En este cap´ıtulo se ha presentado una breve introducci´on a la movilidad hu- mana, los trastornos que la afectan y una revisi´on de los dispositivos de ayuda a la movilidad, prestando una atenci´on especial a los andadores.
En relaci´on a estos ´ultimos, cabe resaltar su gran potencial rehabilitador y de compensaci´on funcional, ya que utilizan para la locomoci´on las capacidades residuales del usuario tratando de mantener y potenciar las mismas. La realizaci´on y construcci´on de andadores avanzados se ha dado de forma un poco tard´ıa considerando, por ejemplo, todo el desarrollo cient´ıfico realizado en el marco de las sillas de ruedas avanzadas. Sin embargo, en los ´ultimos a˜nos se ha observado cierto movimiento en el desarrollo de distintos tipos de andadores rob´oticos por numerosos grupos de investigaci´on en Europa, Jap´on y Estados Unidos.
En estos trabajos se ha dado un ´enfasis especial en el guiado y en la navegaci´on asistida por entornos estructurados, implementando estrategias de conducci´on y evitaci´on de obst´aculos, entre otras. En este contexto, se han obtenido interesantes resultados y, a lo largo de este Cap´ıtulo 1, se ha intentado recoger los que han sido m´as representativos en la comunidad cient´ıfica.
No obstante, en lo que se refiere a la ayuda directa al soporte del peso del usuario, la estabilizaci´on del mismo y a la aportaci´on de energ´ıa de empuje du- rante la marcha asistida por andador, se ha observado cierta carencia en cuanto a los desarrollos y a la investigaci´on en general. El soporte parcial del peso del usuario, importante para la disminuci´on de la carga sobre los miembros inferio- res, ha sido abordado solamente por dispositivos m´as complejos, presentados al final del presente cap´ıtulo de este trabajo. El confort y la seguridad en el proceso de marcha tampoco ha sido el enfoque principal de gran parte de los estudios encontrados en la literatura. Adem´as, apenas aparecen en la bibliograf´ıa estudios relacionados con los efectos del uso continuado de andadores y su repercusi´on en la marcha humana asistida por el dispositivo y la literatura carece de una descripci´on detallada de los principales par´ametros que describen la interacci´on entre el usuario y el dispositivo.
De esta manera, el autor cree que es de gran relevancia la obtenci´on de dispo- sitivos m´as seguros, que aporten soporte f´ısico a los usuarios con el fin de evitar el uso de elementos de rehabilitaci´on alternativos, como las sillas de ruedas, que muchas veces tienen un efecto discapacitante en los usuarios debido a su uso pro- longado lo que origina m´ultiples complicaciones fisiol´ogicas y a no potenciar el uso de las capacidades residuales del usuario. De forma complementaria, el estudio y la caracterizaci´on de la marcha asistida por andadores deben ser abordados con el fin de, no s´olo conocer mejor el proceso, sino tambi´en de utilizar esta informaci´on para la obtenci´on de estrategias de procesamiento de se˜nales y de control m´as eficientes y seguras para el usuario, potenciando el uso de los andadores como
1.7. CONCLUSIONES 47
Cap´ıtulo 2
An´alisis de la marcha humana
asistida. Plataforma de
caracterizaci´on
2.1.
Introducci´on
En su manera m´as simplificada, la locomoci´on consiste en el desplazamiento del centro de gravedad de un individuo de un punto a otro, [69]. Considerando un enfoque m´as complejo, la locomoci´on humana independiente y funcional implica (i) el mantenimiento de la bipedestaci´on, (ii) el equilibrio y, l´ogicamente, (iii) la capacidad de realizar los movimientos de los pasos, [70].
Todas las m´ultiples formas de locomoci´on animal (el nadar, reptar, volar, trepar, gatear, correr, andar, etc) consisten b´asicamente en movimientos oscila- torios producidos por segmentos de su cuerpo. Estos movimientos angulares son convertidos por el cuerpo en movimientos de traslaci´on lineal, [69].
La marcha es el proceso natural que permite a los seres humanos la locomo- ci´on utilizando principalmente las extremidades inferiores. Este proceso puede ser descrito como una serie de movimientos alternantes, r´ıtmicos, de las extremida- des y del tronco, que determinan un desplazamiento del centro de gravedad. En t´erminos generales, la marcha humana se entiende como un proceso en el que el peso del cuerpo se va desplazando hacia adelante mientras es soportado de ma- nera alternada por las piernas, [71]. M´as espec´ıficamente, la locomoci´on humana puede describirse enumerando alguna de sus caracter´ısticas.
La ejecuci´on de un movimiento involucra procesos cognitivos, [72], desde fun- ciones de alto nivel relacionadas con la planificaci´on de tareas hasta el control motor evidenciando la interacci´on de varios sistemas del cuerpo humano, partien-
do en el sistema nervioso central y alcanzando el sistema m´usculo-esquel´etico. De forma complementaria, Duxbury define la marcha como la habilidad del sistema nervioso central para generar un n´umero de movimientos neuromusculares com- plejos y sincronizados por el cerebro de manera que el cuerpo humano sea capaz de moverse hacia delante, [2]. As´ı, la marcha humana es generada en el l´obu- lo frontal del cerebro por un generador r´ıtmico de impulsos que a su vez sufre modificaciones debido a entradas sensoriales de los sistemas visual y vestibular, adem´as del cerebelo.
De manera resumida, [73], el proceso secuencial natural que ocurre durante el caminar puede ser descrito de la siguiente manera:
1. Inicialmente, el sistema nervioso central activa una secuencia de comandos para la realizaci´on de la marcha.
2. El sistema nervioso perif´erico transmite se˜nales a los m´usculos.
3. Los m´usculos, cuando son activados (contracci´on muscular), generan ten- si´on mec´anica.
4. Las tensiones generadas se convierten en fuerzas y momentos en las articu- laciones sinoviales.
5. A su vez, las fuerzas y momentos generados causan el movimiento de los segmentos del cuerpo humano y la aplicaci´on de fuerzas sobre el entorno externo generando las fuerzas de reacci´on con el suelo.
Adem´as, el sistema sensorial de los m´usculos, articulaciones y otros sensores propioceptivos del cuerpo humano permiten la realimentaci´on al sistema nervioso central del proceso de marcha, controlando y modulando el movimiento del cuerpo humano.
El movimiento del cuerpo humano se puede dividir en tres planos (v´ease la figura 2.1) que son: el plano transversal, normal al eje superior-inferior; el plano sagital, normal al eje transversal; el plano coronal, normal al eje anteroposterior. Dado que la mayor´ıa de los movimientos durante la locomoci´on humana tienen lugar en el plano sagital, los patrones de movimiento y los estudios biomec´anicos en general, se centran en considerar lo que ocurre en este plano.
Se puede caracterizar la marcha a partir de diferentes par´ametros que des- criben la evoluci´on espacial y temporal del proceso. Del mismo modo, la mar- cha humana es caracterizada por par´ametros biomec´anicos relacionados con la din´amica de las articulaciones. En las siguientes secciones se realizar´a un estudio de los distintos par´ametros utilizados para el estudio de la marcha humana.