The effect of changes in foot sensation on plantar pressure and muscle activity
Clinical Biomechanics (Bristol, Avon), 16(9), 719–727.
DOI: 10.1016/S0268-0033(01)00090-0
Relevance
It is suggested that sensory feedback from the foot is important in the maintenance of normal gait patterns. An understanding of the interaction between the sensory–motor systems may lead to advances in the clinical assessment of subjects with gait disorders. Altering sensory input, by changing shoe, orthotic, and/or surface constructions, may be a method by which abnormal gait patterns can be treated.
はだし歩行の有用性を間接的に示唆するかもjunkaneko.icon
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Objective. Purpose was (a) to quantify changes that occur in plantar pressure following attenuation of sensory input from the plantar surface of the foot, and (b) to quantify the resultant changes in motor output as measured by the changes of muscular activation. Design. Cross-sectional design in a laboratory setting. Background. The importance of afferent feedback to controlling gait has been demonstrated in quasi-static situations, and with animal models. However, the effects and functional significance of sensory feedback from cutaneous receptors in the plantar surface of the foot during walking are still not resolved. Methods. Sensory thresholds were deter-mined for the plantar surface of the foot. Sensory feedback was reduced with an ice intervention. Three altered sensory states were tested: whole foot, forefoot and rearfoot ice exposure. Plantar pressure distributions and lower extremity muscle patterns were collected while walking before and after ice exposure. Results. Exposure to ice increased vibration thresholds to low and high frequency vibrations. Peak pressure and pressure-time integral were significantly higher in areas of normal sensitivity and lower at the insensate areas. The center of pressure underfoot shifted away from areas of decreased sensitivity when sensory input is reduced from a portion of the foot. Muscle patterns were significantly altered when sensory feedback was changed. Conclusions. By altering sensory feedback, one can alter gait kinetics and muscular activation patterns. Cutaneous feedback is important in the regulation and modification of gait patterns, and sensory input needs to be included in any model that attempts to predict motion. 目的。目的は、（a）足の足底面からの感覚入力の減衰に続く足底圧の変化を定量化すること、および（b）筋活性の変化によって測定される運動出力の結果として生じる変化を定量化することでした。設計。実験室環境での断面設計。バックグラウンド。歩行の制御に対する求心性フィードバックの重要性は、準静的な状況および動物モデルで実証されています。しかし、歩行中の足の足底表面の皮膚受容体からの感覚フィードバックの効果と機能的意義はまだ解決されていません。メソッド。足底表面の感覚閾値を決定しました。感覚フィードバックは、氷の介入により減少しました。 3つの変化した感覚状態がテストされました：足全体、前足、および後足の氷の露出。氷への暴露の前後に歩行中に足底圧分布と下肢の筋肉パターンを収集した。結果。氷への曝露は、低周波および高周波振動に対する振動閾値を増加させました。ピーク圧力と圧力時間積分は、通常の感度の領域で有意に高く、無感覚領域で低くなりました。足の一部からの感覚入力が減少すると、足の裏の圧力の中心は、感度が低下した領域から移動しました。感覚フィードバックが変更されると、筋肉パターンが大幅に変更されました。結論。感覚フィードバックを変更することにより、歩行速度と筋肉の活性化パターンを変更できます。皮膚フィードバックは、歩行パターンの調節と修正において重要であり、運動を予測しようとするモデルには感覚入力を含める必要があります。 Keywords:
intro
歩行、靴、および装具の分野の研究は、主に機械的および筋肉の測定に焦点を合わせています。このアプローチは、フットウェアの介入が歩行パターンを変化させる可能性があるかどうか、およびその方法に関する知識の拡大において、限られた成功しか収めていません(1,2]。機械的歩行モデルでは、さまざまな履物条件に対する被験者固有の反応を予測できません。足元の異なる状態が体の制御システムに与える影響は、広く研究されておらず、不明のままです。
中枢神経系（CNS）は、下肢の筋肉および皮膚受容体からの感覚入力に依存して、人間の姿勢と運動に対する有効な運動パターンを生成します。これらの受容体から生じるフィードバックは、足の足底表面の負荷、関節運動学、および圧力分布に関する情報の一定のソースを提供します。 CNSは、静的および動的なバランス制御、および一般的な運動タスクの制御のために、この情報を意識的および無意識的に使用します。ただし、これらの各入力の人間の移動への相対的な寄与についてはまだ議論されています。
一般に、足が身体と外部環境の間の直接的な最初の接触点であるため、足の皮膚受容体から生じる感覚フィードバックは、正常な歩行パターンの調節において役割を果たさなければなりません。皮膚受容体からの多シナプス反射は、70〜110ミリ秒の潜時で運動出力を変更することがあります（3,4）。これらの反射は、動物（5]およびヒト（6）のステップサイクルの異なる時点で可逆的であり、使用されますこれらの受容体からの情報は、より高い認知センターにも渡され（7）、後続のステップの計画に使用される可能性があります（8）。
最近、人間の歩行運動学への皮膚入力の効果がより注目されています。皮膚神経刺激後の筋肉活動と歩行運動学の結果の変化との間に相関関係があります（8）。さまざまな皮膚足受容体からの位置固有の情報も、筋肉活動と歩行運動学に異なる影響を及ぼしました（4）。皮膚の求心性入力は、通常、足の異なる領域を神経支配する神経の急速な刺激により感覚信号を増加させることによって決定されます。しかし、足の受容体からのフィードバックの減少は歩行異常の一因になる可能性が示唆されています（9 ]。正常なヒト被験者の歩行中の足の足底表面からの感覚低下の効果は明確ではありません。
したがって、この研究の目的は、a）足の足底表面の感覚を変えるときに生じる足底圧の変化を調べること、およびb）変化した感覚状態で生じる運動出力の差を調べることでした。感覚の変化i）足底圧の有意な変化があると仮定されました。 ii）圧力の中心CoP）が感度の低下した領域から遠ざかり、iii）筋肉パターンが異なる感覚条件下で変化すること。
Discussion
Conclusion
足の選択された領域への感覚フィードバックを変更することにより、足底圧と筋の活性化パターンを修正できます。 足の一部から感覚フィードバックが抑制されると、CoPは歩行の立脚期に感度の高い領域に向かう方向にシフトします。 これは、足の感覚部位と非感覚部位でのピーク圧力と圧力時間積分の変化に反映されます。 筋活動は、感覚入力が変更されたときにも影響を受け、足元の負荷の増加または減少に対する反応である可能性があります。 これらの結果は、足の足底の求心性神経からの感覚入力が歩行パターンの修正に重要であり、運動入力を予測しようとするモデルに感覚入力を含める必要があるという仮説をさらに支持します。 これは、足への感覚入力を操作することにより、筋肉、ひいては歩行パターンを変更できる可能性につながります。