Understanding the underlying biomechanical mechanisms and strategies in dysvascular lower-limb amputees during Gait Initiation : implications for Gait analysis

Abstract

Un grand nombre de paramètres biomécaniques sont disponibles pour quantifier la marche mais aucun consensus n’existe quant aux paramètres les plus pertinents à mesurer lors de l’analyse de la marche chez les sujets sains. Le premier objectif de cette thèse était donc de réaliser une revue systématique afin de déterminer les paramètres les plus pertinents pour l’analyse de la marche chez les adultes sains. Les résultats ont permis de confirmer que les paramètres spatiaux-temporaux, et plus spécifiquement la vitesse de marche, sont les paramètres les plus souvent mesurés par le plus grand nombre d’articles pour l’analyse de la marche chez les adultes sains. De futures études sont nécessaires afin de pouvoir comparer ces résultats chez d’autres populations et déterminer leur pertinence clinique.

Lors de l’initiation à la marche, les ajustements posturaux anticipatoires (APA) permettent le transfert du poids du corps et la propulsion, tout en gardant l’équilibre et, au premier pas, de 75% à 90% de la vitesse de marche moyenne (SSWV) est atteinte. Bien que la population d’amputés transtibiaux pour cause dysvasculaire (DTTA) est importante et grandissante, aucune étude n’a, à ce jour, examiné les APA et le patron du premier pas lors de l’initiation à la marche chez cette population. Les deuxième et troisième objectifs de cette thèse étaient donc de comparer le patron des APA et la cinétique du premier pas chez 10 DTTA et 10 sujets contrôles lors de l’initiation à la marche. Les sujets ont initié la marche avec la jambe droite et gauche jusqu’à ce que la SSWV soit atteinte.

Les résultats de la deuxième étude démontrent une augmentation du temps en phase APA chez les DTTA, une stratégie pour compenser la force réduite en augmentant l’impulsion. Le résultat le plus important chez le DTTA est qu’en A/P, un déplacement total antérieur a été observé sous la jambe prothétique, une stratégie qui semble être spécifiquement associé à l’amputation dysvasculaire.

Les résultats de la troisième étude démontrent que lors du premier pas, l’impulsion de propulsion de la jambe prothétique était réduite par rapport à la jambe intacte et aux sujets contrôles. Cette réduction d’impulsion de propulsion est directement reliée à la perte des muscles fléchisseurs-plantaires au niveau de la jambe amputée. Curieusement, pour la force verticale maximale lors de la mise en charge et le taux de chargement, aucune différence n’a été observée entre la jambe intacte et la jambe des sujets contrôles ce qui supporte l’idée que les DTTA profitent d’un facteur protecteur contre le risque d’ostéo-arthrite au niveau de la jambe intacte.

Les spécialistes travaillant avec les DTTA devraient promouvoir l’initiation de la marche avec les deux jambes afin de bien préparer le DTTA aux perturbations de la vie quotidienne. Également, l’augmentation de la SSWV ne devrait pas nécessairement être un objectif de la réadaptation. De prochaines études devraient s’intéresser à comparer le patron de marche chez les DTTA aux amputées pour cause traumatique ainsi que s’intéresser au patron de terminaison de la marche.

A large number of biomechanical parameters are readily available with which to quantify gait but no consensus on the most relevant parameters for gait analysis in healthy adults exists with which to compare these results. The first objective of this thesis was therefore to complete a systematic review in order to establish those parameters most relevant for gait analysis in healthy adults. Results showed spatio-temporal parameters, specifically walking velocity, to be the most often measured biomechanical parameters and reported by the greatest number of articles for gait analysis in the healthy adult population. Further research should aim to compare these results to those of other populations and determine their clinical relevance.

In gait initiation, anticipatory postural adjustments (APA) allow for body weight to be transferred and propulsion while maintaining balance. As well, the first step accounts for 75% to 90% of the steady-state walking velocity (SSWV). Though the dysvascular transtibial amputee (DTTA) is the most sizeable and growing amputee population, no studies have yet investigated the APA’s and first step gait initiation pattern in this specific population. Thus, the second and third objectives of this thesis were aimed at comparing the APA’s pattern and underlying first step kinetics in 10 DTTA with 10 healthy controls prior during gait initiation. Participants were asked to initiate gait with their right then left limb leading until they reached SSWV.

In the second study, the increased APA time observed in the DTTA support the strategy to improve impulse by increasing time in the presence of diminished force production. The most important result is with regards to A/P total APA, as a total anterior displacement was observed in the prosthetic limb and would appear to be related to further reductions in propulsion specifically associated with dysvascular amputation.

Lastly, the results of the third study showed that propulsive impulse was significantly reduced in the prosthetic limb when compared to intact and control limbs. The reduction in propulsive impulse testifies of the missing plantarflexor muscles of the prosthetic limb. Interestingly, with regards to maximum vertical force at weight acceptance and loading rate there was no difference between the intact limb and the control limb. Though the DTTA are able to produce less intact limb vertical force, this may also place them at a reduced osteoarthritis risk in the intact limb.

Rehabilitation specialists should focus on both prosthetic and intact leading limb for gait initiation to aid the DTTA with everyday perturbations. As well, increasing SSWV should perhaps not be a goal of rehabilitation. Future research should focus on comparing gait initiation in the DTTA when compared to the traumatic TTA counterpart as well as understanding gait termination in the DTTA.