Name: lower-limb biomechanical characteristics associated with unplanned gait termination under different walking speeds
Uploaded: 2020-08-25T14:00:00
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NSFC-RSE Joint Project (81911530253), National Key P&D Program of China (2018YFF0300905) e K.C. Wong Magna Fund na Universidade ningbo.

O Comitê de Ética Humana da Universidade de Ningbo aprovou este experimento. Todo o consentimento informado por escrito foi obtido de todos os sujeitos depois que foram informados sobre a meta, requisitos e procedimentos experimentais do experimento UGT.
1. Preparação laboratorial para marcha
<ol><li>Cinemática: Sistema de captura de movimento<ol>
<li>Ao calibrar o sistema, desligue as luzes incandescentes e remova quaisquer possíveis objetos reflexivos que possam ser confundidos com m...

<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>

A maioria dos estudos anteriores que analisam a biomecânica da marcha durante a UGT omite a importância da velocidade de caminhada em sua avaliação biomecânica. Assim, este estudo investigou as alterações biomecânicas de membros inferiores que ocorrem no UGT na NWS e FWS com o objetivo de revelar os efeitos relacionados à velocidade.
Diferenças significativas foram encontradas na ROM das articulações do quadril, joelho e tornozelo no plano sagital durante ugt na NWS e FWS. Nossos a...

A locomoção humana é considerada um processo extremamente complexo que precisa ser descrito pelos métodos multidisciplinares1,2. O aspecto mais representativo é a análise da marcha por abordagens biomecânicas. A marcha humana visa sustentar a progressão da iniciação ao término, e o equilíbrio dinâmico deve ser mantido no movimento de posição. Embora a terminação de marcha (GT) tenha sido extensivamente estudada como uma subtara de marcha, ela tem recebido menos atenção. Sparrow e Tirosh3 definiram GT em sua revisão como período de controle do motor quando ambos os pés param de se mover para frente ou para trás com base nas características de deslocamento e tempo. Em comparação com a marcha de estado estável, o processo de execução do GT exige maior controle da estabilidade postural e integração complexa e cooperação do sistema neuromuscular4. Durante o GT, o corpo precisa aumentar rapidamente o impulso de frenagem e diminuir o impulso de propulsão para formar um novo equilíbrio corporal5,6. A terminação de marcha não planejada (UGT) é uma resposta de estresse a um estímulo desconhecido6. Quando confrontado por um estímulo inesperado que requer que se pare repentinamente, o equilíbrio dinâmico inicial será interrompido. Devido à necessidade de controle contínuo do centro de massa (COM) do corpo e controle de feedback, a UGT representa um desafio maior ao controle postural e à stablity3,7.
A UGT tem sido relatada como um fator importante que leva a quedas e lesões, especialmente em idosos e pacientes com transtornos de equilíbrio3,8. Velocidades de caminhada mais rápidas podem levar a um declínio adicional no controle do motor durante o UGT9. Ridge et al.10 investigaram o ângulo de pico articular e dados de momentos internos de articulação de crianças durante o UGT em velocidade normal de caminhada (NWS) e velocidade de caminhada rápida (FWS). Os resultados mostraram ângulos maiores de flexão do joelho e momentos de extensão em velocidades mais rápidas em comparação com a velocidade preferida. Eles indicaram que o fortalecimento dos músculos relacionados ao redor das articulações das extremidades inferiores poderia ser uma intervenção útil para a prevenção de lesões durante a UGT.
Embora o efeito da velocidade de caminhada no caráter biomecânico dos membros inferiores durante a marcha de estado estável tenha sido extensivamente estudado11,12,13, o mecanismo biomecânico da UGT sob diferentes velocidades de caminhada é limitado. Pelo que sabemos, apenas três estudos avaliaram especificamente o desempenho ugt de indivíduos saudáveis no que diz respeito aos efeitos de velocidade9,10,14. No entanto, os sujeitos nesses estudos foram principalmente os idososde 14 anos e as crianças10, o mecanismo biomecânico dos jovens adultos durante a UGT ainda não está claro. A cinemática dos membros inferiores e a pressão plantar podem fornecer uma análise precisa da biomecânica da locomoção, e estes também são considerados componentes cruciais para diagnósticos clínicos de marcha15,16. Por exemplo, Serrao et al.17 utilizaram dados cinemáticos de membros inferiores para detectar as diferenças clínicas entre pacientes com ataxia cerebelar e contrapartes saudáveis durante a parada súbita. Além disso, em comparação com a terminação planejada da marcha (PGT), poderiam ser observadas maiores pressões de pico e força no metatarso lateral durante oUGT,o que pode estar associado a maiores riscos de lesões.
Portanto, explorar os mecanismos biomecânicos da UGT poderia fornecer insights para a prevenção de lesões e outras pesquisas clínicas. Este estudo apresenta um protocolo para investigar qualquer alteração biomecânica em adultos jovens durante o UGT em diferentes velocidades de caminhada. A hipótese é que, com o aumento da velocidade de caminhada, os participantes apresentariam diferentes características biomecânicas de membros inferiores durante o 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

O término da marcha causado por estímulos inesperados é uma ocorrência comum na vida cotidiana. Este estudo apresenta um protocolo para investigar as alterações biomecânicas dos membros inferiores que ocorrem durante a terminação de marcha não planejada (UGT) sob diferentes velocidades de caminhada. Quinze participantes do sexo masculino foram convidados a realizar UGT em uma passarela em velocidade normal de caminhada (NWS) e velocidade de caminhada rápida (FWS), respectivamente. Um sistema de análise de movimento e uma plataforma de pressão plantar foram aplicados para coletar dados de pressão cinemática e plantar de membros inferiores. O teste T com amostra emparelhada foi utilizado para examinar as diferenças na cinemática dos membros inferiores e nos dados de pressão plantar entre duas velocidades de caminhada. Os resultados mostraram maior amplitude de movimento nas articulações do quadril, joelho e tornozelo no plano sagital, bem como pressão plantar nas regiões do antepé e calcanhar durante a UGT na FWS quando comparada com a NWS. Com o aumento da velocidade de caminhada, os sujeitos apresentaram diferentes características biomecânicas de membros inferiores que mostram FWS associada a maiores riscos potenciais de lesões.

Os valores médios e SD de NWS e FWS de 15 sujeitos foram de 1,33 ± 0,07m/s e 1,62 ± 0,11m/s, respectivamente.
A Figura 3 mostra a ROM média das articulações do quadril, joelho e tornozelo no plano sagital durante ugt na NWS e FWS. Em comparação com o NWS, a ROM de três juntas aumentou significativamente na FWS (p<0,05). Em detalhes, a ROM das articulações do quadril, joelho e tornozelo aumentou de 22,26 ± 3,03, 29,72 ± 5,14 e 24,92 ± 4,17 a 25,98 ± ...

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

Este estudo comparou as características biomecânicas da extremidade inferior durante o término da marcha não planejada em diferentes velocidades de caminhada. Os dados cinemáticos e cinéticos dos membros inferiores de quinze sujeitos com velocidades normais e rápidas de caminhada foram coletados utilizando um sistema de análise de movimento e uma plataforma de pressão plantar.

Características biomecânicas de membros inferiores associadas à terminação de marcha não planejada sob diferentes velocidades de caminhada

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

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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

Fundamentar Técnicas Movimento de captura adequados à avaliação da marcha Nordic Walking e postura em adultos mais velhos

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 ...

Comportamento

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

Utilizando métodos de análise de marcha de padrão-ouro para avaliar os efeitos da experiência em mecânica inferiores durante moderada de salto alto correndo e correndo

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

Método de análise orientada a clínica tridimensional da marcha para avaliar o distúrbio da marcha

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

Usando um sistema de localização em tempo real à medida que andar a atividade associada a comportamentos errantes entre idosos institucionalizados

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 ...

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Métodos de análise biomecânica para avaliar o desempenho Lunge dos jogadores profissionais de badminton

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

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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 ...

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Análise de marcha de baixo custo para fenotipagem comportamental de modelos de camundongo de doença neuromuscular

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