iStride(TM)-enhet som används för strokerehabilitering

Hemipares och andra funktionsnedsättningar är en frekvent och invalidiserande konsekvens av stroke och kan leda till asymmetriska och ineffektiva gångmönster. Träning på ett löpband med delat bälte, som har två separata steg som driver varje ben med olika hastighet, kan korrigera gångasymmetrier efter ett slag. Effekterna av löpbandsträning med delat bälte överförs dock endast delvis till vardagsgång över marken och långa träningspass krävs för att uppnå långvariga effekter. Våra tidigare studier tyder på att iStride-apparaten som har utvecklats i vårt laboratorium kan användas som en alternativ gångträningsapparat för personer med stroke. iStride-enheten efterliknar handlingarna från löpbandet med delat bälte, men kan användas under promenader över marken och i det egna hemmet, vilket möjliggör långvarig träning. iStride-enheten kräver ingen extern ström och är helt passiv; alla nödvändiga krafter omdirigeras från de naturliga krafter som finns under gång eftersom det utnyttjar bärarens vikt för att generera sina rörelser. Även om iStride-enhetens rörelser liknar löpbandet med delat bälte, och iStride-enheten genererar en liknande eftereffekt, är effekten av denna sko när det gäller att modifiera en person med stroke ännu inte verifierad.

I denna studie kommer vi att testa effektiviteten av iStride-enheten på individer med stroke på kliniken. Effekten kommer att utvärderas baserat på förändringen i gångkoordination och även baserat på försökspersoners självrapporterade komfort på enheten. Vi förutspår att iStride-enheten kommer att resultera i förändringar i koordinationen mellan benen av gång, vilket kan vara en säker och effektiv enhet att användas i ens hem.

Den asymmetriska karaktären hos hemiparetisk gång kan ha stor inverkan på funktionell gångförmåga. Till exempel är svängfasasymmetri en signifikant prediktor för hemiparetisk gångprestanda eftersom den starkt korrelerar med stadier av motorisk återhämtning, gånghastighet och fall. Ett annat mått på tidsasymmetri - dubbel stödvaraktighet - är på liknande sätt korrelerad med gånghastighet. Dessutom kan rumslig (t.ex. steglängd) är asymmetri förknippad med minskad framdrivningskraft på det paretiska benet, vilket begränsar kroppens framåtrörelse och minskar gångeffektiviteten. Vikten av gångeffektivitet ska inte underskattas - de förhöjda energikraven för hemiparetisk gång i kombination med fysisk dekonditionering efter stroke kan avsevärt begränsa utförandet av dagliga aktiviteter, vilket bidrar till dålig kardiovaskulär kondition och metabolt syndrom. Detta kan i sin tur öka riskerna för en andra stroke eller kardiovaskulär händelse och är associerat med ökad sjuklighet och dödlighet. Därför bör förbättring av gångsymmetri vara ett viktigt mål för terapin, för att inte bara förbättra funktionell rörlighet och minska skador, utan också för att förbättra allmän hälsa och välbefinnande efter stroke.

Att träna på att gå på ett löpband med delat bälte kan korrigera onormal koordination av gång mellan benen hos individer med hemipares efter stroke eller andra skador i centrala nervsystemet. Asymmetrisk gång kan visa sig som en rumslig asymmetri, där steg som tas på ena sidan är längre än de på den andra. Det kan också visa sig som en temporal asymmetri, där timingen är ojämn på de paretiska och icke-paretiska sidorna. Temporala asymmetrier mäts ofta som skillnader i varaktigheten av dubbla stödperioder, vilket är den tid som båda fötterna samtidigt är i kontakt med marken och mäts separat för de paretiska och icke-paretiska sidorna. iStride-enheten är utformad för att orsaka förändringar i både spatial och temporal gångsymmetri. Vi förutspår att iStride-enheten skulle göra att stegen på sidan med iStride-enheten blir större eftersom individer skulle kompensera för den bakåtrullande rörelsen genom att placera foten längre fram i ställning, vilket ökar avståndet mellan de två fötterna. På samma sätt, eftersom steget är längre, kan det också förkorta hållningens varaktighet i förhållande till den andra sidan. Med förkortad ställningslängd skulle den tid som spenderas i dubbelstöd i slutet av ställningen också minska.

Även om den ursprungliga idén med iStride-enheten härrör från rörelsen hos löpbandet med delat bälte, finns det tydliga skillnader mellan att gå på enheten och att gå på ett löpband med delat bälte med asymmetriska bälteshastigheter. Medan kroppens hastighet i förhållande till marken är noll på ett löpband med delat bälte, är den relativa hastigheten för iStride-enheten från noll och framåt. Enheten tvingar bärarens fot framåt eller bakåt medan löpbandet rör sig båda fötterna bakåt, men med olika hastigheter. För både löpbandet med delat bälte och iStride-enheten är den relativa hastigheten mellan båda fötterna liknande och den bakåtgående iStride-enheten ersätter den snabbare slitbanan.

Vi antar att träning över mark kommer att leda till en förändring av koordinationen mellan extremiteterna hos individer med asymmetrisk gång och tillåta individer att utveckla en mer ihållande symmetrisk gång. Det finns flera skillnader mellan träning på marken och ett löpband, såsom visuellt flöde och vestibulär information som signalerar framåtriktad rörelse som sannolikt begränsar uttrycket av inlärning i överjordssammanhang när man tränar på ett löpband. Visuella signaler verkar vara särskilt viktiga för sammanhangsmedvetenhet. Visuella signaler, i kombination med tidigare erfarenhet, är så kraftfulla att prediktiva posturala svar får en individ att snubbla när han kliver upp på en rulltrappa som inte rör sig. Kroppen har lärt sig en intern modell som förväntar sig en acceleration när man kliver upp i en rulltrappa, men när den accelerationen inte inträffar snubblar personen. En studie av gång med delat bälte visade att övergången till gång över marken förbättras när försökspersoner får ögonbindel under träning på löpbandet och testas över marken. Eftersom ögonbindel eliminerar visuella signaler om miljön, tyder detta också på att syn är en nyckelfaktor för att bestämma inlärningskontextberoendet. Eftersom det inte är realistiskt att binda ögonbindel för strokepatienter under gångträning, designade vi iStride-enheten så att träning kunde ske under gång över marken, så visuella signaler under träning och senare gång över mark skulle vara desamma.

Data från kontrollpersoner som använder en tidigare version av iStride-enheten (kallad GEMS vid den tidpunkten) har publicerats och en video av denna tidigare version finns på http://reedlab.eng.usf.edu/publications/handzic2011GEMS .mp4. I den här studien fann vi att denna tidigare version av enheten kunde ändra steglängden som förutspått, men den tidigare designen var för tung och för hög för att anses vara praktisk för testning i strokepopulationer. Den nuvarande versionen av iStride-enheten producerar liknande rörelse som den tidigare versionen, men den väger mindre (under 1 kg) och är kortare (~4,4 cm). Vi kommer att testa effektiviteten av att bära den nuvarande iStride-enheten på gångkoordination under gång över mark på individer med stroke på kliniken. All gång kommer att utföras medan försökspersonerna bevakas noga av en erfaren sjukgymnast för att förhindra fall. Effekterna av iStride-enheten på gångkoordinationen kommer att jämföras med de som induceras på ett löpband med delat bälte.

Det föreslagna projektet representerar ett av de första försöken att bygga en enhet som korrigerar gångsymmetri när man går över marken. Detta skulle inte bara göra det möjligt för människor att uppleva gångkorrigeringar medan de utför normala rörelser, utan enkelheten och den relativt låga kostnaden för dessa enheter skulle också öppna upp potentiella möjligheter att träna hemma (för högfungerande individer med övervakning) och på kliniker där en splittring -bältes löpband är inte tillgängligt. Studierna som beskrivs här kommer att fastställa om iStride-enheten är kapabel att ändra koordinationen av gång mellan extremiteterna och om individer med stroke kan använda dessa enheter för rehabiliteringsändamål. Detta arbete kommer alltså att lägga grunden för framtida träningsstudier som undersöker effektiviteten av långvarig användning av iStride-enheten för att förbättra symmetriska gångmönster.

Frågan som denna studie riktar sig till är modifieringen av mänskliga gångmönster för användning vid strokerehabilitering. Det är vårt yttersta mål att visa att iStride-enheten kan förändra en persons temporal och rumsliga gångasymmetri till en symmetrisk gång. Våra referenspunkter är resultat som erhållits från tidigare studier med löpband med split-belt. Vi är också intresserade av hur förändring av gränssnittet mellan en fot och marken påverkar anpassningen till nya gångmönster.