Name: Organizzazione posturale delliniziazione dellandatura per lanalisi biomeccanica mediante registrazioni della piattaforma di forza (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-26T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: Scopri l'analisi biomeccanica dell'iniziazione dell'andatura mediante registrazioni della piattaforma di forza per valutare le regolazioni posturali anticipatorie. Questo metodo preciso aiuta a comprendere il controllo motorio nel sistema nervoso centrale.

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Gli autori ringraziano l'ANRT e il LADAPT.

Gli autori non hanno interessi concorrenti.

L'obiettivo di questo articolo era quello di fornire a studiosi, clinici e studenti di istruzione superiore informazioni sul metodo (il metodo "globale") utilizzato nel nostro laboratorio per studiare l'organizzazione biomeccanica dell'iniziazione dell'andatura (GI). I passaggi critici del protocollo, le limitazioni del metodo e i metodi e le applicazioni alternativi sono discussi di seguito.
Un passo fondamentale nel protocollo è il rilevamento degli eventi di temporizzazione del GI (cioè ins...

L'iniziazione dell'andatura (GI), la fase transitoria tra la postura ortograda e la locomozione stazionaria, è un compito funzionale e un paradigma sperimentale che viene classicamente utilizzato in letteratura per studiare il controllo posturale durante un compito motorio complesso che richiede la propulsione e la stabilità simultanee di tutto il corpo1. I pazienti con condizioni neurologiche, come il morbo di Parkinson2, l'ictus3, la paralisi sopranucleare progressiva4 e i "disturbi dell'andatura di livello superiore"5, sono noti per avere difficoltà a iniziare l'andatura, il che li espone ad un aumentato rischio di caduta. È quindi importante sia per le scienze di base che per quelle cliniche sviluppare concetti e metodi per comprendere i meccanismi di controllo posturale in gioco durante l'iniziazione del cammino, acquisire conoscenze scientifiche e una migliore comprensione della fisiopatologia dei disturbi dell'andatura e dell'equilibrio ed essere in grado di porvi rimedio attraverso interventi adeguati.
Il concetto di organizzazione biomeccanica dell'iniziazione dell'andatura è descritto di seguito e il metodo classico progettato per indagare questa organizzazione è dettagliato nella sezione del protocollo. L'IG può essere suddiviso in tre fasi successive: la fase di "aggiustamenti posturali anticipatori" (APA) corrispondente ai fenomeni dinamici che si verificano in tutto il corpo prima dello swing heel-off, la fase di "scarico" (tra swing heel-off e toe-off) e la fase di "swing" che termina al momento del contatto del piede oscillante con il piano di appoggio. Questa suddivisione classica del processo gastrointestinale ha origine dagli studi pionieristici di Belenkii et al.6 e altri7,8, concentrandosi sulla coordinazione tra postura e movimento durante il sollevamento volontario del braccio in orizzontale nella postura eretta. In questo paradigma, i segmenti corporei che sono direttamente coinvolti nel sollevamento del braccio corrispondono alla catena "focale", mentre i segmenti corporei che si interpongono tra la parte prossimale della catena focale e la superficie di appoggio corrispondono alla catena "posturale"9. Questi autori hanno riferito che il sollevamento del braccio è stato sistematicamente preceduto da fenomeni dinamici ed elettromiografici nella catena posturale, che hanno chiamato "aggiustamenti posturali anticipatori". Per GI, lo swing heel-off (o swing toe-off, a seconda degli autori) è considerato come l'inizio del movimento dell'andatura10. Di conseguenza, i fenomeni dinamici che si verificano prima di questo istante corrispondono all'APA e l'arto oscillante è considerato un componente della catena focale11. Questa affermazione è in accordo con la concezione classica dell'organizzazione biomeccanica del movimento, secondo la quale ogni atto motorio deve coinvolgere una componente focale e una posturale12,13.
Da un punto di vista biomeccanico, l'APA associato a GI si manifesta come uno spostamento all'indietro e mediolaterale (orientato lateralmente alla gamba oscillante) del centro di pressione, che agisce per spingere il centro di gravità nella direzione opposta - in avanti e verso il lato della gamba della posizione. Maggiore è il centro di spostamento anticipatorio all'indietro della pressione, maggiori sono le prestazioni del motore in termini di velocità del baricentro in avanti al contatto con il piede10,14. Inoltre, spingendo il baricentro verso il lato della gamba in posizione, gli APA contribuiscono a mantenere la stabilità mediolaterale durante la fase di oscillazione di GI 1,15,16,17. La letteratura attuale sottolinea che l'alterazione di questo controllo anticipatorio della stabilità è una delle principali fonti di cadute negli anziani1. La stabilità durante GI è stata quantificata in letteratura con un adattamento del "margine di stabilità"18, una quantità che tiene conto sia della velocità che della posizione del baricentro all'interno della base di appoggio. Oltre allo sviluppo dell'APA, è stato riportato che la caduta del centro di gravità durante la fase di oscillazione del GI sotto l'effetto della gravità è attivamente frenata dai tricipiti della gamba in posizione. Questa frenata attiva facilita il mantenimento della stabilità dopo il contatto con il piede, consentendo un atterraggio regolare del piede sulla superficie di appoggio4.
L'obiettivo di questo lavoro è quello di fornire a studiosi, clinici e studenti di istruzione superiore informazioni sul materiale e sul metodo sviluppato nel nostro laboratorio per studiare l'organizzazione posturale del GI attraverso un approccio biomeccanico. Questo metodo "globale" (che può anche essere assimilato a un metodo "cinetico" per le ragioni descritte di seguito) è stato iniziato da Brenière e collaboratori10,19. Si basa sul principio diretto della meccanica per calcolare sia l'accelerazione del centro di gravità, sia le posizioni istantanee del centro di pressione. Ognuno di questi punti è un'espressione globale specifica del movimento.
Uno è l'espressione istantanea dei movimenti di tutti i segmenti del corpo relativi allo scopo del movimento (il centro di gravità; ad esempio, la velocità di progressione del corpo durante GI); l'altro (il centro di pressione) è l'espressione delle condizioni di supporto necessarie per raggiungere questo obiettivo. Le posizioni istantanee di questi due punti riflettono le condizioni posturo-dinamiche da soddisfare per l'iniziazione dell'andatura. La piattaforma di forza è lo strumento appropriato per questo modello perché consente la misurazione diretta delle forze esterne e dei momenti che agiscono sulla superficie di appoggio durante il movimento. Permette anche l'esecuzione di movimenti naturali e non richiede una preparazione speciale.
Molti fattori sono noti per influenzare l'organizzazione posturale del GI, compresi i fattori biomeccanici, (neuro)fisiologici, psicologici, ambientali e cognitivi 1,20. Questo articolo si concentra sull'influenza di due fattori - velocità del GI e pressione temporale - e fornisce valori tipici ottenuti in giovani adulti sani.

<table><tbody><tr><td>Piattaforma(e)Forza(e)</td><td>AMTI</td><td></td><td>Una piattaforma di forza grande [120 cm x 60 cm] o due piccole [60 cm x 40 cm]</td></tr> <tr><td>Python o</td><td>Matlab Python o MathWorks</td><td></td><td>Linguaggio di programmazione per il calcolo di variabili sperimentali</td></tr><tr><td>Qualisys track manage</td><td>Qualisys</td><td></td><td>Software per la sincronizzazione della/e piattaforma/e di forza, la registrazione e la visualizzazione on-line di tracce biomeccaniche grezze (forze e momenti 3D)</td></tr><tr><td>Visual3D</td><td>C-Motion Inc</td><td></td><td>Software per l'elaborazione di tracce biomeccaniche grezze (filtro passa-basso)</td></tr></tbody></table>

organizzazione posturale dell'iniziazione dell'andatura per l'analisi biomeccanica mediante registrazioni della piattaforma di forza

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

L'iniziazione dell'andatura (GI), la fase transitoria tra la postura ortograda e la locomozione stazionaria, è un compito funzionale e un paradigma sperimentale che viene classicamente utilizzato in letteratura per ottenere informazioni sui meccanismi posturali di base alla base del movimento del corpo e del controllo dell'equilibrio. Lo studio della GI ha anche contribuito a una migliore comprensione della fisiopatologia dei disturbi posturali nei partecipanti anziani e neurologici (ad esempio, pazienti con malattia di Parkinson). Come tale, è riconosciuto per avere importanti implicazioni cliniche, soprattutto in termini di prevenzione delle cadute.
Questo articolo mira a fornire a studiosi, clinici e studenti di istruzione superiore informazioni sul materiale e sul metodo sviluppato per studiare l'organizzazione posturale gastrointestinale attraverso un approccio biomeccanico. Il metodo si basa sulle registrazioni della piattaforma di forza e sul principio diretto della meccanica per calcolare la cinematica del centro di gravità e del centro di pressione. L'interazione tra questi due punti virtuali è un elemento chiave in questo metodo poiché determina le condizioni di stabilità e progressione di tutto il corpo. Il protocollo prevede che il partecipante stia inizialmente immobile in posizione eretta e inizi a camminare fino alla fine di un percorso di almeno 5 m.
Si raccomanda di variare la velocità GI (lenta, spontanea, veloce) e il livello di pressione temporale - l'andatura può essere iniziata il più presto possibile dopo la consegna di un segnale di partenza (alto livello di pressione temporale) o quando il partecipante si sente pronto (basso livello di pressione temporale). I parametri biomeccanici ottenuti con questo metodo (ad esempio, durata e ampiezza degli aggiustamenti posturali anticipatori, lunghezza/larghezza del passo, prestazioni e stabilità) sono definiti e il loro metodo di calcolo è dettagliato. Inoltre, vengono forniti valori tipici ottenuti in giovani adulti sani. Infine, vengono discussi i passaggi critici, i limiti e il significato del metodo rispetto al metodo alternativo (sistema di motion capture).

Descrizione dei grafici temporali biomeccanici rappresentativi ottenuti dalla piattaforma di forza durante l'iniziazione dell'andatura Qualunque sia il livello di pressione temporale o le istruzioni sulla velocità GI, lo swing heel-off è sistematicamente preceduto dall'APA. Questi APA possono essere caratterizzati da uno spostamento laterale della gamba all'indietro e oscillante del centro di pressione (Figura 2). Questo centro anticipatorio di spostamento della pressione...

Questo articolo descrive il materiale e il metodo sviluppato per studiare l'organizzazione posturale dell'iniziazione dell'andatura. Il metodo si basa sulle registrazioni della piattaforma di forza e sul principio diretto della meccanica per calcolare la cinematica del centro di gravità e del centro di pressione.

Organizzazione posturale dell'iniziazione dell'andatura per l'analisi biomeccanica mediante registrazioni della piattaforma di forza

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

Questo metodo consente di ottenere un aggiustamento posturale anticipatorio, o APA. L'APA riflette il funzionamento del sistema a livello centrale. Permette quindi di inserire la questione di come siano l'APA, il MOS e la BI.Il vantaggio principale di questa tecnica è la precisione. Inoltre, è una tecnica che ha la possibilità di essere adattata e meno faticosa per i pazienti che hanno la fissazione motoria, per esempio. L'implicazione di questa tecnica può essere estesa a tutte le patologie lavorative.Per la malattia di Parkinson, è particolarmente interessante perché potrebbe aiutare a trovare il marcatore meccanico per fornire una diagnosi precoce o rilevare l'equilibrio subclinico e il disturbo dell'andatura. Questo metodo è applicabile in alcuni sport, come l'inizio della corsa o lo sport con un gesto con una posizione ferma, come il tiro a basket o il baseball. Penso che una persona che non ha mai praticato questo metodo possa anche esibirsi bene.Devi solo essere rigoroso. Per iniziare, chiedi ai partecipanti di stare a piedi nudi e immobili su una piattaforma di forza nella loro naturale postura eretta. Con le braccia appese liberamente ai fianchi e lo sguardo rivolto verso un bersaglio all'altezza degli occhi ad almeno cinque metri di distanza.Determina la gamba di partenza preferenziale del partecipante spingendo leggermente contro la schiena mentre si trova nella postura iniziale con gli occhi chiusi per provocare un passo avanti. Spiega ai partecipanti che i compiti che devono svolgere sono di iniziare l'andatura dalla postura eretta con la gamba preferita. Continuare a camminare fino alla fine della pista e poi tornare tranquillamente alla posizione iniziale in piedi.Spiega che l'andatura deve essere iniziata dopo due segnali successivi, un segnale preparatorio e un segnale di partenza. Quindi spiega le istruzioni sulla velocità e la pressione temporale. Attivare l'acquisizione dei dati dalla piattaforma di forza e fornire il primo segnale preparatorio ai partecipanti.Istruiscili a stare immobili ed evita di anticipare l'iniziazione dell'andatura a questo primo segnale. Assicurarsi che i partecipanti siano visivamente immobili. Controlla l'immobilità online con i grafici temporali del centro laterale antero-posteriore o mediale di spostamento della pressione.Quindi consegnare il secondo segnale o di partenza. Variare le condizioni di pressione temporale imposta all'iniziazione dell'andatura, quindi variare le condizioni della velocità di iniziazione dell'andatura. Istruire i partecipanti a eseguire una serie di 10 prove successive in ogni condizione sperimentale e imporre un riposo di almeno due minuti tra le condizioni successive per evitare gli effetti della fatica.In ogni condizione, consentire ai partecipanti di eseguire due prove di familiarizzazione prima delle registrazioni. Infine, interrompere l'acquisizione dei dati una volta che il partecipante ha lasciato la piattaforma di forza. I grafici temporali biomeccanici ottenuti dalla piattaforma di forza durante l'iniziazione dell'andatura e le variabili temporali spaziali selezionate sono mostrati qui.L'andatura è stata avviata rapidamente in una condizione di tempo di reazione. L'accelerazione del centro di gravità e la velocità del centro di gravità lungo le direzioni antero-posteriore, laterale mediale e verticale sono rappresentate qui. Lo spostamento del centro di pressione lungo le direzioni laterale antero-posteriore e mediale è anche raffigurato in questa figura.L'inizio degli aggiustamenti posturali anticipatori, o APA, lungo le direzioni laterali e antero-posteriori dei media, il tempo di swing heel off, il tempo di swing toe off, il tempo di swing foot touch e il time of rear foot off sono mostrati qui. La figura rappresenta anche i valori rappresentativi di diverse variabili temporali come finestre temporali per APA, fase di scarico e fase di oscillazione dell'iniziazione dell'andatura. I valori rappresentativi di diverse variabili spaziali come la velocità antero-posteriore del baricentro al piede e il contatto con il piede.Il centro anticipatorio massimo di spostamento della pressione, la lunghezza del passo, la larghezza del passo, la velocità del centro di gravità verso il basso e la velocità del centro di gravità verticale al tempo di contatto del piede oscillante sono mostrati qui. La parte più importante del piede è assicurarsi che il partecipante sia visibilmente immobile per avere una buona linea di base. Inoltre è anche importante che il partecipante esegua due formalizzazioni da avere prima della registrazione.Questo ci permetterà di avere una prova davvero migliore durante i passaggi. Quindi il metodo cinematico può essere utilizzato per aggiungere dati durante il lavoro stazionario. Penso che potrebbero interessare alcuni ricercatori e pensare a come possono utilizzare questa tecnica sul campo, dall'ingegneria alla replica clinica.

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Caratteristiche biomeccaniche degli arti inferiori associate alla terminazione dell'andatura non pianificata a diverse velocità di camminata

Gli individui con instabilità cronica della caviglia (CAI) presentano carenza di controllo posturale e attivazione muscolare ritardata degli allevamenti inferiori. La posturografia dinamica computerizzata combinata con l'elettromiografia superficiale fornisce informazioni sulla coordinazione dei sistemi visivi, somatosensoriali e vestibolari con regolazione dell'attivazione muscolare per mantenere la stabilità posturale negli individui con CAI.

Valutazione del controllo posturale e dell'attivazione muscolare a bassa estremità in individui con instabilità cronica della caviglia

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Effetto del movimento del cambiamento di direzione (COD) sulla pressione plantare e sull'equilibrio del piede negli arti bilaterali

Scopri l'analisi biomeccanica dell'iniziazione dell'andatura mediante registrazioni della piattaforma di forza per valutare le regolazioni posturali anticipatorie. Questo metodo preciso aiuta a comprendere il controllo motorio nel sistema nervoso centrale.

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