Sviluppo di un algoritmo basato su dati clinici e neurofisiologici per la predizione del recupero motorio e dello sviluppo di spasticità post-ictus: studio longitudinale prospettico

Aim of the study: the main objective of this study was to develop a clinical-neurophysiological algorithm for the early prediction of upper limb motor recovery and spasticity development in post-stroke patients, based on the integration of clinical variables and neurophysiological markers of the corticospinal and reticulospinal systems. Materials and methods: twenty-nine patients in the acute phase of stroke were enrolled. Within 7 days from the event (T0), patients underwent transcranial magnetic stimulation (TMS) to record contralateral motor evoked potentials (cMEPs) and ipsilateral motor evoked potentials (iMEPs), facilitated by a startling acoustic stimulation, together with clinical assessment using a series of motor scales and tests, including the Fugl-Meyer Upper Limb (FM-UL), the Box and Block Test (BBT), and the Nine-Hole Peg Test (NHPT). At 1-month (T1) and 3-month (T2) follow-ups, spasticity onset was assessed using the Modified Ashworth Scale (MAS) and H-reflex measurements, along with reassessment of motor performance. A clinical-neurophysiological algorithm integrating clinical data and neurophysiological markers (NIHSS, cMEPs and iMEPs) was developed for application in the acute phase after stroke to classify patients according to their risk of developing spasticity at 1–3 months post-event. The same algorithm was used to stratify patients into three groups: group 1 with mild CST impairment, group 2 with greater CST impairment but absence of RST hyperexcitability, and group 3 with combined CST impairment and RST hyperexcitability. Based on motor scale outcomes (BBT, FM-UL, and NHPT), these groups were compared using between-group analyses at each time point. Results: The algorithm predicted upper limb spasticity with a sensitivity of 90%, specificity of 91.7%, positive predictive value of 90%, negative predictive value of 91.7%, overall accuracy of 90.9%, and balanced accuracy of 90.8%. Comparative analyses showed significant differences between algorithm-derived groups in motor outcomes. At T0, significant differences were found between group 1 and group 3 in the BBT, FM-UL, and NHPT. At T1, significant differences between group 1 and group 3 were observed in the FM-UL and NHPT. At T2, differences were found between group 2 and group 3 in the NHPT, with a trend toward significance in the FM-UL when comparing group 1 and group 2 versus group 3. Conclusions: the proposed clinical-neurophysiological algorithm demonstrated high predictive accuracy for upper limb spasticity development at 1–3 months after stroke. Moreover, it enabled stratification of patients into three distinct neurophysiological profiles characterized by different levels of motor impairment and functional recovery, with worse outcomes observed in patients with greater involvement of both the CST and the RST. These findings suggest that reticulospinal tract hyperexcitability may contribute not only to the development of post-stroke spasticity but may also negatively influence motor recovery. Overall, these results provide a promising basis for validation in larger cohorts and for future integration into predictive tools for early post-stroke clinical management.

Scopo dello studio: l’obiettivo principale dello studio è sviluppare un algoritmo clinico-neurofisiologico per la predizione precoce del recupero motorio e dello sviluppo di spasticità dell’arto superiore nei pazienti post-ictus, basato sull’integrazione di variabili cliniche e di marker neurofisiologici cortico-spinali e reticolo-spinali. Materiali e metodi: sono stati arruolati 29 pazienti con ictus in fase acuta. Entro 7 giorni dall’evento (T0), i pazienti sono stati sottoposti alla stimolazione magnetica transcranica (TMS) per la registrazione dei potenziali evocati motori controlaterali (cMEPs) e ipsilaterali (iMEPs), facilitati da uno stimolo acustico improvviso (startle), e alla valutazione clinica tramite una serie di scale e test motori, tra cui la Fugl Meyer - Upper Limb (FM-UL), il Box and Block Test (BBT) e il Nine-Hole Peg Test (NHPT). Durante i follow-up a 1 mese (T1) e 3 mesi (T2), è stata valutata l’insorgenza della spasticità tramite la Modified Ashworth Scale (MAS) e la misurazione del riflesso H, insieme alla rivalutazione delle performance motorie. È stato sviluppato un algoritmo che integra dati clinici e neurofisiologici (NIHSS, cMEPs e iMEPs) da applicare in fase acuta dopo l’ictus per classificare i pazienti in base al rischio di sviluppare spasticità a 1-3 mesi dall’evento. Lo stesso algoritmo è stato utilizzato per distinguere i pazienti in 3 gruppi, il primo con una minor compromissione del CST, il secondo con una maggior compromissione del CST ma assenza di ipereccitabilità del RST, e un terzo con compromissione del CST e ipereccitabilità del RST. In base ai risultati alle scale cliniche (BBT, FM-UL e NHPT), questi gruppi saranno confrontati tramite analisi comparative per ciascun timepoint. Risultati: l’algoritmo ha previsto l’insorgenza di spasticità all’arto superiore con una sensibilità del 90%, una specificità del 91.7%, un valore predittivo positivo del 90%, un valore predittivo negativo del 91.7%, un’accuratezza del 90.9% e un’accuratezza bilanciata del 90.8%. Le analisi comparative hanno evidenziato differenze significative tra i gruppi identificati dall’algoritmo nei test motori. Al T0 sono emerse differenze tra gruppo 1 e gruppo 3 al BBT, FM-UL e NHPT. Al T1 differenze significative tra gruppo 1 e gruppo 3 alla FM-UL e NHPT. Al T2 differenze tra gruppo 2 e gruppo 3 al NHPT, con una tendenza alla significatività anche alla FM-UL tra gruppo 1 e gruppo 2 rispetto al gruppo 3. Conclusioni: l’algoritmo clinico-neurofisiologico sviluppato ha mostrato un’elevata capacità predittiva dell’insorgenza di spasticità dell’arto superiore a 1–3 mesi dall’ictus. Inoltre, ha permesso di stratificare i pazienti in tre profili clinico-neurofisiologici distinti, caratterizzati da differenti livelli di compromissione motoria e recupero funzionale, con esiti peggiori nei soggetti con maggiore coinvolgimento del CST e del RST. I risultati suggeriscono che l’ipereccitabilità del tratto reticolo-spinale contribuisca non solo allo sviluppo della spasticità post-ictus, ma possa influenzare negativamente anche il recupero motorio. Tali evidenze rappresentano una base promettente per la validazione del modello su campioni più ampi e per la sua futura integrazione in strumenti predittivi per la gestione precoce dei pazienti post-ictus.