a csörlő mechanizmus hatása az ívrugó mechanikájára a lábfej dinamikus deformációja során

Bevezetés

a gyaloglás és a futás az emberi mozgás szerves része. A folyamatosan változó felületeken, sebességtartományban történő manőverezés képességét megkönnyíti a mozgások elegáns kölcsönhatása a lábak sok apró csuklójában. A láb alkalmazkodik a terepváltozásokhoz, amelyek során megfelelő struktúraként működik, kezeli az energiaelnyelést és az átvitelt. A láb azonban az előremenő meghajtást is segíti a push-off során, ahol inkább merev karként viselkedik. A lábnak ez a dichotóm megfelelő merev funkciója gyakran kulcsszerepet játszik a két lábon járás és futás képességében.

a láb merevségének modulálásáért felelős fő szerkezet a mediális hosszanti ív (MLA). Az MLA-t kilenc csont alkotja (a calcaneus, a talus, a navicularis, a három cuneiforms és az első három metatarsalis), amelyeket mind az ínszalagos, mind az izomszerkezetek támasztanak alá, amelyek az MLA hosszát lefedik . A passzív struktúrák (pl. a talpi fascia, a hosszú és rövid talpi szalagok és a calcaneo-navicularis ligamentum) különösen fontos mechanikai szerepet játszanak két ismert mechanizmus modulálásában, amelyekről úgy gondolják, hogy javítják az emberi mozgást: az ívrugó és a csörlő (1.ábra).

az ívrugó és a csörlőmechanizmusok a láb dichotóm megfelelő merev viselkedésének mindkét oldalát ábrázolják. Az ív megfelelő és rugószerű, mivel magasságban tömörül, és a járás korai és középső szakaszában megnyúlik. Az ív ezután visszahúzódik késői helyzetben, emelkedik és lerövidül, ami elősegítheti a láb merevségét, és elősegítheti a meghajtást a push-off során. Másrészt Hicks azt javasolta, hogy az ív késői helyzetben a konformról a merevre való áttérés a talpi fascia csörlő hatásának függvénye . Hick csörlőmechanizmusa arra utal, hogy a metatarsophalangealis ízület (MTPJ) dorsiflexiója késői helyzetben a talpi fascia tekercselését eredményezi a metatarsalis fej (vagy a csörlő dobja) körül. Ez a tekercs a talpi fascia húzza a calcaneus, lerövidíti és felemeli az ív, és megfordítja a subtalar közös . Hicks hipotézisének döntő feltételezése az, hogy a talpi fascia rendkívül merev.

ha a csörlőmechanizmus megfelelően modellezi a láb működését, akkor az MTPJ dorsiflexiója megfelelne az ívhossz és magasság változásának. Ha azonban megváltozik az ívhossz, és az MTPJ szöge állandó, akkor a talpi fasciának meg kell nyújtódnia/meg kell feszülnie, hogy alkalmazkodjon a láb ezen deformációjához. Hicks arra a következtetésre jutott, hogy a talpi fascia elég merev volt a csörlő művelet végrehajtásához, minimális megnyúlással. Azonban a mért nyúlás és a talpi fascia energia visszatérése járás közben azt sugallja, hogy dinamikus, terhelt feladatok során a csörlő hatása csökkenthető. Korábbi cadaveric és végeselemes vizsgálatok vizsgálták a hatását változó MTPJ szög a törzs a talpi fascia, és azt mutatták, hogy a növekvő dorsiflexió a MTPJ növeli a törzs a szövetben. Nem világos azonban, hogy az MTPJ szög in vivo változása befolyásolja-e az ívmechanikát és az energia visszatérését.

a lágy szövetek megnyúlása az ívben, mivel a láb mozgás közben megterhelődik, összhangban van a Ker és munkatársai által javasolt ívrugó mechanizmussal . Ciklikus kompressziót alkalmazva a lábfejre, a futás során tapasztalt földi reakcióerőkhöz hasonló terheléseknél, kiemelték, hogy a talpi fascia és az ív egyéb szalagszerkezetei jelentősen hozzájárultak a rugalmas energiatároláshoz és a visszatéréshez. Ezért megkérdőjelezzük, hogy ez a két mechanizmus-a csörlő és az ívrugó-hogyan befolyásolja a mediális hosszanti ív alakját és működését az MTPJ szög függvényében. A Ker-hez és kollégáihoz hasonló in vivo kísérleti paradigmát alkalmazva megvizsgáltuk, hogy az MTPJ szög hogyan befolyásolja az ívmerevséget, az energetikát és a kinematikát a lábterhelés során. Feltételeztük, hogy a lábujjak dorsiflexiója csökkenti az ív deformációját a talpi fascia előfeszítésével és az ív tényleges merevségének növelésével. Azt is feltételeztük, hogy az ív fokozott merevsége és csökkent deformációja dorsiflexált MTPJ esetén kevesebb elnyelt és visszaadott energiát eredményez a lábfejben a plantarflexed MTPJ állapothoz képest.

módszerek

kilenc egészséges alany (8m, 1F, átlagos STD. dev., tömeg 80 62 kg), anamnézisében nem volt alsó végtagi sérülés, írásbeli tájékozott beleegyezést adott a részvételhez ebben a tanulmányban.

egy erővezérelt elektromágneses működtető (Linmot PS10-70x400U-BL-QJ, NTI AG Linmot, Svájc) két sebesség egyikével nyomóerőt fejtett ki a száron keresztül az alany mezítlábáig. Az erőt a térdre gyakoroltuk, közvetlenül függőlegesen a navicular-hoz, a szárral a függőlegeshez képest körülbelül 15-ös szögben (hasonlóan a gyaloglás késői középállásához, a sarok emelkedése előtt) (2.ábra). Az MTPJ szögnek az ív deformációjára gyakorolt hatását úgy teszteltük, hogy az MTPJ-t passzívan rögzítettük a talajhoz képest 30 plantarflexion, semleges vagy 30 dorsiflexion esetén. Egy vékony, merev fémlemez, amely minden MTPJ pozícióhoz szögben van elhelyezve, biztonságosan a lábgömb alá került. A lábujjakat szalaggal rögzítették, hogy megakadályozzák a szögváltozásokat a tesztelés során. A láb két platformmal érintkezett, hasonló a Ker et al. , a platform alatt a labdát a láb rögzített a helyén markolatok. A sarokplatformnak golyóscsapágyai voltak rögzítve az aljára, ami lehetővé tette, hogy lineáris színpadon szabadon forogjon az elülső/hátsó irányban. Ez az egyedi készülék alá egy 6 szabadságfokú erőplatformot (Bertec, USA) helyeztek el, amely 3700 Hz-en rögzül. A résztvevőket arra utasították, hogy lazítsanak, amikor egy testtömeg terhelése a térdre került, összenyomva, tartva, majd elengedve a láb ívét. A gyors állapot betöltötte a lábat egy testtömegre, 3,5 0,7 bw s-1 terhelési sebességgel (átlagos kb), amelyet úgy választottak ki, hogy hasonló időt indukáljon, mint a földi reakcióerő első csúcsa, mint az 1,0–1,5 m s−1 közötti járás. A lassú állapotot 1,3 0,1 bw s-1 sebességgel töltöttük be. A tömörítést a gyors állapot esetén 0,23 0,05 másodpercig, a gyors állapot esetén pedig 1,3 0-ig tartottuk.3 s az egyes MTPJ szögek lassú állapotához, randomizált sorrendben.

hat kamera (Qualisys, Svédország), mintavétel 185 Hz-en, 20 fényvisszaverő marker háromdimenziós helyzetét rögzítette (9.0 mm) a láb és a szár bőrfelületére helyezve. A Jelölőkészlet hasonló volt Leardini et al. , egy extra jelölővel mind a második, mind a negyedik proximális Falang végén. Ezenkívül három jelölőt helyeztek egy merev szárfürtre,egy jelölőt a mediális femorális epicondylusra, egy jelölőt pedig az oldalsó femorális epicondylusra. A hátsó lábból, a középső lábból és az elülső lábból álló több szegmenses lábmodellt Leardini et al.Jelölőkészlet. A láb keresztirányú síkja a kalkán, az első metatarsalis és az ötödik metatarsalis markereket tartalmazó sík. A sagittalis sík normális ehhez a síkhoz, és metszi azt a vektor mentén a calcaneus és a második metatarsalis markerek között, amelyek a keresztirányú síkba vetülnek .

a mozgás-és erőadatokat egy negyedrendű, aluláteresztő Butterworth szűrővel szűrtük , 6 Hz-es határfrekvenciával, amelyet egy gyors Fourier-transzformációs elemzésből választottunk ki. A kísérleteket a földi reakcióerő függőleges dimenziójának felhasználásával, 15 N küszöbértéken vágtuk le, a MATLAB-ban (Mathworks, Natick MA) megvalósított egyedi algoritmus segítségével.

a mediális hosszanti ív szögét és az MTPJ szöget (f2ps in néven ) egy megalapozott modell alapján számítottuk ki . Röviden, az MLA szög a sarok hátsó részén lévő markerek közötti szög vetülete, a calcaneus sustentaculum tali és az első metatarsalis feje a láb sagittális síkjába. A tömörítés kezdetén lévő MLA szöget kivonjuk a próba során bekövetkezett maximális MLA szögből, hogy megkapjuk a 6MLA szöget. A megnövelt és pozitív 6MLA szög azt jelzi, hogy az ív vízszintesen meghosszabbodik és függőlegesen összenyomódik. Az első metatarsalis bázison lévő markerek, az első metatarsalis fej és a sagittalis síkba vetített proximális falanx közötti szög az MTPJ szög. A referencia semleges helyzetet (lapos lábujjak) minden alkalmazott terhelés nélkül vették fel, és a lábujj dorsiflexiójának nulla fokának tekintették.

az ív hossza a hátsó sarok és az első metatarsalis fej marker közötti távolság volt, a talpi fascia elsődleges csúszásának útja mentén, normalizálva az alany leghosszabb rögzített ívhosszára (1.táblázat). A megnyúlást az ívhossz tartományaként határoztuk meg egy vizsgálat során. Az ívmagasság a navikuláris marker függőleges elmozdulása volt, ugyanabban a dimenzióban, mint a térdre kifejtett erő. A vizsgálat kezdetén a kezdeti ívmagasságot a vizsgálat során a legalacsonyabb ívmagasságból kivontuk az ívtömörítés kiszámításához, majd az adott alany esetében a legnagyobb mért ívtömörítésre normalizáljuk (1.táblázat). Az ívmagasságot az ívsebesség kiszámításához szükséges idő függvényében különböztettük meg, amelyet megszoroztunk a függőleges erővel, ami ívteljesítményt eredményezett. Az ív teljesítménygörbe időbeli integrálása egy tömörítési ciklusra az ívben végzett munkát eredményezte (3.ábra). Az elnyelt energiát a kísérlet során mért abszolút legnagyobb energia (terhelés alatt) és a vizsgálat kezdete (terheletlen) közötti tartományként vettük figyelembe; a visszaküldött energia volt a különbség az elnyelt energia és a vizsgálat végén mért energiaérték között; a disszipált energia pedig az elnyelt energia és a visszaküldött energia közötti különbség (3.ábra). A visszaadott energia aránya az elnyelt energiához visszavezetett energia aránya volt.

az ív alakváltozásainak számszerűsítésére azt a tengelyt számítottuk ki, amely körül az elülső láb szegmens elfordult a hátsó láb szegmenséhez képest az ívkompressziós vizsgálatok során spirális mozgástengelyként . A spirális tengelyt egyetlen tengelyként definiáljuk, amely körül a háromdimenziós (3D) forgás, amely mentén egy merev test 3D-s transzlációja történik a másikhoz képest. Az elülső láb szegmenst először a hátsó lábhoz regisztrálták az összes kerethez. Ezután kiszámítottuk a spirális mozgástengelyeket a vizsgálat első kerete (az ív deformációja nélkül) és a vizsgálat felezőpontjában (az ív maximális deformációjának pontján) lévő öt keret között. Az öt képkocka forgástengelyének komponensenkénti átlagát a zaj csökkentése érdekében vettük fel, és a helyi láb koordináta-rendszerben fejeztük ki. A főkomponens-elemzést a forgástengely átlagos egységvektorán végezték el, minden vizsgálati feltételre és minden alanyra vonatkozóan.

a csörlő statikus bekapcsolódásának teszteléséhez a kgfb szöge és az ívhossz közötti korrelációt értékelték, amikor a láb statikus és terheletlen volt. Az MTPJ szöget és az ívhossz meghatározták az egyes vizsgálati feltételekhez, hat kombinációt biztosítva minden résztvevő számára (Lassú / gyors dorsiflexed/semleges/plantarflexed esetén). A varianciaanalízis (ANOVA) tesztelte a legkisebb négyzetek lineáris regresszióját az összesített adatpontokra.

az ANOVA kétirányú ismételt mérésekkel vizsgálta az MTPJ szög (30 dorsiflexió/30 plantarflexió) és a terhelési sebesség (gyors / lassú) hatását az ív energiájára (elnyelt, visszavezetett és eloszlatott energia, valamint az energia arány), valamint az ív kinematikai mutatóit (ívhosszabbítás, ívtömörítés, ~ MLA szög, ~ spirális tengely forgása). Az elemzés egyszerűsítése érdekében a semleges feltétel nem szerepelt az ANOVA-ban.

párosított minta t-tesztek értékelték a forgástengelyek fő összetevőinek különbségeit az MTPJ szögek és a sebességek között.

az alfa szintet 0,05-re állítottuk be. Az összes elemzést Matlab-ban írt egyedi szoftver segítségével fejeztük be (Mathworks, Natick MA). Hacsak másként nem jelezzük, az összes érték átlagos 6-1 szórás.

eredmények

terheletlen, statikus helyzetben az ívhossz 5 (a maximális hosszúság 1% – ával) rövidebb volt, amikor a lábujjak dorsiflexáltak voltak, mint a plantarflexek (p < 0,01) (4.ábra). Minden alany csökkenő ívhosszt tapasztalt, mivel az MTPJ szöge a plantarflexiótól a dorsiflexióig változott. Jelentős tárgyspecifikus lineáris korreláció volt az ívhossz és az MTPJ szög között (R2 > 0,92). Az összesített meredekségnek szintén jelentős lineáris kapcsolata volt (R2 = 0,67, p < 0,01) (4.ábra).

a lábujj szögének állapota a lábtömörítés során jelentősen befolyásolta az ív által elnyelt és eloszlatott energiát (2.táblázat) (5. ábra). Összehasonlítva a plantarflexed MTPJ (P), a dorsiflexed MTPJ (D) okozott az ív elnyelni több energiát (D = 23,1 6,0 mj kg−1, P = 20,6 6,4 mj kg−1, p < 0,05) és eloszlatni több energiát (D = 7,5 6,4 mj kg−1, P = 6,2 6,4 mj kg−1, p < 0, 05). Az MTPJ szögnek azonban nem volt szignifikáns hatása a visszaadott energiára (D = 15,6 ~ 5,4 mj kg−1, P = 14,5 ~ 4.9 mJ kg−1, p = 0,08) vagy a visszaadott energia aránya (D = 0,68 0,11, P = 0,70 0,14, p = 0,11).

a tömörítés sebessége, akár gyors (F), akár lassú (s), befolyásolta az ív energiáját (2.táblázat). Amikor a lábfejet gyorsan összenyomták, több energia nyelődött el (F = 24,2 6,1 mj kg-1; S = 19,5 4,5 mj kg−1; p < 0,05), majd visszatért (F = 17,3 5,6 mj kg−1; S = 12,8 3,4 mj kg−1; p < 0,01), mint amikor a lábfejet lassan összenyomták. Érdekes módon a két sebesség között nem volt szignifikáns különbség a szétszórt energia között (F = 6,9 6,0 mj kg-1, S = 6,7 2,7 mj kg−1, p = 0.86) a visszaadott energia aránya sem volt (F = 0,72 0,14, S = 0,66 0,10, p = 0,19).

az MTPJ szög a lábtömörítés kinematikáját is befolyásolta, jelentős hatással volt az ív megnyúlására. A dorsiflexált MTPJ növelte az ív megnyúlását a rakodási kísérletek során (D = 0,0085 0,0026, P = 0,0053 0,0020, p < 0,01), összehasonlítva azzal, amikor az MTPJ-t plantarflexelték. Nem voltak jelentős hatással arch tömörítés (D = 0.72 ± 0.16, P = 0.69 ± 0.11, p = 0.23), ΔMLA látószög (F = 2.6 ± 0.9°, O = 2.8 ± 0.7°, o = 0.25) vagy a csavarvonalas tengelyek forgása (D = 4,2, 2,1, P = 3,6, 0,9, p = 0,20) (2. táblázat). A kompressziós sebesség és a lábujj állapota között egyik változóra sem volt szignifikáns interakciós hatás.

a spirális tengelyek tájolásának első és második fő összetevője a tájolás varianciájának 65,0% – át, illetve 30,8% – át magyarázta. A második komponens szignifikánsan különbözött a lábujjviszonyok között (p < 0,05), míg az első komponens nem (p = 0,10). Az első komponens elsősorban a forgástengely tájolásának változását magyarázta az elülső–hátsó irányban (keresztirányú sík forgása), a második pedig a felső–alsó irányban (frontális sík forgása) (lásd elektronikus Kiegészítő anyag, S1 ábra a megjelenítéshez). Amikor az első MTPJ-t dorsiflexálták, a forgástengely magasabb rendű-alacsonyabb rendű és elülső volt, mint amikor az MTPJ-t plantarflexelték, ami a középső lábfej deformálódását okozta egy fordított tengely körül (6.ábra). Ezzel szemben, amikor az MTPJ plantarflexed volt, az ív elsősorban a sagittális síkban tömörült.

Vita

ennek a vizsgálatnak az volt a célja, hogy megértse a csörlő és az ívrugó mechanizmusok közötti kölcsönhatást azáltal, hogy a csörlőt az MTPJ dorsiflexión keresztül kapcsolja be, és megvizsgálja az ívenergiára gyakorolt hatásokat a dinamikus tömörítés során. Feltételeztük, hogy az MTPJ dorsiflexió előfeszíti a talpi fasciát és megmerevíti az ívet. Hipotézisünkkel ellentétben azonban a csörlőmechanizmus bekapcsolódása csökkentette az ív merevségét és növelte az energiaelnyelést és a disszipációt. Az MTPJ dorsiflexion hatása tehát befolyásolhatja a mozgást a lábon belüli mechanikai energiaprofil megváltoztatásával.

a csörlőmechanizmus azt jósolja, hogy amikor az MTPJ-t dorsiflexálják, az ív magassága növekszik és hossza csökken, amit a terheletlen állapotunk eredményei is megerősítettek. Az MTPJ szög és az ívhosszabbítás közötti kapcsolat erősen korrelált és nagyrészt konzisztens volt minden alany számára. A statikus, terheletlen tokkal ellentétben, ha a csörlő mechanizmusa megmagyarázta az ív dinamikus mozgását, akkor állandó lábujjszögek esetén az ív hosszában nem szabad változtatni. Az ív azonban megnyúlt a kompressziós vizsgálatok során, ami azt jelenti, hogy a talpi fasciának deformálódnia kell, hogy alkalmazkodjon ehhez a változáshoz. Ez összhangban van a plantáris fascia megnyúlásának korábbi tanulmányokban végzett mérésével, és azt jelenti, hogy a csörlő mechanizmusa nem magyarázza meg teljesen az ív viselkedését dinamikus terhelés közben.

a csörlő azonban a dinamikus terhelés során modulálta az ív energiáját. Amikor a csörlő mechanizmus be volt kapcsolva, az ív jelentősen lerövidült, ami valószínűleg más szöveteket helyezett el, amelyek az ívet keresztezték nyugalmi hosszukhoz közelebb. Az ív tehát nagyobb kiránduláson mehet keresztül az íves szövetek nemlineáris rugalmas tulajdonságai miatt. Ez funkcionálisan csökkentené az ív ömlesztett merevségét, és nagyobb megnyúláshoz vezetne, következésképpen megkönnyíti a nagyobb energiaelnyelést és disszipációt a láb ciklikus terhelése során. Bár az MTPJ szög zavarásának hatása a láb specifikus belső szerkezeteire nem határozható meg ezekkel a módszerekkel, lehetséges, hogy az ív alakjának és hosszának módosítása megváltoztatta az ív lágyszöveti struktúráira leadott terhelés arányát. Ezen struktúrák közötti viszkozitási különbségek befolyásolhatják az ívben eloszlatott energiát is.

a tömörítés sebessége kicsi, de jelentős hatással volt az ív energiájára. A láb íve több energiát nyelt el és adott vissza, amikor az ívet gyors állapotban összenyomták a lassú állapothoz képest. Hasonló csúcserőket és csúcsdeformációt találtak mindkét terhelési sebességnél; azonban a gyors terhelési állapotban lineárisabb merevség (lehetővé téve a megnövekedett merevséget alacsony erőknél) volt a megnövekedett tárolt és visszajuttatott energia fő forrása. Valószínű, hogy az alacsonyabb erőknél a merevség ezen kis változása a belső lábizmok aktiválódásának eredménye lehet—amelyekről kimutatták, hogy hasonló terhelési körülmények között megváltoztatják az ív merevségét . Ebben a kísérletben nem mértük a belső lábizom aktiválódását (amely intramuszkuláris elektromiográfiát igényel), ezért nem tudjuk megerősíteni, hogy volt-e különbség az izomaktivációban a vizsgálatok során. Feltételezzük, hogy az izomaktiválást elsősorban az erő alkalmazása vezérli ; ugyanakkor az aktiválásban is lehet egy finom különbség a nyújtás sebessége miatt, ami mind az elnyelt, mind az ívben visszatérő energia különbségéhez vezethetett. Ezenkívül nem volt különbség az eloszlott energiában a sebességviszonyok között. Ez összhangban van a biológiai szövetekkel, amelyek általában több nagyságrendű törzssebesség-különbséget igényelnek a viszkózus energiaeloszlások változásának kiváltásához .

MTPJ dorsiflexion módosította, hogy a láb deformálódott. A spirális tengely mérése megmutatja, hogy az elülső láb hogyan mozog a hátsó lábhoz képest, ennek eredményeként a leírt mozgás független a láb globális helyzetétől. Két azonos tömörítés között várható, hogy a tengely ugyanaz marad. Amikor azonban az MTPJ dorsiflexed volt, az elülső láb a hátsó lábhoz képest ferde tengely körül mozgott, összehasonlítva a plantarflexed MTPJ-vel. Ez funkcionálisan azt jelenti, hogy ha a hátsó láb hipotetikusan ugyanabban a helyzetben van, akkor az elülső láb jobban forog a keresztirányú síkban (azaz. külsőleg forog) a lábtömörítés során, amikor az MTPJ dorsiflexed, mint a tisztán sagittalis mozgás, amely akkor következik be, amikor az MTPJ plantarflexed. Ha a keresztirányú síkban nagyobb a mozgás, akkor megnövekedett terheléseket tapasztalhatnak különböző íves átívelő struktúrák, amelyek ellenállnak az elülső láb külső forgásának, például a talpi fascia mediális sávja, a deltoid szalag vagy az abductor hallucinis izom. Más szavakkal, a láb terhelése újra elosztható a különböző szövetekbe, ami befolyásolhatja az ív energiáját a szövetek momentumkarjai és anyagtulajdonságai közötti különbségek eredményeként.

a spirális tengely eltolódása a sagittális síktól (plantarflexed MTPJ) mindhárom síkig (dorsiflexed MTPJ) azt jelzi, hogy a sagittális síkban lévő kétdimenziós rácsos modell nem megfelelően modellezi a mediális hosszanti ív viselkedését. Ezt támasztja alá a jelentős ívhosszabbítás, de a nem jelentős ívtömörítés. Továbbá, sem az a változás, a dőlésszög, sem a forgás mértéke a spirális tengely körül nem mutat szignifikáns különbségeket a lábujj körülmények között. Ez azt sugallja, hogy lehetnek olyan változások a keresztirányú ívben, amelyeket nem számolnak el ezekben a Fuller által javasolt kétdimenziós modellekben, és hogy a háromdimenziós modellek megfelelőbben modellezik az ív energiáját és viselkedését.

ennek a tanulmánynak az egyik korlátja, hogy kísérleti paradigmánk nem pontosan hozta létre a mozgás során talált feltételeket. Az MLA szögértékek tartománya az egészséges járásban (körülbelül 4 ~ ~ a középállásban, a lökést nem számítva ) közel állt az itt tapasztalt tartományhoz (2,1-3,7~~); azonban az első MTPJ és arch kinematika nem feltétlenül tapasztalja meg az itt ellenőrzött feltételek kombinációját. Bár nehéz közvetlenül összekapcsolni megállapításainkat a láb működésével járás közben, újszerű kölcsönhatást mutattunk be a csörlő és az ívrugó között, amely valószínűleg konzisztens a lábujj hajlítási szögeinek tartományában. Például, ha az MTPJ dorsiflexiója korlátozott a kezdeti érintkezés előtt járás közben, korlátozhatja az ív megnyúlását, így annak energiaelnyelését ütközés közben, majd ezt követően befolyásolhatja a láb sokk elnyelő képességét. A láb eltérő deformálódását is okozhatja, a különböző ívszövetek megfeszítésével, ami szintén módosítaná az ív energiáját. Ezért a csörlő mechanizmus fontos lehet a kezdeti érintkezés, valamint a push-off során. Nem minősítettük az alanyok lábtípusát (pl. lapos láb, magas ív) sem; azonban még mindig jelentős különbségeket találtunk a körülmények között, ami valószínűleg azt jelzi, hogy az egészséges lábak hasonlóan működnek a lehetséges morfológiai különbségek ellenére.

a láb érintkezésbe került az erőlemez két pontjával, ami megakadályozta, hogy megismerjük az erő arányát a hátsó és az elülső lábon. Más tanulmányok az erőt az elülső vagy a hátsó lábhoz rendelték, a geometriától vagy a nyomás középpontjának a lábközépfejekhez viszonyított helyétől függően . Mivel az alkalmazott erő iránya ebben az esetben egydimenziós volt, az ív energiájának számszerűsítésére használt ömlesztett energia metrika egyszerű módja volt az ívmechanika jelzésének anélkül, hogy feltételezéseket tett volna a talp erőeloszlásáról. Ez a megközelítés azonban alábecsülheti az átadott teljes mechanikai teljesítményt. Az energia valószínűleg más lágy szövetekben is felszívódik és eloszlik, például a sarok zsírpárnájában . A gyaloglás során a sarok zsírpárnájában az energiaeloszlás 28,6 6,9% volt a kadaverikus kísérletekben és 17,8 0.8% in vivo kísérletek során . Bár ezekkel a módszerekkel nem tudjuk elválasztani az alsó végtag ívének és lágy szöveteinek hozzájárulását, valószínűtlennek tűnik, hogy a térd-vagy bokaízületekben, vagy a sarok zsírpárnájában a lágyrész eloszlását megzavarja az MTPJ dorsiflexiója.

ennek a munkának számos alkalmazása van. Az MTPJ szögének változtatása a cipő és az ortézis kialakításában hatással van a sokk abszorpciójának, az ív funkcionális forgástengelyének és az energetikai megtakarításoknak a módosítására. Például a korábbi munkák kimutatták, hogy a cipők hajlítási merevségének növelése korlátozhatja az MTPJ dorsiflexiót , ami csökkentheti az energiaveszteséget ebben az ízületben, és hogy a metabolikus minimum kritikus merevség esetén létezik, ahol a természetes MTPJ dorsiflexió nem gátolt . A kar karja a talaj reakcióerő vektorától a bokaízület központjáig szintén növekszik a cipő növekvő hajlítási merevségével; az MLA kinematikára gyakorolt hatást azonban nem vették figyelembe. Az itt végzett vizsgálatot mezítlábas alanyokkal fejezték be előírt helyzetben, ami nem biztos, hogy teljes mértékben lefordítja a lábbeli mechanikáját járás közben; azonban az ív és az MTPJ helyzete a cipőben még mindig befolyásolhatja a láb–cipő kombináció energetikáját.

a csörlő funkciójának és az ívrugóval való kölcsönhatásának megértése klinikai következményekkel járhat az ívekkel kapcsolatos patológiák, például a plantar fasciitis további megértésében. A csörlő gátlása vagy bekapcsolódása ebben a patológiában funkcionális hatással lehet A járásmechanikára és a beteg rehabilitációjára. Végül, ezeknek a mechanizmusoknak a tisztázása hatással lehet az evolúciós biológiára, mivel a csörlő és az ívrugó mechanizmus közötti kölcsönhatás valószínűleg befolyásolja a teljesítményt és a gazdaságosságot, amelyekről feltételezik, hogy a természetes szelekció célpontjai.

következtetés

a csörlőmechanizmus megmagyarázza az ív működését statikus helyzetekben, amikor az ív ellenállás nélkül deformálódhat. A dinamikus kompressziók során azonban az ív megnyúlása állandó lábujjszögben, valamint a kapcsolódó energiaelnyelés és visszatérés azt mutatja, hogy a csörlő nem határozza meg teljesen a talpi fascia szerepét az ív működésében. Összességében a csörlő a láb alakjának módosítására szolgál, ami közvetlenül befolyásolja az ívrugó viselkedését és a láb energetikáját.

etika

az etikai engedélyt a Queenslandi Egyetem Orvosi Kutatási Etikai Bizottsága biztosította (Jóváhagyási szám: 2015000955). Minden résztvevő tájékozott beleegyezést adott.

adatok hozzáférhetősége

a cikket támogató adatkészletek megtalálhatók az interneten (https://goo.gl/xfJi6F).

szerzői hozzájárulások

minden szerző fogant a tanulmány. L. W. tervezte és vezette a kísérletet. L. W. elemezte az adatokat, és M. J. R. L. A. K. és G. A. L. segítségével megírta a dolgozatot. Minden szerző segített az eredmények értelmezésében és szerkesztette a kéziratot.

versengő érdekek

kijelentjük, hogy nincs versengő érdekünk.

finanszírozás

G. A. L., L. A. K. és M. J. R. támogatást kapott az Ausztrál kutatási Tanácstól (DP160101117), amely támogatta ezt a projektet. Az M. J. R.-t és az L. W.-t az NSERC Discovery Grant (RGPIN-2015-04688) finanszírozza. L. A. K. által finanszírozott Nemzeti Egészségügyi & Orvosi Kutatási Tanács Peter Doherty Fellowship (APP1111909).

lábjegyzetek

az elektronikus kiegészítő anyagok online elérhetők a https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4179026 címen.