Ana M. F. Barela

1 Laborator de analiză a Movimento, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

2 Program de absolvire a studiilor de mișcare umană, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

Paulo B. de Freitas

1 Laborator de analiză a filmului, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

2 Program de absolvire a studiilor de mișcare umană, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

Melissa L. Celestino

1 Laborator de analiză a Movimento, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

Marcela R. Camargo

1 Laborator de analiză a filmului, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

José A. Barela

1 Laborator de analiză a filmului, Institutul de activități fizice și sportive, Universitatea Sul Cruise, São Paulo, SP, Brazilia

2 Program de absolvire în științe ale mișcării umane, Institutul de activități fizice și sportive, Universidad Cruzeiro do Sul, São Paulo, SP, Brazilia

3 Departamentul de Educație Fizică, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, SP, Brazilia

Abstract

Fundal:

Sistemele de susținere parțială a greutății corporale (BWS) au fost utilizate pe scară largă cu benzile de alergat ca o strategie pentru formarea mersului persoanelor cu deficiențe de mers. Având în vedere că de obicei mergem pe un teren plan și că BWS se realizează prin modificarea încărcăturii de pe suprafața plantară a piciorului, ar fi important să se investigheze câțiva parametri ai forței de reacție la sol (GRF) la persoanele sănătoase care merg pe teren plan cu BWS implementați protocoale de reabilitare pentru persoanele cu deficiențe de mers.

Obiectiv:

Pentru a descrie efectele descărcării greutății corporale asupra parametrilor GRF pe măsură ce adulții tineri sănătoși mergeau cu BWS pe teren plan.

Metodă:

Optsprezece adulți tineri sănătoși (27 ± 4 ani) au mers pe o pasarelă, cu două plăci de forță încorporate în mijlocul acesteia, purtând un ham conectat la un sistem BWS, cu 0%, 15% și 30% BWS. Vârfurile verticale și orizontale și valea verticală a GRF, ratele de acceptare a greutății și de împingere și impulsul au fost calculate și comparate în cele trei condiții experimentale.

Rezultate:

În general, participanții au mers mai încet cu sistemul BWS pe un teren plan, comparativ cu viteza lor normală de mers. Pe măsură ce descărcarea greutății corporale a crescut, magnitudinea forțelor GRF a scăzut. În schimb, rata de acceptare a greutății a fost similară între condiții.

Concluzii:

Cantități diferite de descărcare a greutății corporale promovează rezultate diferite ale parametrilor GRF, chiar și cu aceeași viteză medie de mers. Singurul parametru similar între cele trei condiții experimentale a fost rata de acceptare a greutății.

Introducere

Mersul pe jos este principalul mod în care ființele umane își transportă corpurile dintr-un loc în altul și oferă autonomie funcțională. Prin urmare, dobândirea sau restabilirea unui model de mers este principalul obiectiv pentru persoanele cu deficiențe de mers. Printre diferitele strategii pentru achiziționarea sau restabilirea mersului pe jos, sistemele de susținere parțială a greutății corporale (BWS) au fost utilizate pe scară largă ca strategie pentru antrenamentul terapeutic al mersului 1 - 6. Majoritatea sistemelor BWS constau dintr-un cadru de montare și un ham pentru a susține un procent din greutatea indivizilor. în timp ce merg pe o bandă de alergare motorizată. Doar câteva studii au investigat utilizarea acestui sistem pe mersul pe jos la nivel5, 7-13.

Rațiunea utilizării BWS este că reducerea greutății corporale ar putea facilita cerințele de mers pentru persoanele cu insuficiență a mersului și, în consecință, promovează un model de mers aproape de normal14. Banda de alergare este utilizată în mod obișnuit, deoarece stimulează pașii ritmici și repetitivi15 și promovează simetria inter-membrelor, contribuind atât la îmbunătățirea caracteristicilor temporale ale mersului16, cât și la diminuarea nevoii de generare a forței de propulsie la sfârșitul perioadei de poziție17. Cu toate acestea, s-a speculat că condițiile pentru intervenția mersului ar trebui să fie cât mai apropiate de activitățile din viața de zi cu zi pentru a promova și a maximiza transferul de competențe18, 19. În acest fel, s-ar putea sugera că utilizarea sistemului BWS pe teren suprafața în timpul intervenției de mers ar fi mai potrivită, deoarece este condiția pe care o întâmpină oamenii zilnic.

De obicei, procentul de BWS pe banda de alergat variază de la 10% la 70% BWS1, 4, 14. Cu toate acestea, Threlkeld și colab.20 au observat că, în unghiurile articulației șoldului, genunchiului și gleznei, caracteristicile mersului temporospatial ale adulților tineri sănătoși au avut variație minimă cu 10% și 30% BWS și modificată semnificativ cu 50% și 70% BWS pe o bandă de alergat. Dintre toate aceste niveluri procentuale diferite, reducerea cu 30% BWS este cea mai utilizată pentru indivizii cu hemipareză, deoarece produce rezultate mai bune8, 15. Deși, 30% BWS în timpul mersului pe sol poate împiedica producerea forței pentru a muta corpul înainte7, cunoștințele noastre, nimeni nu a investigat în mod sistematic rezultatele parametrilor forței de reacție la sol (GRF) în timpul mersului la nivelul solului cu diferite procente de descărcare a greutății corporale.

Patiño și colab. Au investigat caracteristicile de mers ale adulților tineri sănătoși care merg cu și fără ham ​​cu 0%, 10%, 20% și 30% BWS pe teren plan, inclusiv descrierea primului vârf (adică acceptarea greutății), al doilea vârful (adică push-off) și valea GRF verticală și vârfurile de decelerație și accelerație anterioară-posterioară de la un picior. În general, au descoperit că curbele GRF verticale au fost păstrate doar atunci când participanții au mers fără ham ​​sau cu ham cu 0% BWS, spre deosebire de curbele GRF anterio-posterioare, care au fost păstrate în diferite condiții experimentale. Când participanții au mers cu BWS, au diminuat contactul și forțele de propulsie11. Deoarece Patiño și colab.11 nu au controlat viteza de mers pe parcursul diferitelor condiții experimentale, nu este posibil să se concluzioneze cât de mult descărcarea corpului ar putea influența aceste diferențe, deoarece viteza de mers afectează componentele GRF21, 22.

Utilizarea plăcilor de forță ar putea furniza informații importante cu privire la variabilele de performanță exacte și sensibile care ar putea dezvălui efectele mersului cu BWS pe teren plan, în principal deoarece BWS se realizează prin modificarea sarcinii pe suprafața plantară a piciorului23, iar diferite măsurători pot fi calculat din componentele GRF, care reflectă diferențele în măsurătorile cinematice24. În consecință, ar fi adecvat să se descrie efectele descărcării greutății corporale în timpul mersului la nivelul solului în ceea ce privește parametrii GRF asupra adulților sănătoși pentru a implementa mai bine protocoale de reabilitare pentru persoanele cu insuficiență a mersului cu sistemele BWS. Pe baza acestora, pe lângă primul și al doilea vârf și valea GRF verticale și vârfurile de accelerare și accelerare anterior-posterioare descrise anterior11, este important să se descrie măsurători GRF suplimentare, cum ar fi acceptarea greutății și ratele de împingere, impulsul, în condiții și/sau populații diferite21, 25 - 28, menținând viteza de mers constantă.

Scopul acestui studiu a fost de a descrie efectele descărcării greutății corporale asupra parametrilor GRF vertical și anterior-posterior la adulții tineri sănătoși în timpul mersului pe sol cu ​​BWS pentru a oferi valori de referință pentru comparație atunci când planifică protocoale de reabilitare a mersului folosind BWS. Este important de reținut că cunoașterea efectelor descărcării greutății corporale asupra unor variabile cinetice ar fi valoroasă pentru cei care utilizează sisteme BWS ca strategie pentru intervenția mersului.

Eșantion de metodă

Optsprezece adulți tineri sănătoși (9 bărbați și 9 femele) fără nicio afectare aparentă a mersului au participat la acest studiu. Vârsta, înălțimea și masa medie (± abaterea standard, SD) au fost de 27 ± 4 ani, 1,66 ± 0,1 m, respectiv 66 ± 14 kg. Acest studiu a fost realizat în conformitate cu Declarația de la Helsinki și a fost aprobat de Comitetul de Etică al Universității Cruzeiro do Sul, São Paulo, SP (protocol: CE/UCS-128/2012). Toate procedurile au fost efectuate cu înțelegerea adecvată și consimțământul scris al tuturor participanților. Niciunul dintre participanți nu a avut experiență anterioară cu aparatul BWS utilizat în studiu și toți au purtat pantofii lor în timpul participării la studiu.

Instrumentații, sarcină și proceduri

Sistemul BWS personalizat (Finix Tecnologia) utilizat în prezentul studiu este prezentat în Figura 1. Se compune dintr-o șină suspendată lungă de 7 metri, instalată la 3 metri de podea și susținută de grinzi de oțel, un cărucior în mișcare și două servo-motoare electrice. Căruciorul în mișcare este atașat pe partea inferioară a șinei și este deplasat înapoi și înainte de un sistem de curea legat de un servomotor situat la una dintre extremitățile șinei suspendate și controlat de o rutină de calcul personalizată scrisă în LabView 2011 (National Instruments Inc.), care controlează deplasarea, viteza și accelerația căruciorului în mișcare. Acest cărucior în mișcare are un al doilea servomotor în interiorul său, care are o centură și un ham la celălalt capăt al acestuia. Persoanele sunt susținute mecanic de ham, care este tras de o centură din al doilea servomotor. O celulă de încărcare, poziționată între partea superioară a hamului și partea inferioară a centurii, conectată la un afișaj digital, oferă informații despre cantitatea de greutate corporală descărcată. Pentru a descărca cantitatea dorită de greutate corporală, fiecare individ a rămas nemișcat în timp ce unul dintre experimentatori a activat motorul pentru a micșora sau a mări lungimea centurii.

mersului

Două plăci de forță (Kistler) au fost încorporate în și la mijlocul unui pasaj lung de 7 m și utilizate pentru dobândirea forțelor de reacție la sol ale extremităților inferioare stânga și dreaptă în timpul perioadelor de poziție ale unui ciclu de mers. Plăcile de forță au fost conectate prin intermediul amplificatoarelor de încărcare la un laptop și datele au fost achiziționate prin intermediul software-ului Bioware (Kistler) la o rată de eșantionare de 240 Hz.

Înainte de sesiunea experimentală, participanților li s-a cerut să meargă liber la o viteză confortabilă timp de aproximativ 15 m, deoarece unul dintre experimentatori a înregistrat timpul pe care l-au luat pentru a parcurge cei 10 m centrali, care a fost folosit pentru a obține viteza medie de mers. Apoi, fiecare participant a purtat hamul și a avut suficient timp pentru a se familiariza cu sarcina, care a constat în mersul cu 0%, 15% și 30% BWS la viteza pe care a considerat-o cea mai confortabilă.

Cea mai confortabilă viteză a fost înregistrată de unul dintre experimentatori și a fost controlată de servomotor în timpul sesiunii experimentale.

Înainte de performanța de mers cu sistemul BWS, fiecare participant stătea nemișcat pe fiecare placă de forță și greutatea corporală a fost înregistrată în scopuri de calibrare. Ordinea descărcării BWS a fost randomizată, iar datele din cel puțin trei studii pentru fiecare afecțiune au fost obținute pentru o analiză ulterioară. Încercările au fost considerate valide dacă un singur picior a făcut contact complet pe fiecare placă de forță în timpul fiecărei etape. O cameră video digitală a fost utilizată pentru a înregistra care picior a aterizat pe fiecare placă de forță.

Analize de date

Analize statistice

Datele a trei repetări în fiecare condiție experimentală au fost mediate pentru fiecare participant. Analizele statistice au implicat măsuri repetate analize univariate ale varianței (ANOVA) și analize multivariate ale varianței (MANOVA). Cu excepția primei ANOVA care a comparat viteza medie de mers a participanților cu și fără sistemul BWS, analizele rămase au avut ca factori condițiile picior (dreapta și stânga) și BWS (0%, 15% și 30% din BWS). Variabilele dependente au fost: acceptarea greutății, forța de împingere și valea GRF verticală de poziție medie pentru prima MANOVA; acceptarea greutății și ratele de împingere pentru a doua MANOVA; vârfuri de accelerare și accelerare anterioară-posterioară pentru al treilea MANOVA; și impulsuri negative și pozitive pentru a patra MANOVA. Testele post-hoc cu ajustări Bonferroni au fost folosite la comparațiile în perechi atunci când este necesar. Un nivel alfa de 0,05 a fost utilizat pentru toate testele statistice, care au fost efectuate folosind pachetul statistic pentru software-ul Științe sociale.

Rezultate

Toți participanții au mers mai lent cu sistemul BWS (1,16 ± 0,12 m/s) în comparație cu viteza lor obișnuită de mers (1,44 ± 0,17 m/s). Figura 2 prezintă profilurile seriilor temporale ale curbelor GRF verticale și anterioare-posterioare în timpul perioadei de poziție medii între participanți, mergând la cele trei procente de BWS și pentru piciorul drept și stâng. Un tipar tipic vertical GRF de vârfuri bine definite și vale poate fi observat atunci când participanții au mers cu 0% BWS. Pe măsură ce procentul de BWS a crescut, au apărut curbe mai plate, cu aproape nicio distincție între cele două vârfuri și vale când au mers cu 30% BWS. Modelul tipic GRF anterior-posterior, constând din faza negativă urmată de faza pozitivă, a fost observat în cele trei condiții experimentale.

Aceeași literă indică diferența dintre condiții;

Figura 3 prezintă impulsuri negative și pozitive pentru toți participanții care merg sub cele trei procente de BWS și pentru piciorul drept și stâng. Impulsul negativ a scăzut odată cu creșterea procentului de BWS (P 0,05).

Așa cum era de așteptat, magnitudinea acceptării greutății, precum și vârfurile de împingere au scăzut la aproximativ aceeași rată ca descărcarea corpului (0%, 15%, 30% BWS). În ceea ce privește reabilitarea mersului, reducerea acceptării greutății poate fi benefică deoarece diminuează nevoia de a genera forță musculară care acționează asupra absorbției șocurilor și controlează viteza membrelor și încărcarea corpului la începutul perioadei de poziție și stabilizează progresia corpului înainte. Prin urmare, persoanele care prezintă o deficiență a funcției musculare din cauza oricărei tulburări neurologice sau ortopedice ar putea beneficia de utilizarea acestui tip de sistem, deși această posibilitate necesită investigații suplimentare.

Dimpotrivă, reducerea vârfului de împingere pare a fi un dezavantaj al sistemului, dat fiind că există o cerere mai mică de forță musculară pentru împingerea corpului în sus și în față, deoarece sistemul BWS o face de la sine. Cu toate acestea, este important să se ia în considerare faptul că forța de propulsie pentru a mișca membrul înainte în timpul fazei de oscilare trebuie compensată de mușchii șoldului31. Dacă push-off-ul este de obicei limitat la persoanele cu insuficiență a mersului, reducerea vârfului push-off datorită BWS poate contribui, pe termen lung, la creșterea gamei de mișcare a articulațiilor șoldului după o perioadă de intervenție a mersului. Acest aspect a fost observat anterior la persoanele cu accident vascular cerebral care s-au antrenat cu BWS la nivelul solului5.

Acest studiu s-a concentrat doar pe datele GRF și cu siguranță ar trebui să se facă o descriere mai detaliată a mersului pe sol cu ​​BWS, inclusiv analize suplimentare (de exemplu, cinematică și electromiografică). De exemplu, reducerea mărimii parametrilor GRF s-ar putea datora, de asemenea, diferitelor strategii de mișcare (de exemplu, o flexie mai mare a șoldului) adoptate în timpul mersului cu un sistem BWS. Din păcate, datele noastre nu ne permit să confirmăm acest lucru. Prin urmare, pentru a înțelege efectul descărcării corpului asupra generării mișcării, atât analiza cinematică, cât și cea cinetică ar trebui efectuate simultan, iar aceste analize ar trebui utilizate la persoanele cu insuficiență a mersului.

Puține studii au evaluat persoanele cu insuficiență a mersului în timp ce mergeau cu BWS7, 8, 13 și, din câte știm, niciunul dintre ei nu a investigat parametrii GRF. Nu am urmărit în acest studiu să identificăm cele mai bune condiții pentru formarea mersului persoanelor cu insuficiență a mersului. De fapt, ne-am propus să evaluăm consecințele manipulării descărcării corporale la adulții tineri sănătoși pentru a oferi o referință normală pentru comparație atunci când pregătim protocoale de reabilitare a mersului folosind BWS. Unul dintre pașii următori pentru grupul nostru este investigarea parametrilor verticali GRF în timpul mersului cu banda de alergat cu BWS.

Concluzii

Adulții tineri sănătoși au preferat să meargă mai încet cu BWS pe un teren plan, comparativ cu viteza lor normală de mers fără BWS. Cantități diferite de descărcare a corpului promovează rezultate diferite în ceea ce privește parametrii GRF, chiar dacă viteza de mers a fost menținută în diferite condiții. Singurul parametru GRF care a fost similar în condițiile BWS 0%, 15% și 30% a fost rata de acceptare a greutății. Deși s-a stabilit că sistemul BWS pe teren plan oferă o strategie sigură și eficientă pentru intervenția pacienților cu AVC5, nimeni până în prezent nu a investigat efectele BWS în timpul intervenției de mers asupra parametrilor GRF ai indivizilor cu insuficiență a mersului.

Mulțumiri

Fundația Amparo din Pesquisa do São Paulo (FAPESP) pentru finanțarea cercetării (subvenții nr. 2010/15218-3; 2009/15003-0) și bursă (subvenția nr. 2012/14634-9) și CAPES pentru bursă. De asemenea, suntem recunoscători participanților pentru timpul și efortul petrecut în laboratorul nostru în timpul achiziției de date.