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 av funksjonen til fotkjernesystemet hos eldre

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

Summary

Fotens funksjonelle kjernestabilitet bidrar til menneskets statiske holdning og dynamiske aktiviteter. Dette papiret foreslår en omfattende evaluering for funksjonen til fotkjernesystemet, som kombinerer tre delsystemer. Det kan gi økt bevissthet og mangefasettert protokoll for å utforske fotfunksjonen blant ulike populasjoner.

Abstract

Som en kompleks struktur for å knytte kroppen og bakken, bidrar foten til postural kontroll i menneskelige statiske og dynamiske aktiviteter. Fotkjernen er forankret i den funksjonelle gjensidige avhengigheten mellom de passive, aktive og nevrale delsystemene, som kombineres til fotkjernesystemet som styrer fotens bevegelse og stabilitet. Fotbuen (passivt delsystem), som er ansvarlig for belastning, regnes som fotens funksjonelle kjerne, og stabiliteten er nødvendig for normale fotfunksjoner. De funksjonelle abnormiteter i foten har blitt mye rapportert hos eldre, for eksempel svakhet i tåfleksormuskler, unormale fotstillinger og redusert plantarsensorisk følsomhet. I denne artikkelen introduseres en helhetlig tilnærming for evaluering av fotfunksjonen basert på fotkjernedelsystemer. Styrken og morfologien til fotens indre og ytre muskler ble brukt til å evaluere fotmuskelfunksjonen (aktivt delsystem). Den domerende styrketesten ble brukt for å bestemme funksjonen til fotens indre muskler, mens tåfleksjonsstyrketesten fokuserte mer på funksjonen til ytre muskler. Navicular drop test og foot posture index ble brukt for å evaluere fotbue (passivt delsystem) funksjon. For det nevrale delsystemet ble plantar light touch threshold test og two-point discrimination test brukt til å vurdere plantartaktil følsomhet ved ni regioner av foten. Denne studien gir ny innsikt i fotkjernefunksjonen hos eldre og andre populasjoner.

Introduction

Den menneskelige foten er en svært kompleks struktur, bestående av bein, muskler og sener som festes til foten. Som et segment i underekstremiteten gir foten hele tiden direkte kildekontakt med bæreflaten og bidrar dermed til vektbærende oppgaver1. Basert på det komplekse biomekaniske samspillet mellom muskler og passive strukturer, bidrar foten til støtdemping, justerer seg for uregelmessige overflater og genererer momentum. Bevis viser at foten bidrar meningsfullt til postural stabilitet, gange og løping 2,3,4.

Ifølge et nytt paradigme foreslått av McKeon5 i 2015, er fotkjernen forankret i den funksjonelle gjensidige avhengigheten av de passive, aktive og nevrale delsystemene, som kombineres i fotkjernesystemet som styrer fotbevegelse og stabilitet. I dette paradigmet danner fotbenets anatomi den funksjonelle halvkuppelen, som inkluderer langsgående buer og tverrgående metatarsale buer og fleksibelt tilpasser seg belastningsendringer6. Denne halvkuppelen og passive strukturer, inkludert leddbånd og leddkapsler, utgjør det passive delsystemet. I tillegg består det aktive delsystemet av fotens indre muskler, ytre muskler og sener. De indre musklene fungerer som lokale stabilisatorer som er ansvarlige for å støtte fotbuene, belastningsavhengighet og modulering 7,8, mens de ytre musklene genererer fotbevegelse som globale bevegelser. For det nevrale delsystemet bidrar flere typer sensoriske reseptorer (f.eks. kapsuloligamentøse og kutane reseptorer) i plantarfascien, leddbånd, leddkapsler, muskler og sener til fotkuppeldeformasjon, gang og balanse 9,10.

Flere forskere har spekulert i at foten bidrar til daglige aktiviteter på to hovedmåter. Den ene er ved mekanisk støtte via funksjonell bue og modulasjonen blant underekstremitetsmusklene. Den andre er inntasting av plantarsensorisk informasjon om posisjonen11. Basert på fotkjernesystemet kan underskudd i dette systemet, inkludert fotstilling, styrken til indre og ytre fotmuskler og sensasjonsfølsomhet, disponere for svakhet i mobilitet og balanse 9,11,12,13.

Imidlertid, med stigende alder, forekommer endringer i aspektet, biomekanikk, struktur og funksjon av foten ofte, inkludert fot- eller tådeformiteter, svakhet i fot- eller tåstyrke, plantartrykkfordeling og redusert plantartaktil følsomhet 14,15,16,17. Tilstedeværelsen av tådeformitet og alvorlighetsgraden av hallux valgus er assosiert med mobilitet og fallrisiko hos eldre11,18. Videre bidrar styrken til tåfleksormusklene, som tidligere ble oversett, til balanse hos eldremennesker 19. I mellomtiden har eldre også høyere risiko for å ha fotforhold forbundet med patologier som diabetes, perifer arteriell sykdom, nevropati og slitasjegikt20,21.

Utredning, undersøkelse og helsehjelp av foten, særlig hos eldre, har fått økende oppmerksomhet14,21. Det er imidlertid en begrenset studie for å utforske den omfattende evalueringen for funksjonen til fotkjernesystemet. Tallrike studier hadde som mål å utforske fotpatologiske problemer hos eldre, som smerter og negler, hud, bein / ledd og nevrovaskulære lidelser 21,22,23. Fotens rolle i mekanisk støtte og sensorisk inngang under daglige aktiviteter og som et funksjonelt kjernesystem må anerkjennes og evalueres, noe som ble ignorert i tidligere studier. Spesielt fungerer de fotaktive komponentene, inkludert de indre og ytre musklene, som lokale stabilisatorer og globale bevegelser og bidrar til fotstabiliteten og oppførselen i statisk holdning og dynamisk bevegelse5.

Tåfleksjonsstyrken er rapportert å representere fotmuskelstyrke, og den brukes også til å utforske forholdet mellom fotfunksjon og andre helsesituasjoner, som balanse og mobilitet 24,25,26. Iboende er fotmuskelstyrken begrenset til å skille virkningen av inneboende og ytre muskler. Videre ble flere tester, inkludert papirgrepstesten og en iboende positiv test, kritisert som ikke-kvantitative tester som har dårlig reliabilitet og validitet 7,27. Nylig ble det rapportert en ny evaluering av fotdomingsstyrken for å kvantifisere den indre fotmuskelstyrken, og den har vist seg å ha en god validitet28. Ved å måle doming (kort-fot bevegelse) styrke, bidrar det til direkte kvantifisering av funksjonen av indre muskel.

Derfor foreslås en protokoll her med sikte på å utforske egenskapene til foten hos eldre basert på fotkjernesystemet, spesielt funksjonen til det aktive delsystemet. Denne protokollen gir en omfattende vurdering for å undersøke fotkjernestabilitet, inkludert det passive, aktive og nevrale delsystemet, hos eldre. Videre har endringer i fotkjernefunksjonen blitt rapportert i flere helsesituasjoner, for eksempel plantar fasciitt, flat fot og diabetes 24,29,30. I fremtidige studier kan det bidra til å evaluere fotfunksjonen blant forskjellige populasjoner i en flerdimensjonal måling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne studien ble utført ved Sports Medicine and Rehabilitation Centre, Shanghai University of Sport, og er godkjent av etikkomiteen ved Shanghai University of Sport (nr. 102772020RT001). Før testen fikk deltakerne detaljer om eksperimentelt formål og prosedyrer; Alle deltakerne signerte det informerte samtykket.

1. Valg av deltaker

  1. Inkluder deltakere som (1) er over 60 år; (2) kan opprettholde stående stilling alene; (3) kan gå selvstendig, uten hjelp fra andre, proteser eller mobilitetshjelpemidler; (4) kan vise normal kognitiv funksjon og kan forstå prosedyrene og instruksjonene i testen. Ekskluder deltakere som (1) ble diagnostisert med alvorlig kardiopulmonal sykdom; (2) diagnostisert med motor neuron lidelser, slik som Alzheimers sykdom og Parkinsons sykdom; og (3) hadde en historie med traumer i underekstremitetene det siste året ble ekskludert.
    MERK: For å evaluere funksjonen til fotkjernesystemet ble 42 eldre deltakere og 42 unge deltakere hvis demografiske data samsvarte med den gamle gruppen (kontrollgruppen) rekruttert til denne studien. Prøvestørrelsen ble beregnet for t-test med innstilling på α = 0,05, styrke (1 − β) = 0,95 og effektstørrelse = 0,8. Resultatet viser at 42 deltakere i hver gruppe bør inkluderes i denne studien.

2. Aktivt delsystem

MERK: Morfologi- og styrketestene av indre og ytre fotmuskler brukes til å evaluere det aktive delsystemet.

  1. Muskelmorfologi
    1. Slå på muskel-skjelett ultralydsystemet, og klikk deretter på Frys-knappen . Koble sondekontakten til tilkoblingsporten på baksiden av verten, og lås sondelåsknappen . Klikk på iStation-knappen , og klikk deretter på Ny pasient. Skriv inn ID, navn, kjønn og fødselsdato for hver deltaker.
      MERK: Sondekabelen skal ordnes riktig og plasseres på et sted der den ikke lett tråkkes på for å sikre at kabelen ikke er viklet inn i de andre gjenstandene. Plasser sonden på et trygt sted for å unngå kollisjon og skade.
    2. Bortførerhallusis (AbH): Påfør ultralydkoblingsgelen på midten av skannelinjen for tuberositet og navicular tuberositet. Plasser sonden ved mediale calcaneal tuberosity mot navicular tuberosity. Flytt sonden synlig for å fange den tykkeste delen av AbH, og klikk deretter på Lagre-knappen for å lagre stillbildet.
      1. Drei deretter sonden 90° for å få tverrsnittsbildet av AbH og lagre bildet.
        MERK: Oppretthold god kontakt mellom sonden og huden uten å bruke for høyt trykk i muskelmorfologimålinger.
    3. Flexor digitorum brevis (FDB): Juster sonden i lengderetningen på linjen fra det mediale tuberkelet til calcaneus til den tredje tåen og skann muskelen for å måle tykkelsen. Drei sonden 90° for å få tverrsnittsbildet.
    4. Quadratus plantae (QP): Juster sonden i lengderetningen langs muskelfibrene ved det talocalcaneonavikulære leddet. Beveg sonden synlig for å finne den tykkeste delen av QP. Ta tre bilder for tykkelsesmåling. Drei sonden 90° for å få tverrsnittsbilder.
      MERK: QP ligger dypt i FDB.
    5. Flexor hallucis brevis (FHB): Merk den første metatarsalen, påfør ultralydkoblingsgelen, og plasser deretter sonden i lengderetningen langs skaftet. Beveg sonden synlig for å fange den tykkeste delen av FHB, og roter deretter sonden 90° for å få tverrsnittsbildet.
    6. Peroneus longus og brevis (PER): Be deltakerne ligge i ryggleie. Merk det fibulære hodet og den nedre grensen til lateral malleolus, og merk 50% av linjen som forbinder de to punktene. Påfør koblingsgelen og plasser sonden for å fange tykkelsen. For å få tverrsnittsbildet, roter sonden 90° på det punktet der tykkelsesmålingen ble tatt.
    7. Tibialis anterior (TA): Påfør koblingsgelen foran leggen over 20% av avstanden mellom fibulært hode og nedre kant av lateral malleolus. Plasser sonden i lengderetningen langs TA for å oppnå en tykkelsesmåling.
      MERK: På grunn av sondens skanneområde kan CSA til TA ikke fanges helt.
    8. Bildemåling: Se etter de tidligere bildene på høyre side av skjermen. Bruk styrekulen til å flytte markøren, velg ett bilde og klikk på Set-knappen . Klikk deretter på Mål-knappen . Måleelementene vises på venstre side av skjermen.
      1. Tykkelse: Bruk styrekulen til å flytte markøren, velg avstandsmåling og klikk på Set-knappen . Merk de to punktene på den tykkeste delen av muskelen i bildet (figur 1 og figur 2). Registrer avstanden for tykkelsen.
      2. Tverrsnittsareal (CSA): Bruk styrekulen til å flytte markøren for å spore periferien av muskelen i bildet. Etter å ha sporet tverrsnittet av hele muskelen, klikk på Set-knappen (figur 1 og figur 2). Registrer området for CSA.
  2. Muskelstyrke
    1. Sett dynamometer Bluetooth-pinne inn i USB-grensesnittet til datamaskinen. Åpne dynamometeret og FET-datainnsamlingsprogramvaren og klikk på Start Gauge-knappen for å vente på automatisk sammenkobling.
    2. Test av tåfleksjonsstyrke (FT1)
      1. Be deltakeren om å sitte i en stol med 90° fleksjon av kne og ankelledd. Fest dynamometeret på forsiden av trerammen. Koble stortåen til dynamometeret med karabinkrok (figur 3B).
        MERK: Juster de aktuelle stolpene for å unngå smerte under testen.
      2. Bytt panelene bak foten for å sikre at hælen til hodet til den første metatarsalen støttes, samtidig som det fortsatt er mulig med uhindret tåfleksjon. Juster karabinkroken slik at tåen produserer en jevn grunnlinjekraft, og klikk deretter på Reset-knappen for å nullstille dynamometeret.
      3. Klikk på Start Gauge-knappen i programvaren. Be deltakeren om å holde seg stabil til du får beskjed om å bøye stortåen, dra så hardt som mulig i 3 s, og slapp deretter av grepet. Klikk på Stoppmåler-knappen , og lagre de innsamlede dataene.
    3. Test av tåfleksjonsstyrke (FT2-3 og FT2-5)
      1. Bruk de T-formede metallstengene til å feste til dynamometeret. Be deltakeren om å bøye 2.-3. tær eller 2.-5. tær. Utfør en lignende testprosedyre som FT1-testen (figur 3C,D).
    4. Doming test
      1. Plasser dynamometeret mot scaphoid tuberkelet. Be deltakeren om å skyve forfoten mot hælen eller heve buen så mye som mulig uten å løfte eller krølle tærne, noe som vil resultere i "forkortelse" av foten og en hevet medial langsgående bue (figur 3A).
      2. Deretter ber deltakeren om å gjøre maksimal frivillig sammentrekning i 3 s. Utfør datainnsamling som tidligere tåfleksjonstester (trinn 2.2.2 og 2.2.3).
        MERK: Ta opp tre vellykkede forsøk for dataprosessen og gi tilstrekkelig hviletid mellom forsøk for å unngå tretthet.
    5. Åpne behandlingsvinduet for programprogramvaren og importer CSV-filene til de opprinnelige styrkedataene.
      1. Tåfleksjonskraft (FT1, FT2-3, FT2-5): Klikk på Kjør-knappen , velg alternativet Automatisk beregning i beregningslisten, og klikk deretter på Beregning-knappen . Programvaren vil aktivt beregne toppstyrken til tågrepet (figur 4).
      2. Doming force-data: Importer originaldataene til programvaren og klikk på Kjør-knappen . Velg alternativet Manuell beregning i beregningslisten. Dra deretter det bevegelige 0,5 s-vinduet manuelt, der kraftkurven er formet som et platå, og programvaren vil automatisk beregne gjennomsnittskraften i vinduet (figur 5).

Figure 1
Figur 1 Representative ultralydbilder av tre indre muskler. (A) Tykkelse Bilde av bortførerhallusis; (B) tverrsnittsareal av bortførerhallusis; (C) tykkelsesbilde av flexor digitorum brevis; (D) tverrsnittsareal av flexor digitorum brevis; (E) tykkelsesbilde av quadratus plantae; og (F) tverrsnittsareal av quadratus plantae. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2 Representative ultralydbilder av tre ytre muskler. (A) Tykkelsesbilde av flexor hallucis brevis; (B) tverrsnittsareal av flexor hallucis brevis; (C) tykkelsesbilde av peroneus longus og brevis muskler; (D) tverrsnittsareal av peroneus longus og brevis muskler; og (E) tykkelsesbilde av tibialis anterior. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Fotmuskelstyrketest. (A) Doming test; (B) tåfleksjonsstyrketest (FT1); (C) tåfleksjonsstyrketest (FT2-3); (D) tåfleksjonsstyrketest (FT2-5). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Representativt tåfleksjonsstyrkeplott. Toppkraften til tåfleksjon beregnes som gjennomsnittsverdien av seks datapunkter rundt det valgte topppunktet. I den tilpassede programvaren er det programmert at 10 punkter, inkludert toppkraft, forblir relativt stabile for å unngå falske topper, noe som betyr at de resterende ni punktene ikke overstiger ±0,5 av toppverdien. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Representativt dominerende styrkeplott. Kraften av maksimal frivillig sammentrekning beregnes for den domerende styrken. Et bevegelig 0,5 s vindu er til stede for å bestemme hvor kraftkurven er i form av et platå, som kan dras manuelt. Styrken til doming er programmert til å beregne gjennomsnittsverdien for valgvinduet (0,5 ms). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

3. Passivt delsystem

MERK: ND- og fotstillingsindeks-6 (FPI-6) tester ble brukt for å evaluere fotstrukturen (passivt delsystem).

  1. Navicular drop (ND) test
    1. Monter høydeverniertykkelsen med sokkelen, festeblokken og skrivekloen. For å spesifisere navicular tuberosity, forleng skribbekloen gjennom en pinne. Plasser høydeverniertykkelsen på den horisontale plattformen.
      MERK: ND-testen utføres på samme horisontale plattform.
    2. Be deltakerne om å sitte på en høydejusterbar stol og vri sidelengs for å tillate visualisering av den mediale langsgående buen. Palpere navicular tuberosity og markere plasseringen. Be deltakerne om å sitte i en posisjon der kne-, hofte- og ankelleddene gjør en 90° vinkel.
    3. Palpere de mediale og laterale aspektene av deltakerens talushode. Supiner og pronerer subtalærleddet til mediale og laterale sider av talus er like plassert.
    4. Juster hodet på skribbekloen med den markerte navicular tuberositeten. Les av og registrer høyden i denne ikke-vektbærende posisjonen (høyde 1).
    5. Be deltakerne om å stå og holde den normale, bilaterale, vektbærende holdningen. Registrer høyden (høyde 2) konsekvent.
    6. Definer den vertikale bevegelsen av navicular tuberosity (dvs. høyde 1-høyde 2) i sagittalplanet som ND.
      MERK: I prosessen med ND-testen må deltakerne holde seg rett og se rett frem.
  2. Fotstilling indeks-6 (FPI-6)
    1. Utfør FPI-6-testen på den horisontale plattformen som i ND-testen (trinn 3.1.1).
    2. Be deltakerne om å ta flere skritt, marsjere på stedet, og deretter stå i sin avslappede holdningsposisjon med dobbel lemstøtte. Be dem om å stå stille i ca. 2 min under vurderingen.
    3. Palpere talarhodet og vurder posisjonen på laterale og mediale sider.
    4. Palpere lateral malleolar og score supra- og infralateral malleolar krumning.
    5. Observer calcaneal frontal plane posisjon og score vinkelen mellom bakre aspekt av calcaneus og den lange aksen av foten.
    6. Gane talonavikulært ledd (TNJ) og score bule eller konkav i dette området.
    7. gane og observere kurven til den mediale langsgående buen og score dens høyde og kongruens.
    8. Observer forfoten rett bak og på linje med hælens lange akse og skår den relative posisjonen til forfoten på bakfoten (abduksjon/adduksjon).
      MERK: I denne testen blir hvert element scoret som -2, -1, 0, 1 og 2 (se tilleggsfil 1).

4. Nevrale delsystem

MERK: I vurderingen av det nevrale delsystemet ble plantarlysberøringsterskelen og en topunkts diskriminator (TPD) brukt for å evaluere plantarfølsomheten.

  1. Terskel for plantarlys berøring
    1. Forbered Semmes-Weinstein monofilament (SWM) kit, bestående av 20 stykker. Hvert SWM-sett 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 relatert til en kalibrert bruddkraft (dvs. indeks 1,65 tilsvarer 0,008 g kraft).
      MERK: Jo høyere indeksverdien er, desto stivere og vanskeligere er den å bøye.
    2. Merk testområdene i plantarsålen, inkludert første tå (T1), første metatarsalhode (MT1), tredje metatarsalhode (MT3), femte metatarsalhode (MT5), midtfot (M) og hæl (H).
    3. Påfør 4,74 SWM på deltakernes dalære eminenser for å føle stimulansen, som de vil motta på plantarsålen i den formelle testen. Be deltakerne om å si "ja" og informere eksaminatoren om det nøyaktige stedet tydelig og høyt hver gang deltakerne oppfatter den sensoriske stimulansen til SWM på noen testede steder.
      MERK: Hvert merket område kan erstattes av ett spesifikt nummer i minnet.
    4. Plasser hver deltaker i utsatt stilling på et standard behandlingsbord vendt bort fra eksaminator med foten hengende på kanten av bordet. Be dem om å lukke øynene og bruke hodetelefoner for å unngå hjelp av syn og minimere distraksjon, henholdsvis.
    5. Påfør SWM vinkelrett på huden på målområdet. Trykk er passende til nylon SWM er bøyd for å danne en "C" -form. Hold den deretter i 1 s før du fjerner. 4.74 SWM brukes først over det merkede området, og en 4-2-1 steppingalgoritme brukes til å standardisere vurderingen21. Test seks plantarregioner tilfeldig.
      MERK: Gi noen sekunder til hvile i intervallet av stier i tilfelle sensorisk forstyrrelse mellom merkede områder. Den sist oppdagede SWM regnes som terskelen for det stedet.
  2. Topunkts diskriminator (TPD)
    1. Forbered topunkts diskriminatorenheten. Den justerbare enheten har forskjellige avstander, alt fra 1 mm til 15 mm.
      MERK: Den ene siden av skiven varierer fra 1 mm til 8 mm, og roterende skiven til den andre siden varierer fra 9 mm til 15 mm.
    2. Merk de seks testområdene i plantarsålen, som er de samme som for terskeltesten for plantarlys (trinn 4.1.2).
    3. For å gjøre deltakerne kjent med testprosessen, bruk topunkts diskriminatoren i deltakernes tupp av langfingeren. Informer dem om å si "ett" hvis de oppfattet ett poeng eller "to" hvis de oppfattet to punkter.
      MERK: Testposisjonen er den samme som i terskeltesten for plantarlysberøring. Deltakerne bør holde øynene lukket.
    4. Start testen fra den største avstanden (8 mm), og reduser deretter breddeavstanden med 5 mm til deltakerne rapporterer ett poeng. Beveg enheten i trinn på 1 mm ved å bruke randomisering av ett eller to punkter til deltakerne konsekvent kan identifisere to punkter ved en testbredde.
      MERK: Tre ganger med korrekt identifisering av topunktsberøring av fem berøringer er definert som positivt. Den siste topunktsverdien registreres som TPD-terskelverdien.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I denne studien ble 84 deltakere inkludert til måling. Den unge gruppen inkluderte 42 universitetsstudenter med en gjennomsnittsalder på 22,4 ± 2,9 år og høyde på 1,60 ± 0,05 m. Den eldre gruppen omfattet 42 hjemmeboende med en gjennomsnittsalder på 68,9 ± 3,3 år og høyde på 1,59 ± 0,05 m.

Representative aktive delsystemresultater
Morfologien og styrken til fotmusklene brukes til å bestemme funksjonen til det aktive delsystemet. Muskelstyrkedata normaliseres etter vekt (N / kg). Som vist i figur 6, sammenlignet med unge deltakere, var fotmuskelstyrken lavere hos eldre for alle tester (doming, t (82) = -6,81, p < 0,001; FT1, t(82) = -7,48, p < 0,001; FT2-3, t (82) = -5,51, p < 0,001; FT2-5, t(82) = -6,91, p < 0,001).

Når det gjelder muskelmorfologi (figur 7), var det signifikante tykkelsesforskjeller i de fleste muskler unntatt TA mellom 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). Videre var det signifikante forskjeller i CSA mellom 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: Forskjell i fotmuskelstyrke mellom gruppene. Asterisk betegner den betydelige forskjellen mellom unge og eldre grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: Forskjell i muskeltykkelse mellom grupper. AbH, bortfører hallucis; FDB, flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, flexor hallucis brevis; PER, peroneus longus og brevis muskler; TA, tibialis anterior. Asterisk betegner den betydelige forskjellen mellom unge og eldre grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 8
Figur 8: Forskjell i muskeltverrsnittsareal mellom grupper. CSA, tverrsnittsareal; AbH, bortfører hallucis; FDB, flexor digitorum brevis; QP, quadratus plantae; FHB, flexor hallucis brevis; PER, peroneus longus og brevis muskler. Asterisk betegner den betydelige forskjellen mellom unge og eldre grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Representative passive delsystemresultater
For det passive delsystemet ble ND- og FPI-6-testene brukt for å evaluere fotstrukturen og holdningen. Sammenlignet med unge deltakere var ND-avstand og FPI-6-skår høyere hos eldre (ND, t(82) = 4,01, p < 0,001; FPI-6, t (82) = 2,80, p = 0,006) (figur 9).

Figure 9
Figur 9: Forskjeller i utfall av passivt delsystem mellom grupper. ND, navicular drop test; FPI-6, fotstilling indeks-6. Asterisk betegner den betydelige forskjellen mellom unge og eldre grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Representative resultater fra nevrale delsystemer
I denne studien brukes plantarlysets berøringsterskel og TPD for å bestemme følsomheten til plantarfølelse. Totalt er seks fotregioner valgt for begge nevrale delsystemmålinger, inkludert den første tåen (T1), det første metatarsale hodet (MT1), det tredje metatarsale hodet (MT3), det femte metatarsale hodet (MT5), midtfoten (M) og hælen (H) 31.

Som vist i figur 10, sammenlignet med unge deltakere, var tersklene for berøring av plantarlys i seks regioner høyere hos eldre (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: Forskjell i terskelen for berøring av plantarlys mellom grupper. T1, den første tåen; MT1, det første metatarsale hodet; MT3, det tredje metatarsale hodet; MT5, det femte metatarsale hodet; M, midtfoten; H, hælen. Asterisk betegner den betydelige forskjellen mellom unge og eldre grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Som vist i figur 11, sammenlignet med unge deltakere, var TPD for seks regioner høyere hos eldre (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: Forskjell i topunkts diskriminering mellom grupper. T1, den første tåen; MT1, det første metatarsale hodet; MT3, det tredje metatarsale hodet; MT5, det femte metatarsale hodet; M, midtfoten; H, hælen. Asterisk betegner den betydelige forskjellen mellom unge og eldre grupper. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tilleggsfil. Klikk her for å laste ned denne filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den presenterte protokollen brukes til å måle fotens egenskaper hos eldre, noe som gir en omfattende vurdering for å undersøke fotkjernestabilitet, inkludert passive, aktive og nevrale delsystemer. Dette nye paradigmet belyser fotfunksjonen som samhandler for å stabilisere foten og opprettholde sensorimotorisk funksjon i daglige aktiviteter33. I tidligere studier har forskerne lagt mer vekt på å utforske fotdeformitet; tå fleksjon styrke; redusert plantar sensorisk; og andre patologiske tilstander, som diabetes, perifer nevropati og hælsmerter, hos eldre 21,34,35,36. Funksjonen til indre fotmuskler og samspillet mellom de tre delsystemene ble ignorert i tidligere fotvurderinger. Med økt oppmerksomhet på indre fotmuskler har flere kvalitative metoder blitt brukt i klinisk praksis, for eksempel manuell muskeltesting, papirgrep og indre positive tester 7,37. Imidlertid er disse metodene begrenset da de fokuserer på bidraget fra de indre musklene til å produsere tåfleksjon, i stedet for funksjonen til støttebuen, som er viktigere5.

Som gjort i denne protokollen, kan undersøkelse av hvert delsystem, dvs. via plantarlys berøringsterskel og TPD for det nevrale delsystemet, ND og FPI-6 for det passive delsystemet, samt styrken av indre og ytre fotmuskler for det aktive delsystemet, gi innsikt for å identifisere forskjellige veier for fotfunksjonen ved syn av et multifunksjonelt fotsystem. Som nevnt tidligere er disse kvalitative metodene enkle å implementere i klinisk funksjonell evaluering. Påliteligheten, validiteten og handlingskvaliteten under prosessen må imidlertid avklares5.

I tillegg, når det gjelder passive og nevrale delsystemer, har mange studier blitt utført for å undersøke effekten av aldring på relaterte egenskaper, inkludert plantarsensorisk følsomhet og fotstilling. Det er allment akseptert at plantarsensorikken avtar betydelig hos eldre, og deres fotmorfologi er mer tilbøyelig til en pronasjonsstilling38,39. Som funksjonell evaluering betraktes fotmuskelstyrketesten som en direkte måling av det aktive delsystemet.

På grunn av samtidig involvering av indre og ytre muskler, er styrken til inneboende muskler vanskelig å isolere og vurdere i tidligere studier. Derfor brukes forskjellige styrkevurderinger for å skille bidragene fra de indre og ytre fotmusklene, inkludert tåfleksjon og domingtester. Den dominerende bevegelsen, kjent som kortfotstrening i klinisk praksis, utføres for å kvantifisere styrken til inneboende muskler med et dynamometer. Den gode påliteligheten (ICC, 0,816-0,985) er avklart i en tidligere studie28. Bruk av samme kraftmåler i fast tilstand gir direkte sammenligninger mellom indre og ytre muskler, selv mellom nåværende og fremtidige data. I mellomtiden, som indirekte måling av indre fotmuskulatur, bestemmes muskelmorfologien (tykkelse og CSA) ved hjelp av ultralyd, som har blitt brukt i relevante fotstudier40,41.

I den nåværende studien viste resultatene en signifikant forskjell i egenskapene til det aktive delsystemet mellom unge og gamle grupper, noe som stemmer overens med tidligere studier 41,42. Som vist i figur 6, sammenlignet med unge voksne, hadde de eldre deltakerne omtrent 29% til 39% reduksjon i fotmuskelstyrke (doming, FT1, FT2-3 og FT2-5). Tilsvarende var det signifikante forskjeller mellom grupper i fotmuskelmorfologien (tykkelse og CSA) (figur 7 og figur 8).

Følgende trinn i protokollen er avgjørende for å undersøke egenskapene til fotkjernesystemet og er forbundet med nøyaktig måling. a) Under nevrale delsystemtester blir deltakerne instruert til å reagere tydelig og høyt hver gang de oppfatter den sensoriske stimuleringen. Gjennomfør derfor disse testene i et eget, stille rom for å sikre nøyaktighet og sørge for at deltakerne har blitt kjent med testen. b) I muskelmorfologitesten, bruk minimalt trykk på ultralydsonden for å redusere bløtvevsdeformasjon. Testen og bildebehandlingen skal betjenes av samme assessor43. c) Korrigere justeringen av foten i ND- og FPI-6-testene for riktig måling av fotstilling. d) I styrketesten, sørg for riktig oppsett av dynamometeret og trefesterammen. Mål doming og tåfleksjonsbevegelse med god kvalitet. e) Utmattelse av plantarfotmuskulatur vil øke ND, og deretter endre fotstillingen ytterligere44. Selv om ingen direkte bevis har utforsket sammenhengen mellom fotmuskeltretthet og plantarsensorisk, rapporterte en tidligere studie at hudens sensoriske evne reduseres etter å ha indusert tretthet i øvre og nedre ekstremiteter45. Derfor bør styrketesten utføres sist, og deltakerne bør få tid til å hvile mellom hvert forsøk for å unngå kognitiv belastning og muskeltretthet.

Flere begrensninger må vurderes ved gjennomføring av måling. For det første, med tanke på den anatomiske og biomekaniske konfigurasjonen av indre fotmuskler, har det vært mistanke om at disse musklene bidro til å gi umiddelbar sensorisk informasjon via sensoriske reseptorer, i stedet for å produsere store leddbevegelser5. På grunn av den teknologiske begrensningen er det imidlertid i dag ingen hensiktsmessig metode for å evaluere den sensoriske funksjonen til indre fotmuskler og dens effekt på fotfunksjonen. For det andre brukes ultralyd, i stedet for MR, for å bestemme morfologien, som regnes som gullstandardmetoden for å kvantifisere fotvev46. I fremtidige studier bør MR brukes for å få mer innsikt i fotens muskulatur. I tillegg er mangelen på en tilsvarende multimodal tilnærming faktisk en begrensning ved denne studien. Fremtidige studier vil videre undersøke sammenhengen mellom relevante faktorer og fysiske funksjonsutfall hos eldre voksne.

Som et direkte grensesnitt mellom kroppen og bakken bidrar foten til innsamling av somatosensorisk informasjon og tilpasser seg forskjellige belastningsforhold gjennom koordinering mellom kontrollene av muskelaktivitet og deformasjoner av funksjonell bue47. Flere egenskaper ved fotkjernesystemet endres hos personer med flat fot, plantar fasciitt, diabetes og til og med friske eldre personer 14,22,48,49. Fotkjernestabiliteten er også forankret i den funksjonelle gjensidige avhengigheten mellom disse tre delsystemene. Måling av egenskapene i ett delsystem ville ikke gi en fullstendig oversikt for å evaluere fotfunksjonen.

Denne protokollen er basert på sammensetningen av fotkjernesystemet, som kan gi bevis for det vitenskapelige samfunn. I klinisk praksis vil denne protokollen bidra til å evaluere effekten av fothelseprogrammer og rehabilitering av fotmuskulatur for behandling av fotforhold, som flat fot, plantar fasciitt og hælsmerter. Som et segment i underekstremiteten spiller foten en viktig rolle i postural stabilitet i de fleste stillinger og dynamiske aktiviteter. Derfor kan det gi innsikt i fotfunksjon i fremtidig forskning på sykdomssykepleie og nevromuskulær kontroll.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Forfatterne anerkjenner finansieringen av avlsprogrammet til 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

Fotkjernesystem eldre postural kontroll fotbevegelse fotstabilitet fotbue funksjonelle abnormiteter tåfleksormuskler fotstillinger plantarsensorisk følsomhet fotfunksjonsevaluering fotens indre muskler fotekstrinsiske muskler navicular drop test fotholdningsindeks nevrale delsystemer plantartaktil følsomhet
Evaluering av funksjonen til fotkjernesystemet hos eldre
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