Summary
Deze studie vergeleek de biomechanische kenmerken van de onderste extremiteit tijdens ongeplande gangafsluiting onder verschillende loopsnelheden. De kinematische en kinetische gegevens van vijftien proefpersonen met normale en hoge loopsnelheden werden verzameld met behulp van een bewegingsanalysesysteem en een plantair drukplatform.
Abstract
Gangbeëindiging veroorzaakt door onverwachte prikkels komt veel voor in het dagelijks leven. Deze studie presenteert een protocol om de biomechanische veranderingen in de onderste ledematen te onderzoeken die optreden tijdens ongeplande gangafsluiting (UGT) onder verschillende loopsnelheden. Vijftien mannelijke deelnemers werden gevraagd om UGT uit te voeren op een loopbrug met respectievelijk normale loopsnelheid (NWS) en hoge loopsnelheid (FWS). Een bewegingsanalysesysteem en een plantair drukplatform werden toegepast om kinematische en plantaire drukgegevens van de onderste ledematen te verzamelen. Gekoppelde T-test werd gebruikt om de verschillen in kinematica van de onderste ledematen en plantaire drukgegevens tussen twee loopsnelheden te onderzoeken. De resultaten toonden een groter bewegingsbereik in de heup-, knie- en enkelgewrichten in het sagittale vlak, evenals plantaire druk in voorvoet- en hielgebieden tijdens UGT bij FWS in vergelijking met NWS. Met de toename van de loopsnelheid vertoonden proefpersonen verschillende biomechanische kenmerken van de onderste ledematen die FWS vertonen die verband houden met grotere potentiële letselrisico's.
Introduction
Menselijke voortbeweging wordt beschouwd als een uiterst complex proces dat moet worden beschreven met multidisciplinaire methoden1,2. Het meest representatieve aspect is de ganganalyse door biomechanische benaderingen. De menselijke gang is gericht op het ondersteunen van progressie van initiatie tot beëindiging, en het dynamische evenwicht moet in positiebeweging worden gehandhaafd. Hoewel gangbeëindiging (GT) uitgebreid is bestudeerd als een subtaak van gang, heeft het minder aandacht gekregen. Sparrow en Tirosh3 definieerden GT in hun beoordeling als motorische controleperiode wanneer beide voeten niet meer vooruit of achteruit bewegen op basis van de verplaatsings- en tijdskenmerken. In vergelijking met steady-state gang vereist het proces van het uitvoeren van GT een hogere controle van de houdingsstabiliteit en complexe integratie en samenwerking van het neuromusculaire systeem4. Tijdens GT moet het lichaam de remimpuls snel verhogen en de voortstuwingsimpuls verlagen om een nieuwe lichaamsbalans te vormen5,6. Ongeplande gangafbreking (UGT) is een stressreactie op een onbekende stimulus6. Wanneer men geconfronteerd wordt met een onverwachte stimulus die plotseling moet stoppen, zal het initiële dynamische evenwicht verstoord raken. Vanwege de behoefte aan de continue controle van het massacentrum van het lichaam (COM) en feedbackcontrole vormt UGT een grotere uitdaging voor posturale controle en stabliteit3,7.
UGT is gemeld als een belangrijke factor die leidt tot vallen en verwondingen, met name bij ouderen en patiënten met evenwichtsstoornissen3,8. Hogere loopsnelheden kunnen leiden tot een extra afname van de motorische controle tijdens UGT9. Ridge et al.10 onderzochten de piekverbindingshoek en interne gewrichtsmomentgegevens van kinderen tijdens UGT bij normale loopsnelheid (NWS) en snelle loopsnelheid (FWS). De resultaten toonden grotere knieflexiehoeken en verlengingsmomenten bij hogere snelheden in vergelijking met de gewenste snelheid. Ze gaven aan dat het versterken van de gerelateerde spieren rond de gewrichten van de onderste extremiteit een nuttige interventie kan zijn voor blessurepreventie tijdens UGT.
Hoewel het effect van loopsnelheid op het biomechanische karakter van de onderste ledematen tijdens steady-state gang uitgebreid is bestudeerd11,12,13, is het biomechanische mechanisme van UGT onder verschillende loopsnelheden beperkt. Voor zover wij weten, hebben slechts drie studies specifiek de UGT-prestaties van gezonde individuen geëvalueerd met betrekking tot snelheidseffecten9,10,14. Echter, proefpersonen in deze studies waren voornamelijk ouderen14 en kinderen10, het biomechanische mechanisme van jongvolwassenen tijdens UGT is nog steeds onduidelijk. Kinematica van de onderste ledematen en plantaire druk kunnen een nauwkeurige analyse van de biomechanica van de voortbeweging bieden , en deze worden ook beschouwd als cruciale componenten voor klinische gangdiagnoses15,16. Serrao et al.17 gebruikten bijvoorbeeld kinematische gegevens van de onderste ledematen om de klinische verschillen tussen patiënten met cerebellaire ataxie en gezonde tegenhangers tijdens plotseling stoppen op te sporen. Bovendien konden in vergelijking met geplande gangafbreking (PGT) grotere piekdruk en kracht in het laterale middenvoetsbeentjes tijdens UGT worden waargenomen7, wat gepaard kan gaan met hogere letselrisico's.
Daarom kan het verkennen van de biomechanische mechanismen van UGT inzichten opleveren voor letselpreventie en verder klinisch onderzoek. Deze studie presenteert een protocol om elke biomechanische verandering bij jongvolwassenen tijdens UGT onder verschillende loopsnelheden te onderzoeken. Er wordt verondersteld dat, met een toename van de loopsnelheid, deelnemers verschillende biomechanische kenmerken van de onderste ledematen zouden vertonen tijdens UGT.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De Human Ethics Committee van Ningbo University keurde dit experiment goed. Alle schriftelijke geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle proefpersonen nadat ze waren verteld over het doel, de vereisten en de experimentele procedures van het UGT-experiment.
1. Laboratoriumvoorbereiding voor gang
- Kinematica: Motion capture systeem
- Wanneer u het systeem kalibreert, schakelt u de gloeilampen uit en verwijdert u alle mogelijke reflecterende objecten die kunnen worden verward met passieve retroreflecterende markeringen. Zorg ervoor dat acht infraroodcamera's goed zijn gericht en een duidelijk en redelijk zicht hebben.
- Sluit de juiste USB-dongle aan op de parallelle poort van de pc. Schakel de motion-capture infraroodcamera's en analoog-naar-digitaal converter in.
- Open de trackingsoftware op de pc en geef de acht infraroodcamera's de tijd om te initialiseren. Selecteer het knooppunt "Lokaal systeem" van het deelvenster "Bronnen". Elk cameraknooppunt geeft groen licht als de hardwareverbinding waar is.
- Pas de systeemparameters in het deelvenster Cameraweergave aan: stel de stroboscoopintensiteit in op 0,95 - 1, drempel op 0,2 - 0,4, versterking op keer 1 (x1), grijswaardenmodus op automatisch, minimale circulariteitsverhouding op 0,5 en maximale blobhoogte op 50.
- Plaats het T-frame bestaande uit 5 markeringen in het midden van het bewegingsopnamegebied. Selecteer alle camera's in de 2D-modus en controleer of ze de kalibratiestok (T-frame) zonder interferentie en/of artefacten kunnen bekijken. Klik op het item "Systeemvoorbereiding" op de werkbalk en selecteer het kalibratieobject Wand & T-Frame met 5 markeringen in de vervolgkeuzelijst T-Frame.
- Selecteer in het deelvenster "Gereedschap" de knop "Systeemvoorbereiding" en klik op de knop "Start" in de sectie "Camera's kalibreren". Zwaai vervolgens fysiek met het T-frame in het opnamebereik. Stop de actie wanneer de blauwe lampjes op de infraroodcamera's stoppen met knipperen. Controleer de voortgangsbalk totdat het kalibratieproces is voltooid op "100%" en keert terug naar "0%".
OPMERKING: Zorg ervoor dat de waarden van de afbeeldingsfout kleiner zijn dan 0,3. - Leg het T-frame op de vloer (het midden van het motion capture gebied) en zorg ervoor dat de assen van het T-frame overeenkomen met de richting.
- Selecteer de knop "Start" onder de sectie "Volume oorsprong instellen" in het deelvenster Gereedschap.
- Plantaire druk: Drukplatform
- Plaats het drukplatform van 2 m in het midden van het testgebied. Let op de acht infraroodcamera's die rond het drukplatform worden weergegeven.
- Verdeel het drukplatform in vier gemiddelde gebieden, A, B, C en D (elk gebied is 50 cm * 50 cm) op een lineaire manier en onderscheid ze met een alfabetlabel / sticker (figuur 1).
- Houd de pc en het drukplatform verbonden via de eigen datakabel.
- Dubbelklik op het softwarepictogram op het bureaublad.
- Klik op de "Gewichtskalibratie" op het kalibratiescherm en voer de lichaamsmassa van een notenbalk in. Vraag hem of haar om op het drukplatform te gaan staan en te wachten tot het systeem de kalibratie automatisch voltooit voordat hij/zij het drukplatform kan verlaten.
Figuur 1: Experimenteel protocol. Als proefpersonen het beëindigingssignaal kregen toen de hiel het gebied (Araakte ), werd de UGT uitgevoerd zodat het onderwerp stopte in gebied (B). Kinematische en plantaire drukgegevens werden synchroon verzameld. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
2. Voorbereiding deelnemer
- Interview voorafgaand aan de UGT-test alle proefpersonen en geef ze een eenvoudige uitleg over de experimentele doelen en procedures. Verkrijg schriftelijke geïnformeerde toestemming van proefpersonen die voldoen aan de belangrijkste inclusiecriteria.
- Neem deelnemers op die fysiek actieve mannelijke volwassenen zijn, het rechterbeen als dominant hebben, geen gehoorstoornis hebben, geen aandoeningen van de onderste ledematen hebben en de afgelopen zes maanden geen verwondingen hebben opgelopen.
OPMERKING: 15 mannelijke proefpersonen (leeftijd: 24,1 ± 0,8 jaar; lengte: 175,7 ± 2,8 cm; lichaamsgewicht: 68,3 ± 3,3 kg; voetlengte: 252,7 ± 2,1 mm) die aan de experimentele voorwaarden voldeden, werden in deze test opgenomen.
- Neem deelnemers op die fysiek actieve mannelijke volwassenen zijn, het rechterbeen als dominant hebben, geen gehoorstoornis hebben, geen aandoeningen van de onderste ledematen hebben en de afgelopen zes maanden geen verwondingen hebben opgelopen.
- Alle proefpersonen toestaan een vragenlijst in te vullen.
OPMERKING: Vragen zijn onder andere: Heb je een geschiedenis van hardlopen of andere fysieke activiteiten? Hoe vaak doe je fysieke activiteiten in een week? Heb je een professionele atletische training? Heb je de afgelopen zes maanden aandoeningen en verwondingen aan je onderbeen opgelopen? - Zorg ervoor dat alle proefpersonen identieke t-shirts en nauwsluitende broeken dragen.
- Meet de stahoogte (mm) en het lichaamsgewicht (kg), de lengte van de onderste ledematen (mm), de kniebreedte (mm) en de enkelbreedte (mm) van zowel het linker- als het rechterbeen met behulp van een Vernier-remklauw of een kleine anthropometer.
OPMERKING: Meet de lengte van de onderste ledematen van de superieure iliacale wervelkolom tot de enkel mediale condyle; de kniebreedte van de laterale naar de mediale kniecondyle; de enkelbreedte van de laterale naar de mediale enkelcondyle. - Scheer het lichaamshaar indien nodig af en verwijder overtollig zweet met behulp van alcoholdoekjes. Bereid huidgebieden van anatomische benige oriëntatiepunten voor op markerplaatsing op gewrichten en segmenten.
OPMERKING: Deze studie gebruikte 16 reflecterende markers18, waaronder anterieure-superieure iliacale wervelkolom (LASI/RASI), posterieure superieure iliacale wervelkolom (LPSI/RPSI), laterale middendij (LTHI/RTHI), laterale knie (LKNE/RKNE), laterale middensteel (LTIB/RTIB),laterale malleolus (LANK/RANK), tweede middenvoetskop (LTOE/RTOE) en calcaneus (LHE). - Identificeer 16 anatomische oriëntatiepunten. Bevestig op de oriëntatiepunten passieve retroreflecterende markeringen met dubbelzijdige kleefbanden.
- Geef elk onderwerp 5 minuten om zich aan te passen aan de testomgeving en op te warmen met licht lopen en rekken.
Figuur 2: De reflecterende markeringen die aan de onderste ledematen zijn bevestigd. (A) zijde, (B) voor en (C) achter. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
3. Statische kalibratie
- Kinematica: Motion capture systeem
- Zoek in de trackingsoftware de "Nieuwe database" in de werkbalk om een database te bouwen. Klik op het paneel "Gegevensbeheer" om het deelvenster "Gegevensbeheer" te openen en klik in volgorde op de knop "Nieuwe patiëntclassificatie", "Nieuwe patiënt" en " Nieuwesessie". Ga terug naar het venster "Resources", selecteer de knop "Een nieuw onderwerp maken" om een onderwerp te maken en voer de waarden van hoogte (mm), lichaamsgewicht (kg), beenlengte (mm), kniebreedte (mm) en enkelbreedte (mm) in het deelvenster "Eigenschappen" in.
- Klik op "Go Live" en klik vervolgens op het "Horizontaal splitsen" in het deelvenster "Weergave". Selecteer vervolgens de grafiek om het aantal trajects weer te geven.
OPMERKING: Controleer het deelvenster "3D-perspectief" om er zeker van te zijn dat alle 16 markeringen zichtbaar zijn. - Vraag proefpersonen om stil te staan in het gebied A. Klik op "Start" in de sectie onderwerpopname om het statische model vast te leggen. Ongeveer 200 frames met afbeeldingen werden vastgelegd voordat ze op de knop "Stop" klikten.
- Zoek in het deelvenster "Gereedschappen" de knop "Pijplijn" en klik op "De pijplijn reconstrueren" om een nieuwe 3D-afbeelding van alle vastgelegde markeringen te maken. Identificeer in de lijst met markeringen en pas de bijbehorende labels handmatig toe op de markeringen. Sla op en druk op de toets "ESC" om af te sluiten.
- Selecteer "Onderwerpvoorbereiding" en "Onderwerpkalibratie" op de werkbalk en kies de optie "Statische plug-in gang" in het vervolgkeuzemenu.
- Selecteer de "Linkervoet" en "Rechtervoet" in het deelvenster "Statische instellingen" en klik op de "Start". Sla vervolgens het statische model op.
- Plantaire druk: Drukplatform
- Klik in de software op "Database" om een nieuwe patiënt toe te voegen. En voer het toegewezen onderwerpnummer in het deelvenster "Patiënt toevoegen" in. Klik vervolgens op "Toevoegen".
- Klik op "Dynamisch" en voer het lichaamsgewicht en de schoenmaat in. Klik vervolgens op "OK".
4. Dynamische proeven
- Vraag het onderwerp om op de startpositie te staan.
- Softwarebewerkingen
OPMERKING: De twee soorten software starten (Motion capture systeem: klik op "Capture" knop; Drukplatform: klik op de knop "Vastleggen" en eindig (Motion capture-systeem: klik op de knop "Stop"; Drukplatform: klik tegelijkertijd op de knop "Meet opslaan".- Kinematica: Motion capture systeem
- Selecteer de knop "Go Live" in het deelvenster "Resources" en klik op "Capture" op de rechter werkbalk. Zoek "Trial Type" en "Session" van boven naar beneden en bewerk de beschrijving van "Trial".
- Vraag proefpersonen om een UGT-test uit te voeren zoals beschreven in 4.3.
- Nadat u de UGT-test hebt voltooid, klikt u op "Stoppen" om de proefversie van de gegevensverzameling te beëindigen. Herhaal de bovenstaande stappen 5 keer.
- Plantaire druk: Drukplatform
- Selecteer de knop "Meten" voordat u de UGT-proeven start.
- Nadat u de UGT-test hebt voltooid, klikt u op de knop "Meet opslaan" om gegevens op te slaan. Herhaal de bovenstaande stappen 5 keer.
- Kinematica: Motion capture systeem
- UGT-proeven
- Vraag proefpersonen om langs een loopbrug bij hun NWS te lopen en hen te instrueren om het dominante been en het niet-dominante been te gebruiken om respectievelijk gebied A en B te passeren en uiteindelijk te stoppen bij gebied D op het drukplatform.
- Laat het onderwerp weten wanneer het beëindigingssignaal wordt verstrekt, ze moeten snel stoppen op gebied B.
- Geef willekeurig het beëindigingssignaal wanneer de hiel gebied A raakt, zorg ervoor dat de UGT wordt uitgevoerd en de proefpersonen snel stoppen op gebied B (figuur 1). Het personeel stuurt het beëindigingssignaal door willekeurig een rode bel te luiden en de kans op bellen werd gecontroleerd op ongeveer 20%. Leg ten minste vijf opeenvolgende UGT-proeven vast.
OPMERKING: Er is een rustpauze van 2 minuten tussen beide onderzoeken. - Bereken de loopsnelheid van elk onderwerp met behulp van de drukplatformsoftware. Bereken vervolgens de FWS als 125% van de NWS.
- Herhaal de bovenstaande UGT-test voor de FWS. Leg ten minste 5 opeenvolgende UGT-tests vast met behulp van het FWS-protocol.
5. Nabewerking
- Kinematica: Motion capture systeem
- Zoek de knop "Gegevensbeheer" op de werkbalk en dubbelklik op de proefversie in het deelvenster "Gegevensbeheer". Selecteer vervolgens "Reconstrueren" en "Label" om het dynamische 3D-model te reconstrueren.
- Verplaats op de balk "Tijd" de blauwe driehoeken om het vereiste tijdsbereik in te stellen (voor de houdingsfase tijdens de UGT).
- Klik op de "Tijd" balk. Klik vervolgens op "Zoom to Region-of-Interest" in het menu "Context".
- Klik op de knop "Label" om de labelpunten te identificeren en te controleren. Zorg ervoor dat de stappen hetzelfde zijn als het statische identificatieproces.
OPMERKING: Vul enkele onvolledige identificatiemarkeringen in en verwijder de niet-gelabelde markeringen (indien nodig). - Kies de "Dynamic Plug-in Gait" in het deelvenster "Onderwerpkalibratie". Klik vervolgens op de knop "Start" om de gegevens uit te voeren. Exporteer dynamische proeven in de indeling ".csv" voor het volgen van gegevensanalyse.
- Gebruik een vierde-orde low pass Butterworth filter met cut off frequentie van 10 Hz en exporteer de gegevens van de gezamenlijke hoek.
- Bereken het bewegingsbereik (ROM) van drie gewrichten (heup, knie en enkel) in sagittale vlak.
OPMERKING: Definieer de verschillen tussen de maximale hoeken en minimale hoeken van de heup, knie en enkel op de sagittale bewegingsvlakken als de ROM's. - Bereken de middelen (M) en standaardafwijkingen (SD) van de tien proeven (5 voor NWS en 5 voor FWS) van elk onderwerp.
- Plantaire druk: Drukplatform
- Selecteer de naam van de proefversie in het menu "Metingen" van de overeenkomstige onderwerpen. Klik op de knop "Dynamisch" om gegevens te openen.
- Klik op de selectie "Handmatig". Gebruik de knop "Linkermuisknop" om de stap van belang te selecteren (de houdingsfase tijdens GT). Klik op de knop "OK" om op te slaan.
- Klik op de "Zone Division" en " ManualZone Selection" om aanpassingen te maken. Klik vervolgens op de knop "Accepteren" om op te slaan.
- Open het scherm "Pressures-Forces" en klik op de knop "Graph Composition" om het venster "Zone Graph Composition" te openen. Verdeel 10 anatomische gebieden, waaronder Big Toe (BT), Other Toes (OT), First Metatarsal (M1), Second Metatarsals (M2), Third Metatarsal (M3), Fourth Metatarsal (M4), Fifth Metatarsal (M5), Mid-Foot (MF), Medial Heel (MH) en Lateral Heel (LH). Klik vervolgens op de knop "OK" om op te slaan.
- Klik op "Parametertabel" om plantaire drukgegevens te exporteren, inclusief maximale druk, maximale kracht en contactgebied.
- Bereken middelen en SSD's voor 10 proeven (5 voor NWS en 5 voor FWS) van elk onderwerp.
6. Statistische analyse
- Voer de Shapiro-Wilks-tests uit om de normale verdeling voor alle variabelen te controleren. Gebruik gekoppelde T-tests om kinematica van de onderste ledematen en plantaire drukgegevens te vergelijken tijdens UGT bij NWS en FWS. Stel het significantieniveau in op p < 0,05.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De gemiddelde & SD-waarden van NWS en FWS van 15 vakken waren respectievelijk 1,33 ± 0,07 m/s en 1,62 ± 0,11 m/s.
Figuur 3 toont de gemiddelde ROM van de heup-, knie- en enkelgewrichten in het sagittale vlak tijdens UGT bij NWS en FWS. In vergelijking met NWS nam de ROM van drie gewrichten significant toe bij FWS (p<0,05). In detail steeg de ROM van heup-, knie- en enkelgewrichten van 22,26 ± 3,03, 29,72 ± 5,14 en 24,92 ± 4,17 tot 25,98 ± 2,94, 31,61 ± 4,34 en 28,05 ±respectievelijk 5,59.
Figuur 3: De ROM's van drie gewrichten in het sagittale vlak tijdens UGT met verschillende snelheden. De foutbalken geven de standaardafwijking aan. * geeft het significantieniveau aan (p<0,05). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4 toont de plantaire drukgegevens inclusief maximale druk (Figuur 4A), maximale kracht (Figuur 4B) en contactoppervlak (Figuur 4C) tijdens UGT bij NWS en FWS. In vergelijking met NWS nam de maximale druk in BT, M1, M2, M3, MH en LH aanzienlijk toe tijdens UGT bij FWS (p<0,05). Evenzo werd voor maximale kracht een significante toename waargenomen bij BT, M1, M2, M3, MH en LH bij FWS in vergelijking met NWS (p<0,05). Er is echter geen significant verschil opgetreden in parameters voor de OT-, M4-, M5- en MF-regio's (p>0,05). De verschillen in contactgebied waren vooral gericht op de hielregio, d.w.z. MH en LH, en beide namen sterk toe bij FWS in vergelijking met NWS (p<0,05).
Figuur 4: Plantaire drukgegevens. Dit omvat maximale druk (A), maximale kracht (B) en contactgebied (C) tijdens UGT bij verschillende snelheden. De foutbalken geven de standaardafwijking aan. * geeft het significantieniveau aan (p<0,05). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De meeste eerdere studies die gangbiomechanica analyseren tijdens UGT laten het belang van loopsnelheid weg in hun biomechanische beoordeling. Deze studie onderzocht dus de biomechanische veranderingen in de onderste ledematen die optreden in UGT bij NWS en FWS met als doel de snelheidsgerelateerde effecten te onthullen.
Significante verschillen zijn gevonden op de ROM van de heup-, knie- en enkelgewrichten in het sagittale vlak tijdens UGT bij NWS en FWS. Onze bevindingen toonden grotere ROM's van de 3 gewrichten in het sagittale vlak tijdens UGT bij FWS in vergelijking met NWS. Deze resultaten waren bijna consistent met eerdere studies met betrekking tot het effect van snelheden tijdens het lopen19. Ridge et al.10 ontdekten dat grotere piekflexiehoeken in knie en heupgewricht tijdens UGT bij FWS dan NWS. Grotere sagittale knie ROM kan een compenserende beweging zijn als gevolg van de verhoogde gangsnelheid20, als gevolg van een grotere knieslag tijdens UGT. Proefpersonen gestabiliseerd met een groter bereik van de beweging van heup-, knie- en enkelgewrichten, wat kan bijdragen aan snellere eindtijden, maar ook een grotere gewrichtsextensoractiviteit nodig heeft voor stabiliteit21.
Het moet ook worden vermeld, plantaire drukgegevens inclusief maximale druk, maximale kracht en contactgebied verhoogd in alle anatomische regio's tijdens UGT bij FWS in vergelijking met NWS. Voor maximale druk en kracht waren de significante verschillen voornamelijk gericht op mediale voorvoet en hiel, wat consistent is met de vorige studie22. In deze studie, hoewel de plantaire druk in de laterale middenvoetsbeentjes ook steeg, was er geen significant verschil tussen snelheden. De onbalans tussen de medial-laterale plantaire druk kan leiden tot een afname van de mediaal-laterale stabiliteit tijdens UGT7. Overmatige piekdruk op de hiel kan het risico op voetblessures verhogen, zoals stressfracturen23,24. Bovendien werden de significante verhoogde contactgebieden tentoongesteld in MH en LH, wat verband kan houden met de calcaneus die in eerste instantie contact maakt met de grond na de terminale swingfase en het grootste deel van de lichaamsmassa wordt geladen tijdens deze fase25.
De resultaten worden geteld op verschillende belangrijke stappen in het protocol. Identificeer eerst anatomische oriëntatiepunten en bevestig de markeringen nauwkeurig aan de huid van de proefpersonen. Zorg ervoor dat de markers stevig op de huid worden geplaatst met hypoallergene dubbelzijdige plakband om de kans te verkleinen dat de marker valt of verschuift. Ten tweede is het van vitaal belang om het beëindigde signaal naar proefpersonen in de vaste fase te sturen. Om de fout te verminderen, werd het signaal dat in alle proeven werd verzonden door dezelfde staf uitgevoerd. Ten derde, zorg ervoor dat de kunstmatige verdeling van plantaire de anatomische regio's nauwkeurig zijn. Bovendien zijn er bepaalde beperkingen verbonden aan deze studie die ook moeten worden opgemerkt. Ten eerste nam geen enkele vrouwelijke proefpersoon deel aan de studie, die oorspronkelijk bedoeld was om variabelen te controleren. Ten tweede werden spieractiviteiten in de onderste ledematen niet verzameld in de studie. Spieractivatie telt veel bij het verkennen van het biomechanische karakter van de onderste ledematen tijdens UGT9,14, en we zijn bereid om het effect van loopsnelheid op spieractiviteiten in de onderste ledematen te onderzoeken in de toekomstige studie voor aanvullende inzichten in biomechanisch mechanisme tijdens UGT.
De resultaten van deze studie suggereren dat naarmate verhogingen in loopsnelheden optreden, proefpersonen verschillende biomechanische kenmerken van de onderste ledematen vertonen tijdens UGT. Dit resultaat kan een indicatie zijn dat een toename van de loopsnelheden, met name bij FWS, een groter risico op mogelijke verwondingen kan opleveren. Bovendien, gezien eerder onderzochte relaties tussen plantaire druk, kinematica van gewrichten van de onderste ledematen en sportblessures, suggereren de resultaten van deze studie dat gangafsluitingsproeven met verschillende snelheden kunnen worden gebruikt als een effectief hulpmiddel voor de diagnose van klinische biomechanische prestaties en beoordeling van revalidatiebehandeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs meldden geen mogelijk belangenconflict.
Acknowledgments
NSFC-RSE Joint Project (81911530253), National Key R&D Program of China (2018YFF0300905), en K.C. Wong Magna Fund in Ningbo University.
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).
