Summary
מחקר זה השווה את המאפיינים הביומכניים של הקיצוניות התחתונה במהלך הפסקת הליכה לא מתוכננת במהירויות הליכה שונות. הנתונים הקינטמטיים והקינטיים של הגפיים התחתונות מ-15 נבדקים עם מהירויות הליכה רגילות ומהירות נאספו באמצעות מערכת ניתוח תנועה ופלטפורמת לחץ plantar.
Abstract
הפסקת הליכה הנגרמת על ידי גירוי בלתי צפוי היא תופעה שכיחה בחיי היומיום. מחקר זה מציג פרוטוקול כדי לחקור את השינויים הביומכניים בגפיים התחתונות המתרחשים במהלך סיום הליכה לא מתוכנן (UGT) במהירויות הליכה שונות. 15 משתתפים גברים התבקשו לבצע UGT על שביל במהירות הליכה רגילה (NWS) ומהירות הליכה מהירה (FWS), בהתאמה. מערכת ניתוח תנועה ופלטפורמת לחץ plantar הוחלו כדי לאסוף נתוני לחץ קינמטי פלנטי וגפיים תחתון. נעשה שימוש במבחן T בדגימה זוגית כדי לבחון את ההבדלים בנתוני קינמטיקה וגפיים תחתונות ונתוני לחץ פלנטירי בין שתי מהירויות הליכה. התוצאות הראו טווח תנועה גדול יותר במפרקי הירך, הברך והקרסוליים במישור הסגיטלי, כמו גם לחץ פלנטארי באזורי קדמת רגליים ועקב במהלך UGT ב- FWS בהשוואה ל- NWS. עם העלייה במהירות ההליכה, הנבדקים הציגו מאפיינים ביומכניים שונים של הגפיים התחתונות המראים FWS הקשורים לסיכוני פציעה פוטנציאליים גדולים יותר.
Introduction
תנועה אנושית נחשבת לתהליך מורכב ביותר שיש לתאר בשיטות רב תחומיות1,2. ההיבט הייצוגי ביותר הוא ניתוח ההליכה על ידי גישות ביומכניות. ההליכה האנושית שואפת לקיים התקדמות מייזום ועד סיום, ויש לשמור על האיזון הדינמי בתנועת העמדה. למרות סיום ההליכה (GT) נחקר בהרחבה כתת משימה של הליכה, הוא קיבל פחות תשומת לב. דרור וטירוש3 הגדירו את GT בסקירה שלהם כתקופת בקרה מוטורית כאשר שתי הרגליים מפסיקות לנוע קדימה או אחורה בהתבסס על מאפייני התזוזה והזמן. בהשוואה להליכה יציבה, תהליך ביצוע GT דורש שליטה גבוהה יותר ביציבות היציבה ואינטגרציה מורכבת ושיתוף פעולה של מערכת neuromuscular4. במהלך GT, הגוף צריך להגדיל במהירות את דחף הבלימה ולהקטין את דחף ההנעה כדי ליצור איזון גוף חדש5,6. סיום הליכה לא מתוכנן (UGT) הוא תגובת מתח לגירוי לא ידוע6. כאשר מתמודדים עם גירוי בלתי צפוי שדורש אחד להפסיק פתאום, האיזון הדינמי הראשוני ישובש. בשל הצורך בשליטה רציפה של מרכז המסה של הגוף (COM) ובקרת משוב, UGT מהווה אתגר גדול יותר לשליטה ויציבות יציבה3,7.
UGT דווח להיות גורם חשוב המוביל נפילות ופציעות, במיוחד אצל קשישים וחולים עם הפרעות איזון3,8. מהירויות הליכה גבוהות יותר עלולות להוביל לירידה נוספת בשליטה המוטורית במהלך UGT9. רידג' ואח '10 חקרו את זווית השיא המשותפת ואת נתוני הרגע המשותף הפנימיים של ילדים במהלך UGT במהירות הליכה רגילה (NWS) ומהירות הליכה מהירה (FWS). התוצאות הראו זוויות כיפוף ברכיים גדולות יותר ורגעי הארכה במהירויות גבוהות יותר בהשוואה למהירות מועדפת. הם ציינו כי חיזוק השרירים הקשורים המקיפים את מפרקי הגפיים התחתונות יכול להיות התערבות שימושית למניעת פציעות במהלך UGT.
למרות ההשפעה של מהירות הליכה על אופי ביומכני הגפיים התחתונות במהלך הליכה יציבה המדינה נחקרה בהרחבה11,12,13, המנגנון הביומכני של UGT תחת מהירויות הליכה שונות מוגבל. למיטב ידיעתנו, רק שלושה מחקרים העריכו באופן ספציפי את ביצועי UGT של אנשים בריאים ביחס לאפקטי מהירות9,10,14. עם זאת, הנבדקים במחקרים אלה היו בעיקר קשישים14 וילדים10, המנגנון הביומכני של צעירים במהלך UGT עדיין לא ברור. קינמטיקה של הגפיים התחתונות ולחץ פלנטירי יכולים לספק ניתוח מדויק של ביומכניקה של תנועה, ואלה נחשבים גם מרכיבים חיוניים עבור אבחנות הליכה קלינית15,16. לדוגמה, Serrao et al.17 השתמשו בנתונים קינמטיים בגפיים התחתונות כדי לזהות את ההבדלים הקליניים בין חולים עם אטקסיה מוחית ועמיתים בריאים במהלך עצירה פתאומית. חוץ מזה, לעומת סיום הליכה מתוכנן (PGT), לחץ שיא גדול יותר וכוח metatarsal לרוחב במהלך UGT ניתן היה לראות7, אשר עשוי להיות קשור עם סיכוני פציעה גבוהים יותר.
לכן, חקירת המנגנונים הביומכניים של UGT יכולה לספק תובנות למניעת פציעות ומחקרים קליניים נוספים. מחקר זה מציג פרוטוקול כדי לחקור כל שינוי ביומכני אצל מבוגרים צעירים במהלך UGT תחת מהירויות הליכה שונות. ההשערה היא כי, עם עלייה במהירות ההליכה, המשתתפים יציגו מאפיינים ביומכניים שונים של הגפיים התחתונות במהלך UGT.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ועדת האתיקה האנושית של אוניברסיטת נינגבו אישרה את הניסוי הזה. כל הסכמה מדעת בכתב הושגה מכל הנבדקים לאחר שנאמר להם על המטרה, הדרישות וההליכים הניסיוניים של ניסוי UGT.
1. הכנת מעבדה להליכה
- קינמטיקה: מערכת לכידת תנועה
- בעת כיול המערכת, כבה את אורות הליבון והסר את כל האובייקטים המחזירותיים האפשריים שניתן לטעות בהם לגבי סמנים פסיביים רטרו-רפלקטיביים. ודא כי שמונה מצלמות אינפרא אדום מכוונות כראוי יש תצוגה ברורה וסבירה.
- חבר את פלאג ה- USB המתאים ליציאה המקבילית של המחשב. הפעל את מצלמות האינפרא-אדום ללכידת תנועה ואת הממיר האנלוגי לדיגיטלי.
- פתח את תוכנת המעקב במחשב ואפשר זמן לאתחול שמונה מצלמות האינפרא-אדום. בחר בצומת "מערכת מקומית" של החלונית "משאבים". כל צומת מצלמה יציג אור ירוק אם חיבור החומרה מתקיים.
- כוונון פרמטרי המערכת בחלונית תצוגת המצלמה: הגדר את עוצמת Strobe ל- 0.95 - 1, סף ל- 0.2 - 0.4, הגבר לזמנים 1 (x1), מצב גווני אפור לאוטומטי, יחס מעגליות מינימלי ל- 0.5 וגובה Blob מרבי עד 50.
- שים את מסגרת ה- T המורכבת מ- 5 סמנים במרכז אזור לכידת התנועה. בחרו בכל המצלמות במצב דו-מימדי ואשרו שהן יכולות להציג את שרביט הכיול (T-frame) ללא הפרעות ו/או חפצים. לחץ על הפריט "הכנת מערכת" בסרגל הכלים ובחר את אובייקט הכיול של שרביט 5 סמן & T-Frame מהרשימה הנפתחת T-Frame.
- בחלונית "כלי", בחר בלחצן "הכנת מערכת" ולחץ על לחצן "התחל" בסעיף "כיול מצלמות". לאחר מכן נופפו פיזית במסגרת ה-T בטווח הלכידה. הפסק את הפעולה כאשר הנוריות הכחולות במצלמות האינפרא-אדום מפסיקות להבהב. נטר את מד ההתקדמות עד להשלמת תהליך הכיול ב- "100%"והחזרה ל - "0%".
הערה: ודא שהערכים של שגיאת התמונה נמוכים מ- 0.3. - שים את מסגרת ה- T על הרצפה (מרכז אזור לכידת התנועה) וודא שהצירים של מסגרת T תואמים לכיוון הכותרת.
- בחר בלחצן "התחל" תחת המקטע "הגדרת מקור עוצמת קול" בחלונית הכלים.
- לחץ פלנטר: פלטפורמת לחץ
- שים את פלטפורמת הלחץ 2 מ 'במרכז אזור הבדיקה. שים לב שמונה מצלמות אינפרא אדום המוצגות סביב פלטפורמת הלחץ.
- מחלקים את פלטפורמת הלחץ לארבעה אזורים ממוצעים, A, B, C ו-D (כל אזור הוא 50 ס"מ * 50 ס"מ) בצורה ליניארית ומבדילים אותם עם תווית / מדבקה של האלפבית (איור 1).
- שמור על המחשב ועל פלטפורמת הלחץ מחוברים באמצעות כבל הנתונים הקנייני.
- לחץ פעמיים על סמל התוכנה בשולחן העבודה.
- לחץ על "כיול משקל" במסך הכיול והזן את מסת הגוף של צוות. בקשו ממנו לעמוד על משטח הלחץ, ולחכות עד שהמערכת תשלים את הכיול באופן אוטומטי לפני שיוכל לעזוב את פלטפורמת הלחץ.
איור 1: פרוטוקול ניסיוני. אם הנבדקים קיבלו את אות הסיום כאשר העקב נגע באזור (A), UGT בוצע כך שהנושא נעצר באזור (B). נתוני לחץ קינמטיים וצמחים נאספו באופן סינכרוני. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
2. הכנת משתתף
- לפני מבחן UGT, לראיין את כל הנושאים ולספק להם הסבר פשוט על המטרות והנהלים הניסיוניים. קבל הסכמה מדעת בכתב מנושאים העונים על קריטריוני ההכללה העיקריים.
- כלול משתתפים שהם מבוגרים גברים פעילים פיזית, יש את רגל ימין כמו דומיננטי, אין שום הפרעת שמיעה, אין הפרעות בגפיים התחתונות, ולא נגרמו פציעות בששת החודשים האחרונים.
הערה: 15 נבדקים גברים (גיל: 24.1 ± 0.8 שנים; גובה: 175.7 ± 2.8 ס"מ; משקל גוף: 68.3 ± 3.3 ק"ג; אורך כף הרגל: 252.7 ± 2.1 מ"מ) שעמדו בתנאי הניסוי נכללו במבחן זה.
- כלול משתתפים שהם מבוגרים גברים פעילים פיזית, יש את רגל ימין כמו דומיננטי, אין שום הפרעת שמיעה, אין הפרעות בגפיים התחתונות, ולא נגרמו פציעות בששת החודשים האחרונים.
- אפשר לכל הנושאים למלא סקר שאלון.
הערה: השאלות כוללות: האם יש לך היסטוריה של ריצה או פעילות גופנית אחרת? באיזו תדירות אתה עושה פעילות גופנית בשבוע? יש לך הכשרה אתלטית מקצועית? האם סבלת מהפרעות ופציעות בגפיים התחתונות בששת החודשים האחרונים? - ודא שכל הנבדקים לובשים חולצות זהות ומכנסיים צמודים.
- למדוד את גובה העמידה של הנבדקים (מ"מ) ואת משקל הגוף (ק"ג), אורך הגפיים התחתונות (מ"מ), רוחב הברך (מ"מ) ורוחב הקרסול (מ"מ) של רגל שמאל וימינה באמצעות קליפר Vernier או אנתרופומטר קטן.
הערה: למדוד את אורך הגפיים התחתונות מעמוד השדרה iliac מעולה כדי condyle המדיאלי הקרסול; רוחב הברך מהלרוחב לקונדיל הברך המדיאלי; רוחב הקרסול מהצד לקונדיל הקרסול המדיאלי. - לגלח את שיער הגוף לפי הצורך ולהסיר זיעה עודפת באמצעות מגבונים אלכוהול. הכינו אזורי עור של ציוני דרך גרמיים אנטומיים למיקום סמן במפרקים ובמקטעים.
הערה: מחקר זה השתמש 16 סמנים רפלקטיביים18, כולל עמוד השדרה איליאק מעולה (LASI / RASI), עמוד השדרה iliac העליון האחורי (LPSI / RPSI), לרוחב באמצע הירך (LTHI / RTHI), הברך לרוחב (LKNE/RKNE), שוק ביניים לרוחב (LTIB/RTIB), מלולוס לרוחב (LANK/RANK), ראש מטטרסאלי שני (LTOE/RTOE) וקלקנאוס (LHEE/RHEE)(איור 2). - זהה 16 ציוני דרך אנטומיים. על ציוני הדרך, לצרף סמנים רטרו רפלקטיבי פסיבי עם קלטות דבק דו צדדי.
- תן לכל נושא 5 דקות להסתגל לסביבת הבדיקה ולהתחמם עם ריצה קלה ומתיחות.
איור 2: סמני ההשתקפות המחוברים לגפיים התחתונות. (A) צד,(B)מלפנים ו-(C)אחורי. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
3. כיול סטטי
- קינמטיקה: מערכת לכידת תנועה
- בתוכנת המעקב, אתר את "מסד הנתונים החדש" בסרגל הכלים כדי לבנות מסד נתונים. לחץ על החלונית "ניהול נתונים" כדי לפתוח את החלונית "ניהול נתונים" ולחץ על מנת "סיווג מטופל חדש", " מטופלחדש" ו "הפעלה חדשה". חזור לחלון "משאבים", בחר בלחצן "צור נושא חדש" כדי ליצור נושא והזן את ערכי הגובה (מ"מ), משקל הגוף (ק"ג), אורך הרגל (מ"מ), רוחב הברך (מ"מ) ורוחב הקרסול (מ"מ) בחלונית "מאפיינים".
- לחץ על החלונית "עבור לשידור חי" ולאחר מכן לחץ על החלונית "פצל אופקית" בחלונית "תצוגה". לאחר מכן בחר את התרשים כדי להציג את ספירת המסלולים.
הערה: בדוק את החלונית "פרספקטיבה תלת-ממדית" כדי לוודא שכל 16 הסמנים גלויים. - בקש מהנבדקים לעמוד במקום באזור A. לחץ על "התחל" במקטע לכידת הנושא כדי ללכוד את המודל הסטטי. כ-200 מסגרות של תמונות נלכדו לפני לחיצה על כפתור "עצור".
- בחלונית "כלים", מצא את לחצן "צינור" ולחץ על "הפעל את צינור השחזור" כדי לבנות תמונה תלת-ממדית חדשה של כל הסמנים שנלכדו. זהה ברשימת הסמנים והחל ידנית את התוויות המתאימות על הסמנים. שמור והקש על מקש "ESC" כדי לצאת.
- בחר באפשרות "הכנת נושא" ו "כיול נושא" בסרגל הכלים ובחר באפשרות "הליכה סטטית של תוסף" בתפריט הנפתח.
- בחר בחלונית "רגל שמאל" ו "רגל ימין" בחלונית "הגדרות סטטיות" ולחץ על "התחל". לאחר מכן שמור את הדגם הסטטי.
- לחץ פלנטר: פלטפורמת לחץ
- בתוכנה, לחץ על "מסד נתונים" כדי להוסיף מטופל חדש. והזן את מספר הנושא שהוקצה בחלונית "הוספת מטופל". לאחר מכן, לחץ על "הוסף".
- לחץ על "דינמי" והזן משקל גוף וגודל נעליים. לאחר מכן, לחץ על "אישור".
4. ניסויים דינמיים
- בקש מהנושא להיות בעמדת ההתחלה.
- פעולות תוכנה
הערה: שני סוגי התוכנה מופעלים (מערכת לכידת תנועה: לחץ על כפתור "לכידה"; פלטפורמת לחץ: לחץ על כפתור "לכידה") וסיום (מערכת לכידת תנועה: לחץ על כפתור "עצור"; פלטפורמת לחץ: לחץ על כפתור "שמור מדידה", בו-זמנית.- קינמטיקה: מערכת לכידת תנועה
- בחר בלחצן "עבור לשידור חי" בחלונית "משאבים" ולחץ על "לכידה" בסרגל הכלים השמאלי. חפש את "סוג ניסיון" ו "הפעלה" מלמעלה למטה וערוך תיאור "ניסיון".
- בקש מהנבדקים לבצע בדיקת UGT כמתואר ב- 4.3.
- לאחר סיום הבדיקה UGT, לחץ על "עצור" כדי לסיים את גירסת הניסיון של איסוף הנתונים. חזור על השלבים לעיל במשך 5 פעמים.
- לחץ פלנטר: פלטפורמת לחץ
- בחר בלחצן "מדידה" לפני שתתחיל בניסויי UGT.
- לאחר סיום בדיקת UGT, לחץ על לחצן "שמור מדידה" כדי לשמור נתונים. חזור על השלבים לעיל במשך 5 פעמים.
- קינמטיקה: מערכת לכידת תנועה
- ניסויי UGT
- בקשו מהנבדקים ללכת לאורך שביל ב-NWS שלהם והורו להם להשתמש ברגל הדומיננטית וברגל הלא דומיננטית כדי לעבור את אזור A ו-B, בהתאמה, ולבסוף לעצור באזור D בפלטפורמת הלחץ.
- הודע לנושא כאשר אות הסיום מסופק, עליו לעצור במהירות בשטח B.
- ספק באופן אקראי את אות הסיום כאשר העקב נוגע באזור A, ודא שה- UGT מבוצע ושהנבדקים נעצרים במהירות בשטח B (איור 1). הצוות שולח את אות הסיום על ידי צלצול אקראי של פעמון אדום, וההסתברות לצלצול נשלטה בכ-20%. לכוד לפחות חמישה ניסויים רצופים של UGT.
הערה: יש מרווח מנוחה של 2 דקות בין שני המבחנים. - חשב את מהירות ההליכה של כל נושא באמצעות תוכנת פלטפורמת הלחץ. לאחר מכן, לחשב את FWS כמו 125% של NWS.
- חזור על בדיקת UGT לעיל עבור FWS. לכוד לפחות 5 ניסויי UGT רצופים באמצעות פרוטוקול FWS.
5. לאחר העיבוד
- קינמטיקה: מערכת לכידת תנועה
- חפש את לחצן "ניהול נתונים" בסרגל הכלים ולחץ פעמיים על שם הניסיון בחלונית "ניהול נתונים". לאחר מכן בחרו "שחזר" ו "תווית" כדי לבנות מחדש את המודל הדינמי של תלת-ממד.
- בסרגל "זמן", הזז את המשולשים הכחולים כדי להגדיר את טווח הזמן הנדרש (עבור שלב העמדה במהלך UGT).
- לחץ על סרגל "זמן". לאחר מכן לחץ על "שנה גודל תצוגה לאזור עניין" בתפריט "הקשר".
- לחץ על לחצן "תווית" כדי לזהות ולבדוק את נקודות התווית. ודא שהשלבים זהים לתהליך הזיהוי הסטטי.
הערה: מלא כמה סמני זיהוי לא שלמים ומחק את הסמנים ללא תווית (במידת הצורך). - בחר בחלונית "הליכה דינמית של תוסף" בחלונית "כיול נושא". לאחר מכן לחץ על לחצן "התחל" כדי להפעיל את הנתונים. יצא גירסאות ניסיון דינאמיות בתבנית ".csv" לניתוח נתונים עוקב.
- השתמש במסנן באטרוורת' מסדר רביעי עם תדר מנותק של 10 הרץ וייצא את הנתונים של זווית המפרק.
- חשב את טווח התנועה (ROM) של שלושה מפרקים (ירך, ברך וקרסול) במישור הסגיטלי.
הערה: הגדר את ההבדלים בין הזוויות המרביות לבין הזוויות המינימליות של הירך, הברך והקרסוליים במישורי התנועה הסגיטלית כתקרומים. - חשב אמצעים (M) וסטיות תקן (SD) של עשרת המבחנים (5 עבור NWS ו- 5 עבור FWS) מכל נושא.
- לחץ פלנטר: פלטפורמת לחץ
- בחר את שם הניסיון מתפריט "מידות" של הנושאים המתאימים. לחץ על לחצן "דינאמי" כדי לפתוח נתונים.
- לחץ על הבחירה "ידני". השתמש בלחצן "עכבר שמאלי" כדי לבחור את שלב העניין (שלב העמדה במהלך GT). לחץ על לחצן "אישור" כדי לשמור.
- לחץ על "חלוקת אזור" ו " בחירתאזור ידנית" כדי לבצע התאמה. לאחר מכן לחץ על לחצן "קבל" כדי לשמור.
- פתחו את המסך "לחצים-כוחות" ולחצו על הלחצן "קומפוזיציית תרשים" כדי לפתוח את החלון "קומפוזיציית תרשים אזור". לחלק 10 אזורים אנטומיים, כולל בוהן גדולה (BT), בהונות אחרות (OT), Metatarsal הראשון (M1), Metatarsals השני (M2), Metatarsal השלישי (M3), Metatarsal הרביעי (M4), Metatarsal החמישי (M5), אמצע כף הרגל (MF), עקב מדיאלי (MH) ועקב לרוחב (LH). לאחר מכן לחץ על לחצן "אישור" כדי לשמור.
- לחץ על "טבלת פרמטרים" כדי לייצא נתוני לחץ plantar, כולל לחץ מרבי, כוח מרבי ואזור מגע.
- חשב אמצעים ו- SDs עבור 10 ניסויים (5 עבור NWS ו- 5 עבור FWS) מכל נושא.
6. ניתוח סטטיסטי
- בצע את בדיקות שפירו-וילקס כדי לבדוק את ההתפלגות הרגילה עבור כל המשתנים. השתמש בבדיקות T שנדגמו בזוגות כדי להשוות בין קינמטיקה של הגפיים התחתונות ונתוני לחץ פלנטירי במהלך UGT ב- NWS ו- FWS. הגדר את רמת המובהקות ב- p < 0.05.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ערכי ממוצע & SD של NWS ו- FWS של 15 נושאים היו 1.33 ± 0.07m/s ו 1.62 ± 0.11m/s, בהתאמה.
איור 3 מציג את ROM הממוצע של מפרקי הירך, הברך והקרסוליים במטוס הסגיטלי במהלך UGT ב- NWS וב- FWS. בהשוואה ל- NWS, ROM של שלושה מפרקים גדל באופן משמעותי ב- FWS (p<0.05). בפירוט, ROM של מפרקי הירך, הברך והקרסוליים גדל מ 22.26 ± 3.03, 29.72 ± 5.14 ו-24.92 ± 4.17 ל-25.98 ± 2.94, 31.61 ± 4.34 ו-28.05 ± 5.59, בהתאמה (איור 3).
איור 3: ההחזרים של שלושה מפרקים במישור הסגיטלי במהלך UGT במהירויות שונות. קווי השגיאה מציינים סטיית תקן. * מציין את רמת המשמעות (p<0.05). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4 מציג את נתוני הלחץ העצי הכוללים לחץ מרבי (איור 4A), כוח מרבי (איור 4B) ואזור מגע (איור 4C) במהלך UGT ב- NWS ו- FWS. בהשוואה ל- NWS, הלחץ המרבי ב- BT, M1, M2, M3, MH ו- LH גדל באופן משמעותי במהלך UGT ב- FWS (p<0.05). באופן דומה, עבור כוח מרבי, עלייה משמעותית נצפתה BT, M1, M2, M3, MH ו- LH ב FWS לעומת NWS (p<0.05). עם זאת, לא אירע הבדל משמעותי בפרמטרים כלשהם עבור אזורי OT, M4, M5 ו- MF (p>0.05). ההבדלים באזור המגע התמקדו בעיקר באזור העקב, כלומר, MH ו- LH, ושניהם גדלו מאוד ב- FWS בהשוואה ל- NWS (p<0.05).
איור 4: נתוני לחץ פלנטארי. זה כולל לחץ מקסימלי (A), כוח מרבי (B), ואזור מגע (C) במהלך UGT במהירויות שונות. קווי השגיאה מציינים סטיית תקן. * מציין את רמת המשמעות (p<0.05). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
רוב המחקרים הקודמים המנתחים ביומכניקה הליכה במהלך UGT להשמיט את החשיבות של מהירות הליכה בהערכה הביומכנית שלהם. לפיכך, מחקר זה חקר את השינויים הביומכניים בגפיים התחתונות המתרחשים ב- UGT ב- NWS וב- FWS במטרה לחשוף את ההשפעות הקשורות למהירות.
הבדלים משמעותיים נמצאו על ROM של מפרקי הירך, הברך והקרסוליים במישור הסגיטלי במהלך UGT ב- NWS ו- FWS. הממצאים שלנו הראו ROMs גדול יותר של 3 המפרקים במישור הסגיטלי במהלך UGT ב FWS לעומת NWS. תוצאות אלה היו כמעט עקבי עם מחקר קודם לגבי ההשפעה של מהירויות במהלךהליכה 19. Ridge et al.10 מצא כי זוויות כיפוף שיא גדול יותר במפרק הברך והירך במהלך UGT ב FWS מאשר NWS. ROM ברך קשתית גדולה יותר עשויה להיות תנועה מפצה בשל מהירות ההליכה המוגברת20, כתוצאה מפגיעה גדולה יותר בברך במהלך UGT. נושאים התייצבו עם טווח גדול יותר של תנועת מפרקי הירך, הברך והקרסוליים, אשר עשוי לתרום זמני סיום מהירים יותר, אבל אולי גם צריך פעילות מקלה משותפת גדולה יותר ליציבות21.
יש לציין גם, נתוני לחץ plantar כולל לחץ מקסימלי, כוח מקסימלי ואזור מגע גדל בכל האזורים האנטומיים במהלך UGT ב FWS לעומת NWS. עבור לחץ מקסימלי וכוח, ההבדלים המשמעותיים התמקדו בעיקר על קדמת כף הרגל המדיאלית ועקב, אשר עולה בקנה אחד עם המחקר הקודם22. במחקר זה, למרות הלחץ plantar metatarsals לרוחב גם גדל, לא היה הבדל משמעותי בין מהירויות. חוסר האיזון בין הלחץ המדיאלי-לרוחב plantar עלול להוביל לירידה ביציבות המדיאלית-לרוחב במהלך UGT7. לחצי שיא מוגזמים בעקב עלולים להגביר את הסיכון לפציעות ברגל, כגון שברי מאמץ23,24. יתר על כן, אזורי המגע המוגברים המשמעותיים הוצגו ב- MH ו- LH, אשר עשויים להיות קשורים calcaneus כי קשר בתחילה עם הקרקע לאחר שלב התנופה הטרמינל ורוב מסת הגוף נטען בשלב זה25.
התוצאות נספרות על מספר שלבים מרכזיים בפרוטוקול. ראשית, זהה ציוני דרך אנטומיים וחבר במדויק את הסמנים לעור הנבדקים. ודא הסמנים ממוקמים בבטחה על העור עם סרט דבק דו צדדי hypoallergenic כדי להפחית את הסבירות של סמן הפלה או הסטה. שנית, חיוני לשלוח את האות שהסתיים לנבדקים בשלב הקבוע. על מנת להפחית את השגיאה, האות שנשלח בכל הניסויים בוצע על ידי אותו צוות. שלישית, ודא כי החלוקה המלאכותית של plantar האזורים האנטומיים מדויקים. חוץ מזה, ישנן מגבלות מסוימות הקשורות למחקר הנוכחי אשר יש לציין גם. ראשית, אף נבדקת לא השתתפה במחקר, שהיה במקור לצורך שליטה במשתנים. שנית, פעילויות שרירים בגפיים התחתונות לא נאספו במחקר. הפעלת שרירים לספור הרבה בהדגמת אופי ביומכני הגפיים התחתונות במהלך UGT9,14, ואנחנו מוכנים לחקור את ההשפעה של מהירות הליכה על פעילויות שריר הגפיים התחתונות במחקר העתידי לתובנות נוספות לתוך מנגנון ביומכני במהלך UGT.
תוצאות המחקר הנוכחי מראות כי כמו במרווחים במהירויות הליכה להתרחש נושאים להפגין מאפיינים ביומכניים שונים של הגפיים התחתונות במהלך UGT. תוצאה זו עשויה להיות אינדיקציה לכך עלייה במהירויות הליכה, במיוחד ב FWS עלול להביא לסיכון גדול יותר של פציעות פוטנציאליות. יתר על כן, בהתחשב ביחסים שנחקרו בעבר בין לחץ plantar, קינמטיקה של מפרקי הגפיים התחתונות, ופציעות ספורט, התוצאות של מחקר זה מראים כי ניסויים הפסקת הליכה במהירויות שונות יכול לשמש ככלי יעיל לאבחון של ביצועים ביומכניים קליניים והערכה של טיפול שיקומי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים לא דיווחו על ניגוד עניינים פוטנציאלי.
Acknowledgments
הפרויקט המשותף של NSFC-RSE (81911530253), תוכנית המו"פ הלאומית של סין (2018YFF0300905) וקרן K.C. וונג מגנה באוניברסיטת נינגבו.
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).
