotata di una strategia di controllo ibrida, con l’obiettivo di verificare non solo l’efficacia, ma anche la reale applicabilità clinica», continua Cocchini.
Gli obiettivi principali dello studio sono stati la valutazione dell’attività muscolare attraverso l’elettromiografia di superficie durante i movimenti assistiti, l’oggettivazione del miglioramento del range of motion attivo e dell’endurance anaerobica, nonché la riduzione della fatica percepita. Sono stati inoltre analizzati parametri secondari legati all’esperienza del paziente, come il comfort (Quest 2.0), il senso di controllo del movimento (Sense of Agency) e le prestazioni funzionali in compiti della vita quotidiana, misurate mediante test standardizzati come Arat e GRT. Lo studio ha coinvolto 14 pazienti affetti da lesione del plesso brachiale, di cui 11 già sottoposti a chirurgia ricostruttiva. L’integrazione dell’esoscheletro nel percorso riabilitativo è avvenuta attraverso un protocollo strutturato in più fasi: una valutazione di baseline senza robot, una fase con dispositivo indossato ma spento, per valutare l’effetto passivo, e infine una fase con assistenza attiva. «Questo approccio ha permesso di personalizzare l’assistenza in base alla forza residua e alle necessità specifiche di ciascun paziente, integrando il robot non come sostituto della terapia manuale, ma come strumento in grado di potenziare l’esercizio funzionale e l’autonomia».
I risultati clinici
I risultati emersi dallo studio sono stati estremamente incoraggianti e rilevanti per la pratica clinica. «L’attivazione dell’esoscheletro soft ha determinato un significativo miglioramento del range of motion attivo: a livello della spalla si è osservato un incremento medio del 61,2% nella flessione e del 78,9% nell’abduzione, mentre per il gomito l’aumento è risultato ancora più marcato, con incremento del 129,3% rispetto alla baseline, verosimilmente legato alla biomeccanica più semplice dell’articolazione. Parallelamente, l’analisi elettromiografica ha evidenziato una marcata riduzione dell’attività muscolare durante il movimento assistito, con decrementi fino al 67,6% per il tricipite e al 61,1% per il bicipite. Questo si è tradotto in un netto miglioramento dell’efficienza muscolare e dell’endurance: la durata dello sforzo è più che raddoppiata (+114,3%), mentre la fatica percepita, valutata tramite la scala di Borg, si è ridotta dell’83,3%. Dal punto di vista dell’esperienza del paziente, i questionari hanno mostrato elevati livelli di soddisfazione (Quest 2.0), con particolare apprezzamento per il peso ridotto del dispositivo e per l’efficacia dell’assistenza, oltre a una percezione positiva del controllo del movimento (sense of agency), elemento cruciale per la motivazione e l’adesione al trattamento».
Indicazioni cliniche, limiti e prospettive future
L’esperienza maturata nello studio consente di delineare alcune indicazioni cliniche precise, ma anche di chiarire i limiti attuali di questi dispositivi. Come sottolinea la dott.ssa Lorella Cocchini, la selezione dei pazienti rappresenta un passaggio cruciale. «I soggetti con una forza muscolare residua molto bassa, con punteggi MRC pari a 1 o 2, possono beneficiare di un miglioramento del range of motion, ma non necessariamente mostrano un recupero significativo nei test funzionali, poiché l’esoscheletro assiste il movimento senza sostituirsi alla capacità di manipolazione fine». Il dispositivo risulta, quindi, particolarmente indicato nei pazienti che conservano una minima funzionalità prossimale, nei quali l’assistenza può tradursi in un reale guadagno di autonomia. Sul fronte delle prospettive future, Cocchini evidenzia la necessità di migliorare ulteriormente l’adattabilità anatomica, emersa come uno degli aspetti meno performanti nei questionari di soddisfazione e di evolvere verso centraline di controllo completamente portatili, non più vincolate a sistemi da banco. «L’obiettivo è permettere l’uso dell’esoscheletro in contesti domestici reali e impiegarlo non solo come supporto fisico, ma come strumento di training corticale intensivo, aprendo la strada a protocolli riabilitativi capaci di accompagnare e potenzialmente accelerare i processi di recupero neurologico e funzionale nel lungo periodo».
