Study, design and early clinical evaluation for the development of a device to reduce spasticity in tetraplegic subjects

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica)A espasticidade pode ser definida por uma desordem motora caracterizada pelo aumento da velocidade dependente dos reflexos de estiramento tónicos (tónus muscular), com os reflexos tendinosos exagerados, resultado da hiperexcitabilidade do reflexo de estiramento, como um componente da síndrome do neurónio motor superior. Esta condição pode atingir 70% das pessoas até um ano após a lesão medular. A espasticidade manifesta-se clinicamente por hipertonia muscular, a híper-reflexia e os espasmos musculares, afetando assim a qualidade de vida dos doentes. Existe, atualmente, uma necessidade de melhorar os métodos de avaliação e tratamento, para combater as lacunas dos já existentes. Este trabalho teve como objetivos o estudo, a conceção e a avaliação clínica prévia para o desenvolvimento um dispositivo que minimize a espasticidade nos membros inferiores de indivíduos tetraplégicos, que sofreram lesão medular traumática. Para cumprir os objetivos propostos, realizou-se um estudo de caso para tentar obter parâmetros iniciais para o dispositivo. Um grupo de dois doentes com lesão medular traumática incompleta (AIS B) e com nível 3 de de acordo com a Escala Modificada de Ashworth, relativamente ao grau de espasticidade, foram submetidos a um teste de eletromiografia de superfície e um teste de isocinético. O teste de eletromiografia de superfície para tentar obter o padrão da atividade muscular anormal nos doentes estudados. Já o teste de isocinética teve por objetivo obter os valores de momento produzidos durante a realização do movimento passivo dos membros inferiores, às velocidades de 30°/s, 60°/s e 90°/s, durante o movimento de extensão e flexão da articulação do joelho. O teste de eletromiografia de superfície não foi considerado válido para o estudo em causa, por terem ocorrido erros durante a sua realização. No caso do teste isocinético, foi verificado que só existem diferenças estatisticamente significativas nos momentos medidos em movimento de flexão, para um dos doentes. Em ambos os doentes os momentos medidos mostraram uma correlação linear com a velocidade. Além disso, para cada um dos doentes, o músculo mais afetado pela espasticidade foi o quadricípete, responsável pela extensão do joelho. Com base na informação obtida no presente estudo, um dispositivo a desenvolver para minimizar espasticidade teria que atuar sobre a tensão muscular, no músculo quadricípete. Se possível, deverá aplicar um estímulo ao músculo, para reduzir ou evitar a perda de massa muscular. Além disso, o dispositivo deverá incluir uma parte de avaliação da espasticidade.Spasticity is a motor disorder characterized by a velocitydependent increase in tonic stretch reflexes (muscle tone) with exaggerated tendon jerks, resulting from hyperexcitability of the stretch reflex, as one componente of the upper motoneuron syndrome’. Roughly, 70% of persons with spinal cord injury are spastic one year after injury. Spasticity is clinically manifested by an increased muscle tone, hyperreflexia and muscle spasms, thus affecting the quality of life of patients. There is now a need to improve methods of assessment and treatment to combat the shortcomings of existing ones. This work aimed to study, design and the early clinical evaluation to develop a device that minimizes the spasticity in the lower limbs of tetraplegic individuals, who have suffered spinal cord injury. To reach the proposed objectives, there was a case study in an attempt to obtain initial parameters for the device. A group of two patients with incomplete spinal cord injury (AIS B) and Level 3, according to the Modified Ashworth Scale, on the degree of spasticity, were subjected to a surface electromyography test and isokinetic test. The aim of the surface electromyography test was to get the pattern of abnormal muscle activity in the patients studied. Have the isokinetic test aimed to obtain the momento values produced during the course of passive movement of the lower limbs, to speeds of 30 °/s 60 °/ s and 90 °/ s, during the extension movement and flexion of the knee. Due to an error in the implementation of surface electromyography test, this test was not considered valid for the study concerned. In the case of isokinetic testing, it was found that there are only statistically significant differences in momento measured in flexion, for one patient. In both the measured momento patients showed a linear correlation with the speed. Moreover, for each patient, the most affected muscle by spasticity, was quadríceps. This muscle is responsible for knee extension. If possible, the device may apply a stimulus to the muscle, to reduce or prevent the loss of muscle mass. Furthermore, the device should include the assessment part of spasticity