Respuesta de carga del sóleo durante la marcha

Los participantes se asignan a un solo grupo en este estudio de ciencias básicas. El protocolo incluye probar un dispositivo portátil de tobillo motorizado y su algoritmo de control durante la marcha en cinta rodante. El dispositivo robótico para el tobillo se sujeta a la pantorrilla y el pie del participante mediante una órtesis de plástico para el tobillo y el pie y correas de velcro. El dispositivo de tobillo robótico se usará en el lado afectado mientras el lado contralateral está libre al caminar. El participante coloca el pie (lado hemiparético) en el dispositivo de tobillo robótico utilizando el marco ortopédico personalizado. La articulación mecánica del dispositivo se alinea con el centro de la articulación del tobillo del participante. Una correa enrollada alrededor de la circunferencia del vástago sujeta la pierna del participante al dispositivo de tobillo para garantizar que la articulación mecánica gire la articulación del tobillo. El ajuste no debe ser incómodamente apretado, sino lo suficientemente apretado para evitar un desplazamiento relativo (no deseado). Los cables están conectados a un par de motores eléctricos que aplican torsión en la dirección de flexión plantar y dorsiflexión. El dispositivo recopila medidas del ángulo de la articulación. Los motores se regulan utilizando el ángulo de la articulación del tobillo de manera que el dispositivo robótico aplica perturbaciones de rotación del tobillo para inducir cambios en la actividad del músculo sóleo. El dispositivo de tobillo integra sensores de presión colocados debajo de la planta del pie en el talón y la puntera para recoger las fuerzas de reacción verticales del suelo.

Los sensores electromiográficos (EMG) se colocan en los grupos de músculos sóleo y tibial anterior. Los sensores EMG se pegan con una cinta biocompatible para fijar los sensores a la piel. La actividad EMG se amplifica, se filtra con paso de banda (10-1000 Hz), se muestrea a 3000 Hz y se almacena. Un miembro del estudio estará disponible para ayudar a los participantes a colocar los sensores EMG. La frecuencia cardíaca y la presión arterial se controlan antes del comienzo del protocolo. La cinemática de las articulaciones del tobillo, la rodilla y la cadera se registra bilateralmente utilizando electrogoniómetros portátiles. Los participantes usan un arnés de seguridad que está conectado a un sistema portátil (carril elevado y trípode) para evitar caídas sin restringir el movimiento. Un botón de parada de emergencia está disponible para que los participantes detengan inmediatamente el experimento. Los participantes pueden solicitar verbalmente al personal que presione el botón de parada de emergencia.

Los participantes caminan a una velocidad rápida cómoda seleccionada por ellos mismos (p. ej., 3,5-4 km/h) durante series cortas de caminata en cinta rodante (4-6 minutos por serie). La cinta de correr está controlada externamente por una computadora para ajustar la velocidad de la cinta. Se espera que la sesión de marcha dure entre 60 y 90 minutos para evitar la fatiga y los cambios en las respuestas musculares que varían con el tiempo. Durante el calentamiento, la contracción voluntaria máxima (MVC) del flexor plantar se registra en una posición de pie, y la cinemática de la marcha, el EMG muscular y las fuerzas de reacción del suelo se registran al caminar sin usar el dispositivo robótico de tobillo.

Después del calentamiento, mientras camina en la cinta rodante usando el dispositivo robótico, se aplicarán rotaciones de tobillo utilizando el algoritmo desarrollado para evocar la respuesta de carga del sóleo durante la fase de apoyo media-tardía. El algoritmo de control aplica perturbaciones del tobillo, que son cambios de la cinemática natural del tobillo para apuntar a la respuesta de carga del sóleo en la fase de apoyo media-tardía cada dos a 4-6 ciclos de marcha para evitar la habituación. La magnitud de la perturbación, la velocidad y el tiempo se controlan durante la marcha en cinta rodante. Debido a los parámetros exclusivos de la perturbación (magnitud y velocidad) que aplica el dispositivo, existe un riesgo de caída mínimo porque se aplica durante un período breve en la fase de apoyo para provocar una respuesta muscular (p. ej., es similar a un estiramiento mecánico). reflejo). Por lo tanto, la perturbación no se aplica para guiar o ayudar al movimiento del tobillo, lo que tendrá una gran influencia en la cinemática de la marcha. Fuera de la ventana de perturbación dentro de la postura, el control del tobillo se apaga.

Para cualquier ciclo de pasos, solo son posibles dos condiciones. El participante está en una condición perturbada o imperturbable. Durante los ciclos de pasos perturbados, el participante lleva puesto el dispositivo de tobillo y aplica fuerza para cambiar el movimiento del tobillo y el pie (es decir, el dispositivo está activado). Durante los ciclos de pasos imperturbables, el participante lleva puesto el dispositivo de tobillo, pero no aplica fuerza para cambiar el movimiento del tobillo y el pie (es decir, el dispositivo es pasivo y no activo).

Una sesión de marcha consta de 4-5 episodios de caminata intercalando pasos de caminata perturbados y no perturbados (hasta recopilar datos de aproximadamente 30 pasos perturbados y no perturbados por turno de caminata) dejando al menos un paso no perturbado antes de un paso perturbado. Se proporcionan descansos entre los combates.

El equipo de estudio monitoreará continuamente al participante durante una sesión de marcha y solicitará comentarios verbalmente para garantizar la comodidad y seguridad del participante. Se colocan protecciones de software automáticas y manuales para detener la sesión si el rendimiento supera los rangos de par o velocidad seguros/deseados. La sesión de marcha finaliza con un enfriamiento para medir la cinemática articular, la EMG muscular y la propulsión de la marcha sin llevar puesto el dispositivo. Al final de los experimentos, los sensores portátiles se retirarán suavemente del cuerpo. El personal del estudio ayudará al participante a quitarse el dispositivo de tobillo.

El estudio involucra a un solo grupo que inscribe a 15 personas sin condiciones neurológicas conocidas o antecedentes de lesiones ortopédicas. Los cambios en el EMG del sóleo se compararán entre pasos de caminata perturbados y no perturbados durante una sesión de marcha. Para la medida principal (respuesta EMG del sóleo), la diferencia entre el EMG no perturbado y el perturbado se evaluará mediante la prueba t de Student. El tamaño de la muestra para personas sin discapacidad nos permite estimar, con un nivel de confianza bilateral del 95 %. cada uno, la respuesta del EMG del sóleo a la perturbación dentro de un margen de error del 5,4 % del EMG no perturbado. Este cálculo se basa en un estudio previo, donde un análisis de grupo con un s.d. Se observó un cambio de 0,87 % (% de EMG no perturbado) en el EMG del sóleo en respuesta a una perturbación del movimiento articular de 1 grado/s durante la fase de apoyo media-tardía (es decir, la variación en el EMG del sóleo está relacionada linealmente con la velocidad y /o amplitud de las perturbaciones). Un SD similar se supone para el estudio propuesto, que produce un tamaño de muestra de N = 15 personas sin discapacidad. Además, se estudiará un tamaño de muestra de 5 participantes con hemiparesia y deficiencias en la marcha debido a un accidente cerebrovascular para examinar la viabilidad de los algoritmos y el dispositivo propuestos para evocar la respuesta de carga del sóleo. Debido a la falta de disponibilidad de datos con participantes postictus, s.d. No se puede definir el % de cambio de la EMG del sóleo sin perturbaciones antes de realizar las pruebas con personas después de un accidente cerebrovascular. Por lo tanto, este estudio piloto proporcionará resultados preliminares para caracterizar el EMG del sóleo debido a las perturbaciones aplicadas en las personas después del accidente cerebrovascular.