Optimalizace asistence exoskeletu kotníku pro chůzi po celou dobu života
23. ledna 2024 aktualizováno: Georgia Institute of Technology
Výzkumníci se snaží 1) zjistit, proč starší dospělí vydávají více metabolické energie během chůze než mladí dospělí, a 2) snížit metabolický energetický výdej starších dospělých během chůze pomocí exoskeletu kotníku.
Přehled studie
Postavení
Dokončeno
Podmínky
Intervence / Léčba
Detailní popis
Starší lidé chodí rychleji než mladí dospělí. Rostoucí důkazy naznačují, že vyšší rychlost metabolismu starších dospělých souvisí se strukturálními vlastnostmi tkání dolních končetin. Šlachy nohy starších dospělých jsou poddajnější než šlachy mladých dospělých. V souladu s tím se šlachy nohou starších dospělých více natahují při dané zátěži, jako je chůze a běh, což způsobuje, že jejich svaly pracují na kratší, méně optimální délky a vyšší aktivace než u mladých dospělých. Použití kratších délek svalů a větší aktivace svalů nabízí méně ekonomickou produkci síly. Vyšetřovatelé se tedy snaží změnit pasivní tuhost působící kolem kotníku pomocí exoskeletu kotníku paralelně s kotníkem, čímž umožní svalům pracovat na relativně delších délkách. Obecně platí, že svaly produkují sílu ekonomičtěji, když jsou v operačních délkách větších než při normální chůzi. Přidáním exoskeletu paralelně s kotníkem vědci předpokládají, že starší dospělí budou chodit s delšími délkami plantárních flexorů, čímž se sníží jejich svalová aktivace a následně se sníží rychlost metabolismu celého těla během chůze.
V této studii vyšetřovatelé nechají mladé a starší dospělé provádět izolované stahy lýtkových svalů, zatímco vyšetřovatelé zachytí chování jejich svalů a šlach na nohou pomocí neinvazivní ultrazvukové sondy, která je v rovině s kůží účastníka. Vyšetřovatelé také nechají účastníky chodit na běžeckém pásu s exoskeletem kotníku nastaveným na více hodnot asistence. Během těchto studií výzkumníci provedou mnoho fyziologických a biomechanických měření, aby posoudili, proč optimální profil exoskeletu kotníku minimalizuje metabolické náklady na chůzi u mladých a starších dospělých.
Typ studie
Intervenční
Zápis (Aktuální)
28
Fáze
- Nelze použít
Kontakty a umístění
Tato část poskytuje kontaktní údaje pro ty, kteří studii provádějí, a informace o tom, kde se tato studie provádí.
Studijní místa
-
-
Georgia
-
Atlanta, Georgia, Spojené státy, 30332
- Physiology of Wearable Robotics Laboratory (Georgia Tech)
-
-
Kritéria účasti
Výzkumníci hledají lidi, kteří odpovídají určitému popisu, kterému se říká kritéria způsobilosti. Některé příklady těchto kritérií jsou celkový zdravotní stav osoby nebo předchozí léčba.
Kritéria způsobilosti
Věk způsobilý ke studiu
18 let a starší (Dospělý, Starší dospělý)
Přijímá zdravé dobrovolníky
Ano
Popis
Kritéria pro zařazení:
- Subjekty musí být schopny chůze po dobu 60 minut v časovém rámci 90 minut.
- Subjekty jsou zjevně bez kardiovaskulárního, metabolického a renálního onemocnění, které nezahrnuje žádné známky nebo symptomy naznačující kardiovaskulární, metabolické nebo renální onemocnění.
- Subjekty nemají žádné aktuální muskuloskeletální poranění.
- Subjekty musí být ve věku 18-45 nebo 65+ let.
Tato kritéria splňují pokyny Americké akademie sportovní medicíny z roku 2015 pro screening zdravotního stavu účastníků před připojením k mírnému nebo středně silnému až silnému cvičebnímu protokolu. (Riebe et al., 2015).
Kritéria vyloučení:
- Máte demenci nebo neschopnost dát informovaný souhlas
- Máte poranění pohybového aparátu nebo pociťujete bolest při chůzi
- Máte v anamnéze závratě a/nebo problémy s rovnováhou
- Máte kardiovaskulární, srdeční, metabolické nebo ledvinové onemocnění nebo dýchací potíže
- Kouřit cigarety
- Astma
- Během odpočinku nebo cvičení pociťujte bolest nebo nepohodlí na hrudi, krku, čelisti, pažích
- Máte ortopnoe nebo paroxysmální noční dušnost
- Máte edém kotníku
- Mít bušení srdce nebo tachykardii
- Mít srdeční šelest
- Dostali jste infarkt
- Máte cukrovku
- Mějte kardiostimulátor
- Mít neobvyklou dušnost při běžných činnostech
- Je vám <18 nebo 46-64 let
- Nemluvte ani nerozumíte anglicky
Studijní plán
Tato část poskytuje podrobnosti o studijním plánu, včetně toho, jak je studie navržena a co studie měří.
Jak je studie koncipována?
Detaily designu
- Primární účel: Základní věda
- Přidělení: N/A
- Intervenční model: Přiřazení jedné skupiny
- Maskování: Žádné (otevřený štítek)
Zbraně a zásahy
Skupina účastníků / Arm |
Intervence / Léčba |
|---|---|
|
Experimentální: Ekonomická svalová dynamika
Výzkumníci se snaží zjistit, jak optimalizovat svalové kontraktilní podmínky pro mobilitu.
Aby toho dosáhli, vyšetřovatelé systematicky mění podmínky svalové kontrakce u všech účastníků.
|
Vyšetřovatelé použijí kotníkové exoskelety k systematické změně chování svalových kontrakcí účastníků.
Účastníci budou například chodit v robotickém zařízení, které přidává pružinu paralelně s jejich dolní končetinou, což účastníkům pomůže vytvořit silnější hnací tlak a může snížit námahu při chůzi.
|
Co je měření studie?
Primární výstupní opatření
Měření výsledku |
Popis opatření |
Časové okno |
|---|---|---|
|
Rychlost metabolismu (watty)
Časové okno: 1 rok
|
Rychlost metabolické energie, kterou subjekty vydávají během chůze.
|
1 rok
|
Sekundární výstupní opatření
Měření výsledku |
Popis opatření |
Časové okno |
|---|---|---|
|
Preferovaná rychlost chůze (m/s)
Časové okno: 1 rok
|
Provedou se měření toho, jak rychle subjekty preferují chůzi s každým stavem exoskeletu
|
1 rok
|
Spolupracovníci a vyšetřovatelé
Zde najdete lidi a organizace zapojené do této studie.
Sponzor
Spolupracovníci
Vyšetřovatelé
- Vrchní vyšetřovatel: Gregory S Sawicki, Ph.D., Georgia Institute of Technology
Publikace a užitečné odkazy
Osoba odpovědná za zadávání informací o studiu tyto publikace poskytuje dobrovolně. Mohou se týkat čehokoli, co souvisí se studiem.
Obecné publikace
- Asbeck AT, De Rossi SM, Holt KG, and Walsh CJ. A biologically inspired soft exosuit for walking assistance. The international journal of robotics research 34: 744-762, 2015.
- Biewener AA, Farley CT, Roberts TJ, Temaner M. Muscle mechanical advantage of human walking and running: implications for energy cost. J Appl Physiol (1985). 2004 Dec;97(6):2266-74. doi: 10.1152/japplphysiol.00003.2004. Epub 2004 Jul 16.
- Browne MG, Franz JR. The independent effects of speed and propulsive force on joint power generation in walking. J Biomech. 2017 Apr 11;55:48-55. doi: 10.1016/j.jbiomech.2017.02.011. Epub 2017 Feb 21.
- Cavagna GA, Kaneko M. Mechanical work and efficiency in level walking and running. J Physiol. 1977 Jun;268(2):467--81. doi: 10.1113/jphysiol.1977.sp011866.
- CAVAGNA GA, SAIBENE FP, MARGARIA R. MECHANICAL WORK IN RUNNING. J Appl Physiol. 1964 Mar;19:249-56. doi: 10.1152/jappl.1964.19.2.249. No abstract available.
- Collins SH, Wiggin MB, Sawicki GS. Reducing the energy cost of human walking using an unpowered exoskeleton. Nature. 2015 Jun 11;522(7555):212-5. doi: 10.1038/nature14288. Epub 2015 Apr 1.
- Csapo R, Malis V, Hodgson J, Sinha S. Age-related greater Achilles tendon compliance is not associated with larger plantar flexor muscle fascicle strains in senior women. J Appl Physiol (1985). 2014 Apr 15;116(8):961-9. doi: 10.1152/japplphysiol.01337.2013. Epub 2014 Feb 6.
- DeVita P, Helseth J, Hortobagyi T. Muscles do more positive than negative work in human locomotion. J Exp Biol. 2007 Oct;210(Pt 19):3361-73. doi: 10.1242/jeb.003970.
- DeVita P, Hortobagyi T. Age causes a redistribution of joint torques and powers during gait. J Appl Physiol (1985). 2000 May;88(5):1804-11. doi: 10.1152/jappl.2000.88.5.1804.
- Elliott G, Sawicki GS, Marecki A, Herr H. The biomechanics and energetics of human running using an elastic knee exoskeleton. IEEE Int Conf Rehabil Robot. 2013 Jun;2013:6650418. doi: 10.1109/ICORR.2013.6650418.
- Farris DJ, Sawicki GS. The mechanics and energetics of human walking and running: a joint level perspective. J R Soc Interface. 2012 Jan 7;9(66):110-8. doi: 10.1098/rsif.2011.0182. Epub 2011 May 25.
- Ferris DP, Sawicki GS, Domingo A. Powered lower limb orthoses for gait rehabilitation. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2005;11(2):34-49. doi: 10.1310/6gl4-um7x-519h-9jyd.
- Franz JR, Slane LC, Rasske K, Thelen DG. Non-uniform in vivo deformations of the human Achilles tendon during walking. Gait Posture. 2015 Jan;41(1):192-7. doi: 10.1016/j.gaitpost.2014.10.001. Epub 2014 Oct 12.
- Gottschall JS, Kram R. Energy cost and muscular activity required for propulsion during walking. J Appl Physiol (1985). 2003 May;94(5):1766-72. doi: 10.1152/japplphysiol.00670.2002. Epub 2002 Dec 27.
- Griffin TM, Tolani NA, Kram R. Walking in simulated reduced gravity: mechanical energy fluctuations and exchange. J Appl Physiol (1985). 1999 Jan;86(1):383-90. doi: 10.1152/jappl.1999.86.1.383.
- Holt NC, Roberts TJ, Askew GN. The energetic benefits of tendon springs in running: is the reduction of muscle work important? J Exp Biol. 2014 Dec 15;217(Pt 24):4365-71. doi: 10.1242/jeb.112813. Epub 2014 Nov 13.
- Huang HJ, Kram R, Ahmed AA. Reduction of metabolic cost during motor learning of arm reaching dynamics. J Neurosci. 2012 Feb 8;32(6):2182-90. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4003-11.2012.
- Malcolm P, Derave W, Galle S, De Clercq D. A simple exoskeleton that assists plantarflexion can reduce the metabolic cost of human walking. PLoS One. 2013;8(2):e56137. doi: 10.1371/journal.pone.0056137. Epub 2013 Feb 13.
- Martin PE, Rothstein DE, Larish DD. Effects of age and physical activity status on the speed-aerobic demand relationship of walking. J Appl Physiol (1985). 1992 Jul;73(1):200-6. doi: 10.1152/jappl.1992.73.1.200.
- Mian OS, Thom JM, Ardigo LP, Minetti AE, Narici MV. Gastrocnemius muscle-tendon behaviour during walking in young and older adults. Acta Physiol (Oxf). 2007 Jan;189(1):57-65. doi: 10.1111/j.1748-1716.2006.01634.x.
- Mooney LM, Rouse EJ, Herr HM. Autonomous exoskeleton reduces metabolic cost of human walking during load carriage. J Neuroeng Rehabil. 2014 May 9;11:80. doi: 10.1186/1743-0003-11-80.
- Nelson ME, Rejeski WJ, Blair SN, Duncan PW, Judge JO, King AC, Macera CA, Castaneda-Sceppa C; American College of Sports Medicine; American Heart Association. Physical activity and public health in older adults: recommendation from the American College of Sports Medicine and the American Heart Association. Circulation. 2007 Aug 28;116(9):1094-105. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.185650. Epub 2007 Aug 1.
- Nuckols Rich DT, Sawicki Greg. Ultrasound measurements link soleus muscle dynamics and metabolic cost during human walking with elastic ankle exoskeletons. In Prep.
- Onambele GL, Narici MV, Maganaris CN. Calf muscle-tendon properties and postural balance in old age. J Appl Physiol (1985). 2006 Jun;100(6):2048-56. doi: 10.1152/japplphysiol.01442.2005. Epub 2006 Feb 2.
- Ortega JD, Beck ON, Roby JM, Turney AL, Kram R. Running for exercise mitigates age-related deterioration of walking economy. PLoS One. 2014 Nov 20;9(11):e113471. doi: 10.1371/journal.pone.0113471. eCollection 2014.
- Ortega JD, Farley CT. Individual limb work does not explain the greater metabolic cost of walking in elderly adults. J Appl Physiol (1985). 2007 Jun;102(6):2266-73. doi: 10.1152/japplphysiol.00583.2006. Epub 2007 Mar 15.
- Ortega JO, Lindstedt SL, Nelson FE, Jubrias SA, Kushmerick MJ, Conley KE. Muscle force, work and cost: a novel technique to revisit the Fenn effect. J Exp Biol. 2015 Jul;218(Pt 13):2075-82. doi: 10.1242/jeb.114512. Epub 2015 May 11.
- Panizzolo FA, Green DJ, Lloyd DG, Maiorana AJ, Rubenson J. Soleus fascicle length changes are conserved between young and old adults at their preferred walking speed. Gait Posture. 2013 Sep;38(4):764-9. doi: 10.1016/j.gaitpost.2013.03.021. Epub 2013 May 1.
- Rall JA. Sense and nonsense about the Fenn effect. Am J Physiol. 1982 Jan;242(1):H1-6. doi: 10.1152/ajpheart.1982.242.1.H1.
- Rasske K, Thelen DG, Franz JR. Variation in the human Achilles tendon moment arm during walking. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2017 Feb;20(2):201-205. doi: 10.1080/10255842.2016.1213818. Epub 2016 Jul 27.
- Rubenson J, Pires NJ, Loi HO, Pinniger GJ, Shannon DG. On the ascent: the soleus operating length is conserved to the ascending limb of the force-length curve across gait mechanics in humans. J Exp Biol. 2012 Oct 15;215(Pt 20):3539-51. doi: 10.1242/jeb.070466. Epub 2012 Jul 5.
- Sawicki GS, Ferris DP. Mechanics and energetics of level walking with powered ankle exoskeletons. J Exp Biol. 2008 May;211(Pt 9):1402-13. doi: 10.1242/jeb.009241.
- Stanaway FF, Gnjidic D, Blyth FM, Le Couteur DG, Naganathan V, Waite L, Seibel MJ, Handelsman DJ, Sambrook PN, Cumming RG. How fast does the Grim Reaper walk? Receiver operating characteristics curve analysis in healthy men aged 70 and over. BMJ. 2011 Dec 15;343:d7679. doi: 10.1136/bmj.d7679.
- Stenroth L, Peltonen J, Cronin NJ, Sipila S, Finni T. Age-related differences in Achilles tendon properties and triceps surae muscle architecture in vivo. J Appl Physiol (1985). 2012 Nov;113(10):1537-44. doi: 10.1152/japplphysiol.00782.2012. Epub 2012 Oct 4.
- Studenski S, Perera S, Patel K, Rosano C, Faulkner K, Inzitari M, Brach J, Chandler J, Cawthon P, Connor EB, Nevitt M, Visser M, Kritchevsky S, Badinelli S, Harris T, Newman AB, Cauley J, Ferrucci L, Guralnik J. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 2011 Jan 5;305(1):50-8. doi: 10.1001/jama.2010.1923.
- Takahashi KZ, Gross MT, van Werkhoven H, Piazza SJ, Sawicki GS. Adding Stiffness to the Foot Modulates Soleus Force-Velocity Behaviour during Human Walking. Sci Rep. 2016 Jul 15;6:29870. doi: 10.1038/srep29870.
- Takahashi KZ, Lewek MD, Sawicki GS. A neuromechanics-based powered ankle exoskeleton to assist walking post-stroke: a feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 2015 Feb 25;12:23. doi: 10.1186/s12984-015-0015-7.
Termíny studijních záznamů
Tato data sledují průběh záznamů studie a předkládání souhrnných výsledků na ClinicalTrials.gov. Záznamy ze studií a hlášené výsledky jsou před zveřejněním na veřejné webové stránce přezkoumány Národní lékařskou knihovnou (NLM), aby se ujistily, že splňují specifické standardy kontroly kvality.
Hlavní termíny studia
Začátek studia (Aktuální)
4. února 2020
Primární dokončení (Aktuální)
23. května 2023
Dokončení studie (Aktuální)
23. května 2023
Termíny zápisu do studia
První předloženo
23. července 2019
První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality
23. července 2019
První zveřejněno (Aktuální)
25. července 2019
Aktualizace studijních záznamů
Poslední zveřejněná aktualizace (Odhadovaný)
25. ledna 2024
Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality
23. ledna 2024
Naposledy ověřeno
1. ledna 2024
Více informací
Termíny související s touto studií
Klíčová slova
Další identifikační čísla studie
- H18208
- F32AG063460 (Grant/smlouva NIH USA)
Plán pro data jednotlivých účastníků (IPD)
Plánujete sdílet data jednotlivých účastníků (IPD)?
NE
Informace o lécích a zařízeních, studijní dokumenty
Studuje lékový produkt regulovaný americkým FDA
Ne
Studuje produkt zařízení regulovaný americkým úřadem FDA
Ano
produkt vyrobený a vyvážený z USA
Ne
Tyto informace byly beze změn načteny přímo z webu clinicaltrials.gov. Máte-li jakékoli požadavky na změnu, odstranění nebo aktualizaci podrobností studie, kontaktujte prosím register@clinicaltrials.gov. Jakmile bude změna implementována na clinicaltrials.gov, bude automaticky aktualizována i na našem webu .