Розуміння маневру «стоячи до місця» Наслідки нейропротезів рухової системи після паралічу
Сара Р. Чанг
1 Луїс Стокс, Клівленд, медичний центр відділу у справах ветеранів, Клівленд, Огайо
2 Кафедра біомедичної інженерії Університету Кейс Вестерн Резерв, Клівленд, Огайо
Руді Кобетіч
1 Луїс Стокс, Клівленд, медичний центр відділу у справах ветеранів, Клівленд, Огайо
Рональд Дж. Тріоло
1 Луїс Стокс, Клівленд, медичний центр відділу у справах ветеранів, Клівленд, Огайо
3 Кафедра ортопедії університету Case Western Reserve, Клівленд, Огайо
Анотація
Функції стояння, стояння та ходьби можуть бути відновлені людям із пошкодженням спинного мозку шляхом скорочення паралізованих м’язів стегна, коліна та гомілковостопного суглоба за допомогою електростимуляції. Відновлення цих функцій за допомогою електростимуляції вимагає контрольованої активації для забезпечення скоординованих рухів. Однак маневр "стоячи до сидіння" (STS) передбачає ексцентричні скорочення квадрицепсів для контролю опускання тіла в сидяче положення, чого важко досягти лише за допомогою стимуляції та представляє унікальні проблеми для нейропротезів нижніх кінцівок. У цьому дослідженні ми розглянули біомеханіку маневру STS у п’яти осіб з обмеженими можливостями та п’яти користувачів імплантованих нейропротезів. Користувачі нейропротезування сильно покладались на верхні кінцівки під час STS, з піковими підтримуючими силами приблизно 25% маси тіла, і демонстрували середнє вертикальне прискорення при ударі в шість разів вище, ніж у неінвалідів (p Ключові слова: біомеханіка, функціональна нервово-м'язова стимуляція, ударна сила, нейропротезування, параліч, ІМС, пошкодження спинного мозку, стояння до місця, сила верхньої кінцівки, вертикальне прискорення
ВСТУП
Нейропротези, що використовують функціональну нервово-м’язову стимуляцію (ФНС), можуть відновити рухову стійкість та особисту рухливість для осіб із пошкодженням спинного мозку (ІМС) [1–2]. Невеликі електричні струми, що подаються на неушкоджені периферичні нерви, призводять до того, що паралізовані м’язи скорочуються і виробляють необхідні сили та крутні моменти, щоб підтримувати тіло від колапсу та генерувати рухи, необхідні для кроку [3–5]. Поліпшена рухливість завдяки стимуляції також забезпечує фізичні та психологічні переваги, такі як серцево-судинна форма, знижений ризик пролежнів та покращений образ себе [6–8]. У той час як перехід сидячи до стояння [9], рівновага стоячи та стоячи [10–12] та ходьба зі стимуляцією [7,13–14] широко вивчалися, маневр стояння до положення сидячи (STS) отримав відносно мало уваги. Контроль спуску тіла та мінімізація удару поверхнею сидіння є важливими цілями практичної та безпечної роботи нейропротезів нижніх кінцівок.
Однією з головних проблем для досягнення більш природного та безпечного переходу STS є складність управління ексцентричними скороченнями м’язів-розгиначів коліна за допомогою електростимуляції. М'язи чотириголового м'яза повинні подовжуватися плавно і безперервно, одночасно активуючись за допомогою стимуляції, щоб контролювати опускання тіла в сидяче положення [15-16]. Складна взаємодія сенсорної інформації, пов’язаної з довжиною м’язів, напругою, положенням суглоба та моментом, та прискоренням, яка, як правило, визначає, чи потрібно регулювати скорочення м’язів чотириголового м’яза, щоб контролювати рух тіла під час STS, або недостатньо інтегровано в існуючі нейропротези нижньої кінцівки.