POLITECNICO DI MILANO
Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica
Confronto del recupero motorio e funzionale
perioperatorio in pazienti con artroprotesi
simultanea bilaterale e monolaterale d’anca
Relatore: Prof.ssa Manuela GALLI
Correlatore: Prof. Roberto GATTI
Tesi di laurea magistrale di:
Sara MOLINARI Matr. 874747
“Se non si persevera, non si è creatori.
La creazione è, prima di tutto, volontà.”
Ringraziamenti
Sembra ieri che ho iniziato a frequentare il Politecnico di Milano e invece mi trovo già alla fine di questo percorso. Ripensando a questo mio capitolo di vita, sorgono in me molteplici emozioni, che non possono essere descritte pienamente con le parole. I sacrifici, la fatica, le delusioni, i momenti di sconforto sono stati tanti, ma sembrano nulla rispetto alla soddisfazione e alla felicità che provo per aver raggiunto questo traguardo. Sono
orgogliosa di essere cresciuta come persona e come ingegnere, di essere riuscita a superare tante difficoltà che subito mi sembravano insormontabili e di aver conosciuto persone che, in qualche modo, mi hanno lasciato un valore aggiuntivo.
Sono molte le persone a cui vorrei dire grazie per avermi aiutato e per non avermi lasciata da sola.
Il primo ringraziamento va alla professoressa Manuela Galli, che è sempre stata molto disponibile e che mi ha dato un grosso supporto per lo svolgimento della tesi. Grazie a lei ho avuto modo di capire quale può essere il ruolo di un Ingegnere Biomedico in situazioni cliniche e riabilitative.
Ringrazio di cuore il professore Roberto Gatti che ha organizzato il progetto della mia tesi, l’ingegnere Roberta Furone e i fisioterapisti Federico Temporiti e Giulia Zanotti che mi hanno aiutato durante il lavoro svolto in Humanitas e sono sempre stati simpatici e comprensivi.
Un ringraziamento speciale va ai miei genitori, Giovanna e Luigi, che mi hanno sempre sopportato e supportato, sia nei momenti gioiosi sia in quelli più difficili. Grazie per avermi dato la possibilità di seguire le mie passioni, credendo molto in me e nelle mie capacità, anche quando io mi sottovaluto. A voi dedico questo traguardo.
Un altro grosso ringraziamento va al mio ragazzo Francesco, che riesce sempre a tirare fuori ogni aspetto della mia personalità e che mi ha sostenuto dando sempre per certo che io riuscissi a raggiungere i miei obiettivi.
Ringrazio tanto i miei amici di sempre Francesca, Carolina, Ilaria, Stefano, Matteo, Camilla, Giulia, Eleonora, Alessia, Laura, Betty e Sara, con i quali ho condiviso tante avventure e con i quali ci siamo sempre supportati reciprocamente.
Ringrazio i miei compagni di corso Francesca, Ilaria, Antonio, Marco, Francesco, Letizia, Alessandra, Sabrina, Greta e Greta con i quali ci siamo sempre aiutati e vicenda, rendendo questo percorso meno difficile e poco noioso.
Infine dico un importante grazie alle mie nonne Anna ed Emma che sono sempre orgogliose di me e ai miei nonni Renato e Ninno che sarebbero felicissimi per il mio traguardo.
Indice
Sommario ... 1
Abstract ... 4
CAPITOLO 1 - Introduzione ... 7
CAPITOLO 2 – Revisione della Letteratura ... 11
2.1 – Intervento di protesi totale d’anca ...11
2.1.1 – Studi di confronto tra pazienti di PTA monolaterali e bilaterali ...14
2.1.2 – Studi di Analisi Posturale su pazienti di PTA ...17
2.1.3 – Studi di Gait Analysis su pazienti di PTA...19
2.1.4 – Studi su costi e gestione ospedaliera di pazienti di PTA ...21
2.2 – Conclusioni ...23
CAPITOLO 3 – Materiali e metodi ... 25
3.1 - Strumentazione ...26
3.1.1 – Il sistema optoelettronico ...26
3.1.2 – Il sistema per il rilevamento delle forze ...27
3.1.3 – Il sistema per il rilevamento dell’attività muscolare ...28
3.2- Soggetti ...29
3.2.1 – Criteri di inclusione/esclusione ...30
3.3 - Valutazioni ...30
3.3.1 – Valutazione clinica ...30
3.3.2 – Valutazione biomeccanica ...33
3.3.3 – Posizionamento dei marcatori ...34
3.3.4 – Software utilizzati ...35
3.4 – Analisi Posturale ...38
3.4.1 – Revisione della letteratura sulla Postura ...40
3.4.2 – Descrizione delle prove ...45
3.4.3 – Parametri considerati e protocollo di calcolo creato ...45
3.4.4 – Confronti effettuati ...51
3.5 – Analisi del STS ...52
3.5.1 – Descrizione delle prove ...52
3.5.3 – Confronti effettuati ...54
3.6 – Gait Analysis ...54
3.6.1 – Descrizione delle prove ...55
3.6.2 – Parametri considerati ...56
3.6.3 – Confronti effettuati ...57
3.7 – Analisi del TUG ...58
3.7.1 – Descrizione delle prove ...58
3.7.2 – Confronti effettuati ...59
3.8 – Analisi Statistica ...60
CAPITOLO 4 - Risultati ... 62
4.1 – Risultati di Analisi Posturale ...63
4.1.1 – Confronto occhi aperti vs occhi chiusi ...64
4.1.2 – Confronto monolaterali vs bilaterali ...67
4.1.3 – Confronto T0 vs T1 vs T2 ...71
4.2 – Risultati di STS ...75
4.3 – Risultati di Gait Analysis ...76
4.3.1 – Confronto monolaterali vs bilaterali a T0 ...77
4.3.2 – Confronto monolaterali vs bilaterali a T2 ...78
4.3.3 – Confronto bilaterali a T0 vs bilaterali a T2 ...79
4.3.4 – Confronto monolaterali a T0 vs monolaterali a T2 ...80
4.4 – Risultati del TUG ...81
4.5 – Risultati della TSK ...82
4.6 – Risultati della NRS ...83
4.7 – Conclusioni ...84
CAPITOLO 5 – Interpretazione dei risultati e discussione ... 85
5.1 – Interpretazione dei risultati di Standing ...85
5.1.1 – Riferimenti bibliografici e considerazioni ...85
5.1.2 – Interpretazione dei risultati ...88
5.2 – Interpretazione dei risultati di STS ...95
5.3 – Interpretazione dei risultati di Gait Analysis ...96
5.4 – Interpretazione dei risultati del test TUG ...99
5.5 – Interpretazione dei risultati della TSK ...100
5.6 – Interpretazione dei risultati della NRS ...101
CAPITOLO 6 - Conclusioni ... 105
6.1 – Sviluppi futuri ...106
Bibliografia ... 109
Sitografia ... 112
Indice delle figure
Figura 1: Rimozione della testa femorale ... 11
Figura 2: Protesi d’anca ibrida (S.J. Mellon et al, 2013) ... 12
Figura 3: Disegno di programmazione dell’intervento al computer... 13
Figura 4: Schema per la definizione di Stance e Swing (V.L. Talis et al, 2008) ... 20
Figura 5: Telecamere (NIR SMART DX BTS) ... 26
Figura 6: Laboratorio di Analisi del Movimento in Humanitas ... 27
Figura 7: Piattaforma di forza (P-6000 BTS) ... 28
Figura 8: Sonda (FREEEMG 1000 BTS) ... 29
Figura 9: Scala Tampa ... 31
Figura 10: Scala NRS ... 32
Figura 11: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi clinica ... 32
Figura 12: Schema del processo sperimentale ... 33
Figura 13: Modello di posizionamento dei markers ... 34
Figura 14: Software SMART-Tracker ... 36
Figura15: Software SMART-Analyzer ... 36
Figura 16: Software SMART-Report ... 37
Figura 17: Catena cinematica multi articolare (lucidi lezioni di Valutazione funzionale, M. Galli, 2017) ... 38
Figura 18: Schema dei meccanismi del controllo posturale (Maki and Mcllory,1996) ... 39
Figura19: Modello Neuro-Meccanico (A.H. Vette et al, 2010) ... 41
Figura 20: Differenti posizioni dei piedi (T. Paillard et F. Noè, 2015) ... 43
Figura 21: Prova di Standing ... 45
Figura 22: Blocco di sottrazione ... 47
Figura 23: Blocchi operazionali utilizzati per la posizione delle Asis ... 47
Figura 24: Normalizzazione della distanza COP-centro articolare caviglia ... 49
Figura 25: Terna di riferimento di laboratorio ... 49
Figura 26: Cambio di frequenza e calcolo della lunghezza della traccia del COP destro ... 50
Figura 28: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi Posturale ... 51
Figura 29: Prova di Stand to Sit ... 53
Figura 30: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi del STS ... 54
Figura 31: Prova di Gait ... 56
Figura 32: Schema dei confronti effettuati nella Gait Analysis ... 58
Figura 33: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi del TUG ... 59
Figura 34: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi Posturale ... 63
Figura 35: Andamento del BWDSI nelle tre fasi temporali ... 73
Figura 36: Andamento della lunghezza della traccia del COP singolo nelle tre fasi temporali ... 74
Figura 37: Andamento della lunghezza della traccia del COP totale nelle tre fasi temporali ... 74
Figura 38: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi del STS ... 75
Figura 39: Schema dei confronti effettuati nella Gait Analysis ... 77
Figura 40: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi del TUG ... 81
Figura 41: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi della TSK ... 82
Figura 42: Schema dei confronti effettuati nell’Analisi della NRS ... 83
Figura 43: Schema del controllo posturale ... 89
Figura 44: Andamento del BWDSI nelle tre fasi temporali ... 92
Figura 45: Andamento della lunghezza della traccia del COP singolo nelle tre fasi temporali ... 93
Figura 46: Andamento della lunghezza della traccia del COP totale nelle tre fasi temporali ... 93
Figura 47: Differenza nella flesso-estensione delle ginocchia ... 94
Indice delle tabelle
Tabella 1: Età, peso e altezza medi ... 29
Tabella 2: Occhi aperti vs occhi chiusi, monolaterali a T0 ... 64
Tabella 3: Occhi aperti vs occhi chiusi, monolaterali a T1 ... 65
Tabella 4: Occhi aperti vs occhi chiusi, monolaterali a T2 ... 65
Tabella 5: Occhi aperti vs occhi chiusi, bilaterali a T0 ... 66
Tabella 6: Occhi aperti vs occhi chiusi, bilaterali a T1 ... 66
Tabella 7: Occhi aperti vs occhi chiusi, bilaterali a T2 ... 67
Tabella 8: Monolaterali vs bilaterali a T0, occhi chiusi ... 68
Tabella 9 : Monolaterali vs bilaterali a T1, occhi aperti ... 68
Tabella 10: Monolaterali vs bilaterali a T1, occhi chiusi ... 69
Tabella 11: Monolaterali vs bilaterali a T2, occhi aperti ... 70
Tabella 12: Monolaterali vs bilaterali a T2, occhi chiusi ... 70
Tabella 13: T0 vs T1 vs T2, monolaterali occhi chiusi ... 72
Tabella 14: T0 vs T1 vs T2, bilaterali occhi aperti ... 72
Tabella 15: T0 vs T1 vs T2, bilaterali occhi chiusi ... 72
Tabella 16: Risultati dei confronti sul BWDSI ... 75
Tabella 17: Monolaterali vs bilaterali a T0 ... 77
Tabella 18: Monolaterali vs bilaterali a T2 ... 78
Tabella 19 : Bilaterali, T0 vs T2 ... 79
Tabella 20: Monolaterali, T0 vs T2 ... 80
Tabella 21: Risultati dei confronti sul tempo totale di esecuzione del TUG ... 81
Tabella 22: Risultati dei confronti sulla TSK ... 82
Tabella 23: Risultati dei confronti sulla NRS ... 83
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Sommario
Questo lavoro di tesi presenta l’analisi funzionale di pazienti di protesi totale d’anca (PTA) sia a livello monolaterale sia a livello bilaterale. La causa principale della necessità di un impianto protesico di questo tipo è l’artrite. Tale patologia consiste nella degenerazione progressiva dell’osso e delle componenti articolari che interagiscono con esso. Le
conseguenze sono: la percezione di dolore acuto, l’insorgenza di tumefazioni, di gonfiore e di rigidità articolare e l’impedimento nell’effettuare anche i più semplici movimenti della vita quotidiana.
Una delle grosse peculiarità di questo studio è il fatto di aver estratto i dati cinetici e cinematici dei soggetti osservati il giorno prima dell’intervento e a 3 e 7 giorni dopo lo stesso. In letteratura sono presenti alcuni studi che hanno l’obiettivo di valutare come variano le capacità motorie e funzionali dei protesizzati d’anca, servendosi di tecniche di Analisi del Movimento. Questi però sono stati svolti dopo parecchi mesi dall’intervento, senza tenere conto della fase più delicata del recupero funzionale nel perioperatorio e inoltre non hanno svolto un’analisi strumentale completa che includesse la valutazione complessiva di più task motori, valutati da un punto di vista biomeccanico.
In questo studio invece vengono messe in evidenza le caratteristiche dei soggetti esaminati durante il periodo di degenza ospedaliera e sotto molteplici aspetti funzionali. L’obiettivo è capire se l’intervento bilaterale è sicuro quanto il monolaterale, quali sono le differenze tra i due gruppi di pazienti e come varia la loro condizione a seguito dell’intervento. In questo modo si vogliono ricavare informazioni utili non soltanto ai medici, ma anche a chi si occupa della riabilitazione e della gestione dei pazienti.
Le tematiche considerate in questo lavoro sono: l’Analisi della Postura, la valutazione del movimento di Stand to Sit, la Gait Analysis e il test Timed Up and Go. Si è deciso di porre maggiore attenzione alla valutazione della Postura, in quanto questo task è cardine nella determinazione di movimenti sicuri in termini di rischio di caduta. Per questo motivo è stato creato uno specifico protocollo di calcolo che elabora allo stesso tempo dati cinetici, cinematici e di elettromiografia e li riporta in un apposito Report clinico. In aggiunta sono stati considerati anche i risultati ottenuti attraverso le scale di valutazione clinica Tampa e
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Numeric Rating Scale, che quantificano rispettivamente il livello di paura del movimento e il livello di dolore percepito.
Questo lavoro è stato svolto in collaborazione tra il Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di Milano e l’Istituto Clinico Humanitas di Rozzano (MI), nel quale sono stati operati i pazienti analizzati e dove si trova il Laboratorio di Analisi del Movimento in cui si è svolta la fase di acquisizione dei dati.
Lo studio è stato approvato dal Comitato Etico.
Sono stati analizzati 40 soggetti di età compresa tra i 45 e 65 anni, 20 di questi hanno subito un intervento di PTA bilaterale simultaneo e gli altri 20 un intervento di PTA
monolaterale. I due gruppi di pazienti hanno svolto gli stessi test, nelle stesse giornate pre e post-operatorie, e sono stati sottoposti allo stesso numero di sedute riabilitative.
Per l’acquisizione dei dati sono stati utilizzati: il sistema optoelettronico (BTS SMART DX, Italy) a sei telecamere a infrarossi, il sistema per il rilevamento delle forze a due piattaforme di forza (P-6000 BTS SpA) e otto sonde elettromiografiche (FREEEMG 1000 BTS, it). I dati sono stati poi processati con il software SMART-Analyzer (BTS, it). Successivamente sono stati svolti confronti con test statistici, in modo da evidenziare i risultati più significativi.
I principali risultati ottenuti riportano che per quanto riguarda la Postura gli operati a livello bilaterale hanno un assetto più simmetrico (il BWDSI assume valori da 12.8 a 7.8), ma compiono oscillazioni molto più grandi (la lunghezza massima del COP totale arriva a 1.05 m). I monolaterali invece risultano più stabili (la lunghezza massima del COP totale è di 0.79 m), ma presentano importanti asimmetrie di carico (il valore massimo del BWDSI è 20.6, mentre quello minimo è 11.98) . Il fenomeno per il quale i bilaterali mantengono il bacino perfettamente in asse e caricano entrambi gli arti in egual modo, a differenza degli altri che hanno un assetto molto più asimmetrico, è riscontrato anche nelle prove di Stand to Sit. In questa situazione il BWDSI massimo dei bilaterali è 12.7, mentre quello dei monolaterali è 34.6.
La Gait Analysis dimostra che entrambi i tipi di pazienti sono fortemente debilitati nei primi giorni a seguito dell’intervento. Infatti essi peggiorano tra la fase pre-operatoria e
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quella post-operatoria negli aspetti spazio-temporali e cinematici. La velocità, la cadenza, la lunghezza del passo e gli angoli relativi alla cinematica di anca e ginocchio presentano valori che crescono notevolmente dalla fase pre-operatoria a quella post-operatoria.
Nonostante ciò i bilaterali presentano un ciclo del passo più omogeneo per i due arti anche se, avendo subito una doppia protesizzazione, sono più svantaggiati e più lenti.
I livelli di kinesiophobia e di dolore percepito risultano comparabili tra i due gruppi.
Alla luce dei risultati ottenuti, si può dire che nessuna delle due tecniche chirurgiche può essere migliore in modo assoluto rispetto all’altra, entrambe garantiscono al paziente lo stesso livello di sicurezza. La scelta su quale intervento effettuare deve essere presa dagli ortopedici in base alla particolare situazione del paziente. L’operazione bilaterale
simultanea nel complesso presenta più vantaggi, soprattutto per i risultati strutturali e biomeccanici, ma è molto più invasiva rispetto a quella monolaterale. Quest’ultima invece, pur essendo meno complessa e stravolgente, può portare a grosse problematiche nel lungo periodo, come la degenerazione dell’arto non operato e la conseguente necessità di un nuovo intervento.
La notizia positiva che emerge dall’analisi di entrambi i gruppi è che, nonostante l’intervento di protesizzazione sia molto invasivo, i pazienti si dimostrano attivi fin dai primi giorni post-operatori. Questa caratteristica pone le basi per il conseguimento di un ottimo e rapido recupero funzionale.
I dati ottenuti in questo studio potranno essere di aiuto nelle decisioni di programmazione della fisioterapia dei pazienti e nella definizione degli aspetti di gestione clinica. Avere a che fare con pazienti che interagiscono attivamente nel programma riabilitativo, oltre a garantire ai soggetti stessi il ritorno ad un buon livello di qualità della vita, permette di ridurre il tempo di ricovero e i costi legati a tutti gli aspetti della degenza ospedaliera. In questo modo si può portare anche una situazione di collaborazione al Sistema Sanitario.
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Abstract
This thesis project presents the functional analysis on patients with unilateral and bilateral total hip arthroplasty (THA). Arthritis is the first cause of necessity of prosthetic implant. This pathology consists of progressive degeneration of bone and joint components that interact with the bone. The consequences are: the perception of acute pain, the onset of tumefaction and superficial swelling, the onset of joint rigidity and the obstacle to make also the simplest movements of daily life.
One of the big peculiarities of this study is that kinetic and kinematic data about the observed subjects have been extracted on the day before the surgical intervention and at 3 and 7 days after it. There are some studies in literature that have the goal to evaluate how THA patients’ motor and functional capabilities vary, using Motion Analysis techniques. These studies have been developed a lot of months after the surgical intervention, without taking into account the most delicate phase of functional recovery in the perioperative time. In addiction they did not develope a complete instrumental analysis that included the overall evaluation of more motor task evaluated from a biomechanical point of view. Instead in this study, the characteristics of the examined subjects are considered during the period of stay in hospital and over multiple functional aspects. The goal is to understand if the bilateral surgical intervention is safe as the unilateral one, what are the differences between the two groups of patients and how their condition varies following the operation. On this way the study wants to get usefull informations not only to doctors, but also to those who take care of rehabilitation and management of patients.
The issues considered in this work are: the Postural Analysis, the evaluation of Stand to Sit movement, the Gait Analysis and the Timed Up and Go Test. It was decided to put more attention on the Postural evaluation, because this task plays a central role in
determining safe movements in terms of risk of fall. For this reason a specific calculation protocol was created. It elaborates at the same time kinetic, kinematic and
electromyographic data and refers them in a specific Clinical Report. In addition, also the results obtained through the scales of clinical evaluation Tampa and Numeric Rating Scale
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were evaluated. These scales quantifies respectively the level of fear of movement and the level of perceived pain.
This work was developed in collaboration between the Bioengineering Department of Politecnico di Milano and the Clinical Institute Humanitas di Rozzano (MI), where patients were operated and analyzed and where the Motion Analysis Laboratory is located. In this laboratory the data acquisition was developed .
The study was approved by Ethics Committee.
40 subjects being from 45 to 65 years hold were analyzed. 20 of them have had a
simultaneous bilateral THA and the other 20 a unilateral THA. The two groups of patients developed the same tests, in the same day before and after the operation and they were submitted to the same number of rehabilitative sessions.
For data acquisition were used: the optoelctronic system (BTS SMART DX, Italy) with six infrared cameras, the system for the detection of forces with two force platforms (P-6000 BTS SpA) and eight electromyographic probes (FREEEMG 1000 BTS, it). Then data were processed with the software SMART-Analyzer (BTS, it).
Successively statistic tests were performed in order to highlight the most significant results.
The principal results obtained report that for the Posture the operated on bilateral level have a more symmetric trim (the BWDSI has values from 12.8 to 7.8), but they do much more bigger oscillations (the maximum length of the total COP arrives at 1.05 m). Instead the unilaterals are more stable (the maximum length of the total COP is 0.79 m), but they present important asymmetry of load (the maximum value of the BWDSI is 20.6, whereas the minimum value is 11.98). The phenomena for which the bilaterals keep the pelvis perfectly in axis and load equivalently both the limbs is found also in the tests of Stand to Sit. This is different from the other group that has a much more asymmetric trim. In this situation the bilaterals’ maximum BWDSI is 12.7, whereas the unilaterals’ one is 34.6. The Gait Analysis demonstrates that both kinds of patients are highly debilitated in the first days after the surgical intervention. In fact they worsen from the preoperative phase to the postoperative one in space-temporal and kinematic aspects. The speed, the cadence, the
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length of stride and kinematic angle of hip and knee present values that increase greatly from the preoperative phase to the postoperative one. Despite this, bilateral THA patients present a more homogeneous stride cycle for the two limbs even if they are more
disadvantaged and slower because they have had a double replacement technique. The levels of kinesiophobia and perceived pain are comparable between the two groups.
For the results obtained, it can be said that none of the two surgical techniques can be absolutely better, both guarantee the same level of security to the patient. The choice on which intervention performing must be taken by the ortophaedists on the basis of the particular situation of the patient. The bilateral simultaneous operation in general presents more advantages, especially for structural and biomechanical results, but it is much more invasive than the unilateral one. Instead the unilateral intervention can take to big problems in the long time, even if it is less complex and less overwhelming. The degeneration of the limb not operated and the consequent necessity to have a new surgical intervention are some of the problems that can arise.
The positive news that appears from the analysis of both groups is that patients
demonstrate themselves active from the first days after the operation, even if the surgical intervention is very invasive. This feature lays the foundations for the achievement of an excellent and quick functional recovery.
The data obtained in this study can be a help in decisions of patients’ physiotherapy programming and in the definition of the aspects about the clinical management. Having patients that interact actively in the rehabilitation program guarantees a reduction of hospitalization time and a decrease of costs about the hospital stay. In addition patients can return to good levels of quality of life. In this way a sort of collaboration with Health care System can be taken.
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CAPITOLO 1 – Introduzione
L’intervento di protesi totale d’anca (PTA) oggigiorno è la strategia di maggior successo per il trattamento di patologie come: la coxartrosi, l’osteonecrosi della testa del femore e l’osteoartrite.
In questo studio sono stati presi in considerazione pazienti affetti da osteoartrite poiché essa è diventata una malattia molto comune negli ultimi anni. La sua incidenza sulla popolazione infatti è arrivata al 50% in Europa e al 47% in Italia. Complessivamente è stato osservato che l’osteoartrite interessa il 9.6% degli uomini e il 18% delle donne con più di 60 anni e in molti casi si ha un progressivo degrado in entrambe le anche.
Tale patologia consiste in un’alterazione degenerativa cronica della cartilagine articolare, materiale allo stesso tempo duro ed elastico che ricopre le estremità delle ossa lunghe e riduce gli attriti in modo da migliorare la funzionalità complessiva dell’articolazione. L’osteoartrite o, più semplicemente, artrite colpisce con l’avanzare dell’età soprattutto le persone che hanno svolto attività lavorative e/o sportive molto intense e prolungate. Altri fattori che incidono sull’usura cartilaginea sono l’elevato peso corporeo, i traumi e l’ereditarietà. L’artrite, a prescindere dal motivo che l’ha scaturita, si sviluppa per stadi. Inizialmente si ha una perdita della levigatezza della cartilagine che si usura e diventa molto ruvida. Successivamente si ha la formazione di protuberanze, dette osteofiti, sulle estremità dell’osso che partecipano all’articolazione. Questo rappresenta un segno di reazione alla patologia da parte dell’organismo. L’ultimo stadio vede la completa scomparsa della cartilagine che provoca: deformità, rigidità articolare ed eventuale gonfiore.
A seguito dell’innesto della protesi, solitamente il paziente riscontra: una dissoluzione del dolore, un incremento delle performances funzionali, un miglioramento della qualità della vita (QoL) e un rapido ritorno allo svolgimento di tutte le attività quotidiane.
Questo intervento presenta due casistiche: operazione monolaterale e operazione bilaterale simultanea. La prima prevede l’innesto della protesi d’anca solamente su uno dei due lati, mentre nella seconda vengono applicate, durante lo stesso intervento, le protesi su entrambi i lati. In tutti e due i casi l’équipe chirurgica può decidere se effettuare un accesso anteriore o posterolaterale. È ormai noto da anni che l’intervento bilaterale sia più invasivo, ma non
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è ancora stato definito precisamente se esso sia sicuro quanto quello monolaterale e sotto quali aspetti.
La letteratura testimonia che negli ultimi anni sono stati svolti studi atti a evidenziare le differenze tra i due tipi di intervento. È stata posta particolare attenzione sul recupero funzionale e motorio del paziente nel tardo post-operatorio, sono state fatte riflessioni sull’impegno ospedaliero necessario alle operazioni di PTA, ma non sono state fatte considerazioni sullo stato dei pazienti durante la loro degenza ospedaliera.
L’obiettivo di questo studio è stato quello di capire se l’intervento di PTA bilaterale simultaneo è sicuro quanto quello monolaterale, nonostante sia più invasivo. In aggiunta si è voluto indagare in che modo le due tecniche influenzano la situazione psicofisica e la ripresa funzionale e motoria dei pazienti nella fase perioperatoria. Infatti i protesizzati sono stati analizzati il giorno prima, 3 giorni e 7 giorni dopo l’operazione. La peculiarità del lavoro è stata di sviluppare un’analisi funzionale relativa al periodo di degenza in ospedale e ricavare quindi risultati che illustrassero le condizioni dei pazienti nella fase più delicata dell’iter legato all’intervento protesico. Lo stato dell’arte non documenta altri studi che abbiano svolto un’analisi completa sull’esecuzione di precisi task motori da parte di soggetti appena protesizzati e, soprattutto, nessuno ha mai avuto l’idea di indagare se l’operazione bilaterale è effettivamente sicura quanto le altre e se influisce sul recupero funzionale in modo simile alle altre tecniche chirurgiche.
Questo progetto sperimentale ha fornito dati che aprono la strada a molteplici riflessioni in materia clinica, riabilitativa, di gestione ospedaliera e di garanzia sulla qualità della vita (QoL). Infatti, avendo posto i riflettori sulle differenze tra i due interventi nell’immediato post-operatorio, tale studio potrà essere di supporto nella programmazione delle sedute fisioterapiche, nella gestione clinica dei pazienti e nella definizione del loro periodo di ospedalizzazione.
Il lavoro è stato organizzato e svolto con il seguente workflow: 1. Revisione della letteratura inerente agli argomenti trattati 2. Reclutamento dei pazienti
3. Svolgimento delle prove di valutazione biomeccanica: : Standing, Stand to Sit (STS), Gait Analysis, Timed Up and Go test (TUG)
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4. Svolgimento della valutazione clinica attraverso l’utilizzo delle scale: Tampa (TSK) e Numeric Rating Scale (NRS)
5. Ideazione di uno specifico protocollo di calcolo e di un relativo report clinico per l’Analisi della Postura
6. Elaborazione, processamento ed estrazione di report riguardanti tutti i dati acquisiti nella fase sperimentale
7. Analisi statistica dei risultati ottenuti
8. Interpretazioni e conclusioni dei risultati ottenuti.
Il progetto è stato svolto nel Laboratorio di Analisi del Movimento del Centro di Clinica e Ricerca Humanitas di Rozzano (MI) in collaborazione con il Dipartimento di
Bioingegneria del Politecnico di Milano.
Inoltre questo studio ha ottenuto l’approvazione da parte del Comitato Etico e verrà pubblicato in un articolo scientifico.
Per quanto riguarda l’acquisizione dei dati, essi sono stati rilevati con la seguente strumentazione: un sistema optoelettronico (BTS SMART DX, Italy) a sei telecamere a infrarossi, due piattaforme di forza (P-6000 BTS SpA) e delle sonde elettromiografiche (FREEEMG 1000 BTS, it), 8 per la Gait e 4 per lo Standing.
L’esposizione del lavoro è suddivisa in sei capitoli:
Capitolo 1: è il capitolo corrente, riassume in maniera generale il lavoro svolto Capitolo 2: sono presentati gli studi trovati in letteratura inerenti agli interventi di
protesi d’anca e alla ripresa motoria e funzionale dei pazienti, con qualche considerazione di gestione ospedaliera.
Capitolo 3: vengono spiegati i materiali e i metodi usati per questo lavoro. Sono descritti: la strumentazione utilizzata in laboratorio, i soggetti analizzati, le tecniche di valutazione clinica, le tecniche di valutazione biomeccanica coni vari tipi di prove, i parametri considerati per ogni prova, i software utilizzati per l’elaborazione dei dati, la letteratura specifica sugli studi di postura e sui modelli biomeccanici utili all’interpretazione dei meccanismi posturali, il protocollo di calcolo
appositamente creato per l’Analisi Posturale, i confronti effettuati sui dati acquisiti, i test statistici utilizzati per effettuare i confronti voluti
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Capitolo 4: sono riportati i risultati ottenuti per tutti i tipi di prova e per tutti i confronti effettuati. Vengono messe in evidenza le differenze statisticamente significative.
Capitolo 5: vengono dichiarate le interpretazioni dei risultati facendo
considerazioni di tipo ingegneristico e, nel caso della Postura, servendosi anche di un modello biomeccanico presente in letteratura
Capitolo 6: si presentano le conclusioni e alcuni suggerimenti su possibili sviluppi futuri.
Infine, nell’appendice si trova un esempio del modello di report clinico ideato
appositamente per l’Analisi Posturale. Questo ha la particolarità di includere nello stesso documento i dati di cinematica, di cinetica e di elettromiografia.
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CAPITOLO 2 - Revisione della
Letteratura
2.1 – Intervento di protesi totale d’anca
Dall’analisi della letteratura emerge che l’intervento di protesi totale d’anca (PTA) è la soluzione di maggior successo per il trattamento di patologie d’anca.
La prima causa di protesizzazione è l’osteoartrite, patologia già sviluppata nelle
popolazioni Sassoni, Medievali e Romane. I maggiori disagi provocati da questa malattia sono: dolore acuto, disordini strutturali e sintomatici, cadute e degenerazione delle articolazioni sinoviali.
Fin dai primi anni del ‘900 sono stati eseguiti interventi di PTA. Con il passare del tempo ci sono state molteplici evoluzioni della tecnica chirurgica, ma alcuni passaggi per
preparare la zona di innesto della protesi rimangono pressoché identici. Si può scegliere l’accesso anteriore o quello postero-laterale. Successivamente il procedimento prevede di: tagliare il collo del femore appena sotto la testa femorale, rimuovere quest’ultima e la cartilagine acetabolare e infine preparare il canale medullare del femore. Subito dopo vengono inseriti coppa acetabolare e stelo protesico.
Figura 1: Rimozione della testa femorale
In base al tipo di materiale scelto per queste due componenti si dice che viene fatto un accoppiamento: metallo-metallo, ceramica-metallo, ceramica-ceramica (in rari casi). In genere, a prescindere dal tipo di accoppiamento scelto, sulla coppa acetabolare viene
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utilizzato un inserto in polietilene. Questo aiuta la mobilità dell’articolazione ricostruita e previene l’usura dei materiali.
La seconda decisione che spetta agli ortopedici è se innestare una protesi cementata (impianto e “impasto fissatore”) o una protesi non cementata (solo
impianto avente una superficie più porosa utile all’adesione). Oggi è possibile anche impiantare alcuni componenti cementati e altri non cementati, come nel caso in figura in cui si ha uno stelo cementato e una coppa non cementata.
La scelta tra le alternative citate deve essere fatta in base al livello di osteoporosi delle ossa. Oltre a ristabilire il movimento articolare, si vuole garantire al paziente una ricostruzione strutturale molto vicina alla sua anatomia originaria. Dare la giusta
inclinazione e un buon fissaggio alla protesi, scegliere i materiali più idonei e il trattamento migliore per il tipo di osso in questione al fine di garantire al paziente un completo recupero
funzionale (S.J. Mellon et al, 2013). Figura 2: Protesi d’anca ibrida (S.J. Mellon et al, 2013)
Anche I. D. Learmonth et al nel 2007 hanno evidenziato che questo tipo di intervento porta a ottimi risultati su persone affette da artrite. Nella maggior parte dei casi infatti i soggetti protesizzati riscontrano un grosso alleviamento o addirittura la scomparsa di dolore, incrementano le performance funzionali come il Range of Motion (l’ampiezza di movimento) dell’articolazione, migliorano la qualità della vita (QoL) e, inoltre, tornano a svolgere tutte le attività quotidiane in brevissimo tempo. I progressi nel campo della bioingegneria, come l’innovazione dei materiali e del design, permettono un continuo miglioramento nel fissaggio della protesi e nei follow-up di lungo termine. La tecnologia sempre più evoluta invece consente di effettuare interventi sempre meno invasivi e supportati da computer in grado di visualizzare il miglior posizionamento che dovrebbe
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avere la protesi. In questo modo i chirurghi possono programmare l’operazione al pc, definendo le misure e i gradi di orientamento dell’impianto, per poi lavorare agevolmente, incidendo ferite di dimensioni molto più ridotte rispetto ai primi interventi. Di conseguenza i pazienti sono meno debilitati e meno a rischio di infezioni e/o complicazioni.
Figura 3: Disegno di programmazione dell’intervento al computer
Dopo aver considerato articoli che introducono e trattano in modo generale l’intervento di PTA, ho svolto una ricerca più dettagliata sulla letteratura che espone studi clinici,
biomeccanici e di valutazione economica sempre relativi a casi di protesizzazione d’anca. Durante la ricerca bibliografica è stato utilizzato il portale PubMed. Per poter finalizzare la ricerca agli argomenti di interesse, sono state inserite le seguenti parole chiave: protesi d’anca, monolaterale e bilaterale, Analisi Posturale, Gait Analysis, costi, gestione clinica e ospedaliera. Alla fine di questa procedura, gli articoli risultati più interessanti sono stati: 6 di analisi clinica, 6 relativi a test biomeccanici di Postura, 4 relativi a test biomeccanici di Gait Analysis e 3 riguardanti le valutazioni economiche.
Non sono stati trovati invece articoli di studi relativi alle prove di Stand to Sit,
probabilmente perché questo test viene eseguito in pochi casi in quanto è un’estensione della prova di Standing. Però in uno degli articoli considerati relativi agli altri test biomeccanici vengono fatte alcune considerazione sul Sit to Stand.
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Inoltre, come verrà ribadito anche durante l’esposizione dei contenuti, tutti gli articoli trovati si riferiscono a un periodo di almeno qualche mese, se non anni, a seguito dell’operazione. Quindi non vi sono tracce di analisi svolte nella fase perioperatoria. In questo capitolo vengono presentati gli studi suddivisi a seconda delle tematiche analizzate: confronto clinico, test biomeccanici di Postura e di Gait Analysis, valutazioni economiche e gestionali.
Inoltre nel capitolo successivo verranno fatti dei riferimenti a concetti basilari sulla
Postura, esponendo altri studi presenti in letteratura: quattro riguardanti l’Analisi Posturale in generale e uno relativo a un modello biomeccanico per la Postura.
2.1.1 – Studi di confronto tra pazienti di PTA monolaterali e
bilaterali
I pazienti che subiscono un intervento di protesi totale d’anca in alcuni casi necessitano di un trattamento su entrambi i lati, nei casi più fortunati invece hanno una sola anca
patologica e quindi subiscono l’operazione solo sul lato degenerato.
Nel corso degli anni queste due situazioni sono state confrontate in molti studi al fine di capire quali fossero le differenze più importanti. Va evidenziato anche il fatto che un soggetto protesizzato a livello monolaterale ha un’alta probabilità di riscontrare problemi e di necessitare di protesi d’anca anche sul lato che inizialmente sembrava sano o che era già patologico, ma si era scelto di operare in seguito.
Sono molti i lavori presenti in letteratura che comparano l’intervento bilaterale simultaneo a quello bilaterale eseguito in due fasi. Ognuno di questi studi però è di tipo osservazionale e non strumentale come quello da me svolto. Dalla ricerca bibliografica emergono articoli scientifici focalizzati appunto sul confronto clinico tra operazione bilaterale simultanea e operazione monolaterale destinata ad essere una bilaterale effettuata in due interventi diversi.
E. Aghayev et al nel 2010 hanno considerato tre gruppi di protesizzati: operati bilaterali simultaneamente, operati bilaterali in due fasi a 6 mesi di distanza e operati bilaterali in due fasi distanziate tra i 6 mesi e i 5 anni. Il secondo gruppo descritto è generalmente il caso in cui si sono programmati appositamente due interventi monolaterali, mentre il terzo
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gruppo è la situazione in cui, a seguito di un intervento monolaterale, nasce l’esigenza di operare anche l’anca controlaterale che inizialmente era sana. I risultati ottenuti a cinque anni dopo l’operazione mostrano che il livello di dolore e la capacità di flessione dell’anca non differiscono tra i gruppi. Invece per quanto riguarda la qualità del cammino, i migliori sono i pazienti operati contemporaneamente ambo i lati e i peggiori sono quelli operati in due fasi lontane dai 6 ai 5 anni. Inoltre in questo studio sembra che l’intervento simultaneo porti minori complicazioni post-operatorie.
Considerazioni simili sono state fatte nel 2005 da S. Bhan et al in uno studio riportato su “The journal of bone and joint surgery (Br)”. Sono stati presi in considerazione due tipi di pazienti asiatici: protesizzati bilaterali in una fase e protesizzati bilaterali in due fasi diverse. I due gruppi si sono dimostrati simili per gli aspetti legati a: possibili complicazioni, posizionamento delle componenti protesiche, punteggio dell’analisi funzionale, riassetto della lunghezza della gamba e sopravvivenza a 96 mesi
dall’intervento. Inoltre la perdita totale di sangue e la durata della degenza ospedaliera sono state minori per chi ha subito un unico intervento. Di conseguenza Bhan e i suoi colleghi hanno affermato che a loro parere l’intervento unico è più sicuro e vantaggioso per questa popolazione.
Un’osservazione più moderata arriva da J. Alfaro et al. che , nel 1999, analizzando due gruppi di pazienti aventi protesi cementate, hanno dichiarato che agire in un unico step o in due fasi diverse non porta a situazioni differenti. D’altra parte però essi non hanno dato un’opinione su quale potrebbe essere l’intervento migliore da eseguire. La comorbidità, ovvero la presenza o possibile insorgenza di patologie accessorie durante il decorso clinico è risultata simile per i due gruppi. La stessa considerazione è stata fatta sui casi di
complicazioni insorte e sui livelli di emoglobina e di globuli bianchi. Il parametro che ha sottolineato qualche differenza è stata la quantità di sangue perso, risultata leggermente maggiore per le persone operate in due fasi. Nonostante questo però l’idea generale che emerge dallo studio è che le due strategie portino risultati simili.
In numerosi casi un intervento di PTA bilaterale simultaneo è caratterizzato da una maggiore accuratezza chiurgica. Questa produce risultati come una minor differenza di lunghezza tra le due gambe e un miglior posizionamento delle coppe acetabolari, che si dislocano meno frequentemente rispetto agli interventi monolaterali. Tutto ciò fa sì che gli
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outcome funzionali e la qualità della vita dei pazienti sottoposti ad un solo intervento siano nel complesso nettamente migliori (S.C. Kim et al, 2017).
Altri fattori essenziali a garantire un buon livello di QoL (Quality of Life) al paziente subentrano a favore dell’intervento bilaterale effettuato in un’unica seduta operatoria. Il fatto di subire un solo intervento e quindi essere anestetizzati una sola volta, dà beneficio alla riabilitazione che il paziente deve effettuare nella fase di recupero. Esso infatti, in brevissimo tempo, arriva a deambulare senza dolore e non corre il rischio di sentire eventuali sintomi residui sull’arto controlaterale. Quanto detto porta ad avere
complessivamente una riabilitazione di alta qualità, la cui durata può essere molto minore rispetto ai casi di PTA monolaterale. L’insorgenza di complicazioni risulta essere simile, e in alcuni casi minore, a quella di interventi a più stadi.
In aggiunta, è stata proposta l’idea di migliorare l’efficienza degli interventi applicando uno stelo protesico a cui è stata data la curvatura anatomica del paziente, utilizzando un gesso. Tale tecnica potrebbe essere vantaggiosa soprattutto per l’esecuzione degli interventi bilaterali simultanei (K.P. Kutzner, 2017).
Nonostante le numerose e positive testimonianze per l’intervento bilaterale simultaneo riportate sopra, in letteratura è presente anche un parere discordante. Berend et al, nel 2007, riportano dati discordanti con l’idea che l’intervento bilaterale simultaneo porti risultati uguali o migliori alla tecnica eseguita in più fasi. Nel loro studio infatti sono emersi numerosi casi di complicazioni insorte su pazienti sottoposti a un unico intervento. Le criticità sono state: fratture intraoperatorie, gravi ematomi, neuropraxia, emboli
polmonari, disordini cardiovascolari o polmonari o gastrointestinali o urologici, trombi venosi e ulcere da decubito. La causa di questi problemi è stata una non corretta procedura chirurgica. Inoltre Berend e i colleghi hanno riportato che solamente il 53% dei pazienti sottoposti a intervento simultaneo hanno raggiunto gli obiettivi funzionali a due anni dall’intervento. Questo risultato è scoraggiante soprattutto perché l’80% dei pazienti operati in due fasi hanno acquisito le abilità funzionali volute, quindi hanno ottenuto risultati decisamente migliori. Di conseguenza, per i protesizzati in una sola fase è stato necessario un programma riabilitativo molto più lungo. Un ultimo dettaglio riportato è che per gli operati simultaneamente sono state necessarie più trasfusioni e in più casi è stato necessario rioperare il paziente. In conclusione, Berend et al hanno affermato che gli eventi avversi verificatisi possono dipendere dall’età piuttosto avanzata dei pazienti considerati e
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che un intervento simultaneo non porta in tutti i casi degli svantaggi. Spetta dunque agli ortopedici decidere quale sia la strategia migliore a seconda del paziente che si deve trattare.
Si può quindi dedurre dagli studi sopra descritti, che nella maggior parte dei casi un intervento bilaterale eseguito in una sola fase sia quasi equivalente a due interventi monolaterali eseguiti a distanza di tempo. Il fatto che, dal punto di vista clinico, uno dei due possa essere più o meno sicuro rispetto all’altro dipende quasi sempre dalla specifica situazione del paziente e dal modo in cui è stata eseguita l’operazione. Sembra quindi che il confronto tra una operazione bilaterale e due operazioni monolaterali, oggetto di
interesse comune ormai da anni, non abbia un “vincitore” assoluto. La scelta migliore varia a seconda del tipo di paziente, del tipo di tecnica chirurgica, del tipo di recupero funzionale voluto, del tipo di organizzazione sanitaria ecc…
2.1.2 – Studi di Analisi Posturale su pazienti di PTA
La valutazione degli aspetti biomeccanici dei pazienti di PTA è svolta soprattutto mediante l’Analisi della Postura e la Gait Analysis.
L’analisi della Postura è utilizzata per indagare in che modo incidono le patologie di osteoartrite o artrite reumatoide sul mantenimento della postura eretta. Nello specifico si valuta cosa succede quando vengono alterate le componenti visive e somatosensoriali (E. Sziver, 2016).
In letteratura sono stati trovati parecchi studi di Analisi Posturale su pazienti con protesi d’anca, ma in tutti i casi l’analisi è stata volta a distanza di mesi, se non anni,
dall’intervento.
Il motivo principale per cui viene fatta spesso la valutazione posturale è che i test sono semplici da eseguire e quindi risultano abbastanza facili anche per pazienti protesizzati. Lo stato dell’arte comprende parecchi lavori che sfruttano l’analisi posturale per
confrontare i pazienti di PTA con pazienti che sono stati sottoposti a rimodellamento superficiale dell’articolazione dell’anca.
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J. Nantel et al, nel 2007 hanno considerato tre gruppi: pazienti di PTA, pazienti di
trattamento superficiale (anche chiamato trattamento di rivestimento d’anca poiché si va a rivestire il collo femorale con elementi protesici metallici di dimensioni più ridotte rispetto alle protesi totali) e gruppo normale di controllo. Essi sono andati a studiare la postura sia nella condizione con due gambe in appoggio, sia nella condizione con una gamba in appoggio. Le valutazioni sono state fatte a sei mesi di distanza dall’intervento chirurgico. Nella condizione con entrambe le gambe in appoggio è risultato un peggiore mantenimento della postura per i PTA. Il fatto di modificare la struttura anatomica del paziente e di impiantare uno stelo protesico (elemento estraneo al corpo) indebolisce i muscoli abduttori dell’anca e rende il soggetto meno stabile. Di conseguenza, chi ha subito un intervento di protesi totale d’anca effettua oscillazioni maggiori nelle direzioni medio-laterali. Tali oscillazioni sono state analizzate considerando le escursioni del centro di pressione (COP) e del centro di massa (COM). Il fenomeno descritto invece non è osservabile nella
condizione in cui si ha l’appoggio di una sola gamba perché ognuno dei tre gruppi è fortemente destabilizzato dalla mancanza del supporto di un arto.
Risultati analoghi sono stati ottenuti da C. Szymanski et al che, nel 2012, hanno analizzato la postura di : protesizzati PTA, pazienti trattati con rivestimento d’anca e soggetti sani. Anche in questo caso i test sono stati fatti sia in appoggio monopodalico sia in quello bipodalico, ma in un periodo tra i 12 e i 20 mesi post-intervento. Oltre ad aver osservato, come nel lavoro citato in precedenza, che i pazienti di PTA in appoggio bipodalico
oscillano maggiormente, gli autori hanno ammesso che molti di questi soggetti sono caduti durante l’esecuzione del test monopodalico.
Focalizzando invece l’attenzione su pazienti protesizzati d’anca a livello monolaterale è evidente che durante la prova di Quiet Standing essi carichino il peso prevalentemente sul lato non operato. Questo comportamento asimmetrico per i due arti è verificato anche nel Sit to Stand e nel Cammino. È emerso con evidenza che, a distanza di 19 mesi
dall’intervento, i pazienti non riescono a bilanciare correttamente il peso. Ciò può portare allo sviluppo di osteoartrite sulla gamba sana (V.L. Talis, 2007).
Analizzando in modo più dettagliato il comportamento dei soggetti con PTA monolaterale, si nota che nei primi 6 mesi post-operatori essi caricano il peso quasi esclusivamente sull’arto non operato, acquisendo un assetto posturale molto asimmetrico. Dopo questi mesi e per tutto il primo anno post-operatorio vi è un continuo miglioramento della
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distribuzione del carico su entrambe le gambe, anche se non si arriverà in quasi nessun caso ad avere un perfetto bilanciamento. L’attitudine dei pazienti monolaterali nel tardo post operatorio è quella di utilizzare l’arto operato come elemento stabilizzante e l’arto sano come struttura per l’appoggio del peso corporeo. Questo comportamento viene ad essere più marcato nelle condizioni più impegnative come ad esempio durante lo Stance in appoggio monopodalico oppure durante il Tandem Stance (N. Lin et al, 2010).
Un ulteriore segno che l’impianto protesico, se pur dia grandi miglioramenti motori e funzionali, non porti a ristabilire una condizione perfetta è stato osservato da Pop et al nel 2018. Essi hanno riportato infatti che, a distanza di 2 o 3 anni dall’intervento, il COP dei protesizzati compie escursioni con velocità media molto maggiore rispetto a quello di soggetti sani. Questo è stato riscontrato soprattutto per le oscillazioni in direzione medio-laterale durante l’esecuzione delle prove di Standing a occhi aperti. Inoltre, come succede nei casi non patologici, a occhi chiusi i protesizzati hanno compiuto oscillazioni maggiori.
Tutti i risultati di letteratura considerati sono riassumibili con il concetto che un’operazione di PTA in genere garantisce un buon recupero funzionale, ma ostacola i meccanismi di mantenimento dell’equilibrio. Le grosse oscillazioni sono infatti il segno che l’elemento protesico disturba il sistema somatosensoriale coinvolto nel controllo posturale.
2.1.3 – Studi di Gait Analysis su pazienti di PTA
Anche gli studi che focalizzano l’attenzione sull’analisi del cammino esaminano i pazienti di PTA a distanza di parecchi mesi dall’intervento. Negli anni sono state analizzate tutte le variabili di Gait per osservare quale fosse l’adattamento funzionale derivante dall’innesto di una protesi d’anca. Sono stati messi insieme i risultati di studi che hanno considerato pazienti dopo il sesto mese post-operatorio ed è stato delineato il comportamento generale di questi. Sono emerse riduzioni nella velocità del cammino, nella lunghezza del passo, nell’ampiezza del Range of Motion dell’anca misurato sul piano sagittale e nel picco di abduzione dell’anca. Ci sono stati invece incrementi nel picco di flessione e nel momento di estensione dell’anca (A.M. Ewen et al, 2012).
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Successivamente sono stati messi a confronto i pazienti di PTA con soggetti sani e con soggetti che hanno subito solamente interventi di rimodellamento della superficie articolare dell’anca. È emerso che i primi hanno un cammino molto meno simile agli altri due gruppi di persone. Infatti gli arti dei protesizzati mostrano un comportamento molto differente sia nella fase di accettazione del carico sia nell’entità della forza di Push-off, ovvero la forza utilizzata nella fase di spinta del piede. Tale fenomeno è tanto più marcato quanto più si aumenta la velocità di cammino (A. Aquil et al, 2013).
Un altro studio in cui è stata praticata anche la Gait Analysis e quello di Talis et al, già citato a riguardo dei risultati di Postura. In questo caso sono stati osservati pazienti
protesizzati d’anca a livello monolaterale ed è stata valutata l’asimmetria di carico rispetto ai due arti inferiori. La tendenza dei protesizzati a caricare il meno possibile la gamba operata ha influito sulla fase di Swing (periodo di volo dell’arto), risultata molto più breve per l’arto sano che per quello patologico. In altre parole, i soggetti con protesi monolaterale cercano di tenere in appoggio (fase di Stance) la gamba non operata per un tempo ben più lungo rispetto a quella operata, in modo da caricare maggiormente l’arto non “modificato”. Questo è vero sia nei test eseguiti a velocità normale sia in quelli compiuti a velocità elevata. Come ci si può aspettare, i valori di velocità normale ed elevata sono nettamente inferiori a quelli dei soggetti sani.
Figura 4: Schema per la definizione di Stance e Swing (V.L. Talis et al, 2008)
La Gait Analysis è risultata una tecnica molto efficiente anche per osservare dettagli più fini sia di cinematica sia di cinetica. Sono stati infatti confrontati i risultati biomeccanici di due diverse tecniche chirurgiche di PTA monolaterale: l’approccio posteriore e l’approccio
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anterolaterale. Lo studio non ha evidenziato differenze significative tra i due gruppi di pazienti, ma, a soli 3 mesi dall’intervento, ha riportato miglioramenti pressoché uguali per entrambi. I risultati cinematici più importanti sono stati: l’aumento del 19.9% della velocità del cammino, l’aumento degli angoli massimi di flessione e di estensione dell’anca rispettivamente di 3.3 e 4.5 gradi, l’aumento dell’angolo di adduzione dell’anca di 1.9 gradi e l’aumento dell’obliquità pelvica di 1.3 gradi (misurati sul piano frontale). Gli effetti cinetici più rilevanti invece sono stati gli incrementi dei momenti articolari
dell’anca. Il 40% sul momento flessorio, il 48% sul momento estensorio e il 17% sul momento adduttorio (J. Zeni et al, 2018).
2.1.4 – Studi su costi e gestione ospedaliera di pazienti di PTA
Uno degli aspetti più interessanti per la gestione clinica riguarda i costi e il mantenimento dei protesizzati nelle strutture ospedaliere. In letteratura si trovano numerose
considerazioni sugli aspetti gestionali perché ormai da anni si studia come poter trattare i pazienti di PTA in modo da avere bassi costi di ospedalizzazione, grandi numeri di operazioni garantendo un buon livello di QoL (Quality of Life). Avendo ormai capito che nella maggior parte dei casi un intervento simultaneo bilaterale, pur dando esiti funzionali leggermente diversi, è sicuro quanto un intervento monolaterale, si indaga su quali siano le tecniche più vantaggiose anche dal punto di vista economico.
M. A. Ritter e J.C. Randolph, già nel 1976 hanno focalizzato l’attenzione su possibili rischi ed eventi avversi di un’operazione di PTA bilaterale simultanea rispetto a una di tipo monolaterale in modo da intuire le conseguenze gestionali. La prima osservazione fatta riguarda la durata dell’operazione: un intervento bilaterale simultaneo dura qualche minuto in più del doppio del tempo di un intervento monolaterale. Infatti quando si interviene sulle due anche si procede in 3 step: trattamento della prima anca, fase di riposizionamento del paziente e preparazione al secondo innesto, trattamento della seconda anca. Una
permanenza più lunga in sala operatoria comporta un’anestesia più intensa e più duratura che per alcuni pazienti può essere problematica. L’uso di un anticoagulante è risultato necessario in tutti i pazienti sottoposti a intervento simultaneo, mentre alcuni pazienti monolaterali non hanno ricevuto un farmaco di questo tipo. Inoltre la quantità e la
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frequenza di somministrazione di Eparina e di Coumadin (principali anticoagulanti utilizzati) sono state molto maggiori per i bilaterali. Per quanto riguarda le trasfusioni di sangue, durante l’intervento i bilaterali ne hanno necessitato il doppio. Nei giorni successivi questi ultimi hanno subito altre trasfusioni e invece la maggior parte dei monolaterali non ne ha avuto bisogno.
Il periodo riabilitativo e la durata della degenza in ospedale sono stati maggiori per i bilaterali. Il motivo è che per questi pazienti ci sono stati più casi di complicazioni nella fase post-operatoria. Gli aggravamenti più frequenti sono stati: flebite, miosite ossificante, emboli polmonari, dislocazioni, infezioni del tratto urinario, piaghe da decubito, mancata giunzione del grande trocantere, ematomi diffusi attorno alla ferita, emboli dell’arteria femorale, polmonite. Va ricordato che queste complicazioni si sono verificate in pochi casi e che, anche se con minor frequenza, sono insorte anche a seguito di interventi
monolaterali. È chiaro che l’insorgenza di problemi clinici sia un costo aggiuntivo per l’ospedale e di conseguenza per il Sistema Sanitario. L’aumento delle spese dipende dalla gravità della complicazione e dalle cure necessarie a riportare il paziente in una condizione psicofisica accettabile. In seguito gli autori dello studio hanno pensato che, nei casi in cui vengano fatti due interventi consecutivi, o di PTA bilaterale in due stadi o per necessità di un nuovo intervento, si ha per la seconda volta il rischio di incorrere nelle situazioni descritte. Di conseguenza si può arrivare a spese ancora più elevate e a condizioni ancora più gravi per i pazienti. Ecco che in questa ottica un intervento simultaneo può essere una garanzia maggiore, se previene un secondo intervento. È chiaro quindi che anche dal punto di vista gestionale vi siano pro e contro sia per la chirurgia bilaterale simultanea sia per quella monolaterale.
Considerando esclusivamente i costi degli interventi, J.D. Reuben et al, nel 1998, hanno riportato che eseguire un’operazione bilaterale simultanea di PTA porta un risparmio del 25% rispetto a due artroplastiche di PTA monolaterali. Dal momento che i costi degli interventi protesici costituiscono tra il 28% e il 43% delle spese di ospedalizzazione, è fondamentale ottimizzare la scelta del tipo di intervento. Reuben e colleghi hanno
addirittura ammesso che un intervento di artroplastica bilaterale simultaneo, se eseguito in casi idonei, può far risparmiare più di $ 8,000 per ogni paziente. Da questo studio emerge che l’intervento bilaterale a due stadi è il più costoso ($ 10,583), seguito da quello
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classifica dipende dal fatto che il costo complessivo medio di un intervento di PTA è definito da: il costo delle componenti protesiche (è la parte più cara), i costi dell’anestesia e della sala operatoria, il costo dell’attrezzatura chirurgica, i costi dell’infermeria e delle camere di degenza. Va tenuto in considerazione che la durata di degenza ospedaliera è un parametro che influenza particolarmente la spesa di ogni intervento.
Un ulteriore e curioso dettaglio dato da Reuben è che gli interventi bilaterali simultanei sono più cari se effettuati sulle donne. Questa informazione però non è stata motivata e potrebbe essere oggetto di indagine in studi futuri.
Il fatto che l’artroplastica bilaterale simultanea, rispetto a quella a due stadi, sia più vantaggiosa in termini economici è stato confermato nel 1999 da Alfaro e i colleghi. Essi hanno motivato ciò con il fatto che un intervento simultaneo prevede un solo ricovero, mentre un intervento effettuato in due fasi equivale a due interventi indipendenti e raddoppia quindi le spese di ospedalizzazione.
2.2 – Conclusioni
In conclusione si può dire che l’interesse alla ripresa funzionale, alle caratteristiche biomeccaniche e a tutti gli aspetti di gestione dei pazienti di PTA finora è stato abbastanza limitato. Sono presenti in letteratura studi in cui si discute a riguardo dei protesizzati d’anca, ma, come è già stato evidenziato, in ognuna di queste analisi si considerano i pazienti a distanza di almeno qualche mese dall’intervento. Inoltre quasi tutte le valutazioni vengono svolte considerando solo una precisa tematica, senza dare un’idea generale sulla situazione dei protesizzati. L’idea dello studio da me presentato di osservare i pazienti nei giorni immediati post-operatori e su più aspetti contemporaneamente non emerge dalla ricerca bibliografica. Questo può essere dunque una particolarità innovativa per l’argomento trattato.
La situazione generale che emerge dagli studi considerati è che, nonostante vi siano vari esiti sul confronto clinico tra intervento bilaterale e monolaterale, sull’Analisi Posturale e del Cammino e sulle considerazioni gestionali, i due tipi di intervento sono tra loro
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competitivi. Infatti su tutti gli aspetti relativi alla tarda fase post-operatoria non vi è un vincitore assoluto, bensì una proposta che per un specifico paziente e in una specifica situazione può risultare migliore.
L’intervento d’anca bilaterale simultaneo si dimostra essere valido in specifici casi e certamente sicuro quanto la tecnica monolaterale. La scelta tra i due resta agli ortopedici, i quali potranno basarsi, oltre che sulle loro conoscenze mediche, su questi dati di letteratura e sulle nuove scoperte di studi più recenti.
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CAPITOLO 3 – Materiali e metodi
Dalla ricerca bibliografica è emersa l’importanza della valutazione funzionale nell’indagine del recupero funzionale di soggetti sottoposti a intervento di protesi totale dell’anca (PTA). Gli studi svolti finora hanno focalizzato l’attenzione su pazienti protesizzati a livello monolaterale e/o bilaterale nel periodo di medio o tardo post-operatorio.
Questo studio ha avuto lo scopo di capire se l’intervento bilaterale è sicuro quanto quello monolaterale. I pazienti di PTA sono stati monitorati il giorno precedente l’intervento e a 3 e 7 giorni dopo lo stesso. Queste tre giornate sperimentali, per comodità, sono state denominate nel seguente modo: “T0” il giorno precedente l’intervento, “T1” il terzo giorno post-operatorio e “T2” il settimo giorno post-operatorio.
Gli obiettivi primari sono stati: la definizione di un protocollo di calcolo per l’Analisi Posturale, il test Stand to Sit (STS), l’Analisi del Cammino (Gait Analysis), il test Timed Up and Go (TUG), la valutazione del livello di kinesiophobia e di percezione del dolore. La peculiarità di questo lavoro è focalizzare l’attenzione sulle capacità motorie e funzionali del paziente nell’immediato post-operatorio ed esaminare se esistono e quali sono le differenze tra i soggetti operati a livello monolaterale e quelli operati a livello bilaterale. Con questi criteri di analisi si vuole arrivare a capire se uno dei due interventi è più sicuro in termini di risultati perioperatori o se le due tecniche danno esiti comparabili. L’auspicio è che i risultati di tale studio possano, in futuro, incentivare nel migliore dei modi le strategie cliniche, riabilitative e gestionali al fine di garantire una buona qualità della vita (QoL).
Nel seguito di questo capitolo vengono presentati tutti gli elementi e i criteri utilizzati durante lo svolgimento del lavoro, ovvero i materiali e i metodi dello studio.
Tutte le fasi sperimentali di preparazione dei pazienti e di acquisizione dei dati sono state svolte nel laboratorio di Analisi del Movimento del Centro di Clinica e Ricerca Humanitas di Rozzano (MI), istituto nel quale i pazienti sono stati operati e dove sono stati ricoverati durante tutto il periodo perioperatorio. La fase di elaborazione dei dati è stata svolta invece in parte nel suddetto laboratorio di Analisi del Movimento e in parte in collaborazione con il Dipartimento di Bioingegneria del Politecnico di Milano.
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3.1 – Strumentazione
Nel laboratorio di Analisi del Movimento, per acquisire i dati relativi a tutte le prove biomeccaniche sono stati utilizzati 3 sistemi:
1. Il sistema optoelettronico
2. Il sistema per il rilevamento delle forze
3. Il sistema per il rilevamento dell’attività muscolare
3.1.1 – Il sistema optoelettronico
L’Analisi del Movimento è stata svolta mediante l’utilizzo di un sistema optoelettronico composto da telecamere che lavorano nel NIR (Near InfraRed).
Figura 5: Telecamere (NIR SMART DX BTS)
Queste non rilevano la misura diretta dei parametri cinematici, ma ne forniscono una stima molto accurata. Il funzionamento del sistema optoelettronico prevede l’utilizzo di markers catarifrangenti passivi, ovvero marcatori sferici di plastica rivestiti di materiale
catarifrangente e posizionati sulla cute del soggetto (in corrispondenza dei punti di repere anatomico) con nastro biadesivo. Questi markers vengono colpiti dai raggi infrarossi provenienti dalla corona circolare di Led coassiale all’obiettivo della telecamera. Essendo catarifrangenti, i markers riflettono questi raggi che verranno quindi catturati dalle telecamere del sistema.
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Attraverso questo meccanismo, il sistema ricostruisce le coordinate 3D dei marcatori e ne restituisce quindi la posizione e la traiettoria del movimento nello spazio. Il marker viene localizzato nel centroide dell’area luminosa da esso prodotta e catturata da almeno due telecamere contemporaneamente.
Inoltre è essenziale ricordare che per avere un’accurata misura da parte del sistema optoelettronico è necessario fare una buona calibrazione dello spazio di acquisizione. Nel laboratorio di Analisi del Movimento del Centro di Clinica e Ricerca Humanitas è stato utilizzato il sistema (BTS SMART DX, Italy) a sei telecamere a infrarossi con frequenza di campionamento di 200 Hz.
Figura 6: Laboratorio di Analisi del Movimento in Humanitas
3.1.2 – Il sistema per il rilevamento delle forze
Le piattaforme di forza sono i sistemi che registrano la forza che il paziente scambia con il terreno nelle tre direzioni e valutano la posizione del centro di pressione. Esse hanno una elevata accuratezza, ma devono essere installate e trattate con attenzione poiché generano le misure di interesse attraverso 4 sensori.
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Il centro di pressione (Centre of Pressure, COP) è il punto di applicazione della risultante delle forze scambiate tra il terreno e il soggetto. Esso viene individuato nel centroide delle pressioni applicate alla base d’appoggio. Come si può evincere dal paragrafo relativo al protocollo di calcolo della postura, non è importante valutare solo la posizione del COP, ma anche le sue oscillazioni nel tempo e la lunghezza della sua traccia.
Nel laboratorio di Humanitas sono state usate due piattaforme di forza (P-6000 BTS SpA), di dimensioni 40 x 60 cm, mostrate in figura.
Figura 7: Piattaforma di forza (P-6000 BTS)
3.1.3 – Il sistema per il rilevamento dell’attività muscolare
Al fine di avere maggiore completezza nella gamma di dati acquisiti è stata rilevata l’attività muscolare attraverso delle sonde EMG di superficie (FREEEMG 1000 BTS, it). Questa tecnologia è in grado di registrare anche i segnali più deboli, sfrutta la connessione wireless e comunica con il PC attraverso un device USB. Inoltre le sonde risultano essere molto pratiche, date le piccole dimensioni (41.5 x 24.8 x 14 mm per l’elettrodo madre, 16 x 12 mm per l’elettrodo satellite) e il ridotto peso (13 grammi inclusa la batteria). Per le prove di Gait sono state utilizzate 8 sonde (4 per gamba) poste sui seguenti muscoli: Tibiale Anteriore, Gastrocnemio Mediale, Retto Femorale e Medio Gluteo. Per le prove di
Standing sono state utilizzate solo le 4 sonde per i muscoli Tibiale Anteriore e Gastrocnemio Mediale. I segnali elettromiografici sono stati elaborati e poi
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Figura 8: Sonda (FREEEMG 1000 BTS)
3.2 - Soggetti
In questo studio sono stati analizzati i dati relativi a un totale di 40 pazienti, di cui 20 trattati con intervento monolaterale PTA e 20 con intervento simultaneo bilaterale PTA. Per tutti i soggetti la causa di protesizzazione è stata l’osteoartite. Questa patologia consiste nel progressivo consumo e nella conseguente perdita della cartilagine articolare. I disagi che ne derivano e che portano alla decisione di impiantare la protesi sono: dolore acuto, rigidità articolare, deformità e gonfiore.
Nella tabella seguente vengono riportati i valori medi di: età, altezza e peso dei pazienti reclutati.
Età [anni] Altezza [cm] Peso [Kg]
52.13±6.48 173.67±8.62 79.96±13.08
Tabella 1: Età, peso e altezza medi
Tutti i soggetti sono stati operati presso il Dipartimento di Ortopedia dell’Istituto Clinico Humanitas di Rozzano (MI) con la tecnica chirurgica basata sull’approccio posterolaterale. Dopo l’operazione tutti i pazienti sono stati sottoposti allo stesso programma riabilitativo supervisionato da tre fisioterapisti della clinica. Nello specifico, la riabilitazione prevedeva due sedute giornaliere finalizzate a: incrementare progressivamente la resistenza, aumentare il Range of Motion (RoM) delle articolazioni, stabilire equilibrio e funzionalità in attività come camminare e alzarsi dalla sedia con l’aiuto delle stampelle.
