Haltungsorganisation der Ganginitiierung für die biomechanische Analyse unter Verwendung von Kraftplattformaufzeichnungen

Die Ganginitiation (GI), die transiente Phase zwischen orthograder Haltung und stationärer Fortbewegung, ist eine funktionelle Aufgabe und ein experimentelles Paradigma, das in der Literatur klassischerweise verwendet wird, um die posturale Kontrolle während einer komplexen motorischen Aufgabe zu untersuchen, die gleichzeitigen Ganzkörperantrieb und Stabilität erfordert¹. Es ist bekannt, dass Patienten mit neurologischen Erkrankungen wie Parkinson-Krankheit², Schlaganfall³, progressiver supranukleärer Lähmung⁴ und “höheren Gangstörungen^“5 Schwierigkeiten haben, den Gang einzuleiten, was sie einem erhöhten Sturzrisiko aussetzt. Daher ist es sowohl für die Grundlagen- als auch für die klinischen Wissenschaften wichtig, Konzepte und Methoden zu entwickeln, um Einblicke in die posturalen Steuerungsmechanismen während der Gangeinleitung zu gewinnen, wissenschaftliche Erkenntnisse und ein besseres Verständnis der Pathophysiologie von Gang- und Gleichgewichtsstörungen zu gewinnen und durch adäquate Eingriffe beheben zu können.

Das Konzept der biomechanischen Organisation der Ganginitiierung wird im Folgenden beschrieben, und die klassische Methode zur Untersuchung dieser Organisation wird im Protokollabschnitt detailliert beschrieben. Der GI kann in drei aufeinanderfolgende Phasen unterteilt werden: die Phase der “antizipatorischen Haltungsanpassungen” (APA), die den dynamischen Phänomenen entspricht, die im ganzen Körper vor dem Abschwung auftreten, die Phase des “Entladens” (zwischen Schwungferse und Zehenaus) und die “Schwungphase”, die zum Zeitpunkt der Berührung des Schwingfußes mit der Auflagefläche endet. Diese klassische Unterteilung des GI-Prozesses stammt aus den bahnbrechenden Studien von Belenkii et ^al.6 und anderen^7,8, die sich auf die Koordination zwischen Haltung und Bewegung während des freiwilligen Armhebens in horizontaler in der aufrechten Haltung konzentrieren. In diesem Paradigma entsprechen die Körpersegmente, die direkt an der Armhebung beteiligt sind, der “fokalen” Kette, während die Körpersegmente, die zwischen dem proximalen Teil der Fokalkette und der Auflagefläche angeordnet sind, der “posturalen” Kette⁹ entsprechen. Diese Autoren berichteten, dass dem Anheben des Arms systematisch dynamische und elektromyographische Phänomene in der Haltungskette vorausgingen, die sie als “antizipatorische Haltungsanpassungen” bezeichneten. Für GI wird Swing Fersen-off (oder Swing Toe-Off, abhängig von den Autoren) als Beginn der Gangbewegung¹⁰ betrachtet. Folglich entsprechen die dynamischen Phänomene, die vor diesem Moment auftreten, APA, und das Schwingglied wird als Bestandteil der Brennweite¹¹ betrachtet. Diese Aussage stimmt mit der klassischen Konzeption der bewegungsbiomechanischen Organisation überein, nach der jede motorische Handlung eine fokale und eine posturale Komponente beinhalten muss^12,13.

Aus biomechanischer Sicht manifestiert sich APA im Zusammenhang mit GI als rückwärts und mediolaterale (Schwingbein seitenorientierte) Verschiebung des Druckzentrums, die den Schwerpunkt in die entgegengesetzte Richtung treibt – vorwärts und in Richtung der Haltung Beinseite. Je größer der vorausschauende Rückwärtsdruckschwerpunkt ist, desto höher ist die Motorleistung in Bezug auf die Vorwärtsschwerpunktgeschwindigkeit bei Fußkontakt^10,14. Darüber hinaus trägt APA durch die Verschiebung des Schwerpunkts in Richtung der Stützbeinseite zur Aufrechterhaltung der mediolateralen Stabilität während der Schwungphase von GI 1,15,16,17 bei. Die aktuelle Literatur betont, dass eine Veränderung dieser vorausschauenden Kontrolle der Stabilität eine Hauptursache für Stürze bei älteren Menschen ist¹. Die Stabilität während des GI wurde in der Literatur mit einer Anpassung der “Stabilitätsmarge”¹⁸ quantifiziert, einer Größe, die sowohl die Geschwindigkeit als auch die Position des Schwerpunkts innerhalb der Stützbasis berücksichtigt. Neben der Entwicklung von APA wurde berichtet, dass der Abfall des Schwerpunkts während der Schwungphase des GI unter der Wirkung der Schwerkraft aktiv durch die Trizepssuren des Standbeins gebremst wird. Diese aktive Bremsung erleichtert die Aufrechterhaltung der Stabilität nach Fußkontakt und ermöglicht eine sanfte Fußlandung auf der Auflagefläche⁴.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, Wissenschaftlern, Klinikern und Hochschulstudenten Informationen über das Material und die Methode zur Verfügung zu stellen, die in unserem Labor entwickelt wurden, um die posturale Organisation des GI über einen biomechanischen Ansatz zu untersuchen. Diese “globale” Methode (die aus den unten beschriebenen Gründen auch einer “kinetischen” Methode gleichgestellt werden kann) wurde von Brenière und Mitarbeitern^{initiiert 10,19}. Es basiert auf dem direkten Prinzip der Mechanik, um sowohl die Beschleunigung des Schwerpunkts als auch die momentane Position des Druckschwerpunkts zu berechnen. Jeder dieser Punkte ist ein globaler Ausdruck, der spezifisch für die Bewegung ist.

Eine ist der augenblickliche Ausdruck der Bewegungen aller Körpersegmente, die sich auf den Zweck der Bewegung beziehen (der Schwerpunkt; z. B. die Progressionsgeschwindigkeit des Körpers während des GI); Das andere (das Druckzentrum) ist der Ausdruck der Unterstützungsbedingungen, die notwendig sind, um dieses Ziel zu erreichen. Die momentanen Positionen dieser beiden Punkte spiegeln die posturodynamischen Bedingungen wider, die für die Ganginitiierung erfüllt werden müssen. Die Kraftplattform ist das geeignete Instrument für dieses Modell, da sie die direkte Messung der äußeren Kräfte und Momente ermöglicht, die während der Bewegung auf die Auflagefläche wirken. Es ermöglicht auch die Ausführung natürlicher Bewegungen und erfordert keine besondere Vorbereitung.

Es ist bekannt, dass viele Faktoren die posturale Organisation des GI beeinflussen, einschließlich biomechanischer, (neuro)physiologischer, psychologischer, umweltbedingter und kognitiver Faktoren ^1,20. Dieser Artikel konzentriert sich auf den Einfluss von zwei Faktoren – Geschwindigkeit des GI und Zeitdruck – und liefert typische Werte, die bei gesunden jungen Erwachsenen erhalten wurden.