iStride(TM)-enhed, der bruges til genoptræning af slagtilfælde

Hemiparese og andre svækkelser er en hyppig og invaliderende konsekvens af slagtilfælde og kan føre til asymmetriske og ineffektive gangmønstre. Træning på et løbebånd med delt bælte, som har to separate slidbaner, der driver hvert ben med forskellig hastighed, kan korrigere gangasymmetrier efter et slag. Effekterne af løbebåndstræning med delt bælte overføres dog kun delvist til daglig gang over jorden, og forlængede træningspas er nødvendige for at opnå langvarige effekter. Vores tidligere undersøgelser tyder på, at iStride-apparatet, der er blevet udviklet i vores laboratorium, kan bruges som et alternativt gangtræningsapparat til personer med slagtilfælde. iStride-enheden efterligner handlingerne fra løbebåndet med delt bælte, men kan bruges under gående over jorden og i ens eget hjem, hvilket muliggør langvarig træning. iStride-enheden kræver ingen ekstern strøm og er fuldstændig passiv; alle nødvendige kræfter omdirigeres fra de naturlige kræfter, der er til stede under gang, da det udnytter bærerens vægt til at generere sine bevægelser. Mens iStride-enhedens bevægelser ligner løbebåndet med delt bælte, og iStride-enheden genererer en lignende eftervirkning, er effektiviteten af ​​denne sko til at ændre gangarten hos en person med slagtilfælde endnu ikke verificeret.

I denne undersøgelse vil vi teste effektiviteten af ​​iStride-enheden på personer med slagtilfælde i klinikken. Effektiviteten vil blive evalueret baseret på ændringen i gangkoordination og også baseret på forsøgspersonernes selvrapporterede komfort på enheden. Vi forudser, at iStride-enheden vil resultere i ændringer i koordinationen af ​​gang mellem lemmerne, hvilket kunne være en sikker og effektiv enhed til brug i ens hjem.

Den asymmetriske karakter af hemiparetisk gang kan have stor indflydelse på den funktionelle gangevne. For eksempel er svingfaseasymmetri en væsentlig forudsigelse for hemiparetisk gangpræstation, fordi den er stærkt korreleret med stadier af motorisk restitution, ganghastighed og fald. Et andet mål for tidsmæssig asymmetri - dobbelt støttevarighed - er tilsvarende korreleret med ganghastighed. Derudover rumlig (f.eks. trinlængde) asymmetri er forbundet med nedsat fremdriftskraft på det paretiske ben, hvilket begrænser fremadgående bevægelse af kroppen og reducerer gangeffektiviteten. Betydningen af ​​gangeffektivitet skal ikke undervurderes - de forhøjede energikrav til hemiparetisk gang kombineret med fysisk dekonditionering efter slagtilfælde kan i høj grad begrænse udførelsen af ​​daglige aktiviteter, hvilket bidrager til dårlig kardiovaskulær kondition og metabolisk syndrom. Til gengæld kan dette øge risikoen for et andet slagtilfælde eller kardiovaskulær hændelse og er forbundet med øget morbiditet og dødelighed. Derfor bør forbedring af gangsymmetri være et vigtigt mål for terapi, for ikke kun at forbedre den funktionelle mobilitet og reducere skader, men også for at forbedre det generelle helbred og velvære efter et slagtilfælde.

At øve sig i at gå på et løbebånd med delt bælte kan korrigere unormal koordination af gang mellem lemmerne hos personer med hemiparese efter slagtilfælde eller andre læsioner i centralnervesystemet. Asymmetrisk gang kan vise sig som en rumlig asymmetri, hvor skridt taget på den ene side er længere end dem på den anden. Det kan også vise sig som en tidsmæssig asymmetri, hvor timingen er ujævn på den paretiske og ikke-paretiske side. Temporale asymmetrier måles ofte som forskelle i varigheden af ​​dobbelte støtteperioder, som er den tid, hvor begge fødder er i kontakt med jorden samtidigt og måles separat for den paretiske og ikke-paretiske side. iStride-enheden er designet til at forårsage ændringer i både rumlig og tidsmæssig gangsymmetri. Vi forudser, at iStride-enheden ville få trinene på siden med iStride-enheden til at blive større, da individer ville kompensere for den baglæns rullende bevægelse ved at placere deres fod længere frem i stilling og dermed øge afstanden mellem de to fødder. På samme måde, da skridtet er længere, kan det også forkorte varigheden af ​​holdning i forhold til den anden side. Med en forkortet stillingsvarighed vil mængden af ​​tid brugt i dobbeltstøtte ved afslutningen af ​​stilling sandsynligvis også falde.

Selvom den oprindelige idé med iStride-enheden er afledt af bevægelsen af ​​split-belt-løbebåndet, er der tydelige forskelle mellem at gå på enheden og gå på et split-belt-løbebånd med asymmetriske bæltehastigheder. Mens kroppens hastighed i forhold til jorden er nul på et løbebånd med delt bælte, er iStride-enhedens relative hastighed ikke-nul og fremad. Enheden tvinger bærerens fod frem eller tilbage, mens løbebåndet bevæger begge fødder bagud, men med forskellige hastigheder. For både løbebåndet med delt bælte og iStride-enheden er den relative hastighed mellem begge fødder ens, og den bagudgående iStride-enhed træder i stedet for den hurtigere slidbane.

Vi antager, at træning over jorden vil føre til en ændring i koordinationen mellem lemmerne hos personer med asymmetrisk gang og give individer mulighed for at udvikle en mere vedvarende symmetrisk gang. Der er flere forskelle mellem træning på jorden og et løbebånd, såsom visuelt flow og vestibulær information, der signalerer fremadrettet bevægelse, der sandsynligvis begrænser udtrykket af læring i overjordskonteksten, når man træner på et løbebånd. Visuelle signaler ser ud til at være særligt vigtige for kontekstbevidsthed. Visuelle signaler, kombineret med tidligere erfaring, er så kraftige, at forudsigende posturale reaktioner får en person til at snuble, når han træder op på en rulletrappe, der ikke bevæger sig. Kroppen har lært en intern model, der forventer en acceleration, når man træder op på en rulletrappe, men når den acceleration ikke forekommer, snubler personen. En undersøgelse af gang med delt bælte viste, at overgangen til gang over jorden forbedres, når forsøgspersoner får bind for øjnene under træning på løbebåndet og testes over jorden. Da bind for øjnene eliminerer visuelle signaler om miljøet, tyder dette også på, at syn er en nøglefaktor for at bestemme kontekstafhængigheden af ​​læring. Da det ikke er realistisk at binde apopleksipatienter for øjnene under gangtræning, har vi designet iStride-enheden, så træning kunne forekomme under gang over jorden, så visuelle signaler under træning og senere gang over jorden ville være de samme.

Data fra kontrolpersoner, der bruger en tidligere version af iStride-enheden (benævnt GEMS på det tidspunkt) er blevet offentliggjort, og en video af denne tidligere version kan findes på http://reedlab.eng.usf.edu/publications/handzic2011GEMS .mp4. I denne undersøgelse fandt vi ud af, at denne tidligere version af enheden var i stand til at ændre trinlængden som forudsagt, men det tidligere design var for tungt og for højt til at blive betragtet som praktisk til test i slagtilfældepopulationer. Den nuværende version af iStride-enheden producerer lignende bevægelse som den tidligere version, men den vejer mindre (under 1 kg) og er kortere (~4,4 cm). Vi vil teste effektiviteten af ​​at bære den nuværende iStride-enhed på gangkoordination under gang over jorden på personer med slagtilfælde i klinikken. Al gang vil blive udført, mens forsøgspersoner er nøje bevogtet af en erfaren fysioterapeut for at forhindre fald. Virkningerne af iStride-enheden på gangkoordinationen vil blive sammenlignet med dem, der induceres på et løbebånd med delt bælte.

Det foreslåede projekt repræsenterer et af de første forsøg på at bygge en enhed, der korrigerer gangsymmetri, mens man går over jorden. Ikke alene ville dette give folk mulighed for at opleve gangkorrektioner, mens de udfører normale bevægelser, men enkelheden og de relativt lave omkostninger ved disse enheder ville også åbne op for potentielle muligheder for at træne hjemme (for højtfungerende personer med supervision) og på klinikker, hvor en split -bælteløbebånd er ikke tilgængelig. De undersøgelser, der er skitseret her, vil fastslå, om iStride-enheden er i stand til at ændre koordinationen af ​​gang mellem lemmerne, og om personer med slagtilfælde kan bruge disse enheder til rehabiliteringsformål. Dette arbejde vil således bygge grundlaget for fremtidige træningsstudier, der undersøger effektiviteten af ​​langvarig brug af iStride-enheden til at forbedre symmetriske gangmønstre.

Spørgsmålet, som denne undersøgelse retter sig mod, er modifikationen af ​​menneskelige gangmønstre til brug i slagtilfælderehabilitering. Det er vores ultimative mål at vise, at iStride-enheden kan ændre en persons tidsmæssige og rumlige gangasymmetri til en symmetrisk gangart. Vores referencepunkter er resultater opnået af tidligere undersøgelser med split-belt løbebånd. Vi er også interesserede i, hvordan ændring af grænsefladen mellem en fod og jorden påvirker tilpasningen til nye gangmønstre.