Kineziologie nahrávání a stabilita kotníku u akutních zranění během schodiště (KTAS-SD)

Zranění na pozadí akutních kotníků (ATIS) patří mezi nejčastější zranění sportovců, zejména ve sportu, jako je fotbal, basketbal a běh. Výzkum ukazuje, že akutní zranění kotníku, zejména zranění, která byla utrpěná během sportu s vysokou intenzitou, jsou spojena se zvýšeným rizikem dlouhodobé funkční nestability u sportovců. Maresh přezkoumal funkční nestabilitu, která může vyústit po poranění kotníku a zdůraznila důležitost včasné intervence a účinné rehabilitaci akutních poranění kotníku. Biomechanické studie dále odhalily dopad poranění akutních kotníků na kinetickou stabilitu dolních končetin. Poranění akutního kotníku mohou ovlivnit vzorce pohybu kotníku a jeho sousedních kloubů (kolena, kyčle), což má za následek sníženou stabilitu během pohybu a zvýšené riziko jiných zranění. Kromě toho Wang a kol. studoval biomechaniku kolenního kloubu přes šířku kroku a navrhl myšlenku kloubů, které spolupracují během pohybu, což má také velký význam pro pochopení akutních poranění kotníku kloubů. Pro minimalizaci rizika akutních poranění kotníku provedl Willson systematický přezkum zdůrazňující několik preventivních strategií. Patří mezi ně použití kotníkových rovnátka sportovci, pečlivý výběr vhodné sportovní obuvi a optimalizace vzdělávacích programů. Cílem těchto opatření je společně účinně zabránit a snížit výskyt těchto zranění. Proto je důležité prozkoumat teoretický a praktický význam, abyste prozkoumali, jak zlepšit stabilitu kotníku kloubem prostřednictvím účinných prostředků, snížit riziko sportovních zranění a zlepšit stabilitu těla.

Mezi mnoho experimentálních výzkumných publikací, které zkoumají kinematické charakteristiky, kinetické mechanismy a změny tuhosti kloubů u pacientů s akutními poraněními kotníku během lezení a sestupné schody, prozkoumaly více studií dopad různých faktorů na stabilitu kotníku. Výzkum odhalil, že existuje úzký vztah mezi změnami v ohýbání kotníku a úhly prodloužení a účinností a stabilitou chůze. Wang et al. Zaměřili svůj výzkumný pohled na dopad šířky kroku na biomechanické vlastnosti kolenního kloubu a zdůraznili, že synergie mezi kotníkovým kloubem a kolenním kloubem hraje nepostradatelnou roli při udržování celkové stability. Protopapadaki et al. provedli komplexní analýzu změn v úhlech prodloužení ohybu a momenty kotníku kloubu během vzestupného a sestupného schodiště. Zdůraznili, že úhel flexe kotníku během sestupných schodišťových účinků může výrazně zvýšit riziko poranění kloubů kotníku. Studie Riener et al. Zaměřoval se na maximální úhel flexe kolenního kloubu, když se klesající schody a zjistili, že existuje významná korelace mezi změnou úhlu kolenního kloubu, rozsahem pohybu a zatížením kotníkovým kloubem. Novak a Brouwer analyzovali fluktuace společných momentů během procesu vzestupných a sestupných schodů, což odhalilo, že zvýšení zatížení kotníku u seniorů může vyvolat riziko zranění. Studie Gill et al. Dále prozkoumalo vnitřní spojení mezi napětím kufru a posturální rovnováhou a zdůraznilo důležitou roli koordinace mezi kufrem a dolními končetinami při udržování stability kotníku. Major et al. Zkoumal dopad tuhosti protetické nohy na funkci chůze a svalu a poukázal na to, že podobné změny tuhosti mohou mít také hluboký dopad na stabilitu kotníkových kloubů zdravých jedinců.

Kinesiology Taping (K-Taping), jako technologie běžně používaná ve sportovní medicíně a rehabilitační léčbě a v posledních letech byla široce používána po celém světě. Díky své jedinečné technice elastického materiálu a přizpůsobení poskytuje K-Taping další podporu a ochranu svalů a kloubů bez omezení pohybu kloubu, čímž se zvyšuje svalová kontrakce, zlepšuje vytrvalost, snižuje třes a bolest a nakonec zlepšuje stabilitu kloubů. Přestože se však v oblasti sportovní medicíny stále více používá K-Taping, jeho specifický dopad na stabilitu a účinnost pohybu specifických kloubů (jako jsou klouby kotníku) stále vyžadují další hloubkovou analýzu. Výzkum Biz et al. Odhalil pozitivní dopad klepnutí na rozsah pohybu kotníkových kloubů během provozních činností, což pomáhá zlepšit stabilitu kloubů a celkový sportovní výkon. Studie Wikstrom et al. zdůraznil významnou roli K-navazování při úpravě vzorců aktivace svalů a kloubových momentů u pacientů s poraněním akutního kotníku, zejména při kontrole momentů kotníku. V kontextu vzestupných a sestupných schodů výzkum týmu Paquette ukazuje, že k-taping může snížit zatížení kotníku, optimalizovat trajektorii pohybu kloubu a následně snížit riziko zranění. Aytar et al. Dále prozkoumal účinek klepnutí na svalovou sílu a ztuhlost kloubů a zjistil, že může výrazně zlepšit svalovou sílu v poškozené oblasti a zvýšit tuhost kloubu, čímž se zvyšuje pohybovou schopnost a stabilitu pacienta. Výzkum týmu Ellise odhalil jedinečnou roli K-Tapingu při koordinaci kinematických vzorců kotníkového kloubu a kolenního kloubu, což pomáhá snížit zátěž kotníku a zlepšit celkovou koordinaci pohybu. Halseth et al. Dále ověřil pozitivní účinek klepnutí k rozšiřování rozsahu pohybu kotníku kloubů a zlepšení hladin aktivace svalů, což poskytuje silnou podporu rehabilitaci pacienta. Výzkum týmu Leeho zároveň poznamenal, že K-Taping má významný účinek na zlepšení stability kotníku a hladin aktivace svalů, zejména v kinetických pohybech. Kromě toho výzkum Fayson et al. Také ukázali, že kvažování K může zlepšit tuhost kloubu a výstup svalové síly kotníku a poskytnout pacientům s akutními poraněními kotníku ke zlepšení stability dolní končetiny a snížit riziko obnovení.

Cílem této studie bylo prozkoumat účinky KT a ST na biomechaniku pacientů s akutními zraněními pomocí sestupného schodiště. Investingactoři předpokládali, že prostřednictvím zásahu intramuskulárního oprava by byla posílena stabilita kotníkového kloubu pacientů s K-Taping, což by pomohlo zvýšit stabilitu kotníku kloubu, a tím lépe udržovat rovnováhu během procesu procházky dolů schody.

Metody Studie použila randomizovaný crossover návrh ke zkoumání biomechanických účinků záplat s svalovou účinností při chůzi dolů po sestupných schodech. Studie se zúčastnilo dvacet sedm subjektů s akutními poraněními kotníku. Subjekty se účastnily dvou sad intervenčních podmínek: experimentální skupina KT (cvičení Kinesio Tape) a ST kontrolní skupina (bez Kinesio pásky), se třemi samostatnými testy sestupné schody pro každou podmínku. Biomechanický výkon akutně zraněných subjektů během sestupného schodiště byl porovnán se skupinou ST se zaměřením na stabilitu pohybu dolních končetin a analýzu chůze, nárazové síly atd. Systém pro zachycení pohybu Vicon s osmi kamerami byl integrován do platformy AMTI Force, aby současně shromažďoval biomechanická data. Tato data zahrnovala kloubní úhly, momenty a sílu během předsedové, střední a push-off fází postižené končetiny, jak je dokumentováno v odkazu. Kromě toho bylo používáno elektromyografické (EMG) zařízení ze zpoždění, Boston, MA, USA, k posouzení vzorců aktivace svalů, jak je popsáno v odkazu.

Účastníci této studie byly provedeny a priori analýzy účinnosti pomocí G*Power (verze: 3.1.9.7; Henry Düsseldorf University, Düsseldorf, Německo) software, aby se určila velikost vzorku potřebná pro experimentální návrh. Zjištění prokázala, že k dosažení mírné velikosti účinku 0,50 byla nezbytná minimální velikost vzorku 27 účastníků. Dokončením AOFA (American Orthopeedical Foot & Ankle Society) Ankle-Hindfoot Scale a stupnice VAS bylo vybráno 27 subjektů s akutními zraněními kotníku z Ningbo University (věk: 18,30 ± 25,80 roky; Výška: 162,45 ± 185,14 CM; Hmotnost: 60,20 ± 85,05 kg). Účastníci byli vybráni podle následujících kritérií: subjekty zažily alespoň jeden akutní podvrtnutí kotníku. Ti, kteří zažili příznaky bolesti a nestability během každodenních aktivit nebo sportu. Žádná jiná vážná onemocnění neovlivňují funkci dolních končetin (např. Artritida, těžké léze na koleni atd.). Aofas <80 bodů a VAS ≤ 3 na postižené straně. Počátek zranění je obvykle omezen na 7 dní, aby bylo zajištěno, že je v akutní fázi. Během studijního období si účastníci udržovali stálou úroveň každodenní činnosti. Kritéria pro vyloučení: Historie závažného strukturálního poškození nebo chirurgického zákroku na kotníku (např. Rekonstrukční chirurgie ligamentu, artroskopická chirurgie atd.). Přítomnost neuromuskulárního onemocnění nebo žen během těhotenství. Alergie na svalové záplatové materiály nebo anamnézu kožní onemocnění. Chirurgie nebo rehabilitace související s kotníkem během posledních 6 měsíců. Před zahájením sběru dat poskytli všichni účastníci svůj písemný informovaný souhlas. Studie navíc obdržela etické schválení od Etické komise Ningbo University, která zajistila, že výzkum dodržoval nejvyšší etické standardy (schválení číslo: TY2025004).

Postupy sběru dat Všechny experimentální testy byly provedeny v rámci cvičení Biomechanics Laboratory of Institute of Greater Health, která se nachází na Ningbo University v Číně Ningbo. Laboratoř je vybavena sofistikovaným systémem zachycení pohybu Vicon (Oxford Metrics Ltd, Oxford, Velká Británie). Tento nejmodernější systém zahrnuje osm vysoce přesných kamer, které byly použity k přesnému zaznamenávání trojrozměrných pohybových údajů, protože účastníci byli zapojeni do aktivity sestupných schodů. Frekvence vzorkování pro systém zachycení pohybu Vicon (Oxford Metrics Ltd, Oxford, Velká Británie) byla nakonfigurována na 200 Hz a systém podrobil pečlivou kalibraci před každým testem, aby byla zajištěna přesná měření společné kinematiky a pohybu. Kalibrace zahrnovala polohovací reflexní markery na předdefinovaných místech v oblasti zachycení a nastavení kamer pro optimální zarovnání a přesnost. Tento postup byl opakován na začátku každé relace sběru dat za účelem udržení konzistence v měření. Platforma Force, pocházející z AMTI ve Watertown, Massachusetts, USA, byla nakonfigurována se vzorkovací frekvencí 1000 Hz. Toto specifické nastavení frekvence bylo úmyslně vybráno, aby se zajistilo přesné a podrobné zaznamenávání pozemních reakčních sil, když účastníci sestoupili po schodech. Prostřednictvím této vysoké rychlosti vzorkování by jakékoli jemné variace a dynamické změny sil vyvíjených na zemi během schodiště mohly být přesně zachyceny a analyzovány. Oba systémy byly přesně synchronizovány, aby se zajistilo bezproblémové sběr dat. Počáteční kontaktní bod během sestupu schodiště byl stanoven na základě konkrétního kritéria. Byl identifikován, když síla vertikálního pozemního reakce zaznamenala hodnotu přesahující 10 nm. Tato standardizovaná metoda identifikace počátečního kontaktního bodu umožnila konzistentní a přesnou analýzu dat, což usnadnilo hloubkové pochopení biomechanických procesů zapojených do sestupu schodiště. Platforma AMTI Force byla také kalibrována před každým testem podle pokynů výrobce, která zahrnovala použití známého zatížení pro ověření a úpravu výstupu síly pro přesné hodnoty.

Všichni účastníci nosili standardizované pevně padnoucí oblečení a zůstali naboso, aby zajistili viditelnost značek těla používaných pro zachycení pohybu. Byla zdokumentována antropometrická měření, včetně výšky, hmotnosti a délky nohou. Celkem 38 markerů, každý průměr 14 mm, bylo umístěno na dolní končetiny a trup po modelu Opensim Gait-2392. Reflective markers were placed on specific anatomical landmarks, The placement of EMG sensors adhered to the SENIAM guidelines, with eight sensors positioned on the muscle groups of the soleus, medial and lateral gastrocnemius, tibialis anterior, rectus femoris, and medial and lateral vastus muscles, The EMG system, used to capture muscle activation data, underwent calibration using standardized protocols, which Zahrnoval ověřování přesnosti signálu senzoru a optimalizaci systému, aby se minimalizoval šum a zajistil konzistentní sběr dat. Pro zvýšení kvality signálu byly provedeny techniky přípravy kůže, jako je holení a použití čisticích gelů. Spolehlivost systému EMG při zaznamenávání svalové aktivity během cvičení byla validována v předchozích studiích.

Systém zachycení pohybu Vicon, platforma AMTI Force a systém EMG byly synchronizovány, aby umožnily integrované sběr dat. Před zahájením experimentu byl proveden statický kalibrační postup, který podpořil následné vytvoření manikinů. Účastníci byli poprvé zavedeni do experimentálních podmínek a postupů. Během statického sběru dat stáli účastníci na platformě síly s nohama zarovnanými rovnoběžně s osou y, rameny se rozšířily pod úhlem 45 ° z jejich stran a pohlédli dopředu. Toto držení těla bylo udržováno, dokud nebyl sběr statických dat dokončen. Byla použita metoda analýzy RLA Gait Analýza Rancho Los Amigos (RLA), Kalifornie, USA.

V této studii bylo na účastníky aplikováno 5 cm široký kinesiotaping (Kinesio®Tex Goldtm), kteří byli charakterizováni jako schopnost natahovat se na 140% jejich původní délky. Technika k-tapingu byla použita podle metodiky nastíněné Jackson et al. Tento experiment použil randomizovaný design seskupení a crossover k rozdělení subjektů do skupiny KT a ST. Skupina KT použitá k-taping (na nohu byly aplikovány čtyři pásky (noha byla uchovávána v dorsiflexi při 90 stupních), aby se zajistila podpora a stabilitu. První páska byla ukotvena ve středu pod kostí paty, přičemž na obou koncích bylo naneseno 20% napětí, aby se rozšířily po stranách paty a talu, a mírně se otáčely přes přední sval tibialis, aby se minimalizovala rotaci kotníku na straně; Druhá páska byla nanesena laterálně při 50% napětí na boční kosti paty a rozprostírající se kolem paty na mediální první metatarzální kosti, aby se omezila otáčení nohou; A třetí páska, opět při 50% napětí, byla aplikována na mediální talus, omotána kolem paty a omotána kolem střední první metatarzální kosti, aby se omezila otáčení nohou.

Třetí páska, také při 50% napětí, začíná u mediálního talusu, ovine se kolem paty a přes čtvrté a páté metatarsy, aby se dále zvýšila plantární stabilita; Čtvrtá páska je ukotvena z navikulární kosti, ovine se kolem plantární nohy k laterální klínovité kosti při 20% napětí, poté se zvyšuje na 80% napětí kolem Achillovy šlachy, aby ji ukotvila k bočnímu kotníku, a nakonec se prodlužuje na 50% napětí, aby zakryla první a druhé metatarzální kosti a zářely a zářely kolem celé oblasti. (Tato metoda použití náplasti je vhodný pro potřeby ochrany a podpory ve sportu přes přesnou distribuci napětí a směrového ovládání, aby se plně omezilo otáčení a otáčení nohy, a zároveň pro posílení stability kloubu kotníku a podrážkou chodidla) ve skupině ST nebyla použita pouze rutinní test. Experimentálním úkolem byl sestupný schody, který byl proveden na čtyřstupňovém schodišti (každý krok měl délku 300 mm, 900 mm na šířku a 170 mm na výšku) a subjekty byly požádány, aby dokončily úkol sestupného schodiště 20krát s přirozenou chůzí v každém experimentálním stavu. Všechny subjekty musely být naboso. Test byl rozdělen do dvou podmínek, skupiny KT a ST, s 5 až 10minutovou přestávkou mezi podmínkami, aby se zabránilo rušení únavy. Během experimentu byla zaznamenána kinematická data, sestupný čas a stabilita chůze a stabilita chůze a bylo shromážděno subjektivní vnímání. Na konci experimentu byla svalová náplast odstraněna, místo bylo vyčištěno a data byla uspořádána a zálohována, aby poskytla základ pro následnou analýzu. Během experimentu byla zajištěna bezpečnost subjektů, aby se zabránilo nehodám.

Aby se shromáždila biomechanická data a zajistila, aby subjekty přesně dokončily úkol sestupného schodiště, studie nejprve naplánuje subjekty, aby provedly standardizované zahřívání, aby se zajistilo, že svaly dolní končetiny budou plně aktivovány. Před zahájením testu se subjekty seznámily s klesajícími schody manévru praktikováním a označením jasného počátečního a koncového pozic na schodech, aby zajistily konzistentní tempo pro každý test. Data pro každý test byla shromážděna pomocí vysoce přesného systému pro zachycení pohybu a síly, které zahrnují hlavně změny v úhlech kloubů kolen a kotníku, signálů EMG a kloubních sil. Pokud subjekt nepodařilo dokončit pohyb nebo nebyl pohyb standardizován, byl považován za selhání a nebyl započítán do analýzy dat.

Vysokorychlostní biplanovou fluorescenční fluoroskopickou zobrazovací systém vysokorychlostní biplane fluorescenční fluoroskopický zobrazovací systém (DFI) zahrnuje systém pohybové fluoroskopie a systém rozlišení dat. První z nich se skládá ze dvou vysoce napětí a světelných zdrojů, dvou pohyblivých robotických ramen s fluorescenčními přijímači a zesilovači a dvou vysokorychlostních kamer. Vzdálenosti mezi dvěma vysoce napěťovými emitery a přijímači jsou 132,2 CM a 128,6 cm, s úhlem 119,6 ° mezi přijímači obrazu; Parametry střelby byly nastaveny takto: napětí 60 kV, proud 63 Ma, frekvence střelby 100 Hz, expoziční rychlost 1/1000 s a rozlišení obrazu 1024 * 1024 pixelů.

Kalibrační soubor prostředí generovaný Xmalabem byl importován do softwaru Rhinoceros pro další zpracování. Jeho modelovací modul byl použit k rekonstrukci střeleckého prostoru a obnovení relativních pozic obou párů fluorescenčních emitorů a přijímačů obrazu ve virtuálním prostoru; Mezitím byly importovány rentgenové snímky kalibrované aberace a rentgenové snímky kotníku a 3D modely holenní kosti, talus a calcaneus. The coordinate systems of the tibia, talus and heel were established according to previous standards, and the tibial-posterior, lateral-medial and superior-inferior directions corresponded to the x-axis, y-axis and z-axis, respectively, whereas plantar/dorsiflexion, inversion/eversion, and internal/external rotation were defined as the motion around the tibial-posterior, lateral-medial and Osavy nadřazených inferiorů. Importované kosterní modely byly poté otáčeny a přeloženy do 3D prostoru rekonstruovaného softwarem nosorožce, dokud kosterní projekce v každém rámci neshodovaly kosterní obrysy ve fluoroskopických obrazech.

Údaje 6DOF nadřazeného kloubu Talar (talus versus tibie) a dolního talarového kloubu (pata versus talus) byla vypočtena pomocí výpočtu souřadnicového systému Plug-in Rhinoceros, která zahrnuje kinematická data ve třech translačních (tibiových a vnějších a vnějších a vnějších a vnějších a vnějších a vnějších a vnějších) a vnitřní a vnějším) a vnitřní/vždy) a vnitřní a vnějším)) a tři rotační/vždy. Pozitivní hodnoty představují navenek, dopředu a nahoru překlad talus vzhledem k holenní kosti (pata vzhledem k talus), jakož i dorsiflexii, inverzi a vnitřní rotaci; Záporné hodnoty představují překlad dovnitř, dozadu a dolů, stejně jako plantárflexi, vždy a vnější rotaci.

Kinematická a kinetická data shromážděná z Vicon byla exportována do formátu souboru C3D, poté převedena na souřadnicový systém, filtrovaný nízký průchod, data extrahovaná a formátována pro data kinematické a pozemní reakce (GRF) pomocí Matlab (Mathworks, Massachusetts, USA). Soubory C3D byly převedeny na formáty souborů TRC a MOT pomocí MATLAB a následně importovány do Opensim (Stanford University, Stanford, CA, USA), aby se vypočítaly biomechanické parametry. Muskuloskeletální simulace byly prováděny pomocí modelu s 23 stupňů volnosti a 92 svalových ovladačů. Nástroje škálování Opensim umožnily vytvoření muskuloskeletálních modelů specifických pro dané subjekty přizpůsobením obecného modelu tak, aby se vyrovnal s jednotlivými rozměry těla. Tyto úpravy škálování byly aplikovány na délky segmentu, vlastnosti segmentu setrvačnosti a body připevnění svalu. Svalový původ a body vložení spolu s svalovými momentovými rameny byly přizpůsobeny tak, aby odpovídaly rozměrům končetin každého účastníka. Během simulačního procesu byly minimalizovány zbytkové momenty ve frontálních a bočních rovinách. Inverzní kinematický nástroj používal pro výpočet úhlů kloubů váženou optimalizaci nejmenších čtverců, čímž se snížila nesrovnalosti mezi pozicemi generovanými a experimentálními značkami modelu. Inverzní kinetický nástroj vypočítal momenty kloubů pro každý stupeň volnosti a kloubní výkon byl stanoven vynásobením úhlové rychlosti kloubním momentem v každém časovém kroku.

Pro odhad aktivace svalu a svalové síly byl použit statický algoritmus optimalizace a výsledky byly porovnány s povrchovou aktivitou EMG zaznamenanou během experimentů k ověření modelu. Poměr signál-šum byl optimalizován provedením zbytkové analýzy na podskupině dat z předchozích studií. Kinematická a kinetická data byla filtrována za použití filtru s nízkým průchodem s nulovým zpožděním čtvrtého řádu s mezními frekvencemi 12 a 20 Hz. Povrchové signály EMG byly předběžné zpracování pásmovým filtrováním s Butterworthovým filtrem čtvrtého řádu ve frekvenčním rozsahu 10-400 Hz. Poté následovala rektifikace plné vlny a filtrování s nízkým průchodem s mezní frekvencí 6 Hz. Kromě toho byly signály EMG normalizovány dělením amplitudy EMG maximální amplitudou kořenového průměru (RMS). Signály byly dále normalizovány pomocí maximální dobrovolné kontrakce (MVC) pro stanovení úrovně aktivace každého svalu. Výsledky aktivace svalů zaznamenané senzory EMG byly porovnány s výsledky simulovanými muskuloskeletálním modelem pro vyhodnocení platnosti a přesnosti modelu.

Přesnost modelu byla vylepšena pomocí specifických rovnic a plug-in v opensim. Kloubní úhly byly vypočteny pomocí algoritmu inverzní kinematiky, zatímco kloubové momenty byly stanoveny pomocí inverzního kinetického algoritmu. K řešení kinetických nekonzistencí v modelu byl také použit reziduální redukční algoritmus. Výpočty inverzní kinematické nástroje optimalizovaly výpočty úhlu kloubu použitím přístupu vážených nejmenších čtverců k minimalizaci nesrovnalostí mezi pozicemi předpovědi modelu a experimentálním markerem. Pro každý stupeň svobody v modelu byly vypočteny kloubové momenty a kloubní výkon byl následně vypočítán jako produkt úhlové rychlosti a kloubního okamžiku v každém časovém bodě.

Údaje o statistické analýze z nižších pokusů o schodiště byly analyzovány pomocí párového vzorků t-testu (s hladinou významnosti 0,05 a testovacím výkonem 0,80) a statistickému parametrickému mapování (SPM1D) k vyhodnocení rozdílů mezi kontrolními podmínkami. Kinetika subjektů, kinematika, svalové síly a posuny kostí byly zpracovány a analyzovány pomocí SPSS pro Windows (verze 25.0, SPSS Science Inc., Chicago, IL, USA).