Двигательные эффекты обуви - Locomotor effects of shoes

Различные типы обувь.

Двигательные эффекты обуви способ, которым физические характеристики или компоненты обувь влияют на двигательную нейромеханику человека. В зависимости от характеристик обуви эффекты могут быть различными: от изменения баланса и осанки до мышечной активности различных мышц, измеренной с помощью электромиографии (ЭМГ ), и сила удара. Существует множество различных типов обуви, например, беговая, прогулочная, мокасины, туфли на высоком каблуке, сандалии, тапочки, рабочие ботинки, модельные туфли и многое другое. Однако типичная обувь будет состоять из стельки, межподошвы, подошвы и каблуков, если таковые имеются. В нестандартном состоянии, когда человек без обуви, локомоторные эффекты в первую очередь наблюдаются в рисунках ударов пятки и результирующих силах удара, возникающих на земле.

Стельки и вставки

Стопа передает сенсорную информацию Центральная нервная система через кожный афферентный обратная связь, которая исходит из специальных механорецепторы на подошвенной поверхности стопы. Эта афферентная обратная связь оказывает сильное влияние на устойчивость позы.[1] и корректировка баланса[2] во время стояния и ходьбы. Поскольку на сенсорную обратную связь от стопы может влиять взаимодействие стопы с поверхностью стельки, для повышения устойчивости позы использовались различные типы стелек и вставок для обуви.

Фактурные вставки

Текстурированные вставки - это обычные вставки для обуви, которые имеют рельефную текстурированную поверхность сбоку, которая обеспечивает улучшенный механический контакт и давление на подошвенную поверхность стопы. Текстурированная поверхность обувного вкладыша приводит к значительным изменениям походки в голеностопном суставе. кинематика а также амплитуда ЭМГ мышц сгибателей и разгибателей голеностопного сустава.[3] Фактурные вставки в основном влияют на движение голеностопа в сагиттальный плоскость, в которой увеличено подошвенное сгибание стопы. Что касается мышечной активности, текстурированные вставки снижают активацию камбаловидная мышца и передняя большеберцовая мышца мышцы при стоянии и ходьбе.[4][5]

Стельки с выступами

Одним из наиболее распространенных эффектов старения является потеря кожный и ощущение давления, которое коррелировало с нарушением контроля баланса и повышенным риском падение.[6] Это потому, что в вертикальном положении центр массы (COM) тела должен располагаться над основанием опоры (BOS), установленным ступнями. Кожная обратная связь от ступней необходима для обеспечения Центральная нервная система (CNS) с информацией о близости COM к пределу BOS, что является важным параметром для поддержания равновесия и стабильной походки.[7]

Поскольку ощущение давления на подошву помогает уравновесить реакции при шагающих движениях, стельки с выступами по краям могут усилить стимуляцию кожных механорецепторов, которые помогают определить BOS. В большинстве случаев гребни сделаны так, что стимуляция происходит только тогда, когда COM приближается к пределу BOS.[8] Стельки с гребнями, по-видимому, уменьшают вероятность того, что движение COM превысит предел BOS в латеральном направлении, что приведет к стабилизирующему эффекту на походку. Более того, величина этого эффекта не уменьшалась со временем, что позволяет предположить, что ЦНС не привыкла к повышенной кожной стимуляции. Поэтому стельки с выступами могут помочь в снижение скорости падения среди пожилого населения.[7]

Межподошва

Холст кросовки.

В межподошва находится между внешней подошвой (самой нижней) и стелькой (самой верхней) частями подошвы обуви. Он может быть изготовлен из различных материалов, чтобы придать обуви различные механические характеристики: амортизацию, поддержку и гибкость. Полиуретан межподошва более плотная и удобная, а этиленвинилацетат используется для создания более легкой и податливой подошвы.[9]

Плотность / жесткость

Изменяя твердость материала межподошвы, можно изменить ЭМГ-активность в различных мышцах нижних конечностей, таких как прямая мышца бедра, двуглавая мышца бедра, медиальный икроножная мышца, и передняя большеберцовая мышца. Особенно при беге с более жесткой межподошвой ЭМГ амплитуда для передняя большеберцовая мышца показали, что они значительно выше перед ударом пятки и ниже после удара пяткой, чем у нейтральной межподошвы. Кроме того, ходьба в обуви с более жесткой межподошвой, по-видимому, значительно снижает энергию, рассеиваемую плюснефаланговый суставы и помощь в улучшении прыжковых характеристик и бегущая экономика. Однако основные механизмы, которые можно отнести к этому усовершенствованию, до сих пор полностью не изучены.[10][11]

Промежуточная подошва клинья

При увеличении количества травм, связанных с чрезмерным пронация стопы, было проведено много исследований с различными типами межподошвы, которые могли бы помочь в предотвращении таких травм. В варус - обувь на танкетке, имеющая средний наклон, кажется, уменьшается пронация во время стойки уменьшите чистую инверсию суставного момента и уменьшите активность инверторных мышц, таких как задняя большеберцовая мышца, икроножная мышца, и камбаловидная мышца. В вальгусный Обувь на танкетке с боковым наклоном предназначена для усиления пронации и имеет противоположный эффект, чем обувь на варусной танкетке. Также при ходьбе в обуви с вальгусной танкеткой это может привести к увеличению пяточной кости. выворот и до 58% поглощения энергии во фронтальной плоскости тела.[12]

Искривление пятки

Туфли с рокером имеют более толстую, чем обычно, подошву с закругленными пятками, и большинство разновидностей обуви сконструированы таким образом, чтобы переносить вес тела пользователя за щиколотку, поэтому для нахождения баланса требуется больше усилий.[13]

Высота каблука

Высота каблука обуви может оказывать существенное биомеханическое воздействие на владельца обуви, которое может быть вредным или полезным.

Высокие каблуки

Высокие каблуки обувь, в которой задняя часть стопы (пятка) расположена выше, чем передняя часть стопы (пальцы ног). Туфли на каблуках разной высоты носят мужчины и женщины ежедневно. Основная причина, по которой многие люди носят туфли на высоком каблуке, - это эстетические цели, когда считается, что высокие каблуки улучшают физический облик владельца. Однако эти же туфли на высоком каблуке могут иметь нежелательные биомеханические эффекты.

Различные типы высокие каблуки.

Показано, что во время походки обувь на высоком каблуке влияет на голеностопный сустав,[14] что значительно увеличило подошвенное сгибание. Это, в свою очередь, увеличивает метаболические затраты при ходьбе и приводит к более быстрой мышечной усталости. Ускоренная мышечная усталость может увеличить вероятность растяжения связок голеностопного сустава и / или падений из-за нарушения стабильности стопы и лодыжки.[15] Ношение высоких каблуков также может привести к более короткой длине шага, увеличению времени пребывания в стойке, нестабильной осанке и походке и уменьшению углов сгибания поясницы.[16][17]

Изменения мышечной активности также наблюдаются при использовании обуви на высоком каблуке, в основном затрагивая передняя большеберцовая мышца и выпрямитель позвоночника мышцы. Увеличение подошвенного сгибания стопы вызывает увеличение амплитуды ЭМГ передней большеберцовой мышцы. Высокие каблуки также приводят к увеличению угла сгибания поясницы за счет компенсирующего механизма, предотвращающего падение вперед.

Кроме того, увеличенная высота каблука может привести к многочисленным проблемам со стопами, включая:

Напротив, умеренное поднятие пятки также использовалось в качестве консервативного лечения для подошвенный фасциит уменьшить напряжение в подошвенная фасция.[нужна цитата ] Хотя различные двигательные эффекты пяток очевидны, их практическое значение для здоровья остается спорным.[ласковые слова ]

Отрицательные каблуки

Отрицательные туфли на каблуке, которые также известны как земля обувь, представляют собой обувь, которая имитирует ходьбу в гору, чтобы усилить действие силовых тренировок на мышцы ног во время обычной ходьбы. Передняя часть стопы (пальцы) обуви на 1,5 см выше пятки обуви, что создает угол тыльного сгибания в голеностопном суставе примерно 10 градусов при стойке на ровной поверхности.

Ходьба в обуви на отрицательном каблуке приводит к более быстрому каденция и более короткая длина шага, что приводит к значительно более короткому времени цикла шага, чем при ходьбе с естественной частотой вращения педалей. Диапазон движений в голеностопном суставе также значительно больше в обуви с отрицательным каблуком, так как он дольше остается в тыльном сгибании во время фазы стойки и шага. Увеличение продолжительности тыльного сгибания приводит к удлинению икроножных и камбаловидных мышечно-сухожильных единиц, а также к длине моментного плеча ахиллова сухожилия.[18][19] Подобный эффект послеоперационных упражнений с увеличением тыльного сгибания часто требуется после операций на икроножной и камбаловидной мышцах или ахилловом сухожилии. Цель упражнения - увеличить диапазон движений в голеностопном суставе и укрепить икроножные и камбаловидные мышцы и ахилловы сухожилия. Таким образом, ношение обуви на отрицательном каблуке может стать альтернативным методом послеоперационной реабилитации в таких ситуациях. Хотя тыльное сгибание голеностопного сустава может быть полезным, оно также вызывает смещение центра тяжести назад, что может вызвать нестабильность и затруднение продвижения вперед во время ходьбы.[20]

При ходьбе в обуви с отрицательным каблуком мышечная активность икроножных и передних большеберцовых мышц аналогична той, что наблюдается при ходьбе в гору. Продолжительность ЭМГ-активности больше, а амплитуда ЭМГ выше для теленка и голени. двуглавая мышца бедра мышцы, чем по сравнению с обычной обувью. Также показания ЭМГ для прямая мышца бедра и двуглавая мышца бедра указывают на усиленное совместное сокращение двух мышц, поэтому обувь на каблуке с отрицательным каблуком может быть полезна для тренировки этих групп мышц.

Босиком (без обуви)

В городе босиком.

Нечестное состояние - это когда человек без обуви или босиком. Большая часть исследований нестандартного передвижения была проведена на босиком. Однако некоторые из усвоенных принципов применимы как к бегу, так и к ходьбе.

Образцы ударов ногой

Босоножки бегать совсем не так, как обычные кованые бегуны. Кованые бегуны имеют тенденцию к ударам пяткой из-за конструкции современной обуви, у которой толстый каблук для уменьшения силы удара от земли. Однако при беге босиком некоторые бегуны, как правило, переходят на удары передней частью стопы, чтобы избежать такого удара, который эквивалентен весу в 2-3 раза превышающему вес тела.[21] Удар передней частью стопы - это место, где сначала приземляется передняя часть стопы, а затем пятки. Удар по средней части стопы характеризуется одновременным приземлением пятки и носка стопы, а удар пяткой - это то место, где сначала приземляется пятка, а затем передняя часть стопы.

Обувь Vibram FiveFingers.

Ударные силы

При передвижении босиком сила удара (кратковременный удар) о землю меньше по сравнению с бегом в обуви. Было высказано предположение, что бегуны без обуви могут лучше использовать накопленную упругую энергию в ахилловом сухожилии и своде стопы и могут избежать потенциальной травмы из-за повторяющихся ударов пяточной кости (пяточная кость ) из-за удара пяткой.[21] Однако долгосрочная и реальная польза для здоровья от бега без обуви до сих пор недостаточно изучена и остается областью активных исследований.

Те, кто хочет приблизиться к бегу босиком, но предпочитает некоторую защиту, могут прибегнуть к обуви, имитирующей передвижение босиком. Такая обувь, как водные носки, беговая сандалии, мокасины, huaraches, грош-магазин кеды, Вибрам Пять пальцев Обувь и другая минималистичная обувь для бега имеют относительно тонкую подошву, но обеспечивают некоторую защиту. Однако минимальная обувь не дает бегунам такой же обратной связи с подошвенной поверхностью. механорецепторы. Из-за большей защиты, которую они обеспечивают по сравнению с бегом босиком, минимальная обувь может также мешать развитию легкого удара ногой, ужесточению подошв и осознанию дорожных опасностей.[22]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Магнуссон, М., Энбом, Х., Йоханссон, Р., Пюкко, И. Значение прессорного воздействия от стопы человека в передне-заднем контроле позы, Acta. Отоларингол. 110: 182-188, 1990.
  2. ^ Р. Хаяси, А. Мияке, С. Ватанабэ, Функциональная роль сенсорных сигналов от стопы: стабилизация позы человека во время произвольного и вызванного вибрацией колебания тела. Неврологические исследования. 5: 203-213, 1988.
  3. ^ Медсестра, Массачусетс. и Халлигер, М. Изменение текстуры обуви может изменить характер походки. Журнал электромиографии и кинезиологии 15: 496-506, 2005.
  4. ^ Анисс, А. и Gandevia, S.C. Рефлекторные реакции в активных мышцах, вызванные стимуляцией низкопороговых афферентов стопы человека, Journal of Neurophysiology. 67: 1375-1384, 1992.
  5. ^ Янг, Дж. Ф. и Стейн, Р. Б. Фазозависимое изменение рефлекса в мышцах ног человека во время ходьбы. Журнал нейрофизиологии 63: 1109-1117, 1997.
  6. ^ Веррилло, RT. Влияние старения на осязание. Мультимодальные перспективы сенсорных исследований. Хиллсдейл, штат Нью-Джерси; Лоуренс Эрлбаум Ассошиэйтс; 1993: 285-298
  7. ^ а б Менант, Дж. К., Перри, С. Д., Стил, мл., Менз, Н. Б., Манро, Б. Дж. Влияние характеристик обуви на динамическую устойчивость при ходьбе по ровной и неровной поверхности у молодых и пожилых людей. Архивы физической медицины и реабилитации. 89 (10): 1970-6. 2008 окт.
  8. ^ Do MC., Bussel, B., Brenier Y. Влияние подошвенного кожного афферента на ранние компенсаторные реакции на падение вперед. Exp Brain Res. 1990; 79: 319-324.
  9. ^ http://walking.about.com/od/shoes/g/midsole.htm
  10. ^ Рой J-PR, Стефанишин DJ. Жесткость продольного изгиба промежуточной подошвы обуви и экономия бега, энергия суставов и ЭМГ. Med Sci Sports Exerc 2006; 38: 562-9.
  11. ^ Wakeling JM, Pascual SA, Nigg BM. Изменение мышечной активности нижних конечностей при беге в другой обуви. Med Sci Sports Exerc 2002; 34: 1529-32.
  12. ^ О'Коннор К.М., Хэмилл Дж. Роль отдельных внешних мышц стопы во время бега. Клиническая биомеханика 19: 71-77 2004.
  13. ^ Джой, Кевин (2 июля 2010 г.). "'Тонирование обуви для одних - растяжка, для других - нет ". Коламбус Диспетч. Получено 3 ноября 2014.
  14. ^ Snow RE, Williams KR, Homes GB Jr. Влияние ношения туфель на высоких каблуках на давление на педали у женщин. Лодыжка стопы 1992; 13: 85-92.
  15. ^ Эббелинг С.Дж., Хэмилл Дж., Брюссемейер Дж. Механика нижних конечностей и затраты энергии при ходьбе в туфлях на высоком каблуке. Журнал ортопедической спортивной физиотерапии 1994; 19: 190-6
  16. ^ Opila-Correia, KA. Кинематика походки на высоком каблуке. Архивы реабилитации физической медицины 71: 304, 1990.
  17. ^ Ли, Чан Мин. Биомеханические эффекты ношения обуви на высоком каблуке. Международный журнал промышленной эргономики 28, стр. 321-326, 2001.
  18. ^ Леру А., Фунг Дж., Барбо Х. Постуральная адаптация к ходьбе по наклонным поверхностям: I. Нормальные стратегии. Походка и поза 15:64, 2002.
  19. ^ Леру А., Фанг Дж., Барбо Х. Адаптация модели ходьбы к ходьбе в гору у здоровых людей и субъектов с травмой спинного мозга. Экспериментальное исследование мозга. 126: 359, 1999.
  20. ^ Ли, JX. Кинематический и электромиографический анализ туловища и нижних конечностей при ходьбе в обуви с отрицательным каблуком. Журнал Американской подиатрической медицинской ассоциации 97: 6, 2007.
  21. ^ а б Либерман, Д.Е., Венкадесан, М., Вербель, Вашингтон, Дауд, А.И., Д’Андреа, С. Дэвис, И. Модели ударов ногами и силы столкновения у бегунов, привыкших босиком, и бегунов в обуви. Nature 463: 531-535. 28 января 2010 г.
  22. ^ Сакстон, Кен Боб; Уоллак, Рой М. (2011). Бег босиком шаг за шагом. Беверли, Массачусетс: Fair Winds Press. стр.50, 143, 155–165. ISBN  978-1-59233-465-0.

внешние ссылки