Summary
قارنت هذه الدراسة الخصائص الميكانيكية الحيوية للأطراف السفلية أثناء إنهاء المشي غير المخطط له تحت سرعات المشي المختلفة. تم جمع البيانات الحركية والحركية للأطراف السفلية من خمسة عشر موضوعا مع سرعات المشي العادية والسريعة باستخدام نظام تحليل الحركة ومنصة ضغط البلانتار.
Abstract
إنهاء مشية الناجمة عن التحفيز غير متوقع هو أمر شائع في الحياة اليومية. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا للتحقيق في التغيرات الميكانيكية الحيوية في الطرف السفلي التي تحدث أثناء إنهاء المشي غير المخطط له (UGT) تحت سرعات المشي المختلفة. طلب من 15 مشاركا من الذكور أداء UGT على ممشى بسرعة المشي العادية (NWS) وسرعة المشي السريع (FWS) على التوالي. وتم تطبيق نظام لتحليل الحركة ومنصة ضغط البلانتار لجمع بيانات الضغط الحركي والنباتي للأطراف السفلية. تم استخدام اختبار T ذو العينتين المقترنين لفحص الاختلافات في الحركية السفلية وبيانات الضغط البلانتار بين سرعتي المشي. وأظهرت النتائج مجموعة أكبر من الحركة في مفصل الورك والركبة والكاحل في الطائرة القوسية وكذلك الضغط البلانتار في مناطق القدم الأمامية والكعب خلال UGT في FWS بالمقارنة مع NWS. مع الزيادة في سرعة المشي ، أظهرت الموضوعات خصائص ميكانيكية حيوية مختلفة للأطراف السفلية تظهر FWS المرتبطة بمخاطر الإصابة المحتملة الأكبر.
Introduction
ويعتبر الحركة البشرية لتكون عملية معقدة للغاية التي تحتاج إلى وصفها من قبل أساليب متعددة التخصصات1,2. الجانب الأكثر تمثيلا هو تحليل مشية من قبل النهج الميكانيكية الحيوية. تهدف المشية البشرية إلى الحفاظ على التقدم من البدء إلى الإنهاء ، وينبغي الحفاظ على التوازن الديناميكي في حركة الموقف. على الرغم من أن إنهاء المشية (GT) قد تمت دراسته على نطاق واسع كمهمة فرعية للمشية ، إلا أنه تلقى اهتماما أقل. عرف سبارو وتيروش3 GT في استعراضهما بأنه فترة التحكم الحركي عندما يتوقف كلا القدمين عن التحرك إما إلى الأمام أو إلى الخلف استنادا إلى خصائص الإزاحة والوقت. بالمقارنة مع مشية الدولة الثابتة ، تتطلب عملية تنفيذ GT سيطرة أعلى على الاستقرار الوضعي والتكامل المعقد والتعاون في النظام العصبي العضلي4. خلال GT، يحتاج الجسم إلى زيادة بسرعة دفعة الكبح وتقليل دفعة الدفع لتشكيل توازن الجسم الجديد5،6. إنهاء مشية غير مخطط لها (UGT) هو استجابة الإجهاد لحافز غير معروف6. وعندما يواجه المرء حافزا غير متوقع يتطلب التوقف فجأة، فإن التوازن الديناميكي الأولي سوف يتعطل. بسبب الحاجة إلى السيطرة المستمرة على مركز كتلة الجسم (COM) والتحكم في التغذية المرتدة ، يشكل UGT تحديا أكبر للتحكم الوضعي والطعن3،7.
وقد أفيد UGT أن يكون عاملا هاما يؤدي إلى السقوط والإصابات، وخاصة في كبار السن والمرضى الذين يعانون من اضطرابات التوازن3،8. قد تؤدي سرعات المشي الأسرع إلى انخفاض إضافي في التحكم في المحركات خلال UGT9. حقق Ridge et al.10 في زاوية الذروة المشتركة وبيانات اللحظة المشتركة الداخلية للأطفال أثناء UGT بسرعة المشي العادية (NWS) وسرعة المشي السريع (FWS). وأظهرت النتائج زوايا انثناء الركبة أكبر ولحظات التمديد بسرعات أسرع مقارنة مع السرعة المفضلة. وأشاروا إلى أن تقوية العضلات ذات الصلة المحيطة بمفاصل الطرف السفلي يمكن أن تكون تدخلا مفيدا للوقاية من الإصابات أثناء UGT.
على الرغم من أن تأثير سرعة المشي على الطابع الميكانيكي الحيوي في الطرف السفلي خلال مشية ثابتة الحالة قد درس على نطاق واسع11،12،13، فإن الآلية الميكانيكية الحيوية ل UGT تحت سرعات المشي المختلفة محدودة. على حد علمنا, وقد قيمت ثلاث دراسات فقط على وجه التحديد أداء الأفراد الأصحاء UGT فيما يتعلق بآثارالسرعة 9,10,14. ومع ذلك ، كانت الموضوعات في هذه الدراسات أساسا كبار السن14 والأطفال10، وآلية الميكانيكا الحيوية للبالغين الشباب خلال UGT لا يزال غير واضح. يمكن أن توفر الحركية السفلية وضغط البلانتار تحليلا دقيقا للميكانيكا الحيوية للحركة ، وتعتبر هذه أيضا مكونات حاسمة لتشخيص المشية السريرية15و16. فعلى سبيل المثال، استخدم سيراو وآخرون17 بيانات الحركة في الأطراف السفلية للكشف عن الاختلافات السريرية بين المرضى الذين يعانون من ترنح المخيخ والنظراء الأصحاء أثناء التوقف المفاجئ. إلى جانب ذلك ، بالمقارنة مع إنهاء المشية المخطط له (PGT) ، يمكن ملاحظة ضغط الذروة الأكبر والقوة في مشط القدم الجانبي أثناء UGT7، والتي قد تكون مرتبطة بمخاطر إصابة أعلى.
ولذلك، فإن استكشاف الآليات الميكانيكية الحيوية ل UGT يمكن أن يوفر رؤى للوقاية من الإصابات والمزيد من الأبحاث السريرية. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا للتحقيق في أي تغيير ميكانيكي حيوي في الشباب خلال UGT تحت سرعات المشي المختلفة. من المفترض أنه مع زيادة سرعة المشي ، سيعرض المشاركون خصائص ميكانيكية حيوية مختلفة في الأطراف السفلية أثناء UGT.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وقد وافقت لجنة الأخلاقيات الإنسانية في جامعة نينغبو على هذه التجربة. تم الحصول على جميع الموافقات الخطية المستنيرة من جميع الأشخاص بعد إخبارهم عن الهدف والمتطلبات والإجراءات التجريبية لتجربة UGT.
1. إعداد المختبر للمشية
- الحركية: نظام التقاط الحركة
- عند معايرة النظام، قم بإيقاف تشغيل الأضواء المتوهجة وإزالة أي كائنات عاكسة محتملة يمكن أن تخطئ في اعتبارها علامات عاكسة سلبية. تأكد من أن ثماني كاميرات تعمل بالأشعة تحت الحمراء موجهة بشكل صحيح ولها رؤية واضحة ومعقولة.
- قم بتوصيل دونجل USB المناسب في المنفذ المتوازي للكمبيوتر. قم بتشغيل كاميرات الأشعة تحت الحمراء لالتقاط الحركة والمحول التناظري إلى الرقمي.
- افتح برنامج التتبع في الكمبيوتر الشخصي واتاحة الوقت لكاميرات الأشعة تحت الحمراء الثمانية للتهيئة. حدد "النظام المحلي" عقدة جزء "الموارد". ستظهر كل عقدة كاميرا الضوء الأخضر إذا كان اتصال الجهاز صحيحا.
- ضبط معلمات النظام في جزء عرض الكاميرا: تعيين كثافة القوية إلى 0.95 - 1، عتبة إلى 0.2 - 0.4، كسب إلى مرات 1 (x1)، وضع تدرج الرمادي إلى السيارات، الحد الأدنى نسبة التعميم إلى 0.5، وماكس Blob الارتفاع إلى 50.
- ضع الإطار T المكون من 5 علامات في وسط منطقة التقاط الحركة. حدد جميع الكاميرات باستخدام وضع 2D وتأكد من أنها يمكن أن عرض عصا المعايرة (تي الإطار) دون أي تدخل و / أو القطع الأثرية. انقر فوق العنصر"إعداد النظام"في شريط الأدوات وحدد علامة 5 Wand & T-Frame كائن معايرة من القائمة المنسدلة الإطار T.
- في"أداة"جزء، حدد"إعداد النظام"زر، وانقر على"ابدأ"زر في"معايرة الكاميرات"القسم. ثم موجة جسديا تي الإطار في نطاق الالتقاط. أوقف الحركة عندما تتوقف الأضواء الزرقاء على كاميرات الأشعة تحت الحمراء عن الوميض. مراقبة شريط التقدم حتى يتم الانتهاء من عملية المعايرة في "100 ٪"ويعود إلى "0 ٪".
ملاحظة: تأكد من أن قيم خطأ الصورة أقل من 0.3. - ضع الإطار T على الأرض (وسط منطقة التقاط الحركة) وتأكد من أن محاور الإطار T تتسق مع اتجاه الاتجاه.
- حدد الزر"ابدأ"ضمن القسم"تعيين أصل وحدة التخزين"في جزء الأداة.
- ضغط البلانتار: منصة الضغط
- وضع منصة الضغط 2 متر في وسط منطقة الاختبار. لاحظ كاميرات الأشعة تحت الحمراء الثمانية المعروضة حول منصة الضغط.
- تقسيم منصة الضغط إلى أربع مناطق متوسط، A، B، C و D (كل منطقة هي 50 سم * 50 سم) بطريقة خطية وتمييزها مع تسمية الأبجدية / ملصقا (الشكل 1).
- حافظ على اتصال الكمبيوتر الشخصي ومنصة الضغط عبر كبل البيانات الخاص.
- انقر نقرا مزدوجا فوق رمز البرنامج على سطح المكتب.
- انقر فوق"معايرة الوزن"على شاشة المعايرة وإدخال كتلة الجسم من الموظفين. اطلب منه الوقوف على منصة الضغط، والانتظار حتى يكمل النظام المعايرة تلقائيا قبل أن يتمكن من مغادرة منصة الضغط.
الشكل 1: البروتوكول التجريبي. إذا تلقى الأشخاص إشارة الإنهاء كمنطقة لمس الكعب (A) ، تم تنفيذ UGT بحيث توقف الموضوع في المنطقة (B). تم جمع بيانات الضغط الحركي والزارعي بشكل متزامن. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. إعداد المشاركين
- قبل اختبار UGT ، قم بمقابلة جميع الموضوعات وتزويدها بتفسير بسيط حول الأهداف والإجراءات التجريبية. الحصول على موافقة خطية مستنيرة من الأشخاص الذين يستوفون معايير الإدراج الرئيسية.
- وتشمل المشاركين الذين هم نشط بدنيا البالغين الذكور, لديهم الساق اليمنى كما المهيمنة, لم يكن لديك أي اضطراب السمع, لم يكن لديك اضطرابات في الأطراف السفلية, ولم تتكبد إصابات في الأشهر الستة الماضية.
ملاحظة: أدرج في هذا الاختبار 15 مادة ذكورية (العمر: 24.1 ± 0.8 سنة؛ الطول: 175.7 ± 2.8 سم؛ وزن الجسم: 68.3 ± 3.3 كجم؛ طول القدم: 252.7 ± 2.1 ملم).
- وتشمل المشاركين الذين هم نشط بدنيا البالغين الذكور, لديهم الساق اليمنى كما المهيمنة, لم يكن لديك أي اضطراب السمع, لم يكن لديك اضطرابات في الأطراف السفلية, ولم تتكبد إصابات في الأشهر الستة الماضية.
- السماح لجميع الموضوعات بملء استبيان.
ملاحظة: تتضمن الأسئلة: هل كان لديك تاريخ في الجري أو الأنشطة البدنية الأخرى؟ كم مرة تقوم بالأنشطة البدنية في أسبوع؟ هل لديك أي تدريب رياضي محترف؟ هل عانيت من أي اضطرابات وإصابات في الأطراف السفلية في الأشهر الستة الماضية؟ - تأكد من أن جميع الأشخاص يرتدون قمصانا متطابقة وسراويل ضيقة.
- قياس ارتفاع الأشخاص الدائم (مم) ووزن الجسم (كجم) وطول الطرف السفلي (مم) وعرض الركبة (مم) وعرض الكاحل (مم) لكل من الساق اليسرى واليمينية باستخدام فيرنييه فرجار أو أنثروبومتر صغير.
ملاحظة: قياس طول الطرف السفلي من العمود الفقري الحرقفي متفوقة إلى condyle الكاحل. عرض الركبة من الجانبية إلى condyle الركبة الوسيطة; عرض الكاحل من الجانبي إلى كونديل الكاحل الوسيط. - حلق شعر الجسم حسب الاقتضاء وإزالة العرق الزائد باستخدام مناديل الكحول. إعداد مناطق الجلد من المعالم العظمية التشريحية لوضع علامة على المفاصل والقطاعات.
ملاحظة: استخدمت هذه الدراسة 16 علامات عاكسة18، بما في ذلك العمود الفقري الحرقفي الأمامي المتفوق (LASI / RASI) ، العمود الفقري الحرقفي الخلفي المتفوق (LPSI / RPSI) ، منتصف الفخذ الجانبي (LTHI / RTHI) ، الركبة الجانبية (LK RKNE/RKNE)، منتصف ساق الجانبي (LTIB/RTIB)، ماليولوس الجانبي (LANK/RANK)، رئيس مشط القدم الثاني (LTOE/RTOE) والكالكانيوس (LHEE/RHEE)(الشكل 2). - تحديد 16 معلما تشريحيا. على المعالم، نعلق علامات سلبية عاكسة الرجعية مع أشرطة لاصقة على الوجهين.
- إعطاء كل موضوع 5 دقائق للتكيف مع بيئة الاختبار والاحماء مع تشغيل الضوء وتمتد.
الشكل 2: العلامات العاكسة المرفقة بالأطراف السفلية. (أ) الجانب ،(ب)الأمامية و (ج) الخلفية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. المعايرة الثابتة
- الحركية: نظام التقاط الحركة
- في برنامج التتبع، ابحث عن"قاعدة بيانات جديدة"في شريط الأدوات لإنشاء قاعدة بيانات. انقر فوق"إدارة البيانات"لفتح"إدارة البيانات"جزء وانقر من أجل "تصنيف المريض الجديد" ، " المريضالجديد" و "جلسة جديدة" زر. العودة إلى"الموارد"النافذة، حدد"إنشاء موضوع جديد"زر لإنشاء موضوع، وأدخل قيم الطول (مم)، وزن الجسم (كجم)، طول الساق (مم)، عرض الركبة (مم)، وعرض الكاحل (مم) في"خصائص"جزء.
- انقر فوق"الذهاب لايف"ومن ثم انقر فوق"تقسيم أفقيا"في "عرض" جزء. ثم حدد الرسم البياني لعرض عدد المسارات.
ملاحظة: تحقق من"منظور ثلاثي الأبعاد"جزء للتأكد من أن كافة علامات 16 مرئية. - اطلب من الأشخاص الوقوف ساكنين في المنطقة A. انقر فوق "ابدأ" في مقطع التقاط الموضوع لالتقاط النموذج الثابت. تم التقاط حوالي 200 إطار من الصور قبل النقر على زر"إيقاف".
- في"أدوات"جزء، والعثور على"خط أنابيب"زر، وانقر على"تشغيل خط أنابيب إعادة بناء"لبناء صورة جديدة 3D من جميع العلامات التي تم التقاطها. حدد في قائمة العلامات، ثم قم بتطبيق التسميات المطابقة يدويا على العلامات. حفظ واضغط على"ESC"مفتاح للخروج.
- حدد "إعداد الموضوع" و "معايرة الموضوع" في شريط الأدوات واختر الخيار " ثابت المكونات فيمشية" في القائمة المنسدلة.
- حدد"القدم اليسرى"و"القدم اليمنى"في"إعدادات ثابتة"جزء وانقر فوق "ابدأ". ثم حفظ نموذج ثابت.
- ضغط البلانتار: منصة الضغط
- في البرنامج، انقر فوق"قاعدة بيانات"لإضافة مريض جديد. وأدخل رقم الموضوع المعين في جزء"إضافة مريض". ثم انقر فوق "إضافة".
- انقر فوق "ديناميكية" وأدخل وزن الجسم وحجم الحذاء. ثم انقر فوق "موافق".
4. التجارب الديناميكية
- اطلب من الشخص أن يكون في مركز البداية.
- عمليات البرمجيات
ملاحظة: نوعين من بدء تشغيل البرامج (نظام التقاط الحركة: انقر فوق "التقاط" الزر; الضغط منصة: انقر فوق"التقاط"زر) ونهاية (نظام التقاط الحركة: انقر فوق "إيقاف" زر; الضغط منصة: انقر فوق"حفظ القياس"زر)، في وقت واحد.- الحركية: نظام التقاط الحركة
- حدد"الذهاب لايف"زر في"الموارد"جزء وانقر فوق "التقاط" في شريط الأدوات الأيمن. العثور على "نوع المحاكمة" و "جلسة "من أعلى إلى أسفل وتحرير وصف "المحاكمة".
- اطلب من الأشخاص إجراء اختبار UGT كما هو موضح في 4.3.
- بعد الانتهاء من اختبار UGT، انقر فوق"إيقاف"لإنهاء تجربة جمع البيانات. كرر الخطوات المذكورة أعلاه لمدة 5 مرات.
- ضغط البلانتار: منصة الضغط
- حدد الزر"قياس"قبل بدء التجارب UGT.
- بعد الانتهاء من اختبار UGT، انقر فوق الزر"حفظ القياس"لحفظ البيانات. كرر الخطوات المذكورة أعلاه لمدة 5 مرات.
- الحركية: نظام التقاط الحركة
- محاكمات UGT
- اطلب من الأشخاص السير على طول ممشى في NWS الخاصة بهم وإرشادهم إلى استخدام الساق المهيمنة والساق غير المهيمنة لتمرير المنطقة A و B ، على التوالي ، والتوقف أخيرا عند المنطقة D على منصة الضغط.
- دع الموضوع يعرف متى يتم توفير إشارة الإنهاء التي يحتاجونها للتوقف بسرعة في المنطقة B.
- توفير إشارة الإنهاء بشكل عشوائي حيث يلمس الكعب المنطقة A ، وتأكد من تنفيذ UGT وتوقف الموضوعات بسرعة في المنطقة B(الشكل 1). يرسل الموظفون إشارة الإنهاء عن طريق رنين جرس أحمر عشوائيا ، وتم التحكم في احتمال الرنين بنسبة 20٪ تقريبا. التقاط ما لا يقل عن خمس محاكمات متتالية UGT.
ملاحظة: هناك فاصل راحة لمدة دقيقتين بين كلتا المحاكمتين. - حساب سرعة المشي لكل موضوع باستخدام برنامج منصة الضغط. ثم، حساب FWS كما 125٪ من NWS.
- كرر اختبار UGT أعلاه ل FWS. التقاط ما لا يقل عن 5 تجارب UGT متتالية باستخدام بروتوكول FWS.
5. مرحلة ما بعد المعالجة
- الحركية: نظام التقاط الحركة
- ابحث عن الزر"إدارة البيانات"في شريط الأدوات وانقر نقرا مزدوجا فوق اسم الإصدار التجريبي في جزء"إدارة البيانات". ثم حدد"إعادة بناء"و"تسمية"لإعادة بناء نموذج ديناميكي ثلاثي الأبعاد.
- على شريط"الوقت"،حرك المثلثات الزرقاء لتعيين النطاق المطلوب من الوقت (لمرحلة الموقف أثناء UGT).
- انقر على شريط"الوقت". ثم انقر فوق "تكبير إلى منطقة الفائدة" في "سياق" القائمة.
- انقر فوق الزر"تسمية"لتحديد نقاط التسمية والتحقق منها. تأكد من أن الخطوات هي نفس عملية تعريف ثابت.
ملاحظة: تعبئة بعض علامات تعريف غير مكتملة وحذف علامات unlabeled (إذا لزم الأمر). - اختر"الحيوي المكونات في مشية"في"معايرة الموضوع"جزء. ثم انقر فوق الزر"ابدأ"لتشغيل البيانات. تصدير التجارب الديناميكية بتنسيق ".csv" لتحليل البيانات التالية.
- استخدم مرشح بتروورث منخفض المرور من الدرجة الرابعة مع تردد مقطوع قدره 10 هرتز وتصدير بيانات الزاوية المشتركة.
- حساب نطاق الحركة (ROM) من ثلاثة مفاصل (الورك والركبة والكاحل) في الطائرة القوس.
ملاحظة: حدد الاختلافات بين الزوايا القصوى والزوايا الدنيا للورك والركبة والكاحل على طائرات الحركة القوسية مثل روم. - حساب الوسائل (M) والانحرافات المعيارية (SD) للتجارب العشر (5 ل NWS و 5 ل FWS) من كل موضوع.
- ضغط البلانتار: منصة الضغط
- حدد اسم الإصدار التجريبي من قائمة"القياسات"للمواضيع المقابلة. انقر فوق الزر"ديناميكي"لفتح البيانات.
- انقر فوق "يدوي" التحديد. استخدم زر"الماوس الأيسر"لتحديد خطوة الاهتمام (مرحلة الموقف أثناء GT). انقر فوق الزر"موافق"لحفظ.
- انقر فوق "قسم المنطقة" و " تحديدالمنطقة اليدوية" لإجراء عمليات ضبط. ثم انقر فوق الزر"قبول"لحفظ.
- فتح "الضغوط - القوى" الشاشة وانقر فوق"تكوين الرسم البياني"زر لفتح "منطقة الرسم البياني تكوين" النافذة. تقسيم 10 مناطق تشريحية، بما في ذلك إصبع القدم الكبير (BT)، أصابع القدم الأخرى (OT)، مشط القدم الأول (M1)، مشط القدم الثاني (M2)، مشط القدم الثالث (M3)، مشط القدم الرابع (M4)، مشط القدم الخامس (M5)، منتصف القدم (MF)، كعب الوسط (MH) والكعب الجانبي (LH). ثم انقر فوق الزر"موافق"لحفظ.
- انقر فوق "جدول المعلمة" لتصدير بيانات ضغط البلانتار ، بما في ذلك أقصى ضغط ، والحد الأقصى للقوة ومنطقة الاتصال.
- احسب الوسائل وال SDs ل 10 تجارب (5 لتجارب NWS و5 ل FWS) من كل موضوع.
6. التحليل الإحصائي
- إجراء اختبارات شابيرو ويلكس للتحقق من التوزيع العادي لكافة المتغيرات. استخدم اختبارات T ذات العينات المقترنة لمقارنة الحركية السفلية للأطراف وبيانات ضغط البلانتار أثناء UGT في NWS و FWS. تعيين مستوى الأهمية في p < 0.05.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وكان متوسط وقيم SD من NWS وFWS من 15 مواضيع 1.33 ± 0.07m / ثانية و 1.62 ± 0.11m / ثانية ، على التوالي.
يظهر الشكل 3 متوسط ROM من الورك والركبة والمفاصل الكاحل في الطائرة القوس خلال UGT في نيو ساوث ويلز وFWS. بالمقارنة مع NWS ، زاد ROM من ثلاثة مفاصل بشكل كبير في FWS (p<0.05). بالتفصيل، زادت ROM من الورك والركبة والكاحل المفاصل من 22.26 ± 3.03، 29.72 ± 5.14 و 24.92 ± 4.17 الى 25.98 ± 2.94 و 31.61 ± 4.34 و 28.05 ± 5.59 على التوالى (الشكل 3).
الشكل 3: روم من ثلاثة مفاصل في الطائرة القوس خلال UGT بسرعات مختلفة. تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري. * يشير إلى مستوى الأهمية (p<0.05). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يظهر الشكل 4 بيانات ضغط البلانتار بما في ذلك الضغط الأقصى(الشكل 4A)،القوة القصوى (الشكل 4B) ومنطقة الاتصال(الشكل 4C)خلال UGT في NWS و FWS. بالمقارنة مع NWS ، زاد الضغط الأقصى في BT و M1 و M2 و M3 و MH و LH بشكل كبير خلال UGT في FWS (p<0.05). وبالمثل، لوحظت زيادة كبيرة بالنسبة للقوة القصوى في بريتيش تيليكوم، وM1، وM2، وM3، وMH، وLH في FWS مقارنة مع NWS (p<0.05). ومع ذلك، لم يحدث أي فرق كبير في أي معلمات لمناطق OT و M4 و M5 و MF (p>0.05). وتركزت الاختلافات في مجال الاتصال أساسا على منطقة الكعب، أي MH و LH، وكلاهما زاد بشكل كبير في FWS بالمقارنة مع NWS (p<0.05).
الشكل 4: بيانات ضغط البلانتار. وهذا يشمل أقصى ضغط (أ) ، القوة القصوى (ب) ، ومنطقة الاتصال (C) خلال UGT بسرعات مختلفة. تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري. * يشير إلى مستوى الأهمية (p<0.05). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
معظم الدراسات السابقة التي تحلل الميكانيكا الحيوية مشية خلال UGT حذف أهمية سرعة المشي في تقييمها الميكانيكا الحيوية. وهكذا، حققت هذه الدراسة في التغيرات الميكانيكية الحيوية في الطرف السفلي التي تحدث في UGT في نيو ساوث ويلز وFWS بهدف الكشف عن الآثار المتعلقة بالسرعة.
تم العثور على اختلافات كبيرة على ROM من الورك والركبة والمفاصل الكاحل في الطائرة القوس خلال UGT في نيو ساوث ويلز وFWS. وأظهرت النتائج التي توصلنا إليها أكبر روم من المفاصل 3 في الطائرة القوس خلال UGT في FWS بالمقارنة مع NWS. وكانت هذه النتائج متسقة تقريبا مع الدراسة السابقة فيما يتعلق بتأثير السرعات أثناء المشي19. وجد Ridge et al.10 أن زوايا انثناء الذروة الأكبر في مفصل الركبة والورك خلال UGT في FWS من NWS. قد يكون أكبر ROM الركبة القوس حركة تعويضية بسببزيادة سرعة مشية 20, الناتجة عن تأثير الركبة أكبر خلال UGT. استقرت الموضوعات مع مجموعة أكبر من الورك والركبة والكاحل حركة المفاصل، والتي قد تسهم في أوقات نهاية أسرع، ولكن قد تحتاج أيضا إلى مزيد من النشاط المضخم المشترك للاستقرار21.
ولا بد من الإشارة أيضا إلى أن بيانات الضغط البلانتار بما في ذلك الضغط الأقصى والقوة القصوى ومنطقة الاتصال زادت في جميع المناطق التشريحية خلال UGT في FWS مقارنة مع NWS. للحصول على أقصى قدر من الضغط والقوة ، ركزت الاختلافات الكبيرة بشكل رئيسي على القدم الأمامية والكعب الوسيطة ، وهو ما يتفق مع الدراسة السابقة22. في هذه الدراسة ، على الرغم من أن ضغط البلانتار في مشط القدم الجانبي زاد أيضا ، لم يكن هناك فرق كبير بين السرعات. قد يؤدي عدم التوازن بين ضغط البلانتار الجانبي الوسيط إلى انخفاض في الاستقرار الجانبي الوسيط خلال UGT7. قد تزيد ضغوط الذروة المفرطة في الكعب من خطر إصابات القدم ، مثل كسور الإجهاد23،24. وعلاوة على ذلك، تم عرض مناطق الاتصال زيادة كبيرة في MH و LH، والتي قد تكون ذات صلة calcaneus التي تتصل في البداية مع الأرض بعد مرحلة التأرجح المحطة الطرفية ويتم تحميل معظم كتلة الجسم خلال هذه المرحلة25.
يتم احتساب النتائج على عدة خطوات رئيسية في البروتوكول. أولا، تحديد المعالم التشريحية وإرفاق بدقة علامات لبشرة الموضوعات. تأكد من وضع العلامات بشكل آمن على الجلد باستخدام شريط لاصق مزدوج الوجهين من هيبوالرجينيك لتقليل احتمال إسقاط العلامة أو تحولها. ثانيا، من الضروري إرسال الإشارة المنتهية إلى الأشخاص في المرحلة الثابتة. ومن أجل الحد من الخطأ، نفذ نفس الموظفين الإشارة المرسلة في جميع التجارب. ثالثا، تأكد من أن التقسيم الاصطناعي للنباتات المناطق التشريحية دقيقة. وبالإضافة إلى ذلك، هناك بعض القيود المرتبطة بهذه الدراسة التي ينبغي أيضا أن يلاحظ. أولا، لم يشارك أي موضوع نسائي في الدراسة، التي كانت في الأصل لغرض السيطرة على المتغيرات. ثانيا، لم يتم جمع أنشطة عضلات الأطراف السفلية في الدراسة. تنشيط العضلات العد الكثير في شرح الطابع البيوميكانية الطرف السفلي خلال UGT9,14, ونحن على استعداد للتحقيق في تأثير سرعة المشي على أنشطة العضلات في الطرف السفلي في الدراسة المستقبلية لرؤى إضافية في آلية الميكانيكا الحيوية خلال UGT.
تشير نتائج هذه الدراسة إلى أنه مع حدوث زيادات في سرعات المشي ، تظهر الموضوعات خصائص ميكانيكية حيوية مختلفة في الأطراف السفلية أثناء UGT. قد تكون هذه النتيجة مؤشرا على أن زيادة سرعات المشي ، خاصة في FWS قد تؤدي إلى خطر أكبر للإصابات المحتملة. علاوة على ذلك ، بالنظر إلى العلاقات التي تم استكشافها سابقا بين الضغط البلانتار ، والحركية لمفاصل الأطراف السفلية ، والإصابات الرياضية ، تشير نتائج هذه الدراسة إلى أنه يمكن استخدام تجارب إنهاء المشي بسرعات مختلفة كأداة فعالة لتشخيص الأداء الميكانيكي الحيوي السريري وتقييم علاج إعادة التأهيل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ولم يبلغ صاحبا البلاغ عن أي تضارب محتمل في المصالح.
Acknowledgments
مشروع NSFC-RSE المشترك (81911530253)، والبرنامج الوطني للبحث والتطوير في الصين (2018YFF0300905)، وصندوق K.C وونغ ماجنا في جامعة نينغبو.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=16 | |
| Double Adhesive Tape | Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minnesota, USA | For fixing markers to skin | |
| Motion Tracking Cameras | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n= 8 | |
| T-Frame | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | |
| Valid Dongle | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Vicon Nexus 1.4.116 | |
| Vicon Datastation ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | |
| Pressure platform | RSscan International, Olen, Belgium | - |
References
- Cappozzo, A.
- Gao, Z., Mei, Q., Fekete, G., Baker, J., Gu, Y. The Effect of Prolonged Running on the Symmetry of Biomechanical Variables of the Lower Limb Joints. Symmetry. 12, 720 (2020).
- Sparrow, W. A., Tirosh, O. Gait termination: a review of experimental methods and the effects of ageing and gait pathologies. Gait & Posture. 22 (4), 362-371 (2005).
- Conte, C., et al. Planned Gait Termination in Cerebellar Ataxias. The Cerebellum. 11 (4), 896-904 (2012).
- Bishop, M. D., Brunt, D., Pathare, N., Patel, B. The interaction between leading and trailing limbs during stopping in humans. Neuroscience Letters. 323 (1), 1-4 (2002).
- Jaeger, R. J., Vanitchatchavan, P. Ground reaction forces during termination of human gait. Journal of Biomechanics. 25 (10), 1233-1236 (1992).
- Cen, X., Jiang, X., Gu, Y. Do different muscle strength levels affect stability during unplanned gait termination. Acta of Bioengineering and Biomechanics. 21 (4), 27-35 (2019).
- O'Kane, F. W., McGibbon, C. A., Krebs, D. E. Kinetic analysis of planned gait termination in healthy subjects and patients with balance disorders. Gait & Posture. 17 (2), 170-179 (2003).
- Bishop, M., Brunt, D., Pathare, N., Patel, B. The effect of velocity on the strategies used during gait termination. Gait & Posture. 20 (2), 134-139 (2004).
- Ridge, S. T., Henley, J., Manal, K., Miller, F., Richards, J. G. Biomechanical analysis of gait termination in 11–17year old youth at preferred and fast walking speeds. Human Movement Science. 49, 178-185 (2016).
- Sun, D., Fekete, G., Mei, Q., Gu, Y. The effect of walking speed on the foot inter-segment kinematics, ground reaction forces and lower limb joint moments. PeerJ. 6, 5517 (2018).
- Eerdekens, M., Deschamps, K., Staes, F. The impact of walking speed on the kinetic behaviour of different foot joints. Gait & Posture. 68, 375-381 (2019).
- Wang, Z. p, Qiu, Q. e, Chen, S. h, Chen, B. c, Lv, X. t Effects of Unstable Shoes on Lower Limbs with Different Speeds. Physical Activity and Health. 3, 82-88 (2019).
- Tirosh, O., Sparrow, W. A. Age and walking speed effects on muscle recruitment in gait termination. Gait & Posture. 21 (3), 279-288 (2005).
- Xiang, L., Mei, Q., Fernandez, J., Gu, Y. A biomechanical assessment of the acute hallux abduction manipulation intervention. Gait & Posture. 76, 210-217 (2020).
- Zhou, H., Ugbolue, U. C. Is There a Relationship Between Strike Pattern and Injury During Running: A Review. Physical Activity and Health. 3 (1), 127-134 (2019).
- Serrao, M., et al. Sudden Stopping in Patients with Cerebellar Ataxia. The Cerebellum. 12 (5), 607-616 (2013).
- Zhang, Y., et al. Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running. Journal of Visualized Experiments. (127), e55714 (2017).
- Buddhadev, H. H., Barbee, C. E. Redistribution of joint moments and work in older women with and without hallux valgus at two walking speeds. Gait & Posture. 77, 112-117 (2020).
- Yu, P., et al. Morphology-Related Foot Function Analysis: Implications for Jumping and Running. Applied Sciences. 9 (16), 3236 (2019).
- Ridge, S. T., Henley, J., Manal, K., Miller, F., Richards, J. G. Kinematic and kinetic analysis of planned and unplanned gait termination in children. Gait & Posture. 37 (2), 178-182 (2013).
- Burnfield, J. M., Few, C. D., Mohamed, O. S., Perry, J. The influence of walking speed and footwear on plantar pressures in older adults. Clinical Biomechanics. 19 (1), 78-84 (2004).
- Cen, X., Xu, D., Baker, J. S., Gu, Y. Effect of additional body weight on arch index and dynamic plantar pressure distribution during walking and gait termination. PeerJ. 8, 8998 (2020).
- Chatzipapas, C. N., et al. Stress Fractures in Military Men and Bone Quality Related Factors. International Journal of Sports Medicine. 29 (11), 922-926 (2008).
- Cen, X., Xu, D., Baker, J. S., Gu, Y. Association of Arch Stiffness with Plantar Impulse Distribution during Walking, Running, and Gait Termination. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (6), 2090 (2020).
