Farklı Yürüme Hızları Altında Planlanmamış Yürüyüş Sonlandırması ile İlişkili Alt Eksüda Biyomekanik Özellikleri
Summary
Bu çalışma, farklı yürüme hızları altında planlanmamış yürüyüş sonlandırması sırasında alt ekstremitenin biyomekanik özelliklerini karşılaştırdı. Normal ve hızlı yürüme hızlarına sahip on beş denekten elde edilen alt ektremite kinematik ve kinetik veriler hareket analiz sistemi ve plantar basınç platformu kullanılarak toplanarak elde edilmiştir.
Abstract
Beklenmedik uyaranların neden olduğu yürüyüş sonlandırması günlük yaşamda sık görülen bir durumdur. Bu çalışma, planlanmamış yürüyüş sonlandırması (UGT) sırasında meydana gelen alt ektremite biyomekanik değişiklikleri farklı yürüme hızları altında araştırmak için bir protokol sürmektedir. 15 erkek katılımcıdan sırasıyla normal yürüme hızı (NWS) ve hızlı yürüme hızında (FWS) bir yürüyüş yolunda UGT gerçekleştirmeleri istendi. Alt ektremite kinematik ve plantar basınç verilerini toplamak için hareket analiz sistemi ve plantar basınç platformu uygulandı. İki yürüme hızı arasındaki alt ektremite kinematik ve plantar basınç verilerindeki farklılıkları incelemek için eşleştirilmiş örneklenmiş T testi kullanılmıştır. Sonuçlar, SAGITTAL düzlemdeki kalça, diz ve ayak bileği eklemlerinde daha geniş hareket aralığının yanı sıra NWS ile karşılaştırıldığında FWS’de UGT sırasında ön ayak ve topuk bölgelerinde plantar basınç olduğunu gösterdi. Yürüme hızının artmasıyla denekler, FWS’nin daha büyük potansiyel yaralanma riskleri ile ilişkili olduğunu gösteren farklı alt ekft biyomekanik özellikler sergilediler.
Introduction
İnsan lokomotion multidisipliner yöntemlerle tanımlanması gereken son derece karmaşık bir süreç olarak kabul edilir1,2. En temsili yönü biyomekanik yaklaşımlar ile yürüyüş analizidir. İnsan yürüyüşü, başlatmadan sonlandırmaya kadar ilerlemeyi sürdürmeyi amaçlar ve dinamik denge pozisyon hareketinde tutulmalıdır. Yürüyüş sonlandırma (GT) yürüyüşün bir alt görevi olarak kapsamlı bir şekilde çalışılmış olsa da, daha az ilgi gördü. Serçe ve Tirosh3, incelemelerinde GT’yi, her iki ayağın da yer değiştirme ve zaman özelliklerine göre ileri veya geri hareket etmeyi bıraktığı motor kontrol süresi olarak tanımladı. Sabit hal yürüyüşü ile karşılaştırıldığında, GT’nin yürütülmesi süreci, postural stabilitenin daha yüksek kontrolünü ve nöromüsküler sistemin karmaşık entegrasyonunu ve işbirliğini talep eder4. GT sırasında, vücudun frenleme dürtüslerini hızla artırması ve yeni bir vücut dengesi oluşturmak için itiş dürtüslerini azaltması gerekir5,6. Planlanmamış yürüyüş sonlandırma (UGT), bilinmeyen bir uyarana stres yanıtıdır6. Birinin aniden durmasını gerektiren beklenmedik bir uyaranla karşılaştığında, ilk dinamik denge bozulacaktır. Vücudun kütle merkezinin (COM) sürekli kontrolüne ve geri bildirim kontrolüne duyulan ihtiyaç nedeniyle, UGT postüral kontrol ve stablity3,7için daha büyük bir zorluk oluşturur.
UGT’nin özellikle yaşlılarda ve denge bozukluğu olan hastalarda düşme ve yaralanmalara yol açan önemli bir faktör olduğu bildirilmiştir3,8. Daha yüksek yürüme hızları, UGT9sırasında motor kontrolünde ek bir düşüşe neden olabilir. Ridge ve ark.10, normal yürüme hızında (NWS) ve hızlı yürüme hızında (FWS) UGT sırasında çocukların tepe eklem açısı ve iç eklem momenti verilerini araştırdı. Sonuçlar, tercih edilen hıza kıyasla daha yüksek hızlarda daha büyük diz bükülme açıları ve uzatma anları gösterdi. Alt ekstremite eklemlerini çevreleyen ilgili kasların güçlendirilmesinin UGT sırasında yaralanma önleme için yararlı bir müdahale olabileceğini belirttiler.
Sabit hal yürüyüşü sırasında yürüme hızının alt eksabil biyomekanik karakter üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde çalışılmış olsa da11,12,13, UGT’nin farklı yürüme hızları altındaki biyomekanik mekanizması sınırlıdır. Bilgimize göre, sadece üç çalışma özellikle sağlıklı bireylerin UGT performanslarını hız etkileri açısından değerlendirmiş9,10,14. Bununla birlikte, bu çalışmalardaki denekler esas olarak yaşlı14 ve çocuklar10UGT sırasında genç yetişkinlerin biyomekanik mekanizması hala belirsizdir. Alt ektremite kinematik ve plantar basınç, lokomotion biyomekaniklerin hassas bir analizini sağlayabilir ve bunlar ayrıca klinik yürüyüş tanıları için çok önemli bileşenler olarak kabul edilir15,16. Örneğin, Serrao ve ark.17, ani durma sırasında serebellar ataksili hastalar ile sağlıklı meslektaşları arasındaki klinik farklılıkları tespit etmek için alt ektremite kinematik verileri kullandı. Ayrıca, planlı yürüyüş sonlandırması (PGT) ile karşılaştırıldığında, UGT sırasında lateral metatarsalda daha büyük tepe basıncı ve kuvvet gözlenebilir7, bu da daha yüksek yaralanma riskleri ile ilişkili olabilir.
Bu nedenle, UGT’nin biyomekanik mekanizmalarını keşfetmek, yaralanma önleme ve daha fazla klinik araştırma için içgörüler sağlayabilir. Bu çalışma, UGT sırasında genç yetişkinlerde farklı yürüme hızları altında herhangi bir biyomekanik değişikliği araştırmak için bir protokol sunun. Yürüme hızındaki artışla birlikte, katılımcıların UGT sırasında farklı alt ekft biyomekanik özellikler sergileyeceği varsayılıyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
UGT sırasında yürüyüş biyomekaniklerini analiz eden önceki çalışmaların çoğu, biyomekanik değerlendirmelerinde yürüme hızının önemini atlar. Bu nedenle, bu çalışma, hız ile ilgili etkileri ortaya çıkarmak amacıyla NWS ve FWS’de UGT’de meydana gelen alt ekft biyomekanik değişiklikleri araştırdı.
NWS ve FWS’de UGT sırasında sagittal düzlemdeki kalça, diz ve ayak bileği eklemlerinin ROM’unda önemli farklılıklar bulunmuştur. Bulgularımız, FWS’deki UGT sı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
NSFC-RSE Ortak Projesi (81911530253), Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2018YFF0300905) ve Ningbo Üniversitesi’nde K.C. Wong Magna Fonu.
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).
