O impacto das condições de tarefa motora no braço direcionado a objetivos atingindo a cinética e a compensação do tronco em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico

Resumo

Este protocolo visa investigar o impacto das condições de tarefa nas estratégias de movimento em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico. Além disso, este protocolo pode ser usado para examinar se uma restrição na extensão do cotovelo induzida pela estimulação elétrica neuromuscular causa compensação do tronco durante o alcance do braço direcionado ao objetivo em adultos não deficientes.

Resumo

A compensação do tronco é a estratégia de movimento mais comum para substituir os déficits motores da extremidade superior (UE) em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico. Faltam evidências que examinam como as condições de tarefa afetam a compensação do tronco e o braço direcionado a metas atingindo a cinemática. Este protocolo visa investigar o impacto das condições de tarefa, incluindo dificuldade de tarefa e complexidade, no braço direcionado a metas que atinge a cinemática. Dois jovens não deficientes e dois sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico com leve comprometimento motor da UE foram recrutados para testar o protocolo. Cada participante realizou o alcance do braço direcionado a metas com quatro condições de tarefa diferentes (2 dificuldades de tarefa [alvos grandes vs. pequenos] X 2 complexidades de tarefas [apontando vs. pegando]). O objetivo da tarefa era alcançar e apontar para um alvo ou pegar um objeto localizado 20 cm em frente à posição de casa o mais rápido possível com uma caneta ou um par de pauzinhos, respectivamente, em resposta a uma sugestão auditiva. Os participantes realizaram dez alcances por condição de tarefa. Um sistema de câmera de captura de movimento tridimensional foi usado para gravar a cinemática do tronco e do braço. Os resultados representativos mostraram que houve um aumento significativo na duração do movimento, na movimentação e na compensação do tronco em função da complexidade da tarefa, mas não da dificuldade de tarefa em todos os participantes. Os sobreviventes de derrame crônico mostraram-se significativamente mais lentos, mais e mais dependentes de feedback de alcances de braço e movimentos significativamente mais compensatórios do tronco do que adultos não deficientes. Nossos resultados representativos apoiam que este protocolo possa ser usado para investigar o impacto das condições de tarefa nas estratégias de controle motor em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico com prejuízo motor leve da UE.

Introdução

O movimento do tronco é a estratégia mais comum para compensar graus limitados de liberdade no cotovelo e ombro em indivíduos com déficits motores pós-acidente vascular cerebral (UE)^1,2. Estudos anteriores mostraram que indivíduos pós-acidente vascular cerebral empregam diferentes estratégias de movimento em diferentes ambientes de tarefas motoras^3,4,5. A teoria do controle motor de sistemas dinâmicos explica que os movimentos emergem de fatores individuais internos e fatores externos, como condições de tarefa e ambiente⁶. Além disso, a lei de Fitt explica a relação entre dificuldade de tarefa e velocidade de movimento, com tendência a realizar tarefas mais difíceis com velocidades mais lentas⁷. Em termos de tarefas de alcance de braço direcionados a metas, Gentilucci relatou que as pessoas retardam seus movimentos de alcance quando alcançam e agarram um objeto menor em comparação com um objeto maior⁸. No entanto, o impacto da complexidade da tarefa no braço direcionado a metas que atinge estratégias de cinética e de movimento compensatório em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico não é bem compreendido. Um estudo anterior que examinou tarefas de apontar e compreender em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico demonstrou que as diferenças nas variáveis cinemáticas entre duas tarefas diferentes explicaram diferenças no comprometimento motor da UE, medida pela Pontuação de Extremidade Superior Fugl-Meyer⁹. No entanto, este estudo não comparou diretamente como as estratégias de movimento são diferentes em termos de variáveis cinemáticas entre tarefas de apontar e agarrar. Uma melhor compreensão do impacto das condições de tarefa nas estratégias de movimento compensatório em consideração ao nível de comprometimento motor individual é crucial para projetar sessões de tratamento eficazes para minimizar os movimentos compensatórios e maximizar a restituição do prejuízo motor. Portanto, é imprescindível investigar como as condições de tarefa, especificamente a complexidade da tarefa, impactam as estratégias de movimento em indivíduos com comprometimento motor pós-acidente vascular cerebral. Este protocolo de estudo proposto investigará o impacto das condições de tarefa no braço direcionado a metas que atingem a cinemática em adultos não deficientes e sobreviventes de acidente vascular cerebral. Os objetivos deste protocolo são duas vezes: 1) investigar se a complexidade da tarefa influencia a compensação do tronco e o braço direcionado a metas que atingem a cinemática em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico; 2) determinar se este protocolo pode diferenciar a cinemática dos alcances de braço direcionados a metas entre adultos não deficientes e sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico.

Protocolo

O Conselho de Revisão Institucional (IRB) da SUNY Upstate Medical University aprovou este protocolo.

1. Triagem de participantes

1. Realize todos os métodos de pesquisa com aprovação do IRB pela Declaração de Helsinque.
2. Recrute adultos não deficientes que não tenham problemas neurológicos ou musculoesqueléticos que previnem o desempenho da tarefa motora da extremidade superior.
3. Recrute sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico cujo início de derrame é de pelo menos seis meses antes da participação no estudo e que tenham comprometimento motor de extremidade superior leve a moderada, indicado pela Avaliação fugl-meyer da pontuação da extremidade superior de 19 a 60 de 66, e pode estender pulso e dedos hemiparéticos pelo menos 10 graus voluntariamente.
4. Agende os participantes potenciais para participar de uma sessão de coleta de dados.
5. Obtenha consentimento informado por escrito de todos os participantes da pesquisa antes de iniciar quaisquer procedimentos experimentais.
6. Tela todos os participantes para elegibilidade de participação no estudo usando questionários sobre sua demografia, histórico anterior de lesões no braço, domínio da mão e confiança em tarefas específicas de habilidade motora mão fina.

2. Medidas de desfecho do motor da extremidade superior

1. Realize o Teste de Pegboard Perdue com o procedimento padrão¹⁰.
2. Realize a Avaliação Fugl-Meyer do Motor de Extremidade Superior (FMA-UE) utilizando o procedimento padrão^11,12.

3. Avaliações psicossociais e cognitivo-comportamentais

1. Os participantes preencherão os seguintes questionários usando a plataforma de pesquisa online: Inventário de Handedness de Edinburg; um questionário para experiência prévia sobre o uso de pauzinhos.; e um questionário de autoeficácição para o uso de pauzinhos.

4. Preparação de tarefas de alcance de braço direcionadas a metas

1. Prepare o sistema de câmera de captura de movimento para gravação cinemática.
   1. Calibrar a câmera de captura de movimento usando o software de estação de trabalho de captura de movimento.
   2. Defina a origem da coordenada mundial usando o software de estação de trabalho de captura de movimento.
   3. Coloque todas as tríades de marcadores sobre uma mesa no campo de visão das câmeras de captura de movimento e verifique se todas as tríades de marcadores estão dentro do campo de visão.
2. Prepare o software de aquisição de dados de captura de movimento para construir o modelo esquelético.
   1. Importe os conjuntos de marcadores do software de estação de trabalho de captura de movimento para o software de aquisição de dados de captura de movimento.
   2. Ativar sensores virtuais (ou seja, tríades marcadoras).
   3. Definir eixos mundiais.
   4. Atribua sensores virtuais aos segmentos corporais do modelo esqueleto.
3. Configurar braço direcionado a metas atingindo condições de tarefa.
   1. Coloque uma mesa no centro do campo de visão das câmeras de captura de movimento.
   2. Coloque o braço laminado direcionado para o gol atingindo o papel modelo na área designada sobre a mesa.
   3. Prepare um par de pauzinhos na mesa.
   4. Prepare-se para reproduzir o arquivo de áudio de sugestão auditiva.
   5. Prepare os scripts de instrução da tarefa.
   6. Teste o sistema de captura de movimento para garantir que ele esteja funcionando adequadamente.
4. Configure o participante.
   1. Fixar as tríades de marcadores reflexivos à pele dos braços, mãos e tronco do participante. Use a seguinte descrição para os locais da tríade de marcadores:
      Uma tríade marcador para o tronco: entre as bordas medial da escápula
      Uma tríade marcadora para cada braço superior: no meio da superfície lateral do braço superior
      Uma tríade marcador para cada antebraço: no meio da superfície dorsal do antebraço
      Uma tríade marcadora para cada mão: no meio da superfície dorsal do^3º osso metacarpo
   2. Prepare um pauzinho com uma tríade de marcador.
   3. Coloque uma tríade marcadora sobre uma mesa localizada no centro do campo de visão das câmeras de captura de movimento.
   4. Digitalize os segmentos corporais do participante usando uma articulação de extremidade superior e um modelo de esqueleto de tronco que inclui seguintes marcos usando o software de aquisição de dados de captura de movimento:
      Tronco superior: uma mancha entre as vértebras C7 e T1
      Tronco inferior: um ponto entre as vértebras T12 e L1
      Ombro (articulação glenohumeral), duas manchas equidistance do centro da cabeça do úmero
      Cotovelo: duas manchas no cotovelo medial e lateral que são equidistantes do centro articular
      Pulso: duas manchas no pulso medial e lateral que são equidistantes do centro conjunto
      Mão: a ponta da terceira falange de cada mão
   5. Digitalize a ponta do pauzinho com uma tríade de marcador usando o software de aquisição de dados de captura de movimento.
   6. Digitalize a posição de casa e a posição de destino usando a tríade de marcadores localizada na tabela usando o software de aquisição de dados de captura de movimento.

5. Desempenho das tarefas de alcance do braço direcionadas a metas

1. Posicione o participante em posição sentada.
2. Peça ao participante para alcançar a frente sem movimento do tronco, em seguida, localize a tabela para posicionar o alvo em aproximadamente 80% do braço máximo do participante atingindo distância.
3. Instrua o participante a manter a postura vertical do tronco no início de cada desempenho da tarefa. Não haverá restrição aos movimentos do tronco durante o desempenho da tarefa.
4. Instrua o participante como usar pauzinhos usando um vídeo do Youtube (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) para padronizar a maneira de usar os pauzinhos.
5. Executar a condição de tarefa 1 - Alcançar e Apontar para um alvo grande.
   1. Instrua o participante a segurar um pauzinho com a mão dominante (adultos não deficientes) ou a mão paretica (participantes do curso). O participante colocará a ponta de um pauzinho tocando no centro da posição de casa. Instrua o participante a manter a postura vertical do tronco no início.
   2. Fixar o papel modelo de condição de tarefa na área designada na tabela. O papel modelo inclui dois quadrados com uma cruz no centro de cada quadrado: um para a posição de casa e outro para a área alvo. Para esta tarefa, o tamanho quadrado alvo é 1 x 1 cm². A posição alvo está localizada 20 em frente à posição de casa.
   3. Descreva as instruções de tarefa.
      1. Estondo o seguinte: "O objetivo desta tarefa é alcançar e tocar na área alvo com a ponta do pauzinho o mais rápido e com precisão possível. Você segurará um pauzinho com a direita (ou esquerda) [indique a mão de execução]. Coloque a ponta do pauzinho na posição de casa [indique a posição inicial]. Quando ouvir um sinal 'GO', alcance e toque no alvo [indique o alvo] com a ponta do pauzinho o mais rápido possível. Tente tocar no centro do alvo o máximo que puder. Você terá três segundos para tocar no alvo. Vou te dar um sinal 'STOP' 3 segundos após o sinal 'GO'. Se você não tocar no alvo dentro de 3 segundos, traga a ponta do pauzinho para a posição de casa e aguarde o próximo teste. Você fará dez testes com uma pausa de 10 segundos entre os testes. Você tem alguma pergunta? [Abordar quaisquer perguntas que o participante tenha, em seguida, proceder ao julgamento de familiarização] Você terá três testes como prática. [Após os ensaios práticos, prossiga para os julgamentos reais] Agora, vamos realizar testes reais. Tente alcançar e tocar o mais rápido possível."
   4. Reproduza o arquivo de áudio de sinal de sinalização auditiva com um computador para familiarizar o participante com a sugestão.
   5. Realize três testes de familiarização.
   6. Instrua o participante a estar pronto para o desempenho da tarefa. Certifique-se de que o participante entenda completamente o procedimento de desempenho da tarefa.
   7. Inicie a gravação de captura de movimento com o software de aquisição de dados de captura de movimento.
   8. Reprodução o arquivo de áudio de sugestão auditiva com um computador.
   9. Realizar 10 testes.
   10. Pare a gravação de captura de movimento.
   11. Faça uma pausa de 2 minutos.
6. Executar a condição de tarefa 2 - Alcançar e Apontar para um alvo pequeno.
   1. Instrua o participante a segurar um pauzinho com a mão dominante (adultos não deficientes) ou a mão paretica (participantes do curso). O participante colocará a ponta de um pauzinho tocando no centro da posição de casa. Peça ao participante para manter a postura vertical do tronco no início.
   2. Fixar o papel modelo de condição de tarefa na área designada na tabela. Para esta tarefa, o tamanho quadrado alvo é 0,3 X 0,3 cm². A posição alvo está localizada 20 em frente à posição de casa.
   3. Descreva a instrução da tarefa.
      1. Estom: "O objetivo desta tarefa é o mesmo da tarefa anterior: alcançar e tocar com a ponta do pauzinho o alvo o mais rápido e preciso possível. Usaremos um alvo menor [indique o alvo]. A instrução é a mesma da tarefa anterior. Quando ouvir um sinal 'GO', alcance e toque no alvo [indique o alvo] com a ponta do pauzinho o mais rápido possível. Tente tocar no centro do alvo o máximo que puder. Você tem alguma pergunta? [Abordar quaisquer perguntas que o participante tenha, em seguida, proceder ao julgamento de familiarização] Você terá três testes como prática. [Após os ensaios de familiarização, prossiga para os julgamentos reais] Agora, vamos realizar testes reais. Tente alcançar e tocar o mais rápido possível."
   4. Reproduza o arquivo de áudio de sinal de sinalização auditiva com um computador para familiarizar o participante com a sugestão.
   5. Realize três testes de familiarização.
   6. Instrua o participante a estar pronto para o desempenho da tarefa. Certifique-se de que o participante entenda completamente o procedimento de desempenho da tarefa.
   7. Inicie a gravação de captura de movimento com o software de aquisição de dados de captura de movimento.
   8. Reprodução o arquivo de áudio de sugestão auditiva com um computador.
   9. Realizar 10 testes.
   10. Pare a gravação de captura de movimento.
   11. Faça uma pausa de 2 minutos.
7. Executar a condição de tarefa 3 - Alcançar e Pegar um objeto alvo grande.
   1. Instrua o participante a segurar um par de pauzinhos com a mão dominante (adultos não deficientes) ou a mão paretica (participantes do curso). O participante colocará as pontas dos pauzinhos tocando no centro da posição de casa. Peça ao participante para manter a postura vertical do tronco no início.
   2. Fixar o papel modelo de condição de tarefa na área designada na tabela. Para esta tarefa, o objeto alvo é um cubo de plástico de 1 cm na borda. O objeto alvo está localizado 20 em frente à posição de casa.
   3. Coloque o objeto alvo na área alvo.
   4. Descreva as instruções de tarefa.
      1. Diga o seguinte: "O objetivo desta tarefa é alcançar e pegar um cubo de plástico [indique o cubo] com um par de pauzinhos o mais rápido possível, cerca de uma polegada de altura sem cair. Você segurará um par de pauzinhos com a direita (ou esquerda) [indique a mão de execução]. Coloque as pontas dos pauzinhos na posição de casa [indique a posição inicial]. Quando você ouvir um sinal 'GO', alcance e pegue o cubo [indique o alvo] com os pauzinhos o mais rápido possível, cerca de uma polegada de altura. Você terá três segundos para pegar o alvo. Vou te dar um sinal 'STOP' 3 segundos após o sinal 'GO'. Se você não pegar o alvo dentro de 3 segundos, traga as pontas dos pauzinhos para a posição de casa e aguarde o próximo teste. Você fará dez testes com uma pausa de 10 segundos entre os testes. Você tem alguma pergunta? [Abordar quaisquer perguntas que o participante tenha, em seguida, proceder ao julgamento de familiarização] Você terá três testes como prática. [Após os ensaios de familiarização, prossiga para os julgamentos reais] Agora, vamos realizar testes reais. Tente alcançar e pegar o mais rápido que puder."
   5. Reproduza o arquivo de áudio de sinal de sinalização auditiva com um computador para familiarizar o participante com a sugestão.
   6. Realize três testes de familiarização.
   7. Instrua o participante a estar pronto para o desempenho da tarefa. Certifique-se de que o participante entenda completamente o procedimento de desempenho da tarefa.
   8. Inicie a gravação de captura de movimento com o software de aquisição de dados de captura de movimento.
   9. Reprodução o arquivo de áudio de sugestão auditiva com um computador.
   10. Realizar 10 testes.
   11. Pare a gravação de captura de movimento.
   12. Faça uma pausa de 2 minutos.
8. Executar a condição da tarefa 4 - Alcançar e Pegar um pequeno objeto alvo.
   1. Instrua o participante a segurar um par de pauzinhos com a mão dominante (adultos não deficientes) ou a mão paretica (participantes do curso). O participante colocará as pontas dos pauzinhos tocando no centro da posição de casa. Peça ao participante para manter a postura vertical do tronco no início.
   2. Fixar o papel modelo de condição de tarefa na área designada na tabela. Para esta tarefa, o objeto alvo é um cubo de plástico de 0,3 cm na borda. O objeto alvo está localizado 20 em frente à posição de casa.
   3. Coloque o objeto alvo na área alvo.
   4. Descreva as instruções de tarefa.
      1. Diga o seguinte: "O objetivo desta tarefa é o mesmo que a tarefa anterior: alcançar e pegar um cubo de plástico com um par de pauzinhos o mais rápido possível. Usaremos um cubo de plástico menor [indique o alvo]. A instrução é a mesma da tarefa anterior. Quando ouvir um sinal 'GO', alcance e pegue o cubo [indique o alvo] com pauzinhos o mais rápido possível. Você tem alguma pergunta? [Abordar quaisquer perguntas que o participante tenha, em seguida, proceder ao julgamento de familiarização] Você terá três testes como prática. [Após os ensaios de familiarização, prossiga para os julgamentos reais] Agora, vamos realizar testes reais. Tente alcançar e tocar o mais rápido possível."
   5. Reproduza o arquivo de áudio de sinal de sinalização auditiva com um computador para familiarizar o participante com a sugestão.
   6. Realize três testes de familiarização.
   7. Peça ao participante para estar pronto para o desempenho da tarefa. Certifique-se de que o participante entenda completamente o procedimento de desempenho da tarefa.
   8. Inicie a gravação de captura de movimento com o software de aquisição de dados de captura de movimento.
   9. Reprodução o arquivo de áudio de sugestão auditiva com um computador.
   10. Realize os 10 testes reais.
   11. Pare a gravação de captura de movimento.
   12. Faça uma pausa de 2 minutos.
9. Realize o inventário de motivação intrínseca (IMI) para o uso de pauzinhos usando plataforma de pesquisa online.

6. Análise de dados cinemáticos

1. Exporte os dados dos seguintes marcos do software de aquisição de dados de captura de movimento. Exportar dados de posição nos eixos x,y e z como um arquivo de texto para cada condição de tarefa.
   Ponta de um pauzinho
   Posição inicial na mesa
   Posição alvo na mesa
   Mãos
   Articulações de cotovelo
   Articulações de ombro (articulações glenohumeral)
   Tronco (em C7)
2. Pré-processo os dados cinemáticos.
   1. Use script de programação personalizado para processar os dados cinemáticos.
   2. Filtre e suavize os dados de posição bruta usando um filtro de passagem baixa butterworth de 3^ª ordem com um corte de 3 Hz.
   3. Calcule o resultado da posição x-, y-e z-direção da mão em execução.
3. Determine o início do movimento e o deslocamento de cada alcance de braço direcionado para o objetivo.
   1. Para determinar o início e deslocamento do movimento de alcance, use a velocidade tangencial (a primeira derivada dos dados de posição) a partir da resultante da posição tridimensional da mão em execução.
   2. Defina o início do movimento como o primeiro quadro do alcance, onde a velocidade tangencial é superior a 0,01 m/s.
   3. Defina o deslocamento de movimento como o último quadro do alcance, onde a velocidade tangencial é superior a 0,01 m/s.
   4. Inspecione o início do movimento individual e decodize visualmente para garantir que o início e o deslocamento sejam corretamente rotulados.
4. Determine a velocidade máxima. A velocidade máxima é definida como a amplitude de velocidade tangencial máxima do ensaio que excede a amplitude de 0,2 m/s, e o intervalo de tempo entre 2 picos deve ser de pelo menos 2 segundos¹³.
5. Calcular variáveis cinemáticas de movimentos de alcance.
   1. Calcule a duração do movimento (MD). Calcule a diferença de tempo entre o início do movimento e o deslocamento¹³.
   2. Calcular velocidade máxima (PV). Calcule a velocidade mais alta durante cada um dos alcances.
   3. Calcule o tempo absoluto e relativo para a velocidade máxima (TTPV e TTPV % da duração do movimento)¹³.
      1. Calcule a diferença de tempo entre o início do movimento e a velocidade máxima (TTPV absoluto).
      2. Calcule a porcentagem de TTPV em relação à duração da movimentação (TTPV relativo).
   4. Calcule o sem dimensão do registro.
      1. Calcule a terceira derivada a partir do resultante da posição tridimensional da mão em execução, em seguida, calcule o empurrão adimensional de cada braço atingindo o movimento.
   5. Calcule o deslocamento do tronco durante o movimento de braço direcionado ao gol^9,14.
      1. Calcule o deslocamento do tronco.
         1. Calcule a diferença de distância do marco do tronco entre o início do movimento e o deslocamento. Use a seguinte equação.
            
            Onde X, Y e Z são as posições de referência do tronco no eixo x-, y-e z, respectivamente; 1 é o período de tempo no início do movimento de alcance; k é o período de tempo no deslocamento de movimento de alcance.
      2. Calcule o comprimento da trajetória do ombro.
         1. Calcule a distância de viagem do marco do ombro entre o início do movimento de alcance do braço e o deslocamento. O marco do ombro é um marco virtual digitalizado a partir do software de aquisição de dados de captura de movimento usando o modelo de esqueleto de extremidade superior. Use a equação a seguir para o cálculo do comprimento da trajetória do ombro.
            
            Onde X, Y e Z são as posições do marco do ombro no eixo X-, y-, e Z, respectivamente; t é o prazo; t=1 é o período de tempo no início do movimento de alcance; t=k é o período de tempo no deslocamento de movimento de alcance

Resultados

Estes resultados são dados preliminares de dois adultos jovens não deficientes e dois sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico com prejuízo motor leve (Fugl-Meyer Scores desses dois participantes estavam acima de 60 de 66). Os participantes não deficientes eram destros e realizavam as tarefas com a mão direita. Os participantes do AVC também eram destros antes do derrame e ambos tinham hemiparese direita. Eles também realizaram a tarefa com a mão direita. Estas variáveis cinemáticas entre populaçõ...

Discussão

Resultados preliminares sustentam que este protocolo pode ser apropriado para investigar o impacto da complexidade da tarefa na compensação do tronco e no braço direcionado a metas que atingem a cinemática tanto em adultos não deficientes quanto em sobreviventes de acidente vascular cerebral crônico.

Esses resultados representativos também apoiam que este protocolo possa ser apropriado para determinar as diferenças cinemáticas nos alcances de braço direcionados a objetivos entre adul...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
A pair of chopsticks	NA	NA	20 cm length, one chopstick had the passive motion capture markers (custom made)
Auditory cues for motor tasks	NA	NA	Custom made audio file are played on a smart phone
Matlab R2018b software	Mathworks
MotionMonitor v 8.52 Software	Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL
Perdue Pegboard Test
Plastic cubes (0.3 cm on edge)	NA	NA	Custom made plastic cubes with 0.3 cm on edge. These were made using 3D printer
Plastic cubes (1cm on edge)	NA	NA	Custom made plastic cubes with 1 cm on edge. These were made using 3D printer
Template print	NA	NA	Custom made templates of the motor tasks, including home position, outlines of target positions.
Vicon 512 Motion-analysis System and Work station v5.2 software	OMG plc, Oxford, UK