Straight arm walking, bent arm running: gait-specific elbow angles.

原文未入手

J Exp Biol. 2019 Jul 9;222(Pt 13).

doi: 10.1242/jeb.197228.

Abstract

Stereotypically, walking and running gaits in humans exhibit different arm swing behavior: during　

walking, the arm is kept mostly straight, while during running, the arm is bent at the elbow. The mechanism for this behavioral difference has not been explored before. We hypothesized that a mechanical tradeoff exists between the shoulder joint and the elbow joint. Bending the elbow reduces the radius of gyration of the arm and reduces shoulder muscle torque, but at the price of increasing elbow torque. We predicted that the mechanical tradeoff would result in energetics that favored straight arms during walking and bent arms during running. The hypothesis was tested experimentally by having eight subjects walk and run with both straight arms and bent arms while recording arm swing mechanics, and oxygen consumption in a subset of six subjects. The mechanical tradeoff hypothesis was confirmed, with bent arms reducing normalized shoulder muscle torque in both gaits (walking: -33%, running: -32%) and increasing normalized elbow muscle torque in both gaits (walking: +110%, running: +30%). Bent arms increased oxygen consumption by 11% when walking, supporting our prediction that energetics favor straight arms during walking. However, oxygen consumption was equivalent for the straight and bent arm running conditions, and did not support our running prediction. We conclude that straight arms are stereotyped in walking as a result of optimal energetics, while the mechanism leading to bent arms during running remains unknown.

ステレオタイプに言うと、人間の歩行と走行の歩容は異なる腕の振る舞いをします。歩行中、腕はほぼまっすぐに保たれますが、走行中、腕は肘で曲げられます。この行動の違いのメカニズムはこれまでに調べられていません。肩関節と肘関節の間には機械的なトレードオフが存在すると仮説を立てました。肘を曲げると腕の回転半径が小さくなり、肩の筋肉のトルクが下がりますが、肘のトルクが上がるという代償があります。我々は、機械的なトレードオフが、ウォーキング中のストレートアームとランニング中のベントアームを支持するエネルギー論をもたらすと予測した。腕のスウィング力学、および6人の被験者のサブセットにおける酸素消費量を記録しながら、8人の被験者にまっすぐな腕と曲がった腕の両方で歩いて走らせることによって、仮説を実験的にテストした。機械的なトレードオフ仮説が確認され、両腕で屈曲した腕は正規化された肩筋トルクを減少させた（歩行：-33％、走行：-32％）。そして両方の歩容において正規化された肘筋トルクを増加させる（歩行：+110%、ランニング：+30%）。腕を曲げると、歩くときに酸素消費量が11％増加しました。これは、エネルギー学は歩行中にまっすぐな腕を支持するという我々の予測を裏付けています。しかし、酸素消費量は、肘伸展および肘屈曲の走行条件と同等であり、走行予測を裏付けるものではありませんでした。ランニング中に腕が曲がる原因となるメカニズムは不明のまま、まっすぐな腕は最適なエネルギー論の結果として歩くことにおいてステレオタイプであると我々は結論する。