Лора Ан Зджиарски

Катедра по ортопедия и рехабилитация, отдели за изследвания и физическа медицина и рехабилитация, Интердисциплинарен център за мускулно-скелетно обучение и изследвания, Университет на Флорида, Гейнсвил, Флорида

Конг Чен

Катедра по ортопедия и рехабилитация, отдели за изследвания и физическа медицина и рехабилитация, Интердисциплинарен център за мускулно-скелетно обучение и изследвания, Университет на Флорида, Гейнсвил, Флорида

Мерибет Хородиски

Катедра по ортопедия и рехабилитация, отдели за изследвания и физическа медицина и рехабилитация, Интердисциплинарен център за мускулно-скелетно обучение и изследвания, Университет на Флорида, Гейнсвил, Флорида

Кевин Р. Винсент

Катедра по ортопедия и рехабилитация, отдели за изследвания и физическа медицина и рехабилитация, Интердисциплинарен център за мускулно-скелетно обучение и изследвания, Университет на Флорида, Гейнсвил, Флорида

Хедър К. Винсент

Отдел за изследвания, UF Институт по ортопедия и спортна медицина, Университет на Флорида, пощенска кутия 112727, Gainesville, FL 32611

Резюме

Обективен

Да се ​​определят разликите в кинематичните, сърдечно-белодробните и метаболитните реакции между бегачите с наднормено тегло и здравословното тегло при самоизбрана и стандартна скорост на бягане.

Дизайн

Сравнително описателно изследване.

Настройка

Институция за третична помощ, изследователска лаборатория, свързана с университет.

Участници

Бегачите с наднормено тегло (n = 21) бяха съчетани с бегачи със здраво тегло (n = 42).

Методи

Участниците бягаха със самоизбрани и стандартизирани скорости (13,6 км/ч). Кинематиката на сагиталната равнина на ставите се улавя едновременно с кардиопулмонални и метаболитни мерки, като се използва съответно система за улавяне на движение и преносим газови анализатор.

Основни измервания на резултатите

Пространствено-времеви параметри (каданс, ширина и дължина на стъпката, изместване на центъра на тежестта, време на стойка) кинематика на ставите, разходи за кислород, сърдечен ритъм, вентилация и разход на енергия.

Резултати

При самоизбраната скорост индивидите с наднормено тегло бягаха по-бавно (8,5 ± 1,3 срещу 10,0 ± 1,6 км/ч) и имаха по-бавен ритъм (163 срещу 169 стъпки/мин; P 2. Пулът от бегачи беше проверен, за да идентифицира 2 здрави бегачи; всички бяха съпоставени по възраст и пол.Участниците бяха стратифицирани въз основа на стойностите на ИТМ за статистическия анализ на резултатите от проучването.

Демография и текущи истории

Попълнено е електронно проучване на историята на здравето и обучението за самоотчитане на демографски данни, съпътстващи заболявания, предишни наранявания и опит при бягане. Допълнителната информация включваше самокласификация на състезанията по бягане (елитни, състезателни развлекателни, развлекателни, състезателни в гимназията или колежа). Подробна история на бягане беше документирана на този електронен запис и включваше предпочитана тренировъчна повърхност, средно седмично бягане, средно разстояние от дълги бягания, участие и честота на скоростната работа и актуални маратонки за бягане. Записани са характеристиките на обувката за бягане, носена по време на тестовата сесия (тегло и спад на петата до петите [разликата във височината от петата до петите]), за да се отчетат потенциалните променливи, които биха могли да повлияят на кинематичните параметри. Целта на тези истории беше да се гарантира, че участниците са сравнително добре съпоставени за множество фактори, които биха могли да объркат анализа.

Състав на тялото

Мерките за телесен състав бяха събрани с помощта на въздушна плетизмография (с помощта на BOD POD; Life Measurement Inc, Concord, CA). Този метод е надеждна техника за измерване на обема и състава на тялото и е силно корелиран със златния стандарт за подводно претегляне [16]. Получава се процентното съдържание на мазнини и чиста маса и се изчислява масата на телесната мазнина и чистата маса.

Експериментален протокол

Участниците изпълниха протокол за бягане на бягаща пътека по време на една лабораторна сесия. Статичният период на почивка от 3 минути позволява събиране на кардиопулмонални и метаболитни данни преди бягане. По време на 5-минутен период на аклиматизация участниците ходеха по бягащата пътека. След това скоростта на бягащата пътека беше увеличена до избраното от участниците темпо на бягане на дълги разстояния. Участниците тичаха 10 минути. След това всеки от участниците бягаше със стандартизирана скорост от 13,6 км/ч в продължение на 1 минута [17]. Тази стандартизирана скорост е в рамките на предварително тестваните скорости, използвани от бегачите за развлечение [17,18]. Самоизбраната скорост на бягане е използвана в предишни изследвания на кинетиката и кинематиката на бягане [19], за да представи типичното темпо на тренировка на всеки участник на дълги разстояния [20]. Подобно на предишната работа, редът на 2-те скорости на движение беше постепенно, а не рандомизиран от практически съображения [18]. Степента на бягащата пътека се поддържа на 0 ° и за двете скорости. Коефициентът на множество сравнения е документиран за подобни протоколи за тестване, вариращи от 0,706 до 0,989 за тествани кинематични променливи [21].

Събиране на данни

Използвана е високоскоростна 12-камерна система за оптичен анализ на движението (Motion Analysis Corp, Санта Роса, Калифорния) за събиране на стойности на движение през последните 30 секунди на всяка скорост на бягане, за да се гарантира, че бегачът е получил стабилен модел на движение преди улавяне на данни. Високоскоростна камера заснема движение със скорост на вземане на проби от 200 Hz от сагиталната и фронталната равнина. Отразяващи маркери бяха приложени върху анатомични забележителности и телесни сегменти, като се използва модифициран набор от маркери на Хелън Хейс [22]. За изпитванията за статично калибриране маркерите бяха поставени двустранно върху акромионните процеси, трицепсите, страничните лакти, предмишниците, китките, задния превъзходен илиачен гръбначен стълб, предния превъзходен илиачен гръбначен стълб, предното бедро, медиалните и страничните кондили на бедрената кост, тибиалната тубероза, медиалната и странични малеоли, калканеус, странично спрямо главата на петата метатарзална и медиална към основата на халукса. На десния лопаточен долен ъгъл е поставен отместващ маркер (Фигура 1). За бягащите опити медиалните маркери на коляното и глезена бяха премахнати.

отговори

Настройка за тестване за кинематични, пространствено-времеви и метаболитни мерки, гледани във фронталната и сагиталната равнини. Метаболитното устройство на колана е единица K4b 2 (COSMed, Рим, Италия).

Кинематика и пространствено-времеви параметри

Обхватът на движение на ставите (ROM) на глезена, коляното, тазобедрената става и таза представлява ъгловата екскурзия на ставата в сагиталната равнина по време на 1 цикъл на походка (движение на флексия/екстензия за глезена, коляното и бедрото). Изчислено е и количеството на промяна в наклона на предния таз по време на цикъла на походката. Тазов сегмент е създаден от предния и задния превъзходен илиачен маркери на гръбначния стълб и предната ориентация е изразена спрямо хоризонталата като 0 ° от предния наклон. Разликата в максималната и минималната стойност за предния наклон е общата ROM на наклона. Представени са ROM на всяко съединение, тъй като те представляват цялостното движение, постигнато по време на целия цикъл на походка, вместо да използват ъгли, постигнати в отделни точки от цикъла на походката [23]. Каденс, изместване на центъра на тежестта (COG), дължина на стъпката, ширина на стъпката и ROM в сагиталната равнина бяха изчислени с помощта на наличния в търговската мрежа софтуер (Visual3D; C-motion, Inc, Germantown, MD). COG се изчислява, като се използват изчислени телесни сегментни маси и дължини, с корекции на масата на сегмента, както е описано от de Leva [24]. Генериран е костен модел на всеки бегач с индивидуалното местоположение на COG.

Сърдечно-белодробни и метаболитни мерки

Енергийните разходи за бягане на единица телесна маса и разстояние се определят, както е описано по-рано: Брутни енергийни разходи (J/kg * m) = (скорост на енергийните разходи в J * min)/(телесно тегло в kg) * (скорост на бягане в метра/мин), а нетните енергийни разходи бяха получени от изваждането на постоянните енергийни разходи в покой от енергийните разходи за упражнения [26,27].

Статистически анализ

Данните се управляваха с помощта на REDCap (Research Electronic Data Capture) [28]. Статистическите анализи бяха извършени с помощта на Статистическия пакет за социалните науки (v. 22.0; IBM SPSS, Armonk, NY). Данните се изразяват като средни стойности ± стандартни отклонения (SD) или като проценти на изследваните групи. Получени са описателни статистически данни и честоти, за да се характеризират 2-те групи, като се използват х 2 теста за категорични променливи и U-тестове на Ман-Уитни за непрекъснати променливи. Тестовете на Колмогоров-Смирнов разкриват нормалност на характеристиките на участниците, кардиопулмонални мерки, метаболитни променливи, кинематика на сагиталната равнина и пространствено-времеви параметри. Поради неравномерния размер на извадката, куртозата и изкривяването на някои от кинематичните ROM променливи, бяха използвани непараметрични U-тестове на Mann-Whitney, за да се определи дали съществуват разлики между групите. Изследваната група беше независимата променлива (наднормено тегло и здравословно тегло), а кардиопулмоналните, метаболитните и кинематичните променливи бяха зависимите променливи (HR, нива на енергийни разходи, (V ˙ O 2), Ve, пространствено-времеви параметри и стойности на съвместните ROM) ).

Стойностите са средни ± стандартно отклонение или процент на групата.

ИТМ = индекс на телесна маса; Падане на петата до петите = разлика във височината от петата до петите.

Пространствено-времеви параметри на бягаща походка

Стойностите са средно стандартно отклонение.

COG = изместване на центъра на тежестта.

Кинематични параметри на бягаща походка

Стойностите са средно стандартно отклонение.

ROM = обхват на движение (разлика между максимален и минимален ъгъл на ставите за глезен, коляно и бедро и таз по време на цикъла на походката).

Сърдечно-белодробни и метаболитни отговори

Стойностите са средно стандартно отклонение.

LBM = чиста телесна маса; V ˙ O 2 = скорост на консумация на кислород; Ve = минутна вентилация.

Дискусия

Новите открития на това проучване са, че обучените бегачи с наднормено тегло предпочитат да бягат с по-ниска скорост, свързана с по-малко вертикално преместване на COG и екскурзия на ROM в сагитална равнина в ставите на долната част на тялото със самостоятелно избрана скорост. Освен това енергийните разходи и Ve бяха по-високи при бегачите с наднормено тегло при стандартизирана скорост в сравнение със здравите бегачи. При относително по-бързи стандартизирани скорости обаче, бегачите с наднормено тегло могат да бягат с кинематика на долните крайници, подобна на тази на бегачи със здраво тегло. Тези открития са в частично съгласие с нашите хипотези, показващи, че бегачите с наднормено тегло могат да постигнат подобни сагитални и фронтални съвместни ROM екскурзии. Тези данни показват, че обучените индивиди с наднормено тегло предпочитат да модулират самостоятелно стратегии за движение, които контролират метаболитните разходи [29] на бягане и потенциално намаляват съвместните сили [29,30]. Общият бегач самомодулира движението до степен, за да управлява разходите за енергия и възприетия комфорт. Тази модулация обаче е от особено значение за лица с допълнителни механични предизвикателства (напр. Тежки сегменти на крайниците, коремна обиколка и по-високи моменти на ставите), за да се увеличи комфортът при упражнения и да се сведе до минимум стреса в ставите в дългосрочен план.

Нашите данни могат да показват, че хората с наднормено тегло приемат стратегия за бягане, която е най-удобна и има относителни енергийни разходи, подобни на тези при здрави хора. Важното е, че състезателите с наднормено тегло избраха скорост на бягане с 1,5 км/ч по-ниска от контрола на здравословното тегло. И двете групи обаче се движеха с темпове, които даваха сходни честоти на вентилация, сърдечни честоти и интензивност, съответстващи на 85% и 82% от предвидените от тях възрастови максимални стойности на HR. Една от интерпретациите е признанието, че тези състезатели с наднормено тегло са просто по-бавни. Друга вероятна възможност е, че по-бавните скорости позволяват дългосрочно саморегулиране на напреженията в ставите с участие в упражнения. При проучвания при ходене, затлъстяването влияе неблагоприятно на скоростите на огъване и разгъване на коляното [39] и намалява обхвата на движение на разгъването и разгъването на коляното по време на цикъла на походката [40]. Предният наклон на таза по време на ходене също е преувеличен със затлъстяване [40]. Браунинг и Крам [30] предполагат, че приемането на по-ниска скорост на ходене може да намали прекомерните моменти на колянната става. Прекомерното тегло засяга модели на походка при ходене, като намалява екскурзията на ROM на коляното [41], увеличава косото на таза [38] и съкращава дължината на стъпките [29].

Тези колективни стратегии за движение, комбинирани с други, могат да максимизират динамичната стабилност при бягане. Например, по-малко сагитален ROM се появи във всички стави на долната част на тялото, а по-широката ширина на стъпката и по-малкото вертикално изместване на COG стабилизират кацането във всеки цикъл на походка, като улесняват по-широката основа на опора и удара на крака по-близо до вертикалното подравняване с COG. Необходими са допълнителни проучвания, за да се определи дали тези пространствено-времеви и кинематични характеристики на движение могат да отслабят наземните сили на реакция и съединителните моменти. Все още не е ясно как модифицирането на всеки пространствено-времеви фактор като дължина на стъпката, ширина, каданс или време на стойка би променило кинетиката на долните крайници, метаболитните реакции и енергийните разходи. Тази информация обаче би била много ценна при разработването на програми за безопасно бягане за бегачи с наднормено тегло.

Настоящите констатации се съгласяват с предишни проучвания на остри физически реакции при затлъстели индивиди. Затлъстелите хора са генерирали по-висок сърдечен ритъм и метаболитни реакции, отколкото хората със здравословно тегло при едно и също натоварване при ходене или колоездене [42,43]. В друго проучване нетренираните затлъстели възрастни, които бягат на джогинг за стандартна дистанция на изпитване, изразходват 31% повече енергия от своите неносебни колеги [12]. Тук бегачите с наднормено тегло демонстрираха по-големи разходи за енергия и енергия при относително по-високата стандартизирана скорост на бягане в сравнение със здравите бегачи. Проспективното обучение, което определя времевия ход и величината на кардиопулмоналните адаптации към бягане сред хора с различни стойности на ИТМ, би помогнало да се изяснят ефектите върху тренировката върху сърдечно-белодробната система и енергийните разходи.

Ограничения и силни страни

Заключения

Бегачите с наднормено тегло могат да възприемат по-бавни самоизбрани скорости и стратегии за походка, за да минимизират енергийните разходи и да намалят стреса в ставите. От кинематична и метаболитна гледна точка, хората с наднормено тегло, които редовно участват в умерено до енергично бягане, са също толкова способни, колкото хората със здраво тегло да бягат със стандартна скорост.

Благодарности

Авторите благодарят на Аманда С. Стивънсън и Синди Монтеро за тяхното съдействие при събирането на данни. Тази работа беше подкрепена от Интердисциплинарния център за мускулно-скелетно обучение и изследвания (ICMTR).