מאפיינים ביומכניים בגפיים התחתונות הקשורים להפסקת הליכה לא מתוכננת במהירויות הליכה שונות
Summary
מחקר זה השווה את המאפיינים הביומכניים של הקיצוניות התחתונה במהלך הפסקת הליכה לא מתוכננת במהירויות הליכה שונות. הנתונים הקינטמטיים והקינטיים של הגפיים התחתונות מ-15 נבדקים עם מהירויות הליכה רגילות ומהירות נאספו באמצעות מערכת ניתוח תנועה ופלטפורמת לחץ plantar.
Abstract
הפסקת הליכה הנגרמת על ידי גירוי בלתי צפוי היא תופעה שכיחה בחיי היומיום. מחקר זה מציג פרוטוקול כדי לחקור את השינויים הביומכניים בגפיים התחתונות המתרחשים במהלך סיום הליכה לא מתוכנן (UGT) במהירויות הליכה שונות. 15 משתתפים גברים התבקשו לבצע UGT על שביל במהירות הליכה רגילה (NWS) ומהירות הליכה מהירה (FWS), בהתאמה. מערכת ניתוח תנועה ופלטפורמת לחץ plantar הוחלו כדי לאסוף נתוני לחץ קינמטי פלנטי וגפיים תחתון. נעשה שימוש במבחן T בדגימה זוגית כדי לבחון את ההבדלים בנתוני קינמטיקה וגפיים תחתונות ונתוני לחץ פלנטירי בין שתי מהירויות הליכה. התוצאות הראו טווח תנועה גדול יותר במפרקי הירך, הברך והקרסוליים במישור הסגיטלי, כמו גם לחץ פלנטארי באזורי קדמת רגליים ועקב במהלך UGT ב- FWS בהשוואה ל- NWS. עם העלייה במהירות ההליכה, הנבדקים הציגו מאפיינים ביומכניים שונים של הגפיים התחתונות המראים FWS הקשורים לסיכוני פציעה פוטנציאליים גדולים יותר.
Introduction
תנועה אנושית נחשבת לתהליך מורכב ביותר שיש לתאר בשיטות רב תחומיות1,2. ההיבט הייצוגי ביותר הוא ניתוח ההליכה על ידי גישות ביומכניות. ההליכה האנושית שואפת לקיים התקדמות מייזום ועד סיום, ויש לשמור על האיזון הדינמי בתנועת העמדה. למרות סיום ההליכה (GT) נחקר בהרחבה כתת משימה של הליכה, הוא קיבל פחות תשומת לב. דרור וטירוש3 הגדירו את GT בסקירה שלהם כתקופת בקרה מוטורית כאשר שתי הרגליים מפסיקות לנוע קדימה או אחורה בהתבסס על מאפייני התזוזה והזמן. בהשוואה להליכה יציבה, תהליך ביצוע GT דורש שליטה גבוהה יותר ביציבות היציבה ואינטגרציה מורכבת ושיתוף פעולה של מערכת neuromuscular4. במהלך GT, הגוף צריך להגדיל במהירות את דחף הבלימה ולהקטין את דחף ההנעה כדי ליצור איזון גוף חדש5,6. סיום הליכה לא מתוכנן (UGT) הוא תגובת מתח לגירוי לא ידוע6. כאשר מתמודדים עם גירוי בלתי צפוי שדורש אחד להפסיק פתאום, האיזון הדינמי הראשוני ישובש. בשל הצורך בשליטה רציפה של מרכז המסה של הגוף (COM) ובקרת משוב, UGT מהווה אתגר גדול יותר לשליטה ויציבות יציבה3,7.
UGT דווח להיות גורם חשוב המוביל נפילות ופציעות, במיוחד אצל קשישים וחולים עם הפרעות איזון3,8. מהירויות הליכה גבוהות יותר עלולות להוביל לירידה נוספת בשליטה המוטורית במהלך UGT9. רידג’ ואח ‘10 חקרו את זווית השיא המשותפת ואת נתוני הרגע המשותף הפנימיים של ילדים במהלך UGT במהירות הליכה רגילה (NWS) ומהירות הליכה מהירה (FWS). התוצאות הראו זוויות כיפוף ברכיים גדולות יותר ורגעי הארכה במהירויות גבוהות יותר בהשוואה למהירות מועדפת. הם ציינו כי חיזוק השרירים הקשורים המקיפים את מפרקי הגפיים התחתונות יכול להיות התערבות שימושית למניעת פציעות במהלך UGT.
למרות ההשפעה של מהירות הליכה על אופי ביומכני הגפיים התחתונות במהלך הליכה יציבה המדינה נחקרה בהרחבה11,12,13, המנגנון הביומכני של UGT תחת מהירויות הליכה שונות מוגבל. למיטב ידיעתנו, רק שלושה מחקרים העריכו באופן ספציפי את ביצועי UGT של אנשים בריאים ביחס לאפקטי מהירות9,10,14. עם זאת, הנבדקים במחקרים אלה היו בעיקר קשישים14 וילדים10, המנגנון הביומכני של צעירים במהלך UGT עדיין לא ברור. קינמטיקה של הגפיים התחתונות ולחץ פלנטירי יכולים לספק ניתוח מדויק של ביומכניקה של תנועה, ואלה נחשבים גם מרכיבים חיוניים עבור אבחנות הליכה קלינית15,16. לדוגמה, Serrao et al.17 השתמשו בנתונים קינמטיים בגפיים התחתונות כדי לזהות את ההבדלים הקליניים בין חולים עם אטקסיה מוחית ועמיתים בריאים במהלך עצירה פתאומית. חוץ מזה, לעומת סיום הליכה מתוכנן (PGT), לחץ שיא גדול יותר וכוח metatarsal לרוחב במהלך UGT ניתן היה לראות7, אשר עשוי להיות קשור עם סיכוני פציעה גבוהים יותר.
לכן, חקירת המנגנונים הביומכניים של UGT יכולה לספק תובנות למניעת פציעות ומחקרים קליניים נוספים. מחקר זה מציג פרוטוקול כדי לחקור כל שינוי ביומכני אצל מבוגרים צעירים במהלך UGT תחת מהירויות הליכה שונות. ההשערה היא כי, עם עלייה במהירות ההליכה, המשתתפים יציגו מאפיינים ביומכניים שונים של הגפיים התחתונות במהלך UGT.
Protocol
Representative Results
Discussion
רוב המחקרים הקודמים המנתחים ביומכניקה הליכה במהלך UGT להשמיט את החשיבות של מהירות הליכה בהערכה הביומכנית שלהם. לפיכך, מחקר זה חקר את השינויים הביומכניים בגפיים התחתונות המתרחשים ב- UGT ב- NWS וב- FWS במטרה לחשוף את ההשפעות הקשורות למהירות.
הבדלים משמעותיים נמצאו על ROM של מפרקי היר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הפרויקט המשותף של NSFC-RSE (81911530253), תוכנית המו”פ הלאומית של סין (2018YFF0300905) וקרן K.C. וונג מגנה באוניברסיטת נינגבו.
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).
