Biomechanical analysis of gait waveform data: exploring differences between shod and barefoot running in habitually shod runners

Gait & Posture 58 · August 2017

Abstract

The aim of this study was to utilise one-dimensional statistical parametric mapping to compare differences between biomechanical and electromyographical waveforms in runners when running in barefoot or shod conditions. Fifty habitually shod runners were assessed during overground running at their current 10-km race running speed. Electromyography, kinematics and ground reaction forces were collected during these running trials. Joint kinetics were calculated using inverse dynamics. One-dimensional statistical parametric mapping one sample t-test was conducted to assess differences over an entire gait cycle on the variables of interest when barefoot or shod (p<0.05). Only sagittal plane differences were found between barefoot and shod conditions at the knee during late stance (18-23% of the gait cycle) and swing phase (74-90%); at the ankle early stance (0-6%), mid-stance (28-38%) and swing phase (81-100%). Differences in sagittal plane moments were also found at the ankle during early stance (2, 4-5%) and knee during early stance (5-11%). Condition differences were also found in vertical ground reaction force during early stance between (3-10%). An acute bout of barefoot running in habitual shod runners invokes temporal differences throughout the gait cycle. Specifically, a co-ordinative responses between the knee and ankle joint in the sagittal plane with a delay in the impact transient peak; onset of the knee extension and ankle plantarflexion moment in the shod compared to barefoot condition was found. This appears to affect the delay in knee extension and ankle plantarflexion during late stance. This study provides a glimpse into the co-ordination of the lower limb when running in differing footwear.

本研究の目的は、裸足または裸足の状態で走っているときのランナーの生体力学的波形と筋電図波形の間の違いを比較するために一次元統計的パラメトリックマッピングを利用することでした。地上走行中に現在の10kmのレース速度で50人の常習的な走者が評価された。これらのランニングトライアル中に、筋電図検査、運動学および床反力が収集されました。関節動態は逆動力学を用いて計算した。一次元統計的パラメトリックマッピング一標本t検定を行って、裸足または裸足時の対象となる変数についての歩行サイクル全体にわたる差異を評価した（p <0.05）。後期姿勢（歩行周期の１８〜２３％）およびスイング段階（７４〜９０％）の間、膝の裸足状態と打撃状態との間には矢状面の違いのみが見られた。足首早期スタンス（0-6％）、ミッドスタンス（28-38％）およびスイングフェーズ（81-100％）で。矢状面モーメントの違いは、初期姿勢の間の足首（２、４〜５％）および早期姿勢の間の膝（５〜１１％）においても見られた。初期姿勢時の垂直地盤反力には（3〜10％）の間で条件の違いも見られた。習慣的な打撃ランナーで走る素足の激しい発作は、歩行周期を通して時間的な違いを呼び起こします。具体的には、衝撃過渡ピークにおける遅延を伴う、矢状面における膝関節と足首関節との間の協調的応答。裸足の状態と比較して、膝の伸展および足首の足底屈モーメントの発生が見られた。これは、遅発性姿勢の間の膝伸展および足首足底屈の遅延に影響を及ぼすように思われる。この研究では、異なる履物を履いて走っているときの下肢の調整を垣間見ることができます。