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Method Article
Das vorliegende Protokoll skizziert einen Versuchsaufbau, der den Einfluss der Schrittweitenmanipulation auf die laufende Biomechanik mit Hilfe eines Motion-Capture-Systems untersuchen soll. Ziel ist es, relevante Datensätze zu erweitern und die Auswirkungen unterschiedlicher Schrittweiten auf die kinematische Kette der menschlichen unteren Extremität zu untersuchen.
Die Schrittweite ist ein kritischer Faktor, der die Biomechanik der unteren Gliedmaßen während des Laufens beeinflusst und die Stabilität, Leistung und das Verletzungsrisiko erheblich beeinflusst. Das Verständnis dieser Effekte ist wichtig, um die Laufleistung zu optimieren und das Verletzungsrisiko zu minimieren. In dieser Studie wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Schrittweiten auf die Biomechanik der unteren Gliedmaßen bei unterschiedlichen Laufgeschwindigkeiten untersucht. Dreizehn gesunde chinesische Männer (im Alter von 20 bis 24 Jahren) nahmen an der Studie teil und liefen mit Geschwindigkeiten von 3,0 m/s und 3,7 m/s unter Verwendung von sechs verschiedenen Schrittweiten: der bevorzugten Schrittweite und fünf Variationen (Reduzierungen von 13 % und 6,5 % und Zunahmen von 6,5 %, 13 % und 25 %, basierend auf der Beinlänge). Die Daten wurden mit einem Motion-Capture-System und Kraftmessplatten gesammelt und durch ANOVA- und Korrelationstests mit wiederholten Messungen analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass größere Schrittweiten die maximalen Knieabduktionsmomente und Hüftadduktionswinkel signifikant reduzierten, während schmalere Schrittweiten die Belastung des Kniegelenks erhöhten. Diese Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf Ärzte und Läufer und deuten darauf hin, dass eine sorgfältige Auswahl der Schrittweite dazu beitragen kann, das Verletzungsrisiko zu verringern und die Laufeffizienz zu steigern. Diese Studie liefert einen neuen Datensatz, der den Grundstein für zukünftige Forschungen über den Zusammenhang zwischen Schrittweite und Laufbiomechanik legt und als Referenz für Trainings- und Rehabilitationspraktiken dient.
Umweltfaktoren, einschließlich räumlicher und zeitlicher Elemente, beeinflussen die tägliche Bewegung des Menschen direkt. Individuen können beim Laufen und Gehen unter verschiedenen Umweltbedingungen unterschiedliche Haltungen und Bewegungsmuster einnehmen. Es ist allgemein bekannt, dass sich die Veränderung der Lauftechniken auf die Biomechanik des Körpers auswirken kann, wobei die Schrittweite eng mit der Stabilität und dem Gleichgewicht beim Laufen beim menschlichen Laufen verbunden ist 1,2. Die Schrittweite ist definiert als der mediolaterale Abstand zwischen dem Mittelfuß und dem ersten Bodenkontakt jedes Fußes, der eine Variable in der Frontebene3 darstellt. Beim Gehen und Laufen können kurzfristige Schwankungen der Schrittweite die Biomechanik der unteren Extremitäten auf drei Ebenen beeinflussen 3,4,5.
Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die Schrittweite die Biomechanik der Gelenke der unteren Gliedmaßen, die Kinematik und die Kinetik während des Laufens erheblich beeinflusst. Eine größere Schrittweite reduziert die Hüftadduktionswinkel, die Knieabduktionsmomente und die Rückfuß-Eversionswinkel, was zu einer verbesserten Stabilität beiträgt und möglicherweise das Verletzungsrisiko senkt 6,7. Umgekehrt erhöht eine schmalere Schrittweite die Innenrotation des Knies und die Hüftadduktionswinkel, wodurch die Gelenkbelastungen möglicherweise erhöht werden. Insbesondere wurde eine schmale Schrittweite mit erhöhten Schwankungen der Knieinnenrotation und des maximalen Knieabduktionsdrehmoments im Vergleich zu einer normalen Schrittweite in Verbindung gebracht 6,7. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass größere Schrittweiten die Tibiabelastung reduzieren und dadurch die Belastung der Tibia während des Laufs verringern8. Diese Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle der Schrittweite bei der Beeinflussung der Laufbiomechanik und unterstreichen ihre Bedeutung für die Optimierung der Leistung und die Minimierung des Verletzungsrisikos.
Studien haben ferner gezeigt, dass die Geh- und Laufgeschwindigkeit die biomechanischen Parameter der unteren Gliedmaßen beeinflusst 9,10,11,12. Die Auswirkungen der Schrittweitenänderung auf die Biomechanik bei unterschiedlichen Trainingsgeschwindigkeiten sind jedoch nach wie vor unklar, und es liegen nur begrenzte wissenschaftliche Daten zur menschlichen Bewegung unter verschiedenen Geschwindigkeits- und Schrittweitenbedingungen vor. Daher zielt diese Studie darauf ab, den Einfluss von Stufenbreitenänderungen auf die Biomechanik der unteren Extremitäten bei verschiedenen Geschwindigkeiten zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Schlüsselparametern wie dem Hüftadduktionswinkel und dem Knieabduktionsmoment liegt.
Um dies zu beheben, wurde ein Datensatz erstellt, der 13 gesunde männliche Teilnehmer im Alter von 20 bis 24 Jahren umfasst, einschließlich C3D-Dateien und gebrauchsfertiger kinematischer Daten. Die Teilnehmer wurden angewiesen, mit Geschwindigkeiten von 3,0 m/s und 3,7 m/s in sechs verschiedenen Schrittweiten zu laufen. Die Auswahl dieser Schrittweiten und -geschwindigkeiten stützte sich auf bestehende Forschungsergebnisse und den aktuellen Stand von Open-Source-Datensätzen zur Gangbiomechanik in der Literatur 13,14,15,16,17. Ziel dieser Studie ist es, die akuten Auswirkungen von Stufenbreitenänderungen auf die kinetische Kette der unteren Gliedmaßen zu untersuchen und gleichzeitig den Datensatz zu erweitern, um wertvolle Einblicke in die Beziehung zwischen der Stufenbreite und der Biomechanik der unteren Gliedmaßen zu erhalten.
Die Studie wurde von der Ethikkommission des Forschungsinstituts der Universität Ningbo genehmigt (Zulassungsnummer: ty2022001). Alle Teilnehmer gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab, nachdem sie über den Zweck, die Anforderungen und die Verfahren des Experiments informiert worden waren. Details zu den verwendeten Verbrauchsmaterialien, Geräten und Software sind in der Materialtabelle aufgeführt.
1. Vorbereitung der Versuche
2. Vorbereitung der Teilnehmer
3. Statische Kalibrierung
4. Dynamische Studien
5. Datenverarbeitung
6. Statistische Analyse
Nach dem Experiment und der Datenverarbeitung wurden die verarbeitete Markertrajektorie und die simulierten Daten der Bodenreaktionskraft (GRF) in C3D-Dateien gespeichert, wie in Tabelle 1 dargestellt. Der Ordner C3D.zip enthält das Rohdataset, das aus dem Motion-Capture-Experiment abgerufen wurde. Alle Datensätze sind in Tabelle 2 aufgeführt. Der Datensatz ist in Ordnern organisiert, die jeweils einen der 13 Teilnehmer repräsentieren. In diesen Unte...
Der Einfluss der Schrittweite auf das Laufen des Menschen ist ein vielschichtiges und bedeutendes Problem. Die Schrittweite bezieht sich auf den seitlichen Abstand zwischen der Fersenmitte und dem Boden bei der ersten Berührung jedes Fußes3. Eine Änderung der Schrittweite kann sich auf die Stabilität, das Gleichgewicht, die Biomechanik und den Energieverbrauch während des Laufens auswirken. Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass eine Zunahme der Schritt...
Nichts.
Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (12202216), der Ningbo Natural Science Foundation (2023J128) und dem interdisziplinären Top Innovative Youth Fund-Projekt "Mechanics+" der Universität Ningbo (GC2024006) unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
AMTI Force Plate | AMTI | OR6-7 | Watertown, MA, USA |
Colored Tape for Floor Marking | Generic | - | Used to mark different step widths on force plates, purchased online |
Kistler Force Plate | Kistler | 9260AA | Winterthur, Switzerland |
MATLAB | MathWorks | Version R2021b | Data processing and modeling |
Reflective Markers | Vicon Metrics Ltd. | - | Used for marking participant body points |
Single-Beam Electronic Timing Gate | Brower Timing System | - | Draper, UT, USA, Used to record running speed |
Standard Experimental Shoes | Designated Brand | - | Standardized shoes to minimize gait interference |
Vicon Motion Capture System | Vicon Metrics Ltd. | Vicon T-Series | Oxford, UK, Used for motion capture |
Vicon Nexus Software | Vicon Metrics Ltd. | Version 1.8.5A | Data collection and analysis |
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