Utilizando métodos de análisis de marcha estándar de oro para evaluar efectos de la experiencia en la mecánica de la extremidad inferior durante moderado tacón trotar y correr

Resumen

Este estudio investigó la cinemática de la extremidad inferior y la fuerza de reacción del suelo (GRF) durante moderado tacón trotar y correr. Sujetos fueron divididos en grupos de usuarios experimentados y usuarios sin experiencia. Un sistema de análisis de movimiento tridimensional con una plataforma de fuerza configurado había capturado movimientos articulares de la extremidad inferior y GRF.

Resumen

Un número limitado de estudios ha explorado la biomecánica de la extremidad inferior durante el tacón para correr y correr, y la mayoría de los estudios no ha podido aclarar la experiencia de los sujetos. Este protocolo describe las diferencias en la cinemática de la extremidad inferior y la fuerza de reacción del suelo (GRF) entre usuarios experimentados (EW) y usuarios inexpertos (ver) durante moderado tacón trotar y correr. Un sistema de análisis de movimiento tridimensional (3D) con una plataforma de fuerza configurado se utilizó síncrono capturar movimientos articulares de la extremidad inferior y GRF. 36 mujeres jóvenes se ofrecieron para participar en este estudio y se les preguntó acerca de tacón zapato lleva experiencia, incluyendo la frecuencia, duración, tipos de talón y alturas de tacón. Participaron once que tenía la experiencia de tacones de 3 a 6 cm para un mínimo de tres días por semana (6 h al día durante al menos dos años) y once que llevaba tacones de menos de dos veces por mes. Temas realizaron footing y funcionando bajo cómodo y altas velocidades, respectivamente, con el derecho de pie completamente paso a paso sobre una plataforma de fuerza al pasar por a lo largo de una pasarela de 10 metros. EW y ver adoptado diferentes adaptaciones biomecánicas al trotar y correr. Ver exhibió una gama más grande generalmente de movimiento articular, mientras que EW mostraron una significativamente mayor tasa de carga de GRF durante el funcionamiento. Por lo tanto, más estudios sobre la biomecánica de la extremidad inferior del paso de tacón deben controlar estrictamente la experiencia de los sujetos.

Introducción

Diseño de tacón alto siempre ha sido una de las características populares de calzado de las mujeres. Forzando el tobillo en un estado de flexión plantar pasivo, zapatos de tacón alteran considerablemente poca cinemática y cinética. A pesar de los efectos adversos reportados en el sistema músculo-esquelético¹, social y moda costumbres fomenten el uso continuo de zapatos de tacón alto².

Los sistemas de seguimiento óptico, actualmente utilizado en la mayoría de los laboratorios de análisis de la marcha para tanto clínicos como e investigación propósitos, dar medición precisa y fiable de 3D mociones conjuntas de extremidad inferior³. Esta tecnología proporciona un "gold standard" para el análisis de marcha⁴. Resultados basados en la técnica han revelado que alturas de tacón más altos conducen a mayor rodilla flexión y el tobillo inversión en comparación con zapatos planos^5,6,7. GRF es otro parámetro utilizado en el análisis de la marcha. El cambio de GRF hacia el antepié medial, GRF reducida durante la postura intermedia, aumentó GRF vertical en huelga del talón y mayor pico GRF antero-posterior también se han observado en tacón camina^{1,6, 7 , 8}.

Estudios previos anteriormente utilizan métodos basados principalmente en el nivel a pie. En la sociedad moderna, corriendo para un autobús, entrando a través de una calle muy transitada o corriendo a coger el último tren empuje más y más mujeres para utilizar velocidades más altas cada ahora y después. Hay pocos estudios sobre biomecánica de la extremidad inferior durante el tacón corriendo y corriendo. Gu et al. señalar que el rango de movimiento de las articulaciones de cadera y abducción-aducción flexión-extensión de la rodilla aumentó significativamente como la altura del tacón aumentada mientras corra⁹. La limitación de este estudio es que sólo reclutaron a habituales portadores de tacón alto. El uso frecuente de zapatos de tacón alto puede potencialmente inducir adaptaciones estructurales en los músculos de la extremidad inferior. Zöllner y otros crearon un modelo computacional multiescala revelando que músculo es capaz de ajustar gradualmente a su nueva longitud funcional debido al uso de tacones después de una pérdida crónica de sarcómeros en serie¹⁰. La evidencia también demuestra que cinemática alojamiento en marcha causados por zapatos de tacón alto varían entre usuarios experimentados y sin experiencia¹¹. Datos recogidos de los sujetos experimentados y sin experiencia pueden enmascarar resultados estadísticos¹². Es importante explorar si los cambios biomecánicos son igualmente evidentes en usuarios inexpertos y experimentados.

El propósito de este estudio fue investigar las diferencias en la cinemática de la extremidad inferior y GRF vertical entre usuarios experimentados (EW) y usuarios inexpertos (ver) durante moderado tacón trotar y correr. Fue presumido que EW mostraría más rápido auto preferido trotar y correr velocidades, menos movimiento de las articulaciones y GRF vertical más grande durante el trotar y correr.

Protocolo

este estudio ha sido aprobado por la humana Comité de ética de Universidad de Ningbo (ARGH20150356). Todos los sujetos dieron su consentimiento informado para su inclusión en el estudio, y se les informó del objetivo, requisitos y procedimientos experimentales del estudio.

1. preparación del laboratorio de marcha

1. interruptor apagado todas las luces incandescentes y dejar un nivel razonable de luz fluorescente en el laboratorio. Eliminar todos los marcadores y objetos no deseados de la reflexión que puede ser malinterpretada como pasivos marcadores reflectante desde el volumen de captura de.
2. Conecte el dongle correspondiente al puerto paralelo del ordenador. Encender las cámaras de captura de movimiento, tracking software privativo, fuerza plataforma amplificadores y externa convertidor de analógico a digital (ADC).
   1. Permitir tiempo para 8 cámaras inicializar. Haga clic en el " sistema Local " nodo en el " sistema " ficha de la " recursos " panel. En el " propiedades " panel de la " sistema Local " nodo, tipo " 100 " en la " solicitado fotogramas " propiedad en el " sistema " sección para fijar la tarifa de la muestra a 100 Hz.
3. Select " cámara " de la lista vista en el " vista " panel. El T-marco, que consta de 5 marcadores está localizado una distancia fija entre sí, en la plataforma de fuerza.
   1. En el " los recursos del sistema " del árbol, expandir el " cámaras " nodo y presione y sostenga la tecla CTRL mientras hace clic en cada cámara se enumeran en el nodo. En el " propiedades " panel de la " cámaras " nodo, mover la " intensidad estroboscópica " bar en el " configuración " sección a la izquierda o derecha para cada cámara asegurar que los datos de cada cámara están completamente, claramente y constantemente visible en la " vista " panel de.
4. Haga clic en la " preparación del sistema " el botón en el " herramienta " panel. Haga clic en la " Inicio " el botón en el " calibrar cámaras " sección y thenphysically onda la varilla de calibración (T-marco) en el volumen de captura en un ocho vertical y moverse por la zona destinada a la captura de datos 3D. Dejar agitando cuando las luces de estado de color azul en el frente de las cámaras dejan de parpadear.
5. En el " información de calibración de cámaras " sección en el " herramienta " panel, controlar la barra de progreso hasta que se complete el proceso de calibración de cámara. Revisión del " imagen Error " datos; el error aceptable de imagen de cada cámara debe ser menor que 0.3.
6. Coloque el marco de T en el suelo, con el marcador central en la esquina superior izquierda de la plataforma de fuerza (60 cm x 90 cm) y los ejes de la estructura a lo largo de los bordes de la plataforma de fuerza. Asegúrese de que el eje largo de los puntos de marco en la dirección de desplazamiento (dirección anterior).
7. Select " perspectiva 3D " en la lista de vista de la " vista " panel. En el " ajustar volumen origen " sección, haga clic en el botón Inicio y haga clic en el " establecer origen " botón para establecer el origen del volumen de captura de.
8. Pedir un tema para subirse a la plataforma de fuerza. Verifique que la dirección del vector de reacción de suelo aparece en el panel de vista hacia arriba y que la magnitud de la componente vertical de la fuerza es igual a la masa del cuerpo x 9.81. Pedir el tema que caminar fuera de la plataforma de fuerza.
9. En el " los recursos del sistema " del árbol, haga clic en el " plataforma fuerza " nodo y seleccione " nivel cero " de la " contexto " menú para calibrar la plataforma de fuerza. Haga clic en el " conectividad " nodo en el " sistema " ficha en el " recursos " panel. En el " propiedades " panel de la " conectividad " nodo, tipo " 1.000 " en la " pidió fotogramas " propiedad en el " configuración " sección para fijar la tarifa de la muestra a 1000 Hz.
10. Marcadores reflectante pasivos preparar 16 (diámetro: 14 mm) por la adjuntarlos individualmente a un lado de la cinta adhesiva de doble cara.

2. Preparación de tema

1. organizar los resultados de la encuesta sobre uso zapato de tacón alto de experiencia, incluyendo la frecuencia, duración, tipos de talón y alturas, que deben darse a cada voluntario del talón.
   Nota: Las preguntas en la encuesta: (i) ¿con qué frecuencia usted usa sus zapatos de tacón? (ii) ¿cuántos h/min ¿usted llevar sus zapatos de tacón alto cada vez? (iii) ¿Qué tipo de zapatos de tacón, ¿normalmente usas? ¿Tacón de cuña o tacón de aguja? (iv) ¿Cómo es el zapato que usas normalmente? Aquí, 36 mujeres jóvenes se ofrecieron para participar en esta prueba, pero 14 de ellos fueron excluidos por razones variadas: sentirse incómodo con el zapato experimental (4), hallux valgus (3), solamente tener cuña experiencia (3), marcha anormal en el experimental medio ambiente (2) y la ausencia en el día de la prueba (2).
2. Consentimiento escrito informado del tema que cumplan con los criterios de inclusión.
   Nota: Los criterios de inclusión son los siguientes: sin trastornos musculoesqueléticos que afecten a correr normal y corriente de la marcha; sentirse a gusto con el zapato experimental ofrecido; pie derecho dominante; y talla 37 (EUR) EW (edad: 24.2 ± 1,2 años, altura: 160 ± 2,2 cm, masa: 51,6 ± 2,6 kg) use zapatos con estrecho los talones 3-6 cm de altura por un mínimo de tres días por semana (6 h al día) durante al menos dos años, mientras que ver (edad : 23,7 ± 1,3 años; altura: 162.3 ± 2,3 cm; masa: 52,6 ± 4,5 kg) usar zapatos de tacón alto menos de dos veces por mes.
3. Pide los temas en pantalones ajustados y una camiseta de.
4. Temas de medida ' de pie altura (mm) y masa corporal (kg). Medir la longitud de las piernas (es decir, la distancia entre la Espina ilíaca superior y el cóndilo interno del tobillo, en mm), anchura de la rodilla (es decir, la distancia entre el cóndilo medial y lateral de la rodilla, en mm) y anchura del tobillo (es decir, la distancia entre el cóndilo medial y lateral de tobillo, en mm) utilizando pinzas de medición.
5. Preparar áreas de la piel de señales anatómicas óseas para la colocación del marcador.
   1. Afeitado del vello corporal apropiada y utilice alcohol toallitas para quitar el exceso de sudor y crema hidratante.
      Nota: Las ubicaciones de los marcadores incluyen: espina dorsal ilíaca superior anterior (LASI/RASI), Espina ilíaca posterior superior (LPSI/RPSI), lateral (LTHI/RTHI), mitad del muslo lateral cóndilo de la rodilla (LKNE/RKNE), lateral media caña (LTIB/RTIB), maléolo lateral (LARGIRUCHO/fila), la segunda cabeza metatarsiana (LTOE/RTOE) y calcáneo (LHEE/RHEE), donde los prefijos L y R indican a la izquierda y montar las patas, respectivamente.
6. Palpate para identificar el punto de referencia anatómica. Círculo cada señal en la piel utilizando una pluma de marca. Colocar los 16 marcadores reflectante pasivos sobre los lugares de ambos lados de los miembros inferiores con cinta adhesiva de doble cara.
7. Pedir a los sujetos a cambiar en el zapato experimental (altura del talón: 4,5 cm) luego caminar, correr y correr libremente a lo largo de la pista hasta que son fisiológicamente y psicológicamente cómodos con las cámaras y marcadores en sus extremidades inferiores (es decir, no influencia en los participantes) y se siente como caminar, trotar y correr naturalmente.
8. Pide a los temas para practicar jogging a lo largo de la pista en una cómoda velocidad baja hasta que son capaces de correr constantemente. Instruir a los sujetos para realizar un entrenamiento progresivo (por ejemplo, haciendo un esfuerzo por correr a una velocidad progresivamente creciente en una caminadora dentro de un rango seguro y cómodo).
9. Pedir a practicar correr en el suelo a lo largo de la pista a una velocidad cómoda hasta que son capaces de funcionar constantemente a esta velocidad.
10. Instruir a los sujetos para intentar empezar a trotar/correr de diferentes líneas de salida en la zona de salida varias veces para encontrar una posición inicial adecuada, asegurándose de que el pie derecho golpea naturalmente y totalmente en contacto con la plataforma de fuerza al pasar por.

figura 1: Protocolo Experimental. cámaras de infrarrojos de 8 capturan de movimiento de extremidades inferiores mientras que el sujeto se mueva y corre a lo largo de la pista. El pie derecho golpea naturalmente y totalmente en contacto con la plataforma de fuerza al pasar por. Sincrónicamente se recopilaron datos cinemáticos y cinéticos. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Calibración estática

1. haga clic en el " nueva base de datos " botón en la barra de herramientas para crear una nueva base de datos. Haga clic en el " Data Management " botón en la barra de herramientas para abrir la " gestión de datos " panel. En el " Data Management " panel, haga clic en el " nueva clasificación de paciente, " " nuevo paciente, " y " nueva sesión " botones, en orden. Volver a la " recursos " panel, haga clic en el " crear un nuevo tema de " botón para crear un nuevo tema y entrar los valores para todas las mediciones antropométricas (p. ej., altura, peso, longitud de las piernas, ancho de rodilla y tobillo anchura) en el " Propiedades " panel para el recién creado tema.
2. Haz clic en el " Go Live " botón en el " panel recursos. " haga clic en el " dividir horizontalmente " botón en el " vista " panel y seleccione " gráfico " en la lista de vista en el nuevo " vista " panel. Seleccione " trayectoria cuenta " en el " salida del modelo " lista desplegable.
   1. Confirman que el recuento de los marcadores en el " gráfico " panel vista es 16 y que el mismo número de marcadores es visible en la " perspectiva 3D " panel de la vista, lo que significa que no hay marcadores en la extremidad inferior han podido ser capturados.
3. Haga clic en el " tema preparación " el botón en el " herramienta " panel de.
4. Pedir el tema en una pose neutra inmóvil en el centro del volumen de captura para capturar los datos estáticos de.
   1. Haga clic en la " Inicio " botón en la sección de captura de sujeto, capturar tramas de 150 aproximadamente y haga clic en el " dejar de " botón.
      Nota: El " Inicio " botón cambia a " dejar de " automáticamente después de hacer clic it
5. Haga clic en el " reconstruir " botón en la barra de herramientas para mostrar los marcadores capturados. Haga clic en el " etiqueta " botón en el " herramienta " panel y asignar manualmente las etiquetas (16 en total) enumeradas la " Manual se etiquetado " sección a los marcadores correspondientes en el " perspectiva 3D " panel vista. Prensa el " Esc " clave en el teclado para salir de.
6. Select " estática " en la " tubería " lista desplegable en la " tema calibración " sección. Compruebe la " izquierda pie " y " pie derecho " opciones en el " configuración estática " panel. Haga clic en la " Inicio " el botón en el " tema calibración " sección.

4. Ensayos dinámicos

1. pedir el tema en la posición partida adecuada.
2. Haga clic en el " Go Live " el botón en el " recursos " panel. Haga clic en el " captura " botón en el " herramienta " panel. Editar el " nombre de ensayo " en el " siguiente configuración de ensayo " sección.
3. Haga clic en la " Inicio " botón en el " captura " sección para comenzar la captura y luego inmediatamente dar el tema la instrucción oral " va correr/va correr. " asegurar que el derecho natural pie huelgas y totalmente entra en contacto con la plataforma de fuerza al pasar por ( figura 1).
   1. Para correr pruebas, pedir los temas que correr a la velocidad baja cómoda que conocían durante la preparación, para correr pruebas, pedir los temas en el confortable de alta velocidad que habían familiarizados con durante la preparación. Permiten un descanso de 2 min entre los dos ensayos.
   2. Captura de por lo menos 3 pasos sucesivos completados, incluyendo el paso en la plataforma de fuerza.
      Nota: Correr y correr los ensayos se realizan al azar. Para cada velocidad, pedir los temas que repetir 5 ensayos. Cancelar la captura en el caso de un marcador móvil/cae o si se produce el paso anormal. En el caso de marcadores móviles/caída, vuelva a acoplar a la marca de piel predeterminada.

figura 2 : interfaz de usuario para colección de datos dinámicos. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. haga clic en el " dejar de " el botón en el " captura " sección después de que el sujeto se mueva/carreras hasta el final de la pista. Vea la figura 2.
   Nota: El " Inicio " botón en el " captura " sección cambia a " dejar de " automáticamente después de hacer clic it

5. Posterior procesamiento utilizando el Software de seguimiento de propiedad

1. haga clic en la " gestión de datos " botón en la barra de herramientas. En el " Data Management " panel, haga doble clic en el nombre de ensayo. Haga clic en el " reconstruir " y " etiqueta " botones en la barra de herramientas para reconstruir el modelo dinámico 3D y obtener los datos filmados.
2. En la barra de tiempo, mueva el indicador de rango de izquierda (triángulo azul) en la línea de tiempo hasta el fotograma en el que el pie derecho golpea la plataforma de fuerza. Seleccione este cuadro según el instante cuando se presenta el vector de fuerza vertical en el panel de la vista.
   1. Mover la gama derecha indicador (triángulo azul) en la línea de tiempo hasta el fotograma en el que ocurre el próximo evento de la huelga del talón del pie derecho.
      Nota: La selección de este cuadro depende de la estimación subjetiva elaborative de los investigadores según el instante cuando no hay ninguna dislocación inferior superior talón derecho del marcador de la.
3. Haga clic en la barra de tiempo y seleccione " Zoom a la región de interés " de la " contexto " menú para definir los fotogramas deseados.
4. Haga clic en el " etiqueta " a topeen el " herramienta " panel. En el " relleno de brecha " sección, haga clic en los marcadores cuyas trayectorias contienen lagunas que aparecen en el " trayectoria " columna y haga clic en el " relleno " botón de la " Spline llenar " herramienta.
   Nota: El número de huecos se enumera en el " #Gaps " columna. Haga clic en el " relleno " botón de la " tira llene " herramienta llena un vacío. La " Spline llenar " método se puede utilizar generalmente para la brecha de casos menor o igual a 60 frames.
5. Haga clic en el " tubería " botón en el " herramienta " panel. Seleccione " dinámica " de la " actual " lista. Mueva el indicador (cursor azul) a lo largo de la línea de tiempo hasta el último fotograma. Haga clic en el " ejecutar " botón para iniciar el proceso de canalización y exportar formato de in.csv de ensayos dinámicos para procesamiento posterior en el software de análisis de datos.

6. Análisis de datos

1. Low-pass del filtro los datos cinemáticos y cinéticos utilizando 4 ^th-Orden Butterworth filtros con frecuencia de corte en 10 Hz y 25 Hz, respectivamente ¹³ (véase la Tabla de materiales).
2. Dividir el desplazamiento anterior superior de la marcadora en la Espina ilíaca superior anterior derecha por el tiempo correspondiente para calcular la velocidad de oa trotar/correr.
   1. Definir el desplazamiento antero-posterior de la pistola en la derecha talón entre los acontecimientos de la huelga de talón sucesivos como la longitud de zancada. Definir la inversa de la duración del ciclo de marcha como la frecuencia de la zancada.
3. Definir la diferencia entre el máximo ángulo y ángulo de Valle durante la fase de apoyo como el rango de movimiento (ROM) articulación.
4. Calcular la velocidad de carga promedio vertical definiendo la pendiente de la curva vertical de GRF-tiempo de 20-80% del tiempo de postura desde el contacto inicial al impacto fuerza de ¹⁴.
   Nota: Definir el contacto inicial como el instante cuando la vertical GRF consistentemente mide más de 0 N.
5. Normalizar el GRF vertical para peso corporal (BW %).
6. Promedio de 5 ensayos de cada sujeto primero y luego estos resultados promedio para todas las materias.
   Nota: Los parámetros incluyen correr y correr velocidad, longitud de zancada, frecuencia zancada, conjunta (es decir, tobillo, rodilla y cadera) 3D (ROM) y el ángulo de máxima durante la fase de apoyo, ángulo en el talón-huelga en el plano sagital, fuerza de impacto (F _i), (fuerza) pico F _p) y carga media vertical (VALR).
7. Transferencia de datos a un software estadístico para el análisis estadístico.

7. Análisis estadístico

1. realizar dos separado independiente muestras t-pruebas para evaluar los efectos de la experiencia de uso. Realizar dos pruebas de t apareado-las muestras separadas para evaluar los efectos de la velocidad de marcha en la cinemática de la extremidad inferior y GRF. Considerar resultados estadísticos como significativa si p < 0.05.

Resultados

Todos los resultados se presentan como la media ± desviación estándar. La velocidad fue significativamente mayor que la velocidad para correr, independientemente de la experiencia de uso (EW: Jog vs Run: 2,50 ± 0.14 vs 3,05 ± 0.14, p = 0,010; Ver: Jog vs Run: 2,24 ± 0,26 vs 2.84 ± 0,29, p = 0,028; en m/s) (tabla 1). No se encontró ninguna diferencia significativa en las velocidades correspondientes de oa trotar...

Discusión

Un defecto de la mayoría de los estudios que analizan la biomecánica de la marcha de tacón está ignorando la posible importancia de la experiencia de usar zapatos de tacón alto¹². Este estudio divide temas en grupos de usuarios regulares y ocasionales para explorar los efectos de zapato de tacón alto con experiencia en la cinemática de la extremidad inferior y GRF durante moderado tacón trotar y correr.

EW y ver mostraron velocidades comparables de oa trotar/cor...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Motion Tracking Cameras	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	MX cameras	n= 8
Vicon Nexus	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	Version 1.4.116	Proprietary tracking software (PlugInGait template)
Dongle	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	-
MX Ultranet HD	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	-
Vicon Datastation ADC	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	External ADC
Passive Retro-reflective Marker	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	n=16; Diametre=14 mm
Force Platform Amplifier	Kistler, Switzerland	5165A	n=1
Force Platform	Kistler, Switzerland	9287C	n=1
T-Frame	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	-
Double Adhesive Tape	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK	-	For fixing markers to skin
moderate high-heeled shoe	Daphne, Hong Kong	13085015	Heel height: 4.5cm; Size:37EURO
Microsoft Excel	Microsoft Corporation, United States	Version 2010	For low pass filtering data and calculations; Add-in:Butterworth.xla
Origin	OriginLab Corporation, United States	Version 9.0	Plot GRF-time curve
Stata	Stata Corp, College station, TX	Version 12.0	Statistical analysis