Dynamic stability in pathological gait : application of virtual pivot point in Down syndrome

The clinical picture of a patient with DS is complex and identified both by specific characteristics of the phenotype and by a delay in mental and motor development. In addition, evident traits are the ligamentous laxity, muscle hypotonia and flat foot which affect the static and dynamic behaviour of the patients. The patient with DS is characterized by dysfunctions concern the musculoskeletal system and the neuropsychomotor generating difficulties in the planning, organization and higher order sequencing of the movement patterns involved in locomotion. Therefore, the use of a model or the analysis of specific target variables to describe walking characteristics can be important tools to understand the mechanism of stability. In previous studies emerged that a possible mechanical strategy to stabilize the body while walking is to direct the forces to a point above the centre of mass of the whole body, named Virtual Pivot point (VPP). The aim of the current project is to obtain new information about locomotion in people with DS by means of the Virtual Pivot construct. This knowledge might help in designing rehabilitation procedures in this population. To the best of our knowledge, this work was the first to study the applicability of the VP strategy to the Down syndrome case. A precise methodological approach was used to achieve the project goal: selection of subjects from an existing clinical database based on inclusion criteria, acquisition of new gait analysis data from healthy subjects, data preparation for further processing in Matlab environment, the VPP calculation in Matlab environment and statistical analysis of the output data obtained. We investigated the existence and consequently the position of a virtual pivot point during the gait of subjects with DS and then we analyse the implications of the observed VPP location to postural stability.

Il quadro clinico di un paziente con DS è complesso e identificato sia da caratteristiche specifiche del fenotipo sia da un ritardo nello sviluppo mentale e motorio. Inoltre, tratti evidenti sono la lassità legamentosa, l'ipotonia muscolare e il piede piatto che influiscono sul comportamento statico e dinamico dei pazienti. Il paziente con SD è caratterizzato da disfunzioni che interessano il sistema muscolo-scheletrico e neuropsicomotorio generando difficoltà nella pianificazione, organizzazione e sequenziamento di ordine superiore degli schemi motori coinvolti nella locomozione. Pertanto, l'uso di un modello o l'analisi di variabili target specifiche per descrivere le caratteristiche del cammino possono essere strumenti importanti per comprendere il meccanismo di stabilità. In studi precedenti è emerso che una possibile strategia meccanica per stabilizzare il corpo mentre si cammina è quella di dirigere le forze verso un punto sopra il centro di massa di tutto il corpo, chiamato Virtual Pivot Point (VPP). Lo scopo del progetto attuale è ottenere nuove informazioni sulla locomozione nelle persone con DS mediante l’approccio del Virtual Pivot. Le informazioni ottenibili potrebbero aiutare nella progettazione di procedure di riabilitazione in questa popolazione. Per quanto a nostra conoscenza, questo lavoro è il primo a studiare l'applicabilità della strategia VP al caso della sindrome di Down. Per raggiungere l'obiettivo del progetto è stato utilizzato un preciso approccio metodologico: selezione dei soggetti da un database clinico esistente in base a criteri di inclusione, acquisizione di nuovi dati di analisi del cammino da soggetti sani, preparazione dei dati per l’elaborazione in ambiente Matlab, calcolo VPP in ambiente Matlab e analisi statistica dei dati di output ottenuti. Abbiamo studiato l'esistenza e di conseguenza la posizione del VPP durante l'andatura della sindrome di Down e quindi abbiamo analizzato le implicazioni della posizione osservata sulla stabilità posturale.