Aktiivinen raajaortoosi kotikäyttöön aivohalvauksen hemipareettisen kävelyn kuntoutukseen

Hemiparees ja muut heikot ovat usein aivohalvauksen vammauttavia seurauksia ja voivat johtaa epäsymmetrisiin ja tehottomiin kävelykuvioihin. Harjoittelu jaetulla vyöllä juoksumatolla, jossa on kaksi erillistä askelmaa, jotka ajavat kumpaakin jalkaa eri nopeudella, voi korjata kävelyn epäsymmetriaa vedon jälkeen. Jaetun vyön juoksumattoharjoittelun vaikutukset siirtyvät kuitenkin vain osittain päivittäiseen maan päällä kävelyyn, ja pidempiä harjoituksia tarvitaan pitkäaikaisten vaikutusten saavuttamiseksi. Aiemmat tutkimuksemme viittaavat siihen, että laboratoriossamme kehitettyä iStride-laitetta voidaan käyttää vaihtoehtoisena aivohalvausharjoittelulaitteena. iStride-laite jäljittelee jaetun vyön juoksumaton toimintaa, mutta sitä voidaan käyttää maan päällä kävellessä ja omassa kodissa mahdollistaen näin pitkäkestoisen harjoittelun. iStride-laite ei vaadi ulkoista virtaa ja on täysin passiivinen; kaikki tarvittavat voimat ohjataan pois kävelyn aikana esiintyvistä luonnollisista voimista, koska se käyttää käyttäjän painoa liikkeidensä synnyttämiseen. Vaikka iStride-laitteen liikkeet ovat samankaltaisia ​​kuin jaetun vyön juoksumaton, ja iStride-laite tuottaa samanlaisen jälkivaikutuksen, tämän kengän tehokkuutta aivohalvauksen saaneen henkilön kävelyn muuttamisessa ei ole vielä varmistettu. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on jatkaa iStride-laitteen testaamista henkilöillä, joilla on aivohalvaus, jotta voidaan selvittää, ovatko vaikutukset klinikalla hyödyllisiä ja turvallisia myös kotiympäristössä.

Tässä tutkimuksessa testaamme iStride-laitteen tehoa aivohalvauksen saaneilla henkilöillä klinikalla ja omassa kodissaan. Tehoa arvioidaan kävelykoordinaatiomuutoksen ja myös koehenkilöiden itse ilmoittaman mukavuuden perusteella laitteella. Ennustamme, että iStride-laite muuttaa askelten välistä koordinaatiota ja osoittautuu turvalliseksi ja tehokkaaksi kodin käyttöön.

Hemipareettisen kävelyn epäsymmetrisyydellä voi olla suuri vaikutus toiminnalliseen kävelykykyyn. Esimerkiksi heilahdusvaiheen epäsymmetria on merkittävä hemipareettisen kävelyn suorituskyvyn ennustaja, koska se korreloi voimakkaasti motorisen palautumisen, kävelynopeuden ja kaatumisvaiheiden kanssa. Toinen ajallisen epäsymmetrian mitta - kaksinkertaisen tuen kesto - korreloi samalla tavalla kävelynopeuteen. Lisäksi tilalliset (esim. askelpituus) epäsymmetria liittyy vähentyneeseen propulsiovoimaan pareettisessa jalassa, mikä rajoittaa kehon liikettä eteenpäin ja heikentää kävelytehoa. Kävelytehokkuuden tärkeyttä ei pidä aliarvioida – hemipareettisen kävelyn kohonnut energiantarve yhdistettynä fyysiseen kuntoutukseen aivohalvauksen jälkeen voi suuresti rajoittaa päivittäisten toimintojen suorittamista, mikä vaikuttaa huonoon kardiovaskulaariseen kuntoon ja metaboliseen oireyhtymään. Tämä puolestaan ​​voi lisätä toisen aivohalvauksen tai sydän- ja verisuonitapahtuman riskiä ja liittyy lisääntyneeseen sairastuvuuden ja kuolleisuuden määrään. Siksi kävelysymmetrian parantamisen tulisi olla tärkeä tavoite terapiassa, jotta voidaan parantaa toiminnallista liikkuvuutta ja vähentää loukkaantumisia, mutta myös parantaa yleistä terveyttä ja hyvinvointia aivohalvauksen jälkeen.

Jaetun vyön juoksumatolla kävelyn harjoitteleminen voi korjata epänormaalia raajojen välistä kävelykoordinaatiota henkilöillä, joilla on aivohalvauksen tai muiden keskushermostovaurioiden jälkeinen hemipareesi. Epäsymmetrinen kävely voi ilmetä avaruudellisena epäsymmetriana, jossa toisella puolella otetut askeleet ovat pidempiä kuin toisella. Se voi ilmetä myös ajallisena epäsymmetriana, jossa ajoitus on epätasainen pareettisella ja ei-pareettisella puolella. Ajallinen epäsymmetria mitataan usein eroina kaksinkertaisten tukijaksojen kestoissa, jotka ovat aika, jonka molemmat jalat ovat samanaikaisesti kosketuksissa maahan ja mitataan erikseen pareettisen ja ei-pareesin puolelta. iStride-laite on suunniteltu aiheuttamaan muutoksia sekä avaruudelliseen että ajalliseen kävelysymmetriaan. Ennustamme, että iStride-laite nostaisi askelmat iStride-laitteen sivulla, koska ihmiset kompensoisivat taaksepäin vierivää liikettä asettamalla jalkansa pidemmälle eteenpäin asennossa, mikä lisäisi kahden jalan välistä etäisyyttä. Vastaavasti, koska askel on pidempi, se voi myös lyhentää asennon kestoa suhteessa toiseen suuntaan. Lyhennetyllä asennon kestolla myös kaksoistuessa asennon lopussa vietetty aika todennäköisesti vähenee.

Vaikka iStride-laitteen alkuperäinen idea juontuu jaetun hihnan juoksumaton liikkeestä, laitteella kävelemisen ja jaetun vyön juoksumatolla kävelemisen välillä on selkeitä eroja epäsymmetrisellä hihnanopeuksilla. Vaikka kehon nopeus suhteessa maahan on nolla jaetun hihnan juoksumatolla, iStride-laitteen suhteellinen nopeus on nollasta poikkeava ja eteenpäin. Laite pakottaa käyttäjän jalkaa eteenpäin tai taaksepäin, kun taas juoksumatto liikuttaa molempia jalkoja taaksepäin, mutta eri nopeuksilla. Sekä jaetun hihnan juoksumatolla että iStride-laitteella suhteellinen nopeus molempien jalkojen välillä on sama ja taaksepäin liikkuva iStride-laite korvaa nopeamman kulutuspinnan.

Oletamme, että harjoittelu maan päällä johtaa raajojen välisen koordinaation muutokseen yksilöillä, joilla on epäsymmetrinen kävely, ja antaa yksilöille mahdollisuuden kehittää pysyvämpää symmetristä kävelyä. Maan päällä harjoittelun ja juoksumaton välillä on useita eroja, kuten visuaalinen virtaus ja vestibulaarinen informaatio, joka signaloi eteenpäin liikettä, mikä todennäköisesti rajoittaa oppimisen ilmaisua maan päällä harjoitettaessa juoksumatolla. Visuaaliset vihjeet näyttävät olevan erityisen tärkeitä kontekstitietoisuuden kannalta. Visuaaliset vihjeet yhdistettynä aikaisempaan kokemukseen ovat niin tehokkaita, että ennakoivat asentoreaktiot saavat henkilön kompastumaan astuessaan liukuportaille, joka ei liiku. Keho on oppinut sisäisen mallin, joka odottaa kiihtyvyyttä astuessaan liukuportaille, mutta kun sitä ei tapahdu, ihminen kompastuu. Jaetun vyökävelyn tutkimus osoitti, että siirtyminen maan päällä kävelyyn tehostuu, kun koehenkilöiden silmät sidotaan juoksumatolla harjoittelun aikana ja niitä testataan maan päällä. Koska silmien sidonta eliminoi visuaaliset vihjeet ympäristöstä, tämä viittaa myös siihen, että näkö on avaintekijä määritettäessä oppimisen kontekstiriippuvuutta. Koska aivohalvauspotilaiden silmien sidominen kävelyharjoittelun aikana ei ole realistista, suunnittelimme iStride-laitteen siten, että harjoittelu voi tapahtua maan päällä kävellessä, jolloin visuaaliset vihjeet harjoittelun aikana ja myöhemmin maan päällä kävely olisivat samat.

Tiedot kontrollikohteista, jotka käyttivät iStride-laitteen aikaisempaa versiota (jota kutsuttiin tuolloin GEMS:ksi), on julkaistu, ja video tästä aiemmasta versiosta löytyy osoitteesta http://reedlab.eng.usf.edu/publications/handzic2011GEMS .mp4. Tässä tutkimuksessa havaitsimme, että tämä laitteen aikaisempi versio pystyi muuttamaan askelpituutta ennustetulla tavalla, mutta edellinen rakenne oli liian painava ja liian korkea, jotta sitä voitaisiin pitää käytännöllisenä aivohalvauspopulaatioiden testaamiseen. iStride-laitteen nykyinen versio tuottaa samanlaista liikettä kuin edellinen versio, mutta se painaa vähemmän (alle 1 kg) ja on lyhyempi (~4,4 cm). Testaamme nykyisen iStride-laitteen käytön tehoa kävelykoordinaatioon maan päällä kävellessä henkilöillä, joilla on aivohalvaus klinikalla ja omassa kodissaan. Kaikki kävely suoritetaan kokeneen fysioterapeutin vartioiessa koehenkilöitä putoamisen estämiseksi. iStride-laitteen vaikutuksia kävelyn koordinaatioon verrataan jaetun vyön juoksumatolla aikaansaatuihin vaikutuksiin.

Ehdotettu hanke on yksi ensimmäisistä yrityksistä rakentaa laite, joka korjaa kävelysymmetriaa kävellessä maan päällä. Tämä ei ainoastaan ​​antaisi ihmisille mahdollisuuden kokea kävelykorjauksia tehdessään normaaleja liikkeitä, vaan näiden laitteiden yksinkertaisuus ja suhteellisen alhainen hinta avaisivat myös mahdollisuuksia harjoitella kotona (hyvin toimiville henkilöille valvonnassa) ja klinikoilla, joissa on halkeama. - vyöjuoksumatto ei ole saatavilla. Tässä esitellyt tutkimukset selvittävät, pystyykö iStride-laite muuttamaan raajojen välistä kävelykoordinaatiota ja voivatko aivohalvauspotilaat käyttää näitä laitteita kuntoutustarkoituksiin. Tämä työ luo näin pohjan tuleville harjoittelututkimuksille, joissa tutkitaan iStride-laitteen pitkäaikaisen käytön tehokkuutta symmetristen kävelykuvioiden parantamisessa.

Tämän tutkimuksen kohteena oleva kysymys on ihmisten kävelytapojen muuttaminen käytettäväksi aivohalvauksen kuntoutuksessa. Perimmäisenä tavoitteenamme on osoittaa, että iStride-laite voi muuttaa ihmisen ajallisen ja spatiaalisen kävelyn epäsymmetrian symmetriseksi. Olemme osoittaneet tämän klinikan ympäristössä ja nyt testaamme laitetta osallistujien omassa kodissa. Vertailupisteemme ovat tuloksia, jotka on saatu aikaisemmista tutkimuksista jaetuista juoksumatot. Olemme myös kiinnostuneita siitä, kuinka jalan ja maan rajapinnan muuttaminen vaikuttaa sopeutumiseen uusiin kävelytapoihin.