Aplicação do BWS constitui uma abordagem promissora na reabilitação da marcha em doentes que sofrem de perturbações do SNC, tais como iSCI ou AVC. Dentro do grupo focal de pacientes que têm controle voluntário sobre seus membros inferiores, no entanto, não têm a capacidade de ambular livremente, a FLOT pode proporcionar uma SSB transparente com forças de interação mínimas. A aplicação de até 50% de SBV no CiSCI durante a marcha à superfície resultou em alterações subtis da cinemática da marcha, que são largamente comparáveis às observadas nos controlos saudáveis. Enquanto estas alterações induzidas pela IBW eram evidentes nos parâmetros espaço-temporais, tais como a duração do passo e a duração relativa da fase de postura, os padrões de movimento articular e a coordenação intralimbar foram modulados a um grau inferior na ISCI do que nos controlos. Estes resultados são contrários às nossas expectativas iniciais de que o BWS teria um efeito maior na cinemática de marcha do CiSCI em comparação com os controles. Isto indica que o uso de BWS sobre o solo para uma descarga de até 20% de BW não tem um efeito discernível nos padrões de marcha e mesmo descargas elevadas de 50% de BW não distorcem fundamentalmente a cinemática de marcha. Além disso, as diferenças na modulação da coordenação intra-alinhamento podem proporcionar uma oportunidade de focalizar especificamente este domínio na reabilitação iSCI.
Adaptação espaço-temporal
Como uma das características salientes da marcha, o ajuste da duração do passo e do tempo do passo são pré-requisitos para lidar com as mudanças nas condições de marcha. Com o aumento da descarga, o tempo dos passos é progressivamente aumentado tanto nos controles como nos sujeitos iSCI. Observações semelhantes da literatura não resultaram em uma explicação conclusiva no solo ou na esteira. Uma possível explicação depende da estrutura de semelhança dinâmica, assumindo que o número de Froude, uma medida de velocidade independente da anatomia, dependente do comprimento das pernas e da gravitação, tem um valor óptimo de cerca de 0.25 para caminhar .
Fr: Froude número, m: massa, v: velocidade, h: comprimento da perna, g: constante gravitacional, sl: comprimento do passo, sf: frequência do passo.
A “gravidade” reduzida por descarga mantendo a velocidade de marcha não deve perturbar a relação entre o comprimento do passo e a frequência dos passos. A aplicação da descarga no tronco, no entanto, resulta numa interacção interessante: a gravidade actuando na perna oscilante permanece a um nível normal (9,81 ms- 2), enquanto a dinâmica da fase de postura está sujeita à redução da gravidade mais potenciais forças de interacção do robô . Isto resulta tipicamente numa pequena mas robusta redução do factor de serviço, conduzida principalmente através de um aumento do tempo de passo enquanto se mantém o tempo de postura. Para manter uma determinada velocidade, o comprimento relativo dos passos deve ser aumentado, perturbando as relações de desenvolvimento estável entre o comprimento dos passos, a frequência e a velocidade de marcha . Este comportamento é adotado por sujeitos de controle. O CiSCI, por outro lado, apresenta o ciclo de trabalho reduzido, porém não modula o comprimento do passo tão apropriadamente quanto os controles, levando também à leve redução da velocidade de marcha registrada em 50% de BWS (Tabela 2).
Alterações na largura do passo foram inconclusivas tanto nos controles quanto no CiSCI; embora tenha sido detectada uma interação entre BWS e grupo, não houve um efeito principal simples de descarga. Isto poderia ser devido à interação com o robô na direção medio-lateral, aludindo à complexa interação entre o BWS, estabilidade lateral e forças de interação do robô . A análise de transparência nos leva a descontar um pouco o efeito pêndulo da suspensão suspensa, porém a interação entre descarga vertical e largura dos degraus e outros parâmetros associados à estabilidade da marcha merece uma investigação mais aprofundada em sujeitos saudáveis. O CiSCI reteve uma grande variabilidade na largura dos degraus em todas as condições de descarga, mascarando potencialmente quaisquer respostas significativas à descarga. A largura média dos degraus tende para a redução a partir de uma linha de base patologicamente alta, sugerindo que a descarga permite ao CiSCI caminhar com uma base de apoio mais estreita.
Efeitos da postura de caminhada
Quantificamos o deslocamento do CoM e a inclinação do tronco para entender como o BWS transparente afeta a postura durante a caminhada e se isso é diferente entre o CiSCI e os controles. O simples efeito principal do BWS no movimento ML CoM e balanço do tronco AP e ML indica que o sistema BWS tem algum efeito na postura de marcha e controle do tronco. À medida que a descarga aumenta, a oscilação do tronco aumenta em ambos os planos enquanto o movimento ML do CoM é reduzido, e o AP nos controles permanece inalterado. O CiSCI adota um padrão de resposta diferente em ambos os parâmetros de PA, talvez devido ao menor comprimento inicial do passo, que exigiria menos transferência de impulso do tronco para a pélvis para induzir a mudança de peso. O CiSCI também demonstrou uma maior oscilação da PA no tronco na condição inicial, talvez compensando as mudanças no pico de geração de força dos músculos do tronco. Além disso, a velocidade de marcha foi reduzida a um grau ligeiramente maior no CiSCI sob descarga. Em resumo, o CiSCI pode ser mais suscetível à dinâmica do robô e às restrições do arnês – especialmente em direções onde acelerações mais altas são necessárias. O desenho da cabeça e a localização do arnês potencialmente forçaram uma postura mais vertical e permitiram menos transferência de peso para a frente para o pé dianteiro.
As mudanças nos parâmetros medio-laterais com aumento da descarga foram refletidas em ambos os grupos. Isso contrastou com a largura do passo, que demonstrou um mínimo local de 20%BWS para controles e redução progressiva, mas não significativa, do CiSCI. Isso indica que ambos os grupos optam cada vez mais por manter seu CoM mais próximo da borda medial de sua base de apoio com aumento do BWS, aludindo a uma complexa interação entre a descarga e a dinâmica do plano frontal. Além disso, a velocidade de movimento superior-inferior do robô BWS complexifica ainda mais a interação, já que a tensão não é perfeitamente igual em todos os pontos do tempo. Isso leva a mudanças sutis nos níveis de apoio e transferências de impulso em diferentes fases da marcha que provavelmente influenciam a estrutura espaço-temporal da estabilidade da marcha, porém essas interações são desafiadoras para quantificar com precisão.
Padrões de movimento de articulação
Com o aumento da descarga, observamos mudanças temporais crescentes dos traços espaço-temporais tanto no CiSCI quanto nos controles. Para comparar adequadamente os padrões de movimento articular, a fase de postura e oscilação foram normalizadas e interpoladas separadamente para remover os efeitos temporais, preservando as informações de amplitude e tempo. Isto permitiu a detecção de diferenças na forma da trajetória induzida pela descarga. Enquanto as articulações do joelho mostraram um simples efeito de descarga principal, especialmente em torno do evento do toe-off e durante a postura, não houve efeito de interação. Isto indica que na amostra investigada não foi possível detectar diferentes estratégias de joelho entre o CiSCI e os controles em resposta à descarga. Na articulação do quadril, a descarga induziu um simples efeito principal centrado em torno do evento do toe-off e houve um forte efeito de interação, especialmente durante o balanço e após a batida do calcanhar. Este efeito de interação pode ser impulsionado pelo menor comprimento do passo do CiSCI, juntamente com as mudanças na postura de marcha. Na articulação do tornozelo, um efeito de interação estava presente especialmente na postura tardia, onde os controles enfatizavam seu empurrar para fora do movimento enquanto o CiSCI não mostrava nenhuma adaptação. A descarga do CiSCI no sistema BWS não induziu nenhuma mudança detectável nos padrões de movimento da articulação, enquanto os controles exibiram adaptações sutis especialmente na articulação do tornozelo em altos níveis de descarga. Nos controles, as mudanças no movimento da articulação do tornozelo poderiam ser interpretadas como uma adaptação específica da tarefa, necessária para manter uma determinada velocidade enquanto otimiza outros determinantes importantes da marcha. Que não detectamos essas adaptações em nossa coorte de CiSCI principalmente afetada por sensores poderia ser ligada a mudanças na integração de informações de carga na estrutura de comando eferente. Modelos de atividade da rede espinhal durante a marcha indicam que os mecanorreceptores sensíveis à carga e ao cisalhamento na sola do pé junto com os órgãos tendinosos do Golgi e os aferentes do fuso muscular contribuem significativamente para a regulação bem sucedida da marcha. No entanto, após o iSCI, o processamento de informação aferente é alterado em muitos níveis e é parcialmente substituído por um substituto, informação redundante proveniente de fontes não impactadas, como o controlo visual .
Coordenação de membros inferiores
Padrões de coordenação de membros inferiores têm sido repetidamente relatados como sendo leituras sensíveis do controlo locomotor em sujeitos iSCI . O conhecimento de experiências de membros superiores e membros inferiores em humanos leva-nos a interpretar a coordenação multi-joint como um produto da integração proprioceptiva na medula espinhal em diferentes níveis combinados com a condução de eferentes supraspicais . Os padrões de coordenação Intralimb podem ser quantificados como a diferença de forma de uma forma de referência (SSD; uma forma de análise da forma procrusteana) . A variabilidade destes padrões pode ser capturada pela componente angular do coeficiente de correspondência (ACC; uma forma especializada de codificação vectorial ), que descreve a dispersão média de todos os pares de pontos sequenciais no ciclo. O aumento da variabilidade no acoplamento de movimento dos segmentos é detectado como uma diminuição do ACC (intervalo: 0-1). O aumento da variabilidade do movimento, especialmente em relação à ligação de segmentos intralimbulares adjacentes, pode ser interpretado como um aumento do ruído neural na geração de padrões sinérgicos de ativação muscular. Sob descarga, os indivíduos de controle mostraram alterações progressivas no acoplamento intralimbar através do aumento da diferença de forma e variabilidade (Tabela 2 e Fig. 2) em ambos os pares (joelho e joelho-joelho). No CiSCI, no entanto, a SSD permaneceu inalterada tanto no par proximal como no distal. Nenhum efeito de interação foi detectado para o ACC de ambos os pares, porém a descarga resultou em uma maior variabilidade do acoplamento em ambos os grupos. A falta de modulação do acoplamento intralimbar sob descarga pode proporcionar acesso à investigação e desafio deste aspecto após iSCI.
Coordenação intralimbar em controles e pacientes sob ISCI. a Response of intralimb coordination patterns to unloading in patients and controls. Como referência, os dados médios de controle da linha de base são mostrados como uma linha preta contínua. As respostas médias dos pacientes e controles são representadas como linhas pontilhadas a 10%, 30% e 50% de BWS em tons de cinza crescentes. Os dados médios da linha de base do paciente são mostrados como uma linha tracejada. b Métricas de quantificação da coordenação intralimbar. O descarregamento resulta em uma mudança na SSD nos controles (preto) tanto para o joelho como para o joelho-joelho-anelar. Este padrão de coordenação permanece inalterado nos pacientes (cinza) em ambos os casais. A consistência da forma (ACC) está cada vez mais degradada em ambos os grupos com uma descarga crescente. As barras indicam grupo significa com 1SD. A significância é detalhada como *: p < 0,05
Em síntese, o CiSCI e os controles demonstraram respostas semelhantes à descarga em termos de parâmetros de postura espaço-temporal e de marcha. O CiSCI, no entanto, manteve sua coordenação intralimbar de linha de base enquanto os controles modificaram isso em resposta à descarga, otimizando seus padrões de acoplamento de articulação para se adaptarem à descarga mantendo uma determinada velocidade. Parece que em um SNC saudável, os padrões intralimbulares são mediados não apenas a nível espinhal, mas também integram uma forte influência dos centros supraespinhais. Uma vez alterado após uma lesão do SNC, no entanto, o acoplamento dos segmentos provou ser notavelmente resistente à mudança. Em pacientes com ISCI, por exemplo, Awai e Curt relataram formas inalteradas dos padrões de marcha intralimbulares em pacientes com ISCI ao longo de sua reabilitação, apesar do aumento da velocidade de marcha e da redução da variabilidade intralimbular. Da mesma forma, Tepavac e Field-Fote relataram uma maior consistência, mas nenhuma mudança sistemática de forma no acoplamento intralimbar após a estimulação peroneal associada ao treinamento em 14 pacientes com iSCI. Observações análogas foram feitas em sobreviventes de AVC com comprometimento dos membros inferiores .
Estas observações poderiam ser impulsionadas pela alteração do acionamento eferente induzida por alterações no processamento supraspinhal, incluindo a perda parcial e a substituição dos sinais aferentes. Alternativamente, o acoplamento de segmentos pode ser codificado principalmente por redes espinhais rítmicas e, portanto, ser difícil de modular através do acionamento eferente, especialmente quando esse acionamento é prejudicado por uma lesão. Ambos os modelos indicam que, ao otimizar o fenótipo de marcha, especialmente a coordenação intralimbre, a restrições ambientais ou ao encontrar novas tarefas, o processamento alterado presente no CiSCI não pode compensar totalmente a informação aferente degradada. Dentro desta perspectiva, o perfil de resposta do CiSCI à descarga; parâmetros espaço-temporais adaptados, padrões de movimento conjunto inalterados e coordenação interlimbar, podem aludir à hierarquia de controle na locomoção. Aqui, os recursos neurais são reservados para parâmetros críticos, como a organização espaço-temporal da marcha e o controle do equilíbrio, enquanto parâmetros menos críticos, como a coordenação intralimbular, são impedidos de serem modulados. Pensa-se que qualquer melhoria da função decorre da adaptação de processos de nível superior, enquanto que os primitivos motores equivalentes estabelecidos recentemente permanecem invariantes. No entanto, tanto quanto sabemos, não houve um paradigma de treinamento que visasse especificamente a coordenação intralimbular após o iSCI. A descarga pode ser um caminho de treinamento único para atingir este déficit bastante específico.
Relevância clínica
Aplicar o BWS transparente aos sujeitos do iSCI durante a marcha a pé no solo tem um impacto insignificante na cinemática de marcha do CiSCI. Isto indica que para o CiSCI que mantém o controle volitivo dos seus membros, mas não são capazes de suportar o seu próprio peso corporal, o BWS transparente representa uma oportunidade para começar com uma caminhada segura, apoiada e sem constrangimentos no solo em um ponto inicial. À medida que os pacientes melhoram, a quantidade de apoio pode ser reduzida, e forças adicionais e perturbadoras podem ser aplicadas pelo terapeuta para manter um ambiente de treino desafiador. Além disso, o dispositivo pode ser usado para apoio enquanto se treina outras actividades da vida diária, tais como subir escadas, atravessar obstáculos, equilibrar, caminhar em curva, recuperar objectos do chão, sentar-se para ficar de pé a fazer a transição, etc. O treinamento de BWS Overground continua sendo apenas uma das muitas ferramentas de reabilitação, entretanto ele permite a transição de um ambiente de reabilitação de esteira para um cenário mais real.
Outlook
Nossas conclusões são baseadas em uma amostra relativamente pequena e heterogênea de sujeitos iSCI com deficiências principalmente sensoriais devido ao constrangimento de ser capaz de andar 2 km/h sem auxílio de caminhada por aproximadamente uma hora de medição. Esta velocidade de marcha foi escolhida por ser uma velocidade viável para o CiSCI e está próxima do limiar de ambulação interior não supervisionada para o CiSCI (0,6 m/s) . Além disso, a esta velocidade, os controles ainda produzem marcha rítmica e simétrica, embora seja muito mais lenta (~ 50%) do que a sua velocidade de marcha típica, específica de idade e sexo. Foi permitido um período de familiarização a cada nível de BWS e o CiSCI e os controles caminharam a velocidade alvo de forma consistente durante o experimento sem transgredir a faixa de tolerância, indicando uma aclimatação suficiente. Embora tivesse sido interessante analisar também a velocidade de marcha preferida ou mesmo os efeitos das diferentes velocidades de marcha, isso teria levado a um protocolo de avaliação muito longo para o CiSCI. As medidas de marcha de base diferiram entre os grupos, e houve uma diferença significativa de idade. A inclusão da idade como covariada no modelo estatístico, no entanto, indica que a adaptação dos padrões de marcha ao BWS não foi alimentada por este fator. As diferentes respostas entre o CiSCI e os controles justificam uma investigação mais aprofundada em uma gama mais ampla de indivíduos com distúrbios do SNC caminhando em velocidades múltiplas. Três CiSCI tinham TSIs de menos de um ano e, portanto, seriam considerados mais próximos de sub-agudos do que crônicos. Estes indivíduos foram incluídos por terem alcançado um patamar funcional devido à natureza relativamente leve das suas lesões. Funcionalmente, eles se classificaram entre os melhores indivíduos da coorte. A coorte investigada de pacientes com uma ampla gama de diferentes incapacidades e ETIs fornece algumas indicações de um efeito generalizável, no entanto, como isso se manifesta especificamente ao nível, gravidade e cronicidade da incapacidade só pode ser determinado usando critérios de inclusão mais específicos. Isto limita a descrição de potenciais mecanismos na experiência actual. Seguindo em frente, estamos interessados em avaliar coortes definidas com maior precisão e melhor desentrelaçar os efeitos mecânicos das respostas biológicas à descarga.