Technological Advances in Interventions to Enhance Poststroke Gait

Lynne R. Sheffler, MDa,*, John Chae, MDa,b

Phys Med Rehabil Clin N Am 24 (2013) 305–323

Avances tecnológicos en las intervenciones para mejorar la marcha posterior a un evento cerebrovascular (ECV)

Puntos clave:

- El entrenamiento en la marcha posterior a un ECV puede ser terapéutico dando como resultado una mejoría o compensación a nivel motor, mediante la asistencia o sustitución de los déficits neurológicos en el rendimiento funcional.

- La estimulación eléctrica funcional, el entrenamiento de descarga de peso en la banda sin fin, y el entrenamiento robótico asistido en marcha, son ejemplos de terapias de entrenamiento post ECV.

- Las terapias post ECV son dependientes de la neuroplasticidad (reorganización neuronal del SNC), la cual puede ser inducida por el movimiento activo, repetitivo y cognitivamente participativo del movimiento.

- Son necesarias investigaciones adicionales para determinar si los métodos específicos de entrenamiento de marcha, potenciados por la tecnología son superiores a los métodos de entrenamiento en marcha convencionales.

Introducción:

- Este articulo provee una revisión de las intervenciones especificas en rehabilitación usadas para mejorar la marcha hemiparetica posterior a un ECV. Las intervenciones de rehabilitación neurológica son consideradas terapéuticas y compensatorias.

- Las intervenciones terapéuticas post ECV pueden mejorar el mecanismo de la marcha por mecanismos de reaprendizaje motor (fuerza y control).

- El reaprendizaje motor se define como la recuperación de las habilidades motoras que se perdieron posterior a un daño localizado en el SNC.

- Las intervenciones compensatorias pueden mejorar la marcha mediante la provisión de asistencia o sustitución de los déficits neurológicos para mejorar la función.

- En este articulo están incluidas aplicaciones clínicas e investigaciones de las intervenciones en rehabilitación para mejorar la marcha post ECV de 3 terapias de entrenamiento que son dependientes de la neuroplasticidad: 1. Estimulación eléctrica funcional del miembro inferior (EEF). 2. Entrenamiento en banda sin fin con soporte de peso corporal (EBCSP). 3. Entrenamiento de la marcha asistida por robot.

- Este articulo no incluye el manejo de la espasticidad, ortesis de miembros inferiores ni la terapia física especifica.

- Ofrece una visión concisa basada en la evidencia que soporta la efectividad de las 3 intervenciones mencionadas anteriormente, así como proporcionar una perspectiva de la evolución futura para mejorar la marcha después de un ECV en la rehabilitación neurológica.

Estimulación Eléctrica Funcional para Entrenamiento en Marcha

- La estimulación eléctrica neuromuscular (EENM) se refiere a la activación de músculos pareticos o paralizados por medio de la estimulación de la motoneurona inferior intacta, lo cual facilita directamente una tarea funcional, tal como caminar.

- Los dispositivos o sistemas de neuroprotesis en la EEF están diseñados para mejorar la función de la marcha, mejorando su eficiencia (por ejemplo: gasto energético), o por la mejoría de los parámetros espaciotemporales, cinemáticos y cinéticos de la marcha (por ejemplo: velocidad de la marcha, dorsiflexion del

tobillo patético en la fase del choque de talón, o la potencia de plantiflexion en el despegue).

- El análisis racional del rol terapéutico de la EEF es si la facilitación de la recuperación motora mediante es mediante el movimiento activo repetitivo, entonces teóricamente el movimiento repetitivo mediado por EEF también facilitaría la recuperación motora post ECV.

- Una revisión de las aplicaciones clínicas de la EENM en neurorehabilitación incluye la neurofisiología de la EEF, componentes de la EEF, y la investigación de aplicaciones terapéuticas de los dispositivos de EEF disponibles comercialmente.

Neurofisiología de la EEF:

- La mayoría de las aplicaciones clínicas de la EEF están limitadlas a paciente con disfunción de la motoneurona superior, ya que la EEF depende que la motoneurona inferior esté intacta.

- Las investigaciones y la evidencia de los sistemas de EEF han demostrado que se puede estimular directamente un punto del del nervio próximal a la unión neuromuscular o el propio nervio motor periférico.

- El umbral para generar un potencial de acción (PA) de la fibra nerviosa es de 100 a 1000 veces menor que el umbral de estimulación de la fibra muscular. Un PA inducido por la EEF es idéntico al fenómeno del todo o nada del PA fisiológico.

- Un PA producido por los mecanismos fisiológicos normales, inicialmente recluta las neuronas de diámetro mas pequeño antes del reclutamiento de fibras de mayor diámetro como las motoneuronas, sin embargo, el patrón de reclutamiento de fibras nerviosas inducida por la EEF difiere del patrón de reclutamiento, siendo de manera inversa.

- El reclutamiento inverso significa que el umbral de estímulo del nervio es inversamente proporcional al diámetro de la neurona, de este modo, las fibras nerviosas de gran diametro, que enervan las unidades motoras grandes, son reclutadas preferentemente. El ajuste de los parámetros de estimulo como la amplitud y la

frecuencia afectan tanto a la fibra nerviosa y la contracción muscular.

- La frecuencia mínima de estímulo es aproximadamente de 12.5 Hz, sin embargo las frecuencias mayores pueden generar mayor fuerza muscular llevando a la fatiga dando como resultado disminución de la potencia muscular.

- Un sistema ideal de EEF esta diseñado para producir una respuesta fusionada con frecuencias ideales de estimulación entre 18 a 25 Hz.

Componentes de los sistemas de EEF

- Los sistemas de EEF para la neurorehabilitación mas investigados y comercializados se clasifican en dos categorías según el tipo de electrodo:

- 1. Electrodo transcutáneo: Son electrodos simples que se conectan a un neuroestimulador. Crea una corriente eléctrica en una configuración monopolar o bipolar. Poseen alto riesgo de lesión de tejidos blandos en pacientes con déficits cognitivos o sensoriales. Otras limitaciones: intolerancia por alodinia o hipersensibilidad, poca selectividad muscular, irritación cutánea, incompatibilidad con el posicionamiento.

- 2. Electrodo percutáneo intramuscular: Es un tipo de electrodo implantable. A pesar de implantarse de una manera minimanente invasiva, requiere cables externos que conectan al neuroestimulador. Dentro de las ventajas se disminuye la resistencia de la piel y los dolores cutáneos relacionados, permite mejor selectividad muscular y corrientes de estimulación mas bajas. Dentro de los riesgos de seguridad están el desplazamiento, ruptura, infección, granulomas. La tasa de fallo a largo plazo es del 56 al 80% lo cual limita su uso a no mas de 3 meses, por lo cual se aplican para propósitos terapéuticos limitados o en investigación.

- Los electrodos epimisios, epineurales y de manguito, son electrodos quirúrgicamente implantados que deben ser usados para neuroestimulación a largo plazo. Estos electrodos se implantan sobre el músculo, sobre el nervio, entre el nervio o alrededor del nervio.

- Un dispositivo implantado de estimulación de nervio peronero (ENP) es un ejemplo de una neurprotesis viable de electrodos implantables.

- La aplicación de una neuroprótesis extremidad inferior, presenta desafíos significativos en el diseño de los sistemas de control de la EEF para mejorar la marcha post ECV.

- Un sistema de control de circuito cerrado para continua modificación del patrón de estimulación en tiempo real basado en la retroalimentación sensorial ofrece la máxima ventaja para una neuroprótesis extremidad inferior.

- Un dispositivo de ENP transcutánea es un ejemplo de una neuroprótesis que utiliza un sistema de control de circuito cerrado tal como un simple interruptor talón, sensor de inclinación, o sensor de aceleración.

EEF del miembro inferior en Hemiparesias

- La primera aplicación de una neuroprotesis en hemiparesia fue el dispositivo de ENP transcutáneo para la corrección de la debilidad de la dorsiflexion asociado con la disfunción de la motoneurona superior.

- Los estudios han reportado que los sobrevivientes crónicos de ECV tratados con neuroportesis de ENP y terapia física tienen una mejoría significativa en la velocidad de la marcha y disminución del gasto energético medido por costo fisiológico comparado con los pacientes que solo recibieron terapia física. También se ha reportado, mejoría en la contracción isométrica de los dorsiflexores del pie y de los plantiflexores, mejoría del torque dorsiflexor, disminución de la espasticidad y un mejor control del tobillo. Los resultados se midieron mientras el paciente no usaba el dispositivo. Los estudios que especificamente han comparado el efecto neuroprotesico de una ENP con el efecto de una ortesis de tobillo y pie en la marcha hemiplejica, han facilitado la prescripción clínica amplia y el uso de estos dispositivos.

- La FDA ha aprovado 3 ENP de superficie en USA: Odstock Dropped Foot Stimulator (ODFS), Ness L300 Foot Drop System y WalkAide System.

- El uso clínico de estos dispositivos esta limitado en pacientes con ECV que tienen lesiones en la piel o edema, déficits sensoriales de las extremidades inferiores, déficits cognitivos, limitaciones en el rango de movimiento en el tobillo, ataxia cerebelos y fatiga muscular. La falla en la efectividad de los dispositivos esta dada por intolerancia del paciente en la superficie de estimulación, dificultad en la colocación de los electrodos, control insuficiente mediolateral durante la fase de apoyo, genu recurvatum persistente, falta de apoyo con la programación del dispositivo.

- Desde el punto de vista clínico, entre mas electrodos se percibe mayor dificultad en su aplicación.

- Los sitemas percutaneos de multiples canales (para la activación de otros grupos musculares) permanecen limitados a aplicaciones en investigación o intervenciones de tiempo limitado para el reaprendizaje motor y no como una solución neurprotesica.

Resumen:

- El dispositivo transcutáneo de ENP puede ser apropiado como alternativa de una ortesis de tobillo y pie en algunos pacientes que han presentado ECV con secuela de hemiparesia.

- Es necesario considerar la seguridad del paciente a nivel neurológico y clínico ya que requiere supervisión de personal entrenado para su prescripción.

- También es necesario considerar los costos.

- Son necesarios mas estudios clínicos para determinar si los dispositivos transcutáneos de dos canales que incluyan la activación del cuadriceps o tendon patelar.

- Se deben evaluar los riesgos y costos para los dispositivos transcutáneos por ser invasivos.

- La investigación está altamente enfocada a las nuevas tecnologías, como el aprovechamiento de las señales de control cortica que proporcionarían una mejor interfaz para el desarrollo de una neuroprotesis de multicanal implantable, que podrían algún día las plejias de extremidades superiores e inferiores en una lesión del SNC.

Entrenamiento para la marcha en banda sin fin con soporte de peso corporal

- El EBCSP es una modalidad de entrenamiento terapéutico que permite a los pacientes con limitación en la marcha o que no deambulan como consecuencia de un ECV a participar en un programa de movilidad para tareas especificas.

- Los pacientes son ajustados con arneses que proveen un soporte parcial del peso corporal total mientras están suspendidos en la banda sin fin.

- Con la asistencia de uno o varios terapeutas físicos se facilita el posicionamiento, balance y secuenciación del miembro, el paciente participa en ejercicios repetitivos de entrenamiento de marcha mientras está en bipedestación y soporta una parte del peso.

- La principal ventaja es que permite la bipedestación segura con asistencia física limitada, lo que permite al terapeuta físico observar y corregir el patrón de marcha para mejorar la funcionalidad.

- Se ha demostrado que al caminar en una superficie fuera de la banda con apoyo parcial del peso mejoró la marcha en pacientes con hemiparesia por ECV, mejoría en el consumo de oxigeno y gasto cardiaco durante las velocidades máximas de la marcha en la banda, adicionalmente el EBCSP se asoció a prolongación del tiempo de bipedestación con extremidad practica, mayor simetría en la marcha, menos espasticidad en la plantiflexion y mejor patrón de activación de los músculos tibial anterior y tríceps sural.

- El EBCSP puede permitir al terapeuta lograr un patrón de marcha mar simétrico y eficiente en los pacientes con hemiparesia en un espacio físico más práctico.

Aplicación clínica del EBCSP para la marcha

- La prescripción de los parámetros específicos incluyendo el porcentaje de soporte del peso corporal, velocidad de la banda, la dureza del soporte y la sujeción en el pasamanos pueden afectar los resultados en los paciente con hemiparesia.

- Los estudios han demostrado que hay mayor efectividad en los entrenamientos con velocidades mayores a la velocidad normal comparado con las bajas velocidades., adicionalmente es posible monitorear la frecuencia cardiaca y el esfuerzo percibido. La facilidad de uso para el paciente demostró mejoría en la marcha estable durante el EBCSP dados por la cadencia, longitud del paso y simetría del tronco.

EBCSP y neuroplasticidad post ECV

- El entrenamiento locomotor ha demostrado que hay un cambio en la excitabilidad de las vías reflejas simples y en los circuitos mas complejos, esta adaptación se produce tanto a nivel medular como superior.

- Los efectos terapéuticos benéficos de un entrenamiento locomotor sostenido después de lesiones centrales o periféricas, basadas en la evidencia de la neuroplasticidad de los mecanismos ha sido demostrada.

- Los investigadores han utilizado resonancias magnéticas funcionales antes de después del EBCSP y se concluyó que a pesar de las contribuciones subcorticales para el control de la marcha, la mejoría secundaria al EBCSP estaba asociada a cambios en la activación cortical.

- Otro estudio con sistema de imágenes ópticas en paciente con EBCSP se asoció a cambios en la activación de la corteza sensoriomotora correlacionada con la cadencia, mejoría de la asimetría.

- Es necesaria mayor investigación para determinar se el EBCSP después del ECV tiene mayores efectos centrales y si estos efectos se traducen en cambios clínicamente significativos en el resultado del deterioro motor y/o la movilidad funcional.

Eficacia clínica en el EBCSP en la marcha

- Múltiples estudios sugieren efectos benéficos del EBCSP en la marcha de pacientes hemipareticos incluyendo la velocidad de la marcha, balance, capacidad de marcha, resistencia, recuperación motora y la percepción de la marcha del paciente.

- A pesar de los efectos benéficos que han sido reportados una revisión Cochrane y recientes estudios clínicos controlados aleatorizados mostraron que no se ha establecido la superioridad de la EBCSP sobre el entrenamiento normal. Se ha reportado que la velocidad de la marcha, la resistencia y la funcionalidad mejoró significativamente en los dos grupos.

- El estudio mas reciente Locomotor Experience Applied Poststroke (LEAPS), es el estudio más grande a la fecha el cual aleatorizó los pacientes en 3 grupos: 1. EBCSP iniciando 2 meses después del ECV (entrenamiento locomotor temprano), 2. EBCSP 6 meses después del ECV (entrenamiento locomotor tardío), 3. Terapia física en casa 2 meses después del evento. El resultado primario fue que después de un año los tres grupos obtuvieron mejoría similar en la velocidad de la marcha, recuperación motora, equilibrio, estado funcional y calidad de vida, por lo cual se concluyó el el EBCSP no fue superior al entrenamiento en casa dirigido por un terapeuta físico.

- Se concluyó que el EBCSP no proporciona mejores resultados comparado con el entrenamiento convencional después de un ECV, por lo cual no debe ser propuesto para los sobrevivientes de un ECV en lugar de la terapia física convencional.

Resumen:

- El EBCSP es una modalidad de entrenamiento terapéutico que permite a los pacientes con limitación en la marcha o que no deambulan como consecuencia de un ECV a participar en un programa de movilidad para tareas especificas.

- La principal ventaja es que permite la bipedestación segura con asistencia física limitada, lo que permite a terapeuta físico observar y corregir el patrón de marcha para mejorar la funcionalidad.

- Los sistemas de EBCSP están disponibles para uso clínico y son rutinariamente incorporados en los entrenamientos de marcha post ECV.

- Algunas investigaciones soportan el efecto benéfico del EBCSP en la marcha hemiparetica respecto a la velocidad de la marcha, balance funcional y deambularon funciona post ECV.

- Las investigaciones actuales están enfocadas a identificar el mecanismo de neuroplasticidad que pueda explicar el efecto terapéutico del EBCSP para la marcha, combinado con otros métodos de rehabilitación de soporte de peso y la EEF para maximizar las intervenciones en la rehabilitación de la marcha.

- Sin embargo, estudios clínicos controlados aleatorizados no han establecido la superioridad del EBCSP comparado con otras intervenciones convencionales post ECV.

Entrenamiento para la marcha hemiparetica asistido por robot

- Los programas de rehabilitación en el paciente ambulatorio se encuentran aumentado la incorporación de sistemas robóticos para el entrenamiento de la marcha post ECV.

- Involucra el uso de un exosqueleto robótico para facilitar un movimiento repetitivo, prolongado y uniforme de las articulaciónes y del miembro inferior.

- La mayoría de los sistemas robóticos para el entrenamiento en marcha incorporan alguna forma de soporte peso.

- El uso de dispositivos robóticos para el entrenamiento en marcha fueron descritos a principios de los 90s.

- Las ventajas propuestas de un entrenamiento robótico incluyen mejoría en la seguridad para los pacientes con discapacidad severa, posibilidad de realizar un inicio temprano entrenamiento de la marcha en el periodo de recuperación post ECV, aumento del tiempo de entrenamiento por sesión, y disminución de la carga física para el terapeuta.

- Las investigaciones sugieren que pueden haber beneficios en el ejercicio, incluida la mejoría de los tejidos, mejoría metabólica y gasto cardiaco tras el entrenamiento en marcha robotizado.

- Los robots proporcionan la capacidad de individualizar el programa de entrenamiento en marcha post ECV según las necesidades biomecánicas especificas de un paciente, lo cual mejora la efectividad en el tratamiento del deterioro motor.

- La robótica puede ser una intervención temprana post ECV ya que permite suplir las dificultades de las habilidades del paciente mientras ocurre la recuperación motora.

- En una revisión reciente, se describen las consideraciones en el diseño de la ingeniería para dispositivos robóticos basados en entrenamiento de la marcha en banda incluyendo el tipo de lesión neurológica, nivel de discapacidad, métodos de actuación y estrategias de entrenamiento.

Eficacia del entrenamiento de la marcha asistida por robot

- Estudios pilotos han mostrado mejoría en la velocidad de la marcha, mejoría de la distancia en 6 minutos de marcha, balance, limitación motora, espasticidad, simetría electromiografica, deambulación funcional asociados al entrenamiento de la marcha asistido por robot.

- Una revisión reciente del entrenamiento en marcha asistido por robot en lesión neurológica soporta que el entrenamiento locomotor asistido por robot es benéfico para mejorar la función en la marcha de individuos posterior a un ECV.

Entrenamiento de la marcha asistida por robot comparada con la terapia convencional

- Varios estudios clínicos aleatorizados sugieren que el entrenamiento robotico es mejor que el entrenamiento convencional.

- Los sobrevivientes de ECV con mayor compromiso motor se beneficiarían mas de una terapia robótica. Se realizó compactación en los pacientes con mejor motricidad y la terapia robótica y convencional fueron equivalentes.

- Una revisión Cochrane reciente que evalúo 8 estudios, concluyó que los sobrevivientes de ECV que recibieron entrenamiento asistido por robot y terapia física alcanzaron mayor independencia para la marcha que los pacientes que no fueron entrenados con dispositivos robóticos.

- En contraste, hay varios estudios que sugieren que el entrenamiento asistido por robot para la marcha post ECV no es mas efectivo o es menos efectivo que el entrenamiento

convencional. En un estudio temprano de 4 semanas no se encontró diferencia en las mejorías entre un grupo con terapia convencional y un grupo con entrenamiento asistido por robot. Los autores llegaron a la conclusión que la diversidad de intervenciones convencionales en el entrenamiento de la marcha son mas efectivas que el entrenamiento asistido por robot, por lo cual no se recomienda la su prescripción rutinaria en lugar de la terapia física convencional.

Terapia asistida por robot más entrenamiento para la marcha con realidad virtual

- La eficacia del combinar en entrenamiento robótico de miembro inferior mas realidad virtual ha sido evaluada.

- Los investigadores concluyeron que el entrenamiento asistido por robot del miembro inferior mas realidad virtual fue superior en la mejoría de la habilidad de la marcha que el entrenamiento robótico solo.

- Están indicados estudios clínicos aleatorizados con mayor número de sujetos para comparar la eficacia del entrenamiento robotico con realidad virtual y la terapia convencional para entrenamiento en marcha.

Resumen

- El entrenamiento de la marcha asistido por robot es una modalidad que permito el movimiento repetitivo, prolongado y uniforme del miembro inferior y sus articulaciones.

- La mayoría de los sistemas robóticos para el entrenamiento en marcha incorporan alguna forma de soporte peso.

- Los sistemas de entrenamiento asistidos por robot están siendo investigados en búsqueda de las aplicaciones y cada vez se están incorporando en los programas clínicos del entrenamiento en marcha post ECV.

- Las investigaciones apoyan los efectos benéficos en la marcha hemiparetica a nivel de la velocidad, la distancia y el rendimiento fucional; sin embargo, otros ensayos clínicos controlados aleatorizados no han establecido la superioridad del

entrenamiento en marcha asistido por robot comparado con las intervenciones convencionales post ECV.

- La investigación en la ingeniería de la rehabilitación está centrada en la consideraciones del diseño robótico, incluyendo la mejoría de la interfaz robótica paciente-máquina y la combinación con otras modalidades como la realidad virtual para maximizar los resultados de movilidad post ECV.

Resumen

- Una de las metas principales para los sobrevivientes de un ECV de los programas de rehabilitación el maximizar el recuperación motora y funcional de la movilidad.

- Este artículo ofrece una visión global de la investigación basada en la evidencia que soporta o discute la eficacia de 3 tratamientos para marcha hemiparetica post ECV: EEF, EBCSP y el entrenamiento asistido por robot.

- Las 3 intervenciones que han sido investigadas muestran un efecto positivo sobre diversos parámetros de la marcha y medidas de desempeño al caminar; sin embargo, se requieren mas pruebas para determinar si los métodos de entrenamiento específicos de la marcha potenciados por la tecnología son superiores a los metodos de entrenamiento en marcha convencionales.

- Se necesita mas investigación para determinar cómo las tecnologías disponibles en entrenamiento de la marcha se pueden adaptar a las características especificas de la marcha de cada paciente.

- Los estudios futuros deberían centrarse en la evidencia de un mecanismo central o periférico subrayando el efecto terapéutico o compensatorio de estas intervenciones con el fin de facilitar aun mas la aplicación de estas terapias basadas en la tecnología para la atención clínica de los pacientes.