Name: lower-limb biomechanical characteristics associated with unplanned gait termination under different walking speeds
Uploaded: 2020-08-25T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Lower-Limb Biomechanical Characteristics Associated with Unplanned Gait Termination Under Different Walking Speeds at JoVE.com

NSFC-RSE Joint Project (81911530253), National Key R&D Program of China (2018YFF0300905) og K.C. Wong Magna Fund i Ningbo University.

Human Ethics Committee ved Ningbo University godkjente dette eksperimentet. Alt skriftlig informert samtykke ble innhentet fra alle etter at de ble fortalt om målet, kravene og eksperimentelle prosedyrer for UGT-eksperimentet.
1. Laboratorieforberedelse for gang
<ol><li>Kinematikk: Bevegelsesfangstsystem<ol>
<li>Når du kalibrerer systemet, slår du av glødelampene og fjerner eventuelle refleksobjekter som kan forveksles med passive retroreflekterende markører. Forsikre deg om at åtte in...

<ol>
	<li>Cappozzo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gait+analysis+methodology.">Gait analysis methodology.</a> Human Movement Science. 3 (1), 27-50 (1984).</li><li>Gao, Z., Mei, Q., Fekete, G., Baker, J., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+Prolonged+Running+on+the+Symmetry+of+Biomechanical+Variables+of+the+Lower+Limb+Joints.">The Effect of Prolonged Running on the Symmetry of Biomechanical Variables of the Lower Limb Joints.</a> Symmetry. 12, 720 (2020).</li><li>Sparrow, W. A., Tirosh, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gait+termination:+a+review+of+experimental+methods+and+the+effects+of+ageing+and+gait+pathologies.">Gait termination: a review of experimental methods and the effects of ageing and gait pathologies.</a> Gait &amp; Posture. 22 (4), 362-371 (2005).</li><li>Conte, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Planned+Gait+Termination+in+Cerebellar+Ataxias.">Planned Gait Termination in Cerebellar Ataxias.</a> The Cerebellum. 11 (4), 896-904 (2012).</li><li>Bishop, M. D., Brunt, D., Pathare, N., Patel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+interaction+between+leading+and+trailing+limbs+during+stopping+in+humans.">The interaction between leading and trailing limbs during stopping in humans.</a> Neuroscience Letters. 323 (1), 1-4 (2002).</li><li>Jaeger, R. J., Vanitchatchavan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ground+reaction+forces+during+termination+of+human+gait.">Ground reaction forces during termination of human gait.</a> Journal of Biomechanics. 25 (10), 1233-1236 (1992).</li><li>Cen, X., Jiang, X., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+different+muscle+strength+levels+affect+stability+during+unplanned+gait+termination.">Do different muscle strength levels affect stability during unplanned gait termination.</a> Acta of Bioengineering and Biomechanics. 21 (4), 27-35 (2019).</li><li>O'Kane, F. W., McGibbon, C. A., Krebs, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+analysis+of+planned+gait+termination+in+healthy+subjects+and+patients+with+balance+disorders.">Kinetic analysis of planned gait termination in healthy subjects and patients with balance disorders.</a> Gait &amp; Posture. 17 (2), 170-179 (2003).</li><li>Bishop, M., Brunt, D., Pathare, N., Patel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+velocity+on+the+strategies+used+during+gait+termination.">The effect of velocity on the strategies used during gait termination.</a> Gait &amp; Posture. 20 (2), 134-139 (2004).</li><li>Ridge, S. T., Henley, J., Manal, K., Miller, F., Richards, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+analysis+of+gait+termination+in+11&#8211;17year+old+youth+at+preferred+and+fast+walking+speeds.">Biomechanical analysis of gait termination in 11&#8211;17year old youth at preferred and fast walking speeds.</a> Human Movement Science. 49, 178-185 (2016).</li><li>Sun, D., Fekete, G., Mei, Q., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+walking+speed+on+the+foot+inter-segment+kinematics,+ground+reaction+forces+and+lower+limb+joint+moments.">The effect of walking speed on the foot inter-segment kinematics, ground reaction forces and lower limb joint moments.</a> PeerJ. 6, 5517 (2018).</li><li>Eerdekens, M., Deschamps, K., Staes, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+walking+speed+on+the+kinetic+behaviour+of+different+foot+joints.">The impact of walking speed on the kinetic behaviour of different foot joints.</a> Gait &amp; Posture. 68, 375-381 (2019).</li><li>Wang, Z. p., Qiu, Q. e., Chen, S. h., Chen, B. c., Lv, X. t. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Unstable+Shoes+on+Lower+Limbs+with+Different+Speeds.">Effects of Unstable Shoes on Lower Limbs with Different Speeds.</a> Physical Activity and Health. 3, 82-88 (2019).</li><li>Tirosh, O., Sparrow, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age+and+walking+speed+effects+on+muscle+recruitment+in+gait+termination.">Age and walking speed effects on muscle recruitment in gait termination.</a> Gait &amp; Posture. 21 (3), 279-288 (2005).</li><li>Xiang, L., Mei, Q., Fernandez, J., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+biomechanical+assessment+of+the+acute+hallux+abduction+manipulation+intervention.">A biomechanical assessment of the acute hallux abduction manipulation intervention.</a> Gait &amp; Posture. 76, 210-217 (2020).</li><li>Zhou, H., Ugbolue, U. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+There+a+Relationship+Between+Strike+Pattern+and+Injury+During+Running:+A+Review.">Is There a Relationship Between Strike Pattern and Injury During Running: A Review.</a> Physical Activity and Health. 3 (1), 127-134 (2019).</li><li>Serrao, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sudden+Stopping+in+Patients+with+Cerebellar+Ataxia.">Sudden Stopping in Patients with Cerebellar Ataxia.</a> The Cerebellum. 12 (5), 607-616 (2013).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+Gold-standard+Gait+Analysis+Methods+to+Assess+Experience+Effects+on+Lower-limb+Mechanics+During+Moderate+High-heeled+Jogging+and+Running.">Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running.</a> Journal of Visualized Experiments. (127), e55714 (2017).</li><li>Buddhadev, H. H., Barbee, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redistribution+of+joint+moments+and+work+in+older+women+with+and+without+hallux+valgus+at+two+walking+speeds.">Redistribution of joint moments and work in older women with and without hallux valgus at two walking speeds.</a> Gait &amp; Posture. 77, 112-117 (2020).</li><li>Yu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphology-Related+Foot+Function+Analysis:+Implications+for+Jumping+and+Running.">Morphology-Related Foot Function Analysis: Implications for Jumping and Running.</a> Applied Sciences. 9 (16), 3236 (2019).</li><li>Ridge, S. T., Henley, J., Manal, K., Miller, F., Richards, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+and+kinetic+analysis+of+planned+and+unplanned+gait+termination+in+children.">Kinematic and kinetic analysis of planned and unplanned gait termination in children.</a> Gait &amp; Posture. 37 (2), 178-182 (2013).</li><li>Burnfield, J. M., Few, C. D., Mohamed, O. S., Perry, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+walking+speed+and+footwear+on+plantar+pressures+in+older+adults.">The influence of walking speed and footwear on plantar pressures in older adults.</a> Clinical Biomechanics. 19 (1), 78-84 (2004).</li><li>Cen, X., Xu, D., Baker, J. S., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+additional+body+weight+on+arch+index+and+dynamic+plantar+pressure+distribution+during+walking+and+gait+termination.">Effect of additional body weight on arch index and dynamic plantar pressure distribution during walking and gait termination.</a> PeerJ. 8, 8998 (2020).</li><li>Chatzipapas, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress+Fractures+in+Military+Men+and+Bone+Quality+Related+Factors.">Stress Fractures in Military Men and Bone Quality Related Factors.</a> International Journal of Sports Medicine. 29 (11), 922-926 (2008).</li><li>Cen, X., Xu, D., Baker, J. S., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Association+of+Arch+Stiffness+with+Plantar+Impulse+Distribution+during+Walking,+Running,+and+Gait+Termination.">Association of Arch Stiffness with Plantar Impulse Distribution during Walking, Running, and Gait Termination.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 17 (6), 2090 (2020).</li></ol>

De fleste tidligere studier som analyserer gangbiomekanikk under UGT, utelater viktigheten av å gå hastighet i deres biomekaniske vurdering. Dermed undersøkte denne studien biomekaniske endringer i underekstremitetene som forekommer i UGT ved NWS og FWS med sikte på å avsløre hastighetsrelaterte effekter.
Det er funnet betydelige forskjeller på ROM i hofte-, kne- og ankelleddene i sagittalflyet under UGT ved NWS og FWS. Våre funn viste større ROM-er av de tre leddene i sagittalflyet u...

Menneskelig bevegelse anses å være en ekstremt kompleks prosess som må beskrives ved tverrfaglige metoder1,2. Det mest representative aspektet er ganganalysen ved biomekaniske tilnærminger. Menneskelig gang tar sikte på å opprettholde progresjon fra initiering til oppsigelse, og den dynamiske balansen bør opprettholdes i posisjonsbevegelse. Selv om gangavslutning (GT) har blitt grundig studert som en underoppgave for gang, har den fått mindre oppmerksomhet. Sparrow og Tirosh3 definerte GT i sin gjennomgang som motorstyringsperiode når begge føttene slutter å bevege seg enten fremover eller bakover basert på forskyvning og tidsegenskaper. Sammenlignet med steady-state gang, prosessen med å utføre GT krever høyere kontroll av postural stabilitet og kompleks integrasjon og samarbeid av nevromuskulært system4. Under GT må kroppen raskt øke bremseimpulsen og redusere fremdriftsimpulsen for å danne en ny kroppsbalanse5,6. Uplanlagt gangavslutning (UGT) er en stressrespons på en ukjent stimulus6. Når man blir konfrontert med en uventet stimulans som krever at man stopper plutselig, vil den første dynamiske balansen bli forstyrret. På grunn av behovet for kontinuerlig kontroll av kroppens massesenter (COM) og tilbakemeldingskontroll, utgjør UGT en større utfordring for postural kontroll og stablity3,7.
UGT har blitt rapportert å være en viktig faktor som fører til fall og skader, spesielt hos eldre og pasienter med balanseforstyrrelser3,8. Raskere ganghastigheter kan føre til en ekstra nedgang i motorstyring under UGT9. Ridge et al.10 undersøkte toppleddvinkelen og interne felles momentdata for barn under UGT ved normal ganghastighet (NWS) og rask ganghastighet (FWS). Resultatene viste større knefleksjonsvinkler og forlengelsesmomenter ved raskere hastigheter sammenlignet med foretrukket hastighet. De indikerte at styrking av de relaterte musklene rundt leddene i nedre ekstremitet kan være et nyttig inngrep for skadeforebygging under UGT.
Selv om effekten av ganghastighet på underekstremiteten biomekanisk karakter under steady-state gang har blitt grundig studert11,12,13, er den biomekaniske mekanismen til UGT under forskjellige ganghastigheter begrenset. Så vidt vi vet har bare tre studier spesifikt evaluert friske individers UGT-prestasjoner med hensyn til hastighetseffekter9,10,14. Imidlertid var fagene i disse studiene hovedsakelig eldre14 og barn10, den biomekaniske mekanismen til unge voksne under UGT er fortsatt uklar. Under-lem kinematikk og plantartrykk kan gi en presis analyse av bevegelsesbiomekanikk, og disse anses også å være avgjørende komponenter for kliniske gangdiagnoser15,16. For eksempel brukte Serrao et al.17 kinematiske data i underekstremitetene for å oppdage de kliniske forskjellene mellom pasienter med cerebellar ataksi og friske kolleger under plutselig stopp. Dessuten, sammenlignet med planlagt gangavslutning (PGT), større topptrykk og kraft i lateral metatarsal under UGT kunne observeres7, som kan være forbundet med høyere skaderisiko.
Derfor kan det å utforske de biomekaniske mekanismene til UGT gi innsikt i skadeforebygging og videre kliniske undersøkelser. Denne studien presenterer en protokoll for å undersøke enhver biomekanisk endring hos unge voksne under UGT under forskjellige ganghastigheter. Det er hypoteset at med en økning i ganghastigheten ville deltakerne vise forskjellige biomekaniske egenskaper under UGT.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker</td>
			<td >Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td>
			<td >n=16</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Double Adhesive Tape</td>
			<td >Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minnesota, USA</td>
			<td>For fixing markers to skin</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Motion Tracking Cameras</td>
			<td >Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td>
			<td>n= 8</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >T-Frame</td>
			<td >Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Valid Dongle</td>
			<td >Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td>
			<td>Vicon Nexus 1.4.116</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Vicon Datastation ADC&#160;</td>
			<td >Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Pressure platform</td>
			<td >RSscan International, Olen, Belgium</td>
			<td>-</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

lower-limb biomechanical characteristics associated with unplanned gait termination under different walking speeds

Gangavslutning forårsaket av uventet stimulans er en vanlig forekomst i hverdagen. Denne studien presenterer en protokoll for å undersøke de biomekaniske endringene i under uplanlagt gangavslutning (UGT) under forskjellige ganghastigheter. Femten mannlige deltakere ble bedt om å utføre UGT på en gangvei med henholdsvis normal ganghastighet (NWS) og rask ganghastighet (FWS). Et bevegelsesanalysesystem og plantartrykkplattform ble brukt til å samle inn kinematiske og plantartrykkdata i underekstremitetene. Parvis T-test ble brukt til å undersøke forskjellene i kinematikk i underekstremiteter og plantartrykkdata mellom to ganghastigheter. Resultatene viste større bevegelsesområde i hofte-, kne- og ankelleddene i sagittalplanet, samt plantartrykk i forfot- og hælregioner under UGT ved FWS sammenlignet med NWS. Med økningen i ganghastighet viste forsøkspersonene forskjellige biomekaniske egenskaper i underekstremitetene som viser FWS forbundet med større potensiell skaderisiko.

Gjennomsnitts- og SD-verdier for NWS og FWS av 15 forsøkspersoner var henholdsvis 1,33 ± 0,07 m/s og 1,62 ± 0,11 m/s.
Figur 3 viser gjennomsnittlig ROM i hofte-, kne- og ankelleddene i sagittalplanet under UGT ved NWS og FWS. Sammenlignet med NWS økte ROM-en til tre ledd betydelig ved FWS (p<0,05). I detalj økte ROM for hofte-, kne- og ankelledd fra 22,26 ± 3,03, 29,72 ± 5,14 og 24,92 ± 4,17 til 25,98 ± henholdsvis 2,94, 31,61 ± 4,34 og 28,05 ± 5,59 (<s...

Watch this Scientific Journal Video about Lower-Limb Biomechanical Characteristics Associated with Unplanned Gait Termination Under Different Walking Speeds at JoVE.com

Lower-Limb Biomechanical Characteristics Associated with Unplanned Gait Termination Under Different Walking Speeds

Denne studien sammenlignet de biomekaniske egenskapene til nedre ekstremitet under uplanlagt gangavslutning under forskjellige ganghastigheter. De kinematiske og kinetiske dataene fra femten forsøkspersoner med normale og raske ganghastigheter ble samlet inn ved hjelp av et bevegelsesanalysesystem og plantartrykkplattform.

Biomekaniske egenskaper i underekstremiteter forbundet med uplanlagt gangavslutning under forskjellige ganghastigheter

Gait termination caused by unexpected stimulus is a common occurrence in everyday life. This study presents a protocol to investigate the lower-limb ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Anatomy and Physiology

Behavior

Unit 1

The Appendicular Skeleton

SCIENTISTS IN ACTION

Substantiating Appropriate Motion Capture Techniques for the Assessment of Nordic Walking Gait and Posture in Older Adults

Bygger Passende Motion Capture teknikker for vurdering av Nordic Walking gange og holdning i eldre voksne

Nordic walking (NW) has become a safe and simple form of exercise in recent years, and in studying this gait pattern, various data collection techniques ...

Using Gold-standard Gait Analysis Methods to Assess Experience Effects on Lower-limb Mechanics During Moderate High-heeled Jogging and Running

Bruke gull-standard gangart analyse metoder for å vurdere erfaring effekter på nedre lem mekanikk under moderat høyhælte Jogging og løping

A limited number of studies have explored lower-limb biomechanics during high-heeled jogging and running, and most studies have failed to clarify the ...

Clinical-oriented Three-dimensional Gait Analysis Method for Evaluating Gait Disorder

Klinisk orienterte tredimensjonale gangart analysemetode for å vurdere gangart lidelse

Three-dimensional gait analysis (3DGA) is shown to be a useful clinical tool for the evaluation of gait abnormality due to movement disorders. However, ...

Using a Real-Time Locating System to Measure Walking Activity Associated with Wandering Behaviors Among Institutionalized Older Adults

Bruke sanntid å finne System å måle gå forbindelse med vandrende atferd blant institusjonalisert eldre voksne

A real-time locating system (RTLS) can be used to track the walking activity of institutionalized older adults in long-term care who are at risk for ...

Biomechanical Analysis Methods to Assess Professional Badminton Players' Lunge Performance

Biomekaniske analysemetoder for å vurdere profesjonell badminton spilleres utfall Performance

Under the condition of simulating a badminton court in the laboratory, this study used the injury mechanism model to analyze the maximal right lunge ...

3D Kinematic Gait Analysis for Preclinical Studies in Rodents

3D Kinematisk gange analyse for prekliniske studier i gnagere

The utility of three-dimensional (3D) kinematic motion analysis systems is limited in rodents. Part of the reason for this inadequacy is the use of ...

Low-Cost Gait Analysis for Behavioral Phenotyping of Mouse Models of Neuromuscular Disease

Lav-bekostning gange analyse for opptreden bestemmelse av fenotype av musen modeller av nevromuskulær sykdommen

Measurement of animal locomotion is a common behavioral tool used to describe the phenotype of a given disease, injury, or drug model. The low-cost method ...

Examining Changes in HRV and Emotion Following Artmaking with Three Different Art Materials

Undersøke endringer i PULSVARIASJON og følelser etter Artmaking med tre forskjellige kunst materialer

This protocol enables the examination of psychological and physiological responses to different types of behavioral engagements. Specifically, in this ...

Measuring the Switch Cost of Smartphone Use While Walking

Måling av bryterkostnaden for smarttelefonbruk mens du går

This paper presents a study protocol to measure the task-switching cost of using a smartphone while walking. This method involves having participants walk ...

Using a Virtual Reality Walking Simulator to Investigate Pedestrian Behavior

Bruke en virtuell virkelighet walking simulator for å undersøke fotgjenger atferd

To cross a road successfully, individuals must coordinate their movements with moving vehicles. This paper describes use of a walking simulator in which ...