Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running
2017年9月14日
This study investigated lower-limb kinematics and ground reaction force (GRF) during moderate high-heeled jogging and running. Subjects were divided into groups of experienced wearers and inexperienced wearers. A three-dimensional motion analysis system with a configured force platform captured lower-limb joint movements and GRF.
本实验的总体目标是观察高跟鞋在中度高跟慢跑和跑步过程中对下肢力学的影响。这种方法可以回答一个关键问题，即在高跟运动中，干扰（例如脚跟的抬高）可能不是导致低肢力学衰减器的单一主要因素。该协议的一个特点是，参与者分为有经验和没有经验的受试者，这在以前的高跟鞋研究中已经很容易考虑使用他们的 guardist 和他们的方法。
首先测量受试者的站立高度和体重。使用测量卡尺测量髂上棘与踝关节内髁之间的距离、膝关节内侧和外侧髁之间的距离以及内侧和外侧踝关节髁之间的距离。接下来，触诊以确定解剖标志。
用记号笔在皮肤上标记每个标志，然后用双面胶带将 16 个被动反光标记贴在下肢两侧的标志上。让受试者换上实验鞋。然后让他们沿着跑道自由行走、慢跑和奔跑，直到他们在生理和心理上对下肢上的摄像头和标记感到满意，并且他们感觉自己在自然地移动。
接下来，让受试者练习以舒适的低速沿着跑道慢跑，直到他们能够稳定地慢跑。指导他们在安全舒适的范围内努力在跑步机上以逐渐增加的速度慢跑，称为渐进式训练。然后，让他们沿着跑道在地面上以舒适的高速练习跑步，直到他们能够以这个速度稳定地跑步。
最后，指导题主尝试从起点区域内的不同起跑线开始慢跑数次，找到合适的起点位置，确保右脚经过时自然地着地着地并完全接触受力平台。首先，要求主体站在捕获体积的中心以静止的中性姿势，以捕获静态数据。单击主体捕获部分中的开始按钮可捕获大约 150 帧。
然后，单击停止按钮。接下来，在 subject calibration 部分的管道下拉列表中选择 static。检查 static settings （静态设置） 窗格中的 left foot （左脚） 和 right foot （右脚） 选项。
单击主题校准部分中的开始按钮。然后，让受试者站在适当的起始位置。单击捕获部分中的开始按钮开始捕获，然后立即给对象口头指示去慢跑。
确保右脚经过时自然触地并完全接触测力平台。对于慢跑试验，要求受试者以他们在准备过程中熟悉的舒适低速慢跑。对于跑步试验，要求受试者以他们在准备过程中熟悉的舒适高速跑步。
在两次试验之间留出两分钟的休息时间。最后，在主题走到跑道尽头后，单击停止按钮。这些结果表明，除矢状面的膝关节和髋关节运动外，IEW 的 3 个关节活动范围普遍大于 EW。对关节活动范围的显着速度影响仅存在于髋屈伸展中。
EW 的 GRF 时间曲线的特点是在减震期间，尤其是在跑步期间，紧接着一个初始峰值和一个小波。相比之下，IEW 的 WIFI 在初始峰值之后相对流畅。EW 和 IEW 的冲击力无显著差异，但在运行时 EW 的加载率显著升高。
在尝试此过程时，请务必记住重新校准读取捕获体积的相机，并在开始每次试验之前将第一个参数校准到它们自己的水平，以确保捕获精度。按照此程序，可以计算其他参数，例如关节动量，以回答其他问题，例如穿高跟鞋是否会影响其他准确性和仅考虑其他累加器的测量。其中，该值意味着这个数学应该强调分配他们的受试者穿着高跟鞋的经验的重要性，以提供更具体的信息并减少针对人群的推断。
观看此视频后，您应该了解如何使用或理解数学运算或对高跟鞋进行实验，并根据不同的佩戴体验获得准确性和标准建议。
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概述
本研究探讨高跟鞋对中等高度高跟跑和跑动过程中下肢力学的影响。通过比较有经验与无经验的穿鞋者，了解 heel elevation 对运动学及地面反作用力的影响。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物力学
- 运动科学
- 鞋类冲击研究
背景
- 高跟鞋虽常被穿着，但可能影响人体生物力学。
- 既往研究未充分考虑穿着者的实际体验。
- 了解这些影响可为鞋具设计和使用建议提供依据。
- 地面反作用力对于评估下肢力学至关重要。
研究目的
- 观察穿高跟鞋慢跑和跑步时下肢的运动学特征。
- 比较有经验穿戴者与无经验穿戴者之间的差异影响。
- 确定鞋跟高度是否是影响生物力学的主要因素。
使用方法
- 采用三维运动分析系统。
- 配置测力台以采集地面反作用力。
- 将受试者分为有经验与无经验的使用者两组。
- 测量解剖学标志点以进行分析。
主要结果
- 在有经验与无经验的高跟鞋穿着者之间观察到运动学差异。
- 穿高跟鞋慢跑和跑步时，地面反作用力显著变化。
- heel elevation（跟高）并非影响下肢力学的唯一因素。
- 获得的见解可影响未来鞋类设计及运动建议。
结论
- 高跟鞋在体力活动期间会影响下肢力学。
- 经验水平在生物力学结果中起着关键作用。
- 需要进一步研究以探索高跟鞋的长期影响。
常见问题
行业重要性概述
本研究强调了在生物力学评估中控制受试者经验的重要性，这一原则可直接应用于临床前模型验证，因为在表型变异可能干扰靶点验证和机制去风险化的背景下，未加控制的变量可能影响结果。通过证明穿戴者经验会显著改变穿高跟鞋慢跑和跑步时的下肢力学特征，该研究凸显了未被计入的生物学变量如何掩盖发现阶段检测中的真实治疗效应。对于生物制药研发而言，这进一步强调了需要采用标准化且按经验分层的模型，以提高早期筛选的预测可信度，并减少通路研究中的假阳性结果。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过分离受试者特异性变量对生物力学输出的影响，能够验证治疗假设，减少靶点参与研究中的混杂因素。
- 操作价值：通过按经验分层的队列设计支持生物学风险降低，提高功能验证实验的可重复性。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：构建具有可控实验变量的经验证生物体系，用于后续化合物评价，提高检测方法的标准化水平。
- 操作价值：通过考虑受试对象的历史背景——这一影响高通量筛选准备状态的关键因素，提升实验可重复性与定量输出结果的一致性。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过模拟既往暴露如何改变生理反应，探讨与疾病相关的系统制备方法，为转化生物标志物的匹配提供依据。
- 操作价值：强调在研究各阶段对变量的控制，描述从发现到临床前验证的连续性，支持基于风险调整的推进决策。
流程与工作流整合
该方法适用于从假设验证到先导物识别的发现连续过程，在此过程中，控制生物学变异性可提高早期靶点验证中的机制去风险化水平和预测可信度。
- 发现生物学：阐述该方法如何通过分离穿戴者经验对关节运动学和地面反作用力加载速率的影响，从而支持假设检验，明确通路特异性响应。
- 筛选：通过同步的三维运动与测力台采集描述检测就绪状态，实现在受控条件下对下肢力学进行定量、可重复的测量。
- 分析：强调关节活动范围和地面反作用力加载速率作为关键读出指标，可用于实验组间的比较，支持基于数据的决策判断。
- 转化研究：通过展示基于经验的分层如何提高模型保真度，将该方法与临床前研究的连续性联系起来，符合生物标志物分层验证策略。
- 企业级复用：将该方法定位为一种可复用的能力，用于评估鞋类或器械引起的生物力学变化，适用于多个需要标准化步态分析的临床前项目。
运营与企业影响
- 科学价值：通过在生物力学表型分析中控制受试者经验，减少机制上的模糊性，从而提高预测可信度。
- 操作价值：通过按经验分层的标准化流程和同步的运动-力平台采集，实现标准化与可重复性。
- 战略价值：通过降低临床前疗效模型中的变异性，实现更优的“推进/终止”决策，并减少后期生物学风险。
- 项目组合影响：在机制复杂的疾病模型中，通过提升靶点验证的可信度，实现基于风险调整的优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备生物力学、运动捕捉系统以及测力台数据解读方面的专业知识。
- 所需的仪器和分析基础设施包括一套三维运动分析系统和配置好的测力平台，用于同步采集运动学和动力学数据。
- 跨团队标准化要求包括在发现研究团队和临床前研究团队之间统一受试者的筛选标准，特别是经验水平方面的标准。
- 在不同模型系统间的适应性考虑包括针对非人类或疾病模型应用调整经验阈值和标记点放置位置。
- 实际限制包括需要详细收集受试者病史或背景信息，以及自我报告经验可能存在变异性，这可能影响分层的准确性。
