Cuando una persona sufre un derrame cerebral, la interrupción del flujo sanguíneo al cerebro puede provocar una pérdida de funcionalidad en los miembros. La terapia física persistente puede mejorar el control motor mediante el reforzamiento de las conexiones entre el miembro y el cerebro. Un grupo de la Universidad Northeastern acaba de desarrollar varios dispositivos robóticos portátiles que podrían servir de ayuda en el proceso de rehabilitación; al contrario que los otros dispositivos de rehabilitación, estos podrían permitir a los pacientes continuar la terapia en sus casas.

Los derrames son la causa principal de las discapacidades en los Estados Unidos; más de dos tercios de los supervivientes de derrames se quedan con algún tipo de discapacidad, según la Asociación Nacional de Apoplejía. La terapia física repetitiva consistente en la aplicación de fuerza al miembro afectado puede provocar un efecto en las señales motoras para alcanzar el cerebro y construir nuevas vías de control. Estos ejercicios pueden ayudar no sólo a las personas que se estén recuperando de un derrame, sino también a aquellos que sufren otro tipo de enfermedades, tales como una parálisis cerebral o enfermedades musculares degenerativas.

“Es de sobra conocido que cuanto más hagas, mejor te vas a recuperar,” afirma Tariq Rahman, director del Centro de Investigación y Desarrollo de Ortopedia en la Fundación Nemours y profesor asociado en la Universidad Drexel.

De forma tradicional, los terapeutas físicos aplican fuerza a los miembros de forma manual: Un grupo de terapeutas, por ejemplo, ayudan al paciente a caminar sobre una cinta de andar mediante el movimiento de sus piernas, ayudándole a que se mantenga firme. Durante las últimas décadas, muchos investigadores han dirigido su mirada hacia la robótica con la esperanza de crear dispositivos que proporcionen ejercicios de fuerza para las piernas, brazos, manos o la pelvis de los pacientes. Los investigadores esperan que este tipo de dispositivos creen un tipo de movimiento más suave, reaccionen de forma más precisa ante las mejoras de los pacientes, midan los progresos de forma más exacta y hagan que la recuperación sea más cómoda y efectiva. Varios dispositivos de rehabilitación actualmente en uso, tales como la máquina Lokomat de Rocomo o el Lopes de la Universidad de Twente, han sido diseñados para ayudar a la gente a caminar mejor—aunque estos sistemas tienden a ser caros y de gran volumen.

Los investigadores de Northeastern han desarrollado unos dispositivos para la rodilla, la muñeca, la pelvis y el tobillo que, según afirman, son portátiles y lo suficientemente económicos para poder ser alquilados por pequeños centros médicos o de rehabilitación, y potencialmente por los pacientes de forma individual. El equipo logró mantener el tamaño reducido de los dispositivos gracias al uso de una sustancia llamada fluido electro-reológico, que se vuelve más espeso cuando se le aplica una corriente eléctrica, y con ello crea una fuerza de resistencia más intensa en el dispositivo. El fluido contiene partículas que forman cadenas cuando se les aplica electricidad, convirtiendo el líquido en algo más parecido a un gel en cuestión de milisegundos 

“Gracias a este fluido podemos reducir el tamaño de los componentes mecánicos, como en los frenos,” afirma Constantinos Mavroidis, profesor y director de Biomedical Mechatronics Laboratory en Northeastern. El grupo también afirma que ha logrado reducir el tamaño del motor al menos a la mitad en comparación con los motores típicos. Además del tamaño más reducido y un menor peso, los motores basados en fluidos producen un movimiento más suave, afirma Mavroidis. “Da la sensación de que no es realmente un dispositivo mecánico sino un muelle.”

Rahman afirma que el trabajo de Northeastern es muy prometedor. “Siempre intentamos crear dispositivos que sean más baratos, ligeros, pequeños e invisibles. Todo esto apunta en la dirección adecuada,” afirma Rahman, que se encarga del desarrollo de dispositivos de rehabilitación robótica para niños con enfermedades musculares en el Hospital para Niños Alfred DuPont. La mayoría de los dispositivos de rehabilitación con los que Rahman se encuentra son de gran tamaño y difíciles de manejar, y por tanto no resultan prácticos a la hora de ser usados por los pacientes en sus casas.

La segunda versión desarrollada por Northeastern de un aparato ortopédico para la rehabilitación de la rodilla, llamado AKROD, utiliza fluidos electro-reológicos para crear un freno en el dispositivo. AKROD consiste en dos abrazaderas circulares de bajo peso por encima de la rodilla y otras dos por debajo, y en el costado de la rodilla se coloca el fluido de freno junto a una serie de sensores y engranajes.

Uno de los próximos números de IEEE Transactions on Mechatronics se informa acerca de los tests del dispositivo llevados a cabo por el equipo de Northeastern en nueve pacientes sanos. Los sujetos se sometieron a unos ejercicios de derrames cerebrales estándar y también utilizaron el sistema AKROD. Los investigadores descubrieron que AKROD fue capaz de ayudar a que los sujetos consiguieran resultados comparables a un sistema comercial de rehabilitación de mayor tamaño llamado Biodex System 3, que consiste en una silla y una abrazadera para el pie de fabricación especial, así como un sistema de ordenador.

Una versión más reciente del AKROD de Northeastern utiliza un sistema basado en engranajes e inspirado por la NASA en vez del fluido especial. Los engranajes hacen que el sistema levante la pierna del paciente para corregir el paso, en vez de únicamente aplicar fuerza y resistencia. El dispositivo es relativamente pequeño y ligero, debido al diseño de engranajes compactos. El aparato actúa como un muelle virtual, afirman los investigadores, utilizando la fuerza de forma cuidadosa para hacer que el paciente adopte la posición correcta.

El equipo de Northeastern también ha puesto a prueba un dispositivo de rehabilitación para la mano hecho a partir de una manija agarradora conectada a una serie de sensores y engranajes. El dispositivo funciona gracias a dos accionadores con fluido electro-reológico, que incrementa o rebaja la resistencia al tiempo que el paciente utiliza la manija para navegar a través de un video juego en el que se representa un laberinto. El dispositivo no sólo ejercita los músculos de la mano sino también los del antebrazo, y registra la fuerza y la posición de la mano del paciente. Los investigadores también crearon una versión que se puede utilizar con IRM para obtener imágenes del cerebro mientras que el paciente hace los ejercicios manuales. Esto podría permitir a los doctores ver el efecto del ejercicio en el cerebro del paciente, según señala Mavroidis.

“Nos interesa tanto esta tecnología porque permite a los pacientes llevar a cabo repeticiones de ciertos tipos de movimientos,” afirma Paolo Bonato, profesor asistente en la Escuela Médica de Harvard y director del Laboratorio de Análisis de Movimiento en el Hospital de Rehabilitación Spaulding. Bonato colabora con Mavroidis para poner a prueba los dispositivos con pacientes en el hospital. En la actualidad están haciendo pruebas con un pequeño número de pacientes usando los dispositivos AKROD para la pelvis y la mano, señala Mavroidis.

“Tenemos la visión de una aplicación casera de este tipo de aparatos, y que los pacientes puedan usarlos en su propio hogar o comunidad,” afirma Bonato.

Los dispositivos aún tienen que pasar por pruebas clínicas antes de que puedan estar disponibles al público.