Le oscillazioni del corpo nel test di Romber: la Rilevanza Clinica dell’Analisi Armonica

Generalità

L’equilibrio in stazione eretta statica è una funzione sviluppata nel corso della evoluzione della specie con le caratteristiche neurologiche e muscoloscheletriche. Un’idea sommaria della difficoltà della funzione la si può avere osservando quanto tempo e impegno sia richiesto al bambino per imparare a stare in stazione eretta. La funzione ne è stata studiata in dettaglio fin dal 16851 fino a rientrare, già nel 1836, fra i test clinici2. In tempi più recenti, con l’uso di pedane stabilometriche e di PC che consente di tracciare la traiettoria seguita dal COP (COP = Centre Of Pressure) durante il test, è stato possibile individuare un’ampia gamma di parametri capaci di descrivere le funzionalità fisiologiche del soggetto sotto test3,4. Un esteso dibattito a proposito di questi parametri suggerisce oggi – il processo è ancora in corso – alcuni elementi chiave5 che da un lato possono fornire informazioni di interesse clinico e dall’altro fornire elementi di interesse per la realizzazione di robot antropomorfici6.
Le oscillazioni del corpo in stazione eretta statica sono state spesso descritte come quelle di un pendolo inverso dove il centro di massa del corpo è localizzato a circa 2/3 dell’altezza del soggetto. Sia le oscillazioni Antero-Posteriore sia quelle Latero-Laterali, a dispetto delle differenze bio-meccaniche – sul piano frontale i due arti, incernierati sul bacino e sulle caviglie formano un “telaio” mentre sul piano sagittale il modello è molto più chiaro – hanno comportamenti simili: mo-strano infatti analoghe frequenze di oscillazione spontanea7.
Considerando le equazioni del pendolo per una altezza che varia da 150 a 210 cm si troverebbero valori di frequenza compresi fra 0,0347 Hz per il più alto e 0,041 Hz per il più basso. Le evidenze sperimentali mostrano però frequenze più elevate (0,6 Hz per un soggetto alto 170 cm8 che parrebbero spiegabili da un modello di “rigidità biomeccanica” che deriverebbe in modo combinato da rigidità meccanica9, dalle costanti di tempo del controllo in retroazione (feed-back) e dalle modalità di controllo anticipativo in feed-forward10,11.
È altresì ben noto che il dolore muscoloscheletrico correla con le instabilità posturali12 e segnata-mente le frequenze di non-smorzamento delle oscillazioni stesse. È perciò importante avere una affidabile analisi spettrale delle oscillazioni registrate durante il test. Gli algoritmi di calcolo ed in particolare la FFT (Fast Fourier Transform) con-sentono infatti di riconoscere le componenti oscil-latorie principali dello Sway sui due piani.
Sono fattori critici per lo sviluppo della FFT sia la durata di acquisizione, che definisce la più bassa frequenza calco-labile in modo attendibile, sia la frequenza di campionamento delle misure, che definisce la più alta frequenza ragionevolmente calcolabile con la dovuta affidabilità 13, 14, 15.

Analisi spettrale delle oscillazioni del COP

Applicando l’algoritmo di calcolo della FFT sono state calcolate le distribuzioni spettrali di 1234 test stabilometrici su altrettanti soggetti (627 F – 607 M) che non presentavano evidenti anomalie funzionali di età compresa fra 7 e 77 anni. La banda di frequenze era compresa fra 0,025 Hz (1/Durata di acquisizione impostata a 40 sec) e 10 Hz (Frequenza di campionamento a 100 Hz/10). Le misure sono state eseguite sulla pedana ARGO® dalla quale è derivata la versione ArgoPlus® di Fremslife srl. La accuratezza metrologica del dispositivo era già stata dimostrata16.
Allo scopo di “filtrare le registrazioni di soggetti apparentemente “border line” è stato usato il punteggio di funzionalità posturale SPF (Score of Postural Functionality). Tale indice è stato definito17 prendendo in esame 63 parametri e indicatori ricavati dalle misure dello Sway che avevano mostrato significatività statistica18. Ad ognuno di tali parametri è attribuito il valore 1 quando il relativo indicatore è al di fuori dell’intervallo ±2σ attorno al valore medio di riferimento. Perciò a valori più elevati di SPF corrispondono soggetti meno funzionali. I dati utilizzati sono quelli di 1234 soggetti che presentavano un valore SPF≤ 9. La “Potenza” spettrale è stata calcolata su 8 bande per ciascuno dei due assi. La distribuzione appare omogenea e indipendente dalla modalità di test (occhi aperti e chiusi). Qualche differenza, statisticamente non significativa, si nota fra i sessi: i Maschi oscillerebbero un poco più delle Femmine. Quando si pongano a confronto le distribuzioni delle potenze normalizzate al valor medio di ciascun rilievo si nota la notevole dispersione dovuta al “contenuto informativo” presentato dallo Spettro Armonico.
A titolo di esempio si veda infatti la analisi armonica dei due rilievi (Occhi Chiusi ed Occhi Aperti) di un soggetto lievemente disfunzionale per probabile artrosi a carico della colonna. I picchi parrebbero essere presenti in correlazione con l’altezza delle “cerniere” (cervico-toracica, toraco-lombare, lombo-sacrale).


Conclusione

Per quanto detto si può concludere che, a patto di disporre di uno strumento adeguato (accuratezza, frequenza di campionamento del segnale), l’analisi armonica può rivelarsi strumento decisivo per la interpretazione delle possibili cause di disfunzione posturale.

Riferimenti bibliografici


¹ Alphonsus Borelli De Motu Animalium – COG position is found to be at 57% of the height of the subject
² Lanska DJ, Goetz CG. Romberg’s sign Development, adoption, and adaptation in the 19th century. Neurology 2000; 55: 1201-1206
³ Woollacott MH, Shumway-Cook A. Vertigo: Clinical and research methodology for the study of posture and balance. London: Sprinter, 1999
⁴ Winter DA. In: Biomechanics and motor control of human movement, 2nd ed. New York, NY: John Wiley & Sons; 1990. p. 93–6
⁵ Nieschalk M, Delank KW, Stoll W, Quantitative evaluation of the Romberg test Laryngorhinootologie 1995; 74(8): 489-94 and Collins JJ & De Luca CJ (1993). Open-loop and closed-loop control of posture: a random-walk analysis of centre-of-pressure trajectories. Exp Brain Res 95, 308–318
⁶ Yifa Jiang, Hidenori Kimura Balance-Keeping Control of Upright Standing in Biped Human Beings and its Application for Stability Assessment in Humanoid Robots I-Tech Vienna June 2007
⁷ Soames RW, Atha J The Spectral Characteristics of Postural Sway Behaviour Eur J Appl Physiol Occup Physiol 1982; 49(2):169-77
⁸ R.-J. Cherng, H.-Y. Lee, F.-C. Su Frequency spectral characteristics of standing balance in children and young adults Medical Engineering & Physics 25 (2003) 509–515 and Williams HG, McClenaghan BA, Dickerson J. Spectral characteris-tics of postural control in elderly individuals. Arch Phys Med Rehabil 1997;78:737-44
⁹ Winter, David A., Aftab E. Patla, Francois Prince, Milad Ishac, and Krystyna Gielo-Perczak. Stiffness control of balance in quiet standing. J. Neurophysiol. 80: 1211–1221, 1998
10 Morasso P, Schieppati M Can muscle stiffness alone stabilize upright standing? J. Neurophsiology 82, 1622-26, 1999
11 Tin C, Poon CS. Internal models in sensorimotor integration: perspectives from adaptive control theory. J Neural Eng. 2005 Sep;2(3):S147-63
12 Ruhe A, Fejer R, Walker B. On the relationship between pain intensity and postural sway in patients with non-specific neck pain. J Back Musculoskelet Rehabil. 2013;26(4):401-9
13 K. Michalak, P. Jaśkowski, Dimensional Complexity of Posturographic signals : I. Optimization of frequency sampling and recording time, Curr Topics in Biophys, vol. 26, no.2, pp 235-244, 2002
14 Scoppa F, Capra R, Gallamini M, Shiffer R. Clinical stabilometry standardization: basic definitions–acquisition interval–sampling frequency. Gait Posture. 2013 Feb;37(2):290-2
15 Baratto L et al La durata di registrazione nel test stabilometrico statico su piattaforma di forza Ital J Rehab Med – MR 2006;20:103-8
16 Baratto M, Cervera Ch, Jacono M Analysis of adequacy of a force platform for stabilometric clinical investigations IMEKO, IEEE, SICE 2°Int. ISHF&MCM 2004,p.207
17 Jacono M, Baratto L, Simonini M Marasso Metodologie di analisi del test di Romberg strumentale nei soggetti affetti da malattia di Parkinson SIMFER La malattia di Parkinson sett/ott 2005
18 Gallamini M, Piastra G, Porzio D, Ronchi M, Scoppa F, Bertora F. Instrumental Assessment of Balance Functional Per-formance. A Numerical Score to Discriminate Defective Subjects: A Retrospective Study J Nov Physiother 2016, 6: 305

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