الخصائص الميكانيكية الحيوية للأطراف السفلية المرتبطة بإنهاء المشي غير المخطط له تحت سرعات المشي المختلفة
Summary
قارنت هذه الدراسة الخصائص الميكانيكية الحيوية للأطراف السفلية أثناء إنهاء المشي غير المخطط له تحت سرعات المشي المختلفة. تم جمع البيانات الحركية والحركية للأطراف السفلية من خمسة عشر موضوعا مع سرعات المشي العادية والسريعة باستخدام نظام تحليل الحركة ومنصة ضغط البلانتار.
Abstract
إنهاء مشية الناجمة عن التحفيز غير متوقع هو أمر شائع في الحياة اليومية. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا للتحقيق في التغيرات الميكانيكية الحيوية في الطرف السفلي التي تحدث أثناء إنهاء المشي غير المخطط له (UGT) تحت سرعات المشي المختلفة. طلب من 15 مشاركا من الذكور أداء UGT على ممشى بسرعة المشي العادية (NWS) وسرعة المشي السريع (FWS) على التوالي. وتم تطبيق نظام لتحليل الحركة ومنصة ضغط البلانتار لجمع بيانات الضغط الحركي والنباتي للأطراف السفلية. تم استخدام اختبار T ذو العينتين المقترنين لفحص الاختلافات في الحركية السفلية وبيانات الضغط البلانتار بين سرعتي المشي. وأظهرت النتائج مجموعة أكبر من الحركة في مفصل الورك والركبة والكاحل في الطائرة القوسية وكذلك الضغط البلانتار في مناطق القدم الأمامية والكعب خلال UGT في FWS بالمقارنة مع NWS. مع الزيادة في سرعة المشي ، أظهرت الموضوعات خصائص ميكانيكية حيوية مختلفة للأطراف السفلية تظهر FWS المرتبطة بمخاطر الإصابة المحتملة الأكبر.
Introduction
ويعتبر الحركة البشرية لتكون عملية معقدة للغاية التي تحتاج إلى وصفها من قبل أساليب متعددة التخصصات1,2. الجانب الأكثر تمثيلا هو تحليل مشية من قبل النهج الميكانيكية الحيوية. تهدف المشية البشرية إلى الحفاظ على التقدم من البدء إلى الإنهاء ، وينبغي الحفاظ على التوازن الديناميكي في حركة الموقف. على الرغم من أن إنهاء المشية (GT) قد تمت دراسته على نطاق واسع كمهمة فرعية للمشية ، إلا أنه تلقى اهتماما أقل. عرف سبارو وتيروش3 GT في استعراضهما بأنه فترة التحكم الحركي عندما يتوقف كلا القدمين عن التحرك إما إلى الأمام أو إلى الخلف استنادا إلى خصائص الإزاحة والوقت. بالمقارنة مع مشية الدولة الثابتة ، تتطلب عملية تنفيذ GT سيطرة أعلى على الاستقرار الوضعي والتكامل المعقد والتعاون في النظام العصبي العضلي4. خلال GT، يحتاج الجسم إلى زيادة بسرعة دفعة الكبح وتقليل دفعة الدفع لتشكيل توازن الجسم الجديد5،6. إنهاء مشية غير مخطط لها (UGT) هو استجابة الإجهاد لحافز غير معروف6. وعندما يواجه المرء حافزا غير متوقع يتطلب التوقف فجأة، فإن التوازن الديناميكي الأولي سوف يتعطل. بسبب الحاجة إلى السيطرة المستمرة على مركز كتلة الجسم (COM) والتحكم في التغذية المرتدة ، يشكل UGT تحديا أكبر للتحكم الوضعي والطعن3،7.
وقد أفيد UGT أن يكون عاملا هاما يؤدي إلى السقوط والإصابات، وخاصة في كبار السن والمرضى الذين يعانون من اضطرابات التوازن3،8. قد تؤدي سرعات المشي الأسرع إلى انخفاض إضافي في التحكم في المحركات خلال UGT9. حقق Ridge et al.10 في زاوية الذروة المشتركة وبيانات اللحظة المشتركة الداخلية للأطفال أثناء UGT بسرعة المشي العادية (NWS) وسرعة المشي السريع (FWS). وأظهرت النتائج زوايا انثناء الركبة أكبر ولحظات التمديد بسرعات أسرع مقارنة مع السرعة المفضلة. وأشاروا إلى أن تقوية العضلات ذات الصلة المحيطة بمفاصل الطرف السفلي يمكن أن تكون تدخلا مفيدا للوقاية من الإصابات أثناء UGT.
على الرغم من أن تأثير سرعة المشي على الطابع الميكانيكي الحيوي في الطرف السفلي خلال مشية ثابتة الحالة قد درس على نطاق واسع11،12،13، فإن الآلية الميكانيكية الحيوية ل UGT تحت سرعات المشي المختلفة محدودة. على حد علمنا, وقد قيمت ثلاث دراسات فقط على وجه التحديد أداء الأفراد الأصحاء UGT فيما يتعلق بآثارالسرعة 9,10,14. ومع ذلك ، كانت الموضوعات في هذه الدراسات أساسا كبار السن14 والأطفال10، وآلية الميكانيكا الحيوية للبالغين الشباب خلال UGT لا يزال غير واضح. يمكن أن توفر الحركية السفلية وضغط البلانتار تحليلا دقيقا للميكانيكا الحيوية للحركة ، وتعتبر هذه أيضا مكونات حاسمة لتشخيص المشية السريرية15و16. فعلى سبيل المثال، استخدم سيراو وآخرون17 بيانات الحركة في الأطراف السفلية للكشف عن الاختلافات السريرية بين المرضى الذين يعانون من ترنح المخيخ والنظراء الأصحاء أثناء التوقف المفاجئ. إلى جانب ذلك ، بالمقارنة مع إنهاء المشية المخطط له (PGT) ، يمكن ملاحظة ضغط الذروة الأكبر والقوة في مشط القدم الجانبي أثناء UGT7، والتي قد تكون مرتبطة بمخاطر إصابة أعلى.
ولذلك، فإن استكشاف الآليات الميكانيكية الحيوية ل UGT يمكن أن يوفر رؤى للوقاية من الإصابات والمزيد من الأبحاث السريرية. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا للتحقيق في أي تغيير ميكانيكي حيوي في الشباب خلال UGT تحت سرعات المشي المختلفة. من المفترض أنه مع زيادة سرعة المشي ، سيعرض المشاركون خصائص ميكانيكية حيوية مختلفة في الأطراف السفلية أثناء UGT.
Protocol
Representative Results
Discussion
معظم الدراسات السابقة التي تحلل الميكانيكا الحيوية مشية خلال UGT حذف أهمية سرعة المشي في تقييمها الميكانيكا الحيوية. وهكذا، حققت هذه الدراسة في التغيرات الميكانيكية الحيوية في الطرف السفلي التي تحدث في UGT في نيو ساوث ويلز وFWS بهدف الكشف عن الآثار المتعلقة بالسرعة.
تم العثور ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
مشروع NSFC-RSE المشترك (81911530253)، والبرنامج الوطني للبحث والتطوير في الصين (2018YFF0300905)، وصندوق K.C وونغ ماجنا في جامعة نينغبو.
Materials
| 14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=16 |
| Double Adhesive Tape | Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minnesota, USA | For fixing markers to skin |
| Motion Tracking Cameras | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n= 8 |
| T-Frame | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | – |
| Valid Dongle | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Vicon Nexus 1.4.116 |
| Vicon Datastation ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | – |
| Pressure platform | RSscan International, Olen, Belgium | – |
References
- Cappozzo, A. Gait analysis methodology. Human Movement Science. 3 (1), 27-50 (1984).
- Gao, Z., Mei, Q., Fekete, G., Baker, J., Gu, Y. The Effect of Prolonged Running on the Symmetry of Biomechanical Variables of the Lower Limb Joints. Symmetry. 12, 720 (2020).
- Sparrow, W. A., Tirosh, O. Gait termination: a review of experimental methods and the effects of ageing and gait pathologies. Gait & Posture. 22 (4), 362-371 (2005).
- Conte, C., et al. Planned Gait Termination in Cerebellar Ataxias. The Cerebellum. 11 (4), 896-904 (2012).
- Bishop, M. D., Brunt, D., Pathare, N., Patel, B. The interaction between leading and trailing limbs during stopping in humans. Neuroscience Letters. 323 (1), 1-4 (2002).
- Jaeger, R. J., Vanitchatchavan, P. Ground reaction forces during termination of human gait. Journal of Biomechanics. 25 (10), 1233-1236 (1992).
- Cen, X., Jiang, X., Gu, Y. Do different muscle strength levels affect stability during unplanned gait termination. Acta of Bioengineering and Biomechanics. 21 (4), 27-35 (2019).
- O’Kane, F. W., McGibbon, C. A., Krebs, D. E. Kinetic analysis of planned gait termination in healthy subjects and patients with balance disorders. Gait & Posture. 17 (2), 170-179 (2003).
- Bishop, M., Brunt, D., Pathare, N., Patel, B. The effect of velocity on the strategies used during gait termination. Gait & Posture. 20 (2), 134-139 (2004).
- Ridge, S. T., Henley, J., Manal, K., Miller, F., Richards, J. G. Biomechanical analysis of gait termination in 11–17year old youth at preferred and fast walking speeds. Human Movement Science. 49, 178-185 (2016).
- Sun, D., Fekete, G., Mei, Q., Gu, Y. The effect of walking speed on the foot inter-segment kinematics, ground reaction forces and lower limb joint moments. PeerJ. 6, 5517 (2018).
- Eerdekens, M., Deschamps, K., Staes, F. The impact of walking speed on the kinetic behaviour of different foot joints. Gait & Posture. 68, 375-381 (2019).
- Wang, Z. p., Qiu, Q. e., Chen, S. h., Chen, B. c., Lv, X. t. Effects of Unstable Shoes on Lower Limbs with Different Speeds. Physical Activity and Health. 3, 82-88 (2019).
- Tirosh, O., Sparrow, W. A. Age and walking speed effects on muscle recruitment in gait termination. Gait & Posture. 21 (3), 279-288 (2005).
- Xiang, L., Mei, Q., Fernandez, J., Gu, Y. A biomechanical assessment of the acute hallux abduction manipulation intervention. Gait & Posture. 76, 210-217 (2020).
- Zhou, H., Ugbolue, U. C. Is There a Relationship Between Strike Pattern and Injury During Running: A Review. Physical Activity and Health. 3 (1), 127-134 (2019).
- Serrao, M., et al. Sudden Stopping in Patients with Cerebellar Ataxia. The Cerebellum. 12 (5), 607-616 (2013).
- Zhang, Y., et al. Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running. Journal of Visualized Experiments. (127), e55714 (2017).
- Buddhadev, H. H., Barbee, C. E. Redistribution of joint moments and work in older women with and without hallux valgus at two walking speeds. Gait & Posture. 77, 112-117 (2020).
- Yu, P., et al. Morphology-Related Foot Function Analysis: Implications for Jumping and Running. Applied Sciences. 9 (16), 3236 (2019).
- Ridge, S. T., Henley, J., Manal, K., Miller, F., Richards, J. G. Kinematic and kinetic analysis of planned and unplanned gait termination in children. Gait & Posture. 37 (2), 178-182 (2013).
- Burnfield, J. M., Few, C. D., Mohamed, O. S., Perry, J. The influence of walking speed and footwear on plantar pressures in older adults. Clinical Biomechanics. 19 (1), 78-84 (2004).
- Cen, X., Xu, D., Baker, J. S., Gu, Y. Effect of additional body weight on arch index and dynamic plantar pressure distribution during walking and gait termination. PeerJ. 8, 8998 (2020).
- Chatzipapas, C. N., et al. Stress Fractures in Military Men and Bone Quality Related Factors. International Journal of Sports Medicine. 29 (11), 922-926 (2008).
- Cen, X., Xu, D., Baker, J. S., Gu, Y. Association of Arch Stiffness with Plantar Impulse Distribution during Walking, Running, and Gait Termination. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (6), 2090 (2020).
