Summary
Diese Studie verglich die biomechanischen Eigenschaften der unteren Extremität bei ungeplanter Gangbeendigung unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten. Die kinematischen und kinetischen Daten von fünfzehn Probanden mit normalen und schnellen Gehgeschwindigkeiten wurden mit einem Bewegungsanalysesystem und einer Plantardruckplattform gesammelt.
Abstract
Gait-Beendigung durch unerwartete Reize verursacht ist eine häufige Erscheinung im täglichen Leben. Diese Studie stellt ein Protokoll zur Untersuchung der biomechanischen Veränderungen der unteren Gliedmaßen vor, die bei ungeplanter Gangbeendigung (UGT) unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten auftreten. Fünfzehn männliche Teilnehmer wurden gebeten, UGT auf einem Walkway mit normaler Gehgeschwindigkeit (NWS) bzw. schneller Gehgeschwindigkeit (FWS) durchzuführen. Ein Bewegungsanalysesystem und eine Plantardruckplattform wurden eingesetzt, um kinematische und plantare Druckdaten unter den Gliedmaßen zu sammeln. Der T-Test mit gepaarter Probe wurde verwendet, um die Unterschiede in der Kinematik der unteren Gliedmaßen und den plantaren Druckdaten zwischen zwei Gehgeschwindigkeiten zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten einen größeren Bewegungsumfang in den Hüft-, Knie- und Sprunggelenken in der sagittalen Ebene sowie den Plantardruck in Vorfuß- und Fersenregionen während der UGT an der FWS im Vergleich zu NWS. Mit der Erhöhung der Gehgeschwindigkeit wiesen die Probanden unterschiedliche biomechanische Eigenschaften der unteren Gliedmaßen auf, die FWS im Zusammenhang mit einem größeren potenziellen Verletzungsrisiko aufweisen.
Introduction
Die menschliche Fortbewegung gilt als ein äußerst komplexer Prozess, der mit multidisziplinären Methoden beschrieben werden muss1,2. Der repräsentativste Aspekt ist die Ganganalyse durch biomechanische Ansätze. Der menschliche Gang zielt darauf ab, die Progression von der Einleitung bis zur Beendigung aufrechtzuerhalten, und das dynamische Gleichgewicht sollte in der Positionsbewegung aufrechterhalten werden. Obwohl Gangbeendigung (GT) als Unteraufgabe des Ganges ausgiebig untersucht wurde, hat sie weniger Aufmerksamkeit erhalten. Sparrow und Tirosh3 definierten GT in ihrer Überprüfung als Motorsteuerungsperiode, wenn beide Füße aufhören, sich vorwärts oder rückwärts zu bewegen, basierend auf den Verschiebungs- und Zeiteigenschaften. Im Vergleich zu stationärem Gang erfordert der Prozess der Ausführung von GT eine höhere Kontrolle der Haltungsstabilität und komplexe Integration und Zusammenarbeit des neuromuskulären Systems4. Während GT muss der Körper den Bremsimpuls schnell erhöhen und den Antriebsimpuls verringern, um eine neue Körperbalance5,6zu bilden. Ungeplante Gangbeendigung (UGT) ist eine Stressreaktion auf einen unbekannten Stimulus6. Wenn man mit einem unerwarteten Stimulus konfrontiert wird, der erfordert, dass man plötzlich aufhört, wird das anfängliche dynamische Gleichgewicht gestört. Aufgrund der Notwendigkeit der kontinuierlichen Kontrolle des körpereigenen Massenzentrums (COM) und der Rückkopplungssteuerung stellt UGT eine größere Herausforderung für die Haltungskontrolle und Stabilität3,7dar.
UGT ist berichtet, dass ein wichtiger Faktor, der zu Stürzen und Verletzungen, vor allem bei älteren Menschen und Patienten mit Gleichgewichtsstörungen3,8. Schnellere Gehgeschwindigkeiten können zu einem zusätzlichen Rückgang der Motorsteuerung während UGT9führen. Ridge et al.10 untersuchten die Spitzengelenkwinkel und internen Gelenkmomentdaten von Kindern während der UGT bei normaler Gehgeschwindigkeit (NWS) und schneller Gehgeschwindigkeit (FWS). Die Ergebnisse zeigten größere Knieflexionswinkel und Verlängerungsmomente bei höheren Geschwindigkeiten im Vergleich zur bevorzugten Geschwindigkeit. Sie wiesen darauf hin, dass die Stärkung der verwandten Muskeln um die unteren Extremitätsgelenke könnte ein nützlicher Eingriff zur Verletzungsprävention während UGT sein.
Obwohl die Wirkung der Gehgeschwindigkeit auf den biomechanischen Charakter der unteren Gliedmaßen während des stationären Ganges ausgiebig untersucht wurde11,12,13, ist der biomechanische Mechanismus von UGT unter verschiedenen Gehgeschwindigkeiten begrenzt. Unserer Kenntnis nach haben nur drei Studien die UGT-Leistungen gesunder Personen in Bezug auf Geschwindigkeitseffekte9,10,14spezifisch bewertet. Probanden in diesen Studien waren jedoch hauptsächlich die älteren14 und Kinder10, der biomechanische Mechanismus junger Erwachsener während der UGT ist noch unklar. Die Kinematik der unteren Gliedmaßen und der Plantardruck können eine präzise Analyse der Bewegungsbiomechanik liefern, und diese gelten auch als entscheidende Komponenten für klinische Gangdiagnosen15,16. Zum Beispiel, Serrao et al.17 verwendet untere Gliedmaßen kinematischen Daten, um die klinischen Unterschiede zwischen Patienten mit Kleinhirn-Ataxie und gesunden Gegenstücken während plötzlichen Anhaltens zu erkennen. Außerdem konnten im Vergleich zur geplanten Gangbeendigung (PGT) ein größerer Spitzendruck und größere Kraft im lateralen Metatarsal während der UGT beobachtet werden7, die mit höheren Verletzungsrisiken verbunden sein können.
Daher könnte die Erforschung der biomechanischen Mechanismen von UGT Erkenntnisse für die Verletzungsprävention und weitere klinische Forschungen liefern. Diese Studie stellt ein Protokoll zur Untersuchung biomechanischer Veränderungen bei jungen Erwachsenen während der UGT unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten vor. Es wird vermutet, dass die Teilnehmer bei einer Erhöhung der Gehgeschwindigkeit während der UGT unterschiedliche biomechanische Eigenschaften der unteren Gliedmaßen aufweisen würden.
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Protocol
Die Human Ethics Committee of Ningbo University genehmigte dieses Experiment. Alle schriftlichen Einwilligungen wurden von allen Probanden eingeholt, nachdem sie über das Ziel, die Anforderungen und die experimentellen Verfahren des UGT-Experiments informiert worden waren.
1. Laborvorbereitung für Gang
- Kinematik: Motion Capture System
- Schalten Sie bei der Kalibrierung des Systems die Glühlampen aus und entfernen Sie alle möglichen reflektierenden Objekte, die mit passiven retroreflektierenden Markern verwechselt werden können. Stellen Sie sicher, dass acht Infrarotkameras richtig ausgerichtet sind und eine klare und vernünftige Sicht haben.
- Schließen Sie den entsprechenden USB-Dongle an den parallelen Anschluss des PCs an. Schalten Sie die Motion-Capture-Infrarotkameras und den Analog-Digital-Wandler ein.
- Öffnen Sie die Tracking-Software im PC und lassen Sie den acht Infrarotkameras Zeit, um sie zu initialisieren. Wählen Sie "Local System" Knoten des Bereichs "Ressourcen". Jeder Kameraknoten zeigt grünes Licht, wenn die Hardwareverbindung wahr ist.
- Passen Sie die Systemparameter im Kameraansichtsbereich an: Legen Sie die Strobe-Intensität auf 0,95 - 1, den Schwellenwert auf 0,2 - 0,4, gain to times 1 (x1), Den Graustufenmodus auf Auto, das minimale Zirkularitätsverhältnis auf 0,5 und die maximale Blobhöhe auf 50 fest.
- Setzen Sie den T-Rahmen, der aus 5 Markern besteht, in die Mitte des Bewegungserfassungsbereichs. Wählen Sie alle Kameras im 2D-Modus aus und bestätigen Sie, dass sie den Kalibrierstab (T-Frame) ohne Interferenzen und/oder Artefakte anzeigen können. Klicken Sie in der Symbolleiste auf das Element "Systemvorbereitung" und wählen Sie das Kalibrierobjekt mit 5 Markern Wand & T-Frame aus der Dropdown-Liste T-Frameaus.
- Wählen Sie im Bereich "Werkzeug" die Schaltfläche "Systemvorbereitung" aus, und klicken Sie im Abschnitt "Kameras kalibrieren" auf die Schaltfläche "Starten". Dann schalten Sie den T-Frame physisch im Erfassungsbereich. Beenden Sie die Aktion, wenn die blauen Lichter der Infrarotkameras nicht mehr blinken. Überwachen Sie die Fortschrittsleiste, bis der Kalibrierungsprozess bei "100%" abgeschlossen ist und zu "0%zurückkehrt " zurückkehrt.
HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Werte des Bildfehlers kleiner als 0,3 sind. - Setzen Sie den T-Rahmen auf den Boden (die Mitte des Bewegungserfassungsbereichs) und stellen Sie sicher, dass die Achsen des T-Rahmens mit der Richtungderung übereinstimmen.
- Wählen Sie im Werkzeugbereich die Schaltfläche "Start" unter dem Abschnitt "Volume Origin festlegen" aus.
- Plantardruck: Druckplattform
- Stellen Sie die 2 m Druckplattform in die Mitte des Testbereichs. Beachten Sie die acht Infrarotkameras, die um die Druckplattform herum angezeigt werden.
- Teilen Sie die Druckplattform linear in vier durchschnittliche Bereiche, A, B, C und D (jeder Bereich ist 50 cm * 50 cm), und unterscheiden Sie sie mit einem Alphabet-Etikett / Aufkleber (Abbildung 1).
- Halten Sie den PC und die Druckplattform über das proprietäre Datenkabel verbunden.
- Doppelklicken Sie auf das Softwaresymbol auf dem Desktop.
- Klicken Sie auf den Kalibrierungsbildschirm auf die "Gewichtskalibrierung" und geben Sie die Körpermasse eines Notenpersonals ein. Bitten Sie ihn, auf der Druckplattform zu stehen und zu warten, bis das System die Kalibrierung automatisch abschließt, bevor er die Druckplattform verlassen kann.
Abbildung 1: Experimentelles Protokoll. Wenn Probanden das Abschlusssignal als fersenberührten Bereich (A) erhielten, wurde die UGT so ausgeführt, dass das Subjekt im Bereich (B) angehalten wurde. Kinematische und plantare Druckdaten wurden synchron erhoben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
2. Teilnehmervorbereitung
- Interviewen Sie vor dem UGT-Test alle Probanden und geben Sie ihnen eine einfache Erklärung zu den experimentellen Zielen und Verfahren. Einholen der schriftlichen Einwilligung von Personen, die die wichtigsten Inklusionskriterien erfüllen.
- Teilnehmer, die körperlich aktive männliche Erwachsene sind, das rechte Bein als dominant haben, keine Hörstörung haben, keine Erkrankungen der unteren Gliedmaßen haben und in den letzten sechs Monaten keine Verletzungen erlitten haben.
HINWEIS: 15 männliche Probanden (Alter: 24,1 ± 0,8 Jahre; Körpergröße: 175,7 ± 2,8 cm; Körpergewicht: 68,3 ± 3,3 kg; Fußlänge: 252,7 ± 2,1 mm), die die experimentellen Bedingungen erfüllten, wurden in diesen Test einbezogen.
- Teilnehmer, die körperlich aktive männliche Erwachsene sind, das rechte Bein als dominant haben, keine Hörstörung haben, keine Erkrankungen der unteren Gliedmaßen haben und in den letzten sechs Monaten keine Verletzungen erlitten haben.
- Lassen Sie alle Probanden eine Fragebogenumfrage ausfüllen.
HINWEIS: Fragen umfassen: Haben Sie eine Geschichte des Laufens oder andere körperliche Aktivitäten? Wie oft machen Sie körperliche Aktivitäten in einer Woche? Haben Sie professionelles Athletiktraining? Haben Sie in den letzten sechs Monaten Störungen und Verletzungen unter den Unteren Gliedmaßen erlitten? - Stellen Sie sicher, dass alle Probanden identische T-Shirts und eng anliegende Hosen tragen.
- Messen Sie die Stehhöhe (mm) und das Körpergewicht (kg), die untere Gliedmaßenlänge (mm), die Kniebreite (mm) und die Knöchelbreite (mm) des linken und rechten Beins mit dem Vernier-Sattel oder dem kleinen Anthropometer.
ANMERKUNG: Messen Sie die untere Gliedmaßenlänge von der überlegenen iliac Wirbelsäule bis zum knöchelmedialen Condyle; die Kniebreite von der Seitlichen bis zur medialen Kniekondyle; die Knöchelbreite von der seitlichen bis zur medialen Knöchelkondyle. - Rasieren Sie das Körperhaar nach Bedarf ab und entfernen Sie überschüssigen Schweiß mit Alkoholtüchern. Bereiten Sie Hautbereiche anatomischer knöcherner Landmarken für die Markerplatzierung auf Gelenken und Segmenten vor.
ANMERKUNG: In dieser Studie wurden 16 reflektierende Marker18verwendet, darunter vorder-überlegene Iliac-Spinne (LASI/RASI), hintere LKNE/RKNE), seitlicher Mittelschaft (LTIB/RTIB), seitlicher Malleolus (LANK/RANK), zweiter Metatarsalkopf (LTOE/RTOE) und Calcaneus (LHEE/RHEE) (Abbildung 2). - Identifizieren Sie 16 anatomische Sehenswürdigkeiten. Befestigen Sie an den Wahrzeichen passive retroreflektierende Marker mit doppelseitigen Klebebändern.
- Geben Sie jedem Probanden 5 min, um sich an die Testumgebung anzupassen und sich mit leichtem Laufen und Dehnen aufzuwärmen.
Abbildung 2: Die reflektierenden Marker, die an den unteren Gliedmaßen befestigt sind. (A) Seite, (B) vorne und (C) hinten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
3. Statische Kalibrierung
- Kinematik: Motion Capture System
- Suchen Sie in der Tracking-Software die "Neue Datenbank" in der Symbolleiste, um eine Datenbank zu erstellen. Klicken Sie auf den Bereich "Datenmanagement", um den Bereich "Datenmanagement" zu öffnen, und klicken Sie in der Reihenfolge "New Patient Classification", " NewPatient" und "New Session". Kehren Sie zum Fenster "Ressourcen" zurück, wählen Sie "Neues Betreff erstellen",um ein Motiv zu erstellen, und geben Sie die Werte von Höhe (mm), Körpergewicht (kg), Beinlänge (mm), Kniebreite (mm) und Knöchelbreite (mm) in den Bereich "Eigenschaften" ein.
- Klicken Sie auf den Bereich "Go Live" und dann im Bereich "Ansicht" auf "Horizontal teilen". Wählen Sie dann das Diagramm aus, um die Trajektoriezählung anzuzeigen.
HINWEIS: Überprüfen Sie den Bereich "3D-Perspektive", um sicherzustellen, dass alle 16 Marker sichtbar sind. - Bitten Sie die Probanden, im Bereich A still zu stehen. Klicken Sie im Abschnitt "Betrefferfassung " auf "Starten", um das statische Modell zu erfassen. Etwa 200 Bilderbilder wurden aufgenommen, bevor Sie auf die Schaltfläche "Stopp"klickten.
- Suchen Sie im Bereich"Werkzeuge" die Schaltfläche "Pipeline" und klicken Sie auf "Pipeline rekonstruierenausführen ", um ein neues 3D-Bild aller erfassten Marker zu erstellen. Identifizieren Sie sich in der Markerliste, und wenden Sie die entsprechenden Beschriftungen manuell auf die Marker an. Speichern und drücken Sie "ESC" Taste zum Beenden.
- Wählen Sie in der Symbolleiste "Betreffvorbereitung" und "Betreffkalibrierung" und wählen Sie im Dropdown-Menü die Option "Static plug-in gait".
- Wählen Sie im Bereich "Statische Einstellungen" den "Linken Fuß" und "Rechter Fuß" aus, und klicken Sie auf den "Start". Speichern Sie dann das statische Modell.
- Plantardruck: Druckplattform
- Klicken Sie in der Software auf "Datenbank", um einen neuen Patienten hinzuzufügen. Und geben Sie die zugewiesene Betreffnummer in den Bereich "Patient hinzufügen"ein. Klicken Sie dann auf "Hinzufügen".
- Klicken Sie auf "Dynamisch" und geben Sie Körpergewicht und Schuhgröße ein. Klicken Sie dann auf "OK".
4. Dynamische Versuche
- Bitten Sie das Motiv, sich an der Startposition zu befinden.
- Software-Operationen
HINWEIS: Die beiden Arten von Software-Start (Motion Capture System: klicken Sie auf "Capture" Taste; Druckplattform: Klicken Sie auf "Capture" Taste) und Ende (Motion Capture System: klicken Sie auf "Stop" Taste; Druckplattform: Klicken Sie gleichzeitig auf "Messung speichern".- Kinematik: Motion Capture System
- Wählen Sie im Bereich "Ressourcen" die Schaltfläche "Go Live" und klicken Sie in der rechten Symbolleiste auf "Erfassen". Suchen Sie "Testtyp" und "Sitzung" von oben nach unten und bearbeiten Sie die Beschreibung "Test".
- Bitten Sie die Probanden, einen UGT-Test durchzuführen, wie in 4.3 beschrieben.
- Nachdem Sie den UGT-Test abgeschlossen haben, klicken Sie auf "Stopp", um die Datenerfassungsstudie zu beenden. Wiederholen Sie die obigen Schritte 5 Mal.
- Plantardruck: Druckplattform
- Wählen Sie die Schaltfläche "Messen", bevor Sie die UGT-Versuche starten.
- Nachdem Sie den UGT-Test abgeschlossen haben, klicken Sie auf "Messung speichern", um Daten zu speichern. Wiederholen Sie die obigen Schritte 5 Mal.
- Kinematik: Motion Capture System
- UGT-Studien
- Bitten Sie die Probanden, an ihrer NWS einen Gehweg entlang zu gehen, und weisen Sie sie an, das dominante Bein und das nicht-dominante Bein zu benutzen, um den Bereich A bzw. B zu passieren und schließlich im Bereich D auf der Druckplattform anzuhalten.
- Lassen Sie das Motiv wissen, wenn das Abschlusssignal bereitgestellt wird, müssen sie schnell im Bereich B anhalten.
- Geben Sie zufällig das Abschlusssignal an, wenn die Ferse den Bereich A berührt, stellen Sie sicher, dass die UGT ausgeführt wird und die Probanden im Bereich B schnell anhalten (Abbildung 1). Das Notensignal sendet das Kündigungssignal, indem es zufällig eine rote Glocke läutet, und die Wahrscheinlichkeit des Klingelns wurde bei etwa 20% kontrolliert. Erfassen Sie mindestens fünf aufeinanderfolgende UGT-Studien.
HINWEIS: Zwischen beiden Versuchen gibt es ein 2-min Ruheintervall. - Berechnen Sie die Gehgeschwindigkeit jedes Motivs mit der Druckplattform-Software. Berechnen Sie dann die FWS als 125% der NWS.
- Wiederholen Sie den obigen UGT-Test für die FWS. Erfassen Sie mindestens 5 aufeinander folgende UGT-Versuche mit dem FWS-Protokoll.
5. Nachbearbeitung
- Kinematik: Motion Capture System
- Suchen Sie die Schaltfläche "Datenverwaltung" in der Symbolleiste, und doppelklicken Sie im Bereich "Datenverwaltung" auf den Testnamen. Wählen Sie dann "Reconstruct" und "Label", um das dynamische 3D-Modell zu rekonstruieren.
- Bewegen Sie auf der"Zeit"die blauen Dreiecke, um den erforderlichen Zeitbereich festzulegen (für die Haltungsphase während der UGT).
- Klicken Sie auf die"Zeit" Leiste. Klicken Sie dann im Menü "Kontext" auf "Zoom auf Region-of-Interest".
- Klicken Sie auf die Schaltfläche "Bezeichnung", um die Beschriftungspunkte zu identifizieren und zu überprüfen. Stellen Sie sicher, dass die Schritte mit dem statischen Identifizierungsprozess identisch sind.
HINWEIS: Füllen Sie einige unvollständige Identifikationsmarkierungen aus und löschen Sie die nicht beschrifteten Markierungen (falls erforderlich). - Wählen Sie den Bereich "Dynamic Plug-in Gait" im Bereich"Betreffkalibrierung". Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Starten", um die Daten auszuführen. Exportieren Sie dynamische Versuche im ".csv"-Format für die folgende Datenanalyse.
- Verwenden Sie einen Tiefpass-Filter der vierten Ordnung Butterworth mit einer Schnittfrequenz von 10 Hz und exportieren Sie die Daten des Gelenkwinkels.
- Berechnen Sie den Bewegungsbereich (ROM) von drei Gelenken (Hüfte, Knie und Knöchel) in der sagittalen Ebene.
HINWEIS: Definieren Sie die Unterschiede zwischen den maximalen Winkeln und den minimalen Winkeln der Hüfte, des Knies und des Knöchels auf den sagittalen Bewegungsebenen als ROMs. - Berechnen Sie Mittelwerte (M) und Standardabweichungen (SD) der zehn Versuche (5 für NWS und 5 für FWS) von jedem Thema.
- Plantardruck: Druckplattform
- Wählen Sie den Testnamen aus dem Menü "Messungen" der entsprechenden Themen aus. Klicken Sie auf die Schaltfläche"Dynamisch",um Daten zu öffnen.
- Klicken Sie auf die Auswahl "Manuell". Verwenden Sie die Schaltfläche"Linke Maus", um den Schritt des Interesses (die Haltungsphase während GT) auszuwählen. Klicken Sie auf die Schaltfläche "OK", um zu speichern.
- Klicken Sie auf dieZonenabteilungund "Manuelle Zonenauswahl", um Anpassungen vorzunehmen. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Akzeptieren", um zu speichern.
- Öffnen Sie den Bildschirm "Pressures-Forces" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Graph Composition", um das Fenster "Zone Graph Composition" zu öffnen. Teilen Sie 10 anatomische Regionen, darunter 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) und Lateral Heel (LH). Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "OK", um zu speichern.
- Klicken Sie auf "Parametertabelle", um Plantardruckdaten zu exportieren, einschließlich maximaler Druck, maximaler Kraft und Kontaktfläche.
- Berechnen Sie Mittelwerte und SDs für 10 Versuche (5 für NWS und 5 für FWS) von jedem Thema.
6. Statistische Analyse
- Führen Sie die Shapiro-Wilks-Tests durch, um die Normalverteilung für alle Variablen zu überprüfen. Verwenden Sie gepaarte T-Tests, um Kinematik und Plantardruckdaten während der UGT bei NWS und FWS zu vergleichen. Legen Sie das Signifikanzniveau auf p < 0,05 fest.
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Representative Results
Die Mittelwerte und SD-Werte von NWS und FWS von 15 Probanden lagen bei 1,33 ± 0,07 m/s bzw. 1,62 ± 0,11 m/s.
Abbildung 3 zeigt das mittlere ROM der Hüft-, Knie- und Sprunggelenke in der sagittalen Ebene während ugT bei NWS und FWS. Im Vergleich zu NWS stieg das ROM von drei Gelenken bei FWS signifikant an (p<0.05). Im Detail stieg das ROM der Hüft-, Knie- und Sprunggelenke von 22,26 ± 3,03, 29,72 ± 5,14 und 24,92 ± 4,17 auf 25,98 ± 2,94, 31,61 ± 4,34 bzw. 28,05 ± 5,59 (Abbildung 3).
Abbildung 3: Die ROMs von drei Gelenken in der sagittalen Ebene während UGT mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Fehlerbalken geben die Standardabweichung an. * gibt das Signifikanzniveau an (p<0.05). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4 zeigt die Plantardruckdaten einschließlich des maximalen Drucks (Abbildung 4A), der maximalen Kraft (Abbildung 4B) und der Kontaktfläche (Abbildung 4C) während der UGT bei NWS und FWS. Im Vergleich zu NWS stieg der maximale Druck in BT, M1, M2, M3, MH und LH während der UGT bei FWS signifikant an (p<0.05). In ähnlicher Weise wurde bei maximaler Kraft bei BT, M1, M2, M3, MH und LH bei FWS ein signifikanter Anstieg im Vergleich zu NWS (p<0.05) beobachtet. Bei den Parametern für die Regionen OT, M4, M5 und MF (p>0.05) traten jedoch keine signifikanten Unterschiede auf. Die Unterschiede im Kontaktbereich konzentrierten sich hauptsächlich auf die Fersenregion, d. h. MH und LH, und beide nahmen bei FWS im Vergleich zu NWS stark zu (p<0.05).
Abbildung 4: Plantardruckdaten. Dazu gehören maximaler Druck (A), maximale Kraft (B) und Kontaktfläche (C) während UGT bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Fehlerbalken geben die Standardabweichung an. * gibt das Signifikanzniveau an (p<0.05). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Die meisten früheren Studien, die Gangbiomechanik während ugT analysieren, lassen die Bedeutung der Gehgeschwindigkeit in ihrer biomechanischen Bewertung aus. So untersuchte diese Studie die biomechanischen Veränderungen der unteren Gliedmaßen, die in UGT bei NWS und FWS auftreten, mit dem Ziel, die geschwindigkeitsbedingten Effekte aufzudecken.
Erhebliche Unterschiede wurden an der ROM der Hüfte, Knie, und Knöchelgelenke in der sagittalen Ebene während UGT bei NWS und FWS gefunden. Unsere Ergebnisse zeigten größere ROMs der 3 Gelenke in der sagittalen Ebene während UGT bei FWS im Vergleich zu NWS. Diese Ergebnisse entsprachen nahezu der vorherigen Studie über die Auswirkungen von Geschwindigkeiten beim Gehen19. Ridge et al.10 fanden heraus, dass größere Spitzenflexionswinkel im Knie- und Hüftgelenk während ugT bei FWS als NWS. Größere sagittale Knie ROM kann eine kompensatorische Bewegung aufgrund der erhöhten Ganggeschwindigkeit20sein, die durch größere Knieeinschlag während UGT. Probanden stabilisiert mit größerem Bereich von Hüft-, Knie- und Sprunggelenkbewegung, die zu schnelleren Endzeiten beitragen können, aber auch eine größere Gelenkextensoraktivität für Stabilität benötigen21.
Es muss auch erwähnt werden, plantare Druckdaten einschließlich maximaler Druck, maximale Kraft und Kontaktfläche in allen anatomischen Regionen während UGT an FWS im Vergleich zu NWS erhöht. Bei maximalem Druck und Kraft konzentrierten sich die signifikanten Unterschiede hauptsächlich auf mediale Vorderfuß- und Fersen, was mit der vorherigen Studieübereinstimmt 22. In dieser Studie, obwohl der Plantardruck in den lateralen Metatarsalen auch zunahm, gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten. Das Ungleichgewicht zwischen dem medial-lateralen Plantardruck kann zu einer Abnahme der medial-lateralen Stabilität während UGT7führen. Übermäßige Spitzendrücke in der Ferse können das Risiko von Fußverletzungen erhöhen, wie Stressfrakturen23,24. Darüber hinaus wurden die signifikant erhöhten Kontaktflächen in MH und LH gezeigt, die mit dem Calcaneus zusammenhängen können, die nach der Terminal-Schwingphase zunächst mit dem Boden in Berührung kommen und der größte Teil der Körpermasse in dieser Phase25geladen wird.
Die Ergebnisse werden auf mehrere wichtige Schritte im Protokoll gezählt. Identifizieren Sie zunächst anatomische Landmarken und befestigen Sie die Markierungen genau an der Haut der Probanden. Stellen Sie sicher, dass die Marker mit hypoallergenem doppelseitigem Klebeband sicher auf der Haut platziert werden, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Marker fällt oder sich verschiebt. Zweitens ist es wichtig, das beendete Signal in der festen Phase an die Probanden zu senden. Um den Fehler zu reduzieren, wurde das in allen Versuchen gesendete Signal vom selben Personal ausgeführt. Drittens, stellen Sie sicher, dass die künstliche Aufteilung von Plantar die anatomischen Regionen korrekt sind. Außerdem gibt es einige Einschränkungen im Zusammenhang mit dieser Studie, die ebenfalls zu beachten sind. Erstens nahm kein weibliches Fach an der Studie teil, die ursprünglich zur Kontrolle von Variablen diente. Zweitens wurden Muskelaktivitäten der unteren Gliedmaßen in der Studie nicht erfasst. Die Muskelaktivierung zählt viel bei der Erdbung des biomechanischen Charakters der unteren Gliedmaßen während UGT9,14, und wir sind bereit, die Auswirkungen der Gehgeschwindigkeit auf die Aktivitäten der unteren Gliedmaßen muskel in der zukünftigen Studie für zusätzliche Einblicke in den biomechanischen Mechanismus während der UGT zu untersuchen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie deuten darauf hin, dass Probanden bei Schritten in der Gehgeschwindigkeit während der UGT unterschiedliche biomechanische Eigenschaften der unteren Gliedmaßen aufweisen. Dieses Ergebnis kann ein Hinweis darauf sein, dass eine Erhöhung der Gehgeschwindigkeiten, insbesondere bei FWS, ein größeres Risiko für potenzielle Verletzungen mit sich bringen kann. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse dieser Studie unter Berücksichtigung zuvor untersuchter Zusammenhänge zwischen Plantardruck, Kinematik der unteren Gliedmaßengelenke und Sportverletzungen darauf hin, dass Gangbeendigungsstudien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten als wirksames Instrument zur Diagnose der klinischen biomechanischen Leistung und zur Beurteilung der Rehabilitationsbehandlung eingesetzt werden könnten.
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Disclosures
Die Autoren berichteten über keinen möglichen Interessenkonflikt.
Acknowledgments
NSFC-RSE Joint Project (81911530253), National Key R&D Program of China (2018YFF0300905) und 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 | - |
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