Muscle contraction mechanisms in young adults with cerebral palsy

The present study is a result of an internship at the University of Jyväskylä (Finland) taking part in MSCA-IF ISENS project, led by Dr Francesco Cenni. This thesis focused on the investigation of young adults with cerebral palsy (CP). CP is a neurological condition, caused by lesions or abnormalities in the brain, that occurs during fetal or infant brain development, affecting movement, muscle tone, and motor control. Cerebral palsy can manifest in different forms and severity, affecting motor skills, posture, and even cognitive and sensory functions. Although not curable, it is possible to manage symptoms and improve quality of life through physical, occupational, and drug therapies. Understanding the causes, mechanisms, and manifestations of the disease can help improve prevention and early intervention strategies. Nine participants were studied, 4 with cerebral palsy and 5 typically developed (TD). In particular, the lower limb muscles were investigated using gait analysis (GA) and electromyography (EMG), focusing on the medial gastrocnemius muscle. In the first chapter, a brief description of lower limb anatomy, etiology, pathogenesis, and risk factors of cerebral palsy is provided. After that, we focused on explaining gait analysis, EMG, and their usefulness in these types of studies. It was then discussed how the data were acquired and the protocol we used. Specifically, ultrasonography, performed during GA, provided data on muscle length, gastrocnemius fascicles, and Achilles tendon length. While the electromyography informed us about GA muscle activations. Next, we discussed how the data were processed, including an in-depth assessment of the reliability of the automated method used to track the length of muscle fascicles. In conclusion, the results obtained were presented, compared, and commented on with some final considerations.

Il presente studio è il risultato di uno stage presso l'Università di Jyväskylä (Finlandia) prendendo parte al progetto MSCA-IF ISENS, guidato dal Dr Francesco Cenni. Questa tesi si è concentrata sull'indagine di giovani adulti affetti da paralisi cerebrale (CP). La CP è una condizione neurologica, causata da lesioni o anomalie nel cervello, che si verifica durante lo sviluppo cerebrale del feto o del neonato, influenzando il movimento, il tono muscolare e il controllo motorio. La paralisi cerebrale può manifestarsi in diverse forme e gravità, influenzando le capacità motorie, la postura e persino le funzioni cognitive e sensoriali. Sebbene non sia curabile, è possibile gestire i sintomi e migliorare la qualità della vita attraverso terapie fisiche, occupazionali e farmacologiche. Comprendere le cause, i meccanismi e le manifestazioni della malattia può aiutare a migliorare le strategie di prevenzione e intervento precoce. Sono stati studiati nove partecipanti, 4 con paralisi cerebrale e 5 con sviluppo tipico (TD). In particolare, i muscoli degli arti inferiori sono stati studiati mediante analisi del cammino (GA) ed elettromiografia (EMG), concentrandosi sul muscolo gastrocnemio mediale. Nel primo capitolo viene fornita una breve descrizione dell'anatomia degli arti inferiori, dell'eziologia, della patogenesi e dei fattori di rischio della paralisi cerebrale. Successivamente, ci siamo concentrati sulla spiegazione dell’analisi del passo, dell’EMG e della loro utilità in questi tipi di studi. Si è poi discusso di come sono stati acquisiti i dati e del protocollo che abbiamo utilizzato. Nello specifico, l'ecografia, eseguita durante GA, ha fornito dati sulla lunghezza del muscolo, dei fascicoli gastrocnemio e della lunghezza del tendine di Achille. Mentre l'elettromiografia ci ha informato sulle attivazioni muscolari GA. Successivamente, abbiamo discusso come sono stati elaborati i dati, inclusa una valutazione approfondita dell’affidabilità del metodo automatizzato utilizzato per monitorare la lunghezza dei fasci muscolari. In conclusione, i risultati ottenuti sono stati presentati, confrontati e commentati con alcune considerazioni finali.