Summary
Este estudio investigó las características biomecánicas de las variables cinemáticas de las extremidades inferiores entre la fase inicial y terminal de 5 km de funcionamiento de la cinta de correr. Los datos cinemáticos de las extremidades inferiores de 10 corredores se recopilaron utilizando un sistema de captura de movimiento tridimensional en una cinta de correr en la fase inicial (0,5 km) y la fase terminal (5 km), respectivamente.
Abstract
Correr es beneficioso para la salud física, pero también va acompañado de muchas lesiones. Sin embargo, los principales factores que conducen a lesiones en ejecución siguen siendo inexplicables. Este estudio investigó los efectos de la larga distancia de carrera en las variables cinemáticas de las extremidades inferiores y se comparó la diferencia cinemática de las extremidades inferiores entre la fase inicial (IR) y la fase terminal (TR) de 5 km de funcionamiento. Diez corredores aficionados corrieron en una cinta de correr a una velocidad de 10 km/h. Se recogieron datos cinemáticos dinámicos en la fase de IR (0,5 km) y TR (5 km), respectivamente. El ángulo de pico, las velocidades angulares del pico y el rango de movimiento se registraron en este experimento. Los principales resultados demostraron lo siguiente: la eversión del tobillo y la abducción de rodilla se incrementaron en TR; RoMs de tobillo y rodilla se incrementaron en el plano frontal en TR que IR; una velocidad angular pico más grande de dorsiflexión del tobillo e interrotación de cadera se encontraron en TR en comparación con IR. Estos cambios durante la carrera de larga distancia pueden proporcionar algunos detalles específicos para explorar posibles razones de lesiones por carreras.
Introduction
Correr es el deporte más popular en todo el mundo. Hay un gran número de individuos que se ejecutan y este número aumenta sustancialmente cada año1. Se ha sugerido que la participación en el ejercicio regular, incluido el funcionamiento, puede promover la salud, reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares y mejorar así la esperanza de vida2,3,4. A pesar de los importantes beneficios para la salud de correr, la incidencia de lesiones en carreras ha aumentado del 25% al 83% en los años5,,6. Hay algunos riesgos asociados con el funcionamiento, especialmente a las extremidades inferiores, que se centran principalmente en lesiones musculoesqueléticas7. La mayoría de las lesiones comunes relacionadas con el funcionamiento están relacionadas con el dolor patelofemoral, el esguince de tobillo, las fracturas por estrés tibial y la fascitis plantar8. Las lesiones de carrera pueden ser inducidas por muchos factores, como patrones de golpeo incorrectos en los pies, selección incorrecta de zapatos y otros factores biomecánicos individuales9. Por ejemplo, correr con un patrón de golpe en el talón puede conducir a una mayor pronación, y se acompaña de una mayor presión plantar en el lado medial del pie, lo que puede conducir a un mayor riesgo para la tendinopatía de Aquiles y el dolor patelofemoral10. Además, correr con una mayor rotación interna de la rodilla se ha divulgado previamente para estar asociado con el síndrome de la banda iliotibial para las mujeres corredoras11,especialmente cuando se corre largas distancias.
Los parámetros de la cinética, la cinemática y los componentes del espacio-tiempo pueden proporcionar un análisis preciso de la biomecánica de la marcha, y actualmente se considera un parámetro importante para el análisis clínico de la marcha12. Las fuerzas de reacción verticales inferiores del suelo y las aceleraciones de impacto más grandes se recodifican después de correr de larga distancia13,,14. Excursión de cadera más alta y flexión de rodilla más pequeña también se han encontrado junto con los músculos fatigados15,y el aumento de la frecuencia de zancada puede resultar en longitudes de zancada reducidas13,16.
Sin embargo, los cambios en las características biomecánicas de las extremidades inferiores en la fase de funcionamiento inicial y terminal no se han analizado completamente, ya que la mayoría de los estudios midieron la variación biomecánica después de ejecutarse. Además, sólo unos pocos estudios utilizan técnicas de laboratorio estándar para evaluar los efectos de la carrera de larga distancia en los cambios biomecánicos de la marcha en los corredores aficionados. Los principales factores que conducen a lesiones en carreras aún no están claros. Por lo tanto, con el fin de revelar las razones subyacentes de las lesiones en las extremidades inferiores causadas por la carrera de larga distancia, este estudio tiene como objetivo comparar los cambios biomecánicos de la extremidad inferior entre las fases IR y TR en la cinta de correr 5 km corriendo en corredores aficionados.
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Protocol
Se obtuvo el consentimiento fundamentado por escrito de los sujetos y los procedimientos de prueba fueron aprobados por el comité de ética de la universidad. Todos los participantes fueron informados de los requisitos y el proceso del ensayo.
1. Preparación de laboratorio
- Durante la calibración, apague las luces y retire otros objetos posiblemente reflectantes. Asegúrese de que ocho cámaras estén colocadas adecuadamente y tengan una vista clara sin reflexión.
- Abra el programa Vicon Nexus 1.8.5 y, a continuación, inicialice las cámaras. Seleccione Sistema ? Sistema Local (Local System) Cámaras MX en el panel Recursos y las cámaras se activarán.
NOTA: En el panel Propiedades, es necesario ajustar los parámetros. El rango de valores de la intensidad estroboscópica se ajusta a 0,95-1, y el rango de valores del umbral se establece en 0,2-0,4. Establezca el modo de escala de grises en Automático. La relación de circularidad mínima se establece en 0,5, y la ganancia a los tiempos1 (x1), la altura máxima del blob en 50 y seleccione Habilitar LED . - Coloque el marco en T en el centro del área de captura, seleccione todas las cámaras en el sistema y utilice el modo 2D. Confirme que el marco T está en la vista de la cámara sin puntos de interferencia. Seleccione el primer elemento Preparación del sistema en la barra de herramientas. En la lista desplegable T-Frame, seleccione el objeto de calibración 5 Marker Wand & T-Frame.
- En el panel Herramientas de preparación del sistema, haga clic en el botón Inicio de la sección Cámaras de máscara. A continuación, haga clic en el botón Inicio en la sección Calibrar cámara MX.
NOTA: Cuando se completa el proceso de calibración, la barra de progreso se restaura a 0%. - Coloque el marco en T en el centro de la cámara para establecer el origen de las coordenadas.
- En el panel Herramienta, haga clic en el botón Inicio en la sección Establecer origen de volumen.
- Coloque la cinta de correr en el centro de la zona de prueba. Las ocho cámaras se muestran alrededor de la cinta de correr (Figura 1).
- Fije un total de 22 marcadores reflectantes (diámetro: 14 mm) con cinta adhesiva de doble cara sobre los sujetos de antemano.
Figura 1: Probar el diseño del sitio. Las cámaras capturan el movimiento de las extremidades inferiores mientras los sujetos corren en la cinta de correr. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Preparación del sujeto
- Antes de la prueba, entrevista a los sujetos en el laboratorio y dar una explicación simple de los procedimientos experimentales. A continuación, pida a los participantes que completen un cuestionario. Resuma los resultados de estos cuestionarios.
- Utilice las siguientes preguntas:
- ¿Con qué frecuencia corres en una semana?
- ¿Cuántos años llevas corriendo?
- ¿Ha sufrido alguna lesión en las extremidades inferiores o ha recibido cirugías en las extremidades inferiores en los últimos seis meses?
- ¿Cuántos kilómetros corres por semana?
- Utilice las siguientes preguntas:
- Utilice los siguientes criterios de inclusión: todos los participantes eran dominantes en la pierna derecha y sin lesiones en las extremidades inferiores en los seis meses anteriores al estudio. Todos los participantes corrieron al menos 15 km por semana.
NOTA: Se seleccionaron diez corredoras recreativas sanas (edades: 23,4 x 1,3 años; altura: 160,7 x 3,8 cm; masa: 50,3 x 2,3 kg; años de carrera: 3,2 x 1,2 años).- Obtener el consentimiento informado por escrito de los participantes que cumplan con los criterios de inclusión.
- Exigir que los participantes usen medias y pantalones uniformes.
- Registre la altura de los sujetos (mm), el peso (kg), la longitud inferior de las extremidades (mm), la anchura de la rodilla (mm) y la anchura del tobillo (mm) para el modelo estadístico.
- Coloque 16 marcadores reflectantes en los sujetos en los siguientes lugares: columna iliaca superior anterior-superior, columna vertebral ilíaca superior posterior, muslo medio lateral, rodilla lateral, vástago medio lateral, maléolo lateral, segunda cabeza metatarsiano y calcáneo. Coloque los marcadores en la segunda cabeza metatarsal y calcáneo en los puntos anatómicos correspondientes de los calcetines y zapatos.
- Instruya a los participantes a usar zapatillas deportivas uniformes para correr. Haga que los participantes se calienten con luz corriendo y estirando durante 5 minutos.
3. Calibración estática
- Haga clic en el botón Administración de datos de la barra de herramientas y seleccione Administración de datos. Haga clic en la pestaña Nueva base de datos de la barra de herramientas, seleccione la ubicación,describa el nombre del ensayo y la plantilla clínicay haga clic en el botón Crear.
- En la ventana Abrir base de datos, seleccione el nombre de la base de datos que se creó. En la interfaz abierta, haga clic en el botón verde Nueva clasificación del paciente, el botón amarillo Nuevo paciente y el botón gris Nueva sesión para crear la información experimental, incluido el tipo de sujeto, el nombre del sujeto y el estado de la acción diferente.
- Vuelva al panel Nexus, en la barra de herramientas izquierda, haga clic en Sujetos para crear un nuevo conjunto de datos de sujeto y elija el modelo de prueba. En el panel Propiedades, rellene todas las medidas antropométricas: altura (mm), peso (kg), longitud inferior de las extremidades (mm), anchura de rodilla (mm) y anchura del tobillo (mm).
- Haga clic en el botón Ir en vivo, seleccione Spilt horizontalmente y elija el gráfico para comprobar el recuento de trayectorias.
NOTA: Asegúrese de que todos los marcadores estén visibles en la vista Perspectiva 3D. Esto indica que todos los marcadores se pueden capturar para su análisis. - Prepárese para capturar el modelo estático. En el panel Herramientas de captura, haga clic en el botón Inicio de la sección Captura de sujeto.
NOTA: Durante todo el proceso de recopilación de datos, los sujetos deben permanecer inmómtense en el área de captura para recopilar 140-200 fotogramas de imágenes. A continuación, haga clic en el botón Detener. - En el panel de perspectiva, vea las marcas de captura. Haga clic en el botón Tubería del panel Herramientas y seleccione Ejecutar la canalización de reconstrucción para crear una imagen 3D de los marcadores capturados. A continuación, etiquete manualmente el modelo estático. Cuando se complete la identificación, guarde y pulse ESC para salir.
- En la barra de herramientas, elija la preparación del sujeto y la calibración del sujeto. Seleccione la opción Static plug-in gait en la lista desplegable. En el panel Configuración estática, elija el pie izquierdo y el pie derecho,haga clic en el botón De inicio y guarde el modelo estático.
4. Ensayos dinámicos
- Cuando haya terminado de recopilar los datos estáticos, seleccione Capturar en la barra de herramientas derecha. Elija Tipo de prueba y Sesión de arriba a abajo y rellene la descripción de la prueba.
- Pida a los participantes que corran en la cinta de correr de la siguiente manera.
- Calienta caminando a 8 km/h durante 1 min.
- Pida al participante que corra en la cinta de correr a una velocidad de 10 km/h. Después de un período de adaptación de 4 min a esta velocidad, registre los datos de funcionamiento de 40 s. Recoger los datos cinemáticos a una distancia de 0,5 km y 5 km, respectivamente.
- Pida a los sujetos que usen un monitor de frecuencia cardíaca para registrar la frecuencia cardíaca y controlar el estado de fatiga de los sujetos mientras corren.
- En el panel Captura de herramientas, haga clic en el botón Inicio. Después de recopilar las pruebas dinámicas, haga clic en Detener para finalizar la colección.
5. Post-procesamiento
- Abra la ventana Administración de datos y haga doble clic en el nombre de la prueba. Haga clic en el botón Reconstruir tubería y etiquetas de la barra de herramientas para reconstruir la posición del punto de marca.
- En la ventana Perspectiva, mueva los triángulos azules de la barra de tiempo para establecer el intervalo de tiempo requerido.
- Cambie la vista de la línea de tiempo para que muestre solo el rango seleccionado, haga clic en la barra de tiempo y haga clic en Zoom a región de interés.
- En este punto, seleccione el botón Etiqueta para identificar y comprobar los puntos de etiqueta, con los mismos pasos que el proceso de identificación estática. Si es necesario, complemente algunos puntos de identificación incompletos. Elimine las marcas sin etiquetar.
- En el panel Calibración de asunto, seleccione el Gait de complemento dinámico. Haga clic en el botón Inicio para ejecutar los datos. Exportar ensayos motorales en formato c3d para postprocesamiento.
6. Análisis de datos
- Procesar los datos cinemáticos. Aplique un filtro Butterworth de paso bajo de cuarto orden con una frecuencia de corte de 10 Hz (cinemática) antes de exportar los datos del ángulo de la junta. Exporte los datos del ángulo de unión.
- Calcule el rango de movimiento (ROM), el ángulo máximo y la velocidad angular máxima de las articulaciones de las extremidades inferiores (cadera, rodilla y tobillo) en tres planos (sagittal, frontal y transversal) durante una fase de posición.
7. Análisis estadístico
- Utilice la prueba T de muestra emparejada para comparar la cinemática de las extremidades inferiores (ángulos de pico, ROM, velocidad angular máxima) entre la fase inicial (IR) y la fase terminal (TR) de 5 km en funcionamiento.
- Calcule los valores medios y las desviaciones estándar de los cinco ensayos válidos de cada sujeto para diferentes distancias de carrera. Establezca el nivel de significancia en p < 0.05.
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Representative Results
Los resultados mostraron que no se observaron diferencias en el ángulo máximo del tobillo y la cadera en el plano sagital. En comparación con IR, los ángulos máximos del tobillo y la rodilla en el plano frontal se incrementaron significativamente en TR. Un ángulo interno de cadera más grande se encontró en TR como contraste con IR. Sin embargo, TR presentó un ángulo de pico más pequeño en la abducción de cadera, interrotación de tobillo e interrotación de rodilla que IR (Figura 2).
En el plano sagital, las ROMs del tobillo y la rodilla aumentaron significativamente en IR en comparación con TR. En el plano frontal, rom de cadera se redujo significativamente en TR en comparación con IR, mientras que las ROMs del tobillo y la rodilla se incrementó en TR que IR. En el plano transversal, rom de rodilla se encontró que era significativamente más bajo en el TR en comparación con el IR corriendo, pero no se encontraron diferencias en las ROMs del tobillo y la cadera (Figura 3).
También se evaluaron los cambios en la velocidad angular máxima entre IR y TR. En el plano sagital, no hubo diferencia significativa en la velocidad angular máxima de las articulaciones de la cadera y la rodilla a lo largo del experimento. Una velocidad angular pico más grande de dorsiflexión del tobillo se observó en TR. En la fase de postura, la velocidad angular pico más pequeña de la abducción de la cadera y la velocidad de abducción de la rodilla se revelaron en TR. La velocidad angular máxima de la interrotación de cadera aumentó en TR. No hubo diferencia significativa en la velocidad de eversión del tobillo, rodilla y tobillo a lo largo de la carrera.
Figura 2. Angulo máximo para tobillo, rodilla y cadera en planos sagitales (A), frontales (B) y transversales (C) durante un ciclo de marcha (IR N-10; TR: N-10). Las diferencias significativas entre el IR y el TR se indican con un asterisco (*). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Cambios en la ROM conjunta durante el ciclo de marcha IR- vs.TR (valores medios). * Significación estadística. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Velocidad angular máxima (deg/s) |
IR Media-SD |
Tr Media-SD |
valor p |
| Flexión de cadera | 182,58 x 38,38 | 130,00 a 47,80 | 0.075 |
| Flexión de rodilla | 221,88 x 22,90 | 266,00 a 26,36 | 0.07 |
| Dorsiflexión del tobillo | 326,11 a 20,49 | 344,85 x 43,76 | 0.046* |
| Secuestro de cadera | 256,06-47,31 | 245,54 x 38,17 | 0.000* |
| Secuestro de rodilla | 128,65 x 17,04 | 96,14 a 15,50 | 0.041* |
| Everión del tobillo | 235,43 x 41,68 | 232,95 x 11,60 | 0.915 |
| La cadera int. rotación | 195,92 x 7,85 | 302,32 a 29,14 | 0.012* |
| Rodilla int. rotación | 353.83 a 66,05 | 355,26 x 39,74 | 0.912 |
| Tobillo int. rotación | 135,01 a 42,77 | 146,85 a 23,60 | 0.664 |
Tabla 1. Comparaciones de la velocidad angular de la rodilla, la cadera y el tobillo antes y después de correr. Las diferencias significativas entre el IR y el TR se indican con un asterisco (*).
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Discussion
Este estudio comparó el efecto de la carrera de larga distancia en las características biomecánicas de la extremidad inferior en los corredores aficionados. Se encontró que el ángulo máximo de la eversión del tobillo y la suducción de rodilla aumentó después de 5 km corriendo, lo que es consistente con un estudio anterior17. Los estudios han demostrado que la versión excesiva del tobillo y la velocidad de la eversión son factores importantes que aumentan el riesgo de lesiones en el tobillo18,,19. No es de extrañar que la ROM de rodilla aumentó en TR de 5 km corriendo porque los estudios han demostrado que la cinemática de la rodilla se ven afectados por el funcionamiento de larga distancia15,17.
Del mismo modo, el rango de ángulo de rotación de la rodilla se reduce en el plano transversal. Una de las razones se puede explicar porque el corredor no experimentó fatiga en TR20. En comparación con IR, el ángulo de pico de interrotación de cadera fue más grande en TR. Estudios previos indicaron que un mayor ángulo de interrotación de cadera puede conducir a fracturas por estrés de la tibia21. También se informó que la velocidad angular de interrotación de cadera se asoció con lesión muscular22,,23. En este estudio, la velocidad angular de la interrotación de cadera fue mayor en TR. La inestabilidad de la cadera se considera como un mecanismo importante para la lesión de las extremidades inferiores24.
Los resultados presentados aquí dependen de muchos procedimientos durante el experimento. En primer lugar, las luces deben apagarse y se deben retirar otros objetos reflectantes posibles. Es importante asegurarse de que el volumen de captura está totalmente libre de objetos que pueden causar reflejos no deseados. En segundo lugar, es vital seleccionar los parámetros deseados en el panel Captura de herramientas para capturar una versión de prueba. En tercer lugar, antes de iniciar la prueba, la cinta de correr debe colocarse en el centro de la zona de ensayo. Además, hay otras limitaciones potenciales en este estudio. Sólo 10 corredores aficionados fueron reclutados para este experimento. Otra limitación de este estudio podría estar relacionada con la distancia de carrera. Los estudios futuros deben centrarse en el efecto de diferentes distancias con diferentes zapatillas de running en las actividades musculares y momentos articulares.
Los resultados de este estudio indican que pueden existir diferentes niveles de riesgo de lesión para IR y TR de 5 km de carrera. Los corredores deben organizar planes de entrenamiento de carrera científicamente, fortalecer las habilidades de equilibrio antes y durante el entrenamiento, y elegir zapatillas de running con funciones de amortiguación para reducir los riesgos de lesiones de la articulación del tobillo y la rodilla.
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Disclosures
Los autores no informaron de un posible conflicto de intereses.
Acknowledgments
Este estudio fue patrocinado por la National Natural Science Foundation of China (81772423), el Fondo K. C. Wong Magna en la Universidad de Ningbo y el Programa Nacional de I+D Clave de 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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