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Medición del equilibrio en una población mexicana de adultos mayores |
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*Ingeniero en Electrónica. Laboratorio de Fisiología del Esfuerzo, Proyecto de Investigación en Nutrición de la Facultad de Estudios Superiores Iztacala Universidad Nacional Autónoma de México **Especialista en Medicina del Deporte Laboratorio de Fisiología del Esfuerzo, Proyecto de Investigación en Nutrición de la Facultad de Estudios Superiores Iztacala Universidad Nacional Autónoma de México |
Pedro Celestino Galván Fernández* fisiologiadelesfuerzo@hotmail.com María del Carmen Beas Jara** (México) |
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Resumen Con el objetivo de evaluar las alteraciones del equilibrio en una población de adultos mayores, se presenta el uso de sensores inerciales para hacer mediciones de equilibrio que proporcionen información acerca de la capacidad de un adulto mayor para mantener sus procesos posturales y locomotivos. La muestra fue conformada por 25 hombres y 21 mujeres, con un rango de edad de 62 a 95 años y un promedio de (79.3 ± 8.4) años, se usaron sensores de aceleración lineal y circular, para medir el equilibrio y tener resultados cuantitativos al aplicar la prueba clínica de Romberg. El método que se propone, representa una alternativa segura a la medición del equilibrio con plataformas de evaluación postural (Balance Stability Systems, BSS). Palabras clave: Sentido del equilibrio. Prueba de Romberg. Escala de equilibrio de Berg (BBS). Sistema de evaluación postural (BSS). Módulo de medición inercial (IMU). Acelerómetro. Giróscopo.
Abstract
In order to evaluate balance disorders in a population of elderly, we
present the use of inertial sensors for balance measurements provide information
about the ability of elderly to maintain their posture and their processes of
locomotive system. The sample was constituted by 25 men and 21 women, with an
age range of 62-95 years and an average of (79.3 ± 8.4) years, were used
acceleration sensors linear and circular, to measure the balance and have
quantitative results with the Romberg test. Keywords: Sense of balance. Romberg test. Berg Balance Scale (BBS). Postural assessment system (BSS). Inertial measurement module (IMU). Accelerometer. Gyro.
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EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 18, Nº 185, Octubre de 2013. http://www.efdeportes.com/ |
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Introducción
Para medir el equilibrio, es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos acerca de la teoría de funcionamiento del sistema sensorial y de las técnicas que se aplican para su valoración.
Sentido del equilibrio
El equilibrio es resultado en gran parte de la orientación postural, que a su vez depende de la actividad de los receptores vestibulares del oído (canales semicirculares, sáculo y utrículo del vestíbulo), y de los receptores propioceptivos del sistema músculo-esquelético y articular. Con ellos se obtiene información de la postura corporal y del movimiento así como de la postura segmentaría y el grado de tensión o relajación muscular. Junto con los órganos de la visión, que aportan información visual periférica, integran el conjunto de órganos aferentes primarios. Los órganos aferentes secundarios se encargan de percibir el sonido, el tacto el calor, y la luz para informar a los centros reguladores del sistema nervioso central (SNC), del estado de equilibrio.
La información de ambas vías aferentes es integrada en el cerebro por los centros reguladores, antes de generar respuestas motoras para alcanzar la tensión muscular adecuada, mantener una posición estática, controlar los movimientos de los miembros y el tronco, así como detener los movimientos oculares y estabilizar el campo visual.
Para que los receptores propioceptivos perciban un estado de equilibrio, a partir de una postura en bipedestación con apoyo bilateral, la fuerza de gravedad que actúa sobre el centro de masa del cuerpo debe ir perpendicularmente, desde este centro de masa hasta la base de sustentación formada por el rectángulo imaginario cuyos lados se integran por los costados externos de los pies y la separación entre ellos; De esta manera se logra la mejor eficiencia biomecánica, de lo contrario la posición del cuerpo será inestable y tendrá un alto costo energético hasta que los órganos efectores coloquen nuevamente al centro de masa sobre la base de sustentación.
El centro de gravedad del cuerpo humano en bipedestación se encuentra, para propósitos prácticos, a una altura equivalente al 55% de la talla de cada persona y un poco adelante de la segunda vértebra sacra. Bajo esta consideración los músculos antigravitatorios que generan la fuerza necesaria para tener la postura en equilibrio, se encuentran principalmente en la espalda, la pelvis y el abdomen, mientras que para mantenerse estable sobre la base se sustentación, se usan principalmente los ligamentos y músculos de la cadera.
Evaluación del Equilibrio
La prueba básica para evaluar el sentido del equilibrio en un individuo, es la prueba de Romberg con ella se valora el funcionamiento de los receptores vestibulares y propioceptivos. Se realiza colocando al individuo de pie con los brazos al frente, la cabeza hacia atrás y los ojos cerrados, el individuo tiene problemas de equilibrio (positivo a la prueba) cuando en las condiciones descritas, presenta un movimiento pendular que puede ser ligero pero perceptible o incluso caer. La prueba integra la valoración de dos órganos aferentes primarios (receptores vestibulares y el sistema músculo-esquelético), los órganos aferentes secundarios y los centros reguladores del cerebro así como los órganos efectores (exceptuando el sistema óculo-motor ya que se elimina la visión al cerrar los ojos). Por su capacidad para diagnosticar trastornos vestibulares la prueba es confiable respecto al sentido del equilibrio, sin embargo no aporta resultados cuantitativos.
Existen modificaciones a la prueba de Romberg que incluyen retos (posiciones y movimientos), que se deben realizar y se les asigna una puntuación de acuerdo a la fluidez, dificultad y necesidad de ayuda con que la que la realizan. También existen escalas como la de Berg para evaluar el riesgo que tienen los adultos mayores de sufrir caídas por tener un sentido del equilibrio deficiente. Aunque con estas pruebas es posible tener un resultado numérico, la calificación obtenida no mide los movimientos de basculación que requiere una persona para mantener o recuperar el equilibrio.
Una forma de obtener resultados cuantitativos (que midan las oscilaciones en amplitud y dirección por ejemplo), es usar una plataforma de evaluación BSS durante una prueba de equilibrio. El instrumento consta de una plataforma circular de aproximadamente 50 cm2 de diámetro colocada a 25 cm. de altura y apoyada solo en su parte central con sensores de proximidad en su parte baja cerca de la circunferencia, que permiten medir la dirección y amplitud de los movimientos de la plataforma; así es posible caracterizar la habilidad de un individuo para mantener una postura estable. Sin embargo para adultos mayores, hacer la prueba de equilibrio sobre una plataforma de este tipo implica la dificultad para subirlos y el riesgo de que caigan de ella.
Para poder realizar la prueba de Romberg sin riesgo, hemos desarrollado un sistema de navegación personal que integra un módulo de sensores inerciales con un conjunto de algoritmos de navegación programados en una computadora personal, este sistema de navegación nos permite medir la posición vertical del cuerpo en el espacio tridimensional y el movimiento en los tres ejes ortogonales de dicho espacio.
El módulo de sensores que utilizamos cuenta con acelerómetros y giróscopos, dispuestos en arreglos ortogonales, que miden aceleración en los tres ejes coordenados (X, Y, Z). La unidad cuenta con un enlace inalámbrico que nos permite registrar los datos, sin restringir la libertad de movimiento del paciente, por lo tanto, la prueba se puede hacer sobre el piso sin poner en riesgo la seguridad de un adulto mayor.
La disposición ortogonal de los acelerómetros y los giróscopos, permite medir en los ejes horizontal antero-posterior (X), horizontal lateral (Y) y vertical (Z), para poder integrar los datos registrados en información relativa a la posición y sus cambios.
Para nuestros propósitos dividimos la prueba de Romberg en dos partes, una estática y una de ejecución (dinámica), de ambas podemos obtener resultados cuantitativos con el navegador personal.
Bajo la consideración de que el estado de la superficie plantar afecta directamente a la posición de la porción superior del cuerpo y refleja las compensaciones necesarias para lograr la estabilidad, en la primera parte de la prueba medimos la inclinación del cuerpo para conocer los problemas posturales; para medir la posición dinámica durante la segunda parte de la prueba (fase de ejecución), consideramos que las respuestas posturales a la posición son un indicador del trabajo integral de músculos, huesos y articulaciones es por esto que medimos, mediante algoritmos de navegación inercial, los movimientos angulares de los ejes anteroposterior, laterolateral, y craneocaudal, que define el movimiento en el espacio tridimensional.
Material y métodos
Previo consentimiento informado, se estudió una población de adultos mayores que residen en el Centro Nacional Modelo, de Atención Investigación y Capacitación Gerontológica “Vicente García Torres” del SNDIF, con una muestra de 25 hombres y 21 mujeres con un rango de edades de 62 a 95 años y un promedio de (79.3 ± 8.4) años.
Para ser incluidos en el estudio los sujetos debían ser voluntarios y tener un nivel de autonomía suficiente para poder trasladarse y realizar la prueba de equilibrio.
El módulo inercial que utilizamos para digitalizar los movimientos tiene 6 grados de libertad, cuenta con un convertidor analógico/digital de 10 bits, un acelerómetro tri-axial (MMA7260Q de FREESCALE) con sensitividad de 1.5 unidades de gravedad (G) y tres giróscopos (LISY300AL de ST Microelectronics), con sensitividad de 300O/seg. Con ellos podemos medir aceleración lineal con una resolución de 0.00405 G y el movimiento circular (giros), con una resolución de 0.977 O/seg.
El registro de los movimientos digitalizados se hizo con una frecuencia de muestreo de 60 Hz., mediante conexión inalámbrica de radiofrecuencia, con una computadora personal a una tasa de transmisión de datos de 115200 bits/seg.
Las mediciones realizadas durante la prueba propuesta, fueron los ángulos relacionados con su postura estática, que corresponden a la inclinación antero-posterior, lateral y rotación del eje vertical, así como las variaciones angulares de la inclinación al poner los brazos al frente y cerrar los ojos durante la prueba de Romberg.
La prueba se realizó con el IMU adosado al cuerpo del paciente por la espalda a la altura de la cintura (cercano al centro de masa) figura 1, en estas condiciones se inicia el registro de datos, esperamos 10 segundos antes de cerrar el registro para medir la inclinación en la posición erecta.
Para la prueba de ejecución se les pidió que colocaran las manos al frente, la cabeza hacia a atrás y que cerraran los ojos. Registramos durante 10 segundos en esta condición (siempre que lo permitiera el equilibrio del paciente).
Figura 1
Resultados
Encontramos una inclinación postural que en general es hacia el frente y a un lado lo cual les provoca la rotación del eje vertical (Figura 2), como se observa en la tabla 1, en la que se muestra el promedio de los ángulos de inclinación de cada eje para la muestra con que se trabajó. En la tabla se observa el rango de variación para cada ángulo medido en la población de adultos mayores.
Figura 2. Inclinación postural
Tabla 1. Resultados de la medición estática de inclinación
En la prueba de ejecución los registros obtenidos (Figura 3), nos muestran las variaciones angulares en los tres ejes, al realizar la prueba de Romberg.
Figura 3. Variación angular durante la prueba de Romberg
La Tabla 2 muestra los rangos de variación promedio de los ángulos de inclinación. Como se puede ver, las variaciones angulares tienen valores máximos y mínimos parecidos a los que se tiene en la medición postural.
Tabla 2. Variaciones angulares con la prueba de Romberg
Discusión
Debido a que conocíamos la existencia de los siguientes problemas podológicos y de postura: dedos en garra, talón anterior en aducción y abducción, pies planos y cavos, talón posterior en varo y valgo, escoliosis, cifosis, lordosis, acortamientos de miembros pélvicos, rodillas en varo y valgo. Todos encontrados en un estudio mas amplio realizado a las personas que participaron en nuestra prueba, pudimos comparar algunos resultados de la prueba de equilibrio con su huella plantar y encontramos que la inclinación lateral postural que se ve en la tabla1, generalmente es hacia el lado cuyo pie presenta mejor apoyo según su huella plantar. Como se puede observar, en la figura 4, desplazan un pie al frente para ampliar su base de sustentación (12% aproximadamente en la fotografía que se presenta), y así mejoran su estabilidad postural (mantienen el centro de masa dentro de dicha base) aunque también le genera una rotación.
Figura 4. Huella plantar, la imagen de la izquierda se modificó digitalmente para calcular la base de sustentación con los pies alineados
La observación anterior es consistente con el resultado que se muestra en la Tabla 1 respecto al ángulo de inclinación lateral, ya que como se ve, en promedio fue mayor que el de inclinación anteroposterior. En condiciones normales (sin problemas de apoyo plantar), se esperaría lo contrario por que la distribución de órganos al interior del cuerpo humano hacen más difícil la posición vertical en el plano sagital mientras que con un buen apoyo bilateral es mas fácil colocarse verticalmente en el plano frontal.
La rotación que se genera al inclinarse frontal y lateralmente, en promedio no es de gran magnitud aunque en casos extremos los valores máximos y mínimos de este ángulo son semejantes a los laterales y frontales.
A partir de los registros de la fase de ejecución de la prueba de Romberg, como el que se muestra en la figura 3, es posible medir los movimientos angulares que realizo cada individuo durante la pérdida y recuperación de la estabilidad, la rapidez con que ocurrió el proceso y la posición al final de la prueba.
Figura 5. Patrones de movimiento del centro de masa en los planos sagital y coronal
Con los datos registrados también podemos obtener los patrones de movimiento combinando el desplazamiento en los planos sagital y coronal, a la altura del plano axial, como se ven en la Figura 5. Los patrones gráficos obtenidos así son asimétricos y ocupan diferentes áreas de la gráfica.
Conclusiones
Con los registros obtenidos es posible especular, en términos estrictamente biomecánicos, cual es la relación entre los problemas posturales y podológicos de cada individuo, con los patrones gráficos generados. Podemos observar, por ejemplo, que quienes solo tienen problemas de apoyo plantar deficiente en uno de los pies generan un registro gráfico con mayor desplazamiento lateral mientras que los que tienen problemas de equilibrio registran movimientos amplios tanto lateral como frontalmente.
Por lo anterior consideramos que el uso de este tipo de instrumento es de gran utilidad para el diagnóstico y medición del equilibrio, ya que permite observar, medir y registrar los detalles del movimiento en todas las direcciones posibles, de tal manera que cuando un médico encuentre problemas de equilibrio en un paciente este en condiciones de recomendar la actividad física necesaria para corregir el problema. Sin embargo sabemos que es necesario obtener más registros con este tipo de instrumentación, lo cual haremos en estudios posteriores para poder definir entre otras cosas la mejor manera de usar los datos obtenidos, para ofrecer diagnósticos específicos así como definir perfectamente los alcances y limitaciones de los sensores inerciales en esta área de aplicación.
Glosario de términos utilizados
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Acelerómetro. Sensor de aceleración lineal.
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Balance Stability Systems (BSS). Sistemas de evaluación postural.
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Berg Balance Scale (BBS). Escala numérica de calificación para la prueba clínica de habilidades de equilibrio estático y dinámico de una persona, desarrollada entre otros investigadores por Katherine Berg.
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Ejes Ortogonales. Sistema de ejes perpendiculares entre si que definen un espacio de 3 dimensiones.
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Giróscopo. Sensor de aceleración circular.
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Inertial Module Unity (IMU). Módulo de medición inercial
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Prueba de Romberg. Prueba originalmente realizada por el médico Neurólogo Moritz Heinrich Romberg, en pacientes con tabes dorsal, que muestra la pérdida de control postural al cerrar los ojos.
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Sentido del equilibrio. Orientación espacial y regulación en el espacio que provoca el sistema sensorial.
Agradecimientos
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Agradecemos el apoyo al Centro Nacional Modelo de Atención, Investigación y Capacitación Gerontológica “Vicente García Torres” del SNDIF.
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A la Lic. Beatriz Guerrero Zepeda. Directora de este centro.
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Al Lic. en Psicología Miguel Mejía Mejía.
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A los voluntarios adultos mayores que participaron en el proyecto, así como al personal de enfermería
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