विभिन्न चलने की गति के तहत अनियोजित चाल समाप्ति से जुड़े लोअर-लिम्ब बायोमैकेनिकल विशेषताएं
Summary
इस अध्ययन में विभिन्न चलने की गति के तहत अनियोजित चाल समाप्ति के दौरान कम चरम सीमा की जैव यांत्रिक विशेषताओं की तुलना की गई। सामान्य और तेज चलने की गति वाले पंद्रह विषयों से निचले अंग काइनेमेटिक और गतिज डेटा एक गति विश्लेषण प्रणाली और प्लांटर प्रेशर प्लेटफॉर्म का उपयोग करके एकत्र किए गए थे।
Abstract
अप्रत्याशित उत्तेजना के कारण चाल समाप्ति रोजमर्रा की जिंदगी में एक आम घटना है। यह अध्ययन विभिन्न चलने की गति के तहत अनियोजित चाल समाप्ति (यूजीटी) के दौरान होने वाले निचले अंग बायोमैकेनिकल परिवर्तनों की जांच करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। पंद्रह पुरुष प्रतिभागियों को क्रमशः सामान्य चलने की गति (एनडब्ल्यूएस) और तेज चलने की गति (FWS) पर एक वॉकवे पर UGT प्रदर्शन करने के लिए कहा गया था । कम अंग केनेमैटिक और प्लांटर दबाव डेटा एकत्र करने के लिए एक गति विश्लेषण प्रणाली और प्लांटर प्रेशर प्लेटफॉर्म लागू किया गया था। दो चलने की गति के बीच निचले अंग केनेमेटिक्स और प्लांटर दबाव डेटा में अंतर की जांच करने के लिए युग्मित-नमूना टी-परीक्षण का उपयोग किया गया था। परिणामों ने एनडब्ल्यूएस की तुलना में एफडब्ल्यूएस में यूजीटी के दौरान कूल्हे, घुटने और टखने के जोड़ों में गति की बड़ी रेंज के साथ-साथ एफडब्ल्यूएस में यूजीटी के दौरान फोरफुट और एड़ी क्षेत्रों में प्लांटर दबाव दिखाया । चलने की गति में वृद्धि के साथ, विषयों ने विभिन्न निचले अंग बायोमैकेनिकल विशेषताओं का प्रदर्शन किया जो अधिक संभावित चोट जोखिमों से जुड़े एफडब्ल्यूएस को दिखाते हैं।
Introduction
मानव लोकमोशन को एक अत्यंत जटिल प्रक्रिया माना जाता है जिसे बहुविषयक विधियों द्वारा वर्णित किए जाने की आवश्यकता है1,2. सबसे प्रतिनिधि पहलू जैव यांत्रिक दृष्टिकोणों द्वारा चाल विश्लेषण है। मानव चाल का उद्देश्य दीक्षा से समाप्ति तक प्रगति को बनाए रखना है, और गतिशील संतुलन को स्थिति आंदोलन में बनाए रखा जाना चाहिए। हालांकि चाल समाप्ति (जीटी) बड़े पैमाने पर चाल के एक उप कार्य के रूप में अध्ययन किया गया है, यह कम ध्यान दिया गया है । गौरैया और तिरोश3 मोटर नियंत्रण अवधि के रूप में अपनी समीक्षा में जीटी परिभाषित जब दोनों पैर या तो आगे या पीछे विस्थापन और समय विशेषताओं के आधार पर चलती बंद करो । स्थिर-राज्य चाल की तुलना में, जीटी को निष्पादित करने की प्रक्रिया आसनीय स्थिरता और जटिल एकीकरण और न्यूरोमस्कुलर सिस्टम4के सहयोग के उच्च नियंत्रण की मांग करता है। जीटी के दौरान, शरीर को तेजी से ब्रेकिंग आवेग को बढ़ाने और प्रणोदन आवेग को कम करने की आवश्यकता है ताकि एक नया शरीर संतुलन5,6 बनाया जा सके। अनियोजित चाल समाप्ति (यूजीटी) एक अज्ञात उत्तेजना6के लिए एक तनाव प्रतिक्रिया है । जब एक अप्रत्याशित उत्तेजना है कि एक अचानक रोकने की आवश्यकता से सामना, प्रारंभिक गतिशील संतुलन बाधित हो जाएगा । शरीर के द्रव्यमान केंद्र (कॉम) और प्रतिक्रिया नियंत्रण के निरंतर नियंत्रण की आवश्यकता के कारण, यूजीटी आसनीय नियंत्रण और स्टैबलिटी3,7के लिए एक बड़ी चुनौती बन गया है।
यूजीटी को एक महत्वपूर्ण कारक बताया गया है जिससे गिरने और चोटें आईं, खासकर बुजुर्ग लोगों और संतुलन विकारों वाले रोगियों में3,8। तेज गति से चलने की गति से यूजीटी9के दौरान मोटर नियंत्रण में अतिरिक्त गिरावट आ सकती है । रिज एट अल10 सामान्य चलने की गति (NWS) और तेजी से चलने की गति (FWS) पर UGT के दौरान बच्चों के शिखर संयुक्त कोण और आंतरिक संयुक्त क्षण डेटा की जांच की । परिणामों ने पसंदीदा गति की तुलना में तेज गति से बड़े घुटने के फ्लेक्सन कोण और विस्तार क्षणों को दिखाया। उन्होंने संकेत दिया कि कम चरम जोड़ों के आसपास की संबंधित मांसपेशियों को मजबूत करना यूजीटी के दौरान चोट की रोकथाम के लिए एक उपयोगी हस्तक्षेप हो सकता है ।
यद्यपि स्थिर-राज्य चाल के दौरान निचले अंग बायोमैकेनिकल चरित्र पर चलने की गति के प्रभाव को बड़े पैमाने पर11,12,13का अध्ययन किया गया है, लेकिन विभिन्न चलने की गति के तहत यूजीटी का बायोमैकेनिकल तंत्र सीमित है। हमारी जानकारी के लिए, केवल तीन अध्ययनों ने वेग प्रभाव9,10, 14के संबंध में विशेष रूप से स्वस्थ व्यक्तियों के यूजीटी प्रदर्शनकामूल्यांकन किया है। हालांकि, इन अध्ययनों में विषयों मुख्य रूप से बुजुर्ग14 और बच्चोंको 10थे, UGT के दौरान युवा वयस्कों के जैव यांत्रिक तंत्र अभी भी स्पष्ट नहीं है । निचले अंग केनेमेटिक्स और प्लांटर दबाव लोकोमोशन बायोमैकेनिक्स का सटीक विश्लेषण प्रदान कर सकते हैं, और इन्हें नैदानिक चाल निदान15, 16के लिए महत्वपूर्ण घटक भी मानाजाताहै। उदाहरण के लिए, सेराव एट अल17 ने अचानक रुकने के दौरान सेरिबेलर एटैक्सिया और स्वस्थ समकक्षों के रोगियों के बीच नैदानिक मतभेदों का पता लगाने के लिए निचले अंग काइनेमेटिक डेटा का उपयोग किया। इसके अलावा, योजनाबद्ध चाल समाप्ति (पीजीटी) की तुलना में, यूजीटी के दौरान पार्श्व प्रपदिकीय में बड़ा पीक दबाव और बल7देखा जा सकता है, जो उच्च चोट जोखिमों से जुड़ा हो सकता है।
इसलिए, यूजीटी के बायोमैकेनिकल तंत्र की खोज चोट की रोकथाम और आगे नैदानिक शोधों के लिए अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है। यह अध्ययन विभिन्न चलने की गति के तहत यूजीटी के दौरान युवा वयस्कों में किसी भी जैव यांत्रिक परिवर्तन की जांच करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। यह परिकल्पना की गई है कि, चलने की गति में वृद्धि के साथ, प्रतिभागी यूजीटी के दौरान विभिन्न निचले अंग बायोमैकेनिकल विशेषताओं का प्रदर्शन करेंगे।
Protocol
Representative Results
Discussion
यूजीटी के दौरान चाल बायोमैकेनिक्स का विश्लेषण करने वाले अधिकांश पिछले अध्ययन अपने बायोमैकेनिकल मूल्यांकन में चलने की गति के महत्व को छोड़ देते हैं। इस प्रकार, इस अध्ययन ने गति से संबंधित प्रभावों को ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एनएसएफसी-आरएसई संयुक्त परियोजना (81911530253), चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (2018YFF0300905), और के.C वोंग मैग्ना फंड निंगबो विश्वविद्यालय में।
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).
