Chaussures d'exosquelette pour améliorer la marche

La claudication due à la maladie artérielle périphérique (MAP) fait que les patients marchent moins et plus lentement, perdent leur indépendance dans les activités de la vie quotidienne et sont sédentaires par rapport à leurs homologues en bonne santé. La recherche des chercheurs a identifié des limitations fonctionnelles dans les habitudes de marche des patients qui claudication. Le déficit le plus important et le plus constant concerne les muscles postérieurs du mollet, les fléchisseurs plantaires de la cheville, pour générer un couple et une puissance sains de la cheville pendant la marche. Des travaux antérieurs dans le laboratoire des chercheurs ont établi que ces déficits fonctionnels sont liés à la présence d'une myopathie dans les jambes des patients atteints de PAD qui se caractérise par une dégénérescence des myofibres et une fibrose musculaire. Une intervention qui compense la physiologie et les performances musculaires altérées est nécessaire pour améliorer la capacité de marche et l'indépendance des patients atteints d'AOMI.

L'objectif à long terme de ce projet est d'améliorer la qualité de vie des patients atteints d'AOMI en utilisant des exosquelettes d'assistance. Actuellement, il existe un écart de traitement critique pour les patients atteints d'AOMI dont la présentation de la maladie ne justifie pas une revascularisation opératoire (basée sur une analyse risque-bénéfice qui prend en compte plusieurs facteurs, notamment la gravité de la maladie, les comorbidités et le risque opératoire), mais qui souhaitent retrouver leur marche compétence et indépendance. Des orthèses cheville-pied ont récemment été mises en place pour réduire les demandes de couple biologique de flexion plantaire de la cheville et pour compenser le manque de puissance. Le couple / puissance biologique de la cheville est le couple / puissance généré par les muscles fléchisseurs plantaires en dehors de celui fourni par un dispositif d'assistance. Les chercheurs ont développé une combinaison légère et peu coûteuse d'exosquelette élastique et de chaussures imprimable en 3D appelée chaussures exosquelette (EF). L'EF aide à la poussée en utilisant des ressorts qui imitent les forces de flexion plantaire de la cheville. Les exosquelettes qui aident à la propulsion traitent à la fois la myopathie et les problèmes de faible débit sanguin associés à la claudication. La force mécanique de l'EF compense la force de propulsion musculaire insuffisante, tout en diminuant la demande de flux sanguin et le stress musculaire causé par l'ischémie. Un exosquelette bien conçu permettra probablement aux patients atteints d'AOMI de marcher plus longtemps sans douleur ou de parcourir la distance nécessaire pour accomplir leurs activités quotidiennes avec moins de stress pour la jambe affectée. Dans un premier temps, les chercheurs proposent de déterminer l'effet de la FE sur les performances de marche, en se concentrant sur la façon dont différents niveaux de soutien de la FE contribuent aux modifications du couple et de la puissance biologiques de la cheville, du coût énergétique et de l'oxygénation des muscles du mollet. Les chercheurs testeront des adultes âgés en bonne santé pour assurer et confirmer le confort, le faible risque de blessure au pied et au mollet et le potentiel élevé d'adoption de l'appareil chez les patients atteints d'AOMI.

L'EF sera ensuite évalué chez les patients atteints de PAD. Les personnes âgées en bonne santé sont sélectionnées pour la phase initiale du projet parce que, comme les patients atteints d'AOMI, elles produisent moins de couple et de puissance de poussée pendant la marche par rapport aux jeunes en bonne santé ; ce qui en fait un modèle approprié pour les limitations du PAD. De plus, par rapport aux patients atteints d'AOMI, les personnes âgées en bonne santé peuvent tolérer des essais de marche plus longs, qui sont nécessaires pour identifier les paramètres efficaces de l'appareil et ont également un risque significativement plus faible de développer des blessures au pied et au mollet tandis que le confort et la forme de l'EF sont évalués et ajustés pour accueillir des personnes ayant différentes morphologies de pieds et de jambes.

Hypothèse : Les performances de marche s'amélioreront avec la FE chez les personnes âgées en bonne santé et les patients atteints d'AOMI. Les enquêteurs émettent l'hypothèse qu'il y aura un niveau d'assistance EF pour satisfaire les préférences rapportées par le sujet et les objectifs de performance de marche.

Objectif spécifique 1 : Déterminer les niveaux de force d'assistance EF qui produisent de meilleures performances de marche chez les sujets âgés. Les améliorations des performances de marche seront évaluées en mesurant comment différents niveaux d'assistance EF contribuent aux changements du couple et de la puissance biologiques de la cheville pendant la poussée, du coût énergétique de la marche et de l'oxygénation des muscles du mollet pendant la marche.

Objectif spécifique 2 : Déterminer les niveaux de force d'assistance EF qui produisent une meilleure préférence rapportée par le sujet chez les sujets plus âgés. La préférence sera mesurée à l'aide d'échelles visuelles analogiques, de questionnaires sur l'effort et la douleur perçus et d'enquêtes de type entretien sur l'acceptabilité (satisfaction, intention d'utilisation), la demande (demande perçue) et l'aspect pratique (effets, capacité des participants à utiliser EF).

Objectif spécifique 3 : Déterminer l'effet des niveaux d'assistance EF sur les performances de marche et la préférence rapportée par le sujet chez les patients atteints d'AOMI. Les résultats des objectifs 1 et 2 guideront les niveaux d'assistance testés dans cet objectif.

Conception et méthodes de recherche Les personnes âgées en bonne santé seront évaluées dans un total de sept conditions dans les objectifs n° 1 et n° 2 : cinq niveaux de rigidité EF différents, y compris EF : Raideur 1 (5,6 kN/m), Raideur EF 2 (7,9 kN/m), EF Rigidité 3 (10,5 kN/m), EF Rigidité 4 (13,3 kN/m), EF Rigidité 5 (17,2 kN/m), EF avec un ressort débrayé et une condition de marche normale (pas d'EF).

Les patients PAD seront évalués dans quatre conditions dans l'objectif n ° 3 : deux niveaux de rigidité EF différents, une condition dans laquelle les sujets porteront l'EF avec un ressort désengagé et une condition de marche normale (pas d'EF). La rigidité du ressort sera ajustée en fonction de la masse corporelle pour fournir une entrée de couple normalisée entre les sujets. Ces niveaux de rigidité ont été choisis sur la base de travaux de recherche antérieurs utilisant un dispositif similaire chez de jeunes individus en bonne santé. L'EF sera réglé pour relâcher le ressort à 42% de la foulée. Les augmentations du coût de l'énergie à des valeurs de rigidité supérieures et inférieures à la valeur optimale seront un indicateur que les niveaux de rigidité se situent dans l'échelle appropriée. Les personnes âgées en bonne santé et les patients atteints d'AOMI seront testés pour déterminer l'effet de la force d'assistance EF sur les performances de marche et le coût énergétique et la préférence rapportée par le sujet avec différents niveaux d'assistance EF

Un total de 50 adultes, âgés de 50 ans et plus du centre médical des anciens combattants du Nebraska et de l'ouest de l'Iowa (VAMC) et de la communauté environnante d'Omaha pour atteindre les objectifs 1 et 2 seront recrutés. L'objectif 3 comprendra 25 patients atteints d'AOMI recrutés au sein du VAMC.

Protocole de collecte de données pour les objectifs 1 et 2 :

Marche : Les sujets effectueront sept minutes de marche à leur vitesse de marche préférée sur un tapis roulant instrumenté (AMTI, Watertown, MA) tandis que la cinétique et la cinématique sont capturées à 100 Hz avec un système de capture de mouvement numérique à 17 caméras (Cortex 6.2, Motion Analysis Corp, Santa Rosa, Californie). Les trois minutes de marche permettront aux sujets de s'habituer au nouveau niveau d'assistance de l'EF. La vitesse de marche préférée sera déterminée avant la collecte de données et sera maintenue constante dans les sept conditions.

Le sujet marchera également sur un terrain plat dans sept conditions différentes.

Oxygénation musculaire : L'oxygénation bilatérale des muscles gastrocnémiens (StO2) sera mesurée à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge à onde continue (PortaMon, Artinis Medical System, Pays-Bas) avant, pendant et après chaque condition de marche sur tapis roulant (décrite ci-dessus).

Coût énergétique : Un chariot métabolique portable sera utilisé pour mesurer les échanges gazeux respiration par respiration, fournissant une mesure de la consommation d'oxygène pendant chacune des sept conditions de marche sur tapis roulant.

Confort et fatigue perçus : une échelle visuelle analogique sera utilisée pour capturer la perception du confort et de la fatigue des sujets après chaque condition de tapis roulant et de sol plat. L'échelle visuelle analogique ira de 0 (faible confort, grande fatigue) à 10 (grand confort, faible fatigue).

Taux d'effort perçu : les valeurs d'effort perçu auto-déclarées de l'échelle du taux d'effort perçu de Borg (6 (aucun effort) à 20 (effort maximal)) seront enregistrées après chaque condition.

Protocole de collecte de données pour les objectifs #3 :

Les performances de marche et les préférences déclarées par le sujet seront évaluées de la même manière que dans les objectifs 1 et 2, sauf que le test de marche sur tapis roulant sera remplacé par des tests de distance de marche maximale (voir la description ci-dessous). Pour cette raison, les tests seront divisés en deux jours, avec deux tests de distance de marche maximale effectués chaque jour. Les sujets se reposeront jusqu'à ce que toute douleur de claudication disparaisse entre chaque test de distance de marche maximale. Les sujets termineront les tests des mêmes résultats (1-7 ci-dessous) exactement comme décrit dans les objectifs 1 et 2 et les temps de marche maximum (8 ci-dessous). Les temps de marche maximum sont le meilleur indicateur des implications de l'AAP sur la capacité de marche quotidienne et la participation aux activités communautaires.

Tous les résultats du protocole du sujet plus âgé seront évalués pour les patients atteints d'AOMI, y compris 1) la marche : lors du test sur tapis roulant, les variables biomécaniques pendant la partie inclinée à zéro degré du test seront collectées. Un temps de repos sera accordé entre les conditions, au besoin, pour que la douleur de la claudication s'atténue.

2) Oxygénation musculaire, 3) Coût énergétique, 4) Confort et fatigue perçus, 5) Taux d'effort perçu, 6) Faisabilité.

Deux résultats supplémentaires mesurés pour les patients atteints d'AOMI seront :

Douleur perçue : Suivant l'approche du confort et de la fatigue perçus, une échelle visuelle analogique sera utilisée pour capturer la perception de la douleur des sujets après chaque condition. L'échelle visuelle analogique ira de 0 (pas de douleur) à 10 (douleur intense) et sera évaluée après chaque condition de FE.

Début de la claudication et heures de marche maximales : la capacité de marche sera déterminée par un test sur tapis roulant à charge progressive avec des distances de claudication initiale et maximale comme résultats. Les patients marcheront sur un tapis roulant qui commence à 0 % et à 2,0 mph. Toutes les deux minutes, la pente sera augmentée de 2 % jusqu'à un maximum de 15 % de pente, et la vitesse sera maintenue constante tout au long du test. La distance initiale parcourue avant l'apparition de la douleur (Claudication Onset Time - COT) et la distance parcourue par les patients jusqu'à ce que le test doive être arrêté en raison de la douleur (Peak Walking Time -PWT) seront les mesures des résultats.