Сравнительный анализ нижней конечности кинематики между начальной и терминальной фазы 5 км беговой дорожке Бег

Резюме

В этом исследовании были исследованы биомеханические характеристики кинематических переменных нижних конечностей между начальной и терминальной фазой беговой дорожки на 5 км. Кинемаматические данные нижних конечностей 10 бегунов были собраны с помощью трехмерной системы захвата движения на беговой дорожке на начальном этапе (0,5 км) и терминальной фазе (5 км), соответственно.

Аннотация

Бег полезен для физического здоровья, но он также сопровождается многими травмами. Однако основные факторы, приводящие к травмам, остаются необъяснимыми. Это исследование исследовало влияние длинного бегущего расстояния на нижней конечности кинематических переменных и нижней конечности кинематические различия между начальной (IR) и терминальной фазы (TR) 5 км работает был сравнен. Десять бегунов-любителей бегали по беговой дорожке со скоростью 10 км/ч. Динамические кинематические данные были собраны на этапе ИК (0,5 км) и TR (5 км) соответственно. В этом эксперименте были зафиксированы угол пикового угла, пиковые угловые скорости и диапазон движения. Основные результаты продемонстрировали следующее: в TR были увеличены эверсия голеностопного сустава и похищение колена; В лобной плоскости на TR были увеличены РД ИК и колено; большая пиковая угловая скорость лодыжки спинной и тазобедренной интерротации были найдены в TR по сравнению с ИК. Эти изменения во время бега на длинные дистанции могут предоставить некоторые конкретные детали для изучения потенциальных причин бега травм.

Введение

Бег является самым популярным видом спорта во всем мире. Есть большое количество людей, которые работают, и это число значительно увеличивается с каждым годом¹. Было высказано предположение, что участие в регулярных физических упражнений, включая бег может способствовать здоровью, снизить риск сердечно-сосудистых заболеваний и тем самым улучшить продолжительность жизни^2,,3,4. Несмотря на значительные преимущества для здоровья работает, частота работает травм увеличилось с 25% до 83% за^5лет,6. Есть некоторые риски, связанные с бегом, особенно в нижних конечностях, которые в основном сосредоточены на опорно-двигательного аппарата^{травмы 7}. Большинство распространенных работает связанных травм, связанных с patellofemoral боль, растяжение связок лодыжки, переломы голени стресс, и подошвенный фасциит⁸. Бег травмы могут быть вызваны многими факторами, такими как неправильные ноги поразительные узоры, неправильный выбор обуви, и другие индивидуальные биомеханические^{факторы 9}. Например, бег с пяткой удар шаблон может привести к большей пронации, и сопровождается большим подошве давлением на медиальной стороне ноги, что может привести к более высокому риску для ахиллесовой тендинопатии и patellofemoral боль¹⁰. Кроме того, работает с большей колено внутреннего вращения ранее сообщалось, что связано с iliotibial синдром полосы для женщин бегунов¹¹, особенно при беге на большие расстояния.

Параметры кинетики, кинематики и компонентов пространства времени могут обеспечить точный анализ биомеханики походки, и в настоящее время считается важным параметром для клинического анализа походки¹². Нижние вертикальные силы наземной реакции и более крупные ускорения удара перекодируются после дальнего бега^13,,14. Более высокая экскурсия бедра и меньше коленных сгибаний также были найдены вместе с усталыми мышцами^15,и увеличение частоты шага может привести к уменьшенной длины шага^13,16.

Однако изменения в биомеханических особенностях нижних конечностей на этапе начального и терминального бега не были полностью проанализированы, так как большинство исследований измеряли биомеханические изменения после бега. Кроме того, лишь в нескольких исследованиях используются стандартные лабораторные методы для оценки влияния бега на длинные дистанции на биомеханические изменения походки у бегунов-любителей. Основные факторы, приводящие к травмам, до сих пор остаются неясными. Таким образом, для того, чтобы выявить основные причины травм нижних конечностей, вызванных бегом на длинные дистанции, это исследование направлено на сравнение биомеханических изменений нижней конечности между ИК и TR фазы на беговой дорожке 5 км работает в любительских бегунов.

протокол

Письменное информированное согласие было получено от субъектов, а процедуры тестирования были одобрены комитетом по этике университета. Все участники были проинформированы о требованиях и процессе судебного разбирательства.

1. Лабораторный препарат

1. Во время калибровки выключите свет и удалите другие, возможно, светоотражающие объекты. Убедитесь, что восемь камер надлежащим образом размещены и имеют четкое представление без отражения.
2. Откройте программу Vicon Nexus 1.8.5, а затем парафлизуй камеры. Выберите систему Местная система MX камеры в панели ресурсов и камеры будут заниматься.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В панели свойств параметры должны быть скорректированы. Диапазон значений строба интенсивности корректируется до 0,95-1, а диапазон значений порога устанавливается до 0,2-0,4. Установите режим серый масштаб для Auto. Коэффициент минимальной круговой ности устанавливается до 0,5, а прибыль в раз 1 (x1), высота капли Max до 50, и выберите светодиоды Enable.
3. Поместите T-кадр в центре зоны захвата, выберите все камеры в системе и используйте 2D-режим. Подтвердите, что T-кадр находится в виде камеры без каких-либо точек помех. Выберите первый элемент Системы Подготовки в панели инструментов. В списке выпадения T-Frame выберите 5 объектов калибровки маркерной палочки и T-Frame.
4. В панели System Preparation Tools нажмите кнопку «Пуск» под разделом Камеры маски. Затем нажмите кнопку "Пуск" под разделом камеры Calibrate MX.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Когда процесс калибровки завершен, панель прогресса восстанавливается до 0%.
5. Поместите T-кадр в центр камеры, чтобы установить происхождение координат.
6. В панели tool нажмите кнопку «Пуск» в разделе «Происхождение объема набора».
7. Поставьте беговую дорожку в центр испытательной зоны. Восемь камер отображаются вокруг беговой дорожки(рисунок 1).
8. Заранее прикрепите в общей сложности 22 светоотражающих маркера (диаметр: 14 мм) с двусторонней лентой на предметы.

Рисунок 1: Макет испытательного полигона. Камеры захватывают движение нижних конечностей, в то время как испытуемые работают на беговой дорожке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.

2. Тема подготовки

1. Перед тестом опрашивают испытуемых в лаборатории и дают простое объяснение экспериментальных процедур. Затем, чтобы участники заполнить анкету. Обобщить результаты этих вопросников.
   1. Используйте следующие вопросы:
      1. Как часто вы работаете в неделю?
      2. Сколько лет ты бегаешь?
      3. Вы перенесли какие-либо травмы нижних конечностей или получили операции на нижних конечностях в течение последних шести месяцев?
      4. Сколько километров вы пробегаешь в неделю?
2. Используйте следующие критерии включения: все участники были правой ногой доминирующей и без каких-либо травм нижней конечности в предыдущие шесть месяцев до исследования. Все участники бегали не менее 15 км в неделю.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Были отобраны десять здоровых бегунов-любителей (возраст: 23,4–1,3 года; рост: 160,7–3,8 см; масса: 50,3–2,3 кг; годы бега: 3,2–1,2 года).
   1. Получение письменного информированного согласия участников, отвечающих критериям включения.
3. Требуйте, чтобы участники носили однородные колготки и брюки.
4. Запись высоты испытуемых (мм), веса (кг), нижней длины конечностей (мм), ширины колена (мм) и ширины лодыжки (мм) для модели статистики.
5. Место 16 отражающих маркеров на предметы в следующих местах: передний верхний подвздошный позвоночник, задний-высший подвздошный позвоночник, боковой середине бедра, боковое колено, боковой хвост, боковой млепок, второй плюсневой головы, и calcaneus. Поместите маркеры на вторую плюсневую голову и кальканеус на соответствующие анатомические точки носков и обуви.
6. Проинструктируйте участников носить форму спортивной кроссовки. У участников разогреть с легким бегом и растяжения в течение 5 минут.

3. Статическая калибровка

1. Нажмите кнопку управления данными на панели инструментов, выберите управление данными. Нажмите на вкладку «Новая база данных» на панели инструментов, выберите местоположение,опишите название исследования и клинический шаблони нажмите кнопку «Создание».
2. В окне открытой базы данных выберите имя созданной базы данных. В открытом интерфейсе нажмите на зеленую кнопку «Классификация новых пациентов», желтую кнопку «Новый пациент» и кнопку «Серый новый сеанс», чтобы создать экспериментальную информацию, включая тип темы, имя субъекта и другое состояние действия.
   1. Вернитесь к панели Nexus, в левой панели инструментов, нажмите Субъекты, чтобы создать набор данных New Subject и выбрать пробную модель. В панели Propertiesзаполните все антропометрические измерения: рост (мм), вес (кг), нижняя длина конечностей (мм), ширина колена (мм) и ширина лодыжки (мм).
3. Нажмите кнопку Go Live, выберите Spilt горизонтально и выберите график, чтобы проверить количество траектории.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что все маркеры видны в представлении 3D Perspective. Это означает, что все маркеры могут быть захвачены для анализа.
4. Приготовьтесь запечатлеть статическую модель. На панели Capture Tools нажмите кнопку «Пуск» в разделе «Захват темы».
   ПРИМЕЧАНИЕ: В течение всего процесса сбора данных испытуемые должны оставаться неподвижными в зоне захвата для сбора 140-200 кадров изображений. Затем нажмите кнопку "Стоп".
5. В перспективном стекле просмотрите знаки захвата. Нажмите кнопку Pipeline в панели Инструментов, выберите Запуск восстановительный конвейер, чтобы создать 3D-изображение захваченных маркеров. Затем вручную отметьте статичную модель. Когда идентификация завершена, сохраните и нажмите ESC, чтобы выйти.
6. В панели инструментов выберите подготовку объекта и калибровку объекта. Выберите опцию «Статическая походка» из списка выпадеет. В панели статических настроек выберите левую и правую ногу,нажмите кнопку «Пуск» и сохраните статичную модель.

4. Динамические испытания

1. После завершения сбора статических данных выберите Capture в нужной панели инструментов. Выберите Тип пробного типа и сеанс сверху вниз и заполните описание пробной версии.
2. Попросите участников бегать по беговой дорожке следующим образом.
   1. Разогрейтесь при ходьбе со скоростью 8 км/ч за 1 мин.
   2. Попросите участника бегать по беговой дорожке со скоростью 10 км/ч. После периода адаптации 4 мин на этой скорости, запишите ход данные за 40 с. Соберите кинематические данные на расстоянии 0,5 км и 5 км соответственно.
   3. Попросите испытуемых носить монитор сердечного ритма, чтобы зафиксировать частоту сердечных сокращений и следить за состоянием усталости испытуемых во время бега.
3. В панели захвата инструмента нажмите кнопку «Пуск». После сбора динамических испытаний нажмите Stop, чтобы закончить коллекцию.

5. После обработки

1. Откройте окно управления данными, дважды щелкните название пробного. Нажмите кнопку «Реконструкция трубопровода» и «Этикетки» в панели инструментов, чтобы реконструировать положение точки отметки.
2. В окне «Перспектива» переместите синие треугольники на временной панели, чтобы установить необходимый диапазон времени.
3. Сдвиг представления временной шкалы так, чтобы он показал только выбранный диапазон, нажмите на временной бар и нажмите Увеличить регион интересов.
4. На этом этапе выберите кнопку Label для идентификации и проверки точек меток с теми же шагами, что и процесс статической идентификации. При необходимости дополнить некоторые неполные идентификационные точки. Удалите немаркированные знаки.
5. В панели калибровки темы выберите динамический плагин Gait. Нажмите кнопку "Пуск" для запуска данных. Экспорт автомобильных испытаний в формате c3d для постобработки.

6. Анализ данных

1. Обработайте данные кинематики. Примените фильтр с низким проходом Баттерворта четвертого порядка с частотой отсечения 10 Гц (кинематический) перед экспортом данных о совместном углу. Экспорт данных совместного угла.
2. Рассчитайте диапазон движения (ROM), угол пик и пик угловой скорости суставов нижних конечностей (бедра, колена и лодыжки) в трех плоскостях (сагиттал, лобной и поперечный) во время одной фазы позиции.

7. Статистический анализ

1. Используйте парный образец T-теста для сравнения кинематики нижних конечностей (пиковые углы, ПЗУ, пиковая угловая скорость) между начальной (ИК) и терминальной фазой (TR) 5 км пробега.
2. Рассчитайте средние значения и стандартные отклонения пяти действительных испытаний от каждого объекта для различных бегов. Установите уровень значимости на уровне p q lt; 0.05.

Результаты

Результаты показали, что никаких различий в пиковом углу лодыжки и бедра не наблюдалось в сагиттальной плоскости. По сравнению с ИК, пиковые углы лодыжки и колена в лобной плоскости были значительно увеличены на TR. Более большой внутренний угол бедра был найден в TR в отличие от ИК. Тем не...

Обсуждение

В этом исследовании сравнивали влияние бега на большие расстояния на биомеханические характеристики нижней конечности у бегунов-любителей. Было установлено, что пиковый угол лодыжки эверсии и похищения колена увеличилось после 5 км работает, что соответствует предыдущему исследован?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n=22
Double Adhesive Tape	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		For fixing markers to skin
Heart Rate	Garmin, HRM3-SS, China		Detection of fatigue state
Motion Tracking Cameras	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		n= 8
T-Frame	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-
Treadmill	Smart Run,China		Subject run on the treadmill for all the process.
Valid Dongle	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		Vicon Nexus 1.4.116
Vicon Datastation ADC	Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK		-