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Neuroscience

Bewertung der Funktion des Fußkernsystems bei älteren Menschen

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

Die funktionelle Rumpfstabilität des Fußes trägt zur statischen Körperhaltung und zu dynamischen Aktivitäten des Menschen bei. In dieser Arbeit wird eine umfassende Bewertung der Funktion des Fußkernsystems vorgeschlagen, das drei Subsysteme kombiniert. Es kann ein erhöhtes Bewusstsein und ein facettenreiches Protokoll zur Erforschung der Fußfunktion in verschiedenen Bevölkerungsgruppen bieten.

Abstract

Als komplexe Struktur, die Körper und Boden verbindet, trägt der Fuß zur Haltungskontrolle bei statischen und dynamischen Aktivitäten des Menschen bei. Der Fußkern wurzelt in der funktionellen Interdependenz des passiven, aktiven und neuronalen Subsystems, die sich zum Fußkernsystem verbinden, das die Fußbewegung und -stabilität steuert. Das Fußgewölbe (passives Subsystem), das für die Belastung verantwortlich ist, gilt als funktioneller Kern des Fußes, und seine Stabilität ist für normale Fußfunktionen erforderlich. Die funktionellen Anomalien des Fußes wurden bei älteren Menschen häufig berichtet, wie z. B. Schwäche der Zehenbeugemuskeln, abnormale Fußhaltungen und verminderte plantare sensorische Empfindlichkeit. In dieser Arbeit wird ein umfassender Ansatz zur Bewertung der Fußfunktion auf der Grundlage von Fußkern-Subsystemen vorgestellt. Die Kraft und Morphologie der intrinsischen und extrinsischen Fußmuskulatur wurde verwendet, um die Funktion des Fußmuskels (aktives Subsystem) zu bewerten. Der Doming-Krafttest wurde angewendet, um die Funktion der intrinsischen Fußmuskulatur zu bestimmen, während sich der Zehenbeugekrafttest mehr auf die Funktion der extrinsischen Muskeln konzentrierte. Der Kahnbeinfalltest und der Fußhaltungsindex wurden angewendet, um die Funktion des Fußgewölbes (passives Subsystem) zu bewerten. Für das neuronale Subsystem wurden der plantare leichte Berührungsschwellentest und der Zweipunkt-Diskriminierungstest verwendet, um die plantare taktile Empfindlichkeit in neun Regionen des Fußes zu bewerten. Diese Studie liefert neue Einblicke in die Fußkernfunktion bei älteren Menschen und anderen Bevölkerungsgruppen.

Introduction

Der menschliche Fuß ist eine hochkomplexe Struktur, die aus Knochen, Muskeln und Sehnen besteht, die am Fuß befestigt sind. Als Segment der unteren Extremität stellt der Fuß ständig direkten Quellenkontakt mit der Auflagefläche her und trägt so zu tragenden Aufgabenbei 1. Basierend auf dem komplexen biomechanischen Zusammenspiel zwischen Muskeln und passiven Strukturen trägt der Fuß zur Stoßdämpfung bei, passt sich unregelmäßigen Oberflächen an und erzeugt Schwung. Es gibt Hinweise darauf, dass der Fuß einen bedeutenden Beitrag zur Haltungsstabilität, zum Gehen und Laufen leistet 2,3,4.

Nach einem neuen Paradigma, das von McKeon5 im Jahr 2015 vorgeschlagen wurde, wurzelt der Fußkern in der funktionellen Interdependenz der passiven, aktiven und neuronalen Subsysteme, die sich zum Fußkernsystem verbinden, das die Fußbewegung und -stabilität steuert. In diesem Paradigma bildet die knöcherne Anatomie des Fußes die funktionelle Halbkuppel, die die Längs- und Quermittelfußbögen umfasst und sich flexibel an Laständerungen anpasst6. Diese Halbkuppel und die passiven Strukturen, einschließlich der Bänder und Gelenkkapseln, bilden das passive Subsystem. Darüber hinaus besteht das aktive Subsystem aus intrinsischen Fußmuskeln, extrinsischen Muskeln und Sehnen. Die intrinsischen Muskeln fungieren als lokale Stabilisatoren, die für die Unterstützung des Fußgewölbes, die Belastungsabhängigkeit und die Modulation verantwortlich sind 7,8, während die extrinsischen Muskeln die Fußbewegung als globale Beweger erzeugen. Für das neuronale Subsystem tragen verschiedene Arten von sensorischen Rezeptoren (z. B. kapsuloligamentöse und kutane Rezeptoren) in der Plantarfaszie, den Bändern, Gelenkkapseln, Muskeln und Sehnen zur Verformung, zum Gang und zum Gleichgewicht der Fußkuppel bei 9,10.

Mehrere Forscher haben spekuliert, dass der Fuß auf zwei Arten zu den täglichen Aktivitäten beiträgt. Eine ist die mechanische Unterstützung über das funktionelle Fußgewölbe und die Modulation der Muskeln der unteren Extremitäten. Die andere ist die Eingabe von plantaren sensorischen Informationen über die Position11. Basierend auf dem Fußkernsystem können Defizite in diesem System, einschließlich der Fußhaltung, der Kraft der intrinsischen und extrinsischen Fußmuskulatur und der Empfindungsempfindlichkeit, für die Schwäche der Beweglichkeit und des Gleichgewichts prädisponieren 9,11,12,13.

Mit zunehmendem Alter treten jedoch häufig Veränderungen des Aussehens, der Biomechanik, der Struktur und der Funktion des Fußes auf, einschließlich Fuß- oder Zehendeformitäten, Schwäche der Fuß- oder Zehenkraft, plantarer Druckverteilung und verminderter plantarer Tastempfindlichkeit 14,15,16,17. Das Vorhandensein einer Zehendeformität und der Schweregrad des Hallux valgus sind mit der Mobilität und dem Sturzrisiko bei älteren Menschen verbunden11,18. Darüber hinaus trägt die Stärke der Zehenbeugemuskeln, die früher übersehen wurde, zum Gleichgewicht bei älteren Menschen bei19. In der Zwischenzeit haben ältere Menschen auch ein höheres Risiko, Fußerkrankungen zu haben, die mit Pathologien wie Diabetes, peripherer arterieller Verschlusskrankheit, Neuropathie und Arthrose verbunden sind20,21.

Die Beurteilung, Untersuchung und Gesundheitsvorsorge des Fußes, insbesondere bei älteren Menschen, hat zunehmend Aufmerksamkeit erregt14,21. Es gibt jedoch eine begrenzte Studie, um die umfassende Bewertung der Funktion des Fußkernsystems zu untersuchen. Zahlreiche Studien zielten darauf ab, pathologische Fußprobleme bei älteren Menschen wie Schmerzen und Nagel-, Haut-, Knochen-/Gelenk- und neurovaskuläre Erkrankungen zu untersuchen 21,22,23. Die Rolle des Fußes bei der mechanischen Unterstützung und dem sensorischen Input bei täglichen Aktivitäten und als funktionelles Kernsystem muss erkannt und bewertet werden, was in früheren Studien ignoriert wurde. Insbesondere die aktiven Komponenten des Fußes, einschließlich der intrinsischen und extrinsischen Muskeln, wirken als lokale Stabilisatoren und globale Beweger und tragen zur Stabilität und zum Verhalten des Fußes in statischer Haltungund dynamischer Bewegung bei 5.

Es wird berichtet, dass die Zehenbeugekraft ausschließlich die Fußmuskelkraft darstellt, und sie wird auch verwendet, um die Beziehung zwischen Fußfunktion und anderen Gesundheitssituationen wie Gleichgewicht und Mobilität zu untersuchen 24,25,26. Die Fußmuskelkraft beschränkt sich von Natur aus darauf, die Wirkung von intrinsischen und extrinsischen Muskeln zu unterscheiden. Darüber hinaus wurden mehrere Tests, darunter der Papiergrifftest und ein intrinsischer positiver Test, als nicht-quantitative Tests kritisiert, die eine schlechte Reliabilität und Validität aufweisen 7,27. Kürzlich wurde über eine neue Bewertung der Fußdoming-Kraft berichtet, um die intrinsische Fußmuskelkraft zu quantifizieren, und es hat sich gezeigt, dass sie eine gute Validität hat28. Durch die Messung der Doming-Kraft (kurze Fußbewegung) trägt es zur direkten Quantifizierung der Funktion des intrinsischen Muskels bei.

Daher wird hier ein Protokoll vorgeschlagen, das darauf abzielt, die Eigenschaften des Fußes bei älteren Menschen auf der Grundlage des Fußkernsystems, insbesondere die Funktion des aktiven Subsystems, zu untersuchen. Dieses Protokoll bietet eine umfassende Bewertung zur Untersuchung der Fußkernstabilität, einschließlich des passiven, aktiven und neuronalen Subsystems, bei älteren Menschen. Darüber hinaus wurden Veränderungen der Fußkernfunktion in verschiedenen Gesundheitssituationen wie Plantarfasziitis, Plattfuß und Diabetes berichtet 24,29,30. In zukünftigen Studien könnte es helfen, die Fußfunktion in verschiedenen Populationen in einer mehrdimensionalen Messung zu bewerten.

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Protocol

Diese Studie wurde am Sports Medicine and Rehabilitation Centre der Shanghai University of Sport durchgeführt und von der Ethikkommission der Shanghai University of Sport genehmigt (Nr. 102772020RT001). Vor dem Test erhielten die Teilnehmer Details über den Versuchszweck und die Verfahren; Alle Teilnehmer haben die Einverständniserklärung unterschrieben.

1. Auswahl der Teilnehmer

  1. Nehmen Sie Teilnehmer auf, die (1) über 60 Jahre alt sind; (2) kann allein eine stehende Position halten; (3) kann selbstständig gehen, ohne fremde Hilfe, Prothesen oder Mobilitätshilfen; (4) kann eine normale kognitive Funktion aufweisen und kann die Verfahren und Anweisungen des Tests verstehen. Schließen Sie Teilnehmer aus, bei denen (1) eine schwere Herz-Lungen-Erkrankung diagnostiziert wurde; (2) bei denen Motoneuronenstörungen wie Alzheimer und Parkinson diagnostiziert wurden; und (3) eine Vorgeschichte von Traumata der unteren Gliedmaßen im vergangenen Jahr wurden ausgeschlossen.
    HINWEIS: Um die Funktion des Fußkernsystems zu bewerten, wurden für diese Studie 42 ältere Teilnehmer und 42 junge Teilnehmer rekrutiert, deren demografische Daten mit der alten Gruppe (Kontrollgruppe) übereinstimmten. Die Stichprobengröße wurde für den t-Test mit einer Einstellung von α = 0,05, Trennschärfe (1 − β) = 0,95 und Effektstärke = 0,8 berechnet. Das Ergebnis zeigt, dass 42 Teilnehmer in jeder Gruppe in diese Studie eingeschlossen werden sollten.

2. Aktives Teilsystem

HINWEIS: Die Morphologie- und Krafttests der intrinsischen und extrinsischen Fußmuskulatur werden verwendet, um das aktive Subsystem zu bewerten.

  1. Muskelmorphologie
    1. Schalten Sie das Ultraschallsystem des Bewegungsapparates ein und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Einfrieren . Stecken Sie den Sondenstecker in den Anschlussanschluss auf der Rückseite des Hosts und verriegeln Sie die Taste Probe Lock . Klicken Sie auf die Schaltfläche iStation und dann auf Neuer Patient. Geben Sie die ID, den Namen, das Geschlecht und das Geburtsdatum jedes Teilnehmers ein.
      Anmerkungen: Das Sondenkabel sollte richtig angeordnet und an einer Stelle platziert werden, an der es nicht leicht zertrampelt werden kann, um sicherzustellen, dass sich das Kabel nicht mit den anderen Gegenständen verfängt. Platzieren Sie die Sonde an einem sicheren Ort, um Kollisionen und Beschädigungen zu vermeiden.
    2. Abductor hallucis (AbH): Tragen Sie das Ultraschall-Kopplungsgel in der Mitte der Abtastlinie von Tuberositas und Kahnbeintuberositas auf. Platzieren Sie die Sonde an der medialen Fersenbeinhöcker in Richtung der Kahnbeinhöckerschaft. Bewegen Sie die Sonde anständig, um den dicksten Teil des AbH zu erfassen, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Speichern , um das Standbild zu speichern.
      1. Drehen Sie dann die Sonde um 90°, um das Querschnittsbild des AbH zu erhalten, und speichern Sie das Bild.
        HINWEIS: Halten Sie bei Muskelmorphologiemessungen einen guten Kontakt zwischen der Sonde und der Haut aufrecht, ohne übermäßigen Druck auszuüben.
    3. Flexor digitorum brevis (FDB): Richten Sie die Sonde in Längsrichtung auf der Linie vom medialen Tuberkel des Fersenbeins bis zum dritten Zeh aus und scannen Sie den Muskel, um die Dicke zu messen. Drehen Sie die Sonde um 90°, um das Querschnittsbild zu erhalten.
    4. Quadratus plantae (QP): Richten Sie die Sonde in Längsrichtung entlang der Muskelfasern am talocalcaneonenavicular Gelenk aus. Bewegen Sie die Sonde anständig, um den dicksten Teil der QP zu lokalisieren. Nehmen Sie drei Bilder für die Dickenmessung auf. Drehen Sie die Sonde um 90°, um Querschnittsbilder zu erhalten.
      HINWEIS: QP liegt tief in der FDB.
    5. Flexor hallucis brevis (FHB): Markieren Sie den ersten Mittelfußknochen, tragen Sie das Ultraschall-Kopplungsgel auf und platzieren Sie die Sonde dann in Längsrichtung entlang des Schafts. Bewegen Sie die Sonde anständig, um den dicksten Teil des FHB zu erfassen, und drehen Sie die Sonde dann um 90°, um das Querschnittsbild zu erhalten.
    6. Peroneus longus und brevis (PER): Weisen Sie die Teilnehmer an, in Rückenlage zu liegen. Markieren Sie den Fibulakopf und den unteren Rand des lateralen Knöchels und markieren Sie 50% der Linie, die die beiden Punkte verbindet. Tragen Sie das Koppelgel auf und platzieren Sie die Sonde, um die Dicke zu erfassen. Um das Querschnittsbild zu erhalten, drehen Sie die Sonde um 90° an der Stelle, an der die Dickenmessung durchgeführt wurde.
    7. Tibialis anterior (TA): Tragen Sie das Kupplungsgel vor der Wade über 20% des Abstands zwischen dem Fibulakopf und dem unteren Rand des lateralen Knöchels auf. Platzieren Sie die Sonde in Längsrichtung entlang des TA, um eine Dickenmessung zu erhalten.
      HINWEIS: Aufgrund des Scanbereichs der Sonde kann der CSA des TA nicht vollständig erfasst werden.
    8. Bildmessung: Suchen Sie auf der rechten Seite des Bildschirms nach den zuvor aufgenommenen Bildern. Verwenden Sie den Trackball, um den Cursor zu bewegen, wählen Sie ein Bild aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Festlegen . Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Messen . Die Messelemente werden auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt.
      1. Dicke: Verwenden Sie den Trackball, um den Cursor zu bewegen, wählen Sie die Entfernungsmessung aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Festlegen . Markieren Sie die beiden Punkte der dicksten Stelle des Muskels im Bild (Abbildung 1 und Abbildung 2). Notieren Sie den Abstand für die Dicke.
      2. Querschnittsfläche (CSA): Verwenden Sie den Trackball, um den Cursor zu bewegen, um die Peripherie des Muskels im Bild nachzuzeichnen. Nachdem Sie den Querschnitt des gesamten Muskels nachgezeichnet haben, klicken Sie auf die Schaltfläche Festlegen (Abbildung 1 und Abbildung 2). Notieren Sie die Fläche für die CSA.
  2. Muskelkraft
    1. Stecken Sie den Bluetooth-Stick des Dynamometers in die USB-Schnittstelle des Computers. Öffnen Sie den Leistungsprüfstand und die FET-Datenerfassungssoftware und klicken Sie auf die Schaltfläche Start Gauge , um auf die automatische Kopplung zu warten.
    2. Zehenbeugefestigkeitstest (FT1)
      1. Weisen Sie den Teilnehmer an, sich mit einer 90°-Beugung des Knies und des Sprunggelenks auf einen Stuhl zu setzen. Befestigen Sie den Prüfstand an der Vorderseite des Holzrahmens. Verbinden Sie die Großzehe mit einem Karabiner mit dem Dynamometer (Abbildung 3B).
        HINWEIS: Stellen Sie die entsprechenden Stangen ein, um Schmerzen während des Tests zu vermeiden.
      2. Tauschen Sie die Paneele hinter dem Fuß aus, um sicherzustellen, dass die Ferse bis zum Kopf des ersten Mittelfußknochens gestützt wird und gleichzeitig eine uneingeschränkte Zehenbeugung möglich ist. Stellen Sie den Karabiner so ein, dass die Zehe eine gleichmäßige Grundlinienkraft erzeugt, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Zurücksetzen , um den Dynamometer auf Null zu stellen.
      3. Klicken Sie in der Software auf die Schaltfläche Start Gauge . Weisen Sie den Teilnehmer an, stabil zu bleiben, bis er angewiesen wird, den großen Zeh zu beugen, 3 s lang so stark wie möglich zu ziehen und dann den Griff zu lockern. Klicken Sie auf die Schaltfläche Stop Gauge und speichern Sie die gesammelten Daten.
    3. Zehenbeugefestigkeitstest (FT2-3 und FT2-5)
      1. Verwenden Sie die T-förmigen Metallstangen, um sie am Prüfstand zu befestigen. Weisen Sie den Teilnehmer an, die 2.-3. Zehen oder die 2.-5. Zehen zu beugen. Führen Sie ein ähnliches Testverfahren wie beim FT1-Test durch (Abbildung 3C,D).
    4. Doming-Test
      1. Legen Sie das Dynamometer gegen den Kahnbeintuberkel. Weisen Sie den Teilnehmer an, den Vorfuß in Richtung Ferse zu schieben oder das Fußgewölbe so weit wie möglich anzuheben, ohne die Zehen anzuheben oder zu krümmen, was zu einer "Verkürzung des Fußes" und einem angehobenen medialen Längsgewölbe führen würde (Abbildung 3A).
      2. Bitten Sie dann den Teilnehmer, 3 s lang maximal freiwillig zu kontrahieren. Führen Sie die Datenerfassung wie bei früheren Zehenbeugetests durch (Schritte 2.2.2 und 2.2.3).
        HINWEIS: Zeichnen Sie drei erfolgreiche Versuche für den Datenprozess auf und sorgen Sie für ausreichend Ruhezeit zwischen den Versuchen, um Ermüdung zu vermeiden.
    5. Öffnen Sie das Verarbeitungsfenster der Programmsoftware und importieren Sie die CSV-Dateien der ursprünglichen Festigkeitsdaten.
      1. Zehenbeugekraft (FT1, FT2-3, FT2-5): Klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen , wählen Sie die Option Automatische Berechnung in der Berechnungsliste und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Berechnung . Die Software berechnet aktiv die Spitzenkraft des Zehengriffs (Abbildung 4).
      2. Doming-Kraftdaten: Importieren Sie die Originaldaten in die Software und klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen . Wählen Sie in der Berechnungsliste die Option Manuelle Berechnung aus. Ziehen Sie dann manuell das bewegliche 0,5-s-Fenster, in dem die Kraftkurve die Form eines Plateaus hat, und die Software berechnet automatisch die durchschnittliche Kraft im Fenster (Abbildung 5).

Figure 1
Abbildung 1: Repräsentative Ultraschallbilder von drei intrinsischen Muskeln. (A) Dickenbild des Abduktors hallucis; (B) Querschnittsfläche des Abduktors hallucis; (C) Dickenbild des Flexor digitorum brevis; (D) Querschnittsfläche des Flexor digitorum brevis; (E) Dickenbild des Quadratus plantae; und (F) Querschnittsfläche des Quadratus plantae. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Repräsentative Ultraschallbilder von drei extrinsischen Muskeln. (A) Dickenbild des Flexor hallucis brevis; (B) Querschnittsfläche des Flexors hallucis brevis; (C) Dickenbild der Muskeln Peroneus longus und Brevis; (D) Querschnittsfläche der Musculus peroneus longus und brevis; und (E) Dickenbild des Tibialis anterior. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Fußmuskelkrafttest. (A) Doming-Test; (B) Zehenbeugefestigkeitstest (FT1); (C) Zehenbeugefestigkeitstest (FT2-3); (D) Zehenbeugefestigkeitstest (FT2-5). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Repräsentatives Diagramm der Zehenbeugekraft. Die Spitzenkraft der Zehenbeugung wird als Mittelwert von sechs Datenpunkten um den ausgewählten Spitzenpunkt berechnet. In der Individualsoftware ist programmiert, dass 10 Punkte inklusive Spitzenkraft relativ stabil bleiben, um Fehlspitzen zu vermeiden, was bedeutet, dass die restlichen neun Punkte ±0,5 des Spitzenwertes nicht überschreiten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 5
Abbildung 5: Repräsentatives Doming-Stärkediagramm. Die Kraft der maximalen willkürlichen Kontraktion wird für die Domingfestigkeit berechnet. Ein bewegliches 0,5-s-Fenster ist vorhanden, um zu bestimmen, wo sich die Kraftkurve in Form eines Plateaus befindet, das manuell gezogen werden kann. Die Stärke des Domings ist so programmiert, dass sie den Mittelwert des Auswahlfensters (0,5 ms) berechnet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

3. Passives Subsystem

HINWEIS: Die ND- und Fußhaltungsindex-6-Tests (FPI-6) wurden angewendet, um die Fußstruktur (passives Subsystem) zu bewerten.

  1. Kahnbeinfalltest (ND)
    1. Montieren Sie den Höhenmessschieber mit der Basis, dem Befestigungsblock und der Anreißklaue. Um die Kahnbeinhöcker zu spezifizieren, ziehen Sie die Anreißklaue durch einen Stock. Platzieren Sie den Höhenmessschieber auf der horizontalen Plattform.
      HINWEIS: Der ND-Test wird auf derselben horizontalen Plattform durchgeführt.
    2. Weisen Sie die Teilnehmer an, auf einem höhenverstellbaren Stuhl Platz zu nehmen und sich seitlich zu drehen, um die Visualisierung des medialen Längsgewölbes zu ermöglichen. Palpieren Sie den Kahnbeinhöcker ab und markieren Sie seine Position. Weisen Sie die Teilnehmer an, in einer Position zu sitzen, in der Knie-, Hüft- und Knöchelgelenke einen 90°-Winkel bilden.
    3. Tasten Sie die medialen und lateralen Aspekte des Taluskopfes des Teilnehmers ab. Supinieren und pronieren Sie das Subtalargelenk, bis die mediale und laterale Seite des Talus gleich positioniert sind.
    4. Richten Sie den Kopf der Anreißklaue an der markierten Kahnbeinhöcker aus. Lesen und notieren Sie die Höhe an dieser nicht tragenden Position (Höhe 1).
    5. Weisen Sie die Teilnehmer an, zu stehen und die normale, beidseitige, gewichtstragende Haltung beizubehalten. Notieren Sie konsequent die Höhe (Höhe 2).
    6. Definieren Sie die vertikale Bewegung der Kahnbeinhöcker (d. h. Höhe 1-Höhe 2) in der Sagittalebene als ND.
      HINWEIS: Während des ND-Tests müssen die Teilnehmer geradeaus bleiben und geradeaus schauen.
  2. Fußhaltungsindex-6 (FPI-6)
    1. Führen Sie den FPI-6-Test auf der horizontalen Plattform wie beim ND-Test (Schritt 3.1.1) durch.
    2. Weisen Sie die Teilnehmer an, mehrere Schritte zu machen, auf der Stelle zu marschieren und dann in ihrer entspannten Position mit doppelter Gliedmaßenunterstützung zu stehen. Informieren Sie sie, während der Bewertung ca. 2 Minuten lang still zu stehen.
    3. Palpieren Sie den Talarkopf und beurteilen Sie seine Position auf der lateralen und medialen Seite.
    4. Palpieren Sie den lateralen Knöchel und ritzen Sie die supra- und infralaterale Knöchelkrümmung.
    5. Beobachten Sie die Position der Fersenbeinebene und bewerten Sie den Winkel zwischen der hinteren Seite des Fersenbeins und der Längsachse des Fußes.
    6. Gaumen Sie das Talonaviculargelenk (TNJ) und ritzen Sie die Ausbuchtung oder Konkave in diesem Bereich ein.
    7. Gaumen und beobachten Sie die Krümmung des medialen Längsbogens und bewerten Sie seine Höhe und Kongruenz.
    8. Beobachten Sie den Vorfuß direkt hinter und in einer Linie mit der Längsachse der Ferse und bewerten Sie die relative Position des Vorfußes auf dem Rückfuß (Abduktion/Adduktion).
      HINWEIS: In diesem Test wird jedes Element mit -2, -1, 0, 1 und 2 bewertet (siehe Zusatzdatei 1).

4. Neuronales Subsystem

HINWEIS: Bei der Bewertung des neuronalen Subsystems wurden die plantare Lichtberührungsschwelle und ein Zwei-Punkt-Diskriminator (TPD) angewendet, um die plantare Empfindlichkeit zu bewerten.

  1. Plantarlicht-Berührungsschwelle
    1. Bereiten Sie das Semmes-Weinstein-Monofilament-Kit (SWM) vor, das aus 20 Teilen besteht. Jedes SWM-Kit hat eine Indexnummer von 1,65 bis 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 und 6,65), die sich auf eine kalibrierte Bruchkraft bezieht (d. h. Index 1,65 entspricht 0,008 g Kraft).
      HINWEIS: Je höher der Indexwert, desto steifer und schwieriger ist es zu biegen.
    2. Markieren Sie die Testregionen in der Plantarsohle, einschließlich des ersten Zehs (T1), des ersten Mittelfußkopfes (MT1), des dritten Mittelfußkopfes (MT3), des fünften Mittelfußkopfes (MT5), des Mittelfußes (M) und der Ferse (H).
    3. Wenden Sie 4,74 SWM auf die Thenareminenzen der Teilnehmer an, um den Reiz zu spüren, den sie im formalen Test auf der Plantarsohle erhalten. Weisen Sie die Teilnehmer an, "Ja" zu sagen und den Untersucher jedes Mal klar und laut über die genaue Stelle zu informieren, wenn die Teilnehmer den sensorischen Reiz von SWM an einer getesteten Stelle wahrnehmen.
      HINWEIS: Jeder markierte Bereich kann im Handumdrehen durch eine bestimmte Nummer ersetzt werden.
    4. Legen Sie jeden Teilnehmer in Bauchlage auf einen Standard-Behandlungstisch, der vom Untersucher abgewandt ist, wobei der Fuß an der Tischkante hängt. Weisen Sie sie an, die Augen zu schließen und Kopfhörer zu tragen, um die Unterstützung des Sehens zu vermeiden bzw. Ablenkungen zu minimieren.
    5. Tragen Sie SWM senkrecht auf die Haut an der Zielregion auf. Druck ist angebracht, bis das Nylon-SWM zu einer "C"-Form gebogen ist. Halten Sie es dann 1 s lang gedrückt, bevor Sie es entfernen. 4.74 SWM wird zuerst auf den markierten Bereich angewendet, und ein 4-2-1-Stepping-Algorithmus wird verwendet, um die Bewertung21 zu standardisieren. Testen Sie sechs Plantarregionen nach dem Zufallsprinzip.
      HINWEIS: Planen Sie im Intervall der Wanderwege einige Sekunden Pause ein, falls es zu einer Störung der Sensibilität zwischen den markierten Regionen kommt. Die zuletzt erkannte SWM wird als Schwellenwert für diese Site betrachtet.
  2. Zwei-Punkt-Diskriminator (TPD)
    1. Bereiten Sie die Zweipunkt-Diskriminatorvorrichtung vor. Das verstellbare Gerät hat verschiedene Abstände, die von 1 mm bis 15 mm reichen.
      HINWEIS: Eine Seite des Zifferblatts reicht von 1 mm bis 8 mm, und das Drehen des Zifferblatts zur anderen Seite reicht von 9 mm bis 15 mm.
    2. Markieren Sie die sechs Testbereiche in der Plantarsohle, die denen beim Plantarlichtschwellentest (Schritt 4.1.2) entsprechen.
    3. Um die Teilnehmer mit dem Testprozess vertraut zu machen, wenden Sie den Zwei-Punkt-Diskriminator in der Spitze des Mittelfingers der Teilnehmer an. Weisen Sie sie an, "eins" zu sagen, wenn sie einen Punkt wahrgenommen haben, oder "zwei", wenn sie zwei Punkte wahrgenommen haben.
      HINWEIS: Die Testposition ist die gleiche wie beim Fußberührungsschwellentest für Plantarlicht. Die Teilnehmer sollten die Augen geschlossen halten.
    4. Beginnen Sie den Test mit dem größten Abstand (8 mm) und verringern Sie dann den Breitenabstand um 5 mm, bis die Teilnehmer einen Punkt melden. Bewegen Sie das Gerät in Schritten von 1 mm und wenden Sie die Randomisierung von einem oder zwei Punkten an, bis die Teilnehmer konsistent zwei Punkte in einer Testbreite identifizieren können.
      HINWEIS: Die dreimalige korrekte Identifizierung von zwei Punktberührungen von fünf Berührungen wird als positiv definiert. Der letzte Zweipunktwert wird als TPD-Schwellenwert aufgezeichnet.

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Representative Results

In dieser Studie wurden 84 Teilnehmer zur Messung eingeschlossen. Die junge Gruppe umfasste 42 Universitätsstudenten mit einem Durchschnittsalter von 22,4 ± 2,9 Jahren und einer Körpergröße von 1,60 ± 0,05 m. Die ältere Gruppe umfasste 42 in der Gemeinschaft lebende ältere Menschen mit einem Durchschnittsalter von 68,9 ± 3,3 Jahren und einer Körpergröße von 1,59 ± 0,05 m.

Repräsentative Ergebnisse des aktiven Teilsystems
Die Morphologie und Kraft der Fußmuskulatur wird verwendet, um die Funktion des aktiven Subsystems zu bestimmen. Die Muskelkraftdaten werden nach Gewicht (N/kg) normalisiert. Wie in Abbildung 6 gezeigt, waren die Fußmuskelkräfte bei älteren Menschen im Vergleich zu jungen Teilnehmern bei allen Tests geringer (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).

Was die Muskelmorphologie (Abbildung 7) betrifft, so gab es bei den meisten Muskeln mit Ausnahme der TA signifikante Dickenunterschiede zwischen zwei Gruppen (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). Darüber hinaus gab es signifikante Unterschiede in CSA zwischen zwei Gruppen (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) (Abbildung 8).

Figure 6
Abbildung 6: Unterschied in der Fußmuskelkraft zwischen den Gruppen. Sternchen kennzeichnet den signifikanten Unterschied zwischen jungen und älteren Gruppen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 7
Abbildung 7: Unterschied in der Muskeldicke zwischen den Gruppen. AbH, Entführer halluzin; FDB, Flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, Flexor hallucis brevis; PER, Peroneus longus und Brevis-Muskeln; TA, Tibialis anterior. Sternchen kennzeichnet den signifikanten Unterschied zwischen jungen und älteren Gruppen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 8
Abbildung 8: Unterschied in der Muskelquerschnittsfläche zwischen den Gruppen. CSA, Querschnittsfläche; AbH, Entführer halluzin; FDB, Flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, Flexor hallucis brevis; PER, Peroneus longus und Brevis-Muskeln. Sternchen kennzeichnet den signifikanten Unterschied zwischen jungen und älteren Gruppen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Repräsentative Ergebnisse des passiven Subsystems
Für das passive Subsystem wurden die ND- und FPI-6-Tests angewendet, um die Fußstruktur und -haltung zu bewerten. Im Vergleich zu jungen Teilnehmern waren die ND-Distanz und der FPI-6-Score bei älteren Menschen höher (ND, t(82) = 4,01, p < 0,001; FPI-6, t (82) = 2,80, p = 0,006) (Abbildung 9).

Figure 9
Abbildung 9: Unterschied in den Ergebnissen des passiven Subsystems zwischen den Gruppen. ND, Kahnbeinfalltest; FPI-6, Fußhaltungsindex-6. Sternchen kennzeichnet den signifikanten Unterschied zwischen jungen und älteren Gruppen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Repräsentative Ergebnisse des neuronalen Subsystems
In dieser Studie werden die plantare Lichtberührungsschwelle und die TPD verwendet, um die Empfindlichkeit der plantaren Empfindung zu bestimmen. Insgesamt werden sechs Fußregionen für beide neuronalen Subsystemmessungen ausgewählt, darunter der erste Zeh (T1), der erste Mittelfußkopf (MT1), der dritte Mittelfußkopf (MT3), der fünfte Mittelfußkopf (MT5), der Mittelfuß (M) und die Ferse (H)31.

Wie in Abbildung 10 gezeigt, waren die plantaren Lichtberührungsschwellen von sechs Regionen bei älteren Menschen im Vergleich zu jungen Teilnehmern höher (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
Abbildung 10: Unterschied in der plantaren Lichtberührungsschwelle zwischen Gruppen. T1, der erste Zeh; MT1, der erste Mittelfußkopf; MT3, der dritte Mittelfußkopf; MT5, der fünfte Mittelfußkopf; M, der Mittelfuß; H, die Ferse. Sternchen kennzeichnet den signifikanten Unterschied zwischen jungen und älteren Gruppen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Wie in Abbildung 11 gezeigt, war die TPD von sechs Regionen im Vergleich zu jungen Teilnehmern bei älteren Menschen höher (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
Abbildung 11: Unterschied in der Zwei-Punkte-Unterscheidung zwischen Gruppen. T1, der erste Zeh; MT1, der erste Mittelfußkopf; MT3, der dritte Mittelfußkopf; MT5, der fünfte Mittelfußkopf; M, der Mittelfuß; H, die Ferse. Sternchen kennzeichnet den signifikanten Unterschied zwischen jungen und älteren Gruppen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Discussion

Das vorgestellte Protokoll wird verwendet, um die Eigenschaften des Fußes bei älteren Menschen zu messen, was eine umfassende Bewertung zur Untersuchung der Fußrumpfstabilität bietet, einschließlich der passiven, aktiven und neuronalen Subsysteme. Dieses neue Paradigma beleuchtet die Fußfunktion, die interagiert, um den Fuß zu stabilisieren und die sensomotorische Funktion bei täglichen Aktivitäten aufrechtzuerhalten33. In früheren Studien widmeten die Forscher der Erforschung von Fußdeformitäten mehr Aufmerksamkeit; Zehenbeugekraft; verminderte Plantarsensorik; und andere pathologische Zustände wie Diabetes, periphere Neuropathie und Fersenschmerzen bei älteren Menschen 21,34,35,36. Die Funktion der intrinsischen Fußmuskulatur und die Interaktion zwischen den drei Subsystemen wurden in früheren Fußbewertungen ignoriert. Mit zunehmender Aufmerksamkeit für die intrinsische Fußmuskulatur wurden in der klinischen Praxis mehrere qualitative Methoden eingesetzt, wie z. B. manuelle Muskeltests, Papiergriffe und intrinsische positive Tests 7,37. Diese Methoden sind jedoch begrenzt, da sie sich auf den Beitrag der intrinsischen Muskeln zur Erzeugung der Zehenbeugung konzentrieren und nicht auf die Funktion des Stützgewölbes, was wichtiger ist5.

Wie in diesem Protokoll durchgeführt, kann die Untersuchung jedes Subsystems, d.h. über die plantare Lichtberührungsschwelle und TPD für das neuronale Subsystem, die ND und FPI-6 für das passive Subsystem sowie die Stärke der intrinsischen und extrinsischen Fußmuskulatur für das aktive Subsystem, Erkenntnisse liefern, um verschiedene Wege für die Fußfunktion aus der Sicht eines multifunktionalen Fußsystems zu identifizieren. Wie bereits erwähnt, sind diese qualitativen Methoden in der klinischen Funktionsbewertung einfach zu implementieren. Die Zuverlässigkeit, Validität und Handlungsqualität während des Prozesses müssen jedoch geklärt werden5.

Darüber hinaus wurden in Bezug auf die passiven und neuronalen Subsysteme viele Studien durchgeführt, um die Auswirkungen des Alterns auf verwandte Merkmale, einschließlich der plantaren sensorischen Empfindlichkeit und der Fußhaltung, zu untersuchen. Es ist allgemein anerkannt, dass die plantare Sensorik bei älteren Menschen signifikant abnimmt und ihre Fußmorphologie eher zu einer Pronationshaltung neigt38,39. Als funktionelle Bewertung wird der Fußmuskelkrafttest als direkte Messung des aktiven Subsystems betrachtet.

Aufgrund der gleichzeitigen Beteiligung von intrinsischen und extrinsischen Muskeln ist die Stärke der intrinsischen Muskeln in früheren Studien schwer zu isolieren und zu bewerten. Daher werden verschiedene Kraftbewertungen angewendet, um die Beiträge der intrinsischen und extrinsischen Fußmuskulatur zu trennen, einschließlich Zehenbeuge- und Doming-Tests. Die Doming-Bewegung, in der klinischen Praxis als Kurzfußtraining bekannt, wird durchgeführt, um die Kraft der intrinsischen Muskeln mit einem Dynamometer zu quantifizieren. Seine gute Zuverlässigkeit (ICCs, 0,816-0,985) wurde in einer früheren Studiegeklärt 28. Die Verwendung desselben Kraftmessgeräts in einem festen Zustand ermöglicht direkte Vergleiche zwischen intrinsischen und extrinsischen Muskeln, auch zwischen aktuellen und zukünftigen Daten. Bei der indirekten Messung des intrinsischen Fußmuskels wird die Muskelmorphologie (Dicke und CSA) durch Ultraschall bestimmt, der in einschlägigen Fußstudien angewendet wurde40,41.

In der aktuellen Studie zeigten die Ergebnisse einen signifikanten Unterschied in den Eigenschaften des aktiven Subsystems zwischen jungen und alten Gruppen, was mit früheren Studien übereinstimmt41,42. Wie in Abbildung 6 gezeigt, hatten die älteren Teilnehmer im Vergleich zu jungen Erwachsenen eine Abnahme der Fußmuskelkraft um etwa 29 % bis 39 % (Doming, FT1, FT2-3 und FT2-5). Ebenso gab es signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen in der Fußmuskelmorphologie (Dicke und CSA) (Abbildung 7 und Abbildung 8).

Die folgenden Schritte im Protokoll sind entscheidend für die Untersuchung der Eigenschaften des Fußkernsystems und sind mit einer genauen Messung verbunden. a) Während der neuronalen Subsystemtests werden die Teilnehmer angewiesen, jedes Mal, wenn sie die sensorische Stimulation wahrnehmen, klar und laut zu reagieren. Führen Sie diese Tests daher in einem separaten, ruhigen Raum durch, um die Genauigkeit zu gewährleisten und sicherzustellen, dass sich die Teilnehmer mit dem Test vertraut gemacht haben. b) Üben Sie beim Muskelmorphologietest minimalen Druck auf die Ultraschallsonde aus, um die Weichteilverformung zu reduzieren. Der Test und die Bildverarbeitung sollten von demselben Prüfer43 durchgeführt werden. c) Korrigieren Sie die Ausrichtung des Fußes in den ND- und FPI-6-Tests zur korrekten Messung der Fußhaltung. d) Stellen Sie beim Festigkeitstest sicher, dass der Prüfstand und der Holzbefestigungsrahmen korrekt eingestellt sind. Messen Sie Doming und Zehenbeugebewegung mit guter Qualität. e) Die Ermüdung der plantaren intrinsischen Fußmuskulatur erhöht die ND und verändert dann die Fußhaltung weiter44. Obwohl es keine direkten Beweise für den Zusammenhang zwischen Fußmuskelermüdung und plantarer Sensorik gibt, berichtete eine frühere Studie, dass die sensorische Fähigkeit der Haut nach Induktion von Ermüdung der oberen und unteren Extremitäten verringert ist45. Daher sollte der Krafttest zuletzt durchgeführt werden, und die Teilnehmer sollten zwischen den einzelnen Versuchen Zeit zum Ausruhen haben, um kognitive Belastung und Muskelermüdung zu vermeiden.

Bei der Durchführung der Messung müssen mehrere Einschränkungen berücksichtigt werden. Erstens wurde unter Berücksichtigung der anatomischen und biomechanischen Konfiguration der intrinsischen Fußmuskulatur vermutet, dass diese Muskeln dazu beitragen, unmittelbare sensorische Informationen über die sensorischen Rezeptoren bereitzustellen, anstatt große Gelenkbewegungen zu erzeugen5. Aufgrund der technologischen Begrenzung gibt es derzeit jedoch keine geeignete Methode, um die sensorische Funktion der intrinsischen Fußmuskulatur und ihre Wirkung auf die Fußfunktion zu bewerten. Zweitens wird Ultraschall anstelle von MRT angewendet, um die Morphologie zu bestimmen, was als Goldstandardmethode zur Quantifizierung von Fußgewebe gilt46. In zukünftigen Studien sollte die MRT eingesetzt werden, um mehr Einblicke in die Muskulatur des Fußes zu erhalten. Darüber hinaus ist das Fehlen eines entsprechenden multimodalen Ansatzes in der Tat eine Einschränkung dieser Studie. Zukünftige Studien werden den Zusammenhang relevanter Faktoren mit körperlichen Funktionsergebnissen bei älteren Erwachsenen weiter untersuchen.

Als direkte Schnittstelle zwischen Körper und Boden trägt der Fuß zur Erfassung somatosensorischer Informationen bei und passt sich durch die Koordination zwischen den Kontrollen der Muskelaktivität und den Verformungen des funktionellen Fußgewölbes47 an unterschiedliche Belastungsbedingungen an. Mehrere Merkmale des Fußkernsystems sind bei Personen mit Plattfuß, Plantarfasziitis, Diabetes und sogar gesunden älteren Menschen verändert 14,22,48,49. Die Stabilität des Fußrumpfes wurzelt auch in der funktionellen Abhängigkeit dieser drei Subsysteme. Die Messung der Merkmale in einem Subsystem würde keinen vollständigen Überblick über die Bewertung der Fußfunktion bieten.

Dieses Protokoll basiert auf der Zusammensetzung des Fußkernsystems, was der wissenschaftlichen Gemeinschaft Beweise liefern könnte. In der klinischen Praxis wird dieses Protokoll dazu beitragen, die Wirkung von Fußgesundheitsprogrammen und Fußmuskelrehabilitation bei der Behandlung von Fußerkrankungen wie Plattfuß, Plantarfasziitis und Fersenschmerzen zu bewerten. Als Segment in der unteren Extremität spielt der Fuß bei den meisten Körperhaltungen und dynamischen Aktivitäten eine wichtige Rolle für die Haltungsstabilität. Daher könnte es Einblicke in die Fußfunktion in zukünftigen Forschungen zur Krankheitspflege und neuromuskulären Kontrolle geben.

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Disclosures

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte.

Acknowledgments

Die Autoren würdigen die Finanzierung des Zuchtprogramms des 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.

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Fußkernsystem ältere Menschen Haltungskontrolle Fußbewegung Fußstabilität Fußgewölbe funktionelle Anomalien Zehenbeugemuskeln Fußhaltungen plantare sensorische Sensibilität Bewertung der Fußfunktion intrinsische Fußmuskeln extrinsische Fußmuskeln Kahnbeinfalltest Fußhaltungsindex neuronales Subsystem plantare taktile Sensibilität
Bewertung der Funktion des Fußkernsystems bei älteren Menschen
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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).

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