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 I&D Program of China (2018YFF0300905) y K.C. Wong Magna Fund en la Universidad de Ningbo.

El Comité de Ética Humana de la Universidad de Ningbo aprobó este experimento. Todo el consentimiento informado por escrito se obtuvo de todas las materias después de que se les informara sobre el objetivo, los requisitos y los procedimientos experimentales del experimento de UGT.
1. Preparación de laboratorio para la marcha
<ol><li>Cinemática: Sistema de captura de movimiento<ol>
<li>Al calibrar el sistema, apague las luces incandescentes y retire los posibles objetos reflectantes que...

<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>

La mayoría de los estudios previos que analizan la biomecánica de la marcha durante UGT omiten la importancia de caminar a velocidad en su evaluación biomecánica. Así, este estudio investigó los cambios biomecánicos de miembros inferiores que se producen en UGT en NWS y FWS con el objetivo de revelar los efectos relacionados con la velocidad.
Se han encontrado diferencias significativas en la ROM de las articulaciones de la cadera, la rodilla y el tobillo en el plano sagitario durante U...

La locomoción humana se considera un proceso extremadamente complejo que debe describirse mediante métodos multidisciplinarios1,2. El aspecto más representativo es el análisis de la marcha mediante enfoques biomecánicos. La marcha humana tiene como objetivo mantener la progresión desde la iniciación hasta la terminación, y el equilibrio dinámico debe mantenerse en el movimiento de posición. Aunque la terminación de la marcha (GT) ha sido ampliamente estudiada como una subtarea de marcha, ha recibido menos atención. Sparrow y Tirosh3 definieron GT en su revisión como período de control del motor cuando ambos pies dejan de moverse hacia adelante o hacia atrás en función de las características de desplazamiento y tiempo. En comparación con la marcha de estado estacionaria, el proceso de ejecución de GT exige un mayor control de la estabilidad postural y la compleja integración y cooperación del sistema neuromuscular4. Durante GT, el cuerpo necesita aumentar rápidamente el impulso de frenado y disminuir el impulso de propulsión para formar un nuevo equilibrio corporal5,6. La terminación de la marcha no planificada (UGT) es una respuesta de estrés a un estímulo desconocido6. Cuando se enfrenta a un estímulo inesperado que requiere que uno se detenga repentinamente, el equilibrio dinámico inicial se interrumpirá. Debido a la necesidad del control continuo del centro de masas (COM) y el control de retroalimentación del cuerpo, UGT plantea un mayor desafío al control postural y a la estableidad3,7.
Se ha informado de que UGT es un factor importante que provoca caídas y lesiones, especialmente en personas mayores y pacientes con trastornos del equilibrio3,8. Velocidades de marcha más rápidas pueden conducir a una disminución adicional en el control del motor durante UGT9. Ridge et al.10 investigó el ángulo máximo de la articulación y los datos internos del momento conjunto de los niños durante UGT a velocidad de marcha normal (NWS) y velocidad de marcha rápida (FWS). Los resultados mostraron ángulos de flexión de rodilla más grandes y momentos de extensión a velocidades más rápidas en comparación con la velocidad preferida. Indicaron que el fortalecimiento de los músculos relacionados que rodean las articulaciones de las extremidades inferiores podría ser una intervención útil para la prevención de lesiones durante UGT.
Aunque el efecto de la velocidad de marcha en el carácter biomecánico de las extremidades inferiores durante la marcha de estado estacionaria se ha estudiado ampliamente11,12,13,el mecanismo biomecánico de UGT bajo diferentes velocidades de marcha es limitado. Hasta donde sabemos, sólo tres estudios han evaluado específicamente el rendimiento de las personas sanas de UGT con respecto a los efectos de velocidad9,10,14. Sin embargo, los sujetos en estos estudios fueron principalmente los mayoresde 14 años y los niñosde 10,el mecanismo biomecánico de los adultos jóvenes durante UGT todavía no está claro. La cinemática de las extremidades inferiores y la presión plantar pueden proporcionar un análisis preciso de la biomecánica de la locomoción, y estos también se consideran componentes cruciales para los diagnósticos clínicos de marcha15,16. Por ejemplo, Serrao et al.17 utilizaron datos cinemáticos de miembros inferiores para detectar las diferencias clínicas entre pacientes con ataxia cerebelosa y contrapartes sanas durante la parada repentina. Además, en comparación con la terminación prevista de la marcha (PGT), se pudo observar una mayor presión máxima y fuerza en el metatarsiano lateral durante UGT7,que puede estar asociada a mayores riesgos de lesiones.
Por lo tanto, la exploración de los mecanismos biomecánicos de UGT podría proporcionar información para la prevención de lesiones y nuevas investigaciones clínicas. Este estudio presenta un protocolo para investigar cualquier alteración biomecánica en adultos jóvenes durante UGT bajo diferentes velocidades de marcha. Se presume que, con un aumento de la velocidad de marcha, los participantes expondrían diferentes características biomecánicas de las extremidades inferiores durante 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

La terminación de la marcha causada por estímulos inesperados es una ocurrencia común en la vida cotidiana. Este estudio presenta un protocolo para investigar los cambios biomecánicos de las extremidades inferiores que se producen durante la terminación de la marcha no planificada (UGT) bajo diferentes velocidades de marcha. Se pidió a quince participantes masculinos que realizaran UGT en una pasarela a velocidad normal de marcha (NWS) y velocidad de marcha rápida (FWS), respectivamente. Se aplicó un sistema de análisis de movimiento y una plataforma de presión plantar para recopilar datos de presión cinemática y plantar de las extremidades inferiores. La prueba en T con muestras emparejadas se utilizó para examinar las diferencias en la cinemática de las extremidades inferiores y los datos de presión plantar entre dos velocidades de marcha. Los resultados mostraron un mayor rango de movimiento en las articulaciones de cadera, rodilla y tobillo en el plano sagital, así como la presión plantar en las regiones del antepié y el talón durante UGT en FWS en comparación con nws. Con el aumento en la velocidad de marcha, los sujetos mostraron diferentes características biomecánicas de las extremidades inferiores que muestran FWS asociado con mayores riesgos potenciales de lesiones.

Los valores medios y SD de NWS y FWS de 15 sujetos fueron de 1,33 ± 0,07 m/s y 1,62 ± 0,11 m/s, respectivamente.
La Figura 3 muestra la ROM media de las articulaciones de cadera, rodilla y tobillo en el plano sagitario durante UGT en NWS y FWS. En comparación con nws, la ROM de tres juntas aumentó significativamente en FWS (p<0.05). En detalle, la ROM de las articulaciones de cadera, rodilla y tobillo aumentó de 22,26 ± 3,03, 29.72 ± 5.14 y 24.92 ± 4.17 a ...

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

Este estudio comparó las características biomecánicas de la extremidad inferior durante la terminación de la marcha no planificada bajo diferentes velocidades de marcha. Los datos cinemáticos y cinéticos de las extremidades inferiores de quince sujetos con velocidades de marcha normales y rápidas fueron recogidos utilizando un sistema de análisis de movimiento y una plataforma de presión plantar.

Características biomecánicas de las extremidades inferiores asociadas con la terminación de la marcha no planificada bajo diferentes velocidades de marcha

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

Corroboración Técnicas de captura de movimiento para la evaluación de la marcha y la postura de Nordic Walking en los adultos mayores

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 ...

Investigación

Comportamiento

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

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

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 análisis clínico orientado marcha tridimensional para evaluar trastorno de la 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, ...

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Utilizando un sistema de localización en tiempo real a medida que poca actividad asociada con comportamientos errantes entre los adultos mayores 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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