Summary
이 연구는 5km 러닝머신 러닝머신의 초기 단계와 말단 단계 사이의 하부 사지 운동 변수의 생체 역학 적 특성을 조사하였다. 10명의 주자의 하반신 운동 데이터는 초기 단계(0.5km)와 말단 위상(5km)에서 러닝머신에서 3차원 모션 포획 시스템을 사용하여 수집하였다.
Abstract
달리기는 신체 건강에 유익하지만 많은 부상을 동반합니다. 그러나, 실행 부상으로 이어지는 주요 요인은 설명되지 않은 남아있다. 이 연구는 5km 달리기의 초기(IR) 및 말단 위상(TR) 사이의 하반신 운동 변수와 하반신 운동적 차이에 대한 장거리 주행 거리의 효과를 조사하였다. 10명의 아마추어 주자가 10km/h의 속도로 러닝머신을 달렸습니다. 다이나믹 운동 데이터는 IR(0.5km)과 TR(5km)의 단계에서 각각 수집되었습니다. 이 실험에서는 피크 각도, 피크 각도 속도 및 동작 범위가 기록되었습니다. 주요 결과는 다음과 같은 입증: 발목 혐오와 무릎 납치 는 TR에서 증가 했다; 발목과 무릎의 ROM은 IR보다 TR에서 전두엽 평면에서 증가되었다; IR에 비해 TR에서 발목 등등 플렉시옹과 고관절 연회전의 더 큰 피크 각도 속도. 장거리 달리기 중 이러한 변경 사항은 부상의 잠재적인 이유를 탐구하기 위한 몇 가지 구체적인 세부 정보를 제공할 수 있습니다.
Introduction
달리기는 전 세계에서 가장 인기있는 스포츠입니다. 실행하는 개인의 수가 많고이 수는 매년1에서실질적으로 증가합니다. 달리기를 포함한 규칙적인 운동에 참여하는 것은 건강을 증진시키고, 심혈관 질환의 위험을 감소시키고, 따라서 평균 수명을 향상시킬 수 있다는 것을 건의하고 있다2,,3,,4. 달리기의 중요한 건강 이득에도 불구하고, 실행 상해의 부각은5,,6년동안 25%에서 83%로 증가했습니다. 주로 근골격계 부상에 초점을 맞추고 있는 낮은 사지에, 달리기와 관련된 몇 가지 위험이 있습니다7. 일반적인 달리기 관련 상해의 대다수는 patellofemoral 고통, 발목 염좌, 경골 긴장 골절 및 발바닥 근막염8과관련이 있습니다. 달리기 부상은 잘못된 발 타격 패턴, 잘못된 신발 선택 및 기타 개별 생체 역학 적 인자9와같은 많은 요인에 의해 유도 될 수 있습니다. 예를 들어, 발 뒤꿈치 스트라이크 패턴으로 달리는 것은 더 큰 발주로 이끌어 낼 수 있고, 아킬레스 건병증과 patellofemoral 고통10에대한 고위험을 이끌어 낼 수 있는 발의 내측에 더 큰 발바닥 압력을 동반됩니다. 또한, 더 큰 무릎 내부 회전으로 달리는 것은 이전에 여성 주자(11)에대한 일리오티피얼 밴드 증후군과 관련이있는 것으로 보고되었으며, 특히 장거리 를 달리는 경우.
운동학, 운동학 및 시간 공간 성분의 매개 변수는 걸음걸이 생체 역학의 정확한 분석을 제공할 수 있으며, 현재 임상 걸음걸이분석(12)에중요한 파라미터로 간주된다. 낮은 수직 접지 반응 력과 더 큰 충격 가속은 장거리 실행 후 다시 코딩됩니다13,,14. 고관절 소풍과 무릎 굴곡이 작아도피로근육(15)과함께 발견되었으며, 보폭이 증가하면 보폭길이가 13,,16감소될수 있다.
그러나, 초기 및 말단 실행 단계에서 하반신의 생체 역학적 특징의 변화는 실행 후 생체 역학적 변화를 측정했기 때문에 완전히 분석되지 않았습니다. 또한, 아마추어 주자의 보행 생체 역학 변화에 장거리 달리기의 효과를 평가하기 위해 표준 실험실 기술을 사용하는 연구만 몇 가지 연구. 달리기 부상으로 이어지는 주요 요인은 여전히 불분명합니다. 따라서 장거리 달리기로 인한 하부 사지 부상의 근본적인 이유를 밝히기 위해 이 연구는 아마추어 러너에서 달리는 러닝머신 5km의 IR 및 TR 단계 사이의 낮은 극단의 생체 역학적 변화를 비교하는 것을 목표로 합니다.
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Protocol
서면 통보 된 동의는 과목에서 얻어졌고 시험 절차는 대학 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 모든 참가자는 평가판의 요구 사항과 과정을 통보받았습니다.
1. 실험실 준비
- 보정 하는 동안 조명을 끄고 반사 가능한 다른 개체를 제거 합니다. 8대의 카메라를 적절히 배치하고 반사 없이 선명한 시야를 확보하십시오.
- 비폰 넥서스 1.8.5 프로그램을 열고 카메라를 초기화합니다. 시스템 선택 | 로컬 시스템 | 자원 창에 있는 MX 카메라가 있고 카메라가 참여합니다.
참고: 속성 창에서 매개 변수를 조정해야 합니다. 스트로브 강도의 값 범위는 0.95-1로 조정되고 임계값 범위는 0.2-0.4로 설정됩니다. 회색 스케일 모드를 자동으로 설정합니다. 최소 순환 비율은 0.5로 설정하고 게인에서 1배(x1), 최대 Blob 높이를 50으로 설정하고 활성화 LED를 선택합니다. - 캡처 영역의 중앙에 T 프레임을 배치하고 시스템의 모든 카메라를 선택하고 2D 모드를 사용합니다. 간섭 지점없이 T 프레임이 카메라 보기에 있는지 확인합니다. 도구 모음에서 첫 번째 항목 시스템 준비 항목을 선택합니다. T-프레임 드롭다운 목록에서 5마커 지팡이 및 T 프레임 보정 오브젝트를 선택합니다.
- 시스템 준비 도구 창에서 마스크 카메라 섹션 아래의 시작 단추를 클릭합니다. 그런 다음 보정 MX 카메라 섹션에서 시작 버튼을 클릭합니다.
참고: 교정 프로세스가 완료되면 진행률 표시줄이 0%로복원됩니다. - T 프레임을 카메라 중앙에 배치하여 좌표의 원점이 설정됩니다.
- 도구 창에서 볼륨 원본 설정 섹션 아래의 시작 단추를 클릭합니다.
- 러닝머신을 테스트 영역의 중앙에 놓습니다. 8대의 카메라가 러닝머신 주변에표시됩니다(그림 1).
- 피사체에 양면 테이프가 있는 총 22개의 반사 마커(직경: 14mm)를 부착합니다.
그림 1: 테스트 사이트 레이아웃입니다. 카메라는 피사체가 러닝머신에서 실행되는 동안 낮은 사지 움직임을 캡처합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 주제 준비
- 시험 전에, 실험실에서 과목을 인터뷰하고 실험 절차에 대한 간단한 설명을 제공합니다. 그런 다음 참가자가 설문지를 작성하십시오. 이 설문지의 결과를 요약합니다.
- 다음 질문을 사용합니다.
- 일주일에 얼마나 자주 실행합니까?
- 몇 년 동안 출마해 왔습니까?
- 당신은 어떤 낮은 사지 부상을 입었거나 지난 6 개월 동안 낮은 사지 수술을받은?
- 주당 몇 킬로미터를 달리나요?
- 다음 질문을 사용합니다.
- 다음 포함 기준을 사용: 모든 참가자 오른쪽 다리 지배적 이었고 연구 전에 이전 6 개월에 어떤 낮은 사지 부상 없이. 모든 참가자는 주당 최소 15km를 달렸습니다.
참고: 10명의 건강한 레크리에이션 여성 주자(나이: 23.4±1.3년; 신장: 160.7±3.8cm; 질량: 50.3±2.3kg; 달리기 년: 3.2±1.2년)가 선택되었습니다.- 포함 기준을 충족하는 참가자로부터 서면 통보 된 동의를 얻습니다.
- 참가자가 유니폼 스타킹과 바지를 착용해야합니다.
- 통계 모델에 대한 피사체의 높이(mm), 무게(kg), 하반신 길이(mm), 무릎 너비(mm) 및 발목 너비(mm)를 기록합니다.
- 다음 위치에 피사체에 16 반사 마커를 배치 : 전방 우수한 일강 척추, 후방 우수한 일강 척추, 측면 중간 허벅지, 측면 무릎, 측면 중간 생크, 측면 말단 말레, 두 번째 중족골 머리, 및 calcaneus. 양말과 신발의 해당 해부학 적 점에 두 번째 중족골 머리와 calcaneus에 마커를 놓습니다.
- 참가자들에게 유니폼 스포츠 러닝화를 착용하도록 지시합니다. 참가자들이 가벼운 달리기와 스트레칭으로 5분 동안 따뜻하게 해보게 하십시오.
3. 정적 교정
- 도구 모음의 데이터 관리 버튼을 클릭하고 데이터 관리를 선택합니다. 도구 모음의 새 데이터베이스 탭을 클릭하고 위치를선택하고 평가판 이름과 임상 템플릿을설명하고 만들기 단추를 클릭합니다.
- 데이터베이스 열기 창에서 만든 데이터베이스이름을 선택합니다. 열린 인터페이스에서 녹색 새 환자 분류 버튼, 노란색 새 환자 버튼 및 회색 새 세션 단추를 클릭하여 제목 유형, 제목 이름 및 다른 작업 상태를 포함한 실험 정보를 만듭니다.
- 왼쪽 도구 모음의 넥서스 창으로 돌아가서 피험자를 클릭하여 새 피사체 데이터 집합을 만들고 평가판 모델을 선택합니다. 특성 창에서,모든 인류 측정을 입력 : 높이 (mm), 무게 (kg), 낮은 사지 길이 (mm), 무릎 폭 (mm) 및 발목 폭 (mm).
- 라이브 이동 버튼을 클릭하고 가로로 스필을 선택하고 그래프를 선택하여 궤도 수를 확인합니다.
참고: 모든 마커가 3D 원근 뷰에 표시되는지 확인합니다. 이는 분석을 위해 모든 마커를 캡처할 수 있음을 나타냅니다. - 정적 모델을 캡처할 준비를 합니다. 도구 캡처 창에서 피사체 캡처 섹션의 시작 단추를 클릭합니다.
참고: 전체 데이터 수집 프로세스 동안 피사체는 캡처 영역에 고정되어 있어야 140-200프레임의 이미지를 수집해야 합니다. 그런 다음 중지 버튼을 클릭합니다. - 원근 창에서 캡처 마크를 봅니다. 도구 창에서 파이프라인 단추를 클릭하고 재구성 파이프라인 실행을 선택하여 캡처된 마커의 3D 이미지를 만듭니다. 그런 다음 정적 모델에 수동으로 레이블을 지정합니다. 신원 확인이 완료되면 ESC를 저장하고 눌러 종료합니다.
- 도구 모음에서 주제 준비 및 주제 보정을 선택합니다. 드롭다운 목록에서 정적 플러그인 보행 옵션을 선택합니다. 정적 설정 창에서 왼발과 오른발을선택하고 시작 버튼을 클릭하고 정적 모델을 저장합니다.
4. 동적 시험
- 정적 데이터 수집이 완료되면 올바른 도구 모음에서 캡처를 선택합니다. 평가판 유형 과 세션을 위에서 아래로 선택하고 평가판 설명을 작성합니다.
- 참가자들에게 러닝머신에서 다음과 같은 방식으로 실행하도록 요청합니다.
- 8km/h에서 1분 동안 걷는 것으로 따뜻하게 데워보실 수 있습니다.
- 참가자에게 시속 10km의 속도로 러닝머신에서 달리도록 요청하십시오. 이 속도에서 4분의 적응 기간을 기록한 후, 40s의 러닝 데이터를 각각 0.5km및 5km 의 거리에서 수집합니다.
- 심박수 모니터를 착용하여 심박수를 기록하고 실행 중인 피사체의 피로 상태를 모니터링하도록 피사체에게 요청하십시오.
- 도구 캡처 창에서 시작 단추를 클릭합니다. 동적 평가판을 수집한 후 중지를 클릭하여 컬렉션을 종료합니다.
5. 사후 처리
- 데이터 관리 창을 열고 평가판 이름을 두 번 클릭합니다. 도구 모음에서 실행 재구성 파이프라인 및 레이블 단추를 클릭하여 마크 포인트 위치를 재구성합니다.
- 원근 창에서 시간 표시줄의 파란색 삼각형을 이동하여 필요한 시간 범위를 설정합니다.
- 타임라인보기를 이동하여 선택한 범위만 표시하고 시간 표시줄을 클릭하고 관심 영역으로 확대/축소를 클릭합니다.
- 이 시점에서 레이블 단추를 선택하여 정적 식별 프로세스와 동일한 단계를 사용하여 레이블 점을 식별하고 확인합니다. 필요한 경우 불완전한 식별 지점을 보완하십시오. 레이블이 지정되지 않은 마크를 삭제합니다.
- 피사체 교정 창에서 동적 플러그인 게이지를 선택합니다. 시작 버튼을 클릭하여 데이터를 실행합니다. 사후 처리를 위해 c3d 형식으로 모터 시험을 내보냅니다.
6. 데이터 분석
- 운동학 데이터를 처리합니다. 조인트 각도 데이터를 내보내기 전에 10Hz(운동성)의 차단 주파수로 4차 저패스 버터워스 필터를 적용합니다. 조인트 각도의 데이터를 내보냅니다.
- 한 자세 단계에서 3개의 평면(좌탈, 정면 및 횡방향)에서 하반신 관절(엉덩이, 무릎 및 발목)의 운동 범위(ROM), 피크 각도 및 피크 각도 속도(엉덩이, 무릎 및 발목)를 계산합니다.
7. 통계 분석
- 페어링된 샘플 T-테스트를 사용하여 5km 달리기의 초기(IR) 및 말단 위상(TR) 사이의 하부 사지 역학(피크 각도, ROM, 피크 각도 속도)을 비교합니다.
- 각 피사체의 5개의 유효한 시험의 평균 값과 표준 편차를 계산하여 서로 다른 실행 거리를 계산합니다. 중요도 수준을 p&05로 설정합니다.
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Representative Results
결과는 발목과 엉덩이의 피크 각도에 있는 아무 차이가 좌완 평면에서 관찰되지 않았다는 것을 보여주었습니다. IR에 비해, 정면 평면의 발목과 무릎의 피크 각도는 TR에서 크게 증가했습니다. IR과 대조되는 TR에서 더 큰 내부 엉덩이 각도가 발견되었습니다. 그러나, TR은IR(그림 2)보다엉덩이 납치, 발목 인터로테이션 및 무릎 인터로테이션에서 더 작은 피크 각도를 제시했다.
좌골 평면에서, 발목과 무릎의 ROM은 TR에 비해 IR에서 크게 증가했다. 전두엽 평면에서, 엉덩이 ROM은 IR에 비해 TR에서 현저히 감소하였고, 반면 발목과 무릎의 ROM은 IR보다 TR에서 증가하였다. 횡단 평면에서 무릎 ROM은 IR 실행에 비해 TR에서 현저히 낮은 것으로 나타났지만 발목과 엉덩이의 ROM에서 차이가 발견되지않았습니다(도 3).
IR과 TR 사이의 피크 각도 속도의 변화도 평가되었다. 적신 평면에서는 실험 전반에 걸쳐 엉덩이와 무릎 관절의 피크 각도 속도에 큰 차이가 없었습니다. 발목 도르시플렉시온의 더 큰 피크 각 속도는 TR에서 지적되었다. 자세 단계에서, 엉덩이 납치와 무릎 납치 속도의 작은 피크 각도 속도 TR에서 밝혀졌다. 엉덩이 인터로테이션의 피크 각도 속도는 TR에서 증가했습니다. 발목 역전, 무릎, 발목 인터로테이션 속도에큰 차이가 없었다.
그림 2. 발목, 무릎 및 엉덩이에 대한 피크 각도는 1 걸음 주기 동안 발목, 무릎 및 엉덩이 (A), 정면 (B), 및 횡방향 평면 (C)에 대한 피크 각도 (IR N = 10; TR: N=10). IR과 TR 간의 상당한 차이점은 별표(*)로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 걸음걸이 주기 IR-vs.TR 동안 조인트 ROM의 변화(평균 값). * 통계적 유의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 피크 각도 속도(deg/s) |
Ir 평균 ±SD |
Tr 평균 ±SD |
p-값 |
| 엉덩이 굴곡 | 182.58±38.38 | 130.00±47.80 | 0.075 |
| 무릎 굴곡 | 221.88±22.90 | 266.00±26.36 | 0.07 |
| 발목 등자극 | 326.11±20.49 | 344.85±43.76 | 0.046* |
| 엉덩이 납치 | 256.06±47.31 | 245.54±38.17 | 0.000* |
| 무릎 납치 | 128.65±17.04 | 96.14±15.50 | 0.041* |
| 발목 반전 | 235.43±41.68 | 232.95±11.60 | 0.915 |
| 엉덩이 int. 회전 | 195.92±7.85 | 302.32±29.14 | 0.012* |
| 무릎 int. 회전 | 353.83±66.05 | 355.26±39.74 | 0.912 |
| 발목 int. 회전 | 135.01±42.77 | 146.85±23.60 | 0.664 |
표 1. 무릎, 엉덩이 및 발목의 비교는 실행 전후 에 각 속도 피크. IR과 TR 간의 상당한 차이점은 별표(*)로 표시됩니다.
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Discussion
이 연구는 아마추어 주자의 낮은 극단의 생체 역학적 특성에 장거리 실행의 효과를 비교했다. 발목 혐오와 무릎 납치의 피크 각도가 5km 달리기 후에 증가한 것으로 나타났으며, 이는 이전연구(17)와일치한다. 연구 결과에 따르면 과도한 발목 혐오감과 혐오 속도는 발목 부상 의 위험을 증가시키는 중요한 요소인 것으로 나타났다18,,19. 무릎 운동학이 장거리 달리기15,,17에의해 영향을 받는 다는 것을 보여주었기 때문에 무릎 ROM이 5km 달리기의 TR에서 증가했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
마찬가지로, 무릎 회전 각도 범위는 횡방향 평면에서 감소된다. 주자가 TR20에서피로를 경험하지 않았기 때문에 그 이유 중 하나를 설명 할 수 있습니다. IR에 비해, 엉덩이 인터로테이션 피크 각도는 TR에서 더 컸다. 이전 연구는 고관절 연회전의 증가 각도가 경골(21)의스트레스 골절로 이어질 수 있음을 나타냈다. 또한 고관절 회전 각 속도는 근육손상(22,23)과23관련이 있는 것으로 보고되었다. 본 연구에서, 고관절 연회전의 각 속도는 TR. Hip 불안정에서 더 컸으며, 하반신부상(24)에대한 중요한 메커니즘으로 여겨진다.
여기에 제시된 결과는 실험 중 많은 절차에 따라 달라집니다. 첫째, 조명을 끄고 다른 가능한 반사 물체를 제거해야 합니다. 캡처 볼륨이 원치 않는 반사를 일으킬 수 있는 개체로부터 완전히 제거되도록 하는 것이 중요합니다. 둘째, 평가판을 캡처하기 위해 도구 캡처 창에서 원하는 매개 변수를 선택하는 것이 중요합니다. 셋째, 테스트를 시작하기 전에 러닝머신을 테스트 영역의 중앙에 두어야 합니다. 또한,이 연구에다른 잠재적 인 제한이 있습니다. 이 실험을 위해 아마추어 주자는 10명뿐이었습니다. 이 연구의 추가 제한은 달리기 거리와 관련이 있을 수 있습니다. 미래의 연구는 근육 활동과 관절 순간에 다른 운동화와 다른 거리의 효과에 초점을 맞추어야한다.
이 연구의 결과는 5km 달리기의 IR 및 TR에 대해 부상 위험의 다른 수준이 존재할 수 있음을 나타냅니다. 주자는 과학적으로 실행 훈련 계획을 준비해야, 훈련 전과 훈련 하는 동안 균형 능력을 강화, 발목과 무릎 관절의 부상 위험을 줄이기 위해 쿠션 기능으로 운동화를 선택.
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Disclosures
저자에 의해 잠재적 이해 상충이 보고되지 않았습니다.
Acknowledgments
중국 국립자연과학재단(81772423), 닝보대학의 K. C. 웡 마그나 펀드, 중국 국립핵심R&D 프로그램(2018YFF0300903)이 후원하는 이 연구.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=22 | |
| Double Adhesive Tape | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | For fixing markers to skin | |
| Heart Rate | Garmin, HRM3-SS, China | Detection of fatigue state | |
| Motion Tracking Cameras | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n= 8 | |
| T-Frame | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | |
| Treadmill | Smart Run,China | Subject run on the treadmill for all the process. | |
| Valid Dongle | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Vicon Nexus 1.4.116 | |
| Vicon Datastation ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - |
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