The effect of footwear on postural control in bipedal quiet stance

Footwear Science, 4, 115-122.

June 2012

DOI: 10.1080/19424280.2012.666270

Peter Andreas Federolf

Abstract and figures

Assessments of the occurrence of falls in elderly populations reported an increased risk when barefoot as compared to shod conditions, suggesting that footwear has an effect on the postural control system. However, the results of studies analysing static stability in laboratory tests by evaluating the centre of pressure (COP) excursion are inconsistent. The purpose of this study was therefore to investigate the effects of footwear on the postural control system by quantitatively assessing the postural movements executed during quiet stance. The postural movements of 29 subjects were recorded using a standard marker-based motion analysis system. Three footwear conditions were tested: barefoot, a casual athletic shoe and so-called unstable shoes. One-dimensional (1D) principal movement (PM) components were determined by performing a principal component analysis (PCA) on the posture vectors consisting of the 3D coordinates of all markers. The relative contribution of the first five PMs to the entire postural movement, their range of motion and their persistence (detrended fluctuation analysis, DFA) were determined. Repeated-measures analyses of variance (ANOVAs) revealed significant differences between all three shoe conditions. Specifically, when standing in unstable as compared to the normal shoes it was found that higher-order principal components contributed less to the entire movement, that the range of motion in all five PMs was substantially increased, and that the persistence was higher in the first two PMs. When comparing barefoot to normal shoes, it was found that in barefoot standing higher-order principal components contributed less to the entire movement and the persistence was increased in the first and decreased in the third principal component. These results demonstrate that a direct analysis of postural movements reveals additional information about the effect of footwear that is not available from COP measurements.

抄録および図

高齢者の転倒発生の評価では、裸足時のリスクが高いことが報告されています。これは、履物が姿勢制御システムに影響を与えることを示唆しています。しかし、圧力の中心（COP）エクスカーションを評価することによって実験室試験で静的安定性を分析する研究の結果は矛盾しています。したがって、本研究の目的は、静かな姿勢の間に実行された姿勢の動きを定量的に評価することによって、姿勢制御システムに対する履物の影響を調査することであった。 29人の被験者の姿勢の動きを、標準的なマーカーベースの運動分析システムを使用して記録した。 ３つの履物条件が試験された：素足、カジュアルな運動靴およびいわゆる不安定靴。一次元（１Ｄ）主成分移動（ＰＭ）成分は、全てのマーカーの３Ｄ座標からなる姿勢ベクトルに対して主成分分析（ＰＣＡ）を実行することによって決定された。最初の5人のPMの姿勢運動全体に対する相対的な寄与、それらの可動域およびそれらの持続性（傾向変動分析、DFA）を決定した。反復測定分散分析（ANOVA）は、3つすべての靴の状態の間に有意差があることを明らかにした。具体的には、通常の靴と比較して不安定な状態で立っているとき、高次主成分が全体の動きにあまり寄与していないこと、5つすべてのPMの可動範囲が大幅に増加していること、午後2時裸足を通常の靴と比較すると、裸足で立っていると高次主成分が全体の動きにあまり寄与せず、持続性は最初の要素で増加し、3番目の要素で減少することがわかりました。これらの結果は、姿勢の動きを直接分析したところ、COPの測定値からは得られない履物の影響に関する追加の情報が明らかになったことを示しています。