Реакция на нагрузку камбаловидной мышцы во время ходьбы

Участники распределяются в одну группу в этом фундаментальном научном исследовании. Протокол включает в себя тестирование носимого устройства для голеностопного сустава с электроприводом и его алгоритма управления во время ходьбы на беговой дорожке. Роботизированное устройство для голеностопного сустава прикрепляется к голени и стопе участника с помощью пластикового ортеза для голеностопного сустава и ремней на липучке. Роботизированное голеностопное устройство будет носиться на пораженной стороне, в то время как контралатеральная сторона будет свободна во время ходьбы. Участник помещает ногу (гемипаретическая сторона) на роботизированное голеностопное устройство, используя специальную ортопедическую раму. Механическое соединение устройства совмещено с центром голеностопного сустава участника. Ремешок, обернутый по окружности голени, прикрепляет ногу участника к устройству на лодыжке, чтобы гарантировать, что механическое соединение вращает голеностопный сустав. Посадка не должна быть неудобно тугой, но достаточно тугой, чтобы предотвратить относительное (нежелательное) смещение. Кабели подключены к паре электродвигателей, которые прикладывают крутящий момент в направлении подошвенного и тыльного сгибания. Устройство собирает измерения угла сустава. Моторы регулируются с помощью угла голеностопного сустава, так что роботизированное устройство применяет возмущения вращения голеностопного сустава, чтобы вызвать изменения в активности камбаловидной мышцы. Устройство на лодыжке объединяет датчики давления, расположенные под подошвой стопы на пятке и носке, для сбора вертикальных сил реакции земли.

Электромиографические (ЭМГ) датчики размещают на передней группе камбаловидной и большеберцовой мышц. Датчики ЭМГ приклеиваются с помощью биосовместимой ленты, чтобы прикрепить датчики к коже. Активность ЭМГ усиливается, фильтруется полосой пропускания (10-1000 Гц), замеряется на частоте 3000 Гц и сохраняется. Участник исследования будет доступен, чтобы помочь участникам разместить датчики ЭМГ. Частота сердечных сокращений и артериальное давление контролируются до начала протокола. Кинематика голеностопного, коленного и тазобедренного суставов регистрируется на двусторонней основе с помощью носимых электрогониометров. Участники надевают страховочные ремни, которые крепятся к переносной системе (верхняя направляющая и штатив), чтобы предотвратить падение, не ограничивая движения. Кнопка аварийной остановки доступна для участников, чтобы немедленно остановить эксперимент. Участники могут устно попросить персонал нажать кнопку аварийной остановки.

Участники ходят с выбранной ими удобной быстрой скоростью (например, 3,5–4 км/ч) во время коротких циклов ходьбы на беговой дорожке (4–6 минут на подход). Беговая дорожка управляется внешним компьютером для регулировки скорости ленты. Ожидается, что сеанс ходьбы будет длиться около 60-90 минут, чтобы избежать утомления и изменяющихся во времени изменений мышечных реакций. Во время разминки регистрируют максимальное произвольное сокращение подошвенных сгибателей (MVC) в положении стоя, а также регистрируют кинематику походки, мышечную ЭМГ и силу реакции опоры при ходьбе без ношения роботизированного устройства для голеностопного сустава.

После разминки при ходьбе по беговой дорожке с роботизированным устройством будут применяться вращения голеностопного сустава с использованием разработанного алгоритма, чтобы вызвать реакцию нагрузки камбаловидной мышцы во время средней и поздней фазы опоры. Алгоритм управления применяет возмущения голеностопного сустава, которые представляют собой сдвиги от естественной кинематики голеностопного сустава, чтобы нацелить реакцию на нагрузку камбаловидной мышцы в фазе средней и поздней опоры каждые 4-6 циклов походки, чтобы предотвратить привыкание. Величина возмущения, скорость и время контролируются во время ходьбы на беговой дорожке. Из-за уникальных параметров возмущения (величина и скорость), применяемых устройством, риск падения минимален, поскольку оно применяется в течение короткого времени в фазе опоры, чтобы вызвать мышечную реакцию (например, оно аналогично механическому растяжению). рефлекс). Следовательно, возмущение не применяется для направления или помощи движению голеностопного сустава, которое будет иметь большое влияние на кинематику походки. Вне окна возмущения в стойке управление голеностопным суставом выключено.

Для любого ступенчатого цикла возможны только два условия. Либо участник находится в возмущенном, либо в невозмущенном состоянии. Во время возмущенных шаговых циклов участник носит устройство для голеностопного сустава, и оно применяет силу, чтобы изменить движение лодыжки и стопы (т. е. устройство активируется). Во время невозмущенных шаговых циклов участник носит голеностопное устройство, но оно не применяет силы для изменения движения лодыжки-стопы (т. е. устройство пассивно, а не активно).

Сеанс походки состоит из 4-5 шагов ходьбы, чередующихся с нарушенными и невозмущенными шагами ходьбы (до сбора данных о примерно 30 возмущенных и невозмущенных шагах за ходьбу), оставляя по крайней мере один невозмущенный шаг перед возмущенным шагом. Между схватками предусмотрены перерывы для отдыха.

Исследовательская группа будет постоянно следить за участником во время сеанса ходьбы и устно запрашивать обратную связь, чтобы обеспечить комфорт и безопасность участника. Предусмотрены автоматические и ручные программные средства защиты для остановки сеанса, если производительность превышает безопасные/желаемые диапазоны скорости или крутящего момента. Сеанс ходьбы завершается заминкой для измерения кинематики суставов, мышечной ЭМГ и пропульсивной ходьбы без ношения устройства. По окончании экспериментов носимые датчики будут аккуратно сняты с тела. Исследовательский персонал поможет участнику снять устройство с лодыжки.

В исследование включена одна группа из 15 человек без известных неврологических заболеваний или ортопедических травм в анамнезе. Изменения в ЭМГ камбаловидной мышцы будут сравниваться между возмущенными и невозмущенными шагами ходьбы во время сеанса ходьбы. Для первичного показателя (ответ ЭМГ камбаловидной мышцы) разница между невозмущенной и возмущенной ЭМГ будет оцениваться с помощью t-критерия Стьюдента. Размер выборки для здоровых лиц позволяет нам оценить с двусторонним уровнем достоверности 95%. каждая, ответ ЭМГ камбаловидной мышцы на возмущение в пределах погрешности 5,4% от невозмущенной ЭМГ. Этот расчет основан на предыдущем исследовании, где групповой анализ с s.d. изменение на 0,87% (% невозмущенной ЭМГ) наблюдалось в ЭМГ камбаловидной мышцы в ответ на нарушение движения сустава на 1 град/с во время средней и поздней фазы опоры (т. е. изменение ЭМГ камбаловидной мышцы линейно связано со скоростью и /или амплитуда возмущений). Аналогичная с.д. предполагается для предлагаемого исследования, которое дает размер выборки N = 15 трудоспособных лиц. Кроме того, будет изучена выборка из 5 участников с гемипарезом и нарушениями походки из-за инсульта, чтобы изучить возможность применения предложенных алгоритмов и устройства для вызова реакции нагрузки на камбаловидную мышцу. Из-за отсутствия данных об участниках, перенесших инсульт, s.d. изменение % невозмущенной камбаловидной мышцы ЭМГ не может быть определено до проведения тестирования у лиц после инсульта. Следовательно, это пилотное исследование предоставит предварительные результаты для характеристики ЭМГ камбаловидной мышцы из-за приложенных возмущений у людей после инсульта.