Artículo de método

Organización postural de la iniciación de la marcha para el análisis biomecánico utilizando grabaciones de plataforma de fuerza

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DOI:

10.3791/64088

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26 de julio de 2022

 ,  ,  , 
1LADAPT Loiret, Centre de Soins de Suite et de Réadaptation, 2CIAMS, Université Paris-Saclay, 3CIAMS, Université d'Orléans, 4Université Libre de Bruxelles, Belgique

En este artículo

Resumen

Este artículo describe el material y el método desarrollado para investigar la organización postural de la iniciación de la marcha. El método se basa en registros de plataforma de fuerza y en el principio directo de la mecánica para calcular el centro de gravedad y la cinemática del centro de presión.

Resumen

La iniciación de la marcha (GI), la fase transitoria entre la postura ortógrada y la locomoción en estado estacionario, es una tarea funcional y un paradigma experimental que se utiliza clásicamente en la literatura para obtener información sobre los mecanismos posturales básicos que subyacen al movimiento corporal y al control del equilibrio. La investigación GI también ha contribuido a una mejor comprensión de la fisiopatología de los trastornos posturales en pacientes ancianos y neurológicos (por ejemplo, pacientes con enfermedad de Parkinson). Como tal, se reconoce que tiene importantes implicaciones clínicas, especialmente en términos de prevención de caídas.

Este artículo tiene como objetivo proporcionar a académicos, médicos y estudiantes de educación superior información sobre el material y el método desarrollado para investigar la organización postural gastrointestinal a través de un enfoque biomecánico. El método se basa en registros de plataforma de fuerza y el principio directo de la mecánica para calcular la cinemática del centro de gravedad y el centro de presión. La interacción entre estos dos puntos virtuales es un elemento clave en este método, ya que determina las condiciones de estabilidad y progresión de todo el cuerpo. El protocolo implica que el participante inicialmente esté inmóvil en posición vertical y comience a caminar hasta el final de una pista de al menos 5 m.

Se recomienda variar la velocidad GI (lenta, espontánea, rápida) y el nivel de presión temporal: la marcha puede iniciarse tan pronto como sea posible después de la entrega de una señal de salida (alto nivel de presión temporal) o cuando el participante se sienta listo (bajo nivel de presión temporal). Se definen los parámetros biomecánicos obtenidos con este método (por ejemplo, duración y amplitud de los ajustes posturales anticipatorios, longitud/anchura del paso, rendimiento y estabilidad) y se detalla su método de cálculo. Además, se proporcionan valores típicos obtenidos en adultos jóvenes sanos. Finalmente, se discuten los pasos críticos, las limitaciones y la importancia del método con respecto al método alternativo (sistema de captura de movimiento).

Introducción

La iniciación de la marcha (GI), la fase transitoria entre la postura ortógrada y la locomoción en estado estacionario, es una tarea funcional y un paradigma experimental que se utiliza clásicamente en la literatura para investigar el control postural durante una tarea motora compleja que requiere propulsión y estabilidad simultáneas de todo el cuerpo1. Se sabe que los pacientes con afecciones neurológicas, como la enfermedad de Parkinson2, el accidente cerebrovascular3, la parálisis supranuclear progresiva4 y los "trastornos de la marcha de nivel superior"5, tienen dificultades para iniciar la marcha, lo que los expone a un mayor riesgo de caídas. Por lo tanto, es importante que las ciencias básicas y clínicas desarrollen conceptos y métodos para obtener información sobre los mecanismos de control postural en juego durante el inicio de la marcha, para obtener conocimiento científico y una mejor comprensión de la fisiopatología de los trastornos de la marcha y el equilibrio y poder remediarlos a través de intervenciones adecuadas.

El concepto de organización biomecánica de la iniciación de la marcha se describe a continuación, y el método clásico diseñado para investigar esta organización se detalla en la sección de protocolo. GI se puede subdividir en tres fases sucesivas: la fase de "ajustes posturales anticipatorios" (APA) correspondiente a los fenómenos dinámicos que ocurren en todo el cuerpo antes del swing heel-off, la fase de "descarga" (entre swing heel-off y toe-off), y la fase de "swing" que termina en el momento en que el swing foot entra en contacto con la superficie de apoyo. Esta subdivisión clásica del proceso GI tiene su origen en los estudios pioneros de Belenkii et al.6 y otros7,8, centrándose en la coordinación entre la postura y el movimiento durante la elevación voluntaria del brazo a horizontal en la postura erecta. En este paradigma, los segmentos corporales que están directamente involucrados en la elevación del brazo corresponden a la cadena "focal", mientras que los segmentos corporales que se interponen entre la parte proximal de la cadena focal y la superficie de apoyo corresponden a la cadena "postural"9. Estos autores informaron que la elevación del brazo fue precedida sistemáticamente por fenómenos dinámicos y electromiográficos en la cadena postural, que llamaron "ajustes posturales anticipatorios". Para GI, swing heel-off (o swing toe-off, dependiendo de los autores) es considerado como el inicio del movimiento de la marcha10. En consecuencia, los fenómenos dinámicos que ocurren antes de ese instante corresponden a APA, y la extremidad oscilante es considerada como un componente de la cadena focal11. Esta afirmación está de acuerdo con la concepción clásica de la organización biomecánica del movimiento, según la cual cualquier acto motor debe involucrar un componente focal y otro postural12,13.

Desde un punto de vista biomecánico, APA asociado con GI se manifiesta como un desplazamiento hacia atrás y mediolateral (orientado hacia el lado de la pierna oscilante) del centro de presión, que actúa para impulsar el centro de gravedad en la dirección opuesta: hacia adelante y hacia el lado de la pierna de la posición. Cuanto mayor sea el desplazamiento anticipatorio hacia atrás del centro de presión, mayor será el rendimiento del motor en términos de la velocidad del centro de gravedad delantero en contacto con el pie10,14. Además, al propulsar el centro de gravedad hacia el lado de la pierna de apoyo, los APA contribuyen a mantener la estabilidad mediolateral durante la fase de oscilación de GI 1,15,16,17. La literatura actual enfatiza que la alteración en este control anticipatorio de la estabilidad es una fuente importante de caídas en los ancianos1. La estabilidad durante el GI ha sido cuantificada en la literatura con una adaptación del "margen de estabilidad"18, cantidad que tiene en cuenta tanto la velocidad como la posición del centro de gravedad dentro de la base de apoyo. Además del desarrollo de APA, se ha informado que la caída del centro de gravedad durante la fase de oscilación de GI bajo el efecto de la gravedad se frena activamente por el tríceps surae de la pierna de apoyo. Este frenado activo facilita el mantenimiento de la estabilidad después del contacto con el pie, permitiendo un aterrizaje suave del pie en la superficie de apoyo4.

El objetivo de este artículo es proporcionar a académicos, clínicos y estudiantes de educación superior información sobre el material y el método desarrollado en nuestro laboratorio para investigar la organización postural de GI a través de un enfoque biomecánico. Este método "global" (que también puede ser asimilado a un método "cinético" por las razones que se detallan a continuación) fue iniciado por Brenière y colaboradores10,19. Se basa en el principio directo de la mecánica para calcular tanto la aceleración del centro de gravedad, como las posiciones instantáneas del centro de presión. Cada uno de estos puntos es una expresión global específica del movimiento.

Una es la expresión instantánea de los movimientos de todos los segmentos del cuerpo relacionados con el propósito del movimiento (el centro de gravedad; por ejemplo, la velocidad de progresión del cuerpo durante el GI); El otro (el centro de presión) es la expresión de las condiciones de apoyo necesarias para alcanzar este objetivo. Las posiciones instantáneas de estos dos puntos reflejan las condiciones posturodinámicas que deben satisfacerse para el inicio de la marcha. La plataforma de fuerza es el instrumento apropiado para este modelo porque permite la medición directa de las fuerzas externas y los momentos que actúan en la superficie de apoyo durante el movimiento. También permite la realización de movimientos naturales y no requiere ninguna preparación especial.

Se sabe que muchos factores influyen en la organización postural de la GI, incluyendo factores biomecánicos, (neuro)fisiológicos, psicológicos, ambientales y cognitivos 1,20. Este artículo se centra en la influencia de dos factores, la velocidad de GI y la presión temporal, y proporciona valores típicos obtenidos en adultos jóvenes sanos.

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Protocolo

El protocolo descrito a continuación sigue las directrices del comité de ética de investigación humana de la Université Paris-Saclay. Los participantes aprobaron y firmaron un formulario de consentimiento.

1. Participantes

  1. Incluya al menos 15 participantes adultos jóvenes sanos en el experimento (de 20 a 40 años de edad).
    NOTA: Este número recomendado de asignaturas corresponde a lo que se considera clásicamente en la literatura sobre IG.
  2. Excluir a los participantes con ayudas para caminar, problemas visuales, auditivos u ortopédicos, trastornos neurológicos identificados, demencia, deficiencias cognitivas (es decir, una puntuación < 25 en el Mini Examen del Estado Mental) y un historial médico de caídas.
  3. Pida a los participantes que den su consentimiento por escrito después de informarles de la naturaleza y el propósito del experimento.
  4. Asegúrese de que el experimento se ajusta a las normas establecidas por la Declaración de Helsinki.

2. Preparación de laboratorio

  1. Asegúrese de que la plataforma de fuerza sea lo suficientemente larga como para que todo el pie oscilante caiga sobre ella al final del primer paso. Si no es así, use dos plataformas de fuerza de distancia pequeña, con los participantes de pie en la postura inicial en la primera y golpeando su pie de balanceo en la segunda colocada frente a las primeras21. En ambos casos, asegúrese de que la(s) plataforma(s) de fuerza estén(n) incrustadas en una pista de al menos 5 m de largo para asegurar que se alcance la marcha en estado estacionario.
    NOTA: Una plataforma de fuerza que registre los momentos y fuerzas 3D es necesaria para calcular todo el conjunto de variables experimentales (ver sección 5).
    1. Como medida de seguridad, fije un arnés al techo y céntrelo en el gran hacha de la plataforma de fuerza en caso de que el experimento incluya pacientes frágiles (por ejemplo, pacientes neurológicos).
  2. Calibre la(s) plataforma(s) de fuerza. Haga clic en el botón de cero automático .
  3. Importación de las revistas
    1. Abra el administrador de pistas de calificación.
    2. Elija y abra la carpeta "Proyecto".
  4. Cree una carpeta de pacientes.
    1. Haga clic en Agregar y, a continuación, seleccione pacientes.
    2. Ingrese las etiquetas: ID del paciente, Nombre, Apellido, Fecha de nacimiento, Sexo y Comentario si es necesario.
    3. Haga clic en Agregar y, a continuación, seleccione Sesión de marcha .
    4. Introduzca las etiquetas: ID del caso, Operador de prueba, Comentarios si es necesario, Diagnóstico, Diagnóstico secundario, Lado afectado, Clasificación de la función motora gruesa, Escala de movilidad funcional, Altura, Peso, Longitud de la pierna izquierda, Longitud de la pierna derecha, Anchura de la rodilla izquierda, Anchura de la rodilla derecha, Anchura del tobillo izquierda, Anchura del tobillo derecha, Delta de la suela izquierda, Delta de la suela derecha, Desplazamiento del hombro a la izquierda, Desplazamiento del hombro a la derecha, Anchura del codo izquierda, Ancho del codo a la derecha, ancho de la muñeca a la izquierda, ancho de la muñeca a la derecha, grosor de la mano a la izquierda, grosor de la mano derecha y diámetro del marcador.
    5. Haga clic en Agregar y, a continuación, seleccione Sesión sin marcadores .
    6. Introduzca las etiquetas: Condición de prueba, Prothesis_Orthosis, Ayuda externa, Ayuda externa, Ayuda personal, Lado de ayuda personal, Comentarios si es necesario, Operador de prueba y Modo de evento (elija placa de fuerza múltiple).
  5. Compruebe la placa de fuerza automáticamente a cero.
    1. Seleccione Herramientas.
    2. Haga clic en Force Plates.
    3. Haga clic en Al iniciar la vista previa en el cuadro de etiqueta "Force plate auto-zero".
  6. Asegúrese de que las señales de referencia de la plataforma de fuerza (fuerzas y momentos) estén en cero cuando no esté cargada.
    1. Haga clic en Nuevo o use el acceso directo Ctrl + N.
    2. Haga clic en Información de datos Ventana 1 o use el acceso directo Ctrl + D.
    3. Haga clic en Mostrar datos de fuerza o use el acceso directo Ctrl + D.
    4. Haga clic en Forzar y seleccione Trazar.

3. Procedimiento experimental

  1. Pida a los participantes que se paren descalzos e inmóviles en una plataforma de fuerza en su postura erguida natural, con los brazos colgando libremente contra sus costados y su mirada dirigida a un objetivo a la altura de los ojos al menos a 5 m de distancia (Figura 1).
    NOTA: Delinee la posición de los pies en la plataforma de fuerza en la postura inicial (p. ej., con tiza). Verifique cuidadosamente que los participantes reposicionen sus pies en estas marcas después de cada prueba. Este punto es importante ya que la posición inicial del pie influye en las características APA de GI.
  2. Determine la pierna inicial preferencial de los participantes empujando ligeramente contra la espalda de los participantes mientras están en la postura inicial con los ojos cerrados para provocar un paso adelante.
  3. Explique a los participantes que la tarea que deben realizar es iniciar la marcha desde la postura de pie con la pierna preferida, continuar caminando hasta el final de la pista y luego regresar silenciosamente a la postura inicial de pie.
    NOTA: Si durante el experimento la marcha no se inicia con la pierna preferida identificada en un ensayo determinado, repita el ensayo.
  4. Explique que la marcha debe iniciarse siguiendo dos señales sucesivas (acústica, visual o táctil): una señal preparatoria y una señal de salida (véanse los pasos 3.6 y 3.7).
  5. Explique las instrucciones sobre la velocidad y la presión temporal (ver pasos 3.8-3.10).
  6. Entregar la primera señal (preparatoria) a los participantes. Indíqueles que permanezcan inmóviles y eviten anticipar GI en esta primera señal.
  7. Entregue la segunda señal (de salida) después de un retraso aleatorio de 2-5 s después de la señal preparatoria.
    1. Asegúrese de que los participantes estén visualmente inmóviles antes de entregar esta segunda señal. Compruebe la inmovilidad en línea con los gráficos de tiempo del centro anteroposterior o mediolateral de desplazamiento de presión
      NOTA: Si no están inmóviles, la detección del inicio de APA (paso 5.1.1) puede ser difícil.
  8. Indique a los participantes que inicien la marcha i) tan pronto como sea posible (es decir, en una condición de tiempo de reacción), o ii) solo una vez que se sientan listos (es decir, en una condición autoiniciada) después de la señal de salida.
  9. Varíe las condiciones de "presión temporal" impuestas a GI (es decir, baja presión temporal (condición autoiniciada) y alta presión temporal (condición de tiempo de reacción)).
  10. Varíe las condiciones de velocidad GI (condiciones lentas, espontáneas, rápidas).
    1. Para limitar el número de condiciones experimentales y así evitar la fatiga, instruya a los participantes para que realicen solo dos condiciones de velocidad GI (por ejemplo, lenta y rápida) bajo una condición de presión temporal baja o alta, o a la inversa (es decir, GI a una velocidad lenta o rápida bajo una condición de presión temporal alta y baja).
      NOTA: Repita las instrucciones sobre la presión temporal y la velocidad GI con frecuencia.
  11. Instruir a los participantes para realizar series de 10 ensayos sucesivos en cada condición experimental.
    NOTA: Una serie de cinco ensayos es suficiente para sujetos ancianos o pacientes con enfermedad de Parkinson22.
    1. Aleatorice las condiciones de velocidad GI y presión temporal entre los participantes para evitar efectos de orden.
  12. Imponer un descanso de al menos 2 min entre condiciones sucesivas para evitar los efectos de la fatiga.
  13. En cada condición, permita que los participantes realicen dos pruebas de familiarización antes de las grabaciones.
  14. Activar la adquisición de datos desde la plataforma de fuerza unos segundos antes del inicio de la señal preparatoria y detenerse una vez que el participante haya abandonado la plataforma de fuerza.

figure-protocol-1
Figura 1: Configuración experimental. Los participantes inicialmente se paran en una plataforma de fuerza (1) incrustada en una pista de al menos 5 m de largo (2), con la mirada dirigida hacia un objetivo a la altura de los ojos (3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Procesamiento de grabaciones cinéticas de plataforma de fuerza

  1. Filtre los datos de la plataforma de fuerza utilizando una orden de Butterworth de paso bajo sin retraso con una frecuencia de corte de 15 Hz.
    1. Importe el archivo.
    2. Abra Visual3D.
    3. Elija y abra el archivo "Proyecto".
    4. Tratamiento
      1. Haga clic en Canalización o use el acceso directo F11.
      2. Seleccione Filtro de señal.
      3. Seleccione Lowpass_Filter.
      4. Haga clic en Ejecutar.
  2. Recopile datos de la plataforma de fuerza a una velocidad de 100 Hz.
    1. Haga clic en Canalización o use el acceso directo F11.
    2. Seleccione Guardar / Exportar archivo.
    3. Seleccione Export_Data_To_Acsii_File.
    4. Haga clic en Editar.
    5. Introduzca 100 en la etiqueta Número de puntos para normalización.
    6. Haga clic en Ejecutar.
  3. Calcule las gráficas de tiempo de las aceleraciones instantáneas del centro de gravedad a lo largo de las direcciones anteroposterior (x''G), mediolateral (y''G) y vertical (z''G) a partir de las fuerzas de reacción del suelo 3D obtenidas con la plataforma de fuerza (ver Figura suplementaria S1) utilizando la segunda ley de Newton10,23.
    NOTA: De acuerdo con la segunda ley de Newton, la suma de las fuerzas externas aplicadas a un sistema es igual a la masa de este sistema (m) multiplicada por la aceleración de su centro de gravedad. Por lo tanto, con el protocolo GI descrito en este estudio, las únicas fuerzas externas aplicadas a los participantes son el peso corporal (PC) y las fuerzas de reacción del suelo (R). Las ecuaciones (1), (2) y (3) se pueden escribir:
    x''G = Rx / m (1)
    y''G = Ry / m (2)
    z"G = (Rz - BW) / m (3)
    Donde Rx, Ry, Rz son los componentes instantáneos anteroposterior, mediolateral y vertical de la fuerza de reacción del vector tierra, respectivamente. Los gráficos típicos de x''G, y''G y z''G se muestran en la Figura 2.
  4. Calcule las gráficas de tiempo 3D de la velocidad del centro de gravedad mediante una integración numérica simple de las gráficas de tiempo de aceleración del centro de gravedad 3D, utilizando constantes de integración iguales a cero (es decir, velocidad del centro de gravedad inicial 3D considerada como nula10). Consulte la Figura 2 para ver los gráficos de tiempo típicos de la velocidad anteroposterior, mediolateral y vertical del centro de gravedad (x'G, y'G y z'G, respectivamente).
  5. Realice una integración adicional de la gráfica de tiempo y'G para obtener el desplazamiento del centro de gravedad a lo largo de la dirección mediolateral. Utilice esta cantidad para calcular el "margen de estabilidad" (véase el paso 5.3.5.2).
  6. Calcule el desplazamiento mediolateral (yP) y anteroposterior (xP) del centro de presión a partir de los datos de la plataforma de fuerza utilizando las ecuaciones (4) y (5):
    figure-protocol-2(4)
    figure-protocol-3(5)
    Donde Mx y My son los momentos instantáneos alrededor de las direcciones anteroposterior y mediolateral, respectivamente; Rx, Ry y Rz son las fuerzas instantáneas de reacción anteroposterior, mediolateral y vertical del suelo, respectivamente; y dz es la distancia entre la superficie de la plataforma de fuerza y su origen (proporcionada por el fabricante). Los gráficos de tiempo típicos de xP e yP se muestran en la Figura 2 (consulte también la Figura Suplementaria S2).

5. Variables experimentales

NOTA: Cada variable experimental descrita a continuación debe extraerse de las gráficas de tiempo experimental obtenidas para cada ensayo.

  1. Detección de los eventos de sincronización del inicio de la marcha
    1. Inicio de APA
      1. Mostrar los gráficos de tiempo del centro de desplazamiento de presión a lo largo de las direcciones mediolateral y anteroposterior.
      2. Calcular el valor medio del gráfico de tiempo del centro de presión mediolateral y anteroposterior durante la ventana de tiempo de 250 ms anterior a la segunda señal entregada a los participantes.
        NOTA: Estos valores corresponden a los "valores de línea base" de estas gráficas de tiempo.
      3. Detectar los instantes que siguen a la segunda señal cuando la traza de desplazamiento mediolateral y anteroposterior del centro de presión se desvía 2,5 desviaciones estándar del valor basal durante al menos 50 ms.
        NOTA: Estos dos instantes corresponden al inicio de APA a lo largo de las direcciones mediolateral y anteroposterior (t0ML y t0AP, respectivamente; Figura 2). Estos dos instantes también pueden identificarse como los instantes en que las gráficas de tiempo de la aceleración del centro de gravedad mediolateral y anteroposterior alcanzan el 10% de su respectivo valor máximo.
      4. Asegúrese de que, en la condición de tiempo de reacción, el inicio de APA oscila entre 150 ms y 300 ms después de la segunda señal (Go). Si no es así, repita el ensayo y las instrucciones sobre la presión temporal.
        NOTA: Si es menos de 150 ms, los participantes han anticipado. Si es mayor de 300 ms, los participantes no se centraron en la tarea.
      5. Asegúrese de que en la condición autoiniciada, el inicio de APA sea mayor de 300 ms. Si no es así, repita el ensayo y las instrucciones sobre la presión temporal, ya que los participantes pueden haber iniciado la marcha en una condición de tiempo de reacción.
    2. Tiempo de swing heel-off
      1. Mostrar los gráficos de tiempo del centro de gravedad vertical de la velocidad y el centro anteroposterior del desplazamiento de la presión.
      2. Identifique el instante en que la traza de la velocidad del centro de gravedad vertical alcanza su punto máximo hacia abajo después del inicio de APA como el tiempo de swing heel-off24 (Figura 2). Alternativamente, identifique el instante en que la gráfica de tiempo del centro anteroposterior de desplazamiento de presión muestra una caída rápida hacia la línea de base (es decir, hacia los dedos de los pies; Figura 2) O coloque un interruptor de pie (una herramienta económica) en el talón oscilante.
    3. Tiempo de swing toe-off
      1. Mostrar los gráficos de tiempo del centro mediolateral y anteroposterior del desplazamiento de presión y de la velocidad anteroposterior del centro de gravedad.
      2. Identifique el instante en que la gráfica de tiempo del centro mediolateral de desplazamiento de presión alcanza una primera (cuasi) meseta dirigida hacia el lado del pie de la postura como el tiempo de giro del dedo del pie (Figura 2). Alternativamente, identifique el instante siguiente al giro del talón cuando el gráfico de tiempo del centro anteroposterior del desplazamiento de presión alcance el 90% del valor máximo hacia atrás, o coloque un interruptor de pie en el dedo oscilante.
    4. Tiempo de contacto del pie oscilante
      1. Mostrar los gráficos de tiempo del centro anteroposterior del desplazamiento de presión.
      2. Identifique el instante en que el centro de presión anteroposterior se desplaza abruptamente hacia adelante (Figura 2) como el tiempo de contacto del pie oscilante. Si se deriva esta gráfica de tiempo, identifique el tiempo de contacto del pie oscilante como el instante en que esta gráfica de tiempo derivada aumenta bruscamente desde su valor de nivel de referencia. Alternativamente, coloque un interruptor de pie en el talón oscilante para detectar este instante.
        NOTA: Aquí se puede utilizar un método similar al descrito anteriormente para la detección de APA (basado en el cálculo de un valor de nivel de referencia medio; paso 5.1.1.2).
    5. Tiempo de pie trasero
      1. Muestre la gráfica de tiempo del centro mediolateral de desplazamiento de presión.
      2. Identifique el instante en que la gráfica temporal del centro mediolateral de desplazamiento de presión alcanza una segunda (cuasi) meseta, dirigida en dirección opuesta a la primera (paso 5.1.3.2; Figura 2), el tiempo de pie trasero25. Alternativamente, coloque un interruptor de pie en la parte trasera para detectar este instante.
  2. Cálculo de variables temporales
    1. Calcular el retraso entre el inicio de APA (t0ML y t0AP) y el tiempo de oscilación del talón (tHO) para las direcciones mediolateral y anteroposterior, que corresponden a la duración de APA a lo largo de las direcciones mediolateral (dAPAML) y anteroposterior (dAPAAP). Ver ecuaciones (6) y (7).
      dAPAML = tHO - t0ML (6)
      dAPAAP = tHO - t0AP (7)
    2. Calcular el retraso entre el tiempo de giro (tTO) y el tiempo de giro del talón (tHO), que corresponde a la duración de la "fase de descarga" (UNLd; Figura 2) usando la ecuación (8).
      UNLd = tTO - tHO (8)
    3. Calcular el retraso entre el tiempo de giro (tTO) y el contacto del pie oscilante (tFC), que corresponde a la duración de la "fase de giro" (SWINGd; Figura 2) usando la ecuación (9).
      SWINGd = tFC - tTO (9)
  3. Cálculo de variables espaciales
    1. Posición inicial del centro de presión
      1. Mostrar los gráficos de tiempo del centro de desplazamiento de presión a lo largo de las direcciones mediolateral y anteroposterior.
      2. Calcule los valores medios de las posiciones del centro de presión mediolateral (yP0) y anteroposterior (xP0) durante la ventana de tiempo de 250 ms anterior a la segunda señal (salida) entregada a los participantes, que son representativos de la posición del centro de presión en la postura inicial (o valor "basal").
        NOTA: Las características espacio-temporales de APA descritas anteriormente son sensibles a la posición del centro de presión en la postura inicial26. Por lo tanto, es importante verificar que cualquier cambio en las características de APA entre condiciones experimentales (por ejemplo, una condición con un obstáculo para despejar frente a una condición sin un obstáculo para despejar) o entre poblaciones experimentales (por ejemplo, participantes sanos vs. participantes neurológicos) no puede atribuirse a un cambio "simple" en el centro de posición de presión en la postura inicial, sino más bien al factor que se está investigando.
    2. Amplitud de APA
      1. Muestre los gráficos de tiempo del centro de desplazamiento de presión y la velocidad del centro de gravedad a lo largo de las direcciones mediolateral y anteroposterior.
      2. Detecte el instante en que cada uno de estos cuatro gráficos de tiempo alcanza un valor máximo durante la ventana de tiempo APA (Figura 2).
      3. Reste el valor de referencia del centro de presión medio calculado en el paso 5.3.1.2 (es decir, los valores xP0 e yP0) del valor máximo del centro de presión detectado durante la ventana de tiempo APA (para cada dirección; es decir, calcular utilizando ecuaciones (10) y (11)).
        xPAPA = xPMAX - xP0 (10)
        yPAPA = yPMAX - yP0 (11)
        Donde xPAPA e yPAPA son la amplitud de APA (centro de presión) a lo largo de las direcciones anteroposterior y mediolateral, respectivamente; xPMAX e yPMAX son el centro anticipatorio máximo de desplazamiento de presión a lo largo de las direcciones anteroposterior y mediolateral, respectivamente.
        NOTA: No es necesaria tal resta de referencia para la velocidad del centro de gravedad, ya que se considera que los participantes están inicialmente inmóviles (la velocidad inicial del centro de gravedad es, por lo tanto, nula; ver paso 4.4). Los cuatro valores obtenidos son representativos de la amplitud de APA (dos valores por dirección).
    3. Longitud y anchura del paso
      1. Muestre la gráfica de tiempo del centro de desplazamiento de presión a lo largo de la dirección anteroposterior.
      2. Detecte la posición más atrasada del centro de la posición de presión, xPBACK.
      3. Detectar la posición del centro de presión en el momento del pie trasero, xPRFO (Figura 2 y paso 5.1.5).
      4. Calcula la diferencia espacial entre estas dos cantidades, que corresponde a la longitud del paso, L41, usando la ecuación (12).
        L = xPBACK - Xprfo (12)
      5. Muestre la gráfica de tiempo del centro de desplazamiento de presión a lo largo de la dirección mediolateral.
      6. Detectar la posición más lateral del centro mediolateral de posición de presión obtenida durante la primera meseta de la gráfica de tiempo, yPSTANCE ("postura", porque el centro de presión se encuentra debajo del pie de apoyo en ese momento; ver Figura 2).
      7. Detectar el centro lateral de la posición de presión en el momento del pie trasero, yPRFO (Figura 2 y paso 5.1.5).
      8. Calcule la diferencia espacial entre estas dos cantidades, que corresponde al ancho de paso, W25, usando la ecuación (13).
        W = yPSTANCE - yPRFO (13)
    4. Realización de la iniciación de la marcha
      1. Muestre la gráfica de tiempo de la velocidad del centro de gravedad a lo largo de la dirección anteroposterior (Figura 2).
      2. Detecte el instante en que los participantes golpean la plataforma de fuerza con el pie oscilante (paso 5.1.4, Figura 2) y observe la velocidad del centro de gravedad en este instante como criterio de rendimiento GI.
        NOTA: El valor máximo de esta gráfica de tiempo, que se alcanza unos pocos milisegundos después del contacto del pie oscilante, también se puede considerar como un criterio de rendimiento GI. La longitud del paso y la duración de la fase de oscilación también pueden considerarse como criterios de rendimiento GI. Cuanto más largas y más cortas sean estas cantidades, respectivamente, mejor será el rendimiento.
    5. Parámetros de control de estabilidad
      1. Para el índice de frenado, muestre el gráfico de tiempo de la velocidad del centro de gravedad a lo largo de la dirección vertical. Detecte la velocidad máxima del centro de gravedad descendente del gráfico de tiempo (z'GMIN) y la velocidad del centro de gravedad en el tiempo de contacto del pie oscilante (z'GFC, Figura 2). Calcule la diferencia entre estas dos cantidades, denominada "índice de frenado" (BI), como un indicador de control de estabilidad, utilizando la ecuación (14).
        BI = figure-protocol-4 (14)
        NOTA: El BI fue introducido por Do y sus colegas y proporciona evidencia de que el sistema nervioso central anticipa el golpe del pie oscilante con la superficie de apoyo al disminuir la velocidad del centro de gravedad vertical durante la fase de oscilación del inicio de la marcha 4,5,27. Este frenado activo facilita el mantenimiento de la estabilidad después del golpe del pie. Cuanto mayor sea el BI, mejor será el control de estabilidad.
      2. Para el margen de estabilidad, muestre los gráficos de tiempo de la velocidad del centro de gravedad y el desplazamiento a lo largo de la dirección mediolateral. Detectar la velocidad (y'GFC) y el desplazamiento del centro de gravedad (yGFC) en el momento del contacto del pie oscilante (Figura 2). Calcule el componente mediolateral del margen de estabilidad (MOS) en el contacto del pie usando la ecuación (15).
        figure-protocol-5(15)
        Donde BOSmax es el límite mediolateral de la base de apoyo (BOS) y ω0 es la frecuencia propia del cuerpo, modelada como un péndulo invertido. Durante GI, los participantes aterrizan sistemáticamente en la plataforma de fuerza primero con el talón oscilante, luego con el dedo del pie. Bajo tal estrategia de aterrizaje del pie, el BOSmax se puede estimar con el centro mediolateral de la posición de presión en el momento del pie trasero (paso 5.1.5). La frecuencia propia del cuerpo se puede calcular usando la ecuación (16).
        figure-protocol-6(16)
        Donde g = 9,81 m/s² es la aceleración gravitacional y l es la longitud del péndulo invertido, que corresponde al 57,5% de la altura del cuerpo.
        NOTA: La cantidad entre paréntesis en la ecuación (15) se denomina "centro de masa extrapolado"18. La condición de la estabilidad en el contacto con el pie implica que el centro de masa extrapolado se encuentra dentro de la base de apoyo. Esta condición corresponde a un valor MOS positivo. Si el MOS es negativo, se requieren ajustes posturales correctivos para recuperar el equilibrio.

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Resultados

Descripción de gráficos de tiempo biomecánicos representativos obtenidos de la plataforma de fuerza durante el inicio de la marcha
Cualquiera que sea el nivel de presión temporal o la instrucción sobre la velocidad GI, el swing heel-off es sistemáticamente precedido por APA. Estos APA se pueden caracterizar por un desplazamiento lateral de la pierna hacia atrás y hacia atrás del centro de presión (Figura 2). Este desplazamiento anticipatorio del centro de presión promueve...

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Discusión

El objetivo de este artículo fue proporcionar a académicos, médicos y estudiantes de educación superior información sobre el método (el método "global") utilizado en nuestro laboratorio para investigar la organización biomecánica de la iniciación de la marcha (IG). Los pasos críticos del protocolo, las limitaciones del método y los métodos y aplicaciones alternativos se discuten a continuación.

Un paso crítico en el protocolo es la detección de los eventos de sincronización de GI (es decir, in...

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Divulgaciones

Los autores no tienen intereses contrapuestos.

Agradecimientos

Los autores desean agradecer a la ANRT y al LADAPT.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Plataforma(s) de fuerza(s)AMTIUna plataforma(s) de fuerza grande [120 cm x 60 cm] o dos pequeñas [60 cm x 40 cm]
Python o MatlabPython o MathWorksLenguaje de programación para el cálculo de variables experimentales
.Software para la sincronización de la(s) plataforma(s) de fuerzas, el registro y la visualización en línea de trazas biomecánicas en bruto (fuerzas y momentos 3D)
Visual3DC-Motion IncSoftware para el procesamiento de trazas biomecánicas en bruto (filtrado de paso bajo)
,

Referencias

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