Hybrid Model for Passive Locomotion Control of a Biped Humanoid:The Artificial Neural Network Approach

Developing a correct model for a biped robot locomotion is extremely challenging due to its inherently unstable structure because of the passive joint located at the unilateral foot-ground contact and varying configurations throughout the gait cycle, resulting variation of dynamic descriptions and control laws from phase to phase. The present research describes the development of a hybrid biped model using an Open Dynamics Engine (ODE) based analytical three link leg model as a base model and, on top of it, an Artificial Neural Network based learning model which ensures better adaptability, better limits cycle behaviors and better generalization while negotiating along a down slope. The base model has been configured according to the individual subjects and data have been collected using a novel technique through an android app from those subjects while walking down a slope. The pattern between the deviation of the actual trajectories and the base model generated trajectories has been found using a back propagation based artificial neural network architecture. It has been observed that this base model with learning based compensation enables the biped to better adapt in a real walking environment, showing better limit cycle behaviors. We also observed the bounded nature of deviation which led us to conclude that the strategy for biped locomotion control is generic in nature and largely dominated by learning

Gait Abnormality Detection in Unilateral Trans-tibial Amputee in Real Time Gait using Wearable Setup

The file attached to this record is the author's final peer reviewed version. The Publisher's final version can be found by following the DOI link.The presented study proposes a novel approach to detect gait abnormalities in unilateral trans-tibial amputees using a wearable setup. The system uses force sensitive resistors and potentiometers to collect data on the user’s gait patterns. A machine learning algorithm based on Extreme Learning Machines is utilized to classify the gait patterns as normal or abnormal. The system is evaluated on a dataset of healthy and unilateral trans-tibial amputees, and the results reveal that the ELM-based classification technique achieved high accuracy, sensitivity, specificity, and F1 score. The proposed wearable gait setup is tested by conducting a standard six-meter walk test, and the collected data is segmented into stance and swing phases. The study also compares various gait parameters of healthy and amputated subjects, and the results show significant asymmetry in the amputated subjects. The proposed setup also detects asymmetry in force distribution under each foot. The study’s findings reveal that the proposed wearable gait setup is a reliable and effective tool for gait analysis in unilateral trans-tibial amputees, and the results are comparable with those obtained using a Vicon gait measurement system

Development of a virtual model of musculoskeletal soft tissue: application to knee menisci

L'articulació del genoll, una de les més grans i complexes del cos, té un paper crucial en la locomoció i l'estabilitat de les extremitats inferiors. La cavitat sinovial i el fluid dins de l'articulació del genoll contribueixen a la seva funció general facilitant el moviment, la lubricació de l'articulació, l'absorció d'impactes i el subministrament de nutrients, entre altres. Aquest estudi presenta un enfocament computacional utilitzant el programari obert OpenFOAM per simular el comportament del líquid sinovial en una quarta part de la cavitat del genoll. L'objectiu principal d'aquesta investigació és millorar la geometria, aconseguir una simulació estable i observar el comportament del fluid dins de la regió del genoll. Inicialment, la geometria de la cavitat del genoll es dissenya i millora amb SALOME, una plataforma de codi obert per a la dinàmica de fluids computacional, per representar amb més precisió les característiques anatòmiques. Posteriorment, es defineixen les condicions de contorn apropiades per simular el flux del fluid dins del model virtual a través d'un cicle de marxa. Mitjançant una anàlisi meticulosa dels paràmetres de simulació, s'aconsegueix una simulació estable. Els resultats de la simulació es processen posteriorment amb ParaView, una eina de visualització de codi obert. Es realitzen diversos anàlisis, incloent l'extracció de perfils de velocitat i l'avaluació de les variacions de volum dins de la cavitat simulada del genoll. Els resultats obtinguts proporcionen informació sobre la dinàmica del fluid dins de la cavitat del genoll, contribuint a una comprensió més profunda del comportament del fluid. Els perfils de velocitat revelen els patrons i les característiques del flux, mentre que l'anàlisi de les variacions de volum proporciona informació sobre la deformació i la redistribució del fluid dins de la cavitat del genoll. El model virtual desenvolupat serveix com a eina rellevant per a futures investigacions.La articulación de la rodilla, una de las más grandes y complejas del cuerpo, desempeña un papel crucial en la locomoción y la estabilidad de las extremidades inferiores. La cavidad sinovial y el fluido dentro de la articulación de la rodilla contribuyen a su función general al facilitar el movimiento, la lubricación de la articulación, la absorción de impactos y el suministro de nutrientes, entre otros. Este estudio presenta un enfoque computacional utilizando el software abierto OpenFOAM para simular el comportamiento del líquido sinovial en una cuarta parte de la cavidad de la rodilla. El objetivo principal de esta investigación es mejorar la geometría, lograr una simulación estable y observar el comportamiento del fluido dentro de la región de la rodilla. Inicialmente, la geometría de la cavidad de la rodilla se diseña y mejora en SALOME, una plataforma de código abierto para la dinámica de fluidos computacional, para representar con más precisión las características anatómicas. Posteriormente, se definen las condiciones de contorno apropiadas para simular el flujo del fluido dentro del modelo virtual a través de un ciclo de marcha. Mediante un análisis meticuloso de los parámetros de simulación, se consigue una simulación estable. Los resultados de la simulación se procesan posteriormente con ParaView, una herramienta de visualización de código abierto. Se realizan varios análisis, incluida la extracción de perfiles de velocidad y la evaluación de las variaciones de volumen dentro de la cavidad simulada de la rodilla. Los resultados obtenidos proporcionan información sobre la dinámica del fluido dentro de la cavidad de la rodilla, contribuyendo a una comprensión más profunda del comportamiento del fluido. Los perfiles de velocidad revelan los patrones y las características del flujo, mientras que el análisis de las variaciones de volumen proporciona información sobre la deformación y la redistribución del fluido dentro de la cavidad de la rodilla.The knee joint, one of the largest and most complex joints in the body, plays a crucial role in supporting locomotion and providing stability to the lower extremities. The synovial cavity and fluid within the knee joint contribute to its overall function by facilitating movement, lubricating the joint, absorbing shock, and supplying nutrients, among others. This study presents a computational approach using OpenFOAM open-source software to simulate the behaviour of the synovial fluid in one-quarter of the knee cavity. The primary objective of this research is to enhance the geometry representation, achieve a stable simulation and observe the fluid's behaviour within the knee region. Initially, the geometry of the knee cavity is designed and improved in SALOME, an open-source platform for computational fluid dynamics, to represent the anatomical features more accurately. Subsequently, appropriate boundary conditions are defined to simulate the fluid flow within the virtual model through a gait cycle. Through meticulous analysis of the simulation parameters, a stable simulation is achieved. The simulation results are then post-processed using ParaView, an open-source visualization tool. Various analyses are performed, including the extraction of velocity profiles and the assessment of volume variations within the simulated knee cavity. The obtained results provide valuable insights into the fluid dynamics within the knee cavity, contributing to a deeper understanding of fluid behaviour. The velocity profiles reveal flow patterns and characteristics, while the analysis of volume variations provides information on deformation and fluid redistribution within the knee cavity. The developed virtual model serves as a valuable tool for further research in understanding and analysing the biomechanics of the knee joint and going further with the main project, which aims to develop a multi-scale model that can combine concepts in the field of biomechanics and fluid biodynamics

Fourth Annual Workshop on Space Operations Applications and Research (SOAR 90)

The proceedings of the SOAR workshop are presented. The technical areas included are as follows: Automation and Robotics; Environmental Interactions; Human Factors; Intelligent Systems; and Life Sciences. NASA and Air Force programmatic overviews and panel sessions were also held in each technical area

Détermination des facteurs bénéfiques et néfastes à la récupération locomotrice à la suite d’une section spinale complète chez la souris

Différents modèles animaux ont permis de déterminer le rôle des réseaux locomoteurs spinaux dans la production de la locomotion à la suite d’une lésion de la moelle épinière (LM pour lésion médullaire). De plus, il a été démontré que des interventions ciblant leur activation améliorent la récupération en favorisant leur adaptation fonctionnelle et structurale par des mécanismes plastiques tels que ceux impliqués dans l’apprentissage et la mémoire. L’entraînement locomoteur permet ainsi d’améliorer progressivement la récupération locomotrice médiée par les réseaux locomoteurs spinaux, incluant lors de section complète de la moelle épinière. En plus de l’entraînement, une multitude de facteurs cliniques, des processus associés à la blessure elle-même ou à son traitement, sont susceptibles d’influencer l’activation des réseaux spinaux ou leur potentiel d’adaptation plastique. Afin d’optimiser la récupération fonctionnelle, l’impact de ces facteurs et les mécanismes impliqués doivent être clarifiés. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’influence de l’entraînement sur la récupération fonctionnelle dans deux conditions de réadaptation spécifiques : 1) lors de présence d’inflammation musculo-squelettique lié à l’étiologie traumatique de la LM et 2) lors de traitement combinant entraînement et buspirone, un agoniste sérotoninergique en étude préclinique pour ses effets pro-locomoteurs. La première condition à l’étude, la présence d’inflammation musculo-squelettique, est une comorbidité fréquente de la LM et est associée à un pire pronostic qu’en absence d’inflammation. Considérant le rôle des réseaux spinaux dans le traitement de l’information sensorielle et nociceptive et de leur contribution à la régulation de la locomotion générée par les circuits spinaux, leur influence sur la récupération locomotrice devait être définit. En utilisant un modèle de souris avec une section mi-thoracique complète, nous avons évalué l’impact d’une réaction inflammatoire persistante par injection d’adjuvant de Freund (CFA) dans les muscles lombaires sous-lésionnels sur le rétablissement du rythme et patron locomoteur, en présence ou non d’entraînement (étude 1). Nos résultats montrent que l’inflammation des muscles lombaires perturbe la récupération locomotrice. Les afférences sensorielles jouent un rôle important dans le rétablissement de la locomotion en modulant l’activité du CPG et en influençant l’excitabilité de circuits réflexes impliqués dans la locomotion. En évaluant les changements d’excitabilité ii du réflexe de Hoffmann associés à l’injection de CFA à la suite d’une section, nous avons observé que l’inflammation des muscles lombaires induit un état de désinhibition spinale dans les premiers jours post-injection (étude 2). Toutefois, cet effet ne perdurait pas pour toute la durée de la réponse neuroinflammatoire tel qu’évaluée par l’activation de la microglie dans la moelle épinière lombaire (étude 3) ce qui suggère que les déficits locomoteurs associés au CFA s’expliquent au moins partiellement par un mécanisme indépendant de la désinhibition spinale. La deuxième condition à l’étude, la combinaison d’un traitement à la buspirone au protocole d’entraînement, présente un réel potentiel thérapeutique selon un essai préclinique récent. Toutefois, son influence sur les réseaux locomoteurs spinaux est inconnue, de même que l’influence de l’utilisation de la buspirone sur l’adaptation des réseaux spinaux par l’entraînement. En utilisant notre modèle de souris ayant une section spinale complète, nous avons montré que la buspirone facilite l’activation des réseaux locomoteurs spinaux (étude 4). Cependant, cette facilitation était associée à des changements limités de la récupération médiée par l’entraînement. En comparant l’impact de la buspirone chez des animaux aux statuts fonctionnels différents (récupération symétrique partielle et récupération asymétrique) causés par un paradigme de lésion distinct (section complète et hémisection), des changements dans la récupération médiée par l’entraînement ont été observés, ce qui suggère que l’impact positif de la buspirone sur la récupération locomotrice est causé, au moins en partie, par la favorisation d’adaptations plastiques. En conclusion, cette thèse décrit deux conditions qui modifient de façon opposée la récupération locomotrice régulée par les réseaux locomoteurs spinaux. Ces découvertes renforcent le concept que les réseaux locomoteurs spinaux sont plastiques et jouent un rôle primordial dans la récupération locomotrice et ajoutent de nouvelles connaissances sur les facteurs qui en influencent la réadaptation.Locomotor spinal networks contribution to locomotor recovery has been described in various animal models of spinal cord injury (SCI). It is now assumed that these networks are plastic and will re-express, to some extent, locomotion by hosting activity-dependent adaptation similar to those observed in motor learning and memory. Thus, locomotor training promotes behavioral recovery mediated by locomotor spinal networks after a SCI, including after a complete transection and disconnection from the brain. In addition to training, various factors can exert beneficial or detrimental influence on locomotor spinal networks activity and plasticity, including factors associated with the traumatic origin of spinal injury itself or its pharmacological treatment. In order to direct plasticity toward adaptation and promote recovery, the influence of such factors must be clarified. The objectives of the present thesis is to determine the contribution of training to recovery in two specific conditions of rehabilitation: 1) in presence of musculoskeletal inflammation related to the traumatic etiology of SCI and 2) in combination with a pharmacological intervention, administration of the 5HT agonist buspirone, used in preclinical studies to facilitate locomotor activity. The first condition, the presence of musculoskeletal inflammation, is frequently observed in patients after a SCI and is associated with poor functional recovery. Considering the role of spinal networks in sensory processing and the selective recruitment by nonnociceptive and nociceptive afferents of reflex pathways implicated in locomotion, the impact of inflammation on locomotor recovery must be determined. In a model of complete transection in mice, we evaluate the impact of lumbar muscle inflammation induced by intramuscular complete Freund adjuvant (CFA) injection on locomotor recovery mediated by spinal networks, with or without locomotor training. Our results show that lumbar muscle inflammation hindered locomotor recovery (study 1). In a second experiment, we examined if CFA injection changed sensory transmission to spinal cord by measuring the evolution of Hoffmann reflex frequencydependent depression, which is progressively attenuated after spinal transection. We found that lumbar muscle inflammation induced a short term suppression of the Hoffmann reflex frequency-dependent depression, thereby altering spinal excitability (study 2). However, this short term change in excitability did not match the temporal course of locomotor deficits and iv central neuroinflammatory response as measured with the enhanced presence of microglia in spinal cord, suggesting that inflammation-induced locomotor deficits rely at least partially on mechanism independent of spinal excitability (study 3). The second condition under investigation, the use of buspirone to enhance locomotor recovery after a SCI, shows great therapeutic potential. Results from a preclinical trial on SCI patients show that it can enhance locomotor activity, but it is not known if it does so by reactivating dormant descending pathways or locomotor spinal networks. Using our model of complete transection in mice, we showed that buspirone strongly activates locomotor spinal networks and allow near full expression of locomotion on day 2 post-transection (study 4). However, this facilitation was associated with limited long term effect when combined with training. Improved long term effect of buspirone depending on residual function after transection (partial vs absent function) caused by different lesion paradigms (hemisection preceding transection vs transection only) suggests that buspirone promotes recovery by enhancing use-dependent plastic changes. In conclusion, this thesis describes two conditions that influence locomotor recovery mediated by spinal networks oppositely. These findings give new insights on the role of locomotor spinal networks plasticity in recovery after a SCI including spinal transection and provide evidence both beneficial and detrimental factors contributes to functional rehabilitation

Effects of elastic-based exercise interventions on oxidative stress, bone health, body composition, neuromuscular strength and physical function in older women: training intensity and modality as key exercise programming parameters

Antecedentes El envejecimiento de la población mundial es reconocido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como un problema principal debido a las discapacidades y comorbilidades relacionadas con este proceso, siendo las mujeres el género más afectado. Debido al deterioro y las consecuencias asociadas al envejecimiento, la actividad física y el ejercicio han demostrado ser estrategias eficaces para reducir el impacto del envejecimiento. Sin embargo, todavía se desconoce qué tipo de programa de entrenamiento podría ser el más eficaz para revertir los cambios deletéreos relacionados con la edad en mujeres mayores. En este sentido, el tipo de intensidad del entrenamiento y la modalidad de ejercicio son dos parámetros clave de entrenamiento en la programación de programas y, como tales, podrían inducir diferentes adaptaciones. Además, el tipo de dispositivo de entrenamiento también es un factor principal y puede actuar como barrera o facilitador en la participación de los adultos mayores en actividades físicas y programas de ejercicio. Objetivos Los objetivos genrales de la presente tesis doctoral fueron: - Correspondiente al proyecto uno: examinar y comparar los efectos a medio (16 semanas) y a largo plazo de un programa de entrenamiento de fuerza elástica de 32 semanas a intensidad alta y moderada sobre el estrés oxidativo, la salud ósea, la composición corporal, la fuerza muscular y la función física en mujeres mayores. Este objetivo general se logró mediante varios objetivos específicos. - Correspondiente al proyecto dos: analizar y comparar los efectos de los programas de entrenamiento multi-componente, de potencia y tradicional de fuerza a alta intensidad utilizando dispositivos de resistencia elástica sobre biomarcadores de estrés oxidativo, salud ósea, riesgo cardiovascular, composición corporal, fuerza muscular y función física en mujeres mayores durante 20 semanas de entrenamiento. Este objetivo general se logró mediante varios objetivos específicos. Los objetivos específicos pertenecientes al proyecto uno fueron los siguientes: - 1. Objetivo específico (OE) 1: Investigar los efectos a medio plazo (16 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta vs moderada) en programas de entrenamiento de fuerza con bandas elásticas sobre biomarcadores de estrés oxidativo a través de la evaluación del impacto en el daño del ácido deoxirribonucleico (ADN) (8-oxo-2-desoxiguanosina [8-oxo-dG] en orina), peroxidación de lípidos (F2 -isoprostanos [8-iso-P], malondialdehído [MDA]), oxidación de proteínas (carbonilos de proteínas), estado redox de tiol (glutatión reducido [GSH], glutatión oxidado [GSSG], ratio GSSG/GSH) y enzimas antioxidantes (catalasa [CAT], glutatión peroxidasa [GPx] y superóxido dismutasa [SOD]) en mujeres mayores. - 2. OE2: Determinar los efectos a medio (16 semanas) y a largo plazo (32 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta vs moderada) en programas de entrenamiento de fuerza que utilizan bandas elásticas sobre la remodelación ósea mediante la evaluación de los biomarcadores de formación ósea (propéptido aminoterminal del procolágeno tipo I [P1NP], fosfatasa alcalina ósea [FAo]), reabsorción (forma β-isomerizada del telopéptido C-terminal del colágeno tipo I [β-CTx]) y el equilibrio de ambos procesos (relación FAo / β-CTx) en mujeres mayores. - 3. OE3: Evaluar los efectos a largo plazo (32 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta vs moderada) en los programas de entrenamiento de fuerza que utilizan bandas elásticas sobre la salud ósea mediante la evaluación de la densidad mineral ósea de area (aDMO) y la puntuación T de la columna lumbar (segmentos L1-L4 y L2-L4 y vértebras individuales L1, L2, L3 y L4) y el fémur proximal (cuello femoral, trocánter, intertrocánter, triángulo de Ward y cadera total) junto con 1,25 hydroxyvitamina D (25OHD), sodio (Na), potasio (K), y biomarcadores de cloro (Cl) en mujeres mayores. - 4. OE4: Determinar los efectos a largo plazo (32 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta frente a moderada) en los programas de entrenamiento de fuerza que utilizan bandas elásticas sobre el riesgo de fractura mediante la evaluación del impacto en la probabilidad de 10 años de una fractura osteoporótica mayor y en la probabilidad a 10 años de una fractura de cadera en mujeres mayores. - 5. OE5: Analizar los efectos a largo plazo (32 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta vs moderada) en programas de entrenamiento de fuerza que utilizan bandas elásticas sobre la composición corporal mediante la evaluación de la masa corporal total, masa grasa total, masa libre de grasa total, y porcentaje total de masa grasa en mujeres mayores. - 6. OE6: Investigar los efectos a largo plazo (32 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta frente a moderada) en programas de entrenamiento de fuerza con bandas elásticas sobre la fuerza muscular de las extremidades superiores e inferiores mediante la evaluación de la fuerza isocinética de la flexio-extension de rodilla y codo así como de la abducción y aducción de cadera a 60º/s y 180º/s en mujeres mayores. - 7. OE7: Determinar los efectos a largo plazo (32 semanas) de la intensidad del entrenamiento (alta vs moderada) en los programas de entrenamiento de fuerza que utilizan bandas elásticas sobre la función física mediante la evaluación del impacto en la fuerza-resistencia de las extremidades superiores (test flexo-extensiones de codo durante 30 segundos [30seg-FC]) y extremidades inferiores (test de levantarse y sentare de la silla durante 30 segundos [30seg-LS]), parámetros de equilibrio dinámico (test de “time up and go [TUG]) y resistencia aeróbica (test de seis minutos marcha [6MM]) en mujeres mayores. - 8. OE8: Evaluar y analizar el estado cognitivo (MMSE), el nivel de las actividades básicas de la vida diaria (ABVDs; índice de Barthel) y actividades instrumentales de la vida diaria (AIVDs; escala de Lawton y Brody), así como datos socioeconómicos, de salud y de estilo de vida generales como posibles variables de confusión. - 9. OE9: Identificar las diferencias en los parámetros mencionados en OE1 a OE7 al final de la intervención en función de la intensidad de entrenamiento empleada. - 10. OE10: Determinar la efectividad y seguridad de los programas de entrenamiento de fuerza a intensidad alta y moderada intensidad supervisados y progresivos realizados con bandas elásticas a través de la evaluación de las tasas de asistencia, cumplimiento y eventos adversos reportados por las mujeres mayores participantes. Los objetivos específicos pertenecientes al proyecto dos fueron los siguientes: - 1.OE1: Comparar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multi-componente vs entrenamiento de potencia) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre biomarcadores de estrés oxidativo mediante la evaluación del impacto en el daño del ADN (8-oxo-dG en orina), peroxidación de lípidos (8-iso-P), estado redox del tiol (proporciones de glutatión total, GSH, GSSG, GSSG GSH y GSH/GSSG) y enzimas antioxidantes (GPx y SOD) en mujeres mayores. - 2. OE2: Determinar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multi-componente vs entrenamiento de fuerza) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre la remodelación ósea mediante la evaluación de biomarcadores de formación ósea (osteocalcina [OC]) y resorción ósea (β- CTx) en mujeres mayores. - 3. OE3: Evaluar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multi-componente, de potencia o entrenamiento tradicional de fuerza a alta intensidad) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre la salud ósea mediante la evaluación de aDMO y puntuación T de la columna lumbar (segmentos L1-L4 y L2-L4 y vértebras individuales L1, L2, L3 y L4) y el fémur proximal (cuello femoral, trocánter, intertrocánter, triángulo de Ward y cadera total) en mujeres mayores. - 4. OE4: Determinar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multi-componente, de potencia o entrenamiento traditional de fuerza a alta intensidad) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre el riesgo de fractura mediante la evaluación del impacto en los parámetros de probabilidad de fractura osteoporótica mayor y probabilidad de fractura de cadera en 10 años en mujeres mayores - 5. OE5: Analizar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multi-componente, de potencia o entrenamiento traditional de fuerza a alta intensidad) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre el riesgo cardiovascular mediante evaluación de la circunferencia de la cintura (CC). , circunferencia de la cadera (CCA), índice cintura-cadera (ICCA) e índicecintura-altura (ICA) en mujeres mayores. - 6. OE6: Investigar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multicomponente, de potencia o entrenamiento de tradicional de fuerza a alta intensidad) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre la composición corporal a través de la evaluación de la masa corporal total, total masa grasa, masa libre de grasa total y porcentaje total de masa grasa en mujeres mayores. - 7. OE7: Determinar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multicomponente, de potencia o entrenamiento tradicional de fuerza de alta intensidad) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica sobre la fuerza muscular de los miembros superiores e inferiores mediante la evaluación de la fuerza isocinética de la flexo-extension de rodilla y codo así como la abducción y aducción de la cadera a 60º/sy 180º/s en mujeres mayores. - 8. OE8: Evaluar los efectos de la modalidad de entrenamiento (multicomponente, de potencia o entrenamiento tradicional de fuerza de a alta intensidad) en un período de intervención de 20 semanas utilizando resistencia elástica en la función física mediante la evaluación del impacto en la fuerza-resistencia de las extremidades superiores (30seg-FC) e inferiores (30seg-LS), potencia de las extremidades inferiores (test de levantarse y sentarse de la silla cinco veces [5SLS] y prueba cronometrada de subir escaleras), equilibrio proactivo (test de alcance funcional [PAF]) y dinámico (TUG), así como la resistencia aeróbica (6MM) en mujeres mayores. - 9. OE9: Evaluar y analizar el estado cognitivo (MMSE), nutricional (registro de dieta de 3 días), síntomas de ansiedad (escala general de severidad y deterioro de la ansiedad [Overall anxiety severity and impairment scale, OASIS]), síntomas de depresión (escala general de severidad y deterioro de la depresión [Overall depression severity and impairment scale, ODSIS]) ; el nivel de actividad física (Cuestionario Global de Actividad Física [GPAQ]), las ABVDs (índice de Barthel) y las AIVDs (escala de Lawton y Brody); y los datos socioeconómicos, de salud y de estilo de vida generales como posibles variables de confusión. - 10. OE10: Identificar las diferencias en los parámetros mencionados de OE1 a OE8 al final de la intervención según la modalidad de entrenamiento empleada. - 11. OE11: Determinar la eficacia y seguridad de los programas de entrenamiento multi-componente, de potencia y tradicional de fuerza a alta intensidad supervisados y progrevivos tradicionales realizados con resistencia elástica a través de la evaluación de las tasas de asistencia, cumplimiento y eventos adversos reportados por las mujeres mayores participantes. Metodología La presente tesis doctoral está compuesta por dos proyectos/estudios en los que participaron voluntariamente dos cohortes diferentes de mujeres mayores (primer proyecto: 93 sujetos de 60-88 años [69,93 ± 6,27]; segundo proyecto: 136 sujetos de 60-82 años [67,97 ± 4,77]). En el primer proyecto, los sujetos fueron asignados aleatoriamente a un programa de entrenamiento de fuerza progresivo con bandas elásticas de alta intensidad (AI; n = 39), moderada (M; n = 31), o a un grupo de control (C; n = 23) durante 32 semanas. En el segundo proyecto, los participantes fueron asignados aleatoriamente a un programa de entrenamiento multi-componente (MT; n = 34), potencia (P; n = 34), tradicional de fuerza a de alta intensidad (T; n = 34) o a un grupo control (C; n = 34) durante 20 semanas, donde la característica común entre las tres modalidades de ejercicio era el uso de bandas elásticas como material de entrenamiento. En el primer proyecto, los grupos de entrenamiento realizaron un programa de fuerza progresivo con bandas elásticas dos veces por semana, compuesto por tres a cuatro series de seis (AI) o 15 (M) repeticiones, incluyendo seis ejercicios de cuerpo entero con una tasa de esfuerzo percibido de 6-7 (primeras cuatro semanas) y 8-9 (resto de las semanas) en la escala OMNI-RES. El grupo de control recibió instrucciones de continuar con su vida normal. En el segundo proyecto el grupo P y T realizaron el mismo entrenamiento en términos de ejercicios (seis ejercicios de cuerpo) y series (de tres a cuatro series por ejercicio), dos veces por semana, usando ambos bandas elásticas, pero el grupo P desplazó la carga a máxima velocidad en la fase concéntrica mientras que el grupo T utilizó 2 s para realizar la fase concéntrica y 2s para la fase excéntrica. Asimismo, el grupo P realizó 12 (en las primeras dos semanas para consolidar la técnica) y 10 (para el resto del programa) repeticiones submáximas en cada serie con un esfuerzo percibido de tres-cuatro (muy bajo) en la escala OMNI-RES en la primera repetición, lo que equivale al 40-60% una repetición máxima (1 RM) (baja carga o baja intensidad) y nunca sobrepasó el valor de seis al final de las 10 repeticiones. El grupo T realizó seis repeticiones submáximas equivalentes al 85% de una 1RM a un valor de seis a siete en las primeras cuatro semanas y de ocho a nueve en las 16 semanas restantes. El entrenamiento multi-componente estuvo compuesto por ejercicios de equilibrio, fuerza, aeróbicos, flexibilidad y coordinación en la misma sesión y se realizó también dos veces por semana. En ambos estudios se evaluó el estrés oxidativo, la salud ósea, la composición corporal, la fuerza neuromuscular y la función física. El estado de estrés oxidativo se evaluó en productos de ADN (8-oxo-dG en orina en ambos proyectos), lípidos (8-iso-P en ambos proyectos; MDA en el primer proyecto), y proteínas (proteínas carboniladas en el primer proyecto), junto con enzimas antioxidantes (SOD y GPx en ambos proyectos; CAT en el segundo proyecto) y estado redox tiol (GSH, GSSG, ratio GSSG/GSH en ambos proyectos; glutatión total y ratio GSH/GSSG en el segundo proyecto) . La salud ósea estuvo compuesta por medidas aDMO y puntuación T de la columna lumbar (segmentos L1-L4, L2-L4 y vértebras individuales L1, L2, L3, L4, en ambos proyectos ), fémur proximal (cuello femoral, trocánter, área intertrocantérea , triángulo de Ward y cadera total en ambos proyectos) evaluados por absorciometría dual de rayos X (DXA), riesgo de fractura (probabilidad en 10 años de una fractura osteoporótica mayor y probabilidad en 10 años de fractura de cadera) y finalmente biomarcadores óseos de formación ósea (P1NP en ambos proyectos, FAo en el primer proyecto y OC en el segundo proyecto), reabsorción ósea (β-CTx en ambos proyectos) y relación entre ambos (FAo/β- CTx en el primer proyecto).La composición corporal (la masa corporal total, la masa grasa corporal total, la masa libre de grasa corporal total y el porcentaje total de grasa corporal) se midió en ambos proyectos por DXA mientras que en el segundo proyecto también se evaluó el riesgo cardiovascular a través de medidas antropométricas (CC, CCA, ICCA, ICA). Además, la fuerza neuromuscular de las extremidades superiores (músculos flexores y extensores del codo) e inferiores (abductores y aductores de cadera junto con músculos flexores y extensores de rodilla) se evaluó mediante dinamometría isocinética a bajas (60 °/s) y altas (180 °/s) velocidades en ambos proyectos. Finalmente, la función física se midió usando varias pruebas funcionales y baterías ampliamente utilizadas en la literatura como los tests 30seg-LS y 30seg-FC para evaluar la fuerza/resistencia de las extremidades inferiores y superiores (usado en ambos proyectos), el tes TUG para evaluar el equilibrio dinámico/agilidad (usado en ambos proyectos), la prueba de 6MM para evaluar la resistencia aeróbica (usado en ambos proyectos), el test 5SLS, subir escaleras, la velocidad de ascensión de escaleras (VAE) y la potencia de ascensión de escaleras (PAE) para la fuerza muscular de las extremidades inferiores (utilizada en el segundo proyecto), así como la PAF para el equilibrio proactivo (utilizada en el segundo proyecto). Los datos se analizaron a través del enfoque de intención de tratar (IDT) y análisis por protocolo (APP) en ambos proyectos. Después de aplicar las pruebas de Kolmogorov-Smirnov y Levene para analizar la distribución y homogeneidad de los datos, los datos no distribuidos normalmente se transformaron utilizando el logaritmo natural (log10). Se utilizó un análisis de varianza de dos vías (ANOVA) para medidas repetidas seguidas de correcciones de Bonferroni para examinar los efectos de tiempo, grupo e interacciones. Además también se aplicó un análisis de covarianza de dos vías (ANCOVA) para medidas repetidas utilizando los valores basales y la edad como covarianzas. También se calcularon los tamaños del efecto d de Cohen (TE) y el porcentaje delta (Δ%). Los datos se presentan como media ± desviación típica (DT) junto con los intervalos de confianza (IC) del 95%. La significación estadística se estableció en p ≤ 0,05. Para el análisis estadístico se utilizó el software comercial SPSS Versión 25.0. Resultados Respecto al estrés oxidativo, en el primer proyecto, tras 16 semanas de entrenamiento, el grupo M logró descensos significativos en 8-oxo-dG (-21,34%), 8-iso-P (-15,85%) y MDA (-19,12%) con TE moderados en todos ellos, mientras que el grupo AI mostró aumentos significativos en 8-oxo-dG (+60,49%; TE grande) y 8-iso-P- P (+24,40%; TE moderado). No se encontraron diferencias significativas por tiempo en las proteínas carboniladas. Se encontró una interacción significativa tiempo × grupo en MDA entre los grupos M y C. Después de aplicar el ANCOVA, se encontraron diferencias entre AI y M así como entre los grupos AI y C en 8-oxo-dG y entre M vs C en MDA. Además el grupo M mostró un aumento en los niveles de CAT (+5,40%; TE pequeño) (p ≤ 0,05) mientras que el grupo AI disminuyó significativamente el GPx (-8,95%; TE moderado) y GSH (-9,31%; TE moderado). En el segundo proyecto, después de 20 semanas, tanto los grupos MT como los P mejoraron el estado de estrés oxidativo al disminuir el 8-oxo-dG (MT: -48.56%, TE moderado; P: -65.79% , TE grande ) y 8-iso-P ( MT: -30,49%, TE moderado; P: -26,98% , TE pequeño). Además el grupo MT incrementó significativamente los valores de la enzima SOD (TE pequeño). Así mismo, se encontraron diferencias significativas entre los grupos P y C en 8-oxo-dG y entre ambos grupos experimentales y el grupo C en SOD. El grupo P también logró cambios positivos en el estado redox tiol (p ≤ 0,05) (aumento en el glutatión total, GSH el ratio GSSG/GSH y disminución en GSSG). Después de aplicar la ANCOVA, el grupo MT mostró una disminución significativa en GSSG y en el ratio GSSG/GSH. El TE de los cambios de estado de los tioles varió de pequeño a grande. En cuanto a la salud ósea, en el primer proyecto, después de 32 semanas tanto el grupo de AI como el grupo M lograron un aumento significativo de la aDMO de la columna lumbar total (M: +0,89%; AI: +1,12%) con TE trivial, pero solo el grupo AI mostró diferencias significativas con el grupo C. En el fémur proximal, tanto el grupo AI como el grupo M aumentaron (p ≤ 0,05) la aDMO del cuello femoral (M: +1,57%; AI: +1,39%), triángulo de Ward (M: +2,59%; AI: +2,47%), y cadera total (M: +1,13%; AI: +1,21%) mientras que el grupo AI también mejoró significativamente la aDMO del trocánter (+1,38%). Los TE fueron todos triviales no se encontraron diferencias significativas entre los grupos. Por otro parte, el riesgo de fractura de osteoporótica mayor o de fractura de cadera también se redujo (p ≤ 0,05) en ambos grupos. Los cambios en la aDMO se acompañaron de cambios significativos en los biomarcadores de formación y reabsorción ósea después de 16 semanas, como fue el caso de P1NP (M: +11,24%; AI: +8,23%), FAo (AI: + 4,68%), β- CTx (M: -6,65%; AI: -8,07%), y ratio FAo /β-CTx (M: +13,71%; AI : +9,58%) , así como también después de 32 semanas [P1NP (M: +19,76%; AI : +23,89%), FAo (M: +8,07%; AI: +9,95%), β- CTx (M: -7,24%; AI: -9,80%), y ratio FAo/β- CTx (M: +20,86 %; AI: +19,56%)] . En todos los parámetros la magnitud de los cambios se consideró trivial o pequeña. El ANCOVA reveló diferencias significativas entre los grupos AI y C en FAo, β-CTx y ratio FAo/ β-CTx, y entre ambos grupos de ejercicio en FAo. En el segundo proyecto, únicamente el grupo P mejoró significativamente la aDMO de la columna lumbar completa (+1,28%, TE triviales) y algunas zonas del fémur proximal, tales como el área intertrocantérea (+ 1,38%, TE triviales), triángulo de Ward (+4,66%, TE pequeños) y cadera total (+1,03%, TE triviales), sin diferencias entre los grupos, excepto entre los grupos P y C en el área intertrocantérea y la cadera total después de aplicar el ANCOVA. Todos los grupos de entrenamiento redujeron significativamente el riesgo de fractura y tanto los grupos MT como P mostraron adaptaciones positivas (p ≤ 0,05) en los biomarcadores óseos al aumentar la OC (MT: +16.37%, TE moderado; P: +24.82%, TE grande) y reducir el β- CTx (MT: - 9,05%, TE pequeño; P: - 8,76%, TE pequeño). En cuanto a la composición corporal, en el primer proyecto, el grupo