Resposta de carga do sóleo durante a caminhada

Os participantes são designados para um único grupo neste estudo de ciência básica. O protocolo inclui testar um dispositivo de tornozelo motorizado vestível e seu algoritmo de controle durante a caminhada na esteira. O dispositivo de tornozelo robótico é preso à panturrilha e ao pé do participante usando uma órtese de tornozelo e pé de plástico e tiras de velcro. O dispositivo de tornozelo robótico será usado no lado comprometido, enquanto o lado contralateral fica livre durante a caminhada. O participante coloca o pé (lado hemiparético) no dispositivo de tornozelo robótico usando a estrutura ortopédica personalizada. A articulação mecânica do dispositivo é alinhada com o centro da articulação do tornozelo do participante. Uma tira em volta da circunferência da perna prende a perna do participante ao dispositivo de tornozelo para garantir que a articulação mecânica gire a articulação do tornozelo. O ajuste não deve ser desconfortavelmente apertado, mas apertado o suficiente para evitar o deslocamento relativo (indesejado). Os cabos são conectados a um par de motores elétricos que aplicam torque na direção da flexão plantar e da dorsiflexão. O dispositivo coleta medições do ângulo da junta. Os motores são regulados usando o ângulo da articulação do tornozelo de forma que o dispositivo robótico aplique perturbações de rotação do tornozelo para induzir mudanças na atividade do músculo sóleo. O dispositivo de tornozelo integra sensores de pressão colocados sob a sola do pé no calcanhar e no dedo do pé para coletar as forças verticais de reação do solo.

Sensores eletromiográficos (EMG) são colocados nos grupos de músculos sóleo e tibial anterior. Os sensores EMG são colados usando uma fita biocompatível para fixar os sensores na pele. A atividade EMG é amplificada, filtrada em banda (10-1.000 Hz), amostrada a 3.000 Hz e armazenada. Um membro do estudo estará disponível para ajudar os participantes a colocar os sensores EMG. A frequência cardíaca e a pressão arterial são monitoradas antes do início do protocolo. A cinemática do tornozelo, joelho e quadril é registrada bilateralmente usando eletrogoniômetros vestíveis. Os participantes usam um cinto de segurança que é preso a um sistema portátil (pista aérea e tripé) para evitar quedas sem restringir o movimento. Um botão de parada de emergência está disponível para os participantes interromperem imediatamente o experimento. Os participantes podem solicitar verbalmente à equipe que pressione o botão de parada de emergência.

Os participantes caminham em uma velocidade rápida confortável auto-selecionada (por exemplo, 3,5-4 km/h) durante sessões curtas de caminhada em esteira (4-6 minutos por sessão). A esteira é controlada externamente por um computador para ajustar a velocidade da esteira. Espera-se que a sessão de marcha dure cerca de 60 a 90 minutos para evitar fadiga e mudanças variáveis ​​nas respostas musculares. Durante o aquecimento, a contração voluntária máxima do flexor plantar (MVC) é coletada na posição de pé, e a cinemática da marcha, EMG muscular e forças de reação do solo são registradas andando sem usar o dispositivo robótico de tornozelo.

Após o aquecimento, enquanto caminhava na esteira usando o dispositivo robótico, as rotações do tornozelo serão aplicadas usando o algoritmo desenvolvido para evocar a resposta de carga do sóleo durante a fase de apoio médio-tardio. O algoritmo de controle aplica perturbações do tornozelo, que são mudanças da cinemática natural do tornozelo para direcionar a resposta de carga do sóleo na fase de apoio intermediária a cada 4-6 ciclos de marcha para evitar a habituação. A magnitude da perturbação, a velocidade e o tempo são controlados durante a caminhada na esteira. Devido aos parâmetros únicos da perturbação (magnitude e velocidade) aplicados pelo dispositivo, há um risco mínimo de queda porque é aplicado por um curto período na fase de apoio para evocar uma resposta muscular (por exemplo, é análogo a um alongamento mecânico reflexo). Assim, a perturbação não é aplicada para guiar ou auxiliar o movimento do tornozelo, o que terá grande influência na cinemática da marcha. Fora da janela de perturbação dentro da postura, o controle do tornozelo é desligado.

Para qualquer ciclo de etapas, apenas duas condições são possíveis. Ou o participante está em uma condição perturbada ou imperturbável. Durante ciclos de passos perturbados, o participante está usando o dispositivo de tornozelo e aplica força para alterar o movimento tornozelo-pé (ou seja, o dispositivo é ativado). Durante ciclos de passo imperturbáveis, o participante está usando o dispositivo de tornozelo, mas não aplica força para alterar o movimento tornozelo-pé (ou seja, o dispositivo é passivo e não ativo).

Uma sessão de marcha consiste em 4-5 sessões de caminhada intercalando passos de caminhada perturbados e imperturbáveis ​​(até coletar dados de cerca de 30 passos perturbados e imperturbáveis ​​por sessão de caminhada), deixando pelo menos um passo imperturbável antes de um passo perturbado. Pausas de descanso são fornecidas entre as lutas.

A equipe do estudo monitorará continuamente o participante durante uma sessão de marcha e solicitará feedback verbalmente para garantir o conforto e a segurança do participante. Proteções automáticas e manuais de software são colocadas para interromper a sessão se o desempenho exceder a velocidade segura/desejada ou as faixas de torque. A sessão de marcha é finalizada com um resfriamento para medir a cinemática articular, EMG muscular e propulsão ao andar sem usar o dispositivo. Ao final dos experimentos, os sensores vestíveis serão gentilmente removidos do corpo. A equipe do estudo ajudará o participante a retirar o dispositivo de tornozelo.

O estudo envolve um único grupo de 15 indivíduos sem condições neurológicas conhecidas ou histórico de lesões ortopédicas. Alterações no sóleo EMG serão comparadas entre passos de caminhada perturbados e não perturbados durante uma sessão de marcha. Para a medida primária (resposta EMG do sóleo), a diferença entre o EMG não perturbado e o perturbado será avaliada pelo teste t de Student O tamanho da amostra para indivíduos saudáveis ​​permite estimar, com um nível de confiança bilateral de 95% cada, a resposta EMG do sóleo à perturbação dentro de uma margem de erro de 5,4% de EMG não perturbado. Este cálculo é baseado em um estudo anterior, onde uma análise de grupo com um s.d. de 0,87% de alteração (% de EMG não perturbado) foi observada no EMG do sóleo em resposta à perturbação do movimento articular de 1 grau/s durante a fase de apoio médio-tardia (ou seja, a variação no EMG do sóleo está linearmente relacionada à velocidade e /ou amplitude das perturbações). Um sd semelhante é assumido para o estudo proposto, que produz um tamanho de amostra de N = 15 indivíduos fisicamente aptos. Além disso, um tamanho de amostra de 5 participantes com hemiparesia e déficits de marcha devido a um acidente vascular cerebral será estudado para examinar a viabilidade dos algoritmos propostos e do dispositivo para evocar a resposta de carga do sóleo. Devido à falta de disponibilidade de dados com participantes pós-AVC, s.d. alteração % sóleo não perturbado EMG não pode ser definido antes da realização de testes com indivíduos após AVC. Assim, este estudo piloto fornecerá resultados preliminares para caracterizar o sóleo EMG devido às perturbações aplicadas em pessoas pós-AVC.