Gait stability is perhaps the most important characteristic of locomotion. Maintaining gait stability poses a great challenge for the motor system since walking is a dynamical state and hence inherently non-stable. This challenge is greater in older adults and especially in post-stroke individuals, populations with increased fall risk. Despite its importance, gait stability is defined and quantified differently in different studies. Some studies measure coordination implying that more coordinated gait is also more stable. Finally, conflicting evidence relates gait stability with gait speed in different populations. The overall objective of this thesis was to evaluate the effect of aging and stroke on gait stability. The thesis includes one review paper and three experimental studies. The first manuscript proposes an operational definition of locomotor coordination and reviews existing measures of coordination. This manuscript highlights the need for a more relevant functional measurement of locomotor coordination in healthy and post-stroke individuals. The objective of the first study was to investigate age-related deficits in gait stability following an unexpected perturbation to gait. Twenty-four young and 18 older adults walked on a self-paced treadmill at comfortable speed, paced by a metronome. Gait stability and interlimb coordination were evaluated using responses to an unexpected perturbation of 250ms at 20% of swing length of the dominant leg. Although young and older adults used similar leg strategies to recover from perturbation, older adults took longer to recover steady-state walking and had larger residual phase shifts in gait rhythm. Upper and lower limb movement was less coordinated in older adults for up to 5 steps after perturbation, but only in young adults was interlimb coupling associated with gait stability. The objective of the second study was to investigate the effect of gait speed on gait stability following an unexpected perturbation to gait in young and older adults. In both groups (n=12 in each), increasing gait speed increased the likelihood of using a leg lowering strategy immediately after perturbation. Although walking faster was associated with better interlimb coupling in both groups, it was not associated with better gait stability. Age-related deficits in recovery of steady-state walking persisted across gait speeds. The first objective of the third study was to investigate stroke-related deficits in gait stability following an unexpected perturbation to gait. The second objective was to examine the role of gait speed in gait stability of post-stroke individuals. Ten well-recovered post-stroke individuals walked at comfortable speed and 10 controls walked at slower than comfortable (matched) speed. In addition, post-stroke individuals were asked to walk 20% faster than comfortable. For stroke subjects, the perturbation was applied to the non-paretic leg. Results showed that regardless of gait speed, post-stroke individuals usually lowered the perturbed leg immediately after perturbation, while controls mostly used leg elevation. Thus, quick weight transfers to the paretic leg may be a possible focus for rehabilitation strategies designed to improve gait stability. An increase of ~20% in gait speed did not affect recovery from perturbation, but when walking faster, subjects with better walking performance recovered faster from perturbation. Finally, faster walkers within the group had more coordinated responses in the non-paretic side, but were not more stable. Results of these studies suggest that recovery from an unexpected perturbation during gait differed between young, older and post-stroke individuals across gait speeds. However, in older and post-stroke individuals interlimb coupling and gait stability were not related and define separate goals of gait rehabilitation. / La stabilité de la marche est peut-être la caractéristique la plus importante de la locomotion. Maintenir la stabilité pose un grand défi pour le système moteur car la marche est un état dynamique et donc instable. Ce défi est plus grand chez les personnes âgées et post-AVC qui présentent un plus grand risque de chute. Malgré son importance, la définition et la quantification de la stabilité de la marche varie entre les études. Le lien entre la stabilité et la vitesse de la marche est aussi disputable. L'objectif global de cette thèse était d'évaluer l'effet du vieillissement et de l'AVC sur la stabilité de la marche. La thèse comprend un document de synthèse et trois études expérimentales. Le premier document décrit des mesures de la coordination chez les individus sains et post-AVC et propose une définition opérationnelle du terme. Ce manuscrit met en évidence la nécessité d'une mesure fonctionnelle de la coordination chez les individus sains et post-AVC. L'objectif de la 1ère étude était d'étudier les déficits de stabilité de la marche à la suite d'une perturbation inattendue chez les gens âgés. Vingt-quatre sujets jeunes et 18 sujets âgés marchaient sur un tapis roulant à rythme libre à leur vitesse confortable (à l'aide d'un métronome). La stabilité de la marche et la coordination entre les mouvements des membres ont été évaluées après une perturbation inattendue de 250ms à 20% de la longueur de pas. Bien que les mêmes stratégies pour répondre à la perturbation furent utilisées, les adultes âgés ont pris plus de temps pour récupérer leur équilibre et avaient de plus grands déphasages résiduels du rythme. Les mouvements des membres supérieurs et inférieurs étaient moins coordonnés chez les personnes âgées jusqu'à 5 pas après la perturbation. Le couplage des mouvements était associé à la stabilité de marche seulement chez les sujets jeunes. L'objectif de la 2eme étude était d'étudier l'effet de la vitesse de marche sur la stabilité de la marche après une perturbation inattendue chez les gens jeunes et plus âgés. Dans les deux groupes de 12 sujets, la probabilité d'abaisser la jambe perturbée a augmenté avec la vitesse. Les personnes âgées ont pris plus de pas pour récupérer l'équilibre, quelle que soit la vitesse de marche. Bien que la marche rapide ait été associée à un meilleur couplage des mouvements dans les deux groupes, elle n'était pas associée à une meilleure stabilité de marche. Les deux objectifs de la 3eme étude était d'étudier les déficits de stabilité de la marche à la suite d'une perturbation inattendue chez les individus post-AVC, et d'examiner le rôle de la vitesse dans la stabilité de la marche chez les individus post-AVC. Dix individus post-AVC ont marché à une vitesse confortable et 10 contrôles ont marché plus lentement que leur vitesse confortable. La perturbation a été appliquée à la jambe non-parétique chez le groupe post-AVC. Les individus post-AVC ont généralement abaissé la jambe perturbée immédiatement après la perturbation, tandis que les contrôles ont principalement élevé la jambe. Ainsi, des transferts de poids rapides à la jambe parétique pourraient devenir le focus de stratégies de réadaptation visant à améliorer la stabilité de la marche. Une augmentation de ~20% de la vitesse de marche n'a pas affecté la récupération de stabilité, mais lors de la marche rapide, les sujets avec la meilleure performance de marche ont aussi récupéré la stabilité plus rapidement. Enfin, les marcheurs plus rapides avaient des réponses plus coordonnées du côté non-parétique mais n'étaient pas plus stable. Les résultats de ces études suggèrent que la récupération suite à une perturbation inattendue lors de la marche diffère entre les jeunes, les personnes âgées et post-AVC. Toutefois, la stabilité et la coordination n'étaient pas associées chez les individus plus âgés et post-AVC, ce qui suggère que ces deux aspects soient des objectifs distincts de la réadaptation de la marche.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117055 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Krasovsky, Tal |
| Contributors | Mindy Levin (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (School of Physical and Occupational Therapy) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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