A túlsúlyos futók kinematikai, kardiopulmonális és anyagcsere-reakciói saját maguk által kiválasztott és szabványos sebességgel futva

Laura Ann Zdziarski

Ortopédiai és Rehabilitációs Osztály, Kutatási és Fizikai Orvosi és Rehabilitációs Osztályok, Interdiszciplináris Mozgásszervi Képzési és Kutatási Központ, Floridai Egyetem, Gainesville, FL

Cong Chen

Marybeth Horodyski

Kevin R. Vincent

Heather K. Vincent

Kutatási részleg, UF Ortopédiai és Sportorvosi Intézet, Floridai Egyetem, PO Box 112727, Gainesville, FL 32611

Absztrakt

Célkitűzés

A túlsúlyos és egészséges testsúlyú futók közötti kinematikai, kardiopulmonális és metabolikus válaszok különbségeinek meghatározása önállóan kiválasztott és normál futási sebesség mellett.

Tervezés

Összehasonlító leíró vizsgálat.

Beállítás

Felsőoktatási intézmény, egyetemhez kapcsolódó kutatólaboratórium.

Résztvevők

A túlsúlyos (n = 21) futókat egészséges testsúlyú (n = 42) futókkal párosították.

Mód

A résztvevők saját maguk által kiválasztott és szabványos sebességgel (13,6 km/h) futottak. A sagittalis sík ízület kinematikáját kardiopulmonális és metabolikus mérésekkel egyidejűleg rögzítettük mozgásrögzítő rendszer és hordozható gázanalizátor alkalmazásával.

Fő eredménymérések

Térközti paraméterek (ütem, lépcső szélessége és hossza, a súlypont elmozdulása, állási idő) ízületi kinematika, oxigénköltség, pulzus, szellőzés és energiafelhasználás.

Eredmények

Az önállóan kiválasztott sebességnél a túlsúlyos egyedek lassabban futottak (8,5 ± 1,3 versus 10,0 ± 1,6 km/h), és lassabb volt a kadenciájuk (163 versus 169 lépés/perc; P 2. A futók csoportját 2 egészséges testsúlyú futó azonosítására szűrték) A résztvevőket a BMI értékek alapján rétegeztük a tanulmányi eredmények statisztikai elemzéséhez.

Demográfiai adatok és futási előzmények

Elkészült egy elektronikus egészségügyi és edzéstörténeti felmérés a demográfiai adatok, a társbetegségek, a korábbi sérülések és a futási tapasztalatok önjelentésére. További információk a futóversenyek önosztályozása (elit, rekreációs verseny, rekreációs, középiskolai vagy főiskolai versenyek). A részletes futási előzményeket ezen az elektronikus nyilvántartáson dokumentálták, és tartalmazta az előnyben részesített edzőfelületet, az átlagos heti futótávot, a hosszú futások átlagos távolságát, a sebességi munkában való részvételt és gyakoriságát, valamint a jelenlegi futócipőket. A vizsgálati munkamenet során viselt futócipő jellemzőit rögzítettük (súly és saroktól talpig csökkenés [a saroktól a lábujjig terjedő magasságkülönbség]), figyelembe véve azokat a potenciális változásokat, amelyek befolyásolhatják a kinematikai paramétereket. E történetek célja annak biztosítása volt, hogy a résztvevők viszonylag jól illeszkedjenek több olyan tényezőhöz, amelyek potenciálisan megzavarhatják az elemzéseket.

Test felépítés

A testösszetétel méréseit levegő pletizmográfiával (BOD POD; Life Measurement Inc, Concord, CA alkalmazásával) gyűjtöttük. Ez a módszer megbízható technika a test térfogatának és összetételének mérésére, és szoros összefüggésben van a víz alatti mérés aranyszínvonalával [16]. Megállapítottuk a zsír- és a sovány tömeg százalékos arányát, és kiszámítottuk a test zsír- és sovány tömegét.

Kísérleti protokoll

A résztvevők futópad futási protokollt hajtottak végre egyetlen laboratóriumi ülésen. A 3 perces statikus pihenőidő lehetővé tette a szív- és tüdő- és anyagcsere-adatok rögzítését futás előtt. 5 perces akklimatizációs időszak alatt a résztvevők a futópadon jártak. Ezután a futópad sebességét a résztvevők saját maga által kiválasztott hosszú távú futási tempójához növelték. A résztvevők 10 percig futottak. Ezután mindegyik résztvevő standardizált 13,6 km/h sebességgel futott 1 percig [17]. Ez a szabványos sebesség a szabadidős futók által korábban tesztelt sebesség tartományán belül van [17,18]. Az ön által kiválasztott futási sebességet a futási kinetika és kinematika korábbi tanulmányaiban [19] alkalmazták, hogy képviseljék az egyes résztvevők jellemző hosszútávú edzési ütemét [20]. Az előző munkához hasonlóan a 2 menetsebesség sorrendje inkább növekményes volt, mintsem gyakorlati okokból randomizált [18]. A futópad minőségét mindkét sebességnél 0 ° -on tartották. A többszörös összehasonlítás együtthatóját a hasonló tesztelési protokollok esetében dokumentálták, 0,706 és 0,989 között, a tesztelt kinematikai változók esetében [21].

Adatgyűjtés

Nagy sebességű, 12 kamerás, optikai mozgáselemző rendszert (Motion Analysis Corp, Santa Rosa, Kalifornia) használtunk mozgásértékek összegyűjtésére az egyes futási sebességek utolsó 30 másodpercében annak biztosítására, hogy a futó egyenletes mozgásmintát érjen el adatrögzítés. Egy nagy sebességű kamera 200 Hz-es mintavételi frekvenciával rögzítette a mozgást a szagittális és frontális síkból. A fényvisszaverő markereket az anatómiai tereptárgyakra és a testszegmensekre alkalmazták egy módosított Helen Hayes Markers Set segítségével [22]. A statikus kalibrációs vizsgálatokhoz kétoldalasan helyeztünk markert az acromion folyamatokra, a tricepszre, az oldalsó könyökre, az alkarra, a csuklóra, a hátsó felső csípőgerincre, az elülső felső csípőgerincre, az elülső combra, a combcsont mediális és laterális kondíliájára, a sípcsont tuberozitására, a mediálisra. és laterális malleoli, calcaneus, az ötödik lábközép fejéhez oldalirányú és mediális a hallux tövéhez. A jobb oldali lapocka alsó szögre eltolási markert helyeztek el (1. ábra). A futópróbákhoz eltávolítottuk a mediális térd- és bokajelzőket.

A frontális és a sagittális síkban nézett kinematikai, tér-időbeli és anyagcsere-mérések beállítása. A kábelköteg metabolikus eszköze egy K4b 2 egység (COSMed, Róma, Olaszország).

Kinematika és térbeli időparaméterek

A boka, a térd, a csípő és a medence közös mozgástartománya (ROM) képviselte az ízület szögletörését a sagittális síkban 1 járási ciklus alatt (hajlító/meghosszabbító mozgás a boka, térd és csípő esetében). Kiszámították az elülső medence dőlésének változását egy járási ciklus során is. Az elülső és a hátsó felső csípőcsigolya markerekből medence szegmenst hoztunk létre, és az elülső tájolást a vízszinteshez viszonyítva 0 ° -os elülső dőlésértékként fejeztük ki. Az elülső dőlés maximális és minimális értékének különbsége a teljes dönthető ROM volt. Az egyes ízületek ROM-jait bemutatjuk, mivel ezek a teljes járási ciklus alatt elért teljes mozgást mutatják be, nem pedig a diszkrét járási ciklus időpontjain elért szögeket használva [23]. A forgalomban kapható szoftverek segítségével (Visual3D; C-motion, Inc., Germantown, MD) kiszámítottuk az ütemet, a súlypont elmozdulását, a lépés hosszát, a lépés szélességét és a ROM-ot a sagittális síkban. A COG-t a test becsült szegmentális tömegének és hosszának felhasználásával számoltuk, a szegmentális tömeg kiigazításával, de Leva leírása szerint [24]. Minden futó csontmodelljét állítottuk elő az egyéni COG-hellyel.

Kardiopulmonális és anyagcsere mérések

A testtömegre és a távolságra eső futás energiaköltségét a korábban leírtak szerint határoztuk meg: Bruttó energiaköltség (J/kg * m) = (az energiafogyasztás mértéke J * percben)/(testtömeg kg-ban) * (futási sebesség méter/perc), és a nettó energiaköltséget a nyugalmi álló energia költségének az edzés energiaköltségéből való levonásával vezették le [26,27].

Statisztikai analízis

Az adatokat a REDCap (Research Electronic Data Capture) segítségével kezeltük [28]. A statisztikai elemzéseket a Social Sciences Statistics Package (v. 22.0; IBM SPSS, Armonk, NY) felhasználásával végeztük. Az adatokat átlag ± standard eltérésekként (SD) vagy a vizsgálati csoportok százalékában fejezzük ki. Leíró statisztikákat és gyakoriságokat kaptunk a 2 csoport jellemzésére kategorikus változókra χ 2, a folyamatos változókra Mann-Whitney U tesztekkel. Kolmogorov-Smirnov teszt feltárta a résztvevők jellemzőinek normalitását, a kardiopulmonáris intézkedéseket, az anyagcsere-változókat, a sagittális sík kinematikáját és a térbeli időbeli paramétereket. Az egyenlőtlen mintanagyság, a kurtosis és a kinematikus ROM változók ferdesége miatt nemparametrikus Mann-Whitney U teszteket használtunk annak megállapítására, hogy léteznek-e különbségek a csoportok között. A vizsgált csoport a független változó (túlsúly és egészséges testsúly), a kardiopulmonáris, metabolikus és kinematikai változók voltak a függő változók (HR, az energiafogyasztás mértéke, (V 2 O 2), Ve, térbeli időbeli paraméterek és közös ROM értékek. ).

Az értékek átlag ± szórás vagy a csoport százalékos aránya.

BMI = testtömeg-index; Saroktól talpig esés = magasságkülönbség saroktól talpig.

A futás járásának térbeli időbeli paraméterei

Az értékek átlag szórás.

COG = a súlypont elmozdulása.

A futó járás kinematikai paraméterei

Az értékek átlag szórás.

ROM = mozgástartomány (a boka, a térd és a csípő, valamint a medence maximális és minimális szöge közötti különbség a járási ciklus alatt).

Kardiopulmonális és metabolikus válaszok

Az értékek átlag szórás.

LBM = sovány testtömeg; V ˙ O 2 = oxigénfogyasztás mértéke; Ve = perc szellőzés.

Vita

A tanulmány újszerű megállapításai szerint az edzett túlsúlyos futók inkább lassabb sebességgel futnak, ami kevesebb COG függőleges elmozduláshoz és a sagittális sík ROM-kitöréséhez kapcsolódik az alsó test ízületeiben, saját maguk választott sebességgel. Sőt, az energiaköltség és a Ve magasabb volt a túlsúlyos futóknál a standardizált sebességnél, az egészséges testsúlyú futókhoz képest. Viszonylag gyorsabb szabványos sebesség mellett azonban a túlsúlyos futók az alsó végtag kinematikájával képesek futni, hasonlóan az egészséges testsúlyú futókéhoz. Ezek az eredmények részben egyetértenek hipotéziseinkkel, amelyek azt mutatják, hogy a túlsúlyos futók hasonló sagittális és frontális síkbeli közös ROM-kirándulásokat érhetnek el. Ezek az adatok arra utalnak, hogy a képzett túlsúlyos egyének inkább olyan mozgásstratégiákat modulálnak, amelyek kontrollálják a futás anyagcseréjét [29] és potenciálisan csökkentik az együttes erőket [29,30]. Az általános futó olyan mértékben modulálja a mozgást, hogy kezelje az energiaköltségeket és az észlelt kényelmet. Ez a moduláció azonban különösen fontos azoknak az egyéneknek, akik további mechanikai kihívásokkal járnak (pl. Nehéz végtagszakaszok, hasi átmérő és magasabb ízületi nyomatékok) a testmozgás kényelmének növelése és az ízületi stressz hosszú távú minimalizálása érdekében.

Adataink arra utalhatnak, hogy a túlsúlyos személyek olyan futási stratégiát alkalmaznak, amely a legkényelmesebb és relatív energiaköltsége hasonló az egészséges testsúlyú emberekéhez. Fontos, hogy a túlsúlyos futók 1,5 km/h-s futási sebességet választottak lassabban, mint az egészséges súlykontrollok. Mindkét csoport azonban olyan ütemben futott, amely hasonló szellőztetési sebességet, pulzusszámot és intenzitást eredményezett, ami az életkor által előre jelzett maximális HR-értékük 85% -ának és 82% -ának felel meg. Az egyik értelmezés az a felismerés, hogy ezek a túlsúlyos futók egyszerűen lassabb futók voltak. Egy másik valószínű lehetőség, hogy a lassabb sebesség lehetővé tette a közös igénybevételek önszabályozását a testmozgás részvételével hosszú távon. A gyaloglás tanulmányai során az adipozitás hátrányosan befolyásolja a térdhajlítási és meghosszabbítási sebességeket [39], és csökkenti a térdhajlítás-meghosszabbítás mozgástartományát a járási ciklus alatt [40]. A járás közbeni kismedence elülső dőlése szintén túlzó az elhízással [40]. Browning és Kram [30] azt feltételezték, hogy a lassabb járási sebesség elfogadása csökkentheti a térdízület túlzott momentumait. A túlsúly befolyásolja a járási szokásokat azáltal, hogy csökkenti a térd ROM kirándulását [41], növeli a kismedence ferdeségét [38] és lerövidíti a lépéshosszakat [29].

Ezek a kollektív mozgási stratégiák másokkal kombinálva maximalizálhatják a futás dinamikus stabilitását. Például az összes test alsó ízületében kevesebb szagittális ROM fordult elő, és a COG szélesebb lépcsőszélessége és kisebb függőleges elmozdulása stabilizálja a leszállást minden járási ciklusban azáltal, hogy megkönnyíti a támasz szélesebb alapjának és a lábcsapásnak a COG-vel való függőleges irányba történő közelítését. További vizsgálatokra van szükség annak megállapításához, hogy ezek a tér-időbeli és kinematikus futási jellemzők csillapíthatják-e a földi reakcióerőket és az ízületi momentumokat. Még nem világos, hogy az egyes tér-időbeli tényezők, például a lépéshossz, a szélesség, a kadencia vagy a tartási idő módosítása hogyan változtatná meg az alsó végtag kinetikáját, az anyagcsere-reakciókat és az energiaköltségeket. Ezek az információk azonban nagyon értékesek lennének a biztonságos futási programok kidolgozásában a túlsúlyos futók számára.

Jelen eredmények egyetértenek az elhízott egyének akut testmozgási reakcióinak korábbi tanulmányaival. Az elhízott embereknél magasabb volt a pulzusszám és az anyagcsere-válaszok, mint az egészséges testsúlyúaknál, ugyanabban a gyalogos vagy kerékpáros testmozgásban [42,43]. Egy másik tanulmányban a nem tesztelt elhízott felnőttek, akik a szokásos teszttávolságra kocogtak, 31% -kal több energiát költöttek, mint nem elhízott társaik [12]. Itt a túlsúlyos futók nagyobb Ve és energiaköltséget mutattak a viszonylag magasabb standardizált futási sebesség mellett, mint az egészséges testsúlyú futók. A különböző BMI értékű személyek körében végzett futáshoz szükséges kardiopulmonáris alkalmazkodás időbeli lefolyását és nagyságát meghatározó jövőbeni edzéskutatások segítenek tisztázni a kardiopulmonáris rendszerre gyakorolt edzéshatásokat és az energiafelhasználást.

Korlátozások és erősségek

Következtetések

A túlsúlyos futók lassabb, önállóan választott sebességeket és járási stratégiákat alkalmazhatnak az energiafelhasználás minimalizálása és az ízületi stressz csökkentése érdekében. Kinematikai és anyagcsere szempontból a túlsúlyos személyek, akik rendszeresen részt vesznek a mérsékelt vagy erőteljes futásban, ugyanolyan képesek, mint az egészséges testsúlyúak, normál sebességgel futni.

Köszönetnyilvánítás

A szerzők köszönetet mondanak Amanda S. Stevensonnak és Cindy Monterónak az adatgyűjtésben nyújtott segítségért. Ezt a munkát az Interdiszciplináris Mozgásszervi Képzési és Kutatási Központ (ICMTR) támogatta.