Effekter av gangtrening på biomekanikk i nedre ekstremiteter

Et randomisert kontrollert studiedesign med venteliste vil bli brukt for å undersøke effekten av en 10-ukers gangtreningsintervensjon på kneadduksjonsmomentet. Deltakerne vil bli tilfeldig tildelt enten intervensjonsgruppen eller kontrollgruppen. Intervensjonsgruppen vil videre deles inn i to grupper. Den ene gruppen vil bestå av deltakere som reduserte kneadduksjonsmoment (KAM) mest med endret fotprogresjonsgang og den andre vil bestå av deltakere som reduserer KAM mest effektivt med trunk lean gangart under forhåndsvurdering. Deltakerne vil deretter utføre 8 gangtreningsøkter over 8 uker (en økt per uke) ved å bruke enten sin spesifikke gangartmodifikasjonsstrategi (intervensjon) eller med sin normale gangart (kontroll). Som en del av ventelistedesignet, ved slutten av 10 uker, vil pasienter som er tilordnet kontrollgruppen bli overført til deres tidligere bestemte pasientspesifikke gangmodifikasjonsintervensjon. Målet er å minimere slitasje og å øke den effektive prøvestørrelsen.

Ved ankomst til laboratoriet vil deltakerne bli bedt om å lese og signere et informert samtykkeskjema. Deltakerhøyde og -masse vil bli registrert. Smerte og funksjon vil bli vurdert ved hjelp av spørreskjemaet Western Ontario og McMaster Universities Arthritis (WOMAC) og en numerisk vurderingsskala (NRS) fra null til 10, der null representerer ingen smerte og 10 det høyeste nivået av smerte. Det eksperimentelle lemmet for formålet med denne studien er definert som benet diagnostisert med symptomatisk TFJ OA eller det mest symptomatiske lem ved bilateral OA. Deltakerne vil bli utstyrt med 4 overflateelektromyogram (sEMG) plassert på rectus femoris, vastus medialis, bicep femoris og semitendinosus i det eksperimentelle lemmet. EMG-sensorer vil bli brukt til å registrere muskelaktivitet under baseline-testen. Deltakerne vil da ha 53 retroreflekterende markører festet til bagasjerommet og underekstremitetene. En statisk kalibreringsprøve av VICON motion capture-systemet vil bli oppnådd ved å la deltakerne stå på den fremste kraftplaten med begge føttene på linje med laboratoriets fremre-bakre akse. Deltakerne vil også utføre en dynamisk kalibrering ved å fullføre tre rotasjoner med klokken av hoften som vil bli brukt til å estimere hofteleddsentrene. Deltakerne vil deretter fullføre 5 baseline gangforsøk sammen med en 6-meters gangvei med deres foretrukne hastighet. Deltakerne vil bli pålagt å gå i 12 minutter på en tredemølle, og ytterligere data vil bli registrert. Deltakerne vil da bli pålagt å utføre 9 tilstander med endret fotprogresjonsgang eller trunklean gang for å bestemme hvilken strategi som er mest effektiv for å redusere KAM. Deltakerne vil først motta standardiserte verbale instruksjoner om hvordan man oppnår den instruerte gangendringen. Deltakerne vil da bli gitt haptisk sanntids biofeedback for å sikre at de oppnår de nødvendige størrelsene på gangemodifikasjoner. Kinematiske data samlet inn i Vicon vil bli strømmet til Matlab (Mathworks, Natick, MA) for sanntidsberegning av leddvinkler. Deltakerne vil motta tilbakemelding fra taktile sensorer festet enten til det lateral-proksimale aspektet av fibula (fotprogresjon) eller midten av scapula (lateral trunk lean) på den eksperimentelle siden med hypoallergen dobbeltsidig tape. En vibrasjon vil indikere en nødvendig reduksjon i målgangparameteren, mens to vibrasjoner vil indikere en nødvendig økning. Tilbakemelding vil bli gitt på hvert trinn, og ingen vibrasjon vil indikere at ingen korreksjon er nødvendig. Et forsøk vil kun bli ansett som gyldig hvis deltakeren tok fullstendig kontakt med kraftplatene to ganger med foten av det eksperimentelle lemmet og den modifiserte parameteren var innenfor det foreskrevne målområdet. I tillegg vil deltakerne bli pålagt å opprettholde en gjennomsnittlig ganghastighet på ±5 % i forhold til baseline for at forsøk skal anses som vellykkede. Endringen som skal fullføres i grunnsesjonen vil bli randomisert for hver deltaker. Når disse forsøkene er fullført, vil deltakerne returnere til laboratoriet i løpet av samme uke for å fullføre 5 ekstra grunnlinjeforsøk og tre forsøk med hvilken gangemodifikasjon de ikke utførte den første dagen. Hver grunnleggende datainnsamlingsøkt vil ta omtrent en time.

Deltakerne vil da bli tilfeldig fordelt til enten intervensjonsgruppen eller kontrollgruppen. Intervensjonsgruppen vil videre deles inn i to grupper. Den ene gruppen vil bestå av deltakere som reduserte KAM mest med endret fotprogresjonsgang og den andre vil bestå av deltakere som reduserer KAM mest effektivt med trunk lean gangart. Deltakerne vil deretter utføre 8 gangtreningsøkter over 8 uker (en økt per uke) ved å bruke enten sin spesifikke gangartmodifikasjonsstrategi (intervensjon) eller med sin normale gangart (kontroll). Under gangtreningsøkter vil deltakerne gå på en Woodway Desmo tredemølle (Woodway, Waukesha, WI) plassert i midten av et kalibrert volumområde (omtrent 0,5 x 1,5 meter). Et tre-kameras høyhastighets bevegelsesanalysesystem (Vicon, Oxford, England) prøvetaking ved 200 Hz vil bli brukt til å registrere gangskinematikk. De angitte anatomiske landemerkene (enten C7 og T10 eller posterior calcaneus og 2. metatarsal phalangeal ledd) vil bli merket med en ultrafiolett penn, som vil tillate synlighet i en uke, og vil bli brukt på nytt ved påfølgende besøk. Dette vil forbedre repeterbarheten for markørplassering i gangtreningsfasen. En fem-minutters dynamisk oppvarming vil bli gitt før starten av hver gangtreningsøkt; Deltakerne vil deretter gå med sin individualiserte gangartmodifikasjonsstrategi i 20 minutter. Deltakerne vil bli gitt haptisk tilbakemelding på samme måte som beskrevet under individualiseringsfasen eller vil fortsette å gå uten tilbakemelding. Et falmende tilbakemeldingsdesign vil bli implementert på tvers av økter for gradvis å integrere oppgaveinnhenting og -overføring og for å lette internaliseringen av den lærte ferdigheten. I løpet av de første 2 ukene vil sanntids biofeedback (RTB) bli levert på hvert trinn. For den tredje og fjerde uken vil RTB bli gitt på de første 3 fotslagene av eksperimentelle etappen og holdt tilbake på den fjerde, noe som indikerer en reduksjon på 25 %. I løpet av den femte og sjette uken vil det bli gitt tilbakemelding på alternerende fotstøt som reduserer RTB-frekvensen til 50 %. For de siste to ukene med gangtrening vil ingen tilbakemelding bli gitt på de tre første trinnene, men levert på den fjerde, reduserer RTB-frekvensen til 25 %.

Mellom gangopplæringsøktene vil forsøkspersonene bli instruert til å praktisere sin tilegnede gangstrategi på egenhånd utenfor laboratorieøkten, som vil skje i fravær av tilbakemelding. De vil bli bedt om å øve minst 10 minutter per dag og vil få ukentlige aktivitetslogger for å registrere tid på dagen og mengde øvd hver dag i løpet av de åtte ukene med gangtrening. Øvingslogger vil bli sendt inn ukentlig. Ganganalyse over bakken og 12 minutters gange på tredemølle vil bli utført i uke 4 (første post-test) og 9 (andre post-test) i løpet av intervensjonen for å spore ferdighetstilegnelse. Denne testingen vil være den samme som grunnlinjeforsøkene, men deltakerne vil bli bedt om å gå kun ved å bruke deres spesifikke gangmodifikasjonsstrategi. Ingen tilbakemelding vil bli gitt under noen av ferdighetstilegnelses- eller retensjonstestene. Oppfølgingstesting vil finne sted én, tre og seks måneder, samt ett år etter intervensjon for å måle retensjon av foreskrevne gangmodifikasjoner.