Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Evaluering af fodkernesystemets funktion hos ældre

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

Fodens funktionelle kernestabilitet bidrager til den menneskelige statiske kropsholdning og dynamiske aktiviteter. Dette papir foreslår en omfattende evaluering af funktionen af fodkernesystemet, som kombinerer tre delsystemer. Det kan give øget bevidsthed og mangesidet protokol til at udforske fodfunktionen blandt forskellige populationer.

Abstract

Som en kompleks struktur, der forbinder kroppen og jorden, bidrager foden til postural kontrol i menneskelige statiske og dynamiske aktiviteter. Fodkernen er forankret i den funktionelle indbyrdes afhængighed af de passive, aktive og neurale delsystemer, som kombineres i fodkernesystemet, der styrer fodens bevægelse og stabilitet. Fodbuen (passivt delsystem), der er ansvarlig for belastning, betragtes som fodens funktionelle kerne, og dens stabilitet er nødvendig for normale fodfunktioner. Fodens funktionelle abnormiteter er blevet bredt rapporteret hos ældre, såsom svaghed i tåbøjermusklerne, unormale fodstillinger og nedsat plantar sensorisk følsomhed. I dette papir introduceres en omfattende tilgang til evaluering af fodfunktionen baseret på fodkerneundersystemer. Styrken og morfologien af fodens indre og ydre muskler blev brugt til at evaluere fodmuskulaturens funktion (aktivt delsystem). Den dominerende styrketest blev anvendt til at bestemme funktionen af fodens indre muskler, mens tåbøjningsstyrketesten fokuserede mere på funktionen af ydre muskler. Navikulær faldtest og fodstillingsindeks blev anvendt til at evaluere fodbuefunktion (passivt delsystem). For det neurale delsystem blev plantarlysberøringstærskeltesten og topunktsdiskriminationstesten brugt til at vurdere plantartaktil følsomhed ved ni områder af foden. Denne undersøgelse giver ny indsigt i fodkernefunktionen hos ældre og andre populationer.

Introduction

Den menneskelige fod er en meget kompleks struktur, der består af knogler, muskler og sener, der fastgøres til foden. Som et segment af underekstremiteten giver foden konstant direkte kildekontakt med støttefladen og bidrager dermed til vægtbærende opgaver1. Baseret på det komplekse biomekaniske samspil mellem muskler og passive strukturer bidrager foden til stødabsorbering, justerer for uregelmæssige overflader og genererer momentum. Beviser viser, at foden bidrager meningsfuldt til postural stabilitet, gang og løb 2,3,4.

Ifølge et nyt paradigme foreslået af McKeon5 i 2015 er fodkernen forankret i den funktionelle indbyrdes afhængighed af de passive, aktive og neurale delsystemer, som kombineres i fodkernesystemet, der styrer fodens bevægelse og stabilitet. I dette paradigme danner fodbenets anatomi den funktionelle halvkuppel, som omfatter de langsgående buer og tværgående metatarsale buer og fleksibelt tilpasser sig belastningsændringer6. Denne halvkuppel og passive strukturer, herunder ledbånd og ledkapsler, udgør det passive delsystem. Derudover består det aktive delsystem af fodens indre muskler, ydre muskler og sener. De indre muskler fungerer som lokale stabilisatorer, der er ansvarlige for at understøtte fodbuerne, belastningsafhængigheden og modulation 7,8, mens de ydre muskler genererer fodbevægelse som globale bevægere. For det neurale delsystem bidrager flere slags sensoriske receptorer (f.eks. Capsuloligamentous og kutane receptorer) i plantar fascia, ledbånd, ledkapsler, muskler og sener til fodkuppeldeformation, gang og balance 9,10.

Flere forskere har spekuleret i, at foden bidrager til daglige aktiviteter på to hovedmåder. Den ene er ved mekanisk støtte via den funktionelle bue og modulationen blandt musklerne i underekstremiteterne. Den anden er input af plantar sensorisk information om positionen11. Baseret på fodkernesystemet kan underskud i dette system, herunder fodstilling, styrken af indre og ydre fodmuskler og følefølsomhed, prædisponere for svaghed i mobilitet og balance 9,11,12,13.

Men med stigende alder forekommer ændringer i fodens aspekt, biomekanik, struktur og funktion almindeligt, herunder fod- eller tådeformiteter, svaghed i fod- eller tåstyrke, plantartrykfordeling og reduceret plantar taktil følsomhed 14,15,16,17. Tilstedeværelsen af tådeformitet og sværhedsgraden af hallux valgus er forbundet med mobilitet og faldrisiko hos ældre11,18. Desuden bidrager styrken af tåbøjermusklerne, som tidligere blev overset, til balancen hos ældre mennesker19. I mellemtiden har ældre også større risiko for at have fodsygdomme forbundet med patologier som diabetes, perifer arteriel sygdom, neuropati og slidgigt20,21.

Vurdering, undersøgelse og sundhedspleje af foden, især hos ældre, har tiltrukket sig stigende opmærksomhed14,21. Der er dog en begrænset undersøgelse for at undersøge den omfattende evaluering af fodkernesystemets funktion. Talrige undersøgelser havde til formål at undersøge fodpatologiske problemer hos ældre, såsom smerter og negle, hud, knogler / led og neurovaskulære lidelser 21,22,23. Fodens rolle i mekanisk støtte og sensorisk input under daglige aktiviteter og som et funktionelt kernesystem skal anerkendes og evalueres, hvilket blev ignoreret i tidligere undersøgelser. Især de fodaktive komponenter, herunder de indre og ydre muskler, fungerer som de lokale stabilisatorer og globale bevægere og bidrager til fodens stabilitet og adfærd i statisk kropsholdning og dynamisk bevægelse5.

Tåbøjningsstyrken rapporteres entydigt at repræsentere fodmuskelstyrke, og den bruges også til at udforske forholdet mellem fodfunktion og andre sundhedssituationer, såsom balance og mobilitet 24,25,26. I sagens natur er fodmuskelstyrken begrænset til at skelne virkningen af indre og ydre muskler. Desuden blev flere tests, herunder papirgrebstesten og en iboende positiv test, kritiseret som ikke-kvantitative tests, der har dårlig pålidelighed og gyldighed 7,27. For nylig blev en ny evaluering af foddominans styrke rapporteret for at kvantificere den indre fodmuskelstyrke, og det har vist sig at have en god validitet28. Ved at måle doming (kortfodsbevægelse) styrke bidrager det til direkte kvantificering af funktionen af indre muskler.

Derfor foreslås en protokol her, der sigter mod at undersøge fodens egenskaber hos ældre baseret på fodkernesystemet, især funktionen af det aktive delsystem. Denne protokol giver en omfattende vurdering for at undersøge fodkernestabilitet, herunder det passive, aktive og neurale undersystem, hos ældre. Desuden er ændringer i fodkernefunktionen blevet rapporteret i flere sundhedsmæssige situationer, såsom plantar fasciitis, flad fod og diabetes 24,29,30. I de fremtidige undersøgelser kan det hjælpe med at evaluere fodfunktionen blandt forskellige populationer i en flerdimensionel måling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne undersøgelse blev udført på Sports Medicine and Rehabilitation Centre, Shanghai University of Sport, og er blevet godkendt af den etiske komité ved Shanghai University of Sport (nr. 102772020RT001). Før testen fik deltagerne detaljer om det eksperimentelle formål og procedurer; Alle deltagere underskrev det informerede samtykke.

1. Valg af deltager

  1. Inkluder deltagere, der (1) er over 60 år; 2) kan opretholde stående stilling alene (3) kan gå uafhængigt uden hjælp fra andre, proteser eller mobilitetshjælpemidler; (4) kan vise normal kognitiv funktion og kan forstå testens procedurer og instruktioner. Ekskluder deltagere, der (1) blev diagnosticeret med alvorlig kardiopulmonal sygdom; (2) diagnosticeret med motorneuronforstyrrelser, såsom Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom; og (3) havde en historie med traumer i underekstremiteterne i det forløbne år blev udelukket.
    BEMÆRK: For at evaluere fodkernesystemets funktion blev 42 ældre deltagere og 42 unge deltagere, hvis demografiske data matchede med den gamle gruppe (kontrolgruppe), rekrutteret til denne undersøgelse. Prøvestørrelsen blev beregnet til t-test med indstilling af α = 0,05, effekt (1 - β) = 0,95 og effektstørrelse = 0,8. Resultatet viser, at 42 deltagere i hver gruppe bør inkluderes i denne undersøgelse.

2. Aktivt delsystem

BEMÆRK: Morfologi- og styrketestene af indre og ydre fodmuskler bruges til at evaluere det aktive delsystem.

  1. Muskel morfologi
    1. Tænd for muskuloskeletale ultralydssystemet, og klik derefter på knappen Frys . Sæt sondestikket i forbindelsesporten på bagsiden af værten, og lås knappen Probe Lock . Klik på iStation-knappen , og klik derefter på Ny patient. Indtast ID, navn, køn og fødselsdato for hver deltager.
      BEMÆRK: Sondekablet skal arrangeres korrekt og placeres et sted, hvor det ikke let kan trampes for at sikre, at kablet ikke vikles ind i de andre genstande. Placer sonden et sikkert sted for at undgå kollision og beskadigelse.
    2. Abductor hallucis (AbH): Påfør ultralydskoblingsgelen midt på scanningslinjen for tuberøsitet og navicular tuberøsitet. Placer sonden ved den mediale calcaneal tuberøsitet mod navicular tuberøsiteten. Flyt sonden synligt for at fange den tykkeste del af AbH, og klik derefter på knappen Gem for at gemme stillbilledet.
      1. Drej derefter sonden 90 ° for at få tværsnitsbilledet af AbH, og gem billedet.
        BEMÆRK: Oprethold god kontakt mellem sonden og huden uden at anvende for stort tryk i muskelmorfologiske målinger.
    3. Flexor digitorum brevis (FDB): Juster sonden i længderetningen på linjen fra calcaneusens mediale tuberkel til den tredje tå, og scan musklen for at måle tykkelsen. Drej sonden 90° for at opnå tværsnitsbilledet.
    4. Quadratus plantae (QP): Juster sonden i længderetningen langs muskelfibrene ved talocalcaneonavicular joint. Flyt sonden synligt for at lokalisere den tykkeste del af QP. Tag tre billeder til tykkelsesmåling. Drej sonden 90° for at få tværsnitsbilleder.
      BEMÆRK: QP ligger dybt i FDB.
    5. Flexor hallucis brevis (FHB): Marker den første metatarsal, påfør ultralydkoblingsgelen, og placer derefter sonden i længderetningen langs akslen. Flyt sonden synligt for at fange den tykkeste del af FHB, og drej derefter sonden 90° for at opnå tværsnitsbilledet.
    6. Peroneus longus og brevis (PER): Instruer deltagerne i liggende stilling. Marker det fibulære hoved og den nedre grænse af lateral malleolus, og markér 50% af linjen, der forbinder de to punkter. Påfør koblingsgelen, og placer sonden for at fange tykkelsen. For at opnå tværsnitsbilledet skal du dreje sonden 90° på det sted, hvor tykkelsesmålingen blev taget.
    7. Tibialis anterior (TA): Påfør koblingsgelen foran læggen over 20% af afstanden mellem fibulært hoved og den nedre kant af lateral malleolus. Sonden anbringes i længderetningen langs TA for at opnå en tykkelsesmåling.
      BEMÆRK: På grund af sondens scanningsområde kan CSA for TA ikke fanges fuldstændigt.
    8. Billedmåling: Se efter de tidligere optagne billeder i højre side af skærmen. Brug trackballen til at flytte markøren, vælg et billede, og klik på knappen Set . Klik derefter på knappen Mål . Måleelementerne vises i venstre side af skærmen.
      1. Tykkelse: Brug trackballen til at flytte markøren, vælg afstandsmålingen, og klik på knappen Indstil . Marker de to punkter i den tykkeste del af musklen på billedet (figur 1 og figur 2). Optag afstanden for tykkelsen.
      2. Tværsnitsareal (CSA): Brug trackballen til at flytte markøren for at spore periferien af musklen i billedet. Når du har sporet tværsnittet af hele musklen, skal du klikke på knappen Set (figur 1 og figur 2). Registrer området for CSA.
  2. Muskelstyrke
    1. Indsæt dynamometer Bluetooth-stick i computerens USB-interface. Åbn dynamometeret og FET-dataindsamlingssoftwaren , og klik på knappen Start måler for at vente på automatisk parring.
    2. Test af tåbøjningsstyrke (FT1)
      1. Bed deltageren om at sidde i en stol med 90° bøjning af knæ og ankelled. Fastgør dynamometeret til forsiden af trærammen. Storetåen forbindes til dynamometeret ved hjælp af karabinhage (figur 3B).
        BEMÆRK: Juster de passende stænger for at undgå smerter under testen.
      2. Udskift panelerne bag foden for at sikre, at hælen til hovedet på den første metatarsal understøttes, mens den stadig giver mulighed for uhindret tåbøjning. Juster karabinhagen, så tåen producerer en stabil basiskraft, og klik derefter på knappen Nulstil for at nulstille dynamometeret.
      3. Klik på knappen Start Gauge i softwaren. Instruer deltageren om at forblive stabil, indtil han bliver bedt om at bøje storetåen, trække så hårdt som muligt i 3 sekunder og derefter slappe af grebet. Klik på knappen Stop måler , og gem de indsamlede data.
    3. Test af tåbøjningsstyrke (FT2-3 og FT2-5)
      1. Brug de T-formede metalstænger til at fastgøre til dynamometeret. Bed deltageren om at bøje 2.-3. tæerne eller 2.-5. tæerne. Udfør en lignende testprocedure som FT1-testen (figur 3C, D).
    4. Doming test
      1. Dynamometeret anbringes mod scaphoidetuberclet. Instruer deltageren om at skubbe forfoden mod hælen eller hæve buen så meget som muligt uden at løfte eller krølle tæerne, hvilket ville resultere i "forkortelse" af foden og en hævet medial langsgående bue (figur 3A).
      2. Bed derefter deltageren om at gøre maksimal frivillig sammentrækning i 3 s. Dataindsamlingen udføres på samme måde som tidligere tåbøjningstest (trin 2.2.2 og 2.2.3).
        BEMÆRK: Optag tre vellykkede forsøg til dataprocessen, og sørg for tilstrækkelig hviletid mellem forsøgene for at undgå træthed.
    5. Åbn programsoftwarebehandlingsvinduet, og importer CSV-filerne med de originale styrkedata.
      1. Tåbøjningskraft (FT1, FT2-3, FT2-5): Klik på knappen Kør , vælg indstillingen Automatisk beregning på beregningslisten, og klik derefter på knappen Beregning . Softwaren beregner aktivt tågrebets topstyrke (figur 4).
      2. Doming kraftdata: Importer de originale data til softwaren, og klik på knappen Kør . Vælg indstillingen Manuel beregning på beregningslisten. Træk derefter det bevægelige 0,5 s vindue manuelt, hvor kraftkurven er i form af et plateau, og softwaren beregner automatisk den gennemsnitlige kraft i vinduet (figur 5).

Figure 1
Figur 1: Repræsentative ultralydsbilleder af tre indre muskler. (A) Tykkelsesbillede af bortførerhallucis; B) tværsnitsareal af bortførerhallucisen C) tykkelsesbillede af flexor digitorum brevis D) tværsnitsarealet af flexor digitorum brevis E) tykkelsesbillede af quadratus plantae og (F) tværsnitsareal af quadratus plantae. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Repræsentative ultralydsbilleder af tre ydre muskler. (A) Tykkelsesbillede af flexor hallucis brevis; B) tværsnitsareal af flexor hallucis brevis C) tykkelsesbillede af peroneus longus og brevis muskler D) tværsnitsareal af peroneus longus og brevis muskler og (E) tykkelsesbillede af tibialis anterior. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Test af fodmuskelstyrke. (A) Domining test; B) test af fleksionsstyrken (FT1) C) prøve af tåbøjningsstyrke (FT2-3) D) test af tåbøjningsstyrken (FT2-5). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Repræsentativ tåbøjningsstyrkeplot. Topkraften i tåbøjningen beregnes som gennemsnitsværdien af seks datapunkter omkring det valgte toppunkt. I den brugerdefinerede software er det programmeret, at 10 punkter, inklusive spidskraft, forbliver relativt stabile for at undgå falske toppe, hvilket betyder, at de resterende ni punkter ikke overstiger ±0,5 af topværdien. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 5
Figur 5: Repræsentativt dominerende styrkeplot. Kraften af maksimal frivillig sammentrækning beregnes for den dominerende styrke. Et bevægeligt 0,5 s vindue er til stede for at bestemme, hvor kraftkurven er i form af et plateau, som kan trækkes manuelt. Styrken af doming er programmeret til at beregne gennemsnitsværdien af valgvinduet (0,5 ms). Klik her for at se en større version af denne figur.

3. Passivt delsystem

BEMÆRK: ND- og fodstillingsindeks-6-testene (FPI-6) blev anvendt til at evaluere fodstrukturen (passivt delsystem).

  1. Navicular drop (ND) test
    1. Saml højden vernier caliper med basen, armaturblokken og skrivekloen. For at specificere navicular tuberøsiteten skal du udvide skrivekloen gennem en pind. Placer højden vernier caliper på den vandrette platform.
      BEMÆRK: ND-testen udføres på samme vandrette platform.
    2. Instruer deltagerne i at sidde på en højdejusterbar stol og dreje sidelæns for at muliggøre visualisering af den mediale langsgående bue. Palperer navicular tuberøsiteten og markér dens placering. Bed deltagerne om at sidde i en position, hvor knæ-, hofte- og ankelleddene danner en 90° vinkel.
    3. Palperer de mediale og laterale aspekter af deltagerens talushoved. Supinate og pronatere det subtalære led, indtil de mediale og laterale sider af talus er lige placeret.
    4. Juster hovedet på skrivekloen med den markerede navicular tuberøsitet. Aflæs og registrer højden i denne ikke-vægtbærende position (højde 1).
    5. Instruer deltagerne i at stå og holde den normale, bilaterale, vægtbærende holdning. Optag konsekvent højden (højde 2).
    6. Definer den lodrette bevægelse af den navikulære tuberøsitet (dvs. højde 1-højde 2) i sagittalplanet som ND.
      BEMÆRK: I processen med ND-testen skal deltagerne holde lige ud og se lige frem.
  2. Fodstilling indeks-6 (FPI-6)
    1. Udfør FPI-6-testen på den vandrette platform som i ND-testen (trin 3.1.1).
    2. Instruer deltagerne om at tage flere skridt, marchere på stedet og derefter stå i deres afslappede holdningsposition med dobbelt lemmer. Informer dem om at stå stille i ca. 2 minutter under vurderingen.
    3. Palperer talarhovedet og bedøm dets position på laterale og mediale sider.
    4. Palperer den laterale malleolære og score den supra- og infralaterale malleolære krumning.
    5. Overhold calcaneal frontal planet position og score vinklen mellem det bageste aspekt af calcaneus og fodens lange akse.
    6. Gane talonavicular joint (TNJ) og score bule eller konkav i dette område.
    7. Gane og observere kurven af den mediale langsgående bue og score dens højde og kongruens.
    8. Observer forfoden direkte bagved og på linje med hælens lange akse og score forfodens relative position på bagfoden (bortførelse/adduktion).
      BEMÆRK: I denne test scores hvert element som -2, -1, 0, 1 og 2 (se supplerende fil 1).

4. Neuralt delsystem

BEMÆRK: I vurderingen af det neurale delsystem blev plantarlysberøringstærsklen og en topunktsdiskriminator (TPD) anvendt til at evaluere plantarfølsomheden.

  1. Plantar-lysberøringstærskel
    1. Forbered Semmes-Weinstein monofilament (SWM) kit, der består af 20 stykker. Hvert SWM-sæt har et indeksnummer fra 1,65 til 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 og 6,65), som er relateret til en kalibreret brudkraft (dvs. indeks 1,65 svarer til 0,008 g kraft).
      BEMÆRK: Jo højere indeksværdien er, jo stivere og sværere er den at bøje.
    2. Marker testområderne i plantarbålen, herunder den første tå (T1), første metatarsale hoved (MT1), tredje metatarsale hoved (MT3), femte metatarsale hoved (MT5), mellemfod (M) og hæl (H).
    3. Anvend 4,74 SWM på deltagernes thenar eminences for at føle stimulus, som de vil modtage på plantar sål i den formelle test. Instruer deltagerne om at sige "ja" og informere eksaminatoren om det nøjagtige sted klart og højt, hver gang deltagerne opfatter den sensoriske stimulus af SWM på alle testede steder.
      BEMÆRK: Hvert markeret område kan erstattes af et bestemt nummer i hukommelsen.
    4. Placer hver deltager i den udsatte position på et standardbehandlingsbord, der vender væk fra eksaminatoren med foden hængende på kanten af bordet. Bed dem om at lukke øjnene og bære hovedtelefoner for henholdsvis at undgå hjælp fra synet og minimere distraktion.
    5. Påfør SWM vinkelret på huden i målområdet. Tryk er passende, indtil nylon SWM er bøjet for at danne en "C" -form. Hold det derefter i 1 s før fjernelse. 4.74 SWM anvendes først over det markerede område, og en 4-2-1 trinalgoritme bruges til at standardisere vurderingen21. Test seks plantar regioner tilfældigt.
      BEMÆRK: Giv et par sekunder til hvile i intervallet af stier i tilfælde af sensoriske forstyrrelser mellem markerede områder. Den sidst opdagede SWM betragtes som tærsklen for dette sted.
  2. Topunktsdiskriminator (TPD)
    1. Forbered topunktsdiskriminatorenheden. Den justerbare enhed har forskellige afstande, der spænder fra 1 mm til 15 mm.
      BEMÆRK: Den ene side af skiven spænder fra 1 mm til 8 mm, og drejeskiven til den anden side spænder fra 9 mm til 15 mm.
    2. De seks prøveområder i plantarsålen, som er de samme som dem, der er anvendt ved plantarlysberøringstærskelprøven (trin 4.1.2).
    3. For at gøre deltagerne fortrolige med testprocessen skal du anvende topunktsdiskriminatoren i deltagernes spids af langfingeren. Informer dem om at sige "et", hvis de opfattede et punkt eller "to", hvis de opfattede to punkter.
      BEMÆRK: Testpositionen er den samme som i plantarlysets berøringstærskeltest. Deltagerne skal holde øjnene lukkede.
    4. Start testen fra den største afstand (8 mm), og reducer derefter breddeafstanden med 5 mm, indtil deltagerne rapporterer et punkt. Flyt enheden i trin på 1 mm ved at anvende randomisering af et eller to punkter, indtil deltagerne konsekvent kan identificere to punkter ved en testbredde.
      BEMÆRK: Tre gange korrekt identifikation af topunktsberøring ud af fem berøringer defineres som positiv. Den sidste topunktsværdi registreres som TPD-tærskelværdien.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I denne undersøgelse blev 84 deltagere inkluderet til måling. Den unge gruppe omfattede 42 universitetsstuderende med en gennemsnitsalder på 22,4 ± 2,9 år og en højde på 1,60 ± 0,05 m. Den ældre gruppe omfattede 42 bofællesskaber med en gennemsnitsalder på 68,9 ± 3,3 år og en højde på 1,59 ± 0,05 m.

Repræsentative resultater af aktive delsystemer
Morfologien og styrken af fodmuskler bruges til at bestemme funktionen af det aktive delsystem. Data om muskelstyrke normaliseres efter vægt (N/kg). Som vist i figur 6 var fodmuskelstyrken sammenlignet med unge deltagere lavere hos ældre for alle tests (dominerende, 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).

Hvad angår muskelmorfologi (figur 7), var der signifikante tykkelsesforskelle i de fleste muskler undtagen TA mellem to 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). Desuden var der signifikante forskelle i CSA mellem to 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: Forskel i fodmuskelstyrke mellem grupper. Stjerne angiver den betydelige forskel mellem unge og ældre grupper. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 7
Figur 7: Forskel i muskeltykkelse mellem grupper. AbH, bortfører hallucis; FDB, flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, flexor hallucis brevis; PER, peroneus longus og brevis muskler; TA, tibialis anterior. Stjerne angiver den betydelige forskel mellem unge og ældre grupper. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 8
Figur 8: Forskel i muskeltværsnitsareal mellem grupper. CSA, tværsnitsareal; AbH, bortfører hallucis; FDB, flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, flexor hallucis brevis; PER, peroneus longus og brevis muskler. Stjerne angiver den betydelige forskel mellem unge og ældre grupper. Klik her for at se en større version af denne figur.

Repræsentative resultater af passive delsystemer
For det passive delsystem blev ND- og FPI-6-testene anvendt til at evaluere fodstrukturen og kropsholdningen. Sammenlignet med unge deltagere var ND-afstanden og FPI-6-scoren højere hos ældre (ND, t (82) = 4,01, p < 0,001; FPI-6, t (82) = 2,80, p = 0,006) (figur 9).

Figure 9
Figur 9: Forskel i resultaterne af passivt delsystem mellem grupper. ND, navicular drop test; FPI-6, fodstilling indeks-6. Stjerne angiver den betydelige forskel mellem unge og ældre grupper. Klik her for at se en større version af denne figur.

Repræsentative neurale delsystemresultater
I denne undersøgelse bruges plantarlysets berøringstærskel og TPD til at bestemme følsomheden af plantarfornemmelse. I alt vælges seks fodområder til begge neurale delsystemmålinger, herunder den første tå (T1), det første metatarsale hoved (MT1), det tredje metatarsale hoved (MT3), det femte metatarsale hoved (MT5), mellemfoden (M) og hælen (H)31.

Som vist i figur 10 var plantarlysberøringstærsklerne for seks regioner sammenlignet med unge deltagere højere hos ældre (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: Forskel i plantarlysets berøringstærskel mellem grupper. T1, den første tå; MT1, det første metatarsale hoved; MT3, det tredje metatarsale hoved; MT5, det femte metatarsale hoved; M, mellemfoden; H, hælen. Stjerne angiver den betydelige forskel mellem unge og ældre grupper. Klik her for at se en større version af denne figur.

Som vist i figur 11 var TPD for seks regioner sammenlignet med unge deltagere højere hos ældre (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: Forskel i topunktsdiskrimination mellem grupper. T1, den første tå; MT1, det første metatarsale hoved; MT3, det tredje metatarsale hoved; MT5, det femte metatarsale hoved; M, mellemfoden; H, hælen. Stjerne angiver den betydelige forskel mellem unge og ældre grupper. Klik her for at se en større version af denne figur.

Supplerende fil. Klik her for at downloade denne fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den præsenterede protokol bruges til at måle fodens egenskaber hos ældre, hvilket giver en omfattende vurdering for at undersøge fodkernestabilitet, herunder de passive, aktive og neurale delsystemer. Dette nye paradigme belyser fodfunktionen, der interagerer for at stabilisere foden og opretholde sensorimotorisk funktion i daglige aktiviteter33. I tidligere undersøgelser var forskerne mere opmærksomme på at udforske foddeformitet; tåbøjningsstyrke; formindsket plantar sensorisk; og andre patologiske tilstande, såsom diabetes, perifer neuropati og hælsmerter, hos ældre 21,34,35,36. Funktionen af indre fodmuskler og samspillet mellem de tre delsystemer blev ignoreret i tidligere fodvurderinger. Med øget opmærksomhed på iboende fodmuskler er flere kvalitative metoder blevet anvendt i klinisk praksis, såsom manuel muskeltest, papirgreb og iboende positive tests 7,37. Disse metoder er imidlertid begrænsede, da de fokuserer på de indre musklers bidrag til at producere tåbøjning snarere end funktionen af støttebuen, hvilket er vigtigere5.

Som det gøres i denne protokol, kan undersøgelse af hvert delsystem, dvs. via plantar light touch threshold og TPD for det neurale delsystem, ND og FPI-6 for det passive delsystem samt styrken af indre og ydre fodmuskler for det aktive delsystem, give indsigt til at identificere forskellige veje til fodfunktionen ved visning af et multifunktionelt fodsystem. Som tidligere nævnt er disse kvalitative metoder nemme at implementere i klinisk funktionel evaluering. Pålideligheden, validiteten og handlingskvaliteten under processen skal dog præciseres5.

Derudover er der med hensyn til de passive og neurale delsystemer udført mange undersøgelser for at undersøge aldringens virkning på relaterede egenskaber, herunder plantar sensorisk følsomhed og fodstilling. Det er almindeligt accepteret, at plantar sensorisk falder betydeligt hos ældre, og deres fodmorfologi er mere tilbøjelig til en pronation kropsholdning 38,39. Som den funktionelle evaluering betragtes fodmuskelstyrketesten som en direkte måling af det aktive delsystem.

På grund af den samtidige involvering af indre og ydre muskler er styrken af indre muskler vanskelig at isolere og vurdere i tidligere undersøgelser. Derfor anvendes forskellige styrkevurderinger for at adskille bidragene fra de indre og ydre fodmuskler, herunder tåbøjning og domingtest. Den dominerende bevægelse, kendt som kortfodstræning i klinisk praksis, udføres for at kvantificere styrken af indre muskler med et dynamometer. Dens gode pålidelighed (ICC'er, 0,816-0,985) er blevet præciseret i en tidligere undersøgelse28. Brug af den samme kraftmåler i en fast tilstand giver direkte sammenligninger mellem indre og ydre muskler, selv mellem nuværende og fremtidige data. I mellemtiden, som den indirekte måling af indre fodmuskel, bestemmes muskelmorfologien (tykkelse og CSA) ved ultralyd, som er blevet anvendt i relevante fodundersøgelser40,41.

I den aktuelle undersøgelse viste resultaterne en signifikant forskel i egenskaberne ved det aktive delsystem mellem unge og gamle grupper, hvilket er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser41,42. Som vist i figur 6 havde de ældre deltagere sammenlignet med unge voksne ca. 29% til 39% fald i fodmuskelstyrke (doming, FT1, FT2-3 og FT2-5). Tilsvarende var der signifikante forskelle mellem grupperne i fodmuskelmorfologien (tykkelse og CSA) (figur 7 og figur 8).

Følgende trin i protokollen er afgørende for at undersøge fodkernesystemets egenskaber og er forbundet med nøjagtig måling. a) Under de neurale delsystemtest instrueres deltagerne i at reagere klart og højt, hver gang de opfatter den sensoriske stimulering. Udfør derfor disse tests i et separat, stille rum for at sikre nøjagtighed og sikre, at deltagerne er blevet fortrolige med testen. b) I muskelmorfologitesten påføres minimalt tryk på ultralydssonden for at reducere deformation af blødt væv. Testen og billedbehandlingen skal udføres af samme bedømmer43. c) Korriger fodens justering i ND- og FPI-6-testene for korrekt måling af fodstilling. d) I styrketesten skal du sikre korrekt opsætning af dynamometeret og trærammen. Mål doming og tåbøjningsbevægelse med god kvalitet. e) Træthed af plantar iboende fodmuskler vil øge ND og derefter yderligere ændre fodstillingen44. Selvom ingen direkte beviser har undersøgt sammenhængen mellem fodmuskeltræthed og plantar sensorisk, rapporterede en tidligere undersøgelse, at hudens sensoriske evne reduceres efter at have induceret træthed i øvre og nedre ekstremiteter45. Derfor bør styrketesten udføres sidst, og deltagerne bør have tid til at hvile mellem hvert forsøg for at undgå kognitiv belastning og muskeltræthed.

Flere begrænsninger skal overvejes, når måling implementeres. For det første, i betragtning af den anatomiske og biomekaniske konfiguration af iboende fodmuskler, er det blevet mistænkt, at disse muskler bidrog til at give øjeblikkelig sensorisk information via de sensoriske receptorer snarere end at producere store ledbevægelser5. På grund af den teknologiske begrænsning findes der imidlertid i øjeblikket ingen passende metode til at evaluere den sensoriske funktion af iboende fodmuskler og dens virkning på fodfunktionen. For det andet anvendes ultralyd snarere end MR til at bestemme morfologien, som betragtes som guldstandardmetoden til kvantificering af fodvæv46. I fremtidige undersøgelser bør MR anvendes for at få mere indsigt i fodens muskulatur. Desuden er manglen på en tilsvarende multimodal tilgang faktisk en begrænsning i denne undersøgelse. Fremtidige undersøgelser vil yderligere undersøge sammenhængen mellem relevante faktorer med fysiske funktionsresultater hos ældre voksne.

Som en direkte grænseflade mellem kroppen og jorden bidrager foden til indsamling af somatosensorisk information og tilpasser sig forskellige belastningsforhold gennem koordinering mellem styringen af muskelaktivitet og deformationer af funktionel bue47. Flere karakteristika ved fodkernesystemet ændres hos personer med en flad fod, plantar fasciitis, diabetes og endda raske ældre individer 14,22,48,49. Fodens kernestabilitet er også forankret i den funktionelle indbyrdes afhængighed af disse tre delsystemer. Måling af egenskaberne i et delsystem ville ikke give et fuldstændigt overblik til evaluering af fodfunktionen.

Denne protokol er baseret på sammensætningen af fodkernesystemet, som kunne give bevis for det videnskabelige samfund. I klinisk praksis vil denne protokol hjælpe med at evaluere effekten af fodsundhedsprogrammer og fodmuskelrehabilitering til behandling af fodforhold, såsom flad fod, plantar fasciitis og hælsmerter. Som et segment i underekstremiteten spiller foden en vigtig rolle i postural stabilitet i de fleste stillinger og dynamiske aktiviteter. Derfor kan det give indsigt i fodfunktion i fremtidig forskning i sygdomspleje og neuromuskulær kontrol.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Forfatterne anerkender finansieringen af avlsprogrammet for 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

Fodkernesystem ældre Postural kontrol Fodbevægelse Fodstabilitet Fodbue Funktionelle abnormiteter Tåbøjermuskler Fodstillinger Plantarsensorisk følsomhed Evaluering af fodfunktion Fodens indre muskler Fodens ydre muskler Navikulær faldtest Fodstillingsindeks Neuralt delsystem Plantars taktile følsomhed
Evaluering af fodkernesystemets funktion hos ældre
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