Ortesi attiva dell'arto per la riabilitazione dell'andatura emiparetica da ictus per uso domestico

L'emiparesi e altre menomazioni sono una conseguenza frequente e invalidante dell'ictus e possono portare a modelli di deambulazione asimmetrici e inefficienti. L'allenamento su un tapis roulant a cinghia divisa, che ha due gradini separati che guidano ciascuna gamba a una velocità diversa, può correggere le asimmetrie dell'andatura dopo l'ictus. Tuttavia, gli effetti dell'allenamento su tapis roulant a cinghia divisa si trasferiscono solo parzialmente alla camminata quotidiana sul terreno e sono necessarie sessioni di allenamento prolungate per ottenere effetti duraturi. I nostri studi precedenti suggeriscono che il dispositivo iStride che è stato sviluppato nel nostro laboratorio può essere utilizzato come dispositivo alternativo per l'allenamento della deambulazione per le persone con ictus. Il dispositivo iStride imita le azioni del tapis roulant a cinghia divisa, ma può essere utilizzato durante la camminata fuori terra e nella propria casa, consentendo così un allenamento a lungo termine. Il dispositivo iStride non richiede alcuna alimentazione esterna ed è completamente passivo; tutte le forze necessarie vengono reindirizzate dalle forze naturali presenti durante la deambulazione poiché utilizza il peso di chi lo indossa per generare i suoi movimenti. Mentre i movimenti del dispositivo iStride sono simili al tapis roulant a cinghia divisa e il dispositivo iStride genera un effetto collaterale simile, l'efficacia di questa scarpa nel modificare l'andatura di un individuo con ictus non è stata ancora verificata. Questa ricerca mira a continuare a testare il dispositivo iStride su individui con ictus per determinare se gli effetti correlati in un ambiente clinico sono anche benefici e sicuri in un ambiente domestico.

In questo studio, testeremo l'efficacia del dispositivo iStride su individui con ictus in clinica e all'interno della propria casa. L'efficacia sarà valutata in base al cambiamento nella coordinazione dell'andatura e anche in base al comfort auto-riferito dei soggetti sul dispositivo. Prevediamo che il dispositivo iStride comporterà modifiche alla coordinazione dell'andatura tra gli arti e si rivelerà un dispositivo sicuro ed efficace da utilizzare a casa.

La natura asimmetrica dell'andatura emiparetica può avere un grande impatto sulla capacità di deambulazione funzionale. Ad esempio, l'asimmetria della fase dinamica è un predittore significativo delle prestazioni di deambulazione emiparetica perché è fortemente correlata con le fasi di recupero motorio, velocità di deambulazione e cadute. Un'altra misura dell'asimmetria temporale - la durata del doppio appoggio - è analogamente correlata alla velocità del cammino. Inoltre, spaziale (ad es. lunghezza del passo) l'asimmetria è associata a una diminuzione della forza propulsiva sulla gamba paretica, che limita il movimento in avanti del corpo e riduce l'efficienza dell'andatura. L'importanza dell'efficienza dell'andatura non deve essere sottovalutata: l'elevato fabbisogno energetico dell'andatura emiparetica combinata con il decondizionamento fisico post-ictus può limitare notevolmente le prestazioni delle attività della vita quotidiana, contribuendo alla scarsa forma fisica cardiovascolare e alla sindrome metabolica. A sua volta, ciò può aumentare i rischi di un secondo ictus o di un evento cardiovascolare ed è associato a un aumento dei tassi di morbilità e mortalità. Pertanto, il miglioramento della simmetria dell'andatura dovrebbe essere un obiettivo importante per la terapia, non solo per migliorare la mobilità funzionale e ridurre le lesioni, ma anche per migliorare la salute generale e il benessere post-ictus.

Praticare la camminata su un tapis roulant a cinghia divisa può correggere la coordinazione anormale dell'andatura tra gli arti negli individui con emiparesi a seguito di ictus o altre lesioni del sistema nervoso centrale. L'andatura asimmetrica può manifestarsi come un'asimmetria spaziale, in cui i passi compiuti da un lato sono più lunghi di quelli dall'altro. Può anche manifestarsi come un'asimmetria temporale, dove la sincronizzazione è irregolare sui lati paretici e non paretici. Le asimmetrie temporali sono spesso misurate come differenze nella durata dei periodi di doppio appoggio, che sono la quantità di tempo in cui entrambi i piedi sono simultaneamente a contatto con il suolo e sono misurate separatamente per i lati paretici e non paretici. Il dispositivo iStride è progettato per causare cambiamenti nella simmetria dell'andatura sia spaziale che temporale. Prevediamo che il dispositivo iStride causerebbe un aumento dei passi sul lato con il dispositivo iStride poiché gli individui compenserebbero il movimento di rotolamento all'indietro posizionando il piede più avanti in posizione, aumentando così la distanza tra i due piedi. Allo stesso modo, poiché il passo è più lungo, può anche accorciare la durata della posizione rispetto all'altro lato. Con una durata della posizione ridotta, probabilmente diminuirebbe anche la quantità di tempo trascorso in doppio supporto alla fine della posizione.

Sebbene l'idea originale del dispositivo iStride sia derivata dal movimento del tapis roulant a nastro diviso, ci sono nette differenze tra camminare sul dispositivo e camminare su un tapis roulant a nastro diviso con velocità del nastro asimmetriche. Mentre la velocità del corpo rispetto al suolo è zero su un tapis roulant a nastro diviso, la velocità relativa del dispositivo iStride è diversa da zero e in avanti. Il dispositivo forza il piede di chi lo indossa in avanti o indietro mentre il tapis roulant sposta entrambi i piedi all'indietro, ma a velocità diverse. Sia per il tapis roulant a cinghia divisa che per il dispositivo iStride, la velocità relativa tra i due piedi è simile e il dispositivo iStride che si muove all'indietro prende il posto del battistrada più veloce.

Ipotizziamo che l'allenamento a terra porterà a un cambiamento nella coordinazione tra gli arti negli individui con andatura asimmetrica e consentirà agli individui di sviluppare un'andatura simmetrica più persistente. Ci sono molte differenze tra l'allenamento a terra e un tapis roulant, come il flusso visivo e le informazioni vestibolari che segnalano il movimento in avanti che probabilmente limitano l'espressione dell'apprendimento nel contesto fuori terra quando ci si allena su un tapis roulant. I segnali visivi sembrano essere particolarmente importanti per la consapevolezza del contesto. I segnali visivi, uniti all'esperienza precedente, sono così potenti che le risposte posturali predittive fanno inciampare un individuo quando sale su una scala mobile che non si muove. Il corpo ha appreso un modello interno che prevede un'accelerazione quando si sale su una scala mobile, ma quando tale accelerazione non si verifica, la persona inciampa. Uno studio sulla camminata con cintura divisa ha mostrato che il trasferimento alla camminata fuori terra è migliorato quando i soggetti sono bendati durante l'allenamento sul tapis roulant e testati sul terreno. Poiché bendare gli occhi elimina i segnali visivi sull'ambiente, ciò suggerisce anche che la visione è un fattore chiave nel determinare la dipendenza dal contesto dell'apprendimento. Poiché non è realistico bendare i pazienti colpiti da ictus durante l'allenamento alla deambulazione, abbiamo progettato il dispositivo iStride in modo che l'allenamento possa avvenire durante la deambulazione sul terreno, quindi i segnali visivi durante l'allenamento e successivamente la deambulazione sul terreno sarebbero gli stessi.

I dati dei soggetti di controllo che utilizzano una versione precedente del dispositivo iStride (all'epoca denominato GEMS) sono stati pubblicati e un video di questa versione precedente è disponibile all'indirizzo http://reedlab.eng.usf.edu/publications/handzic2011GEMS .mp4. In questo studio, abbiamo scoperto che questa versione precedente del dispositivo era in grado di modificare la lunghezza del passo come previsto, tuttavia il design precedente era troppo pesante e troppo alto per essere considerato pratico per i test nelle popolazioni colpite. La versione attuale del dispositivo iStride produce un movimento simile alla versione precedente, ma pesa meno (meno di 1 kg) ed è più corta (~4,4 cm). Testeremo l'efficacia di indossare l'attuale dispositivo iStride sulla coordinazione dell'andatura durante la deambulazione sul terreno su individui con ictus in clinica e all'interno della propria casa. Tutte le deambulazioni verranno eseguite mentre i soggetti sono strettamente sorvegliati da un fisioterapista esperto per evitare cadute. Gli effetti del dispositivo iStride sulla coordinazione dell'andatura saranno confrontati con quelli indotti su un tapis roulant a cinghia divisa.

Il progetto proposto rappresenta uno dei primi tentativi di costruire un dispositivo che corregga la simmetria del cammino mentre si cammina sul terreno. Ciò non solo consentirebbe alle persone di sperimentare correzioni dell'andatura durante l'esecuzione di movimenti normali, ma la semplicità e il costo relativamente basso di questi dispositivi aprirebbero anche potenziali opportunità di allenamento a casa (per individui ad alto funzionamento con supervisione) e in cliniche dove una divisione - tapis roulant a nastro non disponibile. Gli studi delineati qui stabiliranno se il dispositivo iStride è in grado di modificare la coordinazione dell'andatura tra gli arti e se le persone con ictus possono utilizzare questi dispositivi per scopi riabilitativi. Questo lavoro getterà quindi le basi per futuri studi di formazione che esamineranno l'efficacia dell'uso a lungo termine del dispositivo iStride per migliorare i modelli di deambulazione simmetrica.

La questione a cui si rivolge questo studio è la modifica dei modelli di deambulazione umana per l'uso nella riabilitazione dell'ictus. Il nostro obiettivo finale è dimostrare che il dispositivo iStride può modificare l'asimmetria dell'andatura temporale e spaziale di una persona in un'andatura simmetrica. Lo abbiamo dimostrato in un ambiente clinico e ora testeremo il dispositivo all'interno della casa dei partecipanti. I nostri punti di riferimento sono i risultati ottenuti da studi precedenti con tapis roulant a cinghia divisa. Siamo anche interessati a come l'alterazione dell'interfaccia tra un piede e il suolo influenzi l'adattamento a nuovi modelli di deambulazione.