Cinematica mersului păstrată în timpul descărcării controlate a corpului
L. Awai
1 Centrul de leziuni ale măduvei spinării, Spitalul Universitar Balgrist, Forchstrasse 340, 8008 Zurich, Elveția
2 Departamentul Sobell de neuroștiințe motorii și tulburări de mișcare, UCL Institute of Neurology, University College London, 33 Queen Square, London, WC1N 3BG UK
M. Franz
1 Centrul de leziuni ale măduvei spinării, Spitalul Universitar Balgrist, Forchstrasse 340, 8008 Zurich, Elveția
C. S. Easthope
1 Centrul de leziuni ale măduvei spinării, Spitalul Universitar Balgrist, Forchstrasse 340, 8008 Zurich, Elveția
H. Vallery
3 Departamentul de Inginerie BioMecanică, Universitatea de Tehnologie Delft, 2628 CD Delft, Olanda
A. Curt
1 Centrul de leziuni ale măduvei spinării, Spitalul Universitar Balgrist, Forchstrasse 340, 8008 Zurich, Elveția
M. Bolliger
1 Centrul de leziuni ale măduvei spinării, Spitalul Universitar Balgrist, Forchstrasse 340, 8008 Zurich, Elveția
Date asociate
Tendințele datelor și dispersiile care susțin concluziile acestui studiu sunt furnizate în manuscris. Datele brute sunt disponibile de la autorul corespunzător, la cerere rezonabilă.
Abstract
fundal
S-a demonstrat că antrenamentul locomotor susținut de greutatea corporală îmbunătățește funcția de mers la pacienții neurologici și este adesea efectuat pe o bandă de alergat. Cu toate acestea, mersul pe banda de alergat nu imită mersul natural din mai multe motive: auto-inițiere absentă, retragere mai puțin activă a piciorului necesară și intrare aferentă modificată. Superioritatea antrenamentului suprateran a fost sugerată la oameni și a fost demonstrată la șobolani, demonstrând o plasticitate mai mare, în special în căile descendente, comparativ cu antrenamentul cu bandă de alergat. Prin urmare, am dezvoltat un sistem de susținere a greutății corporale care să permită mersul pe jos fără restricții, cu forțe de interferență minime, pentru a instrui pacienții neurologici. Prezentul studiu a investigat influența diferitelor cantități de susținere a greutății corporale asupra mersului la persoanele sănătoase.
Metode
Datele cinematice și electromiografice ale a 19 persoane sănătoase au fost înregistrate în timpul mersului pe jos la diferite niveluri de susținere a greutății corporale (0, 10, 20, 30, 40 și 50%). S-au calculat înclinația corpului superior, unghiurile articulațiilor inferioare ale corpului și coordonarea multi-articulației, precum și parametrii timp-distanță. Au fost analizate date continue în ceea ce privește modificările distincte dintr-un ciclu de mers în toate condițiile de descărcare.
Rezultate
Parametrii de mers temporali au fost cei mai sensibili la modificările descărcării corpului, în timp ce variabilele spațiale (lungimea pasului, unghiurile articulațiilor) au prezentat răspunsuri modeste atunci când au fost descărcate cu până la 50% din greutatea corporală. Activarea mușchiului gastrocnemius a arătat o scădere treptată odată cu creșterea descărcării, în timp ce mușchiul biceps femoral a prezentat niveluri crescute de activitate la descărcare de 50%. Aceste modificări au avut loc în timpul fazei de poziție, în timp ce activitatea fazei de swing a rămas nealterată.
Concluzii
Persoanele sănătoase au reușit să-și păstreze cinematicele de mers pe jos izbitor de constante chiar și atunci când sunt descărcate cu jumătate din greutatea lor corporală, sugerând că sistemul de susținere a greutății permite un model de mers fiziologic. Cu toate acestea, menținerea unei viteze date de mers folosind o cinematică apropiată de cea normală în timp ce a fost descărcată a fost realizată prin adaptarea tiparelor de activitate musculară. Interesant este faptul că propulsia necesară pentru menținerea vitezei nu a fost realizată prin creșterea activității gastrocnemiei la împingere, ci mai degrabă prin activitatea crescută a bicepsului femural în timp ce retrage piciorul în timpul fazei de poziție. Rămâne de investigat în ce măsură pacienții neurologici cu tulburări de mers sunt capabili să își adapteze tiparul de mers ca răspuns la descărcarea corpului.
fundal
Scopul studiului de față a fost de a caracteriza modificările modelor de mers induse de diferite mărimi de descărcare folosind FLOAT la indivizii fără deficiențe. Studiile anterioare care au investigat influența descărcării corpului în timpul mersului pe bandă au sugerat modificări ale sincronizării fazei mersului, modificări inconsistente ale parametrilor cinematici și modificări semnificative ale tiparelor distincte de activare a mușchilor membrului inferior [16, 17]. Un studiu care a explorat modificările mersului induse de un sistem de susținere a terenului a constatat modificări cinematice [18] și electromiografice (EMG) semnificative [19] în mersul neîntrerupt al terenului, deși nu au investigat mușchii care contribuie la retragerea picioarelor. Înțelegerea modificărilor caracteristicilor mersului sub influența unui sistem BWS la indivizii sănătoși este o condiție prealabilă pentru o interpretare contextuală a comportamentului mersului la subiecții care se recuperează din afecțiuni neurologice care se antrenează cu dispozitive de reabilitare comparabile. Constatările pot ajuta la adaptarea celui mai potrivit program de instruire la starea specifică a pacienților individuali.
Metode
Participanți
19 voluntari sănătoși (9 femele și 10 bărbați, vârsta de 29 ± 5 ani (medie ± 1SD), înălțime: 1,74 ± 0,09 m, greutate: 72 ± 12 kg) au participat la acest studiu și și-au dat consimțământul scris în cunoștință de cauză. Studiul a fost aprobat de comitetul local de etică al Cantonului Zurich și a fost realizat în conformitate cu Declarația de la Helsinki.
Materiale
Un sistem BWS (FLOAT, LME, Rüdlingen, Elveția) a descărcat participanții în timpul mersului pe jos (Fig. 1). Robotul cu cablu a fost alimentat de patru motoare care acționează un nod central printr-un sistem de șină și deflector. Subiecții purtau un ham legat de nod. Senzorii de forță montați între nod și cabluri controlau forța de descărcare, care era comandată să fie pur verticală. Această configurație a permis subiecților să meargă liber într-o zonă de aproximativ 8 x 2 m. O descriere detaliată a sistemului poate fi găsită în altă parte [15]. Cinematica mersului a fost înregistrată utilizând un sistem optic de urmărire a mișcării 3D la o frecvență de eșantionare de 200 Hz (Vicon motion systems Ltd., Oxford, Marea Britanie). Activitatea EMG a fost înregistrată la 1500 Hz folosind un sistem EMG fără fir (Noraxon Inc., Arizona, SUA) cu electrozi cu două suprafețe plasate peste următorii mușchi ai membrelor inferioare: rectus femoris (RF), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA) și gastrocnemius medialis (GM).
