Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Utvärdering av funktionen hos fotens kärnsystem hos äldre

Published: March 11, 2022 doi: 10.3791/63479
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Shanghai Frontiers Science Research Base of Exercise and Metabolic Health, Shanghai University of Sport

Summary

Fotens funktionella bålstabilitet bidrar till människans statiska hållning och dynamiska aktiviteter. Denna uppsats föreslår en omfattande utvärdering av funktionen hos fotkärnsystemet, som kombinerar tre delsystem. Det kan ge ökad medvetenhet och mångfacetterat protokoll för att utforska fotfunktionen bland olika populationer.

Abstract

Som en komplex struktur för att länka samman kroppen och marken bidrar foten till postural kontroll i mänskliga statiska och dynamiska aktiviteter. Fotkärnan har sina rötter i det funktionella ömsesidiga beroendet mellan de passiva, aktiva och neurala delsystemen, som kombineras till fotens kärnsystem som styr fotens rörelse och stabilitet. Fotvalvet (passivt delsystem), som ansvarar för belastningen, anses vara fotens funktionella kärna, och dess stabilitet är nödvändig för normala fotfunktioner. Funktionella avvikelser i foten har rapporterats i stor utsträckning hos äldre, såsom svaghet i tåböjarmusklerna, onormala fotställningar och minskad sensorisk känslighet i plantar. I denna uppsats introduceras ett omfattande tillvägagångssätt för att utvärdera fotfunktionen baserat på fotkärnans delsystem. Styrkan och morfologin hos fotens inre och yttre muskler användes för att utvärdera fotmuskelns (det aktiva delsystemets) funktion. Domingstyrketestet tillämpades för att bestämma funktionen hos fotens inre muskler, medan tåflexionsstyrketestet fokuserade mer på funktionen hos yttre muskler. Det navikulära falltestet och fothållningsindexet användes för att utvärdera fotvalvsfunktionen (det passiva delsystemet). För det neurala delsystemet användes plantarljuströskeltestet och tvåpunktsdiskrimineringstestet för att bedöma plantars taktila känslighet vid nio regioner av foten. Denna studie ger nya insikter om fotens kärnfunktion hos äldre och andra populationer.

Introduction

Den mänskliga foten är en mycket komplex struktur som består av ben, muskler och senor som fäster vid foten. Som ett segment av den nedre extremiteten ger foten hela tiden direkt kontakt med den bärande ytan och bidrar därmed till viktbärande uppgifter1. Baserat på det komplexa biomekaniska samspelet mellan muskler och passiva strukturer bidrar foten till stötdämpning, anpassar sig till oregelbundna ytor och genererar momentum. Det finns belägg för att foten bidrar på ett meningsfullt sätt till hållningsstabilitet, gång och löpning 2,3,4.

Enligt ett nytt paradigm som föreslogs av McKeon5 2015 är fotkärnan rotad i det funktionella ömsesidiga beroendet mellan de passiva, aktiva och neurala delsystemen, som kombineras i fotkärnsystemet som styr fotens rörelse och stabilitet. I detta paradigm bildar fotbenets anatomi den funktionella halvkupolen, som inkluderar de längsgående bågarna och tvärgående metatarsalbågarna och flexibelt anpassar sig till belastningsförändringar6. Denna halvkupol och passiva strukturer, inklusive ligament och ledkapslar, utgör det passiva delsystemet. Dessutom består det aktiva delsystemet av fotens inre muskler, yttre muskler och senor. De inre musklerna fungerar som lokala stabilisatorer som ansvarar för att stödja fotvalven, belastningsberoende och modulering 7,8, medan de yttre musklerna genererar fotrörelser som globala rörelser. För det neurala delsystemet bidrar flera typer av sensoriska receptorer (t.ex. kapsuloligamentösa och kutana receptorer) i plantarfascian, ligament, ledkapslar, muskler och senor till deformation av fotkupolen, gång och balans 9,10.

Flera forskare har spekulerat i att foten bidrar till dagliga aktiviteter på två huvudsakliga sätt. Den ena är genom mekaniskt stöd via det funktionella fotvalvet och moduleringen mellan musklerna i de nedre extremiteterna. Den andra är inmatningen av plantar sensorisk information om positionen11. Baserat på fotens kärnsystem kan brister i detta system, inklusive fothållning, styrkan i inre och yttre fotmuskler och känselkänslighet, predisponera för svaghet i rörlighet och balans 9,11,12,13.

Men med stigande ålder förekommer ofta förändringar i fotens aspekt, biomekanik, struktur och funktion, inklusive fot- eller tådeformiteter, svaghet i fot- eller tåstyrka, fotsulans tryckfördelning och minskad fotsula taktila känslighet 14,15,16,17. Förekomsten av tådeformitet och svårighetsgraden av hallux valgus är associerade med rörlighet och fallrisk hos äldre11,18. Dessutom bidrar styrkan i tåböjarmusklerna, som tidigare förbisågs, till balansen hos äldre personer19. Samtidigt löper äldre också högre risk att få fotsjukdomar som är förknippade med patologier som diabetes, perifer artärsjukdom, neuropati och artros20,21.

Bedömning, undersökning och vård av foten, särskilt hos äldre, har tilldragit sig allt större uppmärksamhet14,21. Det finns dock en begränsad studie för att utforska den omfattande utvärderingen av fotens kärnsystem. Många studier syftade till att utforska fotpatologiska problem hos äldre, såsom smärta och nagel-, hud-, ben-/led- och neurovaskulära sjukdomar 21,22,23. Fotens roll i mekaniskt stöd och sensorisk input under dagliga aktiviteter och som ett funktionellt kärnsystem behöver erkännas och utvärderas, vilket ignorerats i tidigare studier. Speciellt de fotaktiva komponenterna, inklusive de inre och yttre musklerna, fungerar som lokala stabilisatorer och globala drivkrafter och bidrar till fotens stabilitet och beteende i statisk hållning och dynamisk rörelse5.

Tåböjningsstyrkan rapporteras singularly representera fotmuskelstyrka, och den används också för att utforska förhållandet mellan fotfunktion och andra hälsosituationer, såsom balans och rörlighet 24,25,26. Till sin natur är fotmuskelstyrkan begränsad till att särskilja verkan av inre och yttre muskler. Dessutom kritiserades flera tester, inklusive pappersgreppstestet och ett inneboende positivt test, som icke-kvantitativa tester som har dålig reliabilitet och validitet 7,27. Nyligen rapporterades en ny utvärdering av fotdomingstyrka för att kvantifiera den inneboende fotmuskelstyrkan och den har visat sig ha en god validitet28. Genom att mäta domingstyrkan (kortfotsrörelse) bidrar den till att direkt kvantifiera funktionen hos den inre muskeln.

Därför föreslås här ett protokoll som syftar till att utforska fotens egenskaper hos äldre baserat på fotens kärnsystem, särskilt funktionen hos det aktiva delsystemet. Detta protokoll ger en omfattande bedömning för att undersöka fotens kärnstabilitet, inklusive det passiva, aktiva och neurala delsystemet, hos äldre. Dessutom har förändringar i fotens kärnfunktion rapporterats i flera hälsosituationer, såsom plantar fasciit, plattfot och diabetes 24,29,30. I framtida studier kan det hjälpa att utvärdera fotfunktionen hos olika populationer i en multidimensionell mätning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denna studie genomfördes vid Sports Medicine and Rehabilitation Centre, Shanghai University of Sport, och har godkänts av den etiska kommittén vid Shanghai University of Sport (nr 102772020RT001). Före testet fick deltagarna detaljer om experimentets syfte och procedurer; Alla deltagare undertecknade det informerade samtycket.

1. Val av deltagare

  1. Inkludera deltagare som (1) är över 60 år; (2) kan behålla stående position ensam; (3) kan gå självständigt, utan hjälp av andra, proteser eller rörelsehjälpmedel; (4) kan uppvisa normal kognitiv funktion och kan förstå testets procedurer och instruktioner. Exkludera deltagare som (1) diagnostiserades med svår hjärt-lungsjukdom; (2) diagnostiserad med motorneuronsjukdomar, såsom Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom; och (3) hade en historia av trauma i nedre extremiteter under det senaste året uteslöts.
    OBS: För att utvärdera funktionen hos fotens kärnsystem rekryterades 42 äldre deltagare och 42 unga deltagare vars demografiska data matchade med den gamla gruppen (kontrollgruppen) för denna studie. Samplingsstorleken beräknades för t-test med inställningen α = 0,05, effekt (1 − β) = 0,95 och effektstorlek = 0,8. Resultatet visar att 42 deltagare i varje grupp bör ingå i denna studie.

2. Aktivt delsystem

OBS: Morfologi- och styrketesterna av inre och yttre fotmuskler används för att utvärdera det aktiva delsystemet.

  1. Muskelmorfologi
    1. Slå på det muskuloskeletala ultraljudssystemet och klicka sedan på knappen Frys . Anslut sondkontakten till anslutningsporten på baksidan av värden och lås sondlåsknappen . Klicka på iStation-knappen och klicka sedan på Ny patient. Ange ID, namn, kön och födelsedatum för varje deltagare.
      OBS: Sondkabeln ska placeras korrekt och placeras på en plats där den inte lätt kan trampas för att säkerställa att kabeln inte trasslar in sig i de andra föremålen. Placera sonden på en säker plats för att undvika kollision och skada.
    2. Abductor hallucis (AbH): Applicera ultraljudskopplingsgelen i mitten av skanningslinjen för tuberositet och navikulära tuberositeter. Placera sonden vid den mediala calcaneala tuberositeten mot den navikulära tuberositeten. Flytta sonden för att fånga den tjockaste delen av AbH och klicka sedan på knappen Spara för att spara stillbilden.
      1. Vrid sedan sonden 90° för att få tvärsnittsbilden av AbH och spara bilden.
        OBS: Upprätthåll god kontakt mellan sonden och huden utan att applicera överdrivet tryck vid muskelmorfologimätningar.
    3. Flexor digitorum brevis (FDB): Rikta in sonden längsgående på linjen från den mediala tuberkeln i calcaneus till den tredje tån och skanna muskeln för att mäta tjockleken. Vrid sonden 90° för att få tvärsnittsbilden.
    4. Quadratus plantae (QP): Rikta in sonden längsgående längs muskelfibrerna vid den talocalcaneonavikulära leden. Flytta sonden synligt för att lokalisera den tjockaste delen av QP. Ta tre bilder för tjockleksmätning. Vrid sonden 90° för att få tvärsnittsbilder.
      OBS: QP ligger djupt i FDB.
    5. Flexor hallucis brevis (FHB): Markera det första mellanfotsbenet, applicera ultraljudskopplingsgelen och placera sedan sonden längsgående längs skaftet. Flytta sonden synligt för att fånga den tjockaste delen av FHB och vrid sedan sonden 90° för att få tvärsnittsbilden.
    6. Peroneus longus och brevis (PER): Instruera deltagarna att ligga i ryggläge. Markera det fibulära huvudet och den nedre gränsen för den laterala fotknölen och markera 50 % av linjen som förbinder de två punkterna. Applicera kopplingsgelen och placera sonden för att fånga tjockleken. För att få tvärsnittsbilden, vrid sonden 90° vid den punkt där tjockleksmätningen gjordes.
    7. Tibialis anterior (TA): Applicera kopplingsgelen framför vaden över 20 % av avståndet mellan vadhuvudet och den nedre gränsen av den laterala fotknölen. Placera sonden i längdriktningen längs TA för att få en tjockleksmätning.
      OBS: På grund av sondens skanningsområde kan TA:s CSA inte fångas helt.
    8. Bildmätning: Leta efter de tidigare tagna bilderna på höger sida av skärmen. Använd styrkulan för att flytta markören, välj en bild och klicka på knappen Set . Klicka sedan på knappen Mät . Måttposterna visas till vänster på skärmen.
      1. Tjocklek: Använd styrkulan för att flytta markören, välj avståndsmätning och klicka på knappen Set . Markera de två punkterna på den tjockaste delen av muskeln på bilden (Figur 1 och Figur 2). Anteckna avståndet för tjockleken.
      2. Tvärsnittsarea (CSA): Använd styrkulan för att flytta markören för att spåra muskelns periferi i bilden. Efter att ha spårat tvärsnittet av hela muskeln, klicka på Set-knappen (Figur 1 och Figur 2). Registrera området för CSA.
  2. Muskelstyrka
    1. Sätt i dynamometerns Bluetooth-stick i datorns USB-gränssnitt. Öppna dynamometern och programvaran för FET-datainsamling och klicka på knappen Starta mätare för att vänta på automatisk parning.
    2. Provning av tåböjningsstyrka (FT1)
      1. Instruera deltagaren att sitta i en stol med 90° böjning av knä och fotled. Fäst dynamometern på framsidan av träramen. Anslut stortån till dynamometern med karbinhake (Figur 3B).
        OBS: Justera lämpliga staplar för att undvika smärta under testet.
      2. Byt ut panelerna bakom foten för att säkerställa att hälen mot huvudet på det första mellanfotsbenet stöds samtidigt som tåböjningen är obehindrad. Justera karbinhaken så att tån ger en stadig baslinjekraft och klicka sedan på Reset-knappen för att nollställa dynamometern.
      3. Klicka på knappen Starta mätare i programvaran. Instruera deltagaren att förbli stabil tills han instrueras att böja stortån, dra så hårt som möjligt i 3 s och sedan slappna av i greppet. Klicka på knappen Stoppa mätare och spara de insamlade uppgifterna.
    3. Tåböjningshållfasthetstest (FT2-3 och FT2-5)
      1. Använd de T-formade metallstängerna för att fästa på dynamometern. Instruera deltagaren att böja 2:a-3:e tårna eller 2:a-5:e tån. Utför en liknande testprocedur som FT1-testet (figur 3C,D).
    4. Doming test
      1. Placera dynamometern mot skafoideumtuberkeln. Instruera deltagaren att skjuta framfoten mot hälen eller höja fotvalvet så mycket som möjligt utan att lyfta eller böja tårna, vilket skulle resultera i en "förkortning" av foten och en upphöjd medial längsgående båge (Figur 3A).
      2. Be sedan deltagaren att göra maximal frivillig sammandragning i 3 sekunder. Utför datainsamling på samma sätt som tidigare tåböjningstester (steg 2.2.2 och 2.2.3).
        OBS: Spela in tre lyckade försök för dataprocessen och ge tillräckligt med vilotid mellan försöken för att undvika trötthet.
    5. Öppna fönstret för bearbetning av programprogramvara och importera CSV-filerna med de ursprungliga styrkedata.
      1. Tåflexionskraft (FT1, FT2-3, FT2-5): Klicka på knappen Kör , välj alternativet Automatisk beräkning i beräkningslistan och klicka sedan på knappen Beräkning . Programvaran kommer aktivt att beräkna tågreppets toppstyrka (figur 4).
      2. Domingkraftdata: Importera originaldata till programvaran och klicka på knappen Kör . Välj alternativet Manuell beräkning i beräkningslistan. Dra sedan det rörliga 0,5 s-fönstret manuellt, där kraftkurvan är i form av en platå, så beräknar programmet automatiskt den genomsnittliga kraften i fönstret (figur 5).

Figure 1
Figur 1: Representativa ultraljudsbilder av tre inre muskler. A) Tjocklek Bild av abduktorn hallucis. B) Tvärsnittsarean av abduktorhallucis. C) Tjockleksbild av flexor digitorum brevis. D) Tvärsnittsarean av flexor digitorum brevis. E) Tjockleksbild av quadratus plantae. och (F) tvärsnittsarean av quadratus plantae. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 2
Figur 2: Representativa ultraljudsbilder av tre yttre muskler. A) Tjockleksbild av flexor hallucis brevis. B) Tvärsnittsarean av flexor hallucis brevis. C) Tjockleksbild av peroneus longus- och brevismusklerna. D) Tvärsnittsarean av peroneus longus- och brevismusklerna. och (E) tjockleksbild av tibialis anterior. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 3
Figur 3: Styrketest av fotmuskeln. A) Doming-test. B) Provning av tåböjningshållfasthet (FT1). C) Provning av tåböjningshållfasthet (FT2-3). D) Provning av tåböjningshållfasthet (FT2-5). Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 4
Figur 4: Representativt diagram för tåböjningsstyrka. Toppkraften för tåböjning beräknas som medelvärdet av sex datapunkter runt den valda topppunkten. I den anpassade programvaran är det programmerat att 10 punkter, inklusive toppkraft, förblir relativt stabila för att undvika falska toppar, vilket innebär att de återstående nio punkterna inte överstiger ±0,5 av toppvärdet. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 5
Figur 5: Representativt domingstyrkediagram. Kraften för maximal frivillig sammandragning beräknas för domingstyrkan. Ett rörligt fönster på 0,5 s finns för att bestämma var kraftkurvan är i form av en platå, som kan dras manuellt. Domingens styrka är programmerad för att beräkna medelvärdet för urvalsfönstret (0,5 ms). Klicka här för att se en större version av denna figur.

3. Passiva delsystem

OBS: ND- och fothållningsindex-6 (FPI-6) testerna tillämpades för att utvärdera fotstrukturen (passivt delsystem).

  1. Navikulärt dropptest (ND)
    1. Montera skjutmåttet med basen, fixturblocket och ritsklo. För att specificera den navikulära tuberositeten, sträck ritklon genom en pinne. Placera skjutmåttet på höjden på den horisontella plattformen.
      OBS: ND-testet utförs på samma horisontella plattform.
    2. Instruera deltagarna att sitta på en höj- och sänkbar stol och vända sig i sidled för att möjliggöra visualisering av det mediala längsgående valvet. Palpera den navikulära tuberositeten och markera dess plats. Instruera deltagarna att sitta i en position där knä-, höft- och fotlederna bildar en 90° vinkel.
    3. Palpera de mediala och laterala aspekterna av deltagarens talushuvud. Supinera och pronera subtalarleden tills de mediala och laterala sidorna av talus är lika placerade.
    4. Rikta in ritklons huvud med den markerade navikulära tuberositeten. Läs av och anteckna höjden i detta icke-viktbärande läge (höjd 1).
    5. Instruera deltagarna att stå upp och hålla den normala, bilaterala, viktbärande ställningen. Anteckna höjden (höjd 2) konsekvent.
    6. Definiera den vertikala rörelsen av navikulära tuberositeter (dvs. höjd 1-höjd 2) i sagittalplanet som ND.
      OBS: Under ND-testet måste deltagarna hålla sig raka och titta rakt fram.
  2. Fothållningsindex-6 (FPI-6)
    1. Utför FPI-6-provningen på den horisontella plattformen på samma sätt som vid ND-provningen (steg 3.1.1).
    2. Instruera deltagarna att ta flera steg, marschera på stället och sedan stå i sin avslappnade ställning med dubbelt stöd för extremiteterna. Säg åt dem att stå stilla i ca 2 min under bedömningen.
    3. Palpera talarhuvudet och gradera dess position på de laterala och mediala sidorna.
    4. Palpera den laterala malleolaren och skåra den supra- och infralaterala malleolära krökningen.
    5. Observera calcaneal frontalplanets position och gör vinkeln mellan den bakre aspekten av calcaneus och fotens långa axel.
    6. Gommen talonavikulär led (TNJ) och skåra utbuktningen eller konkaven i detta område.
    7. Smaka och observera kurvan för den mediala längsgående bågen och poängsätt dess höjd och kongruens.
    8. Observera framfoten direkt bakom och i linje med hälens långa axel och skåra framfotens relativa position på bakfoten (abduktion/adduktion).
      OBS: I det här testet poängsätts varje objekt som -2, -1, 0, 1 och 2 (se kompletterande fil 1).

4. Neuralt delsystem

OBS: Vid bedömningen av det neurala delsystemet tillämpades plantarljusets beröringströskel och en tvåpunktsdiskriminator (TPD) för att utvärdera plantarkänsligheten.

  1. Beröringströskel för plantarljus
    1. Förbered Semmes-Weinstein monofilament (SWM) kit, bestående av 20 delar. Varje SWM-sats har ett indextal som sträcker sig från 1,65 till 6,65 (1,65, 2,36, 2,44, 2,83, 3,22, 3,61, 3,84, 4,08, 4,17, 4,31, 4,56, 4,74, 4,93, 5,07, 5,18, 5,46, 5,88, 6,10, 6,45 och 6,65), vilket är relaterat till en kalibrerad brottkraft (dvs. index 1,65 motsvarar 0,008 g kraft).
      OBS: Ju högre indexvärde, desto styvare och svårare är det att böja.
    2. Markera testområdena i fotsulan, inklusive den första tån (T1), det första mellanfotshuvudet (MT1), det tredje mellanfotshuvudet (MT3), det femte mellanfotshuvudet (MT5), mellanfoten (M) och hälen (H).
    3. Applicera 4,74 SWM på deltagarnas thenar eminenser för att känna stimulansen, som de kommer att få på plantarsulan i det formella testet. Instruera deltagarna att säga "ja" och informera undersökaren om den korrekta platsen tydligt och högt varje gång deltagarna uppfattar den sensoriska stimulansen av SWM på någon testplats.
      OBS: Varje markerad region kan ersättas med ett specifikt nummer för att underlätta minnet.
    4. Placera varje deltagare i bukläge på ett standardbehandlingsbord vänt bort från undersökaren med foten hängande på bordskanten. Instruera dem att blunda och bära hörlurar för att undvika hjälp av synen respektive minimera distraktion.
    5. Applicera SWM vinkelrätt mot huden vid målområdet. Trycket är lämpligt tills nylon-SWM böjs för att bilda en "C"-form. Håll den sedan i 1 s innan du tar bort den. 4.74 SWM appliceras först över det markerade området, och en 4-2-1 stegalgoritm används för att standardisera bedömningen21. Testa sex plantarregioner slumpmässigt.
      OBS: Ge några sekunder för vila i spårens intervall vid sensorisk störning mellan markerade regioner. Den senast upptäckta SWM betraktas som tröskelvärdet för det området.
  2. Tvåpunktsdiskriminator (TPD)
    1. Förbered tvåpunktsdiskriminatorn. Den justerbara enheten har olika avstånd, från 1 mm till 15 mm.
      OBS: Ena sidan av ratten sträcker sig från 1 mm till 8 mm, och vridningen av ratten till den andra sidan sträcker sig från 9 mm till 15 mm.
    2. Markera de sex testområdena i fotsulan, som är desamma som vid testet av plantarljusets beröringströskel (steg 4.1.2).
    3. För att göra deltagarna bekanta med testprocessen kan du använda tvåpunktsdiskriminatorn i deltagarnas långfingertopp. Be dem säga "ett" om de uppfattade en poäng eller "två" om de uppfattade två punkter.
      OBS: Testpositionen är densamma som i plantar light touch threshold-testet. Deltagarna bör hålla ögonen stängda.
    4. Starta testet från det största avståndet (8 mm) och minska sedan breddavståndet med 5 mm tills deltagarna rapporterar en punkt. Flytta enheten i steg om 1 mm och tillämpa randomisering av en eller två punkter tills deltagarna konsekvent kan identifiera två punkter med en testbredd.
      OBS: Tre gånger för korrekt identifiering av tvåpunktsberöring av fem beröringar definieras som positiva. Det sista tvåpunktsvärdet registreras som TPD-tröskelvärdet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I denna studie inkluderades 84 deltagare för mätning. I den unga gruppen ingick 42 universitetsstudenter med en medelålder på 22,4 ± 2,9 år och en längd på 1,60 ± 0,05 m. I äldregruppen ingick 42 äldre personer med en medelålder på 68,9 ± 3,3 år och en längd på 1,59 ± 0,05 m.

Representativa resultat från det aktiva delsystemet
Fotmusklernas morfologi och styrka används för att bestämma funktionen hos det aktiva delsystemet. Muskelstyrkedata normaliseras efter vikt (N/kg). Som visas i figur 6, jämfört med unga deltagare, var fotmuskelstyrkan lägre hos äldre för alla tester (doming, t(82) = -6,81, p < 0,001; FT1, t(82) = -7,48, p < 0,001; FT2-3, t (82) = -5,51, p < 0,001; FT2-5, t(82) = -6,91, p < 0,001).

När det gäller muskelmorfologi (Figur 7) fanns det signifikanta tjockleksskillnader i de flesta muskler utom TA mellan två grupper (AbH, t(82) = -4,59, p < 0,001; FDB, t(82) = -2,91, p < 0,001; QP, t(82) = -3,83, p < 0,001; FHB, t(82) = -5,57, p < 0,001; PER, t(82) = -3,033, p = 0,003; TA, t(82) = -1,52, p = 0,13). Dessutom fanns det signifikanta skillnader i CSA mellan två grupper (AbH, t(82) = -3,55, p < 0,001; FDB, t(82) = -2,66, p < 0,001; QP, t(82) = -4,09, p < 0,001; FHB, t(82) = -5,70, p < 0,001; PER, t(82) = -3,63, p < 0,001) (figur 8).

Figure 6
Figur 6: Skillnad i fotmuskelstyrka mellan grupperna. Asterisk betecknar den signifikanta skillnaden mellan unga och äldre grupper. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 7
Figur 7: Skillnad i muskeltjocklek mellan grupperna. AbH, abduktor hallucis; FDB, flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, flexor hallucis brevis; PER-, peroneus longus- och brevismusklerna; TA, tibialis anterior. Asterisk betecknar den signifikanta skillnaden mellan unga och äldre grupper. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 8
Figur 8: Skillnad i muskeltvärsnittsarea mellan grupperna. CSA, tvärsnittsarea; AbH, abduktor hallucis; FDB, flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, flexor hallucis brevis; PER, peroneus longus och brevis muskler. Asterisk betecknar den signifikanta skillnaden mellan unga och äldre grupper. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Representativa resultat för passiva delsystem
För det passiva delsystemet tillämpades ND- och FPI-6-testerna för att utvärdera fotstrukturen och hållningen. Jämfört med unga deltagare var ND-avståndet och FPI-6-poängen högre hos äldre (ND, t(82) = 4,01, p < 0,001; FPI-6, t (82) = 2,80, p = 0,006) (figur 9).

Figure 9
Figur 9: Skillnad i utfall av passiva delsystem mellan grupper. ND, navikulärt falltest; FPI-6, fothållningsindex-6. Asterisk betecknar den signifikanta skillnaden mellan unga och äldre grupper. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Representativa resultat för neurala delsystem
I denna studie används plantarljusets beröringströskel och TPD för att bestämma känsligheten hos plantarkänslan. Totalt väljs sex fotregioner ut för båda neurala delsystemmätningarna, inklusive den första tån (T1), det första metatarsalhuvudet (MT1), det tredje metatarsalhuvudet (MT3), det femte metatarsalhuvudet (MT5), mellanfoten (M) och hälen (H)31.

Som visas i figur 10, jämfört med unga deltagare, var tröskelvärdena för beröring av plantar light i sex regioner högre hos äldre (T1, t(82) = 8,12, p < 0,001; MT1, t(82) = 7,98, p < 0,001; MT3, t(82) = 4,07, p < 0,001; MT5, t(82) = 5,14, p < 0,001; M, t(82) = 5,76, p < 0,001; H, t(82) = 4,78, p < 0,001).

Figure 10
Figur 10: Skillnad i tröskelvärdet för plantarljus mellan grupper. T1, den första tån; MT1, det första mellanfotshuvudet; MT3, det tredje mellanfotshuvudet; MT5, det femte mellanfotshuvudet; M, mellanfoten; H, hälen. Asterisk betecknar den signifikanta skillnaden mellan unga och äldre grupper. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Som framgår av figur 11 var TPD i sex regioner högre hos äldre jämfört med unga deltagare (T1, t(82) = 7,58, p < 0,001; MT1, t(82) = 7,66, p < 0,001; MT3, t(82) = 7,93, p < 0,001; MT5, t(82) = 7,83, p < 0,001; M, t(82) = 5,36, p < 0,001; H, t(82) = 3,45, p < 0,001).

Figure 11
Figur 11: Skillnad i tvåpunktsdiskriminering mellan grupper. T1, den första tån; MT1, det första mellanfotshuvudet; MT3, det tredje mellanfotshuvudet; MT5, det femte mellanfotshuvudet; M, mellanfoten; H, hälen. Asterisk betecknar den signifikanta skillnaden mellan unga och äldre grupper. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Kompletterande fil. Klicka här för att ladda ner den här filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Det presenterade protokollet används för att mäta fotens egenskaper hos äldre, vilket ger en omfattande bedömning för att undersöka fotens kärnstabilitet, inklusive de passiva, aktiva och neurala delsystemen. Detta nya paradigm belyser fotfunktionen som samverkar för att stabilisera foten och upprätthålla sensomotorisk funktion i dagliga aktiviteter33. I tidigare studier har forskarna ägnat mer uppmärksamhet åt att utforska fotdeformitet; tåböjningsstyrka; minskad plantar sensorisk; och andra patologiska tillstånd, såsom diabetes, perifer neuropati och hälsmärta, hos äldre 21,34,35,36. Funktionen av de inre fotmusklerna och interaktionen mellan de tre delsystemen har ignorerats i tidigare fotbedömningar. Med ökad uppmärksamhet på inre fotmuskler har flera kvalitativa metoder använts i klinisk praxis, såsom manuell muskeltestning, pappersgrepp och inneboende positiva tester 7,37. Dessa metoder är dock begränsade eftersom de fokuserar på de inneboende musklernas bidrag till att producera tåböjning, snarare än funktionen hos den stödjande bågen, vilketär viktigare.

Som görs i detta protokoll kan undersökning av varje delsystem, dvs. via plantar light touch threshold och TPD för det neurala delsystemet, ND och FPI-6 för det passiva delsystemet, samt styrkan hos inre och yttre fotmuskler för det aktiva delsystemet, ge insikter för att identifiera olika vägar för fotfunktionen vid view av ett multifunktionellt fotsystem. Som tidigare nämnts är dessa kvalitativa metoder enkla att implementera i klinisk funktionsutvärdering. Tillförlitligheten, validiteten och åtgärdskvaliteten under processen behöver dock klargöras5.

Dessutom, när det gäller de passiva och neurala delsystemen, har många studier genomförts för att undersöka effekten av åldrande på relaterade egenskaper, inklusive plantar sensorisk känslighet och fothållning. Det är allmänt accepterat att plantarsensoriken minskar avsevärt hos äldre, och deras fotmorfologi är mer benägen till en pronationsställning38,39. Som funktionsutvärdering betraktas fotmuskelstyrketestet som en direkt mätning av det aktiva delsystemet.

På grund av samtidig involvering av inre och yttre muskler är styrkan hos inre muskler svår att isolera och bedöma i tidigare studier. Därför tillämpas olika styrkebedömningar för att separera bidragen från de inre och yttre fotmusklerna, inklusive tåböjning och domingtester. Den doming-rörelsen, känd som kortfotsträning i klinisk praxis, utförs för att kvantifiera styrkan i inre muskler med en dynamometer. Dess goda reliabilitet (ICCs, 0,816-0,985) har klargjorts i en tidigare studie28. Genom att använda samma kraftmätare i ett fast tillstånd kan man göra direkta jämförelser mellan inre och yttre muskler, även mellan nuvarande och framtida data. Som indirekt mätning av inneboende fotmuskulatur bestäms muskelmorfologin (tjocklek och CSA) med ultraljud, som har tillämpats i relevanta fotstudier40,41.

I den aktuella studien visade resultaten en signifikant skillnad i egenskaperna hos det aktiva delsystemet mellan unga och gamla grupper, vilket överensstämmer med tidigare studier41,42. Som visas i figur 6, jämfört med unga vuxna, hade de äldre deltagarna cirka 29 % till 39 % minskning av fotmuskelstyrkan (doming, FT1, FT2-3 och FT2-5). På samma sätt fanns det signifikanta skillnader mellan grupperna i fotmuskelns morfologi (tjocklek och CSA) (Figur 7 och Figur 8).

Följande steg i protokollet är avgörande för att undersöka egenskaperna hos fotens kärnsystem och är förknippade med noggrann mätning. a) Under testerna av det neurala delsystemet instrueras deltagarna att svara tydligt och högt varje gång de uppfattar den sensoriska stimuleringen. Genomför därför dessa tester i ett separat, tyst rum för att säkerställa noggrannhet och se till att deltagarna har blivit bekanta med testet. b) I muskelmorfologitestet, applicera minimalt tryck på ultraljudssonden för att minska mjukvävnadsdeformation. Test- och bildbehandlingen bör utföras av samma bedömare43. c) Korrigera fotens inriktning i ND- och FPI-6-testerna för korrekt mätning av fothållningen. d) Se till att dynamometern och träfästramen är korrekt inställda vid hållfasthetsprovningen. Mät doming och tåböjningsrörelse med god kvalitet. e) Trötthet i plantarfotens inre fotmuskler kommer att öka ND och sedan ytterligare förändra fothållningen44. Även om inga direkta bevis har undersökt sambandet mellan fotmuskeltrötthet och plantarsensorik, rapporterade en tidigare studie att hudens sensoriska förmåga minskar efter att ha inducerat trötthet i de övre och nedre extremiteterna45. Därför bör styrketestet utföras sist, och deltagarna bör ges tid att vila mellan varje försök för att undvika kognitiv belastning och muskeltrötthet.

Flera begränsningar måste beaktas vid implementering av mätning. För det första, med tanke på den anatomiska och biomekaniska konfigurationen av de inneboende fotmusklerna, har man misstänkt att dessa muskler bidrog till att ge omedelbar sensorisk information via de sensoriska receptorerna, snarare än att producera storaledrörelser. På grund av den tekniska begränsningen finns det dock för närvarande ingen lämplig metod för att utvärdera den sensoriska funktionen hos inneboende fotmuskler och dess effekt på fotens funktion. För det andra används ultraljud, snarare än MRT, för att bestämma morfologin, vilket anses vara den gyllene standardmetoden för att kvantifiera fotvävnad46. I framtida studier bör MR tillämpas för att få mer insikt i fotens muskulatur. Dessutom är avsaknaden av ett motsvarande multimodalt tillvägagångssätt verkligen en begränsning i denna studie. Framtida studier kommer att ytterligare utforska sambandet mellan relevanta faktorer och fysisk funktion hos äldre vuxna.

Som ett direkt gränssnitt mellan kroppen och marken bidrar foten till insamlingen av somatosensorisk information och anpassar sig till olika belastningsförhållanden genom samordningen mellan kontrollerna av muskelaktivitet och deformationer av funktionell båge47. Flera egenskaper hos fotens kärnsystem förändras hos individer med plattfot, plantar fasciit, diabetes och till och med friska äldre individer 14,22,48,49. Fotens bålstabilitet har också sina rötter i det funktionella ömsesidiga beroendet mellan dessa tre delsystem. Att mäta egenskaperna i ett delsystem skulle inte ge en fullständig bild för att utvärdera fotens funktion.

Detta protokoll är baserat på sammansättningen av fotens kärnsystem, vilket kan ge bevis för det vetenskapliga samfundet. I klinisk praxis kommer detta protokoll att hjälpa till att utvärdera effekten av fotvårdsprogram och fotmuskelrehabilitering för behandling av fottillstånd, såsom plattfot, plantar fasciit och hälsmärta. Som ett segment i den nedre extremiteten spelar foten en viktig roll för postural stabilitet i de flesta ställningar och dynamiska aktiviteter. Därför kan det ge insikter om fotens funktion i framtida forskning om omvårdnad och neuromuskulär kontroll.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inga intressekonflikter.

Acknowledgments

Författarna erkänner finansieringen av avelsprogrammet för Shanghai Tenth People's Hospital (YNCR2C022).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Diagnostic Ultrasound System Mindray It is used in clinical ultrasonic diagnostic examination.
ergoFet dynamometer ergoFet It is an accurate, portable, push/pull force gauge, which is designed to be a stand-alone gauge for capturing individual force measurements under any
job condition.
Height vernier caliper It is an accurate measure tool for height.
LabVIEW It is a customed program software for strength analysis.
Semmes-Weinstein monofilaments Baseline It consists of 20 pieces, and each SWM haves an index number ranging from 1.65 to 6.65, that is related with a calibrated breaking force.
Two-Point Discriminator Touch Test It is a set of two aluminum discs, each containing a series of prongs spaced between 1 to 15 mm apart.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Guidozzi, F. Foot problems in older women. Climacteric: The Journal of the International Menopause Society. 20 (6), 518-521 (2017).
  2. Zelik, K. E., Honert, E. C. Ankle and foot power in gait analysis: Implications for science, technology and clinical assessment. Journal of Biomechanics. 75, 1-12 (2018).
  3. Farris, D. J., Kelly, L. A., Cresswell, A. G., Lichtwark, G. A. The functional importance of human foot muscles for bipedal locomotion. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (5), 1645-1650 (2019).
  4. Bruijn, S. M., van Dieen, J. H. Control of human gait stability through foot placement. Journal of The Royal Society Interface. 15 (143), 20170816 (2018).
  5. McKeon, P. O., Hertel, J., Bramble, D., Davis, I. The foot core system: a new paradigm for understanding intrinsic foot muscle function. British Journal of Sports Medicine. 49 (5), 290 (2015).
  6. McKenzie, J. The foot as a half-dome. British Medical Journal. 1 (4921), 1068-1069 (1955).
  7. Soysa, A., Hiller, C., Refshauge, K., Burns, J. Importance and challenges of measuring intrinsic foot muscle strength. Journal of Foot and Ankle Research. 5 (1), 29 (2012).
  8. Kelly, L. A., Cresswell, A. G., Racinais, S., Whiteley, R., Lichtwark, G. Intrinsic foot muscles have the capacity to control deformation of the longitudinal arch. Journal Of the Royal Society Interface. 11 (93), 20131188 (2014).
  9. Galica, A. M., et al. Subsensory vibrations to the feet reduce gait variability in elderly fallers. Gait & Posture. 30 (3), 383-387 (2009).
  10. Park, J. H. The effects of plantar perception training on balance and falls efficacy of the elderly with a history of falls: A single-blind, randomized controlled trial. Archives of Gerontology and Geriatrics. 77, 19-23 (2018).
  11. Menz, H. B., Morris, M. E., Lord, S. R. Foot and ankle characteristics associated with impaired balance and functional ability in older people. The journals of gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 60 (12), 1546-1552 (2005).
  12. Cobb, S. C., Bazett-Jones, D. M., Joshi, M. N., Earl-Boehm, J. E., James, C. R. The relationship among foot posture, core and lower extremity muscle function, and postural stability. Journal of Athletic Training. 49 (2), 173-180 (2014).
  13. Koyama, K., Yamauchi, J. Altered postural sway following fatiguing foot muscle exercises. PloS One. 12 (12), 0189184 (2017).
  14. Rodriguez-Sanz, D., et al. Foot disorders in the elderly: A mini-review. Disease-a-Month: DM. 64 (3), 64-91 (2018).
  15. Osoba, M. Y., Rao, A. K., Agrawal, S. K., Lalwani, A. K. Balance and gait in the elderly: A contemporary review. Laryngoscope Investigative Otolaryngology. 4 (1), 143-153 (2019).
  16. Gimunova, M., Zvonar, M., Mikeska, O. The effect of aging and gender on plantar pressure distribution during the gait in elderly. Acta of Bioengineering and Biomechanics. 20 (4), 139-144 (2018).
  17. 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).
  18. Mickle, K. J., Munro, B. J., Lord, S. R., Menz, H. B., Steele, J. R. ISB Clinical Biomechanics Award 2009: toe weakness and deformity increase the risk of falls in older people. Clinical Biomechanics. 24 (10), 787-791 (2009).
  19. Spink, M. J., et al. Foot and ankle strength, range of motion, posture, and deformity are associated with balance and functional ability in older adults. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 92 (1), 68-75 (2011).
  20. Singhal, A., Segal, A. R., Munshi, M. N. Diabetes in long-term care facilities. Current Diabetes Reports. 14 (3), 464 (2014).
  21. James, K., Orkaby, A. R., Schwartz, A. W. Foot examination for older adults. The American Journal of Medicine. 134 (1), 30-35 (2021).
  22. Awale, A., et al. Foot function, foot pain, and falls in older adults: The Framingham foot study. Gerontology. 63 (4), 318-324 (2017).
  23. Stolt, M., Suhonen, R., Voutilainen, P., Leino-Kilpi, H. Foot health in older people and the nurses' role in foot health care--a review of literature. Scandinavian Journal of Caring Sciences. 24 (1), 194-201 (2010).
  24. Kusagawa, Y., et al. Toe flexor strength is associated with mobility in older adults with pronated and supinated feet but not with neutral feet. Journal of Foot and Ankle Research. 13 (1), 55 (2020).
  25. Yamauchi, J., Koyama, K. Toe flexor strength is not related to postural stability during static upright standing in healthy young individuals. Gait & Posture. 73, 323-327 (2019).
  26. Uritani, D., Fukumoto, T., Matsumoto, D., Shima, M. The relationship between toe grip strength and dynamic balance or functional mobility among community-dwelling Japanese older adults: A cross-sectional study. Journal of Aging and Physical Activity. 24 (3), 459-464 (2016).
  27. Menz, H. B., Zammit, G. V., Munteanu, S. E., Scott, G. Plantarflexion strength of the toes: age and gender differences and evaluation of a clinical screening test. Foot & Ankle International. 27 (12), 1103-1108 (2006).
  28. Ridge, S. T., Myrer, J. W., Olsen, M. T., Jurgensmeier, K., Johnson, A. W. Reliability of doming and toe flexion testing to quantify foot muscle strength. Journal of Foot and Ankle Research. 10, 55 (2017).
  29. Wang, X., Chen, L., Liu, W., Su, B., Zhang, Y. Early detection of atrophy of foot muscles in Chinese patients of type 2 diabetes mellitus by high-frequency ultrasonography. Journal of Diabetes Research. 2014, 927069 (2014).
  30. Jung, D. Y., Koh, E. K., Kwon, O. Y. Effect of foot orthoses and short-foot exercise on the cross-sectional area of the abductor hallucis muscle in subjects with pes planus: a randomized controlled trial. Journal of Back and Musculoskeletal Rehabilitation. 24 (4), 225-231 (2011).
  31. Snyder, B. A., Munter, A. D., Houston, M. N., Hoch, J. M., Hoch, M. C. Interrater and intrarater reliability of the semmes-weinstein monofilament 4-2-1 stepping algorithm. Muscle & Nerve. 53 (6), 918-924 (2016).
  32. Redmond, A. C., Crane, Y. Z., Menz, H. B. Normative values for the Foot Posture Index. Journal of Foot and Ankle Research. 1 (1), 6 (2008).
  33. McKeon, P. O., Fourchet, F. Freeing the foot: integrating the foot core system into rehabilitation for lower extremity injuries. Clinics in Sports Medicine. 34 (2), 347-361 (2015).
  34. Navarro-Peternella, F. M., Teston, E. F., Dos Santos Santiago Ribeiro, B. M., Marcon, S. S. Plantar cutaneous sensory stimulation improves foot sensibility and gait speed in older adults with diabetes: A clinical trial. Advances in Skin & Wound Care. 32 (12), 568-573 (2019).
  35. Felicetti, G., Thoumie, P., Do, M. C., Schieppati, M. Cutaneous and muscular afferents from the foot and sensory fusion processing: Physiology and pathology in neuropathies. Journal of the Peripheral Nervous System: JPNS. 26 (1), 17-34 (2021).
  36. Park, D. J., Lee, K. S., Park, S. Y. Effects of two foot-ankle interventions on foot structure, function, and balance ability in obese people with Pes Planus. Healthcare. 9 (6), 667 (2021).
  37. Garth, W. P., Miller, S. T. Evaluation of claw toe deformity, weakness of the foot intrinsics, and posteromedial shin pain. The American Journal of Sports Medicine. 17 (6), 821-827 (1989).
  38. Machado, A. S., Bombach, G. D., Duysens, J., Carpes, F. P. Differences in foot sensitivity and plantar pressure between young adults and elderly. Archives of Gerontology and Geriatrics. 63, 67-71 (2016).
  39. Scott, G., Menz, H. B., Newcombe, L. Age-related differences in foot structure and function. Gait & Posture. 26 (1), 68-75 (2007).
  40. Protopapas, K., Perry, S. D. The effect of a 12-week custom foot orthotic intervention on muscle size and muscle activity of the intrinsic foot muscle of young adults during gait termination. Clinical Biomechanics. 78, 105063 (2020).
  41. Mickle, K. J., Angin, S., Crofts, G., Nester, C. J. Effects of age on strength and morphology of toe flexor muscles. The Journal of Orthopaedic and Sports Physical Therapy. 46 (12), 1065-1070 (2016).
  42. Endo, M., Ashton-Miller, J. A., Alexander, N. B. Effects of age and gender on toe flexor muscle strength. Journal of Gerontology: MEDICAL SCIENCES. 57 (6), 392-397 (2002).
  43. Mickle, K. J., Nester, C. J., Crofts, G., Steele, J. R. Reliability of ultrasound to measure morphology of the toe flexor muscles. Journal of Foot and Ankle Research. 6 (1), 12 (2013).
  44. Headlee, D. L., Leonard, J. L., Hart, J. M., Ingersoll, C. D., Hertel, J. Fatigue of the plantar intrinsic foot muscles increases navicular drop. Journal of electromyography and kinesiology : official journal of the International Society of Electrophysiological Kinesiology. 18 (3), 420-425 (2008).
  45. Han, J., Park, S., Jung, S., Choi, Y., Song, H. Comparisons of changes in the two-point discrimination test following muscle fatigue in healthy adults. Journal of Physical Therapy Science. 27 (3), 551-554 (2015).
  46. Greenman, R. L., et al. Foot small muscle atrophy is present before the detection of clinical neuropathy. Diabetes Care. 28 (6), 1425-1430 (2005).
  47. Viseux, F. J. F. The sensory role of the sole of the foot: Review and update on clinical perspectives. Neurophysiologie Clinique = Clinical Neurophysiology. 50 (1), 55-68 (2020).
  48. Sakamoto, K., Kudo, S. Morphological characteristics of intrinsic foot muscles among flat foot and normal foot using ultrasonography. Acta of Bioengineering and Biomechanics. 22 (4), 161-166 (2020).
  49. Cheung, R. T. H., Sze, L. K. Y., Mok, N. W., Ng, G. Y. F. Intrinsic foot muscle volume in experienced runners with and without chronic plantar fasciitis. Journal of Science and Medicine in Sport. 19 (9), 713-715 (2016).

Tags

Fotkärnsystem Äldre Postural kontroll Fotrörelse Fotstabilitet Fotvalv Funktionella avvikelser Tåböjarmusklerna Fotställningar Plantar sensorisk känslighet Fotfunktionsutvärdering Fotens inre muskler Fotens yttre muskler Navikulärt falltest Fothållningsindex Neuralt delsystem Plantar Taktil känslighet
Utvärdering av funktionen hos fotens kärnsystem hos äldre
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lai, Z., Hu, X., Xu, L., Dong, K.,… More

Lai, Z., Hu, X., Xu, L., Dong, K., Wang, L. Evaluating the Function of the Foot Core System in the Elderly. J. Vis. Exp. (181), e63479, doi:10.3791/63479 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter