Summary
Denna studie undersökte nedre-lem kinematik och marken insatsstyrkan (GRF) under måttlig högklackade jogging och kör. Försökspersonerna delades in i grupper av erfarna bärare och oerfarna bärare. En tredimensionell rörelse analyssystem med en konfigurerad kraft plattform fångat nedre-lem gemensamma rörelser och GRF.
Abstract
Ett begränsat antal studier har undersökt nedre-lem biomekanik under högklackade jogging och löpning, och de flesta studier har misslyckats med att klargöra de bära erfarenheten av försökspersoner. Det här protokollet beskriver skillnaderna i nedre-lem kinematik och marken insatsstyrkan (GRF) mellan erfarna bärare (EW) och oerfarna bärare (IEW) under måttlig högklackade jogging och kör. En tredimensionell (3D) rörelse analyssystem med en konfigurerad kraft plattform användes synkront fånga nedre-lem gemensamma rörelser och GRF. 36 unga honor frivilligt att delta i denna studie och tillfrågades om högklackade sko-bär erfarenhet, inklusive frekvens, varaktighet, hälen typer och hälen höjder. Eleven som hade erfarenhet av 3 till 6 cm klackar för minst tre dagar per vecka (6 h per dag i minst två år) och elva som bar höga klackar mindre än två gånger per månad deltog. Ämnen utförs jogging och kör på bekväma låga och höga hastigheter, med höger fot respektive helt kliva på en kraft plattform när förbi längs en 10 m gångväg. EW och IEW antog olika biomekaniska anpassningar medan jogging och kör. IEW utställda ett allmänt större utbud av gemensam rörelse, medan EW visade en dramatiskt större lastning hastighet av GRF under körning. Därför bör ytterligare studier om lägre-lem biomekanik av högklackade gångart strikt kontroll den bära erfarenheten av betvingar.
Introduction
Hög klack design har alltid varit en av de populära inslagen i kvinnors skor. Tvingar fotleden i en passiv plantar-böjd stat, ändra högklackade skor avsevärt gångavstånd kinematik och kinetik. Trots rapporterade biverkningar på rörelseapparaten1, sociala och mode uppmuntra tullen fortsatt användning av högklackade skor2.
Optisk avläsning system, för närvarande används i majoriteten av gånganalys laboratorier för både kliniska och forskningsändamål, ger korrekt och tillförlitlig mätning av 3D nedre-lem gemensamma förslag3. Denna teknik ger en ”gold standard” för gångarten analys4. Konsekventa resultat bygger på teknik har visat att högre hälen höjder leder till större knä flexion och fotled inversion jämfört med platta skor5,6,7. GRF är en annan vanligt förekommande parameter i gånganalys. Förskjutningen av GRF mot mediala framfoten, minskad GRF under mitten av hållning, ökade vertikala GRF vid hälisättning och ökad topp främre-bakre GRF har också observerats i högklackade promenader1,6, 7 , 8.
Tidigare studier som refereras ovan använda metoder som främst utifrån nivå promenader. I det moderna samhället, kör för en buss, rusa över en trafikerad gata eller käck att fånga den sista tåg push fler och fler kvinnor att använda högre hastigheter då och då. Det finns begränsade studier om lägre-lem biomekanik under högklackade jogging och kör. Gu o.a. noterade att det gemensamma resolutionsförslaget utbudet av knä bortförande-adduktion och höft flexion-extension ökat betydligt som hälen höjd ökade under jogging9. Begränsning av denna studie är att de endast rekryterade stadigvarande hög klack bärare. Den frekventa användningen av högklackade skor kan potentiellt orsaka strukturella anpassningar i nedre-lem muskler. Zöllner et al. skapade en multiscale beräkningsmodell som avslöjar att muskeln har möjlighet att gradvis anpassa sig till sin nya funktionella längd på grund av användningen av höga klackar efter en kronisk förlust av sarkomerer i serie10. Bevis visar också att kinematisk boende i gångart som orsakas av högklackade skor varierar mellan erfarna och oerfarna bärare11. Data som samlas in från både erfarna och oerfarna försökspersoner kan maskera statistiska resultat12. Det är viktigt att undersöka om de biomekaniska förändringarna är likaså uppenbara i oerfarna och erfarna användare.
Syftet med denna studie var att undersöka skillnaderna i nedre-lem kinematik och vertikala GRF mellan erfarna bärare (EW) och oerfarna bärare (IEW) under måttlig högklackade jogging och kör. Det antogs att EW skulle visa snabbare själv föredrog jogging och kör hastigheter, mindre gemensamma resolutionsförslaget och större vertikala GRF under jogging och kör.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
denna studie har godkänts av mänskliga etiska kommittén för Ningbo universitet (ARGH20150356). Alla ämnen gav sitt samtycke för att ingå i studien, och de informerades om de mål, krav och experimentella rutiner av studien.
1. gait laboratorium förberedelse
- Switch off någon glödljus och lämna en rimlig lysrör nivå i laboratoriet. Ta bort alla markörer och oönskade objekt för reflektion som kan misstolkas som passiv reflekterande markörer från fånga volymen.
- Anslut lämplig dongeln till den parallella porten på datorn. Slå på motion-capture kamerorna, egenutvecklad mjukvara, tvinga plattform förstärkare, och extern analog-till-digital-omvandlare (ADC).
- Tillåt tid för 8 kameror att initiera. Klicka på den " lokalt System " nod på den " System " fliken i den " resurser " fönstret. I den " boenden " rutan i den " lokalt System " nod, typ " 100 " in den " efterfrågades bildhastighet " boende i den " System " avsnittet Ställa in samplingsfrekvens på 100 Hz.
- Välj " kamera " från listan Visa i den " Visa " i fönstret. Plats T-ramen, som består av 5 markörer ligger ett fast avstånd från varandra, i kraft arbetskorgen.
- i den " systemresurser " träd, expandera den " kameror " nod och tryck på och håll ned CTRL-tangenten medan du klickar på varje kamera visas i noden. I den " egenskaper " rutan i den " kameror " nod, flytta den " Strobe intensitet " bar i den " inställningar " avsnitt till vänster eller höger för varje kamera för att säkerställa att data från varje kamera är fullständigt, tydligt och stadigt synlig i den " Visa " rutan.
- Klicka på den " System Preparation " knappen i den " verktyg " fönstret. Klicka på den " Start " knappen i den " kalibrerar kameror " avsnitt och thenphysically våg kalibrering staven (T-frame) i capture volymen i en vertikal siffran åtta samtidigt flytta runt det område som är avsett för fångst av 3D-data. Sluta vifta när blå statuslamporna på framsidan av kameror blinka.
- i den " kameror kalibrering Feedback " avsnitt i den " verktyg " rutan övervaka förloppsindikatorn tills kameran kalibreringen är klar. Granskning av " bild fel " data; varje kamera acceptabel bild fel bör understiga 0,3.
- Placera T-ramen på golvet, med de centrala markören på det övre vänstra hörnet av kraft plattformen (60 cm × 90 cm) och axlarna av ramen längs kanterna av kraft plattformen. Se till att den långa axeln av ram pekar i körriktningen (främre riktning).
- Välj " 3D perspektiv " från listan Visa i den " Visa " i fönstret. I den " ange volym ursprung " avsnitt, klicka på startknappen och klicka på den " ange ursprung " knappen för att ange ursprunget till fånga volymen.
- Be ett ämne att kliva på kraft plattformen. Kontrollera att riktningen av den mark reaktion vektor visas i fönstret är uppåt och att omfattningen av komponenten vertikal kraft som är lika med kroppsmassa x 9,81. Be motivet att gå ifrån kraft plattformen.
- i den " systemresurser " träd, högerklicka på den " tvinga plattform " nod och välj " noll nivå " från den " ramen " menyn för att kalibrera kraft plattformen. Klicka på den " anslutning " nod på den " System " fliken i den " resurser " fönstret. I den " boenden " rutan i den " anslutning " nod, typ " 1 000 " in den " efterfrågades bildhastighet " boende i den " inställningar " avsnittet Ställa in samplingsfrekvens vid 1000 Hz.
- Förbereda 16 passiva reflekterande markörer (diameter: 14 mm) före bifoga dem individuellt i ena sidan av dubbelsidig tejp.
2. Ämne förberedelse
- ordna resultaten av undersökningen om högklackade sko-bär erfarenhet, inklusive frekvens, varaktighet, hälen typer, och häl höjder, som bör ges till varje volontär.
Obs: Frågor i undersökningen: (i) hur ofta bär du dina högklackade skor? (ii) hur många h/min gör du bära dina högklackade skor varje gång? (iii) vilken typ av högklackade skor bär du oftast? Kilklack eller stilettklack? (iv) hur hög är skon som du brukar ha? Här 36 unga honor frivilligt att delta i detta test, men 14 av dem uteslöts av diverse skäl: hallux valgus (3), endast ha kilklack känner sig obekväm med experimentella skon (4), och uppleva (3), onormal gång i i experimental miljö (2) och frånvaro på den testing dag (2). - Erhåller skriftligt informerat samtycke från föremål som uppfyller inklusionskriterierna.
Obs: Inklusionskriterierna är följande: inga muskuloskeletala sjukdomar som kan påverka normal jogging och kör gång; känna sig bekväm med den experimentella sko som erbjuds; höger fot dominerande; och storlek 37 (euro) EW (ålder: 24,2 ± 1,2 år; höjd: 160 ± 2,2 cm, vikt: 51,6 ± 2,6 kg) ha skor med smala klackar 3-6 cm höga för minst tre dagar per vecka (6 h per dag) i minst två år, medan IEW (ålder : 23,7 ± 1,3 år; Höjd: 162,3 ± 2,3 cm; massa: 52,6 ± 4,5 kg) bära högklackade skor mindre än två gånger per månad. - Be försökspersonerna att ändra till åtsittande byxor och en t-shirt.
- Åtgärd försökspersoner ' stående höjd (mm) och kroppsmassa (kg). Mäta de ben-längden (dvs. avståndet mellan den överlägsna iliaca ryggraden och fotled inre condyle, i mm), knä bredd (dvs. den avståndet mellan mediala och laterala knät condyle, i mm) och fotled bredd (dvs. den avståndet mellan mediala och laterala fotled condyle, i mm) använder mäta bromsok.
- Förbered huden områden av anatomiska beniga landmärken för markör placering.
- Rakning kroppshår som lämpligt och använder alkohol torkar för att ta bort överskjutande svett och fuktighetskräm.
Observera: Markör platser inkluderar: anterior superior iliaca ryggraden (LASI/RASI), posterior-superior iliaca ryggraden (LPSI/RPSI), laterala mitten av låret (Friendofvoobie/Pornokaninchen), laterala knät condyle (LKNE/RKNE), laterala mitt skaft (LTIB/RTIB), laterala fotknölen (LANK/RANK), andra metatarsalhuvudet (LTOE/RTOE) och calcaneus (LHEE/RHEE), där de L och R prefix Ange vänster och rida ben, respektive.
- Rakning kroppshår som lämpligt och använder alkohol torkar för att ta bort överskjutande svett och fuktighetskräm.
- Palpate att identifiera anatomiska landmärke. Cirkel varje landmärke på huden med hjälp av en märkning penna. Bifoga de 16 passiva reflekterande markörerna på landmarksna av båda sidor i de nedre extremiteterna med dubbelsidig tejp.
- Be försökspersonerna att ändra i den experimentella skon (heel höjd: 4,5 cm) och sedan promenera, jogga och löpa fritt längs banan tills de är fysiologiskt och psykologiskt bekväma med kameror och markörer på deras nedre extremiteterna (dvs. ingen påverkan på deltagarna) och de känns som de promenader, jogging och kör naturligt.
- Be försökspersonerna att öva jogging längs banan på en bekväm låg hastighet tills de har möjlighet att jogga stadigt. Instruera ämnena att utföra viss progressiv utbildning (t.ex. att göra en ansträngning att jogga på en successivt ökande hastighet på ett löpband inom en säker och bekväm).
- Be dem att öva springa på marken längs banan vid en bekväm hög hastighet tills de klarar att köra stadigt denna hastighet.
- Instruera försökspersonerna att försöka börja jogga/kör från olika startande linjer inom startområdet flera gånger för att hitta en lämplig startpositionen, att säkerställa att den högra foten naturligt slår och helt kontakter gällande plattformen När förbi.
figur 1: experimentprotokoll. 8 IR kameror fånga nedre-lem rörelse medan ämnet jogs och löper längs banan. Den högra foten naturligt slår och kontakter helt gällande plattformen när förbi. Kinematisk och kinetiska data samlades synkroniskt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
3. statisk kalibrering
- Klicka på den " nya databasen " knappen i verktygsfältet för att skapa en ny databas. Klicka på den " datahantering " knappen i verktygsfältet för att öppna den " datahantering " fönstret. I den " datahantering " fönstret, klicka på den " nya patienten klassificering, " " ny Patient, " och " ny Session " knappar, i ordning. Återgång till den " resurser " fönstret, klicka på den " skapa ett nytt ämne " knappen för att skapa ett nytt ämne, och ange värden för alla antropometriska mått (t.ex. höjd, vikt, benlängd, knä bredd och fotled bredd) i den " Egenskaper " fönstret för nyligen skapade ämnet.
- Klicka på den " gå Live " knappen i den " resurser rutan. " Klicka på den " Dela horisontellt " knappen i den " Visa " fönstret och välj " graf " i listan Visa i den nya " Visa " fönstret. Välj " bana räkna " i den " modellen utdata " listrutan.
- Bekräfta att räkningen av markörer i den " graf " vyfönstret är 16 och att samma antal markörer syns i den " 3D perspektiv " vyfönstret, vilket innebär att inga markörer på nedre extremiteterna har lyckats fångas.
- Klicka på det " ämnet preparatet " knappen i den " verktyg " rutan.
- Be motivet att stå i en stillastående neutrala pose i mitten av fånga volymen att fånga de statiska data.
- Klicka på den " Start " knappen i avsnittet angående capture, fånga ungefärliga 150 ramar och klicka på den " stoppa " knappen.
Obs: Den " Start " knappen växlar till " sluta " automatiskt när du klickar på den.
- Klicka på den " Start " knappen i avsnittet angående capture, fånga ungefärliga 150 ramar och klicka på den " stoppa " knappen.
- Klicka på den " rekonstruera " knappen i verktygsfältet för att visa de infångade markörerna. Klicka på den " etikett " knappen i den " verktyg " fönstret och manuellt tilldela etiketter (16 totalt) som anges i den " manuell märkning " avsnitt till motsvarande markörer i den " 3D perspektiv " vyfönstret. Tryck på den " Esc " nyckel på tangentbordet för att avsluta.
- Välj " statiska " i den " Pipeline " listrutan i det " ämnet kalibrering " avsnitt. Kontrollera den " vänster foten " och " höger fot " alternativ i den " statiska inställningar " fönstret. Klicka på den " Start " knappen i den " angående kalibrering " avsnitt.
4. Dynamiska prövningar
- be motivet att stå på lämpliga startpositionen.
- Klicka på den " gå Live " knappen i den " resurser " fönstret. Klicka på den " Capture " knappen i den " verktyg " fönstret. Redigera den " rättegång namnet " i den " nästa prov Setup " avsnitt.
- Klicka på den " Start " knappen i den " Capture " avsnitt att börja fånga och sedan omedelbart ge ämnet muntliga instruktioner till " gå jogga/gå körs. " säkerställa att höger fot naturligt strejker och helt kontakt gällande plattformen när förbi ( figur 1).
- För jogging prövningar, be försökspersonerna att jogga med bekväm låg hastighet som de var bekanta med under beredning; för löpning prövningar, be försökspersonerna att köra med bekväm hög hastighet som de hade varit bekant med under beredning. Möjliggör en 2-minuters vila mellan två prövningar.
- Fånga minst 3 komplett successiva steg, inklusive steget på kraft plattformen.
Obs: Jogging och kör prövningar utförs slumpmässigt. För varje hastighet, be ämnena Upprepa 5 studier. Avbryt fångst i händelse av en markör som flyttar/faller eller om onormal gång uppstår. I händelse av markörer flytta/faller, åter fästa till förutbestämda hud märket.
figur 2 : användargränssnittet för dynamiska datainsamling. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Klicka på den " stoppa " knappen i den " Capture " avsnitt efter ämnet jogs/körningar till slutet av banan. Se figur 2.
Obs: Den " Start " knappen i den " Capture " avsnitt växlar till " sluta " automatiskt när du klickar på den.
5. Efterbearbetning med proprietära Tracking Software
- Klicka på den " datahantering " i verktygsfältet. I den " datahantering " fönstret, dubbelklicka på rättegång namn. Klicka på den " rekonstruera " och " etikett " knappar i verktygsfältet för att rekonstruera 3D dynamiska modellen och få filmade data.
- På tidsfältet, flytta indikatorn för vänster-range (blå triangel) på tidslinjen till den bildruta som högerfoten slår kraft plattformen. Välj denna ram enligt ögonblicken när den vertikala kraft vektorn i vyfönstret uppstår.
- Flytta höger-spänna indikator (blå triangel) på tidslinjen till den bildruta som inträffar händelsen nästa hälisättning av högerfoten.
Obs: Urvalet av denna ram beror på elaborative subjektiva uppskattningen av forskarna enligt ögonblicken när det finns ingen superior-inferior förskjutning av den högra häl markören.
- Flytta höger-spänna indikator (blå triangel) på tidslinjen till den bildruta som inträffar händelsen nästa hälisättning av högerfoten.
- Högerklicka på tidsfältet och välj " zooma till regionen-av-intressera " från den " kontexten " menyn att definiera önskade bildrutor.
- Klicka på " etikett " buttpå i det " verktyget " fönstret. I den " Gap fyllning " avsnitt, klicka på markörerna vars banor innehåller luckor som anges i den " bana " kolumn och klicka sedan på den " Fill " knappen på den " Spline fylla " verktyg.
Anmärkning: Antalet luckor listas i den " #Gaps " kolumn. Klicka på den " Fill " knappen på den " Spline fylla " verktyg fyller en lucka. Den " Spline fylla " metoden kan generellt användas för gap fall mindre än eller lika med 60 bildrutor. - Klicka på den " Pipeline " knappen i den " verktyg " fönstret. Välj " dynamisk " från den " nuvarande Pipeline " lista. Flytta indikatorn (blå reglaget) längs tidslinjen till den sista bildrutan. Klicka på den " kör " för att starta processen pipeline och exportera dynamiska prövningar in.csv format för efterbearbetning i programvaran data analys.
6. Dataanalys
- Low-pass filtrerar kinematisk och kinetiska data använder 4 th-Beställ Butterworth filter med cut-off frekvens på 10 Hz och 25 Hz, respektive 13 (se Tabell för material).
- Dela upp främre-superior förskjutningen av markören på höger främre överlägsen iliaca ryggraden med motsvarande tid att beräkna jogging/löpning hastigheten.
- Definiera främre-bakre förskjutningen av markören höger häl mellan successiva häl-strike händelser som steglängden. Definiera det reciproka värdet av hela gångcykeln som steglängd frekvensen.
- Definiera skillnaden mellan peak vinkel och dalen vinkel under fasen hållning som gemensamt rörelseomfång (ROM).
- Beräkna vertikala genomsnittliga fisktätheten genom att definiera slutta av den vertikala GRF-tid-kurvan från 20-80% av hållning tiden från första kontakten för att påverka tvinga 14.
Obs: Definiera den inledande kontakten som ögonblicken när vertikalt GRF konsekvent mätte mer än 0 N. - Normalisera den vertikala GRF kroppsvikt (BW %).
- Först genomsnitt 5 försöken från varje ämne och sedan genomsnittliga dessa resultat för alla försökspersoner.
Obs: Parametrarna inkluderar jogging och kör fart, steglängd, steglängd frekvens, gemensamma (dvs, fotled, knä och höft) 3D (ROM) och peak vinkel under hållning, vinkel på häl-strike i sagittalplanet, inverkan kraft (F i), peak force ( F p), och vertikala genomsnittliga Fisktätheten (VALR). - Överföra data till en statistisk programvara för statistisk analys.
7. Statistisk analys
- utför två separata oberoende prover t-tester för att bedöma effekterna av bär erfarenhet. Utföra två separata Parade-samples t-test för att bedöma effekterna av tåghastigheten på nedre-lem kinematik och GRF. Överväga statistiska resultat som betydande om p < 0,05.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Alla resultat presenteras här som medelvärde ± standardavvikelsen. Tåghastigheten var betydligt större än det jogging varvtal, oavsett bär erfarenhet (EW: jogga vs. kör: 2,50 ± 0,14 vs. 3,05 ± 0,14, p = 0,010; IEW: Jogga vs. kör: 2,24 ± 0,26 vs. 2.84 ± 0,29, p = 0,028; i m/s) (tabell 1). Ingen signifikant skillnad i de motsvarande jogging/löpning hastigheterna mellan EW och IEW hittades. Generellt steglängden av EW var större än IEW (jogga: EW vs. IEW: 1,86 ± 0,06 vs. 1,49 ± 0,20, p = 0,016; Kör: EW vs. IEW: 2.15 ± 0,14 vs. 1,79 ± 0,16, p = 0,004; i m), medan steglängd frekvensen visade motsatsen (jogga: EW vs. IEW: 82.43 3,48 vs. 90,74 ± 2,92, p = 0,024; Kör: EW vs. IEW: 85.84 3,39vs. 96,16 ± 3,00, p = 0,015; i steg/min) (tabell 1). IEW visade en betydligt större steglängd (p = 0,025) och frekvens (p = 0,010), och EW visade betydligt större steglängd (p = 0,017), medan du kör jämfört med jogging.
I sagittalplanet, statistiska resultat från Parade oberoende t-tester visade att fotleden ROM av EW var betydligt mindre än för IEW (jogga: EW vs. IEW: 39.40±4.44 vs 47.88±2.59, p= 0.000; Kör: EW vs. IEW: 36.16±2.42 vs 43.89±3.70, p= 0,006; i grader) (figur 3). Den fotled-plantarflexion vid häl-strike av EW var också betydligt mindre än för IEW (jogga: EW vs. IEW:-10.95 2.15 vs. -14.34 ± 2.31, p = 0,014; Kör: EW vs. IEW:-9.97 0,85 vs. -13.63 ± 0,72, p = 0,011; i grader) (tabell 3). Knäet ROM av EW under jogging var betydligt större jämföras med IEW (jogga: EW vs. IEW: 30.37 2.11 vs. 29,90 ± 2,67, p = 0,030; Kör: EW vs. IEW: 30.97 0.86 vs. 30.16 ± 1,79; i grader) (figur 3). Tvärtom, den knä peak flexion av EW under jogging var betydligt mindre (jogga: EW vs. IEW: 39.47 1,80 vs. 45,01 ± 2,04, p = 0,017; Kör: EW vs. IEW: 42.73 2.13 vs. 44.16 ± 2,07; i grader) (tabell 2). Den hip peak flexion (jogga: EW vs. IEW: 27.70 2,82 vs. 27,69 ± 4.00; Kör: EW vs. IEW: 36.02 2,94 vs. 29.15 ± 4.10, p = 0.000; i grader) och flexion vid hälisättning (jogga: EW vs. IEW: 27.54 2.84 vs. 27.61 ± 3,92; Kör: EW vs. IEW: 35.99 2,96 vs. 29.09 ± 4.10, p = 0.000; i grader) av EW under löpning var betydligt större än de av IEW (tabell 2 och tabell 3). Dessutom statistiska resultat från Parade sample t-test visade att IEW presenteras betydligt mindre plantarflexion vid hälisättning (jogga vs. Run:-14.34 2,31 vs. -13.63 ± 0,72, p = 0,044; i grader) (tabell 3 ) och EW presenteras betydligt större hip ROM (jogga vs. kör: 39.22 3,73 vs.46.12 ± 3,88, p = 0,010; i grader), maximal flexion (jogga vs. kör: 27.70 2,82 vs. 36.02 ± 2,94, p = 0.000; i grader), och flexion vid hälisättning (jogga vs. kör: 27.54 2.84 vs. 35,99 ± 2,96, p = 0.000; i grader) medan du kör jämfört med jogging (figur 2, tabell 2och tabell 3).
I frontala planet, ankeln ROM (jogga: EW vs. IEW: 4.90 0,48 vs. 6,66 ± 0,26, p = 0,001; Kör: EW vs. IEW: 5.76 0,46 vs. 6,30 ± 0,44; i grader) och peak inversion (jogga: EW vs. IEW: 5.51 ± 0,40 vs. 7,51 ± 0.43, p = 0,022; Kör: EW vs. IEW: 6.80 0,23 vs. 7,73 ± 0,33, p = 0,040; i grader) av EW var mindre jämfört med de av IEW och signifikanta skillnader fanns i ROM under jogging och topp inversion under jogging och kör (figur 2 och tabell 2). Knäet visade liknande resultat till ROM (jogga: EW vs. IEW: 7.23 2.17 vs. 11,27 ± 1,20, p = 0,010; Kör: EW vs. IEW: 9,19 1.15 vs. 11,04 ± 1,63; i grader) och peak bortförande (jogga: EW vs. IEW: 4.57 0,60 vs. 5.16 ± 0,58; Kör: EW vs. IEW: 5,84 0,69 vs. 7.12 ± 0,89; i grader) med ankeln, men betydande skillnad bara fanns i ROM under jogging (figur 2 och tabell 2). Om höften, bara peak bortförandet visade en signifikant skillnad mellan EW och IEW (jogga: EW vs. IEW: 6.80 0,89 vs. 12.62 ± 1,23, p = 0.000; Kör: EW vs. IEW: 7.73 1,01 vs. 13,37 ± 2,07, p = 0.000; i grader) (tabell 2). När jämförelser gjordes mellan joggning och löpning, fotled peak inversionen av EW (jogga vs. kör: 5.51 ± 0,40 vs. 6,80 ± 0,23, p = 0,042; i grader) och knä peak bortförandet av IEW (jogga vs. kör: 5.16 ± 0,58 vs. 7.12 ± 0,89, p = 0,017; i grader) visade sig vara större, med statistisk signifikans under löpning (tabell 2).
I transvers planet, körhastigheten visade uppenbar effekt på EW som uppvisade betydligt större utåtrotation av fotleden (jogga vs. Run:-23.58 1,05 vs. -26.82 ± 1,90, p = 0.023; i grader) och knä (Jog vs. Kör: 12.13 2.19 vs. 15,95 ± 1.62, p = 0,012; i grader) medan du kör jämfört med jogging (tabell 2). Under löpning, EW också uppvisade betydligt mindre knä ROM (jogga: EW vs. IEW: 16.91 2,21 vs. 18,34 ± 1,08; Kör: EW vs. IEW: 16,26 1,72 vs. 19,97 ± 1,26, p = 0,009; i grader) och större hip peak inåtrotation (jogga: EW vs. IEW: 15.34 ± 1,53 vs. 14.69 ± 0,95; Kör: EW vs. IEW: 16.91 1,56 vs. 14,72 ± 0,99, p = 0,028; i grader) jämfört med IEW (figur 2 och tabell 2).
Figur 4 visar ensemble genomsnitten av den vertikala GRF villkor i EW-jogga, EW-kör, IEW-Jog och IEW-kör. GRF-tidskurvan av EW kännetecknas av en första topp som omedelbart följs av en liten våg under perioden chock absorption, särskilt under körning. Däremot är det av IEW relativt flytande efter den inledande toppen. Det finns ingen signifikant skillnad i impakten kraft mellan EW och IEW och ingen signifikant skillnad observerades mellan joggning och kör (figur 4). Jämfört med IEW, EW visade betydligt större kraft, oavsett hastighet (jogga: EW vs. IEW: 2.42 ± 0,12 vs. 2,05 ± 0,24, p = 0,035; Kör: EW vs. IEW: 2,51 ± 0,14 vs. 2,27 ± 0,12, p = 0,042; i kroppsvikt). VALR presenteras för att vara den högsta under förutsättning av EW-kör och var betydligt högre än villkoren för EW-Jog (EW-kör vs. EW-Jog: 102.66 4,99 vs. 62,40 ± 10,46, p = 0.000; i kroppsvikt %) och IEW-kör (EW-kör vs. IEW-Run: 102.66 4,99 vs. 78,15 ± 17.00, p = 0.000; i kroppsvikt %).
Figur 3: Gemensamma ROM under fasen hållning (EW: n = 11; IEW: n = 11). (X) i sagittalplanet. (Y) i frontala planet. (Z) i tvärplanet. * Statistisk signifikans. Felstaplar avser standardavvikelser. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 : Ensemble medelvärden av vertikala GRF fyra villkor (EW: n = 11; IEW: n = 11; Mean±SD). (a) EW-Jog. (b) EW-kör. (c) IEW-Jog. (d) IEW-kör. De skugga områdena avser standardavvikelsen. Fjag representerar den inverka kraften. Fp representerar den maximala kraften. VALR representerar den vertikala genomsnittliga fisktätheten. BW innebär kroppsvikt. en betydande skillnad mellan EW-joggingtur och EW-kör; c signifikant skillnad mellan EW-joggingtur och IEW-Jog; d betydande skillnad mellan EW-kör och IEW-kör. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Parametrar | EW (n = 11) | IEW (n = 11) | ||
| JOG | Kör | JOG | Kör | |
| Hastighet (m/s) | 2.50 ± 0,14en | 3.05 ± 0,14 | 2.24 ± 0,26b | 2.84 ± 0,29 |
| Steglängden (m) | 1.86 ± 0,06a, c | 2.15 ± 0,14d | 1,49 ± 0,20b | 1.79 ± 0,16 |
| Stride frekvens (steg/min) | 82.43 ± 3,48c | 85.84 ± 3,39d | 90.74 ± 2,92b | 96.16 ± 3,00 |
| enbetydande skillnad mellan EW joggingtur och EW kör; | bbetydande skillnad mellan IEW joggingtur och IEW kör; | csignifikant skillnad mellan EW joggingtur och IEW joggingtur; | dbetydande skillnad mellan EW kör och IEW kör. | |
Tabell 1: Plats och tid parametrar (medelvärde ± SD).
| Dimensioner | Gemensamma (grad) | EW (n = 11) | IEW (n = 11) | ||
| JOG | Kör | JOG | Kör | ||
| Sagittalplanet | Fotled | 12.86 ± 2.10 | 10,64 ± 0.86 | 12.94 ± 1,88 | 10,73 ± 1,02 |
| Knä | 39.47 ± 1,80c | 42.73 ± 2.13 | 45.01 ± 2,04 | 44.16 ± 2,07 | |
| Höft | 27.70 ± 2,82ett | 36.02 ± 2,94d | 27.69 ± 4.00 | 29.15 ± 4.10 | |
| Frontal plane | Fotled | 5.51 ± 0,40a, c | 6.80 ± 0,23d | 7.51 ± 0.43 | 7.73 ± 0,33 |
| Knä | 4.57 ± 0,60 | 5,84 ± 0,69 | 5.16 ± 0,58b | 7.12 ± 0,89 | |
| Höft | 6.80 ± 0,89c | 7.73 ± 1.01d | 12.62 ± 1,23 | 13.37 ± 2,07 | |
| Tvärgående plan | Fotled | -23.58 ± 1,05en | -26.82 ± 1,90 | -26.29 ± 1,06 | -26.73 ± 0,55 |
| Knä | 12.13 ± 2.19en | 15.95 ± 1,62 | 15.44 ± 1,52 | 15,88 ± 0,99 | |
| Höft | 15.34 ± 1,53 | 16.91 ± 1,56d | 14.69 ± 0,95 | 14.72 ± 0,99 | |
| enbetydande skillnad mellan EW joggingtur och EW kör; | bbetydande skillnad mellan IEW joggingtur och IEW kör; | csignifikant skillnad mellan EW joggingtur och IEW joggingtur; | dbetydande skillnad mellan EW kör och IEW kör. | ||
Tabell 2: Peak vinkel under fasen hållning i tre dimensioner (medelvärde ± SD).
| Lederna (grad) | EW (n = 11) | IEW (n = 11) | ||
| JOG | Kör | JOG | Kör | |
| Fotled | -10.95 ± 2.15c | -9.97 ± 0,85d | -14.34 ± 2.31b | -13.63 ± 0,72 |
| Knä | 18.72 ± 5,87 | 24,06 ± 3.42 | 23.39 ± 2.22 | 26.34 ± 1,47 |
| Höft | 27.54 ± 2.84en | 35.99 ± 2,96d | 27.61 ± 3,92 | 29.09 ± 4.10 |
| enbetydande skillnad mellan EW joggingtur och EW kör; | bbetydande skillnad mellan IEW joggingtur och IEW kör; | csignifikant skillnad mellan EW joggingtur och IEW joggingtur; | dbetydande skillnad mellan EW kör och IEW kör. | |
Tabell 3: Joint vinkel vid häl-strejk i sagittalplanet (Mean±SD).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En defekt i de flesta studier som analyserar högklackade gait biomekanik ignorerar erfarenhet bär höga klackar12möjliga betydelse. Denna studie indelade försökspersoner regelbunden och enstaka bärare att utforska effekterna av högklackade skor bär erfarenhet på nedre-lem kinematik och GRF under måttlig högklackade jogging och kör.
EW och IEW visade jämförbar jogging/löpning hastigheter. IEW jämfört med EW, och antog en högre stride-frekvens och en kortare steglängd, vilket kan vara en strategi att upprätthålla kroppens balans15,16. Den längsta steglängden av EW är förmodligen associerad med större knä förlängning under push-off, vilket också ökar knä ROM i sagittalplanet. Likaså uppvisade EW en större hip flexion-extension ROM, med ökad maximal flexion. Detta kunde bidra till att sänka centrum av massan, stärka kroppen stabilitet17. Dock kunde minskat ROM av höft och knä av EW i frontal och tvärgående plan förklaras som en anpassning efter långvarig användning av höga klackar att styra lederna från överdriven rörelse. Flexiblare ankeln, med en större ROM i sagittalplanet av IEW, fungerar som en mindre effektiv hävstång för tillämpningen av muskel kraft till marken. Detta är en potentiell faktor av muskeltrötthet, på grund av den större krävs muskelarbete uppnå ett liknande belopp av produktionen under den framåtdrivande periodiska18.
Den större höftböjning har rapporterats vara en kompensatorisk mekanism för att dämpa GRF för att förhindra skada7,19. I denna studie utställda EW större hip peak flexion, medan IEW visade större knä maximal flexion. Ökad knä flexion kan leda till överdriven knä extensor ögonblick20 och rectus femoris aktivitet7,21, vilka båda orsakar knä överbelastning22,23. Tidigare studier rapporterade också att de högre quadricep tvingar induceras av ökad knä flexion ökar proximala främre tibial tvärkraften, som är en viktig faktor Främre korsband stam24,25. Likaså kan större peak adduktion av IEW under körning öka de mediala fack belastningarna på knä26,27 och bidra till utvecklingen av knä artros1,23. Tillsammans med plantar-böjd ställning, större peak inversionen av IEW sätta dem med hög risk för lateral fotled vrickning28. En möjlig förklaring till minskad inversionen av EW är den öka pronator aktivitet orsakade av den långsiktiga effekten av hög klack användning15,16.
Den högre effekt styrka och fisktätheten under körning har ansetts potentiella faktorer av nedre-lem skador29,30. Det var ingen signifikant skillnad i effekt styrka observerats mellan EW och IEW under jogging och kör. Fisktätheten av EW var dock tydligt högre under körning, vilket till stor del berodde på snabbare övergående i kraft. Det har dokumenterats allmänt att den inverka kraften med en snabb takt skulle skapa en robust shockwave vid hälisättning händelsen, som överförs sedan upp till den nedre-lem leder31, antagligen orsakar mjukvävnad skadan och så småningom vilket leder till degenerativa gemensamma sjukdomar32. En annan viktig att hitta är att EW visade en högre topp GRF än IEW, som kan bidra till att öka fotled plantar flexor och pronator stunder15,16, minska fotled instabilitet under perioden framdrivning. Den högre peak GRF tyder dock också högre plantar tryck på området mellanfot. Detta kan inducera en deformitet av den första metatarsofalangeala gemensamma33,34.
Resultaten är beroende av ett antal kritiska steg i protokollet. Först, att stänga av glödljus och justera den optimala kamera strobe intensiteten är skyldig att säkerställa riktigheten av optisk 3D markör spårning. Andra är Kamerakalibrering i volymen capture viktigt för att ytterligare optimera motion capture noggrannhet. Det tredje bör platser av passiv reflekterande markörer på huden noggrant bestämmas och markerade innan du bifogar markörer så att märket åter kan kopplas till samma plats när det gäller den markör flytta/fallande. Fjärde, kalibrera kraft plattformen till noll nivå innan du påbörjar varje dynamisk prövning är nödvändig för att säkerställa riktigheten av de kraft för dataregistrering. Studier som explicera försökspersonernas bär erfarenheter kunde tillhandahålla särskild information om skada minskning i målpopulationen. Utöver detta presenterar en annan fördel med detta protokoll i data efterbehandling. Professionella biomekanik analys programvara är en premier verktyg för datahantering, har men sina begränsningar när det gäller den grafiska framställningen av data. Denna studie använde ett alternativ för att plotta data (se Tabell för material). Det finns också begränsningar för denna studie. Först kan den lilla urvalet 11 behandlingserfarna patienter och 11 oerfaren ämnen påverka statistiken, resulterar i icke-signifikanta skillnader. Andra, hälisättning händelsen på kraft-plattformen (första bildrutan) kan övervakas i fönstret enligt instant när force vector uppstår; men kan efterföljande häl-strejken på marken (slutramen) endast uppskattas subjektivt av forskarna enligt ögonblicken när det finns ingen superior-inferior förskjutning av den högra häl markören. Valet av denna ram kan variera beroende på olika forskare. Avsaknad av parametrar såsom gemensamma ögonblick och gemensamma arbete, som kunde förklara ytterligare lägre-lem mekanismer, är en annan begränsning av denna studie.
Sammanfattningsvis, anta regelbunden och enstaka höga klackar bärare olika biomekaniska anpassningar samtidigt jogging och kör. Resultaten av denna studie tyder på att ytterligare studier utvärdera biomekanik av högklackade gångart bör noga beakta enskilda bär erfarenheter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Denna studie är sponsrad av den National Natural Science Foundation Kina (81301600), K. C. Wong Magna fonden i Ningbo universitet, nationell Social Science Foundation of China (16BTY085), Zhejiang Samhällsvetenskapliga programmet ”Zhi Jiang ungdomsprojekt” (16ZJQN021YB ), Loctek ergonomiska Technology Corp och Anta Sports Products Limited.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Motion Tracking Cameras | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | MX cameras | n= 8 |
| Vicon Nexus | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Version 1.4.116 | Proprietary tracking software (PlugInGait template) |
| Dongle | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | - |
| MX Ultranet HD | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | - |
| Vicon Datastation ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | External ADC |
| Passive Retro-reflective Marker | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | n=16; Diametre=14 mm |
| Force Platform Amplifier | Kistler, Switzerland | 5165A | n=1 |
| Force Platform | Kistler, Switzerland | 9287C | n=1 |
| T-Frame | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | - |
| Double Adhesive Tape | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | For fixing markers to skin |
| moderate high-heeled shoe | Daphne, Hong Kong | 13085015 | Heel height: 4.5cm; Size:37EURO |
| Microsoft Excel | Microsoft Corporation, United States | Version 2010 | For low pass filtering data and calculations; Add-in:Butterworth.xla |
| Origin | OriginLab Corporation, United States | Version 9.0 | Plot GRF-time curve |
| Stata | Stata Corp, College station, TX | Version 12.0 | Statistical analysis |
References
- Barkema, D. D., Derrick, T. R., Martin, P. E. Heel height affects lower extremity frontal plane joint moments during walking. Gait Posture. 35 (3), 483-488 (2012).
- Hong, W. H., Lee, Y. H., Chen, H. C., Pei, Y. C., Wu, C. Y. Influence of heel height and shoe insert on comfort perception and biomechanical performance of young female adults during walking. Foot Ankle Int. 26 (12), 1042-1048 (2005).
- Baker, R. Gait analysis methods in rehabilitation. J Neuroeng Rehabil. 3 (1), (2006).
- Galna, B., et al. Accuracy of the Microsoft Kinect sensor for measuring movement in people with Parkinson's disease. Gait Posture. 39 (4), 1062-1068 (2014).
- Esenyel, M., Walsh, K., Walden, J. G., Gitter, A. Kinetics of high-heeled gait. J Am Podiatri Med Assocn. 93 (1), 27-32 (2003).
- Cronin, N. J., Barrett, R. S., Carty, C. P. Long-term use of high-heeled shoes alters the neuromechanics of human walking. J Appl Physiol. 112 (6), 1054-1058 (2012).
- Mika, A., Oleksy, Ł, Mika, P., Marchewka, A., Clark, B. C. The influence of heel height on lower extremity kinematics and leg muscle activity during gait in young and middle-aged women. Gait Posture. 35 (4), 677-680 (2012).
- Snow, R. E., Williams, K. R. High heeled shoes: their effect on center of mass position, posture, three-dimensional kinematics, rearfoot motion, and ground reaction forces. Arch Phys Med Rehabil. 75 (5), 568-576 (1994).
- Gu, Y., Zhang, Y., Shen, W. Lower extremities kinematics variety of young women jogging with different heel height. Int J Biomed Eng Technol. 12 (3), 240-251 (2013).
- Zöllner, A. M., Pok, J. M., McWalter, E. J., Gold, G. E., Kuhl, E. On high heels and short muscles: A multiscale model for sarcomere loss in the gastrocnemius muscle. J Theor Biol. 365, 301-310 (2015).
- Opila-Correia, K. Kinematics of high-heeled gait with consideration for age and experience of wearers. Arch Phys Med Rehabil. 71 (11), 905-909 (1990).
- Cronin, N. J. The effects of high heeled shoes on female gait: A review. J Electromyogr Kinesiol. 24 (2), 258-263 (2014).
- Jones, G. D., James, D. C., Thacker, M., Green, D. A. Sit-to-stand-and-walk from 120% Knee Height: A Novel Approach to Assess Dynamic Postural Control Independent of Lead-limb. J Vis Exp. (114), e54323 (2016).
- Goss, D. L., et al. Lower extremity biomechanics and self-reported foot-strike patterns among runners in traditional and minimalist shoes. J Athl Train. 50 (6), 603-611 (2015).
- Chien, H. L., Lu, T. W., Liu, M. W. Effects of long-term wearing of high-heeled shoes on the control of the body's center of mass motion in relation to the center of pressure during walking. Gait Posture. 39 (4), 1045-1050 (2014).
- Chien, H. L., Lu, T. W., Liu, M. W., Hong, S. W., Kuo, C. C. Kinematic and Kinetic Adaptations in the Lower Extremities of Experienced Wearers during High-Heeled Gait. BME. 26 (3), 1450042 (2014).
- Novacheck, T. F. The biomechanics of running. Gait Posture. 7 (1), 77-95 (1998).
- Powell, D. W., Williams, D. B., Windsor, B., Butler, R. J., Zhang, S. Ankle work and dynamic joint stiffness in high-compared to low-arched athletes during a barefoot running task. Hum Mov Sci. 34, 147-156 (2014).
- Robbins, S. E., Gouw, G. J., Hanna, A. M. Running-related injury prevention through innate impact-moderating behavior. Med Sci Sports Exerc. 21 (2), 130-139 (1989).
- Simonsen, E. B., et al. Walking on high heels changes muscle activity and the dynamics of human walking significantly. J Appl Biomech. 28 (1), 20-28 (2012).
- Stefanyshyn, D. J., Nigg, B. M., Fisher, V., O'Flynn, B., Liu, W. The influence of high heeled shoes on kinematics, kinetics, and muscle EMG of normal female gait. J Appl Biomech. 16 (3), 309-319 (2000).
- Kerrigan, D. C., Lelas, J. L., Karvosky, M. E. Women's shoes and knee osteoarthritis. Lancet. 357 (9262), 1097-1098 (2001).
- Kerrigan, D. C., et al. Moderate-heeled shoes and knee joint torques relevant to the development and progression of knee osteoarthritis. Arch Phys Med Rehabil. 86 (5), 871-875 (2005).
- Beynnon, B. D., et al. The strain behavior of the anterior cruciate ligament during squatting and active flexion-extension a comparison of an open and a closed kinetic chain exercise. Am J Sports. 25 (6), 823-829 (1997).
- Fleming, B. C., et al. The gastrocnemius muscle is an antagonist of the anterior cruciate ligament. J Orthop Res. 19 (6), 1178-1184 (2001).
- Schipplein, O., Andriacchi, T. Interaction between active and passive knee stabilizers during level walking. J Orthop Res. 9 (1), 113-119 (1991).
- Baliunas, A., et al. Increased knee joint loads during walking are present in subjects with knee osteoarthritis. Osteoarthr Cartil. 10 (7), 573-579 (2002).
- Payne, C., Munteanu, S., Miller, K. Position of the subtalar joint axis and resistance of the rearfoot to supination. J Am Podiatr Med Assoc. 93 (2), 131-135 (2014).
- Cheung, R. T., Rainbow, M. J. Landing pattern and vertical loading rates during first attempt of barefoot running in habitual shod runners. Hum Mov Sci. 34, 120-127 (2014).
- Lieberman, D. E., et al. Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners. Nature. 463 (7280), 531-535 (2010).
- Voloshin, A., Loy, D. Biomechanical evaluation and management of the shock waves resulting from the high-heel gait: I-temporal domain study. Gait Posture. 2 (2), 117-122 (1994).
- Kerrigan, D. C., Todd, M. K., Riley, P. O. Knee osteoarthritis and high-heeled shoes. Lancet. 351 (9113), 1399-1401 (1998).
- Gu, Y., et al. Plantar pressure distribution character in young female with mild hallux valgus wearing high-heeled shoes. J Med Mech Biol. 14 (01), (2014).
- Yu, J., et al. Development of a finite element model of female foot for high-heeled shoe design. Clinical Biomechanics. 23, S31-S38 (2008).
