Gebruik van een enkel-voet exoskelet bij patiënten met inspanningsbeperking

Lichamelijke Opvoeding en Bewegingswetenschappen Academiejaar 2014 - 2015

Gebruik van een enkel-voet exoskelet bij patiënten met inspanningsbeperking Masterproef voorgelegd tot het behalen van de graad Master in de Lichamelijke Opvoeding en Bewegingswetenschappen Door: Nathalie HENS, Lisa VAN DORP

Promotor: dr. Philippe Malcolm Co-Promotor: Prof. dr. Dirk De Clercq Begeleider: drs. Samuel Galle

INHOUDSOPGAVE VOORWOORD ………………………………………………………………. I ABSTRACT …………………………………………………………………. III LITERATUURSTUDIE ……………………………………………………… 1 1

Inleiding ............................................................................................................................. 1

2

Wandelcyclus ..................................................................................................................... 2

3

4

2.1

Inleiding ....................................................................................................................... 2

2.2

Globale Kinematica ..................................................................................................... 2

2.3

Kinesiologie ................................................................................................................. 3

2.4

Wandelcyclus bij Senioren en COPD-Patiënten .......................................................... 4

Exoskeletten ....................................................................................................................... 8 3.1

Eigenschappen ............................................................................................................. 8

3.2

Verschillende Types Exoskeletten ............................................................................... 9

3.2.1

Full-body en lower-body, prestatiebevorderende exoskeletten ....................................... 9

3.2.2

Assisterende exoskeletten in revalidatie en bij een motorische beperking .................... 10

3.2.3

Enkel-voet exoskeletten................................................................................................. 11

3.3

Aansturing Exoskelet ................................................................................................. 13

3.4

Bouw Exoskelet ......................................................................................................... 15

3.5

Biomechanische en Fysiologische Aanpassingen ...................................................... 16

3.5.1

Kinematica van de enkel ............................................................................................... 16

3.5.2

Kinematica van het exoskelet ........................................................................................ 16

3.5.3

Metabole kost ................................................................................................................ 17

3.5.4

EMG .............................................................................................................................. 18

3.5.5

Wandelpatroon .............................................................................................................. 18

COPD ............................................................................................................................... 20 4.1

Definitie, Oorzaken, Symptomen .............................................................................. 20

5

4.2

Incidentie, Prevalentie, Mortaliteit ............................................................................ 22

4.3

Bestaande Behandelingen .......................................................................................... 22

4.4

Oxidatieve Capaciteit en Lactaatproductie in Skeletspieren ..................................... 24

4.5

Mogelijkheden Exoskelet bij COPD-Patiënten ......................................................... 25

Onderzoeksvragen .......................................................................................................... 26

METHODE ………………………………………………………………….. 29 1

Populatie .......................................................................................................................... 29

2

Procedure ......................................................................................................................... 29

3

Meetinstrumenten ........................................................................................................... 30

4

5

3.1

Camera ....................................................................................................................... 30

3.2

Saturatie- en Hartslagmeter ....................................................................................... 30

3.3

Vragenlijst Vermoeidheid en Beleving ...................................................................... 30

3.4

Spirometrie ................................................................................................................ 31

3.5

IPAQ Vragenlijst ........................................................................................................ 31

Dataverwerking ............................................................................................................... 31 4.1

Metabole Kost............................................................................................................ 31

4.2

Staplengte en Stapbreedte .......................................................................................... 32

4.3

Steunfase, Enkelhoek en Enkelhoeksnelheid ............................................................ 32

4.4

Krachtmoment en Vermogen van het Exoskelet ........................................................ 33

Data Analyse .................................................................................................................... 34

RESULTATEN ………………………………………………………………. 37 1

Fysiologie ......................................................................................................................... 37 1.1

1.1.1

Senioren en jongeren ..................................................................................................... 37

1.1.2

COPD ............................................................................................................................ 38

1.2 2

Metabole Kost............................................................................................................ 37

Zuurstofsaturatie en Hartfrequentie ........................................................................... 40

Kinematica ....................................................................................................................... 43

2.1

2.1.1

Senioren en jongeren ..................................................................................................... 43

2.1.2

COPD ............................................................................................................................ 44

2.2

3

Stapbreedte ................................................................................................................ 43

Staplengte .................................................................................................................. 44

2.2.1

Senioren en jongeren ..................................................................................................... 44

2.2.2

COPD ............................................................................................................................ 45

2.3

Steunfase .................................................................................................................... 45

2.4

Enkelhoek en Enkelhoeksnelheid .............................................................................. 45

2.5

Krachtmoment en Vermogen van het Exoskelet ........................................................ 48

IPAQ en Beleving ............................................................................................................ 50 3.1

IPAQ .......................................................................................................................... 50

3.1.1

Senioren ......................................................................................................................... 50

3.1.2

COPD ............................................................................................................................ 50

3.2

Perceptie .................................................................................................................... 51

3.2.1

Senioren ......................................................................................................................... 51

3.2.2

COPD ............................................................................................................................ 53

DISCUSSIE ………………………………………………………………….. 55 1

2

Senioren............................................................................................................................ 56 1.1

Haalbaarheid bij de Doelgroep .................................................................................. 56

1.2

Metabole Kost............................................................................................................ 57

1.3

Adaptatie .................................................................................................................... 58

1.4

Vermogen ................................................................................................................... 58

1.5

Perceptie en Kinematica ............................................................................................ 59

1.6

Conclusie ................................................................................................................... 60

COPD ............................................................................................................................... 60 2.1

Haalbaarheid bij de Doelgroep .................................................................................. 60

2.2

Metabole Kost............................................................................................................ 60

2.3

Conclusie ................................................................................................................... 61

3

Relevantie......................................................................................................................... 62 3.1

Senioren ..................................................................................................................... 62

3.2

COPD......................................................................................................................... 63

4

Beperkingen van het Onderzoek ................................................................................... 63

5

Richtlijnen voor Toekomstig Onderzoek ...................................................................... 65

6

Algemene Conclusie ........................................................................................................ 65

REFERENTIES ……………………………………………………………... 67 BIJLAGEN …………………………………………………………………... 73 1

Informed Consent ........................................................................................................... 73

2

Vragenlijst Perceptie ....................................................................................................... 77

3

Borgschaal ....................................................................................................................... 80

4

IPAQ Vragenlijst ............................................................................................................. 81

VOORWOORD In onze thesis deden we onderzoek naar het gebruik van een plantairflexie assisterend exoskelet bij patiënten met een inspanningsbeperking. Dat is het antwoord dat we verschillende keren hebben herhaald wanneer geïnteresseerde vrienden of familie naar ons thesisonderwerp vroegen. Voor mensen zonder wetenschappelijke achtergrond klink dit onderwerp eerder speciaal. Ook wij waren voor onze opleiding lichamelijke opvoeding niet op de hoogte van het bestaan van een exoskelet. Pas toen we tijdens onze 3-jarige bachelor opleiding meer over het toestel te weten kwamen en ingeleid werden in de wereld van de biomechanica, begon de interesse voor het onderwerp toe te nemen. Hoewel we beiden een andere afstudeerrichting zouden kiezen in de 2-jarige master (sporttraining en -management), besloten we toch om als duo een thesis te schrijven. We kenden elkaar vooraf helemaal niet goed, maar het is de interesse voor biomechanica en wetenschap die ons heeft samengebracht. Door te beginnen met het uitschrijven van een literatuurstudie, word je helemaal meegezogen in het thesisonderwerp en kan het leerproces beginnen. Ook het feit dat je als student actief meewerkt aan de testafnames maakt dat de thesis een deel van jezelf wordt, je hebt het hele proces meegemaakt en begrijpt hoe alles in zijn werk gaat. Daarna kan de dataverwerking beginnen en de interpretatie van de resultaten. Om al deze taken uit te voeren hebben we vele uren geschreven en elkaars teksten gecontroleerd, om ze nadien opnieuw te herschrijven. Dit uiteraard met de hulp en begeleiding die we vanuit de opleiding hebben gekregen. Bijzondere dank gaat daarom uit naar onze begeleider Samuel Galle, die telkens opnieuw bereid was om ons werk na te lezen en het zo tot een hoger niveau tilde. Onze promotor dr. Philippe Malcolm willen we ten zeerste bedanken voor zijn constructieve feedback. Ook Prof. dr. Dirk De Clercq, copromotor van onze thesis, willen we van harte bedanken voor zijn hulp en steun. Hij heeft ons op een boeiende manier de beginselen van de biomechanica en bewegingsanalyse bijgebracht. Dit heeft sterk bijgedragen tot onze interesse voor het vakgebied. Een welgemeende dankuwel gaat ook uit naar alle proefpersonen die bereid waren om mee

I

te werken aan dit onderzoek. Voor onze doelgroep, senioren en COPD-patiënten, was dit geen makkelijke opgave. Het deed ons plezier om te zien met welke interesse de proefpersonen aan ons onderzoek hebben meegewerkt. Dit in combinatie met de verkregen resultaten, daar kunnen wij hen alleen maar dankbaar voor zijn. Nogmaals, Dankuwel! Uiteraard willen we ook onze ouders, vrienden en familie bedanken voor de steun die ze ons gedurende de 5-jarige opleiding geboden hebben. Door twee jaar aan deze thesis te werken, hebben we heel wat bijgeleerd over het onderwerp. We zijn trots op het uiteindelijke resultaat en willen u met plezier ons onderzoek voorstellen.

II

ABSTRACT DOELSTELLING: Het is reeds bewezen dat een plantairflexie assisterend exoskelet kan zorgen voor een daling in metabole kost binnen een gezonde populatie jongvolwassenen. De doelstelling van deze studie was om het exoskelet te gebruiken bij COPD-patiënten en senioren. Enerzijds werd onderzocht of het mogelijk was om hen hiermee te laten wandelen en anderzijds werd bestudeerd of er een reductie in metabole kost was wanneer er gewandeld werd met een actief exoskelet. METHODE: Zeven gezonde senioren (zes mannen en één vrouw van 70,5 ± 2,9 jaar) en drie COPD-patiënten namen deel aan de studie. Zij wandelden vier keer vijf minuten in volgende condities: geschoeid (SHOD), met het passief exoskelet (UNPW) en tweemaal met het actief exoskelet (POW1, POW2) in een random volgorde. Hierbij werd gedurende elke volledige conditie de metabole kost gemeten met behulp van de analyse van de in- en uitgeademde lucht. Na elke conditie peilde een vragenlijst naar de moeilijkheidsgraad, comfort, algemene vermoeidheid, spiervermoeidheid, evenwicht en stabiliteit. RESULTATEN: Zowel senioren als COPD-patiënten waren in staat om met het exoskelet te wandelen. De metabole kost tijdens het wandelen met het actief exoskelet (POW1) vertoonde een trend tot verschil (daling van 8,8 %) met het wandelen met het passief exoskelet (UNPW). De daling was significant bij het verschil tussen de passieve (UNPW) en de tweede actieve conditie (POW2) en bedroeg 11,6 %. De groep COPD-patiënten vertoonde een gelijkaardig patroon, maar dit kon niet statistisch gestaafd worden gezien de kleine steekproef. De algemene perceptie met betrekking tot moeilijkheidsgraad, comfort, algemene vermoeidheid, spiervermoeidheid en evenwicht van het wandelen met het actief exoskelet week – met uitzondering van twee condities – niet significant af van hoe het geschoeid wandelen ervaren werd. Enkel het passief exoskelet werd als moeilijker ervaren en tijdens de tweede actieve conditie hadden de senioren het gevoel dat hun spieren minder vermoeid werden. CONCLUSIE: Een plantairflexie assisterend exoskelet zorgt voor een daling in metabole kost bij senioren bij het vergelijken van de passieve en de actieve conditie. Eenzelfde trend lijkt zich te manifesteren bij COPD-patiënten. Om het verschil met geschoeid wandelen significant te maken, zal het exoskelet verder geoptimaliseerd moeten worden zodat de patiënt hier weinig of geen hinder van ondervindt.

III

LITERATUURSTUDIE 1 Inleiding Het doel van dit onderzoek is om de haalbaarheid van een plantairflexie assisterend enkelvoet exoskelet bij patiënten met Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD, chronische obstructieve longziekte) te achterhalen. COPD-patiënten wandelen aan een lagere snelheid dan de gemiddelde gezonde populatie. Ook hun wandelpatroon kan mogelijks afwijkingen vertonen (Annegarn et al., 2012; Butcher). Hierdoor is het moeilijk om een studie met een assisterend exoskelet uit te voeren bij deze personen. Daarom worden de COPD-patiënten opgenomen in een pilootstudie achteraf betreffende haalbaarheid voor het gebruik van een plantairflexie assisterend exoskelet. Aangezien COPD een ziekte is die vooral voorkomt bij personen ouder dan 40 jaar (Afonso et al., 2011), zal de haalbaarheid van het wandelen met een exoskelet eerst nagegaan worden bij gezonde senioren, om daarna in de pilootstudie COPD-patiënten te bekijken. Hun wandelpatroon vertoont immers heel wat gelijkenissen met dat van een gezonde oudere populatie (Annergarn et al, 2012; Kerrigan, 1998). Allereerst wordt de wandelcyclus kort beschreven, om te situeren hoe de interventie tijdens het stappen zal gebeuren, zowel bij senioren als bij patiënten met COPD. In een volgend deel worden de verschillende types exoskeletten, de bouw en aansturing toegelicht. Daarna worden de effecten besproken die het plantairflexie assisterend enkel-voet exoskelet dat in deze studie gebruikt wordt, kan hebben op de fysiologie, de kinematica en het gevoelsmatige aspect. Aangezien het een vooronderzoek betreft voor de specifieke doelgroep COPD-patiënten, komt deze ziekte ook uitgebreid aan bod. De verschillende gevolgen op fysieke activiteit en spieren worden besproken, alsook de reeds bestaande behandelingen, zoals revalidatietherapie. Op die manier wordt er overgegaan naar de meer gedetailleerde onderzoeksvragen.

1

2 Wandelcyclus 2.1 INLEIDING Voor de doelgroep die met dit onderzoek bereikt wil worden, is wandelen vaak de voornaamste en wellicht enige manier van verplaatsen zonder hulpmiddelen. Wandelen is een metabool erg economische manier van voortbewegen. Er zijn wel enkele mogelijke verschillen in het wandelpatroon die zich kunnen manifesteren bij senioren ten opzichte van volwassenen. Dit zijn zaken die ook van invloed kunnen zijn bij patiënten met COPD. In deze studie wordt gewerkt met een exoskelet dat de plantairflexoren zal ondersteunen (zie verder). Het betreft hier als grootste spieren de m. soleus en m. gastrocnemius. Zij staan vooral in voor het afduwen van de voet, het moment net voor de toe off (Delisa, 1998) en hebben dus een effect op het enkelgewricht. De wandelcyclus wordt dan ook vooral vanuit dat oogpunt besproken.

2.2 GLOBALE KINEMATICA

Figuur 1: Verloop lichaamszwaartepunt (LZP).

De wandelbeweging kan gezien worden als een cyclische opeenvolging van een steunfase en een zwaaifase, waarbij men afwisselend op beide voeten en op de linker- of rechtervoet steunt. Het traject van het lichaamszwaartepunt gaat voorwaarts en maakt slechts een op en neer gaande beweging (zie figuur 1). Elke voet zal bij wandelen aan een snelheid van ongeveer 1,5 m/s of 5,4 km/u gemiddeld genomen zo’n 60% van de totale schredetijd in steunfase zijn en 40% in zwaaifase (Delisa, 1998). Elke schrede start bij de heel strike; dit

2

is het moment waarop de hiel de grond raakt, waarna de steunfase volgt. Die steunfase eindigt wanneer de tenen de grond verlaten, toe off genoemd. De bipedale fase waarin beide voeten op de grond steunen zal bij hogere snelheden afnemen en bij lagere snelheden toenemen (Delisa, 1998).

2.3 KINESIOLOGIE Het nader bekijken van de bijgevoegde figuur (2) leert ons dat de enkel bij de start van de schrede (gedurende zo’n 5 % van de totale schredetijd) en dus het neerkomen van de voet een plantairflexie uitvoert, waarna meteen dorsiflexie volgt tot op het moment dat de hiel weer loskomt. Op dat moment wordt de push-off ingezet. Op de figuur ziet men dat er dan een piek is in het netto gewrichtsvermogen (power) van de enkel. Deze bedraagt 430 Watt (± 5,9 Watt/kg) bij wandelen aan gemiddelde snelheid, maar varieert naargelang men trager of sneller wandelt (Winter, 1983). Als de vergelijking met het heup- en kniegewricht gemaakt wordt, kan geconcludeerd worden dat het vermogen dat door het enkelgewricht gegenereerd moet worden tijdens de plantairflexie het grootst is. Hier kan het plantairflexie assisterend exoskelet, waarvan sprake in deze studie, ondersteuning bieden (zie verder).

Figuur 2: Verloop van de enkelhoek, gewrichtsmoment en gewrichtsvermogen tijdens de totale schredetijd. (Uit: Winter, 1983)

3

Figuur 3: Verloop van de netto gewrichtsvermogens van heup, knie en enkel gedurende de totale schredetijd. (Uit: Winter et al., 1983)

2.4 WANDELCYCLUS BIJ SENIOREN EN COPD-PATIËNTEN De wandelcyclus bij

senioren is niet helemaal (meer) gelijk aan die van

(jong)volwassenen. Bij deze doelgroep werden in het verleden al meerdere studies gedaan naar het al dan niet veranderde gangpatroon bij een toenemende leeftijd. Bij de vergelijking met jongere mensen kwamen dan ook verschillende bevindingen naar voor. Zo vonden Mills & Barrett (2001) geen verschil in voorkeurssnelheid tussen 10 jonge personen (24,9 ± 0,9 jaar) en 8 senioren (68,9 ± 0,4 jaar), noch in spatiotemporele variabelen als schredelengte, schredetijd, duur zwaai- en steunfase. Terwijl een ander onderzoek hier wel verschillen in vond (Kerrigan et al., 1998; Menz et al., 2003). De studie van Kerrigan et al. werd gedaan bij senioren van gemiddeld 72,7 ± 5,5 jaar en jongvolwassenen van 28,5 ± 4,9 jaar. Zij stelden een lagere voorkeurssnelheid en kortere staplengte vast. Dit werd bevestigd door Menz et al., (2003). Kerrigan et al. (1998) vonden geen verschil in bipedale steunfase, terwijl een eerder

4

onderzoek van Winter et al. (1990) hier wel melding van maakte. Aangezien een lagere snelheid zorgt voor een langere bipedale fase (Delisa, 1998) is het aannemelijk dat er toch sprake is hiervan. De mogelijke verklaring die Winter et al. geeft voor de langere bipedale fase is dat senioren hun wandelpatroon op een welbepaalde manier aanpassen zodat ze hun evenwicht minder snel zouden verliezen. Men probeert de onstabiliteit die veroorzaakt wordt door het wandelen te verminderen en dus de restabilisatiefase te verkorten door kortere passen te nemen. In zijn studie beschrijft Bohannon (1997) het verschil in wandelsnelheid bij personen met een leeftijd tussen 20 en 79 jaar. Het belangrijkste resultaat hier is de afname in zowel de comfortabele als maximale wandelsnelheid die onder andere te wijten is aan een toename van de leeftijd. Volgens zijn onderzoek is deze afname ook te wijten aan lichaamslengte en afname in spierkracht in de onderste ledematen. Uit bovenstaande studies kan algemeen aangenomen worden dat de wandelcyclus bij senioren een lagere voorkeurssnelheid en bijgevolg kortere staplengte tot gevolg heeft. Wellicht de belangrijkste bevinding voor dit onderzoek met senioren en COPD-patiënten is de verminderde enkel plantairflexie en afduwkracht. Dit werd zowel door Winter et al. (1990) als door Kerrigan et al. (1998) vastgesteld. Het onderzoek van Winter et al. (1990) stelt dat de kracht die bij het afduwen gegenereerd wordt gelijk is aan 1,81 Watt/kg bij jongvolwassenen (van gemiddeld 24,6 jaar) en slechts 1,17 Watt/kg bij senioren (van gemiddeld 68 jaar). De latere gegevens van Kerrigan et al. (1998) bevestigen dit: 2,13 Watt/kg bij jongvolwassenen tegenover slechts 1,70 Watt/kg bij senioren. Alle bovenstaande factoren die het verschil tussen het wandelpatroon bij senioren ten opzichte van jongeren beschrijven, houden verband met elkaar. Zo is de afnemende spierkracht een verklaring voor de verminderde plantairflexie van de enkel en dus afduwkracht. Deze verminderde afduwkracht zorgt op zijn beurt voor een kortere staplengte en bijgevolg ook een langere steunfase of bipedale fase bij senioren ten opzichte van jongeren (Winter et al. 1990). Het exoskelet waarvan sprake in deze studie zal net die afduwbeweging kunnen ondersteunen. Voordat daar verder onderzoek naar gedaan wordt, moet vermeld worden dat net omdat senioren een veranderd wandelpatroon vertonen, dit gevolgen kan hebben voor het leren stappen met een exoskelet. Zo beschreef Winter eerder dat senioren moeite hebben met het behouden van hun evenwicht. Dit kan een probleem zijn aangezien het exoskelet een extra

5

gewicht is dat gedragen dient te worden en dit het bestaand wandelpatroon nog zal beïnvloeden. Een studie van Norris et al. (2006) geeft aan dat senioren meer tijd nodig hebben om zich aan iets nieuws aan te passen en de positieve effecten van een exoskelet te ondervinden. Ook dit kan in het begin een beperkende factor zijn voor het gebruik van een plantairflexie assiterend exoskelet bij deze populatie. Net zoals bij senioren, is ook de wandelcyclus bij patiënten met COPD niet meer helemaal naar analogie met die van gezonde volwassenen. Het wandelpatroon van patiënten met COPD zal gedeeltelijk aansluiten bij dat van gezonde senioren. Dit is omdat COPD een aandoening is die optreedt bij mensen van iets oudere leeftijd. Maar naast de gelijklopende kenmerken tussen het wandelpatroon van een gezonde populatie en patiënten met COPD, vertonen COPD-patiënten een aantal specifieke kenmerken in hun wandelcyclus. Zo is er een significante correlatie tussen een abnormaal wandelpatroon (manken, slenteren) en ernstige COPD (Yentes et al., 2011). Eerder al vonden Butcher et al (2004) dat

COPD-patiënten

een

verminderd

evenwicht,

verminderde

coördinatie

en

beweeglijkheid vertonen ten opzichte van gezonde personen. COPD-patiënten hebben dan ook een verhoogde kans op vallen. Deze is tot 4 à 5 keer hoger dan bij een gezonde populatie (Beauchamp et al., 2009). Door het gebruik van accelerometers werd later ook vastgesteld dat COPD-patiënten aan een lagere intensiteit en lagere stapfrequentie wandelen, alsook een verhoogde variabiliteit (Annegarn et al., 2012). COPD-patiënten stapten 57 ± 6 schredes per minuut, terwijl de gezonde personen er 66 ± 4 stapten (Annegarn et al., 2012). Indien de verminderde plantairflexie waarvan sprake bij gezonde senioren in een studie van Winter et al. (1990), zich ook voordoet bij patiënten met COPD, zal het verschil met de gezonde populatie mogelijks verminderd kunnen worden dankzij het assisterend exoskelet. Om onderzoek uit te voeren met het exoskelet, zal rekening moeten worden gehouden met de specifieke karakteristieken die het wandelpatroon bij senioren en COPD-patiënten vertonen. Algemeen kan gesteld worden dat er variaties in staplengte en wandelsnelheid voorkomen bij beide populaties. Daarnaast moet ook het verminderde evenwicht bij senioren en de grotere kans op vallen bij COPD-patiënten in rekening worden gebracht. De evenwichtsfactor kan een grote rol spelen in de uitvoerbaarheid van het onderzoek. Ook de grotere metabole kost die de patëntenpopulatie vertoont, is een beperkende factor voor de fysieke testen. Aangezien het testen bij senioren door bovenstaande redenen makkelijker

6

uitvoerbaar is dan bij COPD-patiënten, zullen eerst gezonde senioren getest worden. Wanneer uit die testen blijkt dat het exoskelet een effect heeft bij deze populatie, kan nadien getest worden of dit zelfde effect ook bij COPD-patiënten verkregen wordt. Volgens Yentes et al. (2012) wordt het wandelpatroon voornamelijk beïnvloed door een trade-off tussen wat nodig is om de metabole kost tijdens het wandelen te minimaliseren en het behouden van stabiliteit. Dit betekent dat wanneer het lichaam tijdens het wandelen inspanningen doet om het evenwicht beter te behouden, er hiervoor zal worden ingeboet aan metabole kost. Er wordt dus meer energie verbruikt bij inspanningen om het evenwicht te behouden. Andersom, wanneer het lichaam een minimum aan energie wil verbruiken tijdens het wandelen, zal dit ten koste gaan van het evenwicht. Specifiek voor COPD-patiënten zal er met dit onderzoek getracht worden om de metabole kost tijdens het wandelen te verlagen. Dit om COPD-patiënten een manier te bieden waardoor zij opnieuw lichte fysieke inspanningen kunnen verdragen. Volgens Yentes et al. (2012) zal het reduceren van metabole kost erg bemoeilijkt worden door bovenstaande besproken factoren, namelijk het verminderde evenwicht en de afgenomen spierkracht in de onderste ledematen. Indien dit onderzoek er in slaagt om het energieverbruik te verlagen tijdens de testen, kan er verder gewerkt worden aan de implementatie van het exoskelet in revalidatie en het dagelijks leven.

7

3 Exoskeletten 3.1 EIGENSCHAPPEN Onder de term exoskelet en orthese verstaat men in de literatuur een mechanisch geraamte dat een extra bewegingskracht meegeeft aan de drager ervan. De term exoskelet wordt meestal gebruikt bij toestellen die de prestatie van een gezond persoon verbeteren daar waar orthese eerder gebruikt wordt bij toestellen voor personen met een pathologische aandoening aan een onderste ledemaat (Herr, 2009). Om praktisch bruikbaar te zijn dient een exoskelet aan enkele eigenschappen te voldoen. Wat functionaliteit betreft, mag een exoskelet de natuurlijke beweging van de gebruiker niet verhinderen of tegenwerken. Het is dus belangrijk dat het exoskelet een lage impedantie heeft. Dit wil zeggen dat het weinig weerstand biedt voor de gebruiker. In een ideale situatie zou het exoskelet in harmonie moeten bewegen met de gebruiker (Malcolm et al., 2013). Dit blijkt echter een zeer moeilijke opgave te zijn. Een volgende eigenschap houdt in dat het duurzaam moet zijn en voorzien van een eenvoudige energietoevoer. Een laatste, zeer belangrijke eigenschap stelt dat een exoskelet comfortabel moet zijn voor de gebruiker en de veiligheid moet garanderen. Bij de ontwikkeling van een exoskelet moeten wetenschappers zich de vraag stellen welk doel ze voor ogen hebben. Afhankelijk hiervan zal het exoskelet variëren in eigenschappen en functionaliteit. Algemeen gezien is er op dit moment sprake van drie soorten exoskeletten die zich richten op drie verschillende doelgroepen (Bogue, 2009):  prestatiebevorderende exoskeletten voor gezonde individuen, vaak gebruikt in een militaire setting  medische exoskeletten die hulp en ondersteuning kunnen bieden bij de revalidatie van patiënten na een ongeval en/of hersenletsel.  prothesen en exoskeletten die personen met een motorische beperking kunnen helpen hun bewegingscapaciteiten te verhogen Bovenstaande types exoskeletten zullen verder nog toegelicht worden.

8

3.2 VERSCHILLENDE TYPES EXOSKELETTEN Onderzoekers trachten al jarenlang een exoskelet te ontwikkelen dat voldoet aan de eisen van hun doelgroep, of met andere woorden, een exoskelet dat op die manier functioneert zodanig dat het voor de gebruiker de voordelen maximaliseert en de nadelen minimaliseert. Zoals eerder vermeld bestaan er 3 verschillende soorten exoskeletten, elk met een ander doel.

3.2.1 Full-body en lower-body, prestatiebevorderende exoskeletten Full-body exoskeletten zijn ontworpen met als doel om menselijke prestaties te verhogen. Een voorbeeld hiervan is de last verminderen die de mens ondervindt bij het dragen van een groot gewicht, zodat de activiteit langer kan worden aangehouden. Twee soorten exoskeletten van dit type zullen hier wat uitgebreider aan bod komen, maar het spreekt voor zich dat er nog tal van andere ontwikkeld zijn. Het eerst ontwikkelde lastdragende en energetisch autonoom exoskelet werd ontwikkeld door de Universiteit van Californië. The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX) werd met het oog op militaire vooruitgang ontwikkeld. Om de normale beweging van de gebruiker niet tegen te werken heeft men er voor gekozen om de vrijheidsgraden van het exoskelet zo te selecteren dat deze een groter bereik hebben dan die van de mens tijdens het wandelen. Wel werd het bewegingsbereik uiteraard kleiner gehouden dan de limieten van de gewrichten om blessures te voorkomen (Zoss et al., 2005). Het hoofddoel van dit prototype was om militairen makkelijker te laten functioneren wanneer ze veel gewicht moesten meedragen. Volgens Kazerooni (2006) stelde BLEEX hen in staat om met een last van 75 kg op hun rug aan een snelheid van 3,24 km/u te wandelen. In theorie zag dit model er veelbelovend uit, maar praktisch was het zeker niet. De energieaandrijving moest met een grote energiebron gebeuren waardoor dit exoskelet op zich niet optimaal was. Anderzijds zijn er tegenstrijdige resultaten uit een studie die het zuurstofverbruik bij gelijkaardige exoskeletten in kaart bracht, zoals in het onderzoek van Gregorczyk et al. (2010). Daar werd een hogere metabole kost gevonden bij het wandelen met het exoskelet dan bij het wandelen zonder exoskelet. Aan de universiteit van Tsukuba in Japan werd een exoskelet genaamd HAL-5 (Hybrid Assisted Limb) ontwikkeld dat zich zowel richt op revalidatie als prestatiebevordering. Dit model werd ontwikkeld met als doel de bewegingscapaciteiten van de gebruiker te

9

ondersteunen en uit te breiden. Het HAL-5 exoskelet is een full-body exoskelet dat zich dus richt op zowel de armen, de benen als de romp. Volgens Herr (2009) stelt HAL-5 mensen in staat om 5x het gewicht te dragen dat ze zouden kunnen dragen zonder ondersteuning van een exoskelet. De werking van HAL-5 wordt bewerkstelligd door elektroden op de huid te plaatsen die in contact staan met het exoskelet. Wanneer een persoon een poging doet om te bewegen worden er met motorneuronen signalen van de hersenen naar de spieren gestuurd om de gewenste beweging te kunnen uitvoeren. De actiepotentialen in de spieren worden via EMG geregistreerd door het exoskelet, zodat de beweging van de drager ondersteund kan worden, precies op het moment dat de drager het wenst. Er wordt dus gebruik gemaakt van een controlesysteem dat door de drager wordt gestuurd waardoor de bewegingen er zo natuurlijk mogelijk uitzien en ook zo aanvoelen (Herr, 2009). Uit studies met full-body en lower-body exoskeletten is gebleken dat het energieverbruik stijgt. Dit gaat in tegen de eigenschappen die een exoskelet zou moeten hebben. Ook deze studie zou uiteindelijk in een daling van de metabole kost moeten resulteren. Omdat men deze daling niet kon bereiken met bovenstaand vermelde exoskeletten is de focus in de onderzoekswereld verlegd naar exoskeletten die slechts één gewricht ondersteunen.

3.2.2 Assisterende exoskeletten in revalidatie en bij een motorische beperking Een eerder patiëntgerichte benadering bestaat uit het ontwikkelen van ondersteunende technologieën voor mensen met neurologische afwijken. De effectiviteit van dergelijke exoskeletten werd reeds bewezen bij mensen die herstellen van een hartaanval of een ruggenmergletsel (Tefertiller en al., 2011). Het effect van dit type behandeling bij mensen met multiple sclerose is beperkt, maar andere technieken die bij deze patiëntengroep gebruikt worden, blijken niet effectiever (Tefertiller et al., 2011). Modellen die hierbij aansluiten zijn Lopes en Lokomat (zie figuur 4). Deze laatste wordt gebruikt als ondersteuning bij personen die herstellen van een hartaanval of gedeeltelijke verlamming (Díaz et al., 2011). Het model bestaat uit een orthese – gecombineerd met een ondersteunend harnas – die wordt gebruikt op een loopband. Het maakt gebruik van computergestuurde aandrijving die aan beide knie- en heupgewrichten in de orthese zitten verwerkt. De Lokomat beweegt op zichzelf en de patiënt wordt gedwongen mee te bewegen, maar heeft hier geen controle over. Dit systeem wordt zo afgesteld dat de activatie van het exoskelet gelijk loopt met de snelheid van de loopband (Díaz et al., 2011).

10

Een recente studie bij personen die door een beroerte getroffen werden, heeft echter aangetoond dat de patiënten die met Lokomat getraind hebben minder vooruitgang boekten op

vlak

van

wandelsnelheid

en

afstand,

in

vergelijking

met

gewone

revalidatieprogramma’s (Hidler et al., 2009).

Figuur 4: Lokomat

Enkele andere grote modellen zoals bijvoorbeeld het Lower Extremeity Powered Exoskeleton (LOPES) werken op dezelfde manier als Lokomat en gebruiken ook een ondersteunend harnas. Deze modellen hebben als doel om patiëntenpopulaties terug te leren stappen. Het zijn grote, niet-mobiele modellen toestellen die dus vooral gebruikt kunnen worden in een klinische setting (Veneman et al., 2007). Ook hier is de conclusie dat de resultaten minder positief zijn dan men bij aanvang van deze onderzoeken had verwacht. Dergelijke niet-mobiele toestellen kunnen niet gebruikt worden in het dagelijks leven. Aangezien de klinische wereld vooral op zoek is naar toestellen die ook buiten een klinische setting gebruikt kunnen worden, is men meer beginnen focussen op kleinere enkel-voet exoskeletten.

3.2.3 Enkel-voet exoskeletten Het soort exoskelet dat in deze studie met COPD-patiënten gebruikt wordt, is een actief enkel-voet exoskelet. Uit onderzoek is gebleken dat de spieren die zorgen voor plantairflexie van de voet tijdens het wandelen meer positief mechanisch werk leveren dan de heup of knie (Kuo, 2001). Naar aanleiding hiervan begon men elektronisch aangestuurde enkel-voet ortheses te ontwikkelen die focussen op assistentie van de plantairflexoren (Ferris et al., 2005). Dit exoskelet zal trachten om de bewegingscapaciteiten van mensen met een motorische beperking te vergroten.

11

Blaya en Herr ontwikkelden in 2004 een exoskelet met variabele impedantie, de AAFO (zie figuur 5). De AAFO werd getest op een specifieke patiëntenpopulatie. De patiënten hadden een aandoening genaamd drop-foot, in het Nederlands soms klapvoet genoemd. Deze aandoening wordt veroorzaakt door totale of partiële verlamming van de spieren die geënerveerd worden door de perineale zenuw of de m. tibialis anterior, een hartaanval of multiple sclerosepatiënten, en heeft een abnormaal wandelpatroon tot gevolg (Blaya & Herr, 2004). De twee voornaamste complicaties zijn foot slap, ofwel het ongecontroleerd vallen van de voet op de grond onmiddellijk na hielcontact en het slepen van de tenen over de grond tijdens de zwaaifase. Het onderzoeksopzet was nagaan of de complicaties van drop-foot kunnen worden geminimaliseerd door het exoskelet aan te sturen met een constante impedantie, een variabele impedantie of zonder impedantie. Met die impedantie wordt de weerstand bedoeld die aan het exoskelet kan worden toegekend. Het exoskelet is naast een passieve enkel-voet orthese nog uitgerust met een seriële elastische actuator, of een SEA. Deze wordt aangestuurd aan de hand van grondreactiekrachten en sensorische informatie over de gewrichtshoeken. De SEA zorgt ervoor dat de plantairflexie tijdens de steunfase gecontroleerd wordt en de dorsiflexie tijdens de zwaaifase geassisteerd wordt. Het resultaat was dat het exoskelet met variabele impedantie zorgt voor een beter wandelpatroon bij toenemende wandelsnelheden: afname van het slepen van de voet, een betere symmetrie met het niet aangetaste been en toenemende steun tijdens plantairflexie van de voet (Blaya & Herr, 2004)

Figuur 5: AAFO

Om deze exoskeletten te gebruiken met het oog op klinische toepassingen (namelijk als eventueel hulpmiddel bij de revalidatie van COPD-patiënten), is het belangrijk om eerst de interactie tussen de menselijke beweging en de assistentie van het exoskelet goed te

12

begrijpen. Het menselijke systeem werkt immers al zeer efficiënt en kan enkel verbeterd worden met behulp van een exoskelet als er een optimale interactie tussen beiden is.

3.3 AANSTURING EXOSKELET Doorheen de tijd werden 2 verschillende soorten aansturing voor exoskeletten gebruikt. Eén daarvan is de neurale aansturing waarbij men gebruik maakt van EMG-registratie. Die wordt afgenomen van de m. tibialis anterior en de m. soleus. Door elektroden op voorgenoemde spieren te bevestigen, worden tijdens de wandelcyclus de EMG-signalen geregistreerd. Een computerprogramma leest aan de hand van het activatiepatroon van de verschillende spieren op welk moment een bepaalde hoeveelheid lucht in de pneumatische spier gepompt moet worden. De EMG van de m. soleus activeert de pneumatische spier die instaat voor plantairflexie, terwijl de EMG van de m. tibialis anterior de pneumatische spier activeert die instaat voor dorsiflexie van de voet. Eens de EMG van een spier boven een bepaalde grens – of verschillende gradaties van grenzen – gaat, zal de computer reageren door de pneumatische spier te activeren (Ferris et al., 2005). Ook in 2006 bouwden Ferris et al. een dergelijk systeem. De vertraging tussen het EMG signaal en de effectieve activatie van de pneumatische spieren (ten gevolge van vertraging in hardware en software) was 47 ± 7 ms. De neurale aansturing is een directe link tussen het zenuwstelsel van de gebruiker en het krachtmoment van het exoskelet. In de bijgevoegde figuur geven de grijze pijlen een duidelijk beeld van deze vorm van aansturing (zie figuur 6).

Figuur 6: EMG-aansturing (grijze pijlen) versus footswitch aansturing (zwarte pijlen). (Uit: Cain et al., 2007)

13

Aan de Universiteit Gent en bijgevolg ook in dit onderzoek wordt een ander type aansturing gebruikt: de kinematische aansturing. Deze wordt in de figuur met de zwarte pijlen aangeduid. Op de figuur worden de footswitches ter hoogte van de voorvoet geplaatst, maar bij het exoskelet van de Universiteit Gent bevinden deze zich onderaan de schoen ter hoogte van de hiel. Telkens wanneer de hiel contact maakt met de grond, zullen deze footswitches worden ingedrukt en een signaal doorsturen naar de computer. Die staat dan weer in verbinding met een externe krachtbron, een compressor en de pneumatische spieren. Op die manier wordt er lucht in de pneumatische spier geperst, wat leidt tot een rotatie van het enkelgewricht (Sawicki & Ferris, 2008). Ook in deze studie met COPDpatiënten wordt gewerkt met een exoskelet via kinematische aansturing. Cain et al. (2007) hebben een onderzoek opgezet om na te gaan hoe snel individuen zich kunnen aanpassen aan wandelen met een enkel-voet exoskelet, en welke fysiologische responsen hierbij optreden. Het doel was bepalen welk soort aansturing (neurale of kinematische) de beste methode is. Volgens hun bevindingen ondervonden de proefpersonen die met de footswitches wandelden, meer negatieve arbeid van de orthesen. Het lijkt hen ook logischer om de EMG-aansturing te gebruiken, gezien de relatie tussen de m. soleus en de activatie van de pneumatische spier via EMG-registratie ervan. De metabole kost werd bij de EMG-aansturing ook lager bevonden. Uit onderzoek van Malcolm et al. (2013) bleek dat – met het oog op maximale reductie van de metabole kost – het ideale tijdstip om de pneumatische spier voor plantairflexie te activeren op 43% van de schredetijd is. Dit sluit aan bij de mening van Kuo (2002) die aan de hand van een wiskundig model van een bipedale wandelaar beweerde dat het ideale tijdstip om de pneumatische spier te activeren net voor hielcontact van de tegengestelde voet was. Opvallend was dat de optimale pneumatische activatie (op 43%) veel later kwam dan de biologische plantairflexie activatie, die al op 15% start. Dit is waarschijnlijk te verklaren door het feit dat biologische plantairflexoren tijdens het eerste deel van de standfase negatief mechanisch werk leveren door het uitrekken van de spier. Het exoskelet daarentegen produceert alleen positieve mechanische energie door het draaimoment van de enkel onmiddellijk richting plantairflexie te sturen. Hieruit kan besloten worden dat sturing op basis van de biologische spieractivatie niet altijd het beste alternatief is (Malcolm et al., 2013). De kinematische aansturing resulteerde ook hier in een reductie van de metabole kost bij een jonge populatie. Dit effect is minder duidelijk bij senioren, wat meegenomen wordt in dit onderzoek.

14

De bevindingen van Malcolm et al. (2013) zijn in tegenspraak met wat Cain et al. (2007) beweren (zie hierboven). Maar in het onderzoek van Cain et al. (2007) werden footswitches op de voorvoet gebruikt met onmiddellijke activatie van de pneumatische spier na indrukking hiervan. Bij Malcolm et al. (2013) daarentegen worden de footswitches onder de hiel geplaatst en wordt er een aangepaste footswitchaansturing gebruikt. In plaats van onmiddellijke activering van de pneumatische spier bij hielcontact, treedt activatie pas op na een geprogrammeerde vertraging.

3.4 BOUW EXOSKELET Het enkel-voet exoskelet dat aan de Universiteit Gent gebruikt wordt, wordt ook in dit onderzoek aangewend. Dit is een exoskelet dat op gewone sportschoenen gemonteerd is. Het frame is gemaakt uit kunststof en achteraan hangt (parallel met de biologische kuitspier) een zogenaamde pneumatische spier. Dit is de grijze band links die op figuur 7 te zien is. Deze pneumatische spier wordt aangedreven door een compressor en zal door de luchttoevoer in lengte verkorten, waardoor een trekkracht ontstaat die de plantairflexie assisteert. Het tijdstip van samentrekken wordt aangegeven door footswitches die onderaan de schoen ter hoogte van de hiel zitten. Deze zijn verbonden met een computer die op het juiste moment de pneumatische spier zal doen samentrekken.

Figuur 7: Het enkel-voet exoskelet van de UGent.

15

3.5 BIOMECHANISCHE EN FYSIOLOGISCHE AANPASSINGEN Een exoskelet kan pas als nuttig worden beschouwd wanneer het voor de drager voldoende voordelen oplevert en het de locomotie bevordert. Uit een onderzoek van Sawicki en Ferris (2008) waarbij op drie verschillende dagen (met 3 tot 5 dagen tussenin) met een plantairflexie assisterend exoskelet gewandeld werd, is gebleken dat het enkel-voet exoskelet zoals we het nu kennen enkele voordelen oplevert voor de drager ervan. Deze voordelen manifesteren zich pas na enkele minuten, omdat het lichaam zich initieel verzet tegenover de externe kracht door onder andere de toegenomen activiteit van de m. tibialis anterior (Sawicki & Ferris, 2008). Bij het exoskelet dat in deze studie gebruikt wordt, wordt er bijna onmiddellijk een effect gevonden, maar duurt het gemiddeld 18,5 minuten tot de proefpersoon volledig is aangepast aan het exoskelet (Galle et al., 2013). Deze aanpassingen zijn echter van toepassing op gezonde, volwassen individuen en mogelijks niet generaliseerbaar naar senioren en/of personen met COPD.

3.5.1 Kinematica van de enkel Het exoskelet waarmee in deze studie bij senioren en COPD-patiënten gewerkt wordt, toonde in onderzoek van Galle et al. (2013) aan dat er een blijvende verhoogde plantairflexie merkbaar is. Wanneer de condities met een actief en passief enkel-voet exoskelet vergeleken werden, vertoonde het wandelpatroon dus niet dezelfde grootte in plantairflexie.

3.5.2 Kinematica van het exoskelet Tijdens de gewenningsfase met het exoskelet van Sawicki en Ferris (2008) verrichtte het exoskelet een negatieve arbeid, aangezien het enkelgewricht nog niet aangepast was. De energie gegenereerd door het enkelgewricht werd voor een deel geabsorbeerd door het exoskelet, waardoor de positieve arbeid belemmerd werd. De totale negatieve arbeid bedroeg -0,09 ± 0,03 Watt/kg, terwijl de positieve 0,29 ± 0,02 Watt/kg bedroeg. Op het einde van de derde sessie was de negatieve arbeid echter met zo’n 70 % afgenomen ten opzichte van de eerste sessie. De positieve arbeid vertoonde geen significante verschillen tussen gewennings- en adaptatiefase, maar er werd wel vastgesteld dat op het einde van elke sessie de positieve arbeid lager was dan bij aanvang van elke sessie.

16

3.5.3 Metabole kost Bij het exoskelet van Galle et al. (2013) is er al in het begin van de aanpassingsperiode een daling in metabole kost van 9% ten opzichte van het wandelen met een passief exoskelet (zie figuur 8). Na de aanpassingsperiode (18,5 ± 5 min) is deze metabole kost nog verder gedaald tot 16% ten opzichte van wandelen met een passief exoskelet. Op dat moment wordt geen verdere daling in metabole kost meer gezien. Er wordt met andere woorden een steady state bereikt nadat de proefpersonen zich aan het wandelpatroon van het exoskelet hebben aangepast.

Figuur 8: Verloop van metabole kost tijdens het wandelen met een passief en actief plantairflexie assisterend exoskelet. (Uit: Galle et al., 2013)

Uit een onderzoek aan de Universiteit van Gent is gebleken dat de metabole kost pas zal verlagen bij een optimale timing van de activatie van de pneumatische spier. Zoals hierboven reeds vermeld is deze optimale timing op 43% van de schredetijd. Wanneer het exoskelet pas op dat moment geactiveerd werd, werd een daling van 6% vastgesteld bij het stappen met een actief exoskelet ten opzichte van zonder exoskelet. Ook werd een daling van 17% bij het stappen met een actief ten opzichte van een passief exoskelet vastgesteld (Malcolm et al., 2013).

17

Verder vonden ook Norris et al. (2006) resultaten die wijzen op een daling in metabole kost wanneer energie wordt aangeleverd door een externe spier. De condities in zijn studie zijn zoals bij deze geschoeid wandelen en wandelen met een actief en passief exoskelet. Bij jongeren nam de metabole kost significant toe wanneer geschoeid wandelen werd vergeleken met wandelen met een passief exoskelet. Dit resultaat had men verwacht aangezien een passief exoskelet de normale beweging van de enkel licht belemmerd en een groter gewicht met zich meebrengt. Bij een actief plantairflexie assisterend exoskelet werd echter geen verschil in metabole kost gevonden ten opzichte van de geschoeide conditie. Dit wijst erop dat de positieve energie die het exoskelet levert, de hinder die men ondervindt ten opzichte van gewoon wandelen, compenseert. Ook bij vergelijking van een passief en actief exoskelet werd een daling in metabole kost gevonden, wat betekent dat de proefpersonen voordeel halen uit de externe energie die het exoskelet levert. Bij senioren vonden Norris et al. (2006) gelijkaardige resultaten.

3.5.4 EMG Aan de hand van EMG registratie is duidelijk te zien dat de activatie van de m. soleus onmiddellijk daalt tijdens het wandelen met een actief exoskelet in vergelijking met het wandelen met een passief exoskelet. De m. tibialis anterior daarentegen wordt eerst meer geactiveerd, maar naarmate gewenning aan het wandelen met een exoskelet optreedt, keert ook dit terug naar zijn normale waarden (Sawicki & Ferris, 2008). Deze resultaten worden bevestigd in een latere studie van Galle et al. (2013). De EMG-waarden van de m. soleus en m. gastrocnemius liggen beduidend lager tijdens het wandelen met een actief exoskelet dan bij het wandelen met een passief exoskelet (Galle et al., 2013). Ook in andere spieren die niet rechtstreeks aan plantairflexie gelinkt worden (zoals m. biceps femoris), werd een reductie in EMG-waarden vastgesteld wanneer wandelen met een passief exoskelet vergeleken wordt met het wandelen met een actief exoskelet. Dit impliceert dat het exoskelet meer doet dan enkel de werking van de kuitspier vervangen en dat het in een bewegingsketen wordt geïmplementeerd.

3.5.5 Wandelpatroon Bij de gewenning aan het wandelen met een exoskelet zal er in het wandelpatroon te zien zijn dat de proefpersoon kortere en bredere stappen neemt. Naarmate men het stappen

18

met een exoskelet gewoon wordt, neemt dit weer een normaal patroon aan (Sawicki en Ferris, 2008). Uit de studie van Norris et al. (2006) is gebleken dat het wandelen met een plantairflexie assisterend exoskelet, een verschil in wandelsnelheid teweeg brengt. In deze studie worden jongeren met senioren vergeleken. Het resultaat is dat jongeren hun wandelsnelheid waarbij ze comfortabel stappen verhoogt wanneer de push-off fase kracht werd bijgezet (4,25 km/u naar 4,50 km/u). De reden voor het toevoegen van een plantairflexie ondersteuning in dit onderzoek is zoals bij dit onderzoek, de afgenomen spierkracht die wordt vastgesteld bij het ouder worden. Voor wat senioren betreft vonden Norris et al. (2006) geen significante verschillen in wandelsnelheid tussen het wandelen met of zonder exoskelet en gewoon geschoeid wandelen. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat senioren meer tijd nodig hebben om zich aan te passen aan het wandelen met een exoskelet en voordeel te halen uit de extra kracht die door het exoskelet geleverd wordt. Een andere verklaring is volgens Norris et al (2006) dat trager wandelen de stabiliteit verhoogt, en dus de kans op verliezen van het evenwicht verkleint, waardoor senioren trager gaan wandelen om dit te bekomen. Deze resultaten kunnen meegenomen worden naar dit onderzoek.

19

4 COPD 4.1 DEFINITIE, OORZAKEN, SYMPTOMEN COPD staat voor Chronic Obstructive Pulmonary Disease en is een veel voorkomende ziekte die in verschillende landen een andere definitie krijgt, waardoor incidentie- en prevalentiecijfers soms wat uit elkaar liggen. Toch wordt algemeen aangenomen dat de ziekte wordt gekenmerkt door een ernstige belemmering van de ademhaling. COPD is dus een verzamelnaam voor allerlei ziektebeelden zoals chronische bronchitis, bronchiolitis en longemfyseem. Deze veroorzaken een blijvende obstructie van de ademhaling als gevolg van een progressieve ontsteking van de lage luchtwegen. Deze ontsteking is niet of slechts gedeeltelijk omkeerbaar (Atsou et al., 2011). De meeste auteurs zijn het erover eens dat roken de allerbelangrijkste oorzaak is, zowel met betrekking tot prevalentie als ernst (Afonso et al., 2011; Atsou et al., 2011; Fabricius et al., 2011; Lecture, 2000; Pauwels, 2000). Daarom wordt de ziekte in de volksmond vaak rokerslong genoemd. Andere oorzaken die worden genoemd vallen allen onder blootstelling aan giftige gassen en kleine partikels. Onder andere luchtvervuiling, allergieën voor bepaalde stoffen (zoals huisstofmijt en stuifmeel) en/of blootstelling aan andere irriterende stoffen (John et al., 2014). In een eerste fase van COPD zijn de belangrijkste symptomen hoesten (zowel droge kuch als het ophoesten van dieperliggende slijmen), waarna ook kortademigheid en fysieke verzwakking optreedt (Pauwels, 2000; Vestbo et al., 2013). Vaak verliezen patiënten ook wat gewicht, waardoor een BMI lager dan 21 kg/m² vaker voorkomt bij COPD-patiënten dan in een normale populatie (Fabricius et al., 2011; Lindberg et al., 2005; Martin & Norford, 2000). Symptomen alleen zijn niet voldoende om de diagnose COPD te stellen. Het is noodzakelijk om ook met behulp van spirometrie vast te stellen of een persoon al dan niet aan COPD lijdt (Fabricius et al., 2011; Lindberg et al., 2005; Pauwels, 2000; Vestbo et al., 2013). Het hoogste debiet dat de longen aankunnen ligt immers een pak lager. Zo kan de maximale hoeveelheid lucht die uitgeblazen kan worden, zelfs al in rust bereikt worden. Het voelt als onvoldoende tijd krijgen om uit te blazen (Lecture, 2000). De belangrijkste objectieve test die gebruikt wordt om COPD te diagnosticeren is de FEV1/FVC ratio of Tiffeneau-Pinelli index. FEV1 (forced expiration volume) is de “éénseconde-waarde”, waarbij gevraagd wordt om op één seconde tijd zoveel mogelijk lucht uit

20

te blazen. FVC (forced vital capacity) betreft de totale hoeveelheid lucht die maximaal kan worden uitgeblazen. De meting van de vitale capaciteit wordt bij de test voor COPDdiagnose echter niet-geforceerd uitgevoerd, omdat anders de mate van obstructie onderschat kan worden door een iets lagere uitkomst wanneer deze geforceerd wordt. De normale waarde voor de FEV1/FVC ratio ligt rond de 75 à 80 %. Het GOLD (Global Initiative of Chronic Obstructive Lung Disease) is op dit moment de internationale standaard om diagnose en ernst van COPD vast te stellen. Vanaf de waarde van de FEV1/FVC ratio lager dan 70 % is, stelt men de diagnose COPD. Op basis van de verhouding van de gemeten FEV1% waarde tegenover de voorspelde FEV1% waarde wordt een verdere indeling van ernst gemaakt, weergegeven in tabel 1. De voorspelde FEV1% waarde geeft aan wat de te verwachten FEV1% waarde is voor de persoon in kwestie, rekening gehouden met leeftijd, geslacht en lichaamssamenstelling (Fabricius et al., 2011; Vestbo et al., 2013).

Tabel 1: GOLD-indeling COPD-patiënten

FEV1/FVC

FEV1% / voorspelde FEV1%

GOLD 1: mild

< 70 %

≥ 80 %

GOLD 2: matig

< 70 %

tussen 50 en 80 %

GOLD 3: ernstig

< 70 %

tussen 30 en 50 %

GOLD 4: zeer ernstig

< 70 %

< 30 %

Personen met COPD vertonen ook vaak verminderde trainbaarheid en/of trainingsrespons. Dit is mogelijks niet te wijten aan het lage uitademingvolume en/of obstructie, maar eerder door de gevolgen hiervan. Door een verminderde zuurstofopname vinden patiënten het moeilijker om plezier te vinden in sport en/of fysieke activiteit. Op die manier kan er sprake zijn van conditieverlies dat op zijn beurt zwakkere perifere spieren kan veroorzaken, doordat deze minder gebruikt worden (Lecture, 2000). Hierdoor voelen de patiënten zich opnieuw minder bekwaam om te gaan sporten of bewegen. Het betreft dus een vicieuze cirkel die moeilijk te doorbreken is zonder voldoende motivatie.

21

4.2 INCIDENTIE, PREVALENTIE, MORTALITEIT Zoals reeds eerder vermeld, is COPD een veel voorkomende ziekte en één van de belangrijkste doodsoorzaken in de huidige westerse maatschappij (Afonso et al., 2011; Fabricius et al., 2011). Doordat het een ziekte betreft die algemeen genomen veroorzaakt wordt door jarenlange blootstelling aan toxische stoffen, komt deze in de regel vooral voor bij personen ouder dan 40 jaar. De prevalentie- en incidentiecijfers voor België bij deze doelgroep liegen er niet om: meer dan 3 % van de bevolking (ouder dan 40 jaar) lijdt aan de ziekte, terwijl er jaarlijks bijna 3 patiënten per 1000 inwoners bijkomen. De incidentie stijgt telkens bij het ouder worden. Zo ontwikkelt één op acht mannen tegenover één op twaalf vrouwen COPD na de leeftijd van 40 jaar. Mannen lopen dus ook meer risico; COPD komt 1,5 keer meer voor bij mannen dan bij vrouwen. Als men de cijfers per leeftijdsgroep bekijkt, komt vanaf 60 jaar de ziekte 3,47 keer meer voor dan in de leeftijdsgroep tussen 40 en 59 jaar en vanaf 70 jaar is dit zelfs 6,64 keer meer (Afonso et al., 2011). Het sterftecijfer bij COPD-patiënten ligt gemiddeld genomen dubbel zo hoog als bij personen van hetzelfde geslacht en leeftijd binnen de normale populatie zonder COPD. Het mortaliteitsrisico hangt in grote mate af van de ernst (GOLD-classificatie) van de ziekte. Bij milde COPD stijgt het risico met ongeveer 25 %, terwijl bij zeer ernstige COPD het sterftecijfer meer dan 8 keer hoger ligt dan in de gezonde referentiepopulatie.

4.3 BESTAANDE BEHANDELINGEN COPD is een onomkeerbare ziekte en kan dus niet behandeld worden met het oog op genezing. Verbetering van de levenskwaliteit en vermindering van symptomen zijn echter wel mogelijk. Allereerst is het van groot belang om onmiddellijk te stoppen met roken indien dat nog niet gebeurd zou zijn, aangezien dit het enige is dat een vertraging van het ziekteproces kan betekenen (Barnes & Stockley, 2005; Todd & Cox, 2008; Vestbo et al., 2013). De curve van Fletcher (zie figuur 9) geeft de FEV1% waarde in verhouding met de waarde op 25-jarige leeftijd en bewijst dat stoppen met roken op elk moment nog voor een positieve verandering kan zorgen (Tantucci & Modina, 2012).

22

Figuur 9: Curve van Fletcher. (Uit: Tantucci & Modina, 2012)

Andere therapieën zijn wel beschikbaar, maar hebben zoals vermeld enkel een impact op symptomen en kwaliteit van leven. De bekendste en tevens meest gebruikte therapieën zijn het

gebruik

van

puffers.

Deze

worden

dan

gevuld

met

bijvoorbeeld

een

luchtwegverwijdend medicijn of corticosteroïden. Daarnaast wordt bij de patiënten bij een iets ernstigere vorm van COPD regelmatig (chronische) zuurstoftherapie toegepast. Bij extreme vormen van COPD wordt soms ook een chirurgische aanpak toegepast, waarbij men een deel van de longen die het ergst aangetast zijn, gaat wegnemen, maar hieromtrent is nog veel discussie. Een andere chirurgische mogelijkheid is het uitvoeren van een longtransplantatie, maar ook dit is een erg risicovolle operatie en bovendien zijn er maar weinig donoren beschikbaar (Barnes & Stockley, 2005; Martin & Norford, 2000). De laatste jaren groeit echter de evidentie dat fysieke activiteit preventief of zelfs curatief kan

werken

bij

verschillende

chronische

aandoeningen

zoals

cardiovasculaire

aandoeningen, obesitas, diabetes, ... Wat COPD betreft is het echter duidelijk dat er geen effect is op de pathogenese, waarmee bedoeld wordt dat het ziektebeeld noch voorkomen noch verminderd kan worden door te bewegen. De symptomen, algemene fitheid en kwaliteit van leven kunnen echter wel zeer sterk beïnvloed worden (Pedersen & Saltin, 2006). Aangezien therapeutische middelen weinig tot niet werken, is het bijgevolg van groot belang om fysieke activiteit in het revalidatieprogramma te implementeren. Zoals hoger reeds vermeld, moet de vicieuze cirkel van fysieke inactiviteit doorbroken worden. Reeds na vier weken training op uithouding zijn er effecten op kwaliteit van leven merkbaar, met een vermindering van enkele symptomen zoals vermoeidheid en kortademigheid (Pedersen & Saltin, 2006). Ook hebben patiënten meer gevoel van controle over de ziekte dankzij een betere cardiorespiratoire conditie en de effecten op perifere spieren en hart (Pedersen & Saltin, 2006). Aanbevelingen die Pedersen en Saltin (2006)

23

meegeven zijn dagelijks wandelen aan een snelheid die overeenkomt met zo’n 16 à 17 op de Borgschaal en dit telkens verder en verder zolang de patiënt het kan. Drie tot vijf keer per week gedurende 30 à 45 minuten lijkt optimaal volgens de bevindingen van Martin en Norford (2000), al geven Barnes en Stockley (2005) mee dat twee uur per dag een duidelijker effect zou hebben. Daarnaast zijn puur spierversterkende gymnastiekoefeningen en fietsen (al dan niet op een ergometer) een goede aanvulling (Pedersen & Saltin, 2006).

4.4 OXIDATIEVE CAPACITEIT EN LACTAATPRODUCTIE IN SKELETSPIEREN Zoals eerder vermeld hebben COPD-patiënten vaak zwakkere perifere spieren dan hun gezonde leeftijdsgenoten van hetzelfde geslacht en wordt verondersteld dat dit eerder een gevolg is van het gebrek aan fysieke activiteit en beweging dan rechtstreeks door de COPD zelf (Lecture, 2000). Patiënten hebben hierdoor ook een verminderde spiermassa, maar dit biedt geen eenduidige verklaring voor de verminderde uithouding. Ook de verhouding spierkracht/spiermassa is volstrekt normaal (Vilaro et al., 2009). Wanneer de skeletspieren van COPD-patiënten dan nader gaan bestudeerd worden, merkt men een aantal verschillen met de normale populatie. Zo heeft onderzoek uitgewezen dat de m. vastus lateralis van COPD-patiënten meer type II vezels bevat en minder type I. Dit duidt op een verminderde aërobe capaciteit (Martin & Norford, 2000). Maltais et al. (1996) vonden dan ook dat de activiteit van de oxidatieve enzymen in de perifere spieren (waaronder de m. vastus lateralis) beduidend minder is en dat er sneller lactaat geproduceerd wordt. Deze twee zaken staan vrijwel zeker met elkaar in verband waarbij de lactaatproductie het gevolg is van de verminderde oxidatieve capaciteit (Maltais et al., 1996). Martin en Norford (2000) geven net als Lecture (2000) aan dat dit wellicht het gevolg is van een eerder sedentaire levensstijl en vergelijken dit zelfs met astronauten die een tijdje in een luchtledige leven. Slechte voeding kan ook een tekort aan de voor skeletspieren noodzakelijke proteïnen veroorzaken. Daarnaast vertonen COPD-patiënten vaak een verminderde productie van anabole hormonen (zoals testosteron en groeihormoon), terwijl deze noodzakelijk zijn voor de spiergroei. Als laatste kan ook medicatie een negatief effect hebben. De vaak gegeven corticosteroïden veroorzaken spierzwakheid. Het valt echter ook niet uit te sluiten dat er een specifieke myopathie is die geassocieerd is met COPD, veroorzaakt door het chronische tekort aan zuurstof en/of de effecten van roken (Martin & Norford, 2000).

24

4.5 MOGELIJKHEDEN EXOSKELET BIJ COPD-PATIËNTEN Het exoskelet dat in deze studie wordt gebruikt kan – mits goede resultaten – voor heel wat mogelijkheden zorgen bij specifieke patiëntenpopulaties. Mensen met COPD zouden door een

assisterend

exoskelet

geholpen

kunnen

worden

aangezien

de

bestaande

revalidatieprogramma’s vaak tot weinig vooruitgang leiden. Indien de effectiviteit van dit exoskelet aangetoond kan worden bij COPD-patiënten, zou dit een springplank kunnen zijn voor verder onderzoek naar hulpmiddelen als dit enkel-voet exoskelet. Op termijn zouden dan alternatieven of uitbreidingen op dit exoskelet ontwikkeld kunnen worden die ook bij revalidatie ingezet kunnen worden. Het doel hier is uiteraard dat deze nieuwe modellen wél voor vooruitgang zorgen, in tegenstelling tot bestaande revalidatieprogramma’s. Als uiteindelijk doel kan het exoskelet een mobiel toestel worden, zodat het ook buiten het revalidatiecentrum gebruikt kan worden en volledig draagbaar wordt voor de gebruiker. Dit kan van groot belang zijn voor COPD-patiënten, zodat ze op die manier ook in hun dagelijks leven een vooruitgang boeken. Kleine verbeteringen kunnen in de perceptie van de patiënt een groot verschil betekenen, bijvoorbeeld door in plaats van net niet, net wel zelfstandig bij de buurtwinkel om de hoek te geraken. Focus is dus om deze patiëntenpopulatie meer bewegingsmogelijkheden te bieden en hen in staat te stellen om wandelinspanningen beter te verdragen. Specifiek moet een exoskelet het voor hen mogelijk maken om aan grotere snelheden te wandelen en/of grotere afstanden te overbruggen. Realisatie hiervan kan enkel wanneer er in dit onderzoek een aanzienlijke reductie in metabole kost wordt gevonden. Eerdere onderzoeken met dit exoskelet hebben uitgewezen dat de gevonden reducties in metabole kost met dit exoskelet groter zijn dan in andere exoskelet studies. Dit is hoofdzakelijk te wijten aan de activatietiming van de pneumatische spieren tijdens de afstoot. Dit is zeker een reden om aan te nemen dat er ook bij COPD-patiënten afnames in metabole kost gevonden zullen worden. In dit onderzoek zullen COPD-patiënten als proefpersoon ingezet worden die reeds een revalidatieprogramma doorlopen hebben (post-rehabilitatiepatiënten). Verder in deze patiëntenpopulatie zijn er mensen die zo’n programma nog niet doorlopen hebben en dus nog minder fysieke inspanningen kunnen verdragen dan de post-rehabilitatiepatiënten. In dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van de laatste groep aangezien deze mensen het gewend zijn om fysieke inspanningen in een klinische setting te leveren.

25

5 Onderzoeksvragen Het is reeds geweten dat een plantairflexie assisterend enkel-voet exoskelet de metabole kost vermindert bij een gezonde populatie (Malcolm et al., 2013; Sawicki & Ferris, 2008). Het doel van dit onderzoek was om na te gaan of dit ook een hulpmiddel kan zijn bij patiënten met COPD. Er werd geopteerd voor de doelgroep COPD-patiënten, omdat het exoskelet dat binnen de Universiteit Gent gebruikt wordt niet toelaat een bepaald kinematisch patroon op te leggen. Het is dus niet mogelijk dit te gebruiken bij personen met een lichamelijke beperking zoals verlamming of spieraandoeningen. COPD-patiënten hebben spieren die – hoewel verzwakt door de verminderde fysieke activiteit – wel nog intact zijn. Deze personen zijn slechts beperkt in inspanningscapaciteit, terwijl het exoskelet een vermindering aan metabole kost kan veroorzaken. Aangezien COPD-patiënten een tragere wandelsnelheid hebben en er zich door hun verminderd evenwicht en andere wandelpatroon eventueel problemen kunnen voordoen, wordt de haalbaarheid van het gebruik van het exoskelet eerst bekeken bij een gezonde oudere populatie. Senioren vormen de effectieve testpopulatie van dit onderzoek, terwijl bij drie COPD-patiënten een pilootproef wordt uitgevoerd. De vraag op welke dit onderzoek een antwoord wil formuleren is of een exoskelet zoals in deze studie, mits verdere aanpassingen, een mogelijk hulpmiddel kan zijn in de revalidatie van COPD-patiënten. Huidige revalidatieprogramma’s kunnen voor deze patiënten soms te zwaar zijn voor de ademhaling, terwijl het lichaam de inspanning wel aankan. Zo wordt er in het onderzoek over COPD gezocht naar trainingsmethoden om het locomotorisch systeem zwaarder te kunnen belasten. Er is bijvoorbeeld een recente studie die onderzoek deed naar de effecten van dalend wandelen, omdat dat spiervermoeidheid met een lage metabole kost veroorzaakt (Camillo et al., 2014). Als dit exoskelet een daling in metabole kost veroorzaakt, kan het na optimalisatie ook een hulpmiddel worden in de revalidatie om het lichaam zwaarder te belasten zonder te veel kracht van de longen te vergen. Een studie van Sawicki et al. (2006) toonde alvast aan dat het gebruik van een plantairflexie assisterend exoskelet bij personen met een onvolledige dwarslaesie voor een verbeterde push-off kinematica zorgde zonder dat de spieractiviteit verminderde. De verwachting is dat dit dan ook moet lukken bij COPD-patiënten bij wie alle weefsels nog intact zijn.

26

Door volgende onderzoeksvragen op te nemen in deze studie, kan een antwoord geformuleerd worden op de inzetbaarheid van het exoskelet in revalidatieprogramma’s:

1.

Kunnen gezonde senioren en COPD-patiënten comfortabel wandelen met een plantairflexie assisterend enkel-voet exoskelet?

Senioren hebben een wandelpatroon met onder andere verminderde snelheid en kortere passen (Kerrigan et al., 1998; Menz et al., 2003). Ook COPD-patiënten vertonen een wandelpatroon met verminderde stabiliteit en verhoogde kans op vallen (Beauchamp et al., 2009; Butcher et al., 2004). Een onderzoek van Norris et al. (2006) toonde echter al aan dat het mogelijk zou zijn om senioren (74,6 ± 6,6 jaar) met het exoskelet te laten wandelen. Specifiek onderzoek bij COPD-patiënten werd nog niet gedaan. De verwachting is dat het mogelijk is om senioren en COPD-patiënten met het exoskelet te laten wandelen. Aangezien zij meer energie moeten steken in evenwichtsbehoud, is de verwachting dat zij wel meer moeilijkheden zullen ondervinden om zich aan te passen aan het exoskelet. COPD-patiënten kunnen vaak nog minder fysieke inspanning verdragen dan gezonde senioren, waardoor voor deze pilootproef patiënten gekozen worden die reeds een revalidatieprogramma achter de rug hebben. Verondersteld wordt dat zij een hogere kans hebben om zich aan het exoskelet aan te passen dan patiënten die nog geen revalidatieprogramma doorlopen hebben.

2.

Is er een reductie in metabole kost bij gezonde senioren en COPD-patiënten tijdens het wandelen met een plantairflexie assisterend exoskelet na een korte gewenning?

Het onderzoek met een gelijkaardig exoskelet van Norris et al. (2006) toonde enkel een trend tot stijging van de voorkeurssnelheid wanneer het wandelen met een actief en passief exoskelet werd vergeleken. Metabole kost werd slechts bij drie senioren gemeten. Deze groep is te klein om statistiek op toe te passen, maar de drie proefpersonen leken wel een trend tot daling van de metabole kost te vertonen. Tot nu toe werden met het exoskelet van de Universiteit Gent enkel studies gedaan met jonge, gezonde testpopulaties. Hiermee werden zeer goede resultaten geboekt, maar aangezien senioren meer energie verbruiken voor het behoud van hun evenwicht, wordt verwacht dat de daling in metabole kost kleiner zal zijn. De verwachting bij de COPDpatiënten (post-rehabilitatie), liggen in dezelfde lijn als bij senioren.

27

28

METHODE 1 Populatie Er hebben zes mannelijke en één vrouwelijk oudere (70,5 ± 2,9 jaar), drie mannelijke personen met COPD (60,3 ± 5,0 jaar) en drie jongvolwassen mannen (26,1 ± 1,2 jaar) deelgenomen aan het onderzoek. Zij hadden allen een normaal BMI (senioren 25,6 ± 2,7 kg/m²; COPD-patiënten 23,5 ± 1,4 kg/m² en jongeren 22,3 ± 1,5 kg/m²) en geen motorische problemen die het wandelen konden bemoeilijken. Zij leden ook niet aan een ernstige hart- en vaartziekte noch andere aandoeningen die sportbeoefening zouden beïnvloeden. De senioren werden gerekruteerd via wandel- en fietsclubs voor senioren uit het Gentse, de COPD-patiënten via de dienst longziekten van het UZ Gent en de jongeren via de kennissenkring van de testleider. Alle deelnemers tekenden een informed consent document (zie bijlage 1).

2 Procedure Het betrof een experimenteel onderzoek waarbij gewandeld werd met een enkel-voet exoskelet dat assistentie biedt bij de afstoot tijdens het wandelen. Het werd toegepast bij senioren, patiënten met COPD en enkele jongeren ter vergelijking. De proefpersonen werden gevraagd om twee of drie keer langs te komen. In de eerste fase kwamen zij op de loopband wandelen om hieraan te wennen. Hierbij werd er zes keer vijf minuten gewandeld aan 4 km/u. De COPD-patiënten die dit moeilijk achter elkaar konden, werden gevraagd om dit op twee dagen te spreiden. De eerste vijf minuten wandelden ze met hun eigen schoenen. Daarna werd het exoskelet aangedaan, maar de pneumatische spieren werden nog niet aangezet. Nadien werden de pneumatische spieren wel aangedreven en wandelden de proefpersonen nog vier keer vijf minuten met het actief of powered exoskelet. Op die manier raakten de proefpersonen gewend om hiermee te wandelen. Tijdens de tweede dag wandelden de proefpersonen de drie condities opnieuw. In een random volgorde werd er telkens vier minuten op de loopband gewandeld met hun eigen

29

schoenen, met het passief of unpowered exoskelet en twee keer met het powered exoskelet. De snelheid werd opnieuw vastgelegd op 4 km/u en tijdens elke conditie werden laterale en frontale videobeelden gemaakt, alsook een beeld van het geheel. Daarnaast werd ook de metabole kost gemeten, zowel in rust als tijdens alle condities. Na alle condities werd ook gepeild naar de perceptie van de moeilijkheidsgraad, comfort, algemene vermoeidheid, spiervermoeidheid, evenwicht en stabiliteit. Bij de COPDpatiënten werd ook elke 30 seconden de zuurstofsaturatie en hartfrequentie genoteerd.

3 Meetinstrumenten 3.1 CAMERA Er werden drie camera’s gebruikt. Zo werd er één getuigencamera geplaatst die de volledige proefpersoon met de loopband in beeld bracht. Deze beelden werden gebruikt wanneer bepaalde data niet meteen verklaard konden worden. Een andere camera werd achter de loopband geplaatst, frontaal op de proefpersonen gericht. Deze beelden werden later gebruikt om de staplengte en stapbreedte te bepalen. Een derde camera stond lateraal op de proefpersoon gericht.

3.2 SATURATIE- EN HARTSLAGMETER Bij de COPD-patiënten werd een pulsoximeter gebruikt om de zuurstofsaturatie en de hartfrequentie te meten.

3.3 VRAGENLIJST VERMOEIDHEID EN BELEVING Meteen na elke conditie kregen de proefpersonen een vragenlijst (zie bijlage 2). Na de conditie met de eigen schoenen en het unpowered exoskelet werd gepeild hoe moeilijk dit bevonden werd. Dit werd ook bevraagd na de conditie met het powered exoskelet. Na deze laatste conditie werd ook nog gepeild naar de beleving met betrekking tot comfort, algemene vermoeidheid, spiervermoeidheid, evenwicht en stabiliteit in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband.

30

De vragen werden gesteld met behulp van een VAS (Visueel Analoge Schaal), in deze studie een lijnstuk van 10 cm lang met de twee uiterste antwoorden tegenover elkaar. Bijvoorbeeld in het geval van vermoeidheid ging de schaal van veel vermoeiender tot veel minder vermoeiend in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband. Vervolgens werd het verschil opgemeten met het middelpunt om op die manier een score te verkrijgen tussen -5 tot +5, waarbij de negatieve waarden als vermoeiender bevonden werden en positieve als minder vermoeiend. De COPD-patiënten moesten naast de gebruikelijke vragen ook nog een cijfer op de Borgschaal geven aan de mate waarin ze last hadden van kortademigheid en van de zwaarte van de inspanning. Die ging van 0 tot 10 (zie bijlage 3).

3.4 SPIROMETRIE Op de tweede dag werd het O2-verbruik en de CO2-productie gemeten tijdens elke volledige conditie. Deze gaswisseling werd gemeten met behulp van de Oxygen Pro (Jaeger GMBH, Höchberg, Germany). Hiervoor werd een masker gebruikt dat neus en mond volledig bedekte.

3.5 IPAQ VRAGENLIJST Na de test werden de senioren bevraagd met de korte versie van de International Physical Activity Questionnaire vragenlijst (zie bijlage 4). Deze vragenlijst peilde naar het activiteitsniveau van de senioren.

4 Dataverwerking 4.1 METABOLE KOST Om de metabole kost te bepalen werden uit de output van de gaswisseling het O2-verbruik en de CO2-productie per conditie geselecteerd. Met behulp van de formule van Brockway werd hieruit de metabole kost berekend (Brockway, 1987). metabole kost (Watt/kg) = [ (16,58 x VO2) + (4,51 x VCO2) ] / lichaamsgewicht

31

Alvorens het gemiddelde te berekenen, werd per proefpersoon elke conditie gecontroleerd op uitbijters met een spreidingsdiagram. Eén waarde werd weggelaten, omdat deze bijna 0 Watt/kg was, een meetfout die door een lek in het masker zou kunnen veroorzaakt zijn. Het gemiddelde werd telkens van de laatste twee minuten genomen, omdat op dat moment de gasuitwisseling gestabiliseerd is. Bij de proefpersonen met COPD werd individueel bekeken wanneer de gasuitwisseling gestabiliseerd was, aangezien niet iedereen de volledige conditie kon uitwandelen. Om de effectieve metabole kost van het wandelen te berekenen werd het rustverbruik van het verbruik per conditie afgetrokken.

4.2 STAPLENGTE EN STAPBREEDTE Om de staplengte en stapbreedte te berekenen werd gebruik gemaakt van de frontale beelden. De voorlaatste 30 seconden per conditie werden geanalyseerd in MaxTRAQ (Innovation Systems). Staplengte werd berekend door de zowel links als rechts het tijdstip van hielcontact tot hielcontact te noteren. De snelheid van de loopband lag op 4 km/u en dus 1,11 m/sec. Door de tijd die tussen twee hielcontacten zit te vermenigvuldigen met de snelheid, werd de staplengte verkregen. Deze werden op uitbijters gecontroleerd door middel van een spreidingsdiagram. Twee stappen werden verwijderd, omdat de lengte telkens meer dan 2 m bedroeg. Hier werd 1 hielcontact gemist. Stapbreedte werd geanalyseerd door telkens op de binnenzijde van zowel de linker- als rechterhiel een punt te plaatsen op het moment dat deze eenzelfde diepte bereikte en de voet plat op de loopband stond. Doordat de breedte van de loopband gekend is, kon via het aantal pixels de reële stapbreedte berekend worden. Ook deze werd gecontroleerd op uitbijters via een spreidingsdiagram. Een tiental afwijkende waarden werden gevonden, maar deze bleken allemaal te kloppen bij het herbekijken van de beelden.

4.3 STEUNFASE, ENKELHOEK EN ENKELHOEKSNELHEID Met behulp van Matlab werd de steunfase, de gemiddelde enkelhoek en enkelhoeksnelheid per proefpersoon en per conditie in kaart gebracht, opgedeeld in percentage van de schredetijd. Door de proefpersonen in een lijndiagram naast elkaar te leggen, werd gecontroleerd op uitbijters. Wat de enkelhoek betreft, bleek hier één proefpersoon (de lichtblauwe lijn MAG) met afwijkende waarden (zie grafiek 1).

32

ENKELHOEK 60 50 40 Hoek (°)

30 20

MAG_POW02_d2

10 0 -10 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 1: Lijndiagram enkelhoek per proefpersoon.

4.4 KRACHTMOMENT EN VERMOGEN VAN HET EXOSKELET Met behulp van Matlab werd de gemiddelde kracht en momentarm van het exoskelet per proefpersoon en per conditie in kaart gebracht, opgedeeld in percentage van de schredetijd. Op deze manier kon dan met volgende formules het gemiddeld krachtmoment en vermogen van het exoskelet bepaald worden: Kracht x Momentarm = Krachtmoment Krachtmoment x Enkelhoeksnelheid = Vermogen Door de proefpersonen in een lijndiagram naast elkaar te leggen, werd gecontroleerd op uitbijters. Zowel wat de gemiddelde kracht geleverd door het exoskelet als de momentarm betreft, was er één afwijkende proefpersoon die overeen kwam met de afwijkende proefpersoon bij de controle van de enkelhoek (zie grafiek 2 en 3). Uit de beelden van deze proefpersoon bleek dat de man een atypisch wandelpatroon vertoonde met gebogen knieën (zie figuur 10). MAG werd dan ook niet betrokken bij verdere analyses.

33

MOMENTARM 0,09 0,085 0,08 0,075 Afstand (m) 0,07 0,065

MAG_POW01_d2

0,06 0,055 0,05 0

10

20

30

40 50 60 70 % Schredetijd

80

90

100

Grafiek 2: Lijndiagram momentarm per proefpersoon.

KRACHT 5 4 3 N/kg LG 2

MAG_POW01_d2

1 0 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 3: Lijndiagram kracht geleverd door het exoskelet per proefpersoon.

Figuur 10: Vergelijking kniehoek MAG (links) met normale kniestrekking van MVE (rechts).

34

5 Data Analyse De gevonden data werden met het statistische programma SPSS Statistics 22 geanalyseerd. Met behulp van een Repeated Measures Anova met enkel within subjects effects (= 4 condities, 4 metingen per proefpersoon). Respectievelijke F- en p-waarden werden telkens vermeld. Wanneer p significant was, werden via compare main effects Bonferroni post hoc testen gedaan. Indien deze significant waren, werden de p-waarden ook vermeld. Om de verschillen in perceptie van beide powered condities te bekijken, werd een Paired T-test gedaan. Een One-Sample T-test werd gedaan om te kijken of de uitkomsten significant verschillend waren van de nulwaarde. Significantiedrempel werd gelegd op p < 0,05, waarbij er een trend tot significantie werd vastgesteld bij p > 0,05 en p < 0,1. Er werd geen significant verschil vastgesteld bij p > 0,1.

35

36

RESULTATEN 1 Fysiologie 1.1 METABOLE KOST 1.1.1 Senioren en jongeren Een Repeated Measures Anova bij de senioren wees uit dat er voor metabole kost een significant verschil is tussen de condities wanneer deze tegelijk werden opgenomen in de analyse (F = 7,157 en p = 0,002). Er zijn dus verschillen tussen de vier metingen: geschoeid (SHOD), unpowered (UNPW) en de twee powered condities (POW1 en POW2). De tweede powered conditie verbruikte significant minder energie dan de unpowered conditie (p = 0,028). Hier werd een daling in metabole kost van 11,6 % vastgesteld. Bij de vergelijking van de unpowered conditie met de eerste powered conditie werd ook een trend tot een significante daling vastgesteld (p = 0,056), waarbij de daling 8,8 % bedroeg. Unpowered wandelen vertoonde een trend tot een significante stijging van de metabole kost met geschoeid wandelen (p = 0,088), waarbij de stijging 8,2 % bedroeg. Voor de jongeren werd geen statistische analyse gedaan, aangezien er slechts drie proefpersonen in de steekproef werden opgenomen. De metabole kost vertoont lagere waarden dan die voor senioren, maar met een gelijkaardige trend. De gemiddelde metabole kost van zowel jongeren als senioren is weergegeven in grafiek 4.

37

METABOLE KOST 4,00 3,00 W/kg

2,00 3,23

2,75

2,43

1,00

senioren

3,52

3,21 2,58

3,11 2,48

jongeren

0,00 SHOD

UNPW

POW1

POW2

Conditie

Grafiek 4: Gemiddelde metabole kost bij de verschillende condities bij jongeren en senioren.

1.1.2 COPD De individuele metabole kost overheen alle condities werd per proefpersoon (COD, LVB, ROR) tegenover de tijd geplaatst (zie grafiek 5, 6 en 7). De gemiddelde metabole kost van elke conditie werd bepaald vanaf het punt waar deze een steady state bereikte (zie tabel 2).

METABOLE KOST COD 3,5 3 2,5 2

SHOD

1,5

UNPW

W/kg

POW1

1

POW2 0,5 0 1

2

3 Minuut

Grafiek 5: Metabole kost per conditie overheen de tijd (COD).

38

4

5

METABOLE KOST LVB 3,5 3 2,5 2

SHOD

1,5

UNPW

W/kg

POW1

1

POW2 0,5 0 1

2

3 Minuut

4

5

Grafiek 6: Metabole kost per conditie overheen de tijd (LVB).

METABOLE KOST ROR 4 3,5 3 2,5 W/kg

SHOD

2

UNPW

1,5

POW1

1

POW2

0,5 0 1

2

3

Minuut Grafiek 7: Metabole kost per conditie overheen de tijd (ROR).

Tabel 2: Individuele metabole kost (Watt/kg) bij de verschillende condities (COPD).

SHOD (Watt/kg)

UNPW (Watt/kg)

POW1 (Watt/kg)

POW2 (Watt/kg)

COD

2,60 ± 0,07

3,01 ± 0,08

2,88 ± 0,22

2,69 ± 0,12

LVB

2,67 ± 0,07

3,06 ± 0,06

3,04 ± 0,06

2,94 ± 0,06

ROR

3,19 ± 0,15

3,21 ± 0,29

3,16 ± 0,18

3,15 ± 0,15

39

1.2 ZUURSTOFSATURATIE EN HARTFREQUENTIE In rust hadden de COPD-patiënten een zuurstofsaturatie van 96% (COD) en 95% (LVB en ROR). De hartfrequentie varieerde van 71 (LVB) tot 86 (COD) en 104 (ROR) slagen per minuut (bpm). De zuurstofsaturatie van proefpersoon COD bleef gedurende elke conditie ongeveer gelijk, terwijl deze bij LVB en ROR meteen begon te dalen (zie grafiek 8, 9 en 10). De hartfrequentie steeg bij iedereen licht overheen elke conditie. De hartslag was gedurende de eerste powered conditie zowel bij COD als LVB iets hoger dan de andere condities. De andere condities liggen iets dichter bij elkaar. Bij ROR zijn er amper verschillen tussen de verschillende condities (zie grafiek 11, 12 en 13).

ZUURSTOFSATURATIE COD 98 96 94 SHOD

% 92

UNPW POW1

90

POW2

88 86 0

1

2

3

4

Minuut Grafiek 8: Individuele zuurstofsaturatie per conditie overheen de tijd (COD).

40

5

ZUURSTOFSATURATIE LVB 98 96 94 92

SHOD

90

UNPW

%

POW1

88

POW2

86 84 0

1

2

3

4

5

Minuut Grafiek 9: Individuele zuurstofsaturatie per conditie overheen de tijd (LVB).

ZUURSTOFSATURATIE ROR 98 96 94 SHOD

% 92

UNPW

90

POW1

88

POW2

86 0

0,5

1

1,5 Minuut

2

2,5

3

Grafiek 10: Individuele zuurstofsaturatie per conditie overheen de tijd (ROR).

41

HARTFREQUENTIE COD 120 115 110 105 UNPW

bpm 100

POW1

95

POW2

90

SHOD

85 80 0

1

2

3

4

5

Minuut Grafiek 11: Individueel verloop van de hartfrequentie per conditie overheen de tijd (COD).

HARTFREQUENTIE LVB 120 115 110 105 UNPW

bpm 100

POW1

95

POW2

90

SHOD

85 80 0

1

2

3

4

5

Minuut Grafiek 12: Individueel verloop van de hartfrequentie per conditie overheen de tijd (LVB).

42

HARTFREQUENTIE ROR 120 115 110 105

UNPW

bpm 100

POW1

95

POW2

90

SHOD

85 80 0

0,5

1

1,5 Minuut

2

2,5

3

Grafiek 13: Individueel verloop van de hartfrequentie per conditie overheen de tijd (ROR).

2 Kinematica 2.1 STAPBREEDTE 2.1.1 Senioren en jongeren Bij senioren werden er geen significante verschillen (F = 2,149 en p = 0,183) opgemerkt in stapbreedte tussen de vier condities (geschoeid, unpowered en beide powered condities). De variatie in stapbreedte veranderde ook niet significant per conditie (F = 0,375 en p = 0,772). De waarden bij jongeren voor zowel stapbreedte als de variatie hierin werden niet in een statistische analyse opgenomen, maar lijken overeen te komen. De gemiddelde waarden worden weergegeven in tabel 3 en 4.

Tabel 3: Gemiddelde stapbreedte (cm) en variatie (SD) in stapbreedte per conditie.

SHOD (cm)

UNPW (cm)

POW1 (cm)

POW2 (cm)

senioren

2,2 ± 1,5

1,2 ± 1,5

1,4 ± 1,6

1,1 ± 1,3

jongeren

-0,0 ± 1,2

0,4 ± 1,7

2,7 ± 1,6

0,5 ± 1,9

43

Tabel 4: Gemiddelde variatie van de stapbreedte per conditie.

SHOD (cm)

UNPW (cm)

POW1 (cm)

POW2 (cm)

senioren

2,3 ± 0,5

2,3 ± 0,6

2,5 ± 0,8

2,5 ± 1,0

jongeren

2,4 ± 0,5

2,3 ± 0,5

2,1 ± 0,6

2,7 ± 0,5

2.1.2 COPD De individuele stapbreedte en variatie in de stapbreedte van elke persoon met COPD wordt in tabel 5 weergegeven. De standaarddeviatie komt overeen met de variatie in de stapbreedte.

Tabel 5: Individuele stapbreedte en variatie (SD) in de stapbreedte per conditie (COPD).

COD LVB

SHOD (cm) 3,8 ± 2,8 2,2 ± 2,5

UNPW (cm) 6,7 ± 1,5 0,4 ± 2,8

POW1 (cm) 4,7 ± 2,2 3,3 ± 1,7

POW2 (cm) 5,6 ± 2,9 1,9 ± 2,5

ROR

-1,8 ± 2,0

-0,4 ± 2,5

2,1 ± 2,2

0,8 ± 2,2

2.2 STAPLENGTE 2.2.1 Senioren en jongeren De Repeated Measures Anova voor de staplengte bij senioren wees uit dat er een significant verschil is tussen de vier condities wanneer deze tegelijk werden opgenomen in de analyse (F = 12,664 en p < 0,001). Post hoc testen toonden aan dat behalve tussen de geschoeide en de unpowered conditie, elke conditie significant verschillend is van alle anderen. Bij het verschil tussen beide powered condities gaat dit over een trend tot significantie. Alle gemiddelde waarden staan in tabel 6. De variatie in staplengte vertoonde geen significante verschillen per conditie (F = 0,425 en p = 0,619). Deze waarden staan in tabel 7. De waarden bij jongeren voor zowel staplengte als de variatie hierin werden niet in een statistische analyse opgenomen. De algemene trend is dat de staplengte van de jongeren iets groter is dan die van de senioren (zie tabel 6). De variatie is iets minder, maar deze verschillen zijn miniem (zie tabel 7).

44

Tabel 6: Gemiddelde staplengte per conditie.

SHOD (m)

UNPW (m)

POW1 (m)

POW2 (m)

senioren

1,20 ± 0,08

1,19 ± 0,07

1,22 ± 0,08

1,25 ± 0,09

jongeren

1,23 ± 0,06

1,25 ± 0,07

1,24 ± 0,1

1,26 ± 0,12

Tabel 7: Gemiddelde variatie in staplengte per conditie.

SHOD (m)

UNPW (m)

POW1 (m)

POW2 (m)

senioren

0,03 ± 0,02

0,03 ± 0,01

0,03 ± 0,01

0,03 ± 0,01

jongeren

0,02 ± 0,00

0,03 ± 0,00

0,02 ± 0,00

0,02 ± 0,00

2.2.2 COPD De individuele staplengte en variatie in de staplengte van elke persoon met COPD wordt in tabel 8 weergegeven. De standaarddeviatie komt overeen met de variatie in de staplengte.

Tabel 8: Individuele staplengte en variatie in de staplengte (SD) per conditie (COPD).

SHOD (m)

UNPW (m)

POW1 (m)

POW2 (m)

COD

1,06 ± 0,02

1,08 ± 0,02

1,07 ± 0,03

1,06 ± 0,02

LVB

1,29 ± 0,03

1,29 ± 0,02

1,32 ± 0,02

1,30 ± 0,02

ROR

1,29 ± 0,03

1,22 ± 0,03

1,18 ± 0,03

1,20 ± 0,03

2.3 STEUNFASE De invloed van het exoskelet op de steunfase is zowel bij senioren als bij jongeren niet merkbaar. Bij de senioren neemt de steunfase tijdens de powered condities gemiddeld 65% van de schredetijd in beslag, terwijl dit bij de unpowered condities 64% is. Bij jongeren gaat dit over 64% in de powered condities en 65% in de unpowered conditie.

2.4 ENKELHOEK EN ENKELHOEKSNELHEID Het verloop van de enkelhoek en enkelhoeksnelheid werd duidelijk beïnvloed door het al dan niet aandrijven van de pneumatische spieren. Dit is het geval bij zowel de senioren (zie

45

grafiek 14 en 16) als bij de jongeren (zie grafiek 15 en 17). De enkel ging telkens meer in plantairflexie tijdens het wandelen met het powered exoskelet. Dit gebeurde ook iets vroeger dan bij het wandelen met het unpowered exoskelet (zie grafiek 14 en 15. De enkelhoeksnelheid ligt zowel tijdens dorsiflexie als tijdens planairflexie iets hoger bij het wandelen met het powered exoskelet tegenover het wandelen met het unpowered exoskelet (zie grafiek 16 en 17).

ENKELHOEK SENIOREN 60 50 40 UNPW

Hoek (°) 30

POW1

20

POW2 10 0 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 14: Verloop enkelhoek tijdens de schrede (senioren).

ENKELHOEK JONGEREN 60 50 40 UNPW

Hoek (°) 30

POW1

20

POW2

10 0 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

Grafiek 15: Verloop enkelhoek tijdens de schrede (jongeren).

46

80

90

100

ENKELHOEKSNELHEID SENIOREN 6 5 4 3 2 rad/sec 1

UNPW

0

POW1

-1

POW2

-2 -3 -4 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 16: Verloop enkelhoeksnelheid tijdens de schrede (senioren).

ENKELHOEKSNELHEID JONGEREN 6 5 4 3 2 rad/sec 1

UNPW

0

POW1

-1

POW2

-2 -3 -4 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 17: Verloop enkelhoeksnelheid tijdens de schrede (jongeren).

47

2.5 KRACHTMOMENT EN VERMOGEN VAN HET EXOSKELET Het krachtmoment van het exoskelet piekt tijdens de plantairflexie van de enkel tot ongeveer 0,25 N/kg. Beide powered condities komen zowel bij de senioren als bij de jongeren overeen en zijn ook gelijk aan elkaar. De unpowered conditie levert een verwaarloosbaar krachtmoment (zie grafiek 18 en 19).

KRACHTMOMENT SENIOREN 0,35 0,3 0,25 0,2 UNPW N/kg 0,15

POW1

0,1

POW2

0,05 0 0

10

20

30

-0,05

40

50

60

70

80

90

100

% Schredetijd

Grafiek 18: Krachtmoment van het exoskelet tijdens de schrede (senioren).

KRACHTMOMENT JONGEREN 0,3 0,25 0,2 UNPW

N/kg 0,15

POW1

0,1

POW2 0,05 0 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

Grafiek 19:Krachtmoment tijdens de schrede (jongeren).

48

80

90

100

Het vermogen dat door het exoskelet in dit onderzoek geleverd wordt, piekt bij de senioren tot ongeveer 1 Watt/kg tijdens de plantairflexie van de enkel. Bij de jongeren is dit lichtjes hoger (tot ongeveer 1,1 Watt/kg). Beide powered condities komen zowel bij de senioren als bij de jongeren overeen. De unpowered conditie levert een verwaarloosbaar vermogen (zie grafiek 20 en 21).

VERMOGEN SENIOREN 1,4 1,2 1 0,8 W/kg

0,6

UNPW

0,4

POW1

0,2

POW2

0 -0,2 -0,4 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 20: Vermogen van het exoskelet tijdens de schrede (senioren).

VERMOGEN JONGEREN 1,8 1,6 1,4 1,2 1 W/kg 0,8

UNPW

0,6

POW1

0,4

POW2

0,2 0 -0,2 0

10

20

30

40 50 60 % Schredetijd

70

80

90

100

Grafiek 21: Vermogen van het exoskelet tijdens de schrede (jongeren).

49

3 IPAQ en Beleving 3.1 IPAQ 3.1.1 Senioren De IPAQ-vragenlijst die door alle senioren werd ingevuld wees uit dat het hier een vrij actieve populatie betrof. De uitkomst van de IPAQ wordt uitgedrukt in MET-waarden, het gebruik van zuurstof per kg lichaamsgewicht. Gemiddeld verbruikten de senioren wekelijks 4107 ± 2206 MET’s. Afhankelijk van het aantal minuten wandelen, lichte en/of zware activiteit, werden de senioren ingedeeld in een zeer actieve, gemiddeld actieve of inactieve groep (zie tabel 9). Geen enkele proefpersoon werd ingedeeld in de inactieve groep, drie proefpersonen werden ingedeeld in de gemiddeld actieve groep en vier in de zeer actieve groep.

Tabel 9: Resultaten IPAQ-vragenlijst senioren.

MET's

categorie

CRR

3336

gemiddeld actief

CRW

2549

gemiddeld actief

GAV

3996

zeer actief

MAA

9384

zeer actief

MVE

2691

gemiddeld actief

WDC

4038

zeer actief

WIC

3798

zeer actief

3.1.2 COPD De COPD-patiënten scoorden net als de senioren hoge MET-waarden. Zowel proefpersoon COD als LVB zaten in de zeer actieve groep, terwijl ROR in de gemiddeld actieve groep zat (zie tabel 10).

Tabel 10: Resultaten IPAQ COPD-patiënten.

50

MET's

categorie

COD

4853

zeer actief

LVB

2293

zeer actief

ROR

2160

gemiddeld actief

3.2 PERCEPTIE 3.2.1 Senioren Door senioren werd wandelen op de loopband niet echt moeilijker bevonden dan gewoon wandelen. Zij gaven hieraan een gemiddelde score van -0,2 op een schaal van -5 tot +5, waarbij de negatieve waarden als moeilijker bevonden werden en positieve als makkelijker dan gewoon wandelen. Wanneer met een unpowered exoskelet gewandeld werd, steeg de moeilijkheidsgraad naar -0,9 voor de senioren in vergelijking met het wandelen met de eigen schoenen. Deze waarde is een trend tot een significant verschil van de nulwaarde (p = 0,057). Door het exoskelet in werking te stellen, verdween deze moeilijkheid opnieuw (-0,2 voor POW1 en +0,3 voor POW2). In grafiek 22 zijn deze resultaten visueel voorgesteld. Het comfort van het exoskelet werd in beide powered condities als gelijkaardig ervaren als het wandelen met eigen schoenen (score +0,2 en +0,1). Er werd ook gepeild naar het evenwichtsgevoel in vergelijking met het geschoeid wandelen. De gemiddelde scores die de senioren daaraan gaven waren -0,6 (POW1) en +0,2 (POW2). Ook dit wijkt niet significant af van de nulwaarde. Het powered exoskelet werd dus niet meer of minder comfortabel ervaren dan gewoon wandelen op de loopband. De senioren hadden niet het gevoel dat ze minder algemeen vermoeid waren wanneer ze met het powered exoskelet wandelden dan bij het gewoon wandelen op de loopband (score -0,1 voor POW1 en +0,7 voor POW2). Zij hadden echter wel het gevoel dat het powered exoskelet hun spieren assisteerde. De eerste powered conditie kreeg een score van +0,6 toegekend en de tweede +1,1. De tweede powered conditie vertoonde daarmee een trend tot significant verschil van de nulwaarde (p = 0,053) en dus van het gewoon wandelen op de loopband (zie grafiek 23)

51

MOEILIJKHEIDSGRAAD 5 4 3 2 1

0,3

0 -0,2

-1

senioren

-0,2 -0,9*

-2 -3 -4 -5 SHOD

UNPW

POW1

POW2

Noot: * trend tot verschil met nulwaarde met p < 0,10. Grafiek 22: Moeilijkheidsgraad wandelen op de loopband/met het exoskelet.

SPIERVERMOEIDHEID 5 4 3 2 1

0,6

1,1*

0

senioren

-1 -2 -3 -4 -5 POW1

POW2

Noot: * trend tot verschil met nulwaarde met p < 0,10. Grafiek 23: Perceptie van spiervermoeidheid bij het wandelen met het powered exoskelet.

52

3.2.2 COPD Algemeen genomen ervaarden de COPD-patiënten het wandelen met of zonder (un)powered exoskelet op de loopband als eerder moeilijk. Enkel ROR vond geschoeid wandelen makkelijker op de loopband dan gewoon (+1,7 op een schaal van -5 tot +5) en COD ervaarde het wandelen met het powered exoskelet als makkelijker dan gewoon wandelen op de loopband en scoorde +1,0 op de eerste powered conditie en +0,6 op de tweede powered conditie (zie grafiek 24). Niemand van de proefpersonen met COPD vond dat het exoskelet comfortabel zat. Dit wende ook niet bij de tweede powered conditie. Wat het evenwichtsgevoel betreft, hadden zowel proefpersoon COD als ROR het gevoel dat dit negatief beïnvloed werd door het powered exoskelet. Proefpersoon LVB merkte geen verschil op. COD had het gevoel dat zijn spieren iets minder vermoeid werden gedurende de test (tweemaal +0,6), maar aan zijn algemene vermoeidheid merkte hij niets. LVB merkte noch een verschil op in de spieren, noch algemeen. ROR daarentegen vond het zowel voor de spieren als in het algemeen vermoeiender (zie grafiek 25).

MOEILIJKHEIDSGRAAD 5 4 3 1,7

2 1

1 0

0

0,6

0

COD

0

0

LVB

-1

-0,7

-0,4

-2

-1

ROR -1,4

-1,7

-3 -4 -5 SHOD

UNPW

POW1

POW2

Grafiek 24: Individuele moeilijkheidsgraad wandelen op de loopband/met het exoskelet (COPD-patiënten).

53

COMFORT 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5

-0,4

-0,8

EVENWICHT

-0,3

-1,8

-2,2

-2,6

POW1

POW2

5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5

0

0

0

0

-1,4 -2,2

POW1

0

-1,2

-1,3

POW1

ALGEMENE VERMOEIDHEID 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5

0

POW2

-0,9 -1,6

POW2

SPIERVERMOEIDHEID 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5

0,6

0,6

0

0

-1,3

-1,8

POW1

POW2

Grafiek 25: Individueel gevoel van comfort, evenwicht, algemene en spiervermoeidheid bij het wandelen met het powered exoskelet (COPD-patiënten).

De Borg-scores die de COPD-patiënten gaven, waren na elke conditie gelijk. COD had na geen enkele conditie last van kortademigheid (Borg 0: geen moeite) en vond het wandelen ook helemaal niet zwaar (Borg 1: erg makkelijk). LVB had noch last van kortademigheid, noch van de inspanning (twee keer Borg 0: rust). Enkel ROR had iets meer moeite en gaf een score 3 (een beetje zwaar) zowel qua kortademigheid als qua zwaarte na elke conditie. Hij gaf wel aan dat de unpowered conditie iets zwaarder was (tweemaal score 4: een beetje zwaar).

54

DISCUSSIE Het opzet van dit onderzoek was om het gebruik van een enkel-voet exoskelet te testen bij patiënten met een inspanningsbeperking. De patiëntenpopulatie opgenomen in dit onderzoek zijn personen met COPD, een longziekte die fysieke inspanningen in zekere mate bemoeilijkt. Indirect werd getracht een beeld te verkrijgen van de inzetbaarheid van een dergelijk exoskelet bij de revalidatie van COPD-patiënten. Dit door een antwoord te formuleren op volgende twee onderzoeksvragen: (1) Kunnen gezonde senioren en COPDpatiënten comfortabel wandelen met een plantairflexie assisterend enkel-voet exoskelet? En (2) Is er een reductie in metabole kost bij gezonde senioren en COPD-patiënten tijdens het wandelen met een plantairflexie assisterend exoskelet na een korte gewenningsfase? Eerdere studies met dit exoskelet toonden al aan dat er een reductie in metabole kost gevonden wordt bij jongeren (Galle et al., 2013) wanneer vergeleken wordt met geschoeid wandelen. Een studie van Norris et al. (2006) kon geen significante daling in metabole kost aantonen, maar stelde vast dat deze niet hoger lag dan bij gewoon wandelen, zowel bij jongeren als senioren. Aangezien het exoskelet toch een extra gewicht met zich meebrengt, doet dit vermoeden dat er mogelijkheden zijn voor het verdere gebruik van een exoskelet bij deze doelgroepen. COPD-patiënten hebben een ander wandelpatroon dan jongeren bij wie al eerdere studies werden uitgevoerd (Kerrigan et al, 1998; Menz et al., 2003). Aangezien COPD een aandoening is die optreedt bij personen van iets oudere leeftijd, kan verondersteld worden dat het wandelpatroon van deze populatie gedeeltelijk overeen zal komen met dat van gezonde senioren. De belangrijkste verschillen in vergelijking met jongeren zijn de afgenomen staplengte, lagere voorkeurssnelheid en moeilijkheden bij het behouden van het evenwicht (Bohannon, 1997; Kerrigan et al, 1998; Menz et al., 2003; Yentes et al., 2012). Om bovenstaande redenen werden in de eerste fase van het onderzoek gezonde senioren getest. Ter vergelijking werden ook drie jongeren opgenomen in het onderzoek. De belangrijkste doelgroep van deze studie, COPD-patiënten, werden opgenomen in een pilootproef om de effecten bij deze specifieke patiënten te achterhalen. Toch is het van belang op te merken dat de testpopulatie gerekruteerd is via sportclubs en het hier dus een actieve groep betrof. Dit was ook de bevinding bij de bevraging via de

55

IPAQ-vragenlijst die peilde naar het activiteitsniveau van de proefpersonen. Niemand zat in de laagste categorie en het merendeel zat zelfs in de meest actieve categorie. Ook de COPD-patiënten waren zeer actief. De vraag is dus of ook COPD-patiënten met weinig beweging geassisteerd kunnen worden door het exoskelet.

1 Senioren 1.1 HAALBAARHEID BIJ DE DOELGROEP Wandelen op de loopband werd door de senioren niet als moeilijker ervaren dan gewoon wandelen. Het comfort van het wandelen met een actief exoskelet werd in beide condities als gelijkaardig ervaren als wandelen dan gewoon wandelen op de loopband, met uitzondering van één proefpersoon (MAG). Hij werd uit de analyse geschrapt omwille van een afwijkend wandelpatroon met gebogen knieën. Aangezien COPD-patiënten vaak een afwijkend wandelpatroon hebben, is het zeker een uitdaging om in een later stadium het exoskelet individueel aanpasbaar te maken. Zo zou het bijvoorbeeld voor proefpersoon MAG een hulp kunnen zijn geweest als de pneumatische spieren werden afgesteld op zijn persoonlijke maximale kniestrekking. Zoals op grafiek 26 te zien is, oefende het passief exoskelet reeds een kracht uit tijdens het eerste deel van de schredetijd. Op dat moment werkte het exoskelet proefpersoon MAG tegen, aangezien de voet dan in dorsiflexie gaat.

KRACHT 1,6 1,4 1,2 1 N/kg LG 0,8 MAG_UNPOW_d2

0,6 0,4 0,2 0 0

10

20

30

40 50 60 70 % Schredetijd

80

90 100

Grafiek 26: Lijndiagram kracht geleverd door het exoskelet per proefpersoon (UNPW).

56

1.2 METABOLE KOST De resultaten van het onderzoek tonen aan dat senioren minder energie verbruiken bij het wandelen met een actief exoskelet tegenover wandelen met een passief exoskelet. De daling in metabole kost bedroeg hier 11,6%. Dit verschil was echter enkel aantoonbaar bij de tweede powered conditie. Mogelijk hadden de senioren enkele minuten extra nodig om zich aan te passen aan het nieuwe wandelpatroon. Deze verklaring is aannemelijk aangezien Norris et al. (2006) in hun studie al aangeeft dat senioren meer tijd nodig hebben om zich aan iets nieuws aan te passen en de positieve effecten van het wandelen met een exoskelet te ondervinden. De eerste powered conditie vertoonde bij de groep senioren alleen een trend tot daling van de metabole kost met 8,8 %. Deze resultaten liggen in de lijn van eerder onderzoek met een gelijkaardig exoskelet dat een lager vermogen leverde (maximaal tot ± 0,5 Watt/kg tegenover 1,0 Watt/kg). In deze studie werd de metabole kost bij slechts drie senioren gemeten, maar de resultaten deden vermoeden dat er een daling aanwezig was (Norris et al., 2006). Iets wat zeker niet mag worden vergeten, is dat er in deze onderzoeken telkens gekeken werd naar het verschil in metabole kost tussen wandelen met een passief en actief exoskelet. Het uiteindelijke doel is uiteraard dat er een daling in energieverbruik wordt gevonden tussen geschoeid wandelen en wandelen met een actief exoskelet. De resultaten werden ook vergeleken met die van de jongeren. Hoewel deze groep te klein was om statistiek op toe te passen, blijkt uit de testresultaten dat deze minder energie nodig hebben om eenzelfde inspanning als de gezonde senioren te leveren. Volgens Winter et al. (1990) is de verklaring hiervoor dat senioren een minder efficiënte manier van wandelen hebben. Dit komt omdat zij een deel van hun energie moeten afstaan om hun evenwicht te kunnen behouden. Een probleem waar jongeren geen last van hebben. Eerdere onderzoeken met hetzelfde exoskelet hebben uitgewezen dat de gevonden reducties in metabole kost bij jongeren groter zijn dan in andere exoskelet studies. Dit is hoofdzakelijk te wijten aan de activatietiming van de pneumatische spieren tijdens de afstoot die hier op 43% van de steunfase ligt (Malcolm et al, 2013).

57

1.3 ADAPTATIE Wanneer even teruggegrepen wordt naar de aanpassing aan het wandelen met een exoskelet, bleek uit de resultaten dat de groep senioren pas tijdens de tweede powered conditie volledig aangepast leek aan wandelen met een exoskelet. Nochtans hadden de proefpersonen enkele dagen voor de testafname een gewenningsfase doorlopen. Hierbij werd hen gevraagd om zes keer gedurende 5 minuten aan 4 km/u op de loopband te wandelen. Om te wennen aan de loopband gebeurde dit eerst met hun eigen sportschoenen Daarna werd het exoskelet aangereikt om zowel met het passief (1 keer) als met het actief exoskelet (4 keer) te leren wandelen. Enkel de data van de tweede dag werden geanalyseerd. Dat de proefpersonen ook hier een soort aanpassingspatroon vertonen, kan erop wijzen dat de gewenningsfase niet voldoende was om hen te laten aanpassen aan deze nieuwe manier van wandelen. Een andere mogelijkheid is dat de tijd tussen de gewenningsfase en effectieve testafname te ver uit elkaar lag. Hierdoor zouden de senioren de nog niet geconditioneerde wandelcyclus kunnen zijn vergeten. Een extra conditioneringsproces toevoegen aan het wandelen met een exoskelet zou hiervoor een oplossing kunnen zijn. Een andere optie zou zijn om de testafname onmiddellijk te laten volgen op de gewenningsfase. Op die manier verdwijnt het risico dat de gewenning aan het wandelpatroon verdwijnt. Het gevaar aan deze optie is wel dat de proefpersonen de condities waarschijnlijk niet volledig kunnen afwerken wegens vermoeidheid. Als dit probleem zich zou voordoen bij gezonde senioren, wordt hetzelfde bij COPD-patiënten verwacht. Zij kunnen nog minder fysieke inspanningen verdragen dan gezonde senioren door de verminderde aërobe capacitieit in bepaalde spiergroepen, veroorzaakt door hun ziekte (Martin & Norford, 2000).

1.4 VERMOGEN Het maximaal vermogen dat het exoskelet in deze studie bij de senioren leverde, was ongeveer 1 Watt/kg. Dit is lager dan in voorgaande studies met hetzelfde exoskelet. De kracht die het exoskelet leverde werd lager ingesteld, aangezien verwacht werd dat het exoskelet voor problemen met het evenwicht zou zorgen. De problemen leken echter niet van die aard dat ze de mogelijkheid om met het exoskelet te wandelen zouden beperken.

58

Volgende onderzoeken kunnen de kracht die het exoskelet levert zeker verhogen. Op die manier kan de daling in metabole kost groter worden.

1.5 PERCEPTIE EN KINEMATICA Uit de subjectieve perceptievragenlijsten zijn geen verschillen in beleving tussen de eerste en tweede powered conditie gevonden. Als enkel naar de score gekeken werd, werd de tweede powered conditie wel als makkelijker, comfortabeler, minder vermoeiend en met minder verlies van evenwicht ervaren, maar deze waarden waren nog steeds laag en niet significant verschillend van elkaar, noch in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband. Deze minieme verschillen konden ook niet objectief worden vastgesteld als voor lateraal evenwichtsverlies gekeken wordt naar de variatie in stapbreedte, want deze waren – hoewel aanwezig – niet significant. Om het evenwicht te kunnen bewaren, werd ook verwacht dat er tijdens de condities met het exoskelet met een grotere stapbreedte gewandeld zou worden, maar dat werd niet vastgesteld. Dit zou te maken kunnen hebben met de manier waarop de meting naar stapbreedte is uitgevoerd (aan de binnenkant van de schoen). Naar analogie van de koppeling lateraal evenwicht met variatie in stapbreedte, kan voor- achterwaarts evenwicht gekoppeld worden aan de variatie in staplengte, maar ook hier werden geen verschillen gevonden. Interessant is wel dat de staplengte significant groter was bij de powered condities. De staplengte neemt toe met 4,9% (de tweede powered conditie tegenover unpowered). Verschillende eerdere studies bewezen dat senioren significant kortere stappen nemen dan jongvolwassenen (Kerrigan et al, 1998; Menz et al., 2003). Dit heeft volgens de auteurs onder meer te maken met de lagere voorkeurssnelheid van senioren ten opzichte van jongvolwassen. Dat de staplengte groter is bij de powered condities kan dus wijzen op een verhoogde voorkeurssnelheid. Deze suggestie moet wel met enige voorzichtigheid benaderd worden, want hoewel statistiek niet op de jongeren of COPD-patiënten toegepast kon worden, zijn de verschillen hier veel kleiner of niet aanwezig.

59

1.6 CONCLUSIE De gevonden resultaten voor senioren tonen aan dat het exoskelet bij hen zeker kan werken. Wanneer bij volgend onderzoek aanpassingen worden gedaan aan de manier waarop er een gewenningsfase geïntegreerd wordt, kunnen de gevonden resultaten voor comfort en metabole kost mogelijks nog betere vormen aannemen.

2 COPD 2.1 HAALBAARHEID BIJ DE DOELGROEP Geen van de drie COPD-patiënten gaf aan comfortabel te kunnen wandelen met het exoskelet (zie grafiek 25 op pag. 54). Het is dus toch belangrijk om ook te investeren in het draagcomfort van het exoskelet. Eén proefpersoon (ROR) vulde de perceptievragenlijsten vrij negatief in voor zowel comfort, moeilijkheidsgraad, vermoeidheid als evenwicht. Proefpersoon ROR ondervond ook, in vergelijking met de twee andere COPD-patiënten de meeste hinder van de ziekte. Zo kon hij de geplande blokken niet uitwandelen en wandelde hij aan een tragere snelheid (3,5 km/u) dan de andere proefpersonen (4 km/u). Ook gaf hij een hogere score aan op de vermoeidheidsschaal en mate van kortademigheid en had hij er nood aan om tussen de condities te gaan zitten. Wat dat betreft, leunt proefpersoon ROR binnen deze testpopulatie misschien wel het meest aan bij de modale COPD-patiënt. Dat gegeven zou wel eens een beperkende factor kunnen zijn bij verder onderzoek naar het gebruik van een exoskelet bij deze patiëntenpopulatie.

2.2 METABOLE KOST De groep COPD-patiënten was te klein om statistiek op toe te passen, maar de eerste waarden die in deze casussen gemeten werden, lijken een voorbode te zijn van een daling van de metabole kost (zie grafieken 5, 6 en 7 vanaf pag. 38). De proefpersoon die wellicht het meeste aanleunt bij de modale COPD-patiënt, ROR, heeft zoals hierboven beschreven de geplande blokken niet volledig kunnen uitwandelen. Hij kon het wandelen met een exoskelet slechts 3 minuten volhouden. Op de curve van de metabole kost bij deze persoon (zie grafiek 7 op pag. 39) is te zien dat het zuurstofverbruik

60

na 3 minuten nog niet volledig gestabiliseerd is. De curve lijkt nog licht te stijgen. Bij de andere proefpersonen is na 5 minuten wel een afgevlakte lijn te zien. Hier kan de vraag gesteld worden of de methode die in dit onderzoek gebruikt is wel de juiste is bij deze patiëntenpopulatie. Net omdat proefpersoon ROR mogelijks zo representatief is voor personen met dezelfde aandoening. Naast het verschil in uithouding tussen de proefpersonen, kan ook de zuurstofsaturatie een belangrijke factor zijn bij de implementatie van verder onderzoek. Uit de grafiek voor zuurstofsaturatie voor proefpersoon COD blijkt dat deze steeds hoog en constant blijft (zie grafiek 8, pag 39). De proefpersoon gaat voor geen van de vier condities onder een saturatie van 90% en gaf ook een lage Borgscore aan voor kortademigheid (0) en zwaarte van de inspanning (1). Dit toont aan dat de persoon weinig problemen heeft met de fysieke inspanning. Hierbij kan de vraag gesteld worden of deze persoon wel representatief is om in deze studie als COPD-patiënt op te nemen.

2.3 CONCLUSIE Aangezien de kans bestaat dat COPD-patiënten geen 5 minuten aan één stuk kunnen wandelen en de metabole kost dan niet altijd een steady state bereikt heeft, moet de vraag gesteld worden of in deze studie zuurstofverbruik wel het juiste criterium is om de ondersteuning van het exoskelet te achterhalen. Een betere methode is misschien om te kijken op welk punt de proefpersonen onder een saturatie van 90% gaan, aangezien dit een kenmerkend probleem is van de ziekte. Dit punt en dus de tijd voordat dit punt bereikt wordt, afhankelijk van de conditie, kan dan vergeleken worden. Bij de COPD-patiënten die de 6-min-test niet kunnen uitwandelen, kan men ook gaan kijken hoelang zij elke conditie kunnen volhouden. De proefpersoon geeft dan zelf aan wanneer hij niet meer verder kan.

61

3 Relevantie 3.1 SENIOREN Uit een onderzoek van Schrack et al. (2010) blijkt dat bij het ouder worden de energiebeschikbaarheid afneemt, terwijl de energiebehoefte om in het dagelijkse leven zelfstandig te kunnen functioneren net stijgt. Maar liefst 55 tot 60% van de totale energiebeschikbaarheid gaat verloren bij het ouder worden. Dit kan gedeeltelijk verklaren waarom er algemeen bij oudere individuen een afname in fysieke activiteit wordt gevonden. In deze studie wijzen Schrack et al. er ook op dat de lagere wandelsnelheid die bij senioren wordt vastgesteld een adaptieve respons is om op die manier het energieverbruik taak specifiek te kunnen verdelen. Een andere verklaring voor de afname van wandelsnelheid bij senioren is de lagere VO2max die ze kunnen bereiken. Wanneer de hoeveelheid zuurstof die een persoon nodig heeft om aan voorkeurssnelheid te wandelen, te dicht bij de maximale zuurstofcapaciteit komt, zal het lichaam zich automatisch aanpassen. Deze aanpassing vertaalt zich in het verlagen van de wandelsnelheid om op die manier niet meer tegen die grens te wandelen (Fleg et al., 2005). Larish et al. (1988) halen in hun onderzoek een andere mogelijkheid aan die zeker in overweging moet worden genomen. Wanneer gekeken wordt naar de relatie wandelsnelheid – metabole kost, concludeert men vaak dat senioren over eenzelfde afstand, aan een grotere metabole kost wandelen dan jongeren. Een even plausibele verklaring zou zijn dat senioren net trager gaan wandelen omdat ze door trager te wandelen een lager energieverbruik hebben dan wanneer ze dezelfde snelheid als een jongere zouden aannemen. Dit trager wandelen is een automatische aanpassing aan de verminderde musculoskeletale en neuromusculaire functies die het lichaam ervaart wegens veroudering. Er kan dus verondersteld worden dat de perfecte balans wandelsnelheid – metabole kost bij senioren gevonden wordt aan een lagere wandelsnelheid. Om bovenstaande redenen is het relevant om studies met een exoskelet bij gezonde senioren uit te voeren. Aan de hand van de resultaten die in deze studies gevonden werden, kunnen aanpassingen aan het huidig exoskelet worden gedaan om dit nog te optimaliseren. Deze aanpassingen zouden uiteindelijk moeten leiden tot exoskeletten die ook buiten een klinische setting gebruikt kunnen worden en dus draagbaar zijn in het dagelijkse leven.

62

Een wandelprogramma bij senioren heeft een zekere invloed op het uithoudingsvermogen (MacRae et al., 1996). Als daarbij het exoskelet ook in vergelijking met geschoeid wandelen goede resultaten haalt voor de daling in metabole kost, kan het gebruik hiervan een grote invloed hebben op de fysieke activiteit van senioren. Dit kan zelfs de mortaliteit terugschroeven, aangezien er een sterk causaal verband is met fysieke activiteit (Erikssen, 2001).

3.2 COPD COPD-patiënten kunnen net als senioren baat hebben bij een draagbaar exoskelet dat buiten het revalidatiecentrum gebruikt kan worden. Omdat deze personen vaak nog minder mogelijkheden hebben om fysieke inspanningen te leveren in vergelijking met senioren, is de ontwikkeling van een aangepast exoskelet hier essentieel. Vooraleer de stap naar exoskeletten in het dagelijks leven wordt gezet, is het voor deze patiëntenpopulatie belangrijk dat een exoskelet kan worden ingezet als hulpmiddel bij de revalidatie. Bij de huidige revalidatieprogramma’s boeken patiënten maar weinig vooruitgang, waardoor een vernieuwde oplossing hier welkom zou zijn. Verwacht wordt dat dit exoskelet het dagelijkse leven voor deze patiëntenpopulatie zal vergemakkelijken, aangezien ze hierdoor meer fysieke inspanningen kunnen verdragen.

4 Beperkingen van het Onderzoek De grootste beperking die het exoskelet tot op heden kenmerkt, is dat het via een externe krachtbron werkt. Deze krachtbron is te groot en zwaar om aan een exoskelet te verbinden dat men in het dagelijkse leven kan dragen. Een verbetering naar de toekomst toe zou een kleine externe krachtbon zijn die ofwel aan het exoskelet zelf bevestigd is, of makkelijk te hanteren en/of mee te nemen is door de gebruiker. Het exoskelet in zijn huidige vorm vergt enige tijd om aan te doen. De schoen en het exoskelet zelf zijn niet met elkaar verbonden en moeten beiden apart worden aangedaan. Dit zou bij implementatie in het dagelijkse leven een handige bot moeten worden waarbij de schoen en het exoskelet met elkaar één stuk zijn, zodat het gebruikers toelaat om hem snel aan en uit te trekken.

63

De meting naar het zuurstofverbruik kent ook een beperking. Nu werd het zuurstofverbruik gemeten door de proefpersonen een masker te laten dragen. Dit masker zat zowel over de neus als mond, waardoor een groot deel van het gezicht afgedekt was. Dit kon op zich al als oncomfortabel ervaren worden door de proefpersonen. Daarbij komt nog dat proefpersonen het vaak niet gewend zijn om zo’n masker te dragen. Hierdoor kan het zijn dat de ademhaling niet normaal verliep doordat de proefpersonen eerder in het masker bliezen dan dat ze gewoon ademden. Een gevolg hiervan zou een vertekende weergave van het zuurstofverbruik kunnen zijn. Een volgende beperking in dit onderzoek is de manier waarop staplengte en -breedte berekend werd. De stapbreedte werd bepaald door een punt te plaatsen op de binnenkant van de schoen. De schoenen waar tijdens dit onderzoek mee gewandeld werd, waren breder dan de meeste schoenen van de proefpersonen, waardoor de stapbreedte bij het geschoeid wandelen mogelijks overschat werd. Ook de manier waarop de perceptie nu bevraagd werd, aan de hand van een VAS-schaal, is in dit onderzoek mogelijks niet de beste manier. De kleine verschillen die de proefpersonen nu opgegeven hebben voor factoren als evenwicht, spiervermoeidheid (algemeen en spieren), kortademigheid, moeilijkheidsgraad en comfort, tonen niet de resultaten die in eerste instantie werden verwacht. Wanneer de proefpersonen bij deze manier van bevraging vermeldden dat ze een bepaalde conditie toch moeilijker vonden dan een voorgaande, maar het punt dan toch dicht bij het middelpunt van het lijnstuk plaatsten, ging deze negatieve feedback tijdens de analyse ietwat verloren. Het gebruik van een Borgschaal kan hier mogelijks een oplossing bieden. Een laatste beperkende factor kan de gewenningsfase zijn die oudere proefpersonen nodig hebben. Zoals Norris et al. (2006) reeds aanhaalden, hebben senioren (in vergelijking met jongeren) meer tijd nodig om zich aan iets nieuws aan te passen. In de resultaten van dit onderzoek is dat duidelijk gebleken. Bij toekomstig onderzoek zal er een alternatieve gewenningsfase moeten worden toegevoegd. Dit kan inhouden dat de proefpersonen een extra conditioneringsproces moeten doorlopen voordat de testen worden afgenomen, maar het kan evengoed betekenen dat de gewenning onmiddellijk aan de testafname moet voorafgaan. Verder onderzoek zal moeten uitwijzen wat hier de beste methode is.

64

5 Richtlijnen voor Toekomstig Onderzoek Voordat toekomstig onderzoek met dit exoskelet en naar dezelfde patiëntenpopulatie kan worden uitgevoerd, zijn er enkele aanpassingen in de methode nodig. Om statistische analyses op de resultaten te kunnen uitvoeren is een grotere steekproef nodig dan er in dit onderzoek aanwezig was. Aangezien er zich geen evenwichtsproblemen stelden bij het wandelen met het actief exoskelet dat minder kracht leverde dan in eerdere studies met hetzelfde exoskelet, kan deze kracht eventueel verhoogd worden. Op die manier kan het exoskelet een hoger vermogen leveren en kan de daling in metabole kost groter worden. Zoals eerder aangehaald zal de gewenningsfase voor deze oudere doelgroep op een andere manier geïmplementeerd moeten worden in het onderzoek. De gewenningsfase die nu werd toegepast, gaf de doelgroep niet voldoende tijd om zich aan het nieuwe wandelpatroon aan te passen, waardoor de resultaten in het begin van de test voor een vertekend beeld kunnen zorgen. Uit de analyse van de proefpersonen in deze studie is ook gebleken dat elke COPD-patiënt het wandelen met een exoskelet anders ervaarde. Dit zowel volgens de perceptievragenlijst als specifieke resultaten zoals zuurstofsaturatie. De reden hiervoor is dat COPD-patiënten vaak een afwijkend wandelpatroon hebben. Iedere proefpersoon zal anders wandelen en variatie in dit wandelpatroon is bij deze patiëntenpopulatie nog groter dan bij gezonde individuen. Daarom is het zeker een uitdaging om in een later stadium de exoskeletten individueel aanpasbaar te maken. Op die manier worden vertekende resultaten door interpersoonlijke verschillen in wandelpatroon vermeden.

6 Algemene Conclusie De resultaten van het onderzoek zijn veelbelovend voor de toekomst. Gezonde senioren blijken zeker in staat om te wandelen met het exoskelet. Mits wat extra aanpassingstijd werd ook een daling in metabole kost gezien tussen het wandelen met een passief en actief exoskelet. Deze trend lijkt zich ook voor te doen bij COPD-patiënten.

65

Om de daling significant te maken ten opzichte van het geschoeid wanden, zullen wel nog heel wat maatregelen getroffen moeten worden. Zo zal het exoskelet moeten geoptimaliseerd worden voor gebruik, zodat het comfortabeler zal aanvoelen en de patiënt hier weinig of geen hinder van ondervindt. Verder onderzoek zal dan ook moeten gebeuren bij patiënten met COPD, zodat met zekerheid kan gesteld worden dat zij effectief baat hebben bij het plantairflexie assisterend exoskelet. Een volgende stap is het effectief implementeren van het exoskelet in de revalidatie van COPD-patiënten. Op die manier kan het ervoor zorgen dat zij verder en langer kunnen stappen, wat een belangrijke invloed kan hebben op hun dagelijks leven.

66

REFERENTIES Afonso, A. S. M., Verhamme, K. M. C., Sturkenboom, M. C. J. M., & Brusselle, G. G. O. (2011). COPD in the general population: prevalence, incidence and survival. Respiratory Medicine, 105(12), 1872–84. doi:10.1016/j.rmed.2011.06.012 Annegarn, J., Spruit, M. a, Savelberg, H. H. C. M., Willems, P. J. B., van de Bool, C., Schols, A. M. W. J., … Meijer, K. (2012). Differences in walking pattern during 6min walk test between patients with COPD and healthy subjects. PloS One, 7(5), e37329. doi:10.1371/journal.pone.0037329 Atsou, K., Chouaid, C., & Hejblum, G. (2011). Variability of the chronic obstructive pulmonary disease key epidemiological data in Europe: systematic review. BMC Medicine, 9(1), 7. doi:10.1186/1741-7015-9-7 Barnes, P. J., & Stockley, R. a. (2005). COPD: current therapeutic interventions and future approaches. The European Respiratory Journal, 25(6), 1084–106. doi:10.1183/09031936.05.00139104 Beauchamp, M. K., Hill, K., Goldstein, R. S., Janaudis-Ferreira, T., & Brooks, D. (2009). Impairments in balance discriminate fallers from non-fallers in COPD. Respiratory Medicine, 103(12), 1885–91. doi:10.1016/j.rmed.2009.06.008 Blaya, J. a, & Herr, H. (2004). Adaptive control of a variable-impedance ankle-foot orthosis to assist drop-foot gait. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering : A Publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 12(1), 24–31. doi:10.1109/TNSRE.2003.823266 Bogue, R. (2009). Exoskeletons and robotic prosthetics: a review of recent developments. Industrial Robot: An International Journal, 36(5), 421–427. doi:10.1108/01439910910980141 Bohannon, R. W. (1997). Comfortable and maximum walking speed of adults aged 20-79 years: Reference values and determinants. Age and Ageing, 26(Table 1), 15–19. doi:10.1093/ageing/26.1.15 Brockway, J. M. (1987). Derivation of formulae used to calculate energy expenditure in man. Human Nutrition. Clinical Nutrition, 41, 463–471. Cain, S. M., Gordon, K. E., & Ferris, D. P. (2007). Locomotor adaptation to a powered ankle-foot orthosis depends on control method. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 4, 48. doi:10.1186/1743-0003-4-48 Camillo, C., Burtin, C., Hornikx, M., Demeyer, H., Bent, K. De, Remoortel, H. Van, … Troosters, T. (2014). Downhill Walking For Subjects With COPD. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 189, 3648.

67

Díaz, I., Gil, J. J., & Sánchez, E. (2011). Lower-Limb Robotic Rehabilitation: Literature Review and Challenges. Journal of Robotics, 2011(i), 1–11. doi:10.1155/2011/759764 Erikssen, G. (2001). Physical fitness and changes in mortality: the survival of the fittest. Sports Medicine (Auckland, N.Z.), 31(8), 571–576. Fabricius, P., Løkke, A., Marott, J. L., Vestbo, J., & Lange, P. (2011). Prevalence of COPD in Copenhagen. Respiratory Medicine, 105(3), 410–7. doi:10.1016/j.rmed.2010.09.019 Ferris, D. P., Czerniecki, J. M., & Hannaford, B. (2006). An Ankle-Foot Orthosis Powered by Artificial Pneumatic Muscles. Journal of Applied Biomechanics, 21(2), 189–197. Ferris, D. P., Gordon, K. E., Sawicki, G. S., & Peethambaran, A. (2005). An improved powered ankle-foot orthosis using proportional myoelectric control. Gait & Posture, 23(4), 425–8. doi:10.1016/j.gaitpost.2005.05.004 Fleg, J. L., Morrell, C. H., Bos, A. G., Brant, L. J., Talbot, L. a., Wright, J. G., & Lakatta, E. G. (2005). Accelerated longitudinal decline of aerobic capacity in healthy older adults. Circulation, 112, 674–682. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.105.545459 Galle, S., Malcolm, P., Derave, W., & De Clercq, D. (2013). Adaptation to walking with an exoskeleton that assists ankle extension. Gait & Posture, 38(3), 495–9. doi:10.1016/j.gaitpost.2013.01.029 Gregorczyk, K. N., Hasselquist, L., Schiffman, J. M., Bensel, C. K., Obusek, J. P., & Gutekunst, D. J. (2010). Effects of a lower-body exoskeleton device on metabolic cost and gait biomechanics during load carriage. Ergonomics, 53(10), 1263–75. doi:10.1080/00140139.2010.512982 Herr, H. (2009). Exoskeletons and orthoses: classification, design challenges and future directions. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 6, 21. doi:10.1186/17430003-6-21 Hidler, J., Nichols, D., Pelliccio, M., Brady, K., Campbell, D. D., Kahn, J. H., & Hornby, T. G. (2009). Multicenter randomized clinical trial evaluating the effectiveness of the Lokomat in subacute stroke. Neurorehabilitation and Neural Repair, 23(1), 5–13. doi:10.1177/1545968308326632 John, G., Kohse, K., Orasche, J., Reda, A., Schnelle-Kreis, J., Zimmermann, R., … Yildirim, A. Ö. (2014). The composition of cigarette smoke determines inflammatory cell recruitment to the lung in COPD mouse models. Clinical Science (London, England : 1979), 126(3), 207–21. doi:10.1042/CS20130117 Kazerooni, H. (2006). The Berkeley Lower Extremity Exoskeleton. In Field and Service Robotics: results of the 5th international conference (pp. 9–15). Kerrigan, D. C., Todd, M. K., Della Croce, U., Lipsitz, L. a, & Collins, J. J. (1998). Biomechanical gait alterations independent of speed in the healthy elderly: evidence

68

for specific limiting impairments. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 79(3), 317–22. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9523785 Kuo, A. D. (2002). Energetics of Actively Powered Locomotion Using the Simplest Walking Model. Journal of Biomechanical Engineering, 124(1), 113–120. doi:10.1115/1.1427703 Larish, D. D., Martin, P. E., & Mungiole, M. (1988). Characteristic patterns of gait in the healthy old. Annals of the New York Academy of Sciences, 515, 18–32. doi:10.1111/j.1749-6632.1988.tb32960.x Lecture, R. S. M. (2000). Mechanisms of COPD. CHEST Journal, 117(5), 219–223. Lindberg, A., Jonsson, A.-C., Rönmark, E., Lundgren, R., Larsson, L.-G., & Lundbäck, B. (2005). Prevalence of chronic obstructive pulmonary disease according to BTS, ERS, GOLD and ATS criteria in relation to doctor’s diagnosis, symptoms, age, gender, and smoking habits. Respiration; International Review of Thoracic Diseases, 72(5), 471– 9. doi:10.1159/000087670 MacRae, P., Asplund, L., Schnelle, J., Ouslander, J., Abrahamse, A., & Morris, C. (1996). A walking program for nursing home residents: effects on walk endurance, physical activity, mobility and quality of life. Journal of the American Geriatrics Society, 44(2), 175–180. Malcolm, P., Derave, W., Galle, S., & De Clercq, D. (2013). A simple exoskeleton that assists plantarflexion can reduce the metabolic cost of human walking. PloS One, 8(2), e56137. doi:10.1371/journal.pone.0056137 Maltais, F., Simard, a a, Simard, C., Jobin, J., Desgagnés, P., & LeBlanc, P. (1996). Oxidative capacity of the skeletal muscle and lactic acid kinetics during exercise in normal subjects and in patients with COPD. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 153(1), 288–93. doi:10.1164/ajrccm.153.1.8542131 Martin, L. D., & Norford, D. (2000). Skeletal Muscle Function in COPD. CHEST Journal, 117(5), 267–271. Menz, H. B., Lord, S. R., & Fitzpatrick, R. C. (2003). Age-related differences in walking stability. Age and Ageing, 32(2), 137–142. doi:10.1093/ageing/32.2.137 Mills, P. M., & Barrett, R. S. (2001). Swing phase mechanics of healthy young and elderly men. Human Movement Science, 20(4-5), 427–46. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11750671 Norris, J. a, Granata, K. P., Mitros, M. R., Byrne, E. M., & Marsh, A. P. (2006). Effect of augmented plantarflexion power on preferred walking speed and economy in young and older adults. Gait & Posture, 25(4), 620–7. doi:10.1016/j.gaitpost.2006.07.002 Pauwels, R. (2000). Copd: The Scope of the Problem in Europe. CHEST Journal, 117(5_suppl_2), 332S. doi:10.1378/chest.117.5_suppl_2.332S

69

Pedersen, B. K., & Saltin, B. (2006). Evidence for prescribing exercise as therapy in chronic disease. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 16 Suppl 1, 3–63. doi:10.1111/j.1600-0838.2006.00520.x Sawicki, G. S., Domingo, A., & Ferris, D. P. (2006). The effects of powered ankle-foot orthoses on joint kinematics and muscle activation during walking in individuals with incomplete spinal cord injury. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 3, 3. doi:10.1186/1743-0003-3-3 Sawicki, G. S., & Ferris, D. P. (2008). Mechanics and energetics of level walking with powered ankle exoskeletons. The Journal of Experimental Biology, 211(Pt 9), 1402– 13. doi:10.1242/jeb.009241 Schrack, J. A., Simonsick, E. M., & Ferrucci, L. (2010). The Energetic Pathway to Mobility Loss: An Emerging New Framework for Longitudinal Studies on Aging. Journal of the American Geriatrics Society, 58(Suppl 2), S329–S336. doi:10.1016/j.biotechadv.2011.08.021.Secreted Tantucci, C., & Modina, D. (2012). Lung function decline in COPD. International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease, 7, 95–9. doi:10.2147/COPD.S27480 Tefertiller, C., Pharo, B., Evans, N., & Winchester, P. (2011). Efficacy of rehabilitation robotics for walking training in neurological disorders: A review. The Journal of Rehabilitation Research and Development (Vol. 48, p. 387). doi:10.1682/JRRD.2010.04.0055 Todd, D. C., & Cox, G. (2008). Clinical Review pulmonary disease in primary care. Canadian Family Physician, 54, 706–711. Veneman, J. F., Kruidhof, R., Hekman, E. E. G., Ekkelenkamp, R., Van Asseldonk, E. H. F., & van der Kooij, H. (2007). Design and evaluation of the LOPES exoskeleton robot for interactive gait rehabilitation. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering : A Publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 15(3), 379–86. doi:10.1109/TNSRE.2003.818185 Vestbo, J., Hurd, S. S., Agustí, A. G., Jones, P. W., Vogelmeier, C., Anzueto, A., … Rodriguez-Roisin, R. (2013). Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease: GOLD executive summary. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 187(4), 347–65. doi:10.1164/rccm.201204-0596PP Vilaro, J., Rabinovich, R., Gonzalez-deSuso, J. M., Troosters, T., Rodríguez, D., Barberà, J. A., & Roca, J. (2009). Clinical assessment of peripheral muscle function in patients with chronic obstructive pulmonary disease. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation / Association of Academic Physiatrists, 88(1), 39–46. doi:10.1097/PHM.0b013e31818dff86 Winter, D. a. (1983). Energy generation and absorption at the ankle and knee during fast, natural, and slow cadences. Clinical Orthopaedics and Related Research, (175), 147– 54. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6839580

70

Winter, D. a, Patla, a E., Frank, J. S., & Walt, S. E. (1990). Biomechanical walking pattern changes in the fit and healthy elderly. Physical Therapy, 70(6), 340–7. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2345777 Yentes, J. M., Sayles, H., Meza, J., Mannino, D. M., Rennard, S. I., & Stergiou, N. (2011). Walking abnormalities are associated with COPD: An investigation of the NHANES III dataset. Respiratory Medicine, 105(1), 80–7. doi:10.1016/j.rmed.2010.06.007 Zoss, a., Kazerooni, H., & Chu, a. (2005). On the mechanical design of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX). 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 3465–3472. doi:10.1109/IROS.2005.1545453

71

72

BIJLAGEN 1 Informed Consent Informatiebrief voor de deelnemers aan experimenten Als u besluit aan deze studie deel te nemen is het van belang dat u de onderstaande informatie goed begrijpt. Indien deze informatiebrochure woorden bevat die u niet begrijpt, zijn wij uiteraard graag bereid deze voor u te verklaren.

1

Titel van de studie:

HAALBAARHEID EN EFFECTIVITEIT VAN EEN EXOSKELET BIJ SENIOREN EN COPD PATIENTEN

2

Doel van de studie:

Het doel van deze studie is de haalbaarheid en de effectiviteit van wandelen met een exoskelet bij senioren en COPD patiënten nagaan.

3

Beschrijving van de studie:

Tijdens het onderzoek zal u onder andere met 2 pneumatisch aangedreven enkel-voetexoskeletten (=een soort kunststof schelp rond het onderbeen) wandelen op een loopband. Tijdens de verschillende testmomenten zal u gevraagd worden om zowel met gewone schoenen als met een passief (waarbij de pneumatische spieren niet actief zijn) als met een actief exoskelet te wandelen (waarbij de pneumatische spieren wel actief zijn tijdens de wandelbeweging). Er wordt verwacht dat u 2 maal aanwezig bent op vooraf afgesproken data. De duur van de testen bedraagt iets meer dan een uur maar dit kan uitlopen indien er iets mis loopt. Niets belet u de testen vroeger te beëindigen. Op de eerste dag zal u kunnen gewennen aan wandelen met het exoskelet en wandelen op een loopband. U zal hierbij 5 maal 5 minuten moeten wandelen met een 2 tot 3 minuten rust tussen. U kan zelf de snelheid bepalen waaraan gewandeld zal worden. Op de tweede dag zal een gelijkaardige procedure gevolgd worden maar nu zullen er metingen gebeuren van het zuurstofverbruik met een mondmasker.

4

Toelatingsvoorwaarden

U mag aan de studie deelnemen indien u - ouder bent dan 65 - al ervaring heeft met wandelen op een loopband - geen ernstige hart en vaatziekten heeft - momenteel geen ernstig letsel heeft - geen andere aandoeningen heeft die tegenaangewezen zijn voor sportbeoefening

Indien u twijfelt of u aan deze criteria beantwoordt kan u contact opnemen met Dr. Lander Vanhee tel: 09 264 63 37.

73

1

Wat wordt verwacht van de deelnemer?

Voor het welslagen van de studie, is het uitermate belangrijk dat u volledig meewerkt met de onderzoeker en dat u zijn/haar instructies nauwlettend opvolgt. Dit wil niet zeggen dat u niet op elk moment vragen kan stellen en/of kan beslissen om te pauzeren of te stoppen. Deelname en beëindiging: De deelname aan deze studie vindt plaats op vrijwillige basis. Deelname aan deze studie brengt voor u geen onmiddellijk therapeutisch voordeel. Uw deelname in de studie kan helpen om in de toekomst patiënten beter te kunnen helpen. U kan weigeren om deel te nemen aan de studie, en u kunt zich op elk ogenblik terugtrekken uit de studie zonder dat u hiervoor een reden moet opgeven en zonder dat dit op enigerlei wijze een invloed zal hebben op uw verdere relatie en/of behandeling met de onderzoeker of de behandelende arts. Uw deelname aan deze studie zal worden beëindigd als de onderzoeker meent dat dit in uw belang is. U kunt ook voortijdig uit de studie worden teruggetrokken als u de in deze informatiebrief beschreven procedures niet goed opvolgt of u de beschreven items niet respecteert. Als u deelneemt, wordt u gevraagd het toestemmingsformulier te tekenen.

2

Procedures en risico’s:

Tijdens de proeven worden op de 2de dag metingen van het zuurstofverbruik gedaan met een mondmasker. Hier zijn in principe geen bijzondere risico’s aan verbonden. Het risico van het wandelen op de loopband is vallen of struikelen maar hiervoor draagt u een beschermend harnas.

3

Risico’s en voordelen:

De risico’s zijn de gewone ongemakken na het leveren van sportinspanningen: spierpijn, vermoeidheid…. U hebt het recht op elk ogenblik vragen te stellen over de mogelijke en/of gekende risico’s of nadelen van deze studie. Als er in het verloop van de studie gegevens aan het licht komen die een invloed zouden kunnen hebben op uw bereidheid om te blijven deelnemen aan deze studie, zult u daarvan op de hoogte worden gebracht. Mocht u door uw deelname toch enig nadeel ondervinden, zal u een gepaste behandeling krijgen. Deze studie werd goedgekeurd door een onafhankelijke Commissie voor Medische Ethiek verbonden aan het UZ Gent en wordt uitgevoerd volgens de richtlijnen voor de goede klinische praktijk (ICH/GCP) en de verklaring van Helsinki opgesteld ter bescherming van mensen deelnemend aan klinische studies. In geen geval dient u de goedkeuring door de Commissie voor Medische Ethiek te beschouwen als een aanzet tot deelname aan deze studie.

4

Kosten en vergoeding:

Uw deelname aan deze studie brengt geen extra kosten mee voor u. U krijgt een onkostenvergoeding voor het vervoer naar het UZ en een cadeaubon van 50 euro bij deelname aan beide sessies.

74

1

Vertrouwelijkheid:

In overeenstemming met de Belgische wet van 8 december 1992 en de Belgische wet van 22 augustus 2002, zal u persoonlijke levenssfeer worden gerespecteerd en zal u toegang krijgen tot de verzamelde gegevens. Elk onjuist gegeven kan op uw verzoek verbeterd worden. Vertegenwoordigers van de opdrachtgever, auditoren, de Commissie voor Medische Ethiek en de bevoegde overheden hebben rechtstreeks toegang tot Uw medische dossiers om de procedures van de studie en/of de gegevens te controleren, zonder de vertrouwelijkheid te schenden. Dit kan enkel binnen de grenzen die door de betreffende wetten zijn toegestaan. Door het toestemmingsformulier, na voorafgaande uitleg, te ondertekenen stemt U in met deze toegang. Als u akkoord gaat om aan deze studie deel te nemen, zullen uw persoonlijke gegevens tijdens deze studie worden verzameld en gecodeerd (hierbij kan men uw gegevens nog terug koppelen naar uw persoonlijk dossier). Verslagen waarin U wordt geïdentificeerd, zullen niet openlijk beschikbaar zijn. Als de resultaten van de studie worden gepubliceerd, zal uw identiteit vertrouwelijke informatie blijven. .

2

Letsels ten gevolge van deelname aan de studie:

De onderzoeker voorziet in een vergoeding en/of medische behandeling in het geval van schade en/of letsel tengevolge van deelname aan de studie. Voor dit doeleinde is een verzekering afgesloten met foutloze aansprakelijkheid conform de wet inzake experimenten op de menselijke persoon van 7 mei 2004. Op dat ogenblik kunnen uw gegevens doorgegeven worden aan de verzekeraar.

3

Contactpersoon:

Als er letsel optreedt tengevolge van de studie, of als U aanvullende informatie wenst over de studie of over uw rechten en plichten, kunt U in de loop van de studie op elk ogenblik contact opnemen met Dr. Lander Vanhee tel: 09 264 63 37.

75

Toestemmingsformulier Hierbij bevestig ik, ondergetekende, dat ik toestemming geef voor deelname aan het hierboven genoemde onderzoek. In verband hiermee verklaar ik het volgende:

-

Ik heb het bijbehorende informatieformulier (4 pagina’s) ontvangen en gelezen.

-

Ik ben gedetailleerd geïnformeerd over het doel, de aard en de procedures van het onderzoek.

-

Ik heb voldoende tijd gehad om over deelname aan het onderzoek te beslissen.

-

Ik heb deze beslissing uit vrije wil genomen.

-

Ik ben op de hoogte dat ik op elk ogenblik de deelname aan deze studie kan stopzetten en dit voor mij geen verdere gevolgen heeft.

Schrijf hier ‘Voor akkoord’ en zet uw handtekening met datum

Naam: Adres: Geboortedatum: Telefoon (GSM): Email:

Voor vragen, problemen en/of meer uitleg kan u steeds terecht bij de onderzoeker die deze testen zal leiden: [email protected] 0485/570.372

76

2 Vragenlijst Perceptie Hoe moeilijk vond je het wandelen op loopband in vergelijking met gewoon wandelen? HET ZELFDE VEEL MOEILIJKER

VEEL GEMAKKELIJKER

77

Hoe moeilijk vond je het wandelen op loopband met het unpowered exoskelet in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband? HET ZELFDE VEEL MOEILIJKER

78

VEEL GEMAKKELIJKER

Hoe moeilijk vond je het wandelen op loopband met het exoskelet in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband? HET ZELFDE VEEL MOEILIJKER

VEEL GEMAKKELIJKER

Hoe aangenaam vond je het wandelen met exoskelet op de loopband in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband?

HET ZELFDE VEEL AANGENAMER

VEEL VERVELENDER

Hoe vermoeiend vond je wandelen met exoskelet op de loopband in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband? -

Voor je spieren: HET ZELFDE

VEEL MINDER VERMOEIEND

-

VEEL VERMOEIENDER

Voor algemene vermoeidheid en ademhaling:

HET ZELFDE VEEL MINDER VERMOEIEND

VEEL VERMOEIENDER

Wat is je ervaring in verband met evenwicht en stabiliteit tijdens wandelen met het exoskelet in vergelijking met gewoon wandelen op de loopband?

HET ZELFDE VEEL SLECHTER

VEEL BETER

79

3 Borgschaal

80

0

geen moeite (rust)

1

erg makkelijk

2

makkelijk

3

matig

4

een beetje zwaar

5

zwaar

6

zwaar

7

erg zwaar

8

erg zwaar

9

heel erg zwaar

10

maximaal

4 IPAQ Vragenlijst 1. Als u denkt aan de afgelopen 7 dagen, op hoeveel van deze dagen heeft u zware lichamelijke activiteiten verricht zoals zware lasten tillen, spitten, aerobics of wielrennen? ……. dagen Op de dagen dat u zwaar lichamelijk actief was, hoeveel tijd heeft u daar dan gewoonlijk aan besteed? (Aantal uren en/of minuten. Laat open indien u het niet zeker weet.) ……. uren en/of ……. minuten 2. Als u denkt aan de afgelopen 7 dagen, op hoeveel van deze dagen heeft u matig intensieve lichamelijke activiteit verricht, zoals het dragen van lichte lasten, fietsen in een normaal tempo of dubbeltennis? Laat wandelen hier buiten beschouwing. ……. dagen Op de dagen dat u matig intensief lichamelijk actief was, hoeveel tijd heeft u daar dan gewoonlijk aan besteed? (Aantal uren/minuten. Laat open indien u het niet zeker weet.) ……. uren en/of ……. minuten

3. Als u denkt aan de afgelopen 7 dagen, op hoeveel dagen heeft u tenminste 10 minuten per keer gewandeld? Denk hierbij aan wandelen op het werk en thuis, wandelen om van de ene naar de andere plaats te komen, en al het andere wandelen dat u deed tijdens recreatie, sport of vrijetijdsbesteding. ……. dagen Op de dagen dat u ten minste 10 minuten per keer wandelde, hoeveel tijd heeft u daar dan gewoonlijk aan besteed? (Aantal uren/minuten. Laat open indien u het niet zeker weet.) ……. uren en/of ……. minuten

4. Hoeveel tijd bracht u gewoonlijk zittend door gedurende een doordeweekse dag in de afgelopen 7 dagen? Bij deze tijd mag zitten achter een bureau, tijd die zittend wordt doorgebracht met vrienden, zittend lezen, studeren of tv kijken worden gerekend. (Aantal uren/minuten. Laat open indien u het niet zeker weet.) …….

uren

en/of

…….

minuten

81