Name: Organización postural de la iniciación de la marcha para el análisis biomecánico utilizando grabaciones de plataforma de fuerza (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-26T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: Aprende a analizar la organización postural en la iniciación de la marcha mediante grabaciones de plataforma de fuerza. Este método preciso evalúa los ajustes posturales anticipatorios en neurociencia y control motor.

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Los autores desean agradecer a la ANRT y al LADAPT.

Los autores no tienen intereses contrapuestos.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Plataforma(s) de fuerza(s)</td><td>AMTI</td><td></td><td>Una plataforma(s) de fuerza grande [120 cm x 60 cm] o dos pequeñas [60 cm x 40 cm]</td></tr><tr><td>Python o Matlab</td>, <td>Python o MathWorks</td><td></td><td>Lenguaje de programación para el cálculo de variables experimentales</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>.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)</td></tr><tr><td>Visual3D</td><td>C-Motion Inc</td><td></td><td>Software para el procesamiento de trazas biomecánicas en bruto (filtrado de paso bajo)</td></tr></tbody></table>

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

Postural Organization of Gait Initiation for Biomechanical Analysis Using Force Platform Recordings

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).

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...

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.

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

Gait initiation (GI), the transient phase between orthograde posture and steady-state locomotion, is a functional task and an experimental paradigm that ...

Este método permite obtener un ajuste postural anticipatorio, o APA. APA refleja el funcionamiento del sistema de nivel central. Por lo tanto, permite insertar la cuestión de cómo son la APA, la MOS y la BI.La principal ventaja de esta técnica es la precisión. Además, es una técnica que tiene la posibilidad de ser adaptada, y menos agotadora para el paciente que tiene fijación motora, por ejemplo. La implicación de esta técnica se puede extender a toda patología laboral.Para la enfermedad de Parkinson, es especialmente interesante porque podría ayudar a encontrar el marcador mecánico para proporcionar un diagnóstico más temprano o detectar el equilibrio subclínico y el trastorno de la marcha. Este método es aplicable en ciertos deportes, como el inicio de carrera o el deporte con gestos con una posición fija, como el baloncesto de tiro o el béisbol. Creo que una persona que nunca ha practicado este método también puede desempeñarse bien.Solo tienes que ser riguroso. Para comenzar, 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 cinco metros de distancia.Determine la pierna inicial preferencial del participante empujando ligeramente contra su espalda mientras está en la postura inicial con los ojos cerrados para provocar un paso adelante. Explique a los participantes que las tareas 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 volver tranquilamente a la postura inicial de pie.Explique que la marcha debe iniciarse siguiendo dos señales sucesivas, una señal preparatoria y una señal de salida. Luego explique las instrucciones sobre la velocidad y la presión temporal. Activar la adquisición de datos desde la plataforma de fuerza y entregar la primera señal o la señal preparatoria a los participantes.Indíqueles que permanezcan inmóviles y eviten anticipar el inicio de la marcha en esta primera señal. Asegúrese de que los participantes estén visualmente inmóviles. Verifique la inmovilidad en línea con los gráficos de tiempo del centro de presión anteroposterior o lateral medial.Luego entregue la segunda señal o la señal de salida. Varíe las condiciones de presión temporal impuestas al inicio de la marcha y luego varíe las condiciones de la velocidad de iniciación de la marcha. Instruir a los participantes para realizar una serie de 10 ensayos sucesivos en cada condición experimental e imponer un descanso de al menos dos minutos entre condiciones sucesivas para evitar los efectos de la fatiga.En cada condición, permita que los participantes realicen dos pruebas de familiarización antes de las grabaciones. Finalmente, detenga la adquisición de datos una vez que el participante haya abandonado la plataforma de fuerza. Aquí se muestran los gráficos de tiempo biomecánicos obtenidos de la plataforma de fuerza durante el inicio de la marcha y las variables temporales espaciales seleccionadas.La marcha se inició rápidamente en una condición de tiempo de reacción. La aceleración del centro de gravedad y la velocidad del centro de gravedad a lo largo de las direcciones antero-posterior, lateral medial y vertical se representan aquí. El desplazamiento del centro de presión a lo largo de las direcciones antero-posterior y lateral medial también se representa en esta figura.Aquí se muestra el inicio de los ajustes posturales anticipatorios, o APA, a lo largo de las direcciones media lateral y antero-posterior, el tiempo de balanceo del talón apagado, el tiempo del swing toe off, el tiempo de contacto del pie oscilante y el tiempo del pie trasero apagado. La figura también muestra los valores representativos de diferentes variables temporales, como ventanas de tiempo para APA, fase de descarga y fase de oscilación de la iniciación de la marcha. Los valores representativos de diferentes variables espaciales como la velocidad antero-posterior del centro de gravedad al pie y el contacto del pie.Aquí se muestran el centro anticipatorio máximo de desplazamiento de presión, la longitud del paso, el ancho del paso, la velocidad máxima del centro de gravedad hacia abajo y la velocidad vertical del centro de gravedad en el momento del contacto del pie oscilante. La parte más importante del pie es asegurarse de que el participante esté visiblemente inmóvil para tener una buena línea de base. Además también es importante que el participante realice dos formalizaciones para tener antes de la grabación.Esto nos permitirá tener una prueba realmente mejor durante los pasajes. Por lo tanto, el método cinemático se puede utilizar para agregar datos durante el trabajo estacionario. Creo que podría interesar a algunos investigadores y pensar cómo pueden utilizar esta técnica en el campo, desde la ingeniería hasta la replicación clínica.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociencia

Las interfaces de los nervios de la máquina (NMI) se han desarrollado para identificar el modo de locomoción del usuario. Estos INM son potencialmente útiles para el control neural de piernas artificiales alimentados, pero no han sido plenamente demostrada. En este trabajo se presenta (1) nuestra plataforma de ingeniería diseñado para una fácil implementación y desarrollo del control neural de potencia prótesis de miembros inferiores y (2) un montaje experimental y el protocolo en un entorno...

Plataforma Ingeniería y Protocolo Experimental para el Diseño y Evaluación de una controlada por Neuralmente Powered transfemoral de prótesis

El objetivo era justificar el uso óptimo de las técnicas de recolección de datos para la marcha marcha nórdica y el análisis de la postura. Captura de movimiento en tres dimensiones debe utilizarse durante el análisis de duración corta (es decir, un solo ciclo de la marcha), mientras que el acelerómetro se debe emplear para el análisis de mayor duración (es decir, los ciclos repetidos) como una prueba de paseo de 6 minutos.

Corroboración Técnicas de captura de movimiento para la evaluación de la marcha y la postura de Nordic Walking en los adultos mayores

Aquí, presentamos un protocolo novedoso para medir la estabilidad posicional en eventos clave durante el sentarse para pararse y caminar utilizando la distancia del centro de presión a la distancia del centro de masa de todo el cuerpo. Esto se derivó de la plataforma de fuerza y la tecnología de captura de movimiento tridimensional. El paradigma es confiable y se puede utilizar para la evaluación de individuos neurológicamente comprometidos.

Sentado o de pie-y-pie de 120% Altura de la rodilla: Un nuevo enfoque para evaluar la dinámica postural control independiente de plomo-extremidad

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En este estudio, se presenta un método de análisis de marcha tridimensional ambiente clínico, que fue diseñado para realizarse en la clínica de rehabilitación. El método consiste en un método de medición simplificada y figuras intuitivas para facilitar la comprensión de los médicos de los resultados.

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Aquí se presenta un protocolo para recopilar y analizar la cinemática tridimensional de la locomoción cuadrúpeda en roedores para estudios preclínicos.

Análisis de gait cinemático 3D para estudios preclínicos en roedores

Este artículo presenta un marco experimental/analítico para estudiar el control postural humano. El protocolo proporciona procedimientos paso a paso para realizar experimentos de pie, medir la cinemática corporal y las señales cinéticas, y analizar los resultados para proporcionar información sobre los mecanismos subyacentes al control postural humano.

Métodos experimentales para estudiar el control postural humano

Este estudio comparó las características biomecánicas de la extremidad inferior durante la terminación de la marcha no planificada bajo diferentes velocidades de marcha. Los datos cinemáticos y cinéticos de las extremidades inferiores de quince sujetos con velocidades de marcha normales y rápidas fueron recogidos utilizando un sistema de análisis de movimiento y una plataforma de presión plantar.

Características biomecánicas de las extremidades inferiores asociadas con la terminación de la marcha no planificada bajo diferentes velocidades de marcha

Individuos con inestabilidad crónica del tobillo (CAI) exhiben deficiencia de control postural y retraso en la activación muscular de las extremidades inferiores. La posturografía dinámica computarizada combinada con la electromiografía superficial proporciona información sobre la coordinación de los sistemas visual, somatosensorial y vestibular con regulación de activación muscular para mantener la estabilidad postural en individuos con CAI.

Evaluación del control postural y la activación muscular de las extremidades inferiores en individuos con inestabilidad crónica del tobillo

El presente protocolo describe una configuración experimental diseñada para investigar la influencia de la manipulación del ancho de paso en la biomecánica de ejecución utilizando un sistema de captura de movimiento. El objetivo es ampliar los conjuntos de datos pertinentes y examinar los efectos de la variación de los anchos de paso en la cadena cinemática de la extremidad inferior humana.

Influencia de la manipulación de la anchura de los escalones en la biomecánica de la carrera

Este protocolo detalla un enfoque estandarizado para cuantificar la distribución de presión plantar, el equilibrio del pie y el ángulo del eje del pie durante tareas de cambio de dirección de 45° utilizando una placa de presión Footscan, lo que permite una evaluación reproducible de los patrones de carga bilateral de las extremidades a una velocidad de aproximación controlada.

Efecto del movimiento de cambio de dirección (COD) sobre la presión plantar y el equilibrio del pie en extremidades bilaterales

Aprende a analizar la organización postural en la iniciación de la marcha mediante grabaciones de plataforma de fuerza. Este método preciso evalúa los ajustes posturales anticipatorios en neurociencia y control motor.

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

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