Збережена кінематика ходи під час контрольованого розвантаження тіла
Л. Авай
1 Центр травм хребта, Університетська лікарня Балгріста, Форхштрассе 340, 8008 Цюріх, Швейцарія
2 Собелл кафедра моторних нейронаук та рухових розладів, Інститут неврології UCL, Університетський коледж Лондона, 33 Queen Square, Лондон, WC1N 3BG UK
М. Франц
1 Центр травм хребта, Університетська лікарня Балгріста, Форхштрассе 340, 8008 Цюріх, Швейцарія
C. S. Easthope
1 Центр травм хребта, Університетська лікарня Балгріста, Форхштрассе 340, 8008 Цюріх, Швейцарія
Х. Валерія
3 Кафедра біомеханічного машинобудування Делфтського технологічного університету, 2628 CD Делфт, Нідерланди
А. Курт
1 Центр травм хребта, Університетська лікарня Балгріста, Форхштрассе 340, 8008 Цюріх, Швейцарія
М. Боллігер
1 Центр травм хребта, Університетська лікарня Балгріста, Форхштрассе 340, 8008 Цюріх, Швейцарія
Пов’язані дані
Тенденції та дисперсії даних, що підтверджують висновки цього дослідження, містяться в рукописі. Неопрацьовані дані можна отримати у відповідного автора за обґрунтованим запитом.
Анотація
Передумови
Показано, що локомоторні тренування з підтримкою ваги тіла покращують функцію ходьби у неврологічних хворих і часто проводяться на біговій доріжці. Однак ходьба на біговій доріжці не імітує природну ходьбу з кількох причин: відсутність самоініціації, менш активне втягування ноги і змінений аферентний вхід. У людей було запропоновано перевагу в наземних тренуваннях, і це було показано у щурів, що демонструють більшу пластичність, особливо у низхідних трасах, порівняно з тренуванням на біговій доріжці. Тому ми розробили систему підтримки ваги тіла, що дозволяє необмежену наземну ходьбу з мінімальними втручаючими силами для підготовки неврологічних пацієнтів. У цьому дослідженні досліджено вплив різної кількості підтримки ваги тіла на ходу у здорових людей.
Методи
Кінематичні та електроміографічні дані 19 здорових осіб реєстрували під час наземної ходьби при різних рівнях підтримки ваги тіла (0, 10, 20, 30, 40 та 50%). Розраховувались нахили верхньої частини тіла, кути суглобів нижньої частини тіла та координація міжсуглобів, а також параметри часу та відстані. Постійні дані аналізували з урахуванням чітких змін у циклі ходи за всіх умов розвантаження.
Результати
Параметри тимчасової ходи були найбільш чутливими до змін у розвантаженні тіла, тоді як просторові змінні (довжина кроку, кути суглобів) демонстрували скромні реакції при розвантаженні на цілих 50% маси тіла. Активація шлунково-м’язового м’яза продемонструвала поступове зменшення із збільшенням розвантаження, тоді як м’яз біцепса стегна показав підвищений рівень активності при 50% розвантаженні. Ці зміни відбулися під час фази позиції, тоді як активність фази гойдалки залишалася незмінною.
Висновки
Здорові люди могли втримати свою кінематику ходьби разюче постійною, навіть коли розвантажували половину ваги свого тіла, припускаючи, що система підтримки ваги допускає фізіологічну схему ходи. Однак підтримка заданої швидкості ходьби з використанням майже нормальної кінематики під час розвантаження була досягнута шляхом адаптації схем м’язової активності. Цікаво, що необхідного рушія для підтримання швидкості було досягнуто не за рахунок посиленої активності шлунково-кишкового тракту при відштовхуванні, а за рахунок підвищеної активності біцепса стегна під час втягування ноги під час фази стояння. Залишається дослідити, наскільки неврологічні пацієнти з порушеннями ходи здатні адаптувати свою схему ходи у відповідь на розвантаження тіла.
Передумови
Метою цього дослідження було охарактеризувати зміни в структурі ходи, спричинені різними величинами розвантаження за допомогою FLOAT у осіб з неповносправностями. Попередні дослідження, що вивчали вплив розвантаження тіла під час ходьби на біговій доріжці, передбачали зміни у фазі ходи, суперечливі зміни кінематичних параметрів та суттєві зміни в чітких моделях активації м’язів нижньої кінцівки [16, 17]. В одному дослідженні, яке вивчало зміни ходи, спричинені надземною опорною системою, було виявлено значні кінематичні [18] та електроміографічні (ЕМГ) зміни [19] при неушкодженій надземній ходьбі, хоча вони не досліджували м’язи, що сприяють втягуванню ніг. Розуміння змін характеристик ходи під впливом системи BWS у здорових людей є необхідною умовою для контекстуальної інтерпретації поведінки ходи у суб'єктів, що одужують після неврологічних станів, які тренуються із подібними реабілітаційними пристроями. Отримані дані можуть допомогти адаптувати найбільш підходящу програму тренувань до конкретного стану окремих пацієнтів.
Методи
Учасники
У цьому дослідженні взяли участь 19 здорових добровольців (9 жінок та 10 чоловіків, вік 29 ± 5 років (у середньому ± 1 SD), зріст: 1,74 ± 0,09 м, вага: 72 ± 12 кг), які дали письмову інформовану згоду. Дослідження було схвалено місцевим комітетом з етики кантону Цюріх і проведено відповідно до Гельсінкської декларації.
Матеріали
Система BWS (The FLOAT, LME, Рюдлінген, Швейцарія) розвантажувала учасників під час прогулянки по землі (рис. 1). Кабельний робот живився від чотирьох двигунів, що приводили в дію центральний вузол через систему рейок і дефлекторів. Випробовувані носили джгут, який кріпився до вузла. Датчики сили, встановлені між вузлом і кабелями, контролювали силу розвантаження, яка була наказана бути чисто вертикальною. Ця установка дозволила суб’єктам вільно ходити на площі приблизно 8 х 2 м. Детальний опис системи можна знайти деінде [15]. Кінематику ходи реєстрували за допомогою оптичної системи 3D відстеження руху з частотою дискретизації 200 Гц (Vicon motion systems Ltd., Оксфорд, Великобританія). Активність ЕМГ реєстрували при частоті 1500 Гц за допомогою бездротової системи ЕМГ (Noraxon Inc., Арізона, США) з подвійними поверхневими електродами, розміщеними над такими м’язами нижніх кінцівок: пряма стегнова кістка (RF), біцепс стегна (BF), передня великогомілкова кістка (TA) та gastrocnemius medialis (GM).
