健康成年人以多种速度行走时身体运动推进的时间

来源:医博士  | 2020-12-21    


步行是一种复杂的运动(CoM),需要生物组织在每个步态周期中吸收和产生能量。在以恒定速度在水平地面上行走时,负功将由正功补偿,以使两个步长之间的总和约为零。正负的大多数机械工作都是在逐步过渡过程中执行的,以将复杂运动的速度从向下的轨迹重定向到向上的轨迹,从而有效地将复杂运动从一个倒置的摆弧过渡到下一个。动态行走的原理表明,通过在前肢脚跟撞击(HS)之前对后肢(“推进”)施加一个脉冲推力,可以最大限度地实现这种机械效率。这种策略可降低HS之前的CoM垂直速度,减少碰撞过程中前肢执行的负功的数量,从而减少后肢所需的补偿性正功的数量。如果推进太迟或太早,碰撞时CoM速度相对较高,导致较大的碰撞损失,从而降低了机械效率。事实上,计算模型表明,错误的时间推进,无论是发生得太早还是太晚的支持,都会带来负面的机械和代谢后果。因此,运动推进的时机很可能是健康步态的一个严格控制的方面,并且可能是一个临床相关的生物力学测量,因为由于错误的认识而增加的代谢成本可能导致疲劳,随后减少体力活动或限制社区移动。
 

我们对运动推进的理解从根本上是不完整的,因为对它的精确计时知之甚少,特别是在正常人步行过程中的关节水平。模型、仿真、假体和机器人研究表明,在行走过程中,推进时间在机械和代谢效率中起着重要作用。因此,与推进时间相关的测量可能是考虑向前发展的步态的重要特征,特别是对于据报告具有代谢不平衡步态模式的人群的临床生物力学分析。重要的第一步是为健康的年轻人提供描述这些时间相关测量的数据。

本研究的目的是量化健康年轻人以多种速度行走时的开始时间和最大推进力(地面、肢体和关节水平)。遵循动态行走的原则,笔者对前肢相对于HS的推进时间特别感兴趣。基于同样的原则,提出了两种假设。第一,笔者假设健康的年轻人会在前肢HS前开始并达到最大推进力。第二,假设相对于对侧HS的推进时间在一定的速度范围内保持一致。后一种假设是根据Adamczyk和Kuo的工作形成的,他们证明了在大范围的行走速度下,推进和碰撞的相对时间是一致的。精确地量化运动推进的时机不仅会增加我们对人的步态的基本了解,而且还将为旨在恢复或协助生物学功能的干预措施提供有用的信息。
 

使用前后地面反作用力的前成分在地面水平定量推进,使用单个肢体力量在肢体水平定量推进,使用踝力量在关节水平定量推进。与常见的计算模型相反,大多数时间相关测量表明,推进发生在对侧HS后。与时间相关的推进措施也随着步行速度的增加而改变——随着速度的增加,个人在支持阶段较早地开始推进。在理论上,运动推进的时间对步行性能,特别是代谢效率是重要的,因此可以提供重要的临床信息。这项研究提供了一组相对简单的指标,可用于量化推进力和基准数据,用于今后与步态障碍的个人或人群进行比较。
 

医博士编译自:Kuhman D & Hurt CP. The timing of locomotor propulsion in healthy adults walking at multiple speeds. Human Movement Science. 2019; 68:102524. doi:10.1016/j.humov.2019.102524.


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