Summary
Este estudo investigou as características biomecânicas das variáveis cinemáticas da extremidade inferior entre a fase inicial e terminal de 5 km de corrida da esteira. Os dados cinemáticos dos membros inferiores de 10 corredores foram coletados utilizando um sistema de captura de movimento tridimensional em uma esteira na fase inicial (0,5 km) e na fase terminal (5 km), respectivamente.
Abstract
Correr é benéfico para a saúde física, mas também é acompanhado por muitas lesões. No entanto, os principais fatores que levam à lesão na corrida permanecem inexplicáveis. Este estudo investigou os efeitos da longa distância de execução em variáveis cinemáticas de membros inferiores e a diferença cinemática do membro inferior entre a fase inicial (IR) e terminal (TR) de 5 km de funcionamento foi comparada. Dez corredores amadores correram em uma esteira a uma velocidade de 10 km/h. Dados cinemáticos dinâmicos foram coletados na fase de IR (0,5 km) e TR (5 km), respectivamente. O ângulo de pico, velocidades angulares de pico e alcance de movimento foram registrados neste experimento. Os principais resultados demonstraram o seguinte: a eversão do tornozelo e o sequestro do joelho foram aumentados na TR; AS ROMs de tornozelo e joelho foram aumentadas no plano frontal em TR do que ir; uma velocidade angular de pico maior de dorsiflexão do tornozelo e interrotação do quadril foram encontradas em TR em comparação com IR. Essas alterações durante a corrida de longa distância podem fornecer alguns detalhes específicos para explorar possíveis razões de lesões de corrida.
Introduction
Correr é o esporte mais popular em todo o mundo. Há um grande número de indivíduos que correm e esse número aumenta substancialmente a cada ano1. Tem sido sugerido que a participação em exercícios regulares, incluindo a corrida, pode promover a saúde, reduzir o risco de doenças cardiovasculares e, assim, melhorar a expectativa de vida2,3,4. Apesar dos benefícios significativos para a saúde da corrida, a incidência de lesões em execução aumentou de 25% para 83% ao longo dos anos5,6. Existem alguns riscos associados à corrida, especialmente às extremidades inferiores, que são principalmente focadas em lesões musculoesqueléticos7. A maioria das lesões relacionadas à corrida são relacionadas a dor patelar, entorse no tornozelo, fraturas por estresse tibial e fascite plantar8. Lesões de corrida podem ser induzidas por muitos fatores, como padrões incorretos de golpes nos pés, seleção incorreta de sapatos e outros fatores biomecânicos individuais9. Por exemplo, correr com um padrão de ataque de calcanhar pode levar a uma maior pronação, e é acompanhado por maior pressão plantar no lado medial do pé, o que pode levar a um risco maior para tendinopatia de Aquiles e dor patelar10. Além disso, correr com maior rotação interna do joelho tem sido relatado anteriormente estar associado à síndrome da banda iliotibial para corredoras11mulheres, especialmente quando corre longas distâncias.
Parâmetros de cinética, cinemática e componentes do espaço-tempo podem fornecer uma análise precisa da biomecânica da marcha, e atualmente é considerado um parâmetro importante para a análise clínica da marcha12. Forças de reação vertical mais baixas e acelerações de impacto maiores são recodificadas após a execução de longa distância13,14. Maior excursão do quadril e flexãos menores do joelho também foram encontradas juntamente com músculos cansados15, e a frequência aumentada do passo pode resultar em comprimentos reduzidos de passo13,16.
No entanto, as alterações nas características biomecânicas dos membros inferiores na fase de execução inicial e terminal não foram totalmente analisadas, uma vez que a maioria dos estudos mediu a variação biomecânica após a execução. Além disso, apenas alguns estudos utilizam técnicas de laboratório padrão para avaliar os efeitos da corrida de longa distância em mudanças biomecânicas de marcha em corredores amadores. Os principais fatores que levam a lesões de corrida ainda não estão claros. Portanto, a fim de revelar as razões subjacentes para lesões nas extremidades inferiores causadas pela corrida de longa distância, este estudo tem como objetivo comparar as mudanças biomecânicas da extremidade inferior entre as fases IR e TR na esteira de 5 km correndo em corredores amadores.
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Protocol
O consentimento por escrito foi obtido dos sujeitos e os procedimentos de teste foram aprovados pelo comitê de ética da universidade. Todos os participantes foram informados dos requisitos e processo do julgamento.
1. Preparação laboratorial
- Durante a calibração, desligue as luzes e remova outros objetos possivelmente reflexivos. Certifique-se de que oito câmeras sejam colocadas adequadamente e tenham uma visão clara sem reflexo.
- Abra o programa Vicon Nexus 1.8.5 e, em seguida, inicialize as câmeras. Selecionar sistema | Sistema Local | Câmeras MX no painel Recursos e as câmeras se engajarão.
NOTA: No painel Propriedades, os parâmetros precisam ser ajustados. A faixa de valores da intensidade estroboscópica é ajustada para 0,95-1, e a faixa de valor do limiar é definida para 0,2-0,4. Defina o modo de escala de cinza para Auto. A taxa de circularidade mínima é definida como 0,5, e o Ganho para vezes 1 (x1), a altura máxima da bolha para 50 e selecionar Habilitar LEDs. - Coloque o quadro T no centro da área de captura, selecione todas as câmeras do sistema e use o modo 2D. Confirme se o quadro T está na visão da câmera sem pontos de interferência. Selecione o primeiro item Preparação do sistema na barra de ferramentas. Na lista de quedas do quadro T, selecione o objeto de calibração de 5 inclinações de inclinação de inclinação de marcador e t-frame.
- No painel Ferramentas de Preparação do sistema, clique no botão Iniciar na seção Câmeras de máscara. Em seguida, clique no botão Iniciar na seção Calibrar a câmera MX.
NOTA: Quando o processo de calibração é concluído, a barra de progresso é restaurada para 0%. - Coloque o quadro T no centro da câmera para estabelecer a origem das coordenadas.
- No painel Ferramenta, clique no botão Iniciar na seção Definir Origem do Volume.
- Coloque a esteira no centro da zona de teste. As oito câmeras são exibidas ao redor da esteira (Figura 1).
- Conecte um total de 22 marcadores reflexivos (diâmetro: 14 mm) com fita dupla face nos sujeitos com antecedência.
Figura 1: Layout do local de teste. Câmeras captam movimento de membros inferiores enquanto os sujeitos correm na esteira. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Preparação do assunto
- Antes do teste, entrevistar sujeitos em laboratório e dar uma explicação simples dos procedimentos experimentais. Em seguida, os participantes preencheram um questionário. Resumindo os resultados desses questionários.
- Use as seguintes perguntas:
- Quantas vezes você corre em uma semana?
- Por quantos anos você está correndo?
- Você sofreu alguma lesão nas extremidades inferiores ou recebeu cirurgias de extremidade inferior nos últimos seis meses?
- Quantos quilômetros você corre por semana?
- Use as seguintes perguntas:
- Utilizar os seguintes critérios de inclusão: todos os participantes foram dominantes na perna direita e sem lesões nas extremidades inferiores nos últimos seis meses antes do estudo. Todos os participantes corriam pelo menos 15 km por semana.
NOTA: Foram selecionadas dez corredoras femininas recreativas saudáveis (idades: 23,4±1,3 anos; altura: 160,7±3,8 cm; massa: 50,3±2,3 kg; anos de corrida: 3,2±1,2 anos).- Obter consentimento por escrito dos participantes que atendam aos critérios de inclusão.
- Exija que os participantes usem meias e calças uniformes.
- Regissão da altura (mm), peso (kg), comprimento do membro inferior (mm), largura do joelho (mm) e largura do tornozelo (mm) para o modelo estatístico.
- Coloque 16 marcadores reflexivos sobre os sujeitos nos seguintes locais: coluna ilícía anterior-superior, coluna ilícía posterior-superior, meio-coxa lateral, joelho lateral, perna média lateral, maleolus lateral, cabeça metatarsal segunda e calcâneo. Coloque os marcadores na segunda cabeça metatarsal e calcâneo nos pontos anatômicos correspondentes das meias e sapatos.
- Instrua os participantes a usar sapatos de corrida esportivos uniformes. Que os participantes se aqueçam com leve corrida e alongamento por 5 minutos.
3. Calibração estática
- Clique no botão Gerenciamento de dados na barra de ferramentas, selecione Gerenciamento de Dados. Clique na guia Novo Banco de dados na barra de ferramentas, selecione o local,descreva o nome do teste e o Modelo Clínicoe clique no botão criar.
- Na janela Banco de dados Aberto, selecione o nome do banco de dados criado. Na interface aberta, clique no botão verde Nova Classificação do Paciente, no botão amarelo Novo Paciente e no botão cinza Nova sessão para criar as informações experimentais, incluindo tipo de assunto, nome do assunto e status de ação diferente.
- Volte para o painel Nexus, na barra de ferramentas esquerda, clique em Objetos para criar um conjunto de dados do Novo Assunto e escolha o modelo de teste. No painel Propriedades,preencha todas as medidas antropométricas: altura (mm), peso (kg), comprimento do membro inferior (mm), largura do joelho (mm) e largura do tornozelo (mm).
- Clique no botão Ir ao vivo, selecione Spilt horizontalmente e escolha o gráfico para verificar a contagem de trajetórias.
NOTA: Certifique-se de que todos os marcadores estão visíveis na visualização perspectiva 3D. Isso indica que todos os marcadores podem ser capturados para análise. - Prepare-se para capturar o modelo estático. No painel Ferramentas de captura, clique no botão Iniciar na seção Captura de assunto.
NOTA: Durante todo o processo de coleta de dados, os sujeitos devem permanecer parados na área de captura para coletar 140-200 quadros de imagens. Em seguida, clique no botão Parar. - No painel de perspectiva, veja as marcas de captura. Clique no botão Pipeline no painel Ferramentas, selecione Executando o Pipeline de reconstrução para criar uma imagem 3D dos marcadores capturados. Em seguida, rotule manualmente o modelo estático. Quando a identificação estiver concluída, salve e pressione a ESC para sair.
- Na barra de ferramentas, escolha a preparação do assunto e a calibração do assunto. Selecione a opção de marcha plug-in estática na lista de gotas. No painel Configurações estáticas, escolha o pé esquerdo e o pé direito,clique no botão iniciar e salve o modelo estático.
4. Ensaios dinâmicos
- Quando terminar de coletar os dados estáticos, selecione Capturar na barra de ferramentas certa. Escolha o tipo de teste e a sessão de cima para baixo e preencha a descrição do teste.
- Peça aos participantes que corram na esteira da seguinte maneira.
- Aqueça caminhando a 8 km/h por 1 min.
- Peça ao participante para correr na esteira a uma velocidade de 10 km/h. Após um período de adaptação de 4 min nesta velocidade, registo os dados de execução para 40 s. Colete os dados cinemáticos a uma distância de 0,5 km e 5 km, respectivamente.
- Peça aos sujeitos que usem um monitor de frequência cardíaca para registrar a frequência cardíaca e monitorar o estado de fadiga dos sujeitos durante a execução.
- No painel Captura de ferramentas, clique no botão Iniciar. Depois de coletar os ensaios dinâmicos, clique em Parar para encerrar a coleção.
5. Pós-processamento
- Abra a janela Gerenciamento de dados, clique duas vezes no nome do teste. Clique no botão reconstruir o pipeline e os rótulos na barra de ferramentas para reconstruir a posição do ponto de marcação.
- Na janela Perspectiva, mova os triângulos azuis na barra de tempo para definir o intervalo de tempo necessário.
- Mude a visão da linha do tempo para que ela mostre apenas o intervalo selecionado, clique na barra de tempo e clique em Zoom para Região de Interesse.
- Neste ponto, selecione o botão Etiquetar para identificar e verificar os pontos de etiqueta, com as mesmas etapas do processo de identificação estática. Se necessário, complemente alguns pontos de identificação incompletos. Exclua as marcas não rotuladas.
- No painel de calibração do assunto, selecione a marcha de plug-in dinâmico . Clique no botão Iniciar para executar os dados. Exportar ensaios motorais em formato c3d para pós-processamento.
6. Análise de dados
- Processe os dados da cinemática. Aplique um filtro Butterworth de quarta ordem com uma frequência de corte de 10 Hz (cinemática) antes de exportar os dados de ângulo conjunto. Exporte os dados do ângulo articular.
- Calcule a faixa de movimento (ROM), ângulo de pico e velocidade angular máxima das articulações dos membros inferiores (quadril, joelho e tornozelo) em três planos (sagital, frontal e transverso) durante uma fase de postura.
7. Análise estatística
- Use t-test de amostra pareada para comparar a cinemática dos membros inferiores (ângulos de pico, ROM, velocidade angular de pico) entre a fase inicial (IR) e terminal (TR) de 5 km de funcionamento.
- Calcular valores médios e desvios padrão dos cinco ensaios válidos de cada assunto para diferentes distâncias de execução. Definir o nível de significância em p < 0,05.
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Representative Results
Os resultados mostraram que não foram observadas diferenças no ângulo máximo do tornozelo e quadril no plano sagital. Em comparação com o IR, os ângulos de pico do tornozelo e do joelho no plano frontal foram significativamente aumentados na TR. Um ângulo interno maior do quadril foi encontrado em TR como contrastado com o IR. No entanto, a TR apresentou um ângulo de pico menor no abdução do quadril, interrotação do tornozelo e interrotação do joelho do que o IR(Figura 2).
No plano sagital, as ROMs do tornozelo e do joelho foram significativamente aumentadas em IR quando comparadas à TR. No plano frontal, a ROM do quadril foi significativamente diminuída em TR em comparação com o IR, enquanto as ROMs do tornozelo e do joelho foram aumentadas em TR do que ir. No plano transversal, verificou-se que a ROM do joelho era significativamente menor na TR em relação à corrida de IR, mas não foram encontradas diferenças nas ROMs do tornozelo e do quadril(Figura 3).
Também foram avaliadas alterações na velocidade angular máxima entre IR e TR. No plano sagital, não houve diferença significativa na velocidade angular máxima das articulações do quadril e joelho durante todo o experimento. Uma velocidade angular de pico maior de dorsiflexão do tornozelo foi notada em TR. Na fase de postura, a menor velocidade angular de pico de abdução do quadril e velocidade de abdução do joelho foram reveladas em TR. A velocidade angular máxima da interrorrotação do quadril aumentou em TR. Não houve diferença significativa na eversão do tornozelo, na velocidade de interrorrotação do joelho e tornozelo durante toda a corrida.
Figura 2. Ângulo máximo para tornozelo, joelho e quadril em agagir (A), plano frontal (B) e transversal (C) durante um ciclo de marcha (IR N=10; TR: N=10). Diferenças significativas entre o IR e a TR são denotadas com um asterisco (*). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Alterações na ROM conjunta durante o ciclo de marcha IR-vs.TR (valores médios). * Significância estatística. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Velocidade angular máxima (deg/s) |
IR Média±SD |
Tr Média±SD |
p-valor |
| Flexão do quadril | 182,58±38,38 | 130,00±47,80 | 0.075 |
| Flexão do joelho | 221,88±22,90 | 266,00±26,36 | 0.07 |
| Dorsiflexão do tornozelo | 326,11±20,49 | 344,85±43,76 | 0.046* |
| Sequestro de quadril | 256,06±47,31 | 245,54±38,17 | 0.000* |
| Sequestro de joelho | 128,65±17,04 | 96,14±15,50 | 0.041* |
| Eversão do Tornozelo | 235,43±41,68 | 232,95±11,60 | 0.915 |
| Rotação de quadril int. | 195,92±7,85 | 302,32±29,14 | 0.012* |
| Rotação de joelho. | 353,83±66,05 | 355,26±39,74 | 0.912 |
| Tornozelo. | 135,01±42,77 | 146,85±23,60 | 0.664 |
Mesa 1. Comparações de joelho, quadril e tornozelo pico velocidade angular antes e depois de correr. Diferenças significativas entre o IR e a TR são denotadas com um asterisco (*).
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Discussion
Este estudo comparou o efeito da corrida de longa distância nas características biomecânicas da extremidade inferior em corredores amadores. Verificou-se que o ângulo máximo de eversão do tornozelo e abdução do joelho aumentou após 5 km de corrida, o que é consistente com um estudo anterior17. Estudos têm demonstrado que a eversão excessiva do tornozelo e a velocidade de eversão são fatores importantes que aumentam o risco de lesões no tornozelo18,19. Não surpreende que a ROM do joelho tenha aumentado em TR de 5 km de corrida porque estudos mostraram que a cinemática do joelho é afetada pela corrida de longa distância15,17.
Da mesma forma, o alcance do ângulo de rotação do joelho é reduzido no plano transversal. Uma das razões pode ser explicada porque o corredor não sentiu cansaço na TR20. Comparado com o IR, o ângulo de pico de interrotação do quadril foi maior em TR. Estudos anteriores indicaram que um ângulo aumentado de interrorrotação do quadril pode levar a fraturas por estresse da tíbia21. Também foi relatado que a velocidade angular da interrotação do quadril estava associada à lesão muscular22,23. Neste estudo, a velocidade angular da interrorrotação do quadril foi maior na TR. A instabilidade do quadril é considerada como um mecanismo importante para a lesão do membro inferior24.
Os resultados aqui apresentados dependem de muitos procedimentos durante o experimento. Em primeiro lugar, as luzes devem ser desligadas e outros possíveis objetos reflexivos devem ser removidos. É importante garantir que o volume de captura esteja totalmente livre de objetos que possam causar reflexos indesejados. Em segundo lugar, é vital selecionar os parâmetros desejados no painel de captura de ferramentas para capturar um ensaio. Em terceiro lugar, antes de iniciar o teste, a esteira deve ser colocada no centro da zona de teste. Além disso, há outras limitações potenciais neste estudo. Apenas 10 corredores amadores foram recrutados para este experimento. Uma limitação adicional deste estudo pode estar relacionada à distância de execução. Estudos futuros devem focar no efeito de diferentes distâncias com diferentes tênis de corrida em atividades musculares e momentos articulares.
Os resultados deste estudo indicam que podem existir diferentes níveis de risco de lesão para IR e TR de 5 km de funcionamento. Os corredores devem organizar planos de treinamento de corrida cientificamente, fortalecer as habilidades de equilíbrio antes e durante o treinamento, e escolher tênis de corrida com funções de amortecimento para reduzir os riscos de lesão da articulação do tornozelo e joelho.
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Disclosures
Nenhum potencial conflito de interesses foi relatado pelos autores.
Acknowledgments
Este estudo foi patrocinado pela National Natural Science Foundation of China (81772423), K. C. Wong Magna Fund na Universidade de Ningbo e pelo Programa Nacional de P&D da China (2018YFF0300903).
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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