Механизм обувницы 3 х секционный: Механизм обувницы металический двухуровневый: продажа, цена в Москве. комплектующие для мебели, общее от «МЕБЕЛЬ-КОМПЛЕКТ»

Соберите все материалы перед занятием и позвольте учащимся выбирать из предварительно выбранных материалов в процессе разработки.В качестве альтернативы, попросите учащихся составить список материалов в рамках установленного бюджета после исследовательской фазы процесса проектирования и купить именно то, что они просят. Материалы можно приобрести в магазинах скобяных изделий, канцелярских товаров и тканей / товаров для рукоделия.

Примечание: Для этого задания можно использовать бесконечное количество материалов. Чем шире выбор доступных материалов, тем более продуманным и креативным может быть дизайн обуви для учащихся. Не стесняйтесь добавлять к списку материалов все, что будет интересно или полезно.Другие дополнительные материалы могут включать: пробку, пену, молнии и т. Д.

Каждой группе необходимо:

• Пенопласт, размер 8 дюймов x 11 дюймов (20 см x 28 см) (продается в магазинах бытовой техники и канцелярских товаров)
• тонкие резиновые листы, размер 7 дюймов x 11 дюймов x 0,25 дюйма (18 см x 28 см x 0,64 см) (см. Раздел сантехники в строительном магазине)
• Гибкая плоская металлическая полоса для поддержки подошвы на высоком каблуке, 1 дюйм x 6 дюймов x 0,1 дюйма (2,5 см x 15 см x 0,25 см)
• деревянные дюбели для каблука обуви, 1-3 дюйма (2.5 см — 7,6 см), различной толщины
• Петли ½ дюйма (1,27 см)
• материал для корпуса обуви (ищите в ворохе обрезков магазина тканей)
• шнурки для обуви
• пряжки
• застежка для пуговиц
• липучка
• крепеж прочие виды
• Бумага и карандаши для мясных блоков для мозгового штурма и создания эскизов
• Рабочий лист статических сил, по два на группу

На долю всего класса:

• ножницы
• иглы и нитки
• изолента
• эпоксидная
• резиновый клей
• термоклеевой пистолет и клеевые стержни
• отвертки и шурупы
• дрель
• (опционально) компьютер с программой CAD
• (опция) видеокамера для съемок групповой 30-секундной рекламы обуви

Рабочие листы и приложения

Больше подобной программы

Учащиеся изучают основы физики ходьбы, а также проектируют и конструируют обувь, подходящую для разных походок. Они связаны с давлением, силой и импульсом, поскольку они связаны с обувью, ходьбой и бегом.Студенты узнают о механике ходьбы, дизайне обуви и распространенных мисалах походки …

Во время этого упражнения ученики смотрят на свои собственные следы и определяют, есть ли у них одно из двух наиболее заметных смещений походки: гиперпронация (сворачивание арок) или супинация (высокие своды).

Студенты используют процесс инженерного проектирования для решения реальной проблемы — инженерии обуви! Работая небольшими командами, они проектируют, изготавливают и тестируют пару носимых платформ или туфель на высоком каблуке, принимая во внимание силы напряжения и деформации, с которыми они столкнутся со стороны владельца обуви.

Студенты знакомятся с протезированием — историей, назначением и преимуществами, основными компонентами, основными типами, материалами, методами контроля, современными примерами — включая современные материалы, используемые для изготовления запасных частей тела, и соображения инженерного дизайна для разработки протезов.Они узнают, как инженеры и …

Введение / Мотивация

Сколько у вас пар обуви? Не могли бы вы назвать несколько типов обуви, которые у вас есть? (Послушайте описания учеников.) Разве не было бы неплохо, если бы пара классических туфель на каблуке могла использоваться как пара кроссовок? Вы можете носить в школу хорошую пару кроссовок, и тогда вам не нужно будет брать с собой дополнительную пару кроссовок для спортзала.Это уменьшит количество места в шкафу, необходимое для вашей обуви, в два раза.

Создание обуви — сложный процесс, в ходе которого необходимо учитывать несколько факторов. Например, при ходьбе каблук-шпилька оказывает большее давление на землю, чем при ходьбе слона! Кроме того, пятка испытывает сильный крутящий момент во время фазы удара пяткой во время шага. Обувь на высоком каблуке должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать эти силы, а также обеспечивать поддержку стопы, поскольку стопа никогда не касается земли сразу.Обычно требуется жесткая подошва для поддержания формы обуви и предотвращения разрушения свода стопы и всей обуви во время фазы среднего шага.

С другой стороны, кроссовки должны выдерживать удары о землю каждый раз, когда бегун делает шаг, и они должны делать это без скольжения, чтобы бегун мог продвигаться вперед. Кроссовки должны обеспечивать достаточную опору для стопы и предотвращения травм, но при этом быть достаточно гибкими, чтобы ступня могла сгибаться при шаге.

Что бы произошло, если бы владелец обуви получил травму колена из-за высоких или сужающихся сводов стопы? Ортопедические приспособления часто используются для исправления распространенных смещений походки, вызванных гиперпронацией (иногда называемой сужающимися дугами) или супинацией (иногда известной как высокие дуги). Ортопедические приспособления могут быть спроектированы и помещены в обувь, чтобы создать прямую линию между лодыжкой, коленом и бедром человека, исправляя многие распространенные травмы колена и стопы.

Можно ли создать обувь, которая преобразует эти две очень разные функции, исправляя перекос в походке? Это наш инженерный проект.Приступим к проектированию.

Процедура

Фон

Это бессрочное действие может быть выполнено за несколько часов или продлено гораздо дольше. Важно иметь несколько промежуточных этапов, к которым студенты должны стремиться в процессе инженерного проектирования, чтобы гарантировать прогресс. Этапы процесса инженерного проектирования. Авторское право

Copyright © TeachEngineering.org. Все права защищены.

Процесс инженерного проектирования

Процесс инженерного проектирования (иногда называемый циклом инженерного проектирования) — это набор шагов, которые инженеры используют для проектирования и создания продукта.Для этого проекта шаги следующие:

1. Задайте вопрос: определите необходимость и ограничение: Обувь на высоком каблуке — это социальная норма, но у тех, кто ее носит, возникают многие проблемы со спиной, коленями и лодыжками. Если обувь на высоком каблуке можно было легко преобразовать в обувь без каблука, то владелец мог бы переключаться между двумя стилями, когда это необходимо (например, при вождении автомобиля), повышая комфорт и уменьшая травмы стопы. обувь на высоком каблуке нарушает положение ног и не должна использоваться в течение длительного периода времени.
2. Изучите проблему: Соберите информацию: Некоторые моменты, которые следует учитывать: Кто-нибудь еще сделал «трансформируемую обувь»? Какое количество набивки необходимо для поддержки спортивной обуви? Как набивка распределяется по подошве спортивной обуви? Насколько высока каблук, чтобы не вызвать проблем со здоровьем? Имеет ли значение форма носка обуви?
3. Представьте себе возможные решения: Сгенерируйте концепции: на этом этапе мозгового штурма все идеи являются хорошими идеями.Поощряйте безумные идеи. Не осуждайте идеи (на данном этапе). Запишите все идеи. Например, способы превратить обувь с высокой пятки в спортивную могут включать: каблук, который можно повернуть под обувь и убрать, каблук, который можно полностью снять, и каблук, который может телескопироваться внутрь себя. Это всего лишь несколько идей.
4. План: выберите наиболее многообещающую концепцию: Выберите наиболее многообещающую концепцию: Каждый проект имеет определенные ограничения. Этот проект ограничен материалами, временем и людьми.Наиболее перспективное решение удовлетворяет всем требованиям при работе в рамках ограничений.
5. Создать прототип: Прототип — это рабочая версия конечного продукта. Он используется для демонстрации концепции и для этого проекта будет конечным конечным продуктом. Прототипы в дальнейшем используются в качестве модели для производства конечного продукта.
6. Протестируйте и оцените прототип: Прототип должен соответствовать требованиям, установленным в начале проекта.В этом случае обувь должна быть пригодной для носки и преобразовываться из туфлей на высоком каблуке в спортивную. Оцените результаты теста: это сработало? Пятка втягивается? Может ли обувь выдержать вес человека? Это привлекательно?
7. Улучшение: доработка по мере необходимости : Большинство инженеров проходят цикл проектирования несколько раз, чтобы получить конечный продукт. Если время ограничено, студенты могут описать, что бы они изменили, если бы им было предоставлено больше времени. Если позволяет время, студенты могут переделать и изменить некоторые аспекты своей обуви, чтобы сделать ее лучше.

До начала деятельности

• Просмотрите вместе со студентами 7 этапов процесса инженерного проектирования.
• Определитесь со своим подходом к деятельности. Либо: 1) Соберите заранее выбранный запас строительных материалов перед занятием, из которого учащиеся используют при проектировании, или 2) Попросите учащихся составить список материалов в рамках установленного бюджета после этапа исследования в процессе проектирования и купить что они просят.
• Сделайте две копии Таблицы статических сил для каждой группы — одну для завершения в начале проекта, используя обувь одного члена команды, и другую для завершения в конце проекта, используя прототип обуви команды.
• При необходимости распечатайте прилагаемый график процесса инженерного проектирования для справки.

Со студентами — Дизайн обуви

1. Разделите класс на команды по три или четыре ученика в каждой.
2. Чтобы убедиться, что учащиеся понимают взаимосвязь между силой, давлением и площадью поверхности, попросите каждую команду заполнить Рабочий лист «Статические силы», используя обувь одного члена команды.
3. Начиная с самого начала процесса проектирования, осознайте необходимость: Определите проблему.Например, у большинства туфель есть только одна функция. Или же спортивная обувь не подходит для более элегантного случая. В качестве альтернативы обсудите последствия для здоровья ношения туфель на высоких каблуках и подумайте о ситуациях, когда возможность быстро снимать каблуки была бы полезной (например, вождение автомобиля, прогулка до автобуса или сидение за столом). При необходимости выполните действия, применимые к этому проекту, как описано в разделе «Предпосылки».
4. Как класс, мозговой штурм необходим как для обуви на высоком каблуке, так и для спортивной обуви.Высокий каблук требует структурной поддержки под сводом стопы, а также надежного крепления пятки. Для спортивной обуви необходима гибкая подошва и система крепления, чтобы пользователь мог затянуть обувь.
5. Попросите учащихся в течение 10 минут сравнить свои ботинки, работая в группах инженеров-проектировщиков. Попросите их записать различия в конструкции и опорных характеристиках, таких как жесткость, используемые материалы, крепежные устройства, форма и т. Д.
6. Попросите каждую группу провести 15-минутный мозговой штурм, в ходе которого они перечислит все возможные особенности, которые может иметь их трансформируемая обувь, и способы перехода между двумя стилями.Раздайте каждой группе большой лист бумаги для мясников и предложите им записать все возникающие идеи. Механизм преобразования может быть шарниром, который откидывает пятку, или каким-либо способом легко снять пятку и ее единственную опору.
7. (Если требуется, чтобы учащиеся использовали заранее выбранный набор материалов, покажите им эти материалы в это время.) Попросите учащихся потратить 20–30 минут на конструирование своей обуви на бумаге, работая с идеями сеанса мозгового штурма. Если возможно, попросите их сделать чертежи в САПР своих проектов.
8. Экспертная оценка дизайна: Попросите каждую группу представить свои проекты классу. Обязательно объясните ключевые особенности обуви, которые делают ее хорошей спортивной обувью , а — хорошей обувью на высоком каблуке. Убедитесь, что они четко объясняют механизм преобразования. Дайте время другим командам критиковать дизайн представляющей группы и предлагать отзывы и предложения по улучшению.
9. (Если вы покупаете материалы, указанные учащимися, попросите их сейчас составить список закупок материалов.)

Со студентами — Строительная обувь

1. Попросите каждую группу получить материалы, необходимые для дизайна их обуви (либо из заранее выбранных предоставленных материалов, либо из принадлежностей, приобретенных инструктором из их списка покупок.)
2. Дайте учащимся около 60 минут на сборку подошвы обуви. Например, они могут быть сделаны из пенопласта, вырезанного по форме ступни и покрытого тонким резиновым листом для сцепления. Создайте складки на пенопласте, соответствующие суставам стопы, мыска и свода стопы, что позволит обуви принимать форму с высоким каблуком.
3. Затем попросите учащихся построить съемную или убирающуюся пятку. Например, каблук может быть сделан из деревянных дюбелей и прикреплен с помощью петли, чтобы он поворачивался под ботинком и в прорезь в резиновой основе, когда он не используется, или его можно полностью снять с помощью застежки-пуговицы.Подождите 30-90 минут, в зависимости от того, как убирали или убирали пятку.
4. С помощью плоской металлической детали создайте форму высокого каблука. Прикрепите его к гибкой подошве обуви с помощью липучки и горячего клея, чтобы его можно было снять. Отведите на этот шаг 30 минут.
5. Дайте студентам по крайней мере два часа, чтобы закончить свою обувь (или продлите больше, в зависимости от сложности их дизайна). На этом этапе попросите учащихся построить верхнюю часть обуви из ткани, прикрепленной с помощью горячего клея или шитья.Попросите учащихся добавить к обуви систему крепления, возможно, используя шнурки, липучки или пряжки. Попросите учащихся дополнить свою обувь аксессуарами, чтобы сделать ее уникальной.

Со студентами — маркетинг

Студенты представляют свою обувь классу или снимают рекламу, чтобы продать их. Авторское право

Copyright © Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

1. Попросите учащихся написать сценарии для 30-секундных рекламных роликов, в которых продается их обувь, с указанием технических характеристик и преимуществ для клиентов.Выполните или снимите на видео рекламу, чтобы показать весь класс.
2. Попросите команды заполнить Таблицу статических сил для своих прототипов обуви, включая расчет давления и сил, испытываемых их ботинками в различных конфигурациях.
3. В заключение проведите классовую критику прототипов обуви каждой группы. Попросите каждую группу объяснить уникальные особенности каждого стиля их обуви, а также механизм преобразования для переключения между ними. Если бы это был настоящий проект и у них было бы больше времени, какие улучшения они бы внесли? Напомните учащимся, что инженеры из реального мира много раз проходят цикл инженерного проектирования, прежде чем они получат законченный проект, готовый к производству.

Словарь / Определения

сила: толкает или тянет; все, что заставляет объект ускоряться или менять направление.

импульс: Средняя сила x изменение во времени или изменение количества движения. Мера того, насколько «сильно» обувь ударяется о землю.

Ортопедический: вставка, помещаемая внутрь обуви, для коррекции гиперпронации или супинации.

гиперпронация: чрезмерное перекатывающее движение стопы внутрь при ходьбе или беге.Предрасполагает к травмам нижних конечностей (например, травмам колена). Вызывает более сильный износ внутренней части обуви. Сведение свода стопы при ходьбе.

давление: сила на площадь.

супинация: вращение стопы и ноги, при котором стопа выкатывается наружу с приподнятым сводом, так что при ходьбе стопа имеет тенденцию опускаться на внешний край. Приводит к ношению обуви по внешнему краю и травмам колен. Высокие арки. Противоположность пронации.То же, что и недоработка.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Сила и давление: Попросите учащихся заполнить Рабочий лист «Статические силы», используя обувь одного члена группы, чтобы убедиться, что они понимают взаимосвязь между силой, давлением и площадью поверхности. (Этот же лист, возможно, уже был заполнен, если соответствующий урок проводился.)

Встроенная оценка деятельности

Экспертная оценка дизайна: Попросите группу представить свои проекты классу и попросите высказать свое мнение.Попросите их объяснить ключевые особенности своей обуви, которые делают их хорошими спортивными туфлями и хорошими высокими каблуками. Убедитесь, что они четко объясняют механизмы преобразования.

Оценка после деятельности

TV Время: Пусть группа напишет сценарии и снимет (или покажет) 30-секундные рекламные ролики о продаже их обуви. Убедитесь, что они подчеркивают ключевые инженерные характеристики и преимущества своей обуви для клиентов.

Давление: Попросите учащихся рассчитать давление и силы, испытываемые их обувью в различных конфигурациях.Раздайте каждой команде по одному листу статических сил, чтобы выполнить расчеты для их прототипа обуви.

Редизайн: Проведите классовую критику прототипов обуви каждой группы. Какие улучшения они внесут в следующую версию прототипа?

Making Sense: Попросите учащихся поразмышлять о научных явлениях, которые они изучали, и / или о научных и инженерных навыках, которые они использовали, при выполнении теста Making Sense.

Вопросы безопасности

• Обеспечьте наблюдение, когда учащиеся используют электроинструменты и горячий клей.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Склеивание — это всегда экспериментальное искусство. Убедитесь, что у вас есть широкий выбор клея или других вариантов крепления.

Студенты склонны увлекаться различными этапами процесса проектирования, такими как исследования или дизайн. Часто студентов необходимо заставить перейти от этих этапов к этапу создания прототипа.

Расширения деятельности

Попросите команды изготовить дополнительные улучшенные прототипы своих моделей обуви.

Авторские права

Авторы

Программа поддержки

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 23 января 2021 г.

Влияние изгиба вверх пружин пальцев на биомеханику ходьбы у людей

Обзор: APL Concept 3 | ПРОВОДНОЙ

Я хочу прыгнуть выше.

Какой баскетболист не умеет? Подъем хорош для отскока, стрельбы, уклонения и, конечно же, для главного из всех спортивных приемов — ныряния.

Не то чтобы я замочил.

Что я могу сделать, так это зашнуровать пару баскетбольных кроссовок Athletic Propulsion Labs, у которых есть уникальное отличие: они запрещены НБА за их способность улучшать вертикальный прыжок игрока.

Обувь делает это, как утверждает компания, с помощью специального механизма, называемого Load and Launch. По сути, это жесткий пластиковый стержень, который проходит через середину подошвы и соединен с чем-то вроде пластиковой пружины, встроенной в носок обуви.Идея состоит в том, что в совокупности эти функции повышают отзывчивость и отскок именно там, где вам это нужно больше всего — под подушечкой стопы. В результате, по словам APL, при хорошем прыжке получается до 3,5 дополнительных дюймов вертикали.

Новейшие кроссовки компании Concept 3 с технологией загрузки и запуска уже продаются практически во всех размерах.

Но работают ли они?

Я нанял своего друга и бывшего студента колледжа по имени Шонн, чтобы он помог выяснить это. Мы оба опробовали пару ярко-зеленых Concept 3, которые, скажем так, привлекут к вам внимание на площадке.Они чертовски яркие.

Первое, что мы заметили, это то, что снаружи Concept 3s кажутся немного дешевыми. Не дрянные, но это обувь за 175 долларов, и когда я вытащил их из коробки, они определенно казались пластиковыми по сравнению с материалом космической эры обуви Nike Kobe 8, который я обычно ношу. Тем не менее, как только я натянул их на ноги, они стали мягкими и удобными — даже слишком. Мне казалось, что я собираюсь играть в паре пушистых уггов. Они также были небольшими — и Шонн, и мне пришлось увеличить размер одежды, которую мы обычно носим.

Наконец-то мы начали играть, и я должен сказать, они чувствовали себя отлично. Дополнительная прокладка, которую я заметил сначала, меня не особо беспокоила. Хорошо, они все еще казались немного громоздкими, но при этом очень отзывчивыми. И да, прыгать было немного легче.

Но стал ли я выше?

После нескольких игр и даже нескольких целенаправленных прыжков к краю единственное, что было ясно, — это то, что нам нужен более эмпирический способ тестирования.

Именно тогда Шонну пришла в голову блестящая идея — стикеры.Мы собрали кучу маленьких стикеров и отметили некоторые большими буквами «X». Затем мы выполнили серию прыжков, приклеивая стикеры как можно выше к спинке. Обычные примечания для нашей обычной обуви, стикеры с X на них для Concept 3s.

Чтобы убедиться, что разминка и усталость не были факторами, мы чередовали обувь. Пять прыжков в нашей обычной обуви, за ними 5 в Concept 3, еще 5 в обычной обуви и так далее.

К концу каждого из нас было прикреплено около 20 стикеров на доску.Результаты были убедительными: стикеры Concept 3 X были значительно лучше обычных стикеров для нас обоих. Фактически, мои были в среднем на полную ширину Post-it выше, что, когда я их измерил, составляет примерно полтора дюйма разницы. Обувь сработала. Хорошо, это все еще было меньше половины заявленных 3,5 дюймов, но, эй, лишний дюйм — это лишний дюйм.

Интересно, что я сделал второй тест с прыжками с места — без разбега. Здесь я не увидел абсолютно никакой разницы. Пост-это полностью перекрывается.Это говорит мне о двух вещах. Во-первых, это говорит мне о том, что толстая подошва не имела значения — сначала я подумал, что дополнительная высота стоя может привести к дополнительной высоте прыжка. Во-вторых, он говорит мне, что чем больше прижимной силы вы создадите, тем лучшие результаты вы увидите — тем больше пружины вы получите. Так что да, возможно, спортсмен высокого уровня мог бы получить дополнительные 3,5 дюйма.

Я не совсем уверен, какое значение имеет дюйм или около того в игре, но я скажу вам следующее: как только вы узнаете, что эти туфли обеспечивают дополнительную подъемную силу, становится трудно выбрать что-то еще.Потому что, несмотря на то, что увеличение на 1,5 дюйма звучит тривиально, снижение на 1,5 дюйма кажется разрушительным. Так что, хотя мне не обязательно нравится внешний вид и внешний вид Concept 3, я все же, кажется, привязываю их к каждой игре.

ПРОВОДНАЯ Они действительно помогают прыгнуть немного выше.

УСТАЛО Внешне кажется немного дешевым. Не облачайтесь в изысканный внешний вид современных кроссовок Nike или Adidas. Нет версии с низким верхом. Дорого.

Босоножка и обычная обувь: систематический анализ кинематических, кинетических и мышечных различий во время ходьбы

Основные моменты

•

Обувь может ограничивать структуру и функцию стопы.

•

Кратковременное и долгое использование обуви влияет на кинематику и кинетику походки.

•

Обычные ходунки босиком имеют значительные анатомические и функциональные различия.

•

Различия в механике походки наблюдаются между разными возрастными группами.

•

Исследования, необходимые в пожилом возрасте, чтобы понять влияние обуви на продолжительность жизни.

Abstract

Сообщается, что привычное использование обуви влияет на структуру стопы, при этом показано, что острое воздействие изменяет положение и механику стопы.Стопа узкоспециализированная, поэтому эти изменения в структуре / положении могут повлиять на функциональность. Этот обзор направлен на изучение влияния обуви на походку с уделением особого внимания исследованиям, которые оценивали кинематику, кинетику и мышечную активность при ходьбе босиком и в обычной обуви. В соответствии с PRISMA и опубликованными руководствами, поиск литературы был проведен в шести базах данных, включая Medline, EMBASE, Scopus, AMED, Cochrane Library и Web of Science. Пятнадцать из 466 статей соответствовали заданным критериям включения и были включены в обзор.Все статьи были оценены на предмет методологического качества с использованием модифицированного инструмента оценки, основанного на заявлении STROBE для отчетности наблюдательных исследований и инструмента оценки CASP. Ходьба босиком позволяет лучше разводить переднюю часть стопы под нагрузкой, а у обычных пешеходов, ходящих босиком, ступни анатомически шире. При ходьбе босиком наблюдаются пространственно-временные различия, в том числе уменьшенная длина шага / шага и повышенная частота вращения педалей. Также сообщается о более плоском положении стопы, повышенном сгибании колена и снижении пиковой силы вертикальной реакции на опору при первом контакте.Привычные ходунки босиком демонстрируют более низкое пиковое подошвенное давление и импульсы давления, тогда как пиковое подошвенное давление повышается у человека, который обычно носит обувь, идущего босиком. Обувь особенно остро и хронически влияет на кинематику и кинетику походки. Мало исследований было проведено среди людей старшего возраста (50+ лет), поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять влияние обуви на ходьбу на протяжении всей жизни.

Ключевые слова

Босиком

Обувь

Ходьба

Кинематика

Кинетика

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2015 Авторы.Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Эффективность и механизм ортопедических устройств для разгрузки головки плюсны у людей с диабетом и язвой подошвы в анамнезе | Физиотерапия

Аннотация

Предпосылки и цель. Вкладыши с полным контактом (TCI) и плюсневые прокладки (MP) часто назначают для уменьшения чрезмерного подошвенного стресса и предотвращения разрушения кожи у людей с сахарным диабетом (DM) и периферической невропатией.Первой целью этого исследования было определить влияние TCI и MP на пиковое подошвенное давление на головке плюсневой кости (PPP) и интегралы давление-время (PTI). Вторая цель этого исследования состояла в том, чтобы определить возможный механизм снижения давления путем измерения площади контакта и толщины нагруженных мягких тканей (STT) под головками плюсневых костей и диафизами второй плюсневой кости. Предметы. Участвовали двадцать субъектов (12 мужчин и 8 женщин; возраст [среднее ± стандартное отклонение] = 57 ± 9 лет) с СД (продолжительность [среднее ± стандартное отклонение] = 16 ± 11 лет), периферической невропатией и язвой подошвы в анамнезе.Методы. Был использован план исследования с повторными измерениями, и результаты представлены для 3 условий обуви: обуви, обуви с TCI и обуви с TCI и MP. Давление на подошву в обуви измерялось во время ходьбы и во время спиральной рентгеновской компьютерной томографии (SXCT). STT и идентификация датчика давления и расположение MP по отношению к головкам плюсневых костей были определены с помощью SXCT. Полученные результаты. PPP и PTI были на 16–24% ниже на головках плюсневых костей в состоянии TCI, чем в состоянии обуви.PPP и PTI снизились еще на 15% до 28% (для общего снижения с 29% до 47%) с добавлением MP. Площадь контакта увеличилась на 27% с TCI, но не с MP. STT не увеличивался под головками плюсневых костей в состоянии TCI (по сравнению с условиями обуви), но увеличивался на 8–22% на головках 2–5 плюсневых костей с добавлением MP. PPP значительно увеличился (308%), а STT уменьшился на 14% под диафизом второй плюсневой кости с добавлением MP к условию TCI-plus-shoe.Обсуждение и вывод. TCI и MP вызвали существенное и аддитивное снижение давления под головками плюсневых костей. TCI снижает чрезмерное давление на головки плюсневой кости за счет увеличения площади контакта сил опоры. И наоборот, MP действует, сжимая мягкие ткани проксимальнее головок плюсневых костей и снимая компрессию с головок плюсневых костей. Эти результаты могут помочь в разработке эффективных ортопедических устройств для снятия чрезмерных подошвенных стрессов, которые способствуют разрушению кожи и последующей ампутации у людей с СД и периферической невропатией.[Мюллер MJ, Lott DJ, Hastings MK, et al. Эффективность и механизм ортопедических устройств для разгрузки головок плюсневых костей у людей с диабетом и язвами подошв в анамнезе. Физика . 2006; 86: 833–842.]

Наиболее частой причиной диабетических подошвенных язв является чрезмерное давление на подошву при сенсорной нейропатии и деформации стопы. Большинство невропатических язв стопы возникают под головками плюсневых костей и являются результатом безболезненной травмы, вызванной чрезмерным подошвенным давлением во время ходьбы. ^1–3 Хроническая неэффективность лечения ран часто приводит к серьезной инфекции и ампутации конечности, если не лечить должным образом. ³ Основным направлением консервативного лечения диабетической стопы является защита стопы от чрезмерного давления и других форм незаметных травм, которые запускают каскад событий, ведущих к ампутации. ³

Лечебная обувь и ортопедические приспособления являются основным средством защиты стопы от чрезмерного подошвенного давления во время ходьбы, ^4,5 и некоторые исследования показывают, что терапевтическая обувь может снизить частоту образования язв у людей с сахарным диабетом (DM ). ^6,7 Хотя результаты других исследований ⁸ ставят под сомнение пользу обуви для снижения вероятности повреждения кожи, Американская диабетическая ассоциация рекомендует использовать обувь, которая смягчает и перераспределяет давление и тем самым помогает снизить вероятность повреждения кожи. а также связанные с ними госпитализации, заболеваемость и смертность пациентов из группы риска. ^4,5 С этой целью Medicare в настоящее время возмещает пациентам с СД и периферической невропатией 1 пару терапевтической обуви и 3 пары аккомодационных вставок каждый год.

Вкладыши с полным контактом (TCI) и некоторые формы плюсневых подушечек (MP) — это устройства, обычно используемые для снижения давления в передней части стопы. ^9–14 Считается, что TCI компенсирует деформации и снимает избыточное давление в областях, равномерно распределяя давление по всей подошвенной поверхности с использованием формованных материалов. ¹⁵ MP часто добавляется к TCI с целью обеспечения дополнительного сброса давления в передней части стопы. ¹³ Иногда этот MP встраивается прямо в стельку, изготовленную на заказ. ¹⁶ Ashry et al. ¹³ не обнаружили дополнительного снижения давления со стелькой Plastazote ^*

Первой целью этого исследования было определить влияние TCI и MP на пиковое подошвенное давление на головке плюсневой кости (PPP) и интегралы давление-время (PTI).PPP и PTI использовались в качестве показателей потенциальной травмы кожи. PPP указывает на самую высокую величину стресса, а PTI отражает величину стресса в конкретном месте с течением времени (например, фаза одной стойки). Мы предположили, что по сравнению с одной обувью TCI снизит PPP и PTI, а по сравнению с TCI MP еще больше снизит давление. Вторая цель этого исследования состояла в том, чтобы определить возможный механизм снижения давления для каждого ортопедического компонента.Мы предположили, что первичный механизм восстановления давления для TCI был увеличением площади контакта между стопой и опорной поверхностью в состоянии ОТК по сравнению с состоянием обуви. Мы предположили, что основным механизмом снижения давления на головке плюсневой кости с помощью МП была нагрузка на мягкие ткани проксимальнее головки плюсны и разгрузка мягких тканей над головкой плюсны. Таким образом, мы ожидали, что STT будет больше под головкой плюсневой кости и меньше под диафизом плюсны в состоянии MP, чем в состоянии TCI.Это исследование включает использование методов визуализации для уточнения расположения МП и датчика давления по отношению к головке плюсневой кости и для измерения влияния ортопедических устройств на компрессию мягких тканей.

Метод

Двадцать субъектов были набраны из Центра диабетической стопы, Добровольцев для здоровья, Учебного центра диабетических исследований Медицинской школы Вашингтонского университета и BJC Health System в Сент-Луисе, Миссури.Критериями включения в исследование были наличие СД в анамнезе, признаки периферической нейропатии (неспособность ощущать моноволокно Семмеса-Вайнштейна 5,07 и порог восприятия вибрации> 25 В), пальпируемый пульс на педали и язва переднего отдела стопы в анамнезе. Исключались пациенты, не занимавшиеся амбулаторным лечением или страдающие тяжелой нейроартропатией Шарко средней или задней части стопы. Были выбраны пациенты с сахарным диабетом, периферической невропатией и язвой переднего отдела стопы в анамнезе, поскольку эта группа пациентов наиболее подвержена риску рецидива язвы и может получить пользу от терапевтической обуви и ортопедических устройств. ⁴ Пациенты с тяжелой нейроартропатией были исключены, поскольку им часто требуется специальная обувь, подходящая для тяжелых костных деформаций. Ампутация пальца стопы не была критерием абсолютного исключения, и у одного пациента была ампутация второго пальца на исследуемой стопе. У четырех пациентов была ампутация одного пальца на противоположной стороне.

Sensation был протестирован с использованием моноволокна Семмеса-Вайнштейна 5.07 и биотезиометра ^†

Обувь Условия

Измерения результатов были собраны у субъектов в 3 различных условиях обуви: только обувь, обувь с TCI и обувь с TCI и MP.На рисунке 1 показаны обувь, TCI и MP, использованные в этом исследовании. Все испытуемые носили новую обувь SoleTech (стиль E3010) ^‡

Рис. 1.

(вверху) Лечебная обувь, вкладыш для полного контакта и плюсневая прокладка, использованные в этом исследовании. (В центре) вид сверху на плюсневую подушечку. (Внизу) вид сбоку на плюсневую подушечку. Размеры плюсневой подушки показаны в таблице 2.

Рисунок 1.

(вверху) Лечебная обувь, вкладыш для полного контакта и плюсневая подушечка, использованные в этом исследовании. (В центре) вид сверху на плюсневую подушечку.(Внизу) вид сбоку на плюсневую подушечку. Размеры плюсневой подушечки приведены в таблице 2.

Чтобы сделать TCI, сертифицированный педортист или ортопед сделал оттиск стопы из пенопласта. позитивная гипсовая модель стопы. Пена была сжата на 2–4 см, чтобы захватить весь отпечаток стопы и медиального продольного свода. TCI был сделан из основы из пластазота № 2 толщиной 1,27 см (0,5 дюйма) со значением берега примерно 35, увеличен, чтобы включить медиальную продольную дугу, и изготовлен для размещения внутри обуви.Значение берега является показателем жесткости ортопедического материала, а более высокие значения указывают на более высокую жесткость. TCI толщиной 1,27 см (0,5 дюйма), изготовленный из пластазота № 2, был выбран из-за положительных результатов предыдущих исследований с участием пациентов с СД и трансметатарзальной ампутацией. ¹⁴ Результаты показали, что изготовленная на заказ обувь с 1,27 см (0,5 дюйма) Plastazote TCI номер 2 снижает давление так же или лучше, чем в любых других испытанных условиях (6 испытанных условий ¹⁴ ).Кроме того, пилотные испытания показали, что давление существенно снизилось при использовании материала толщиной 1,27 см (0,5 дюйма), но не при использовании материала толщиной 0,64 см (0,25 дюйма). Был выбран один тип материала (в отличие от многослойных материалов), поскольку методы изготовления можно легко стандартизировать. Все испытания проводились с новой TCI, которую раньше не надевали.

Сертифицированный педортист или ортопед также предоставил стандартизированный MP (в зависимости от размера стопы) с клейкой основой, который можно было разместить в соответствующем месте.Пилотные испытания и наш клинический опыт показали, что существующие готовые резиновые MP не были большими или достаточно жесткими, чтобы существенно снизить давление на переднюю часть стопы в этой популяции пациентов. Кроме того, ослабление рентгеновских лучей в резине аналогично ослаблению рентгеновских лучей в мягких тканях, что затрудняет идентификацию МТ по данным компьютерной томографии (КТ). Наши пилотные исследования показали, что MP, сделанный из пробки, имеет значение CT (единицы Хаунсфилда), отличное от такового для мягких тканей, что упрощает автоматическую изоляцию MP от стопы для полученных измерений.Этот материал используется в клинических условиях для изготовления индивидуальных МП, и он достаточно жесткий (значение по Шору 55), чтобы вызывать деформацию тканей. Размер МП был предназначен для покрытия трех центральных плюсневых костей. MP показан на рисунке 1, а размеры для каждого MP показаны в таблице 2. Сертифицированный педортист или ортопед также поместил положительный гипсовый слепок стопы и TCI линию, определяющую головки плюсневой кости по контуру плюсневых фаланговых суставов. Для этого исследования сертифицированный педортолог или ортопед попытался разместить дистальную часть МП на 1 см проксимальнее (по направлению к пятке) к линии плюсневых костей.Спиральная рентгеновская компьютерная томография (SXCT) позволила нам определить расположение МП по отношению ко второй головке плюсневой кости.

Рис. 2.

Превосходное изображение компьютерной томографии на спиральной рентгеновской томографии, показывающее костную анатомию, плюсневую подушечку (метатарзальную) и сетку сенсора с 3 маркерами отведений на сенсоре.

Рисунок 2.

Превосходное изображение компьютерной томографии на спиральной рентгеновской томографии, показывающее анатомию кости, плюсневую подушечку (метатарзальную) и сетку сенсора с 3 маркерами отведений на сенсоре.

Оценка подошвенного давления

Подошвенное давление регистрировалось во время ходьбы во всех трех условиях обуви с использованием системы F-Scan ^§

SXCT Сканирование и обработка данных

Изображение было выполнено в комнате, смежной с комнатой, используемой для испытаний под давлением. После получения данных о давлении во время ходьбы субъектов немедленно помещали на загрузочное устройство, размещенное на столе SXCT, чтобы практиковать нагружение стопы таким же образом, как и при загрузке стопы во время ходьбы. Надежность и валидность этих методов подробно описаны в другом месте. ^24,25 Испытуемый сидел в модифицированном автокресле, которое можно было отрегулировать так, чтобы выбранная ступня и лодыжка были расположены так, чтобы допускать контакт только передней части стопы с доской.За платой размещены цифровой считыватель и тензодатчик. Шкала использовалась для измерения нагрузки, прикладываемой к подошвенной поверхности стопы, и для предоставления субъекту обратной связи относительно соответствующей нагрузки с помощью портативного цифрового считывающего устройства. Задняя часть весов опиралась на жесткую акриловую вертикальную пластину. Целью весов и нагружающего устройства было измерение нагрузки, прилагаемой к подошвенной поверхности, когда ступня находилась в положении, имитирующем PPP во время фазы отталкивания при ходьбе.Предыдущая работа показала, что PPP на передней части стопы обычно возникает на 80% фазы опоры во время ходьбы, когда только передняя часть стопы контактирует с землей. ²⁶ Предыдущая работа также показала, что толкание на 50% веса тела одной ногой было разумным для субъектов для выполнения и было хорошим суррогатом для 80% фазы стойки во время ходьбы. ^24,25 Мы записали статический PPP в сканер, чтобы проверить этот протокол. Стопа субъекта сканировалась с помощью SXCT в трех условиях обуви, в то время как субъект давил на загрузочное устройство 50% своего веса.

Обработка и анализ данных

Во-первых, датчик давления и MP были зарегистрированы (выровнены) с костной анатомией стопы с использованием отведенных маркеров, как подробно описано в другом месте (рис. 2). ²⁷ Регистрация датчика с костной анатомией позволила идентифицировать специфический PPP под каждой плюсневой головкой. Центры головки плюсны были обнаружены и идентифицированы по дате изображения SXCT с использованием программного обеспечения Analyze. ^** Координаты, идентифицирующие центры головок плюсневых костей, были преобразованы в систему координат датчика давления ранее описанным методом, и проверка надежности показала, что средняя разница между повторными измерениями была меньше ± 0.11 пикселей. ²⁷ Местоположение пикселя датчика непосредственно под каждой плюсневой головкой было введено в специально разработанное программное обеспечение. Была идентифицирована представляющая интерес область, которая измеряла 7 пикселей датчика (4 ряда дистальных, ряд головы плюсневой кости и 2 ряда проксимальных) на 3 пикселя датчика (1 столбец пикселей на каждой стороне местоположения головки плюсны) вокруг головки плюсневой кости. Следовательно, интересующая область содержала 21 пиксель сенсора. PPP для этой области был самым высоким значением давления в пределах этих 21 пикселя.PTI был рассчитан путем суммирования значений давления для всех 21 пикселя за одну фазу стойки. Входными данными для этой программы был файл ASCII, содержащий все кадры данных давления, записанные за 3 шага во время средней части пробной ходьбы. Средние значения PPP и PTI под каждой метатарзальной головкой за 3 шага были сведены в таблицу и внесены в базу данных.

PPP под серединой диафиза второй плюсневой кости определяли путем идентификации пикселя датчика F-Scan под второй плюсневой головкой.Ствол второй плюсневой кости был выбран потому, что MP был расположен так, чтобы оказывать наибольшее влияние в этом месте. Этот столбец пикселей и соседние столбцы отслеживались по направлению к средней части стопы, и самый высокий PPP, который был за пределами интересующей области головы плюсневой кости, был идентифицирован в состоянии MP методами, аналогичными описанным выше. Это местоположение пикселя датчика было записано, и PPP для этого местоположения пикселя датчика для каждого из двух других условий обуви также был записан.Кроме того, расстояние пикселя датчика от центра головки плюсневой кости использовалось в качестве местоположения для определения STT под диафизом второй плюсневой кости для каждого состояния обуви.

Площадь контакта между стопой и обувью или ортопедическим устройством в момент PPP во время ходьбы для каждого состояния обуви рассчитывалась с использованием программного обеспечения F-Scan (версия 4.21). Все датчики, зарегистрировавшие более 20 кПа, были включены в расчет площади контакта.

STT под центром каждой плюсневой головки и в определенном месте (среднее значение ± стандартное отклонение) 3.5 ± 0,11 см проксимальнее головки второй плюсневой кости вдоль диафиза плюсневой кости определяли по данным изображения SXCT с использованием программного обеспечения Analyze и установленных надежных методов. ^24,28,29 STT определяли из сагиттального среза плюсневой кости от внешней поверхности кожи до внешней поверхности плюсневой кости для трех условий обуви. Предыдущее исследование показало, что среднее смещение повторных измерений STT под головками плюсневой кости и в области середины диафиза было меньше 0.3 мм при стандартном отклонении менее 1,2 мм. ²⁴

Различия в показателях исхода между условиями обуви определяли для каждой плюсневой кости с использованием дисперсионного анализа с повторными измерениями. Когда был определен значительный общий эффект, были проведены парные испытания t , чтобы определить, есть ли существенные различия между отдельными условиями обуви. Общий альфа-уровень был установлен на 0,05.

Результаты

Значения PPP и PTI во время ходьбы для каждого состояния обуви показаны на рисунке 3.Были значительные основные эффекты для PPP и PTI между условиями обуви на каждой плюсневой головке ( P, <.005). Средние изменения PPP и PTI и индивидуальные статистические сравнения между условиями обуви для каждого анатомического местоположения показаны в таблице 3. Были значительные индивидуальные различия между условиями обуви в каждом месте ( P <0,05). Таким образом, по сравнению с состоянием обуви, состояние TCI снизило PPP головки плюсневой кости на 19–24% и PTI на 16–23%.По сравнению с состоянием TCI, добавление MP привело к дополнительному снижению PPP на 15-20%, снижению PTI на головках плюсневых костей на 22-32% и увеличению PPP на 308% в средней части диафиза второй кости. плюсневой.

Скорость ходьбы (среднее ± стандартное отклонение) составляла 0,91 ± 0,20 м / с для состояния обуви, 0,95 ± 0,21 м / с для состояния TCI и 0,93 ± 0,22 м / с для состояния MP. Эта 4% разница в скорости ходьбы не считалась значимой.

Площадь контакта (среднее ± стандартное отклонение) между стопой и обувью в момент PPP во время ходьбы составляла 75.1 ± 25,2, 102,0 ± 32,9 и 99,4 ± 30,9 см ² в условиях обуви, TCI и MP соответственно (различаются между условиями при P <0,0001). Индивидуальные анализы показали, что площадь контакта увеличилась на 27% в состоянии TCI по сравнению с состоянием обуви ( P <0,0001), но не было разницы в площади контакта между условиями MP и TCI.

На рис. 3С показаны значения PPP, полученные на головке каждой плюсневой кости для каждого состояния обуви во время SXCT.Образцы распределения давления и влияние обуви на значения PPP, полученные во время SXCT (рис. 3C), были аналогичны образцам распределения давления и влиянию обуви на значения PPP, полученным во время испытаний ходьбы (рис. 3A).

Значения STT для каждого состояния обуви показаны на рисунке 4. Были значительные основные эффекты для изменений STT между условиями обуви в каждом месте ( P <0,001). Средние изменения STT, определенные путем индивидуального сравнения условий обуви в каждом месте, показаны в таблице 4.Не было значительных различий в STT между состоянием TCI и состоянием обуви ни в одном из участков. Однако были существенные различия в изменениях STT для головок 2–5 плюсневых костей и расположения второй плюсневой кости между состоянием TCI и состоянием MP ( P <0,005). По сравнению с STT в состоянии TCI, в состоянии MP STT увеличился с 8% до 22% в головках 2-5 плюсневых костей и снизился на 14% в местах расположения середины диафиза второй плюсневой кости (Табл.4).

Рисунок 3.

(A) Пиковое подошвенное давление (килопаскали) и (B) интегралы давление-время (килопаскали × секунда), собранные на каждой плюсневой (Met) голове во время ходьбы, и (C) пиковое подошвенное давление (килопаскали) собраны во время нагруженной спиральной рентгеновской компьютерной томографии. TCI = вставка с полным контактом. Планки погрешностей — это 95% доверительный интервал. P Значения на оси абсцисс были получены в результате дисперсионного анализа с повторными измерениями.

Рисунок 3.

(A) Пиковое подошвенное давление (килопаскали) и (B) интегралы давление-время (килопаскали × секунда), собранные на каждой плюсневой (Met) голове во время ходьбы, и (C) пиковое подошвенное давление (килопаскали), собранные во время нагруженной спирали x -лучевая компьютерная томография. TCI = вставка с полным контактом. Планки погрешностей — это 95% доверительный интервал. P Значения на оси абсцисс были получены в результате дисперсионного анализа с повторными измерениями.

Дистальная часть МП располагалась (среднее значение ± стандартное отклонение) на расстоянии 9,6 ± 6,6 мм от центра головки второй плюсневой кости, а вершина (самая толстая точка) МП располагалась на расстоянии 20 мм.6 ± 6,1 мм от центра головки второй плюсневой кости, как определено во время SXCT (рис. 2).

Обсуждение

В соответствии с нашей гипотезой, как TCI, так и MP имели существенные и аддитивные эффекты в снижении давления в головках плюсневых костей. По сравнению с одной обувью, TCI снизил PPP головки плюсневой кости и PTI с 16% до 24%, а добавление MP снизило давление еще на 15–32% на головке плюсневой кости. Таким образом, общая сумма снижения PPP и PTI, полученная с помощью TCI и MP (по сравнению с одной только обувью), составила от 29% до 47% на головках плюсневых костей.Это существенное снижение давления, которое, вероятно, будет иметь клинически значимое значение. ⁴

Эти снижения давления, полученные с помощью индивидуализированной TCI, согласуются с данными других исследований. В нескольких публикациях сообщалось о снижении подошвенного давления от 30% до 48% под выбранными головками плюсневых костей у субъектов с СД и язвой или периферической невропатией в анамнезе, когда вместо одной терапевтической обуви использовалось изготовленное на заказ ортопедическое устройство. ^5,13,30,31 Предыдущие исследования также документально подтвердили значительные преимущества (снижение давления от 3% до 21%) индивидуальных вставок по сравнению с плоскими аккомодационными вставками. ^16,32 Основные преимущества, получаемые с помощью TCI в терапевтической обуви, заключаются в том, что они относительно просты в изготовлении и приводят к постоянному снижению давления.

Результаты исследований влияния МП на подошвенное давление головки плюсны более разнообразны. В одном из немногих исследований, посвященных влиянию МП на подошвенное давление у людей с СД и деформацией стопы, Эшри и др. ¹³ обнаружили снижение давления на 41-55% при использовании изготовленной на заказ вставки пластазота вместо без вставки, но без дополнительного снижения давления при добавлении MP.Авторы сомневаются в пользе МП, но также задаются вопросом, достаточно ли велик их МП, чтобы быть эффективным. Bus et al. ¹⁶ также изучили людей с СД и периферической нейропатией и сообщили о снижении давления на головку плюсневой кости на 16%, когда изготовленная на заказ стелька со встроенным МП использовалась вместо сделанной плоской стельки толщиной 0,95 см PPT ^†† ;

Среднее процентное изменение пикового подошвенного давления и интегралов давление-время в зависимости от анатомического расположения и условий в сравнении ^a

Среднее процентное изменение в пиковом подошвенном давлении и интегралах давление-время по анатомическому расположению и условиям в сравнении ^a

Рисунок 4.

Средняя толщина мягких тканей (миллиметры) в каждом анатомическом месте для каждого состояния обуви. Планки погрешностей — это 95% доверительный интервал. P Значения на оси x относятся к общим эффектам и были получены в результате дисперсионного анализа с повторными измерениями. Когда метатарзальная подушечка (ProxPad) была добавлена ​​к вставке с полным контактом (TCI), наблюдалось значительное увеличение толщины мягких тканей на головках 2–5 плюсневых костей и значительное уменьшение на средней части диафиза плюсневых костей.

Рис. 4.

Средняя толщина мягких тканей (миллиметры) в каждом анатомическом месте для каждого состояния обуви. Планки погрешностей — это 95% доверительный интервал. P Значения на оси x относятся к общим эффектам и были получены в результате дисперсионного анализа с повторными измерениями. Когда метатарзальная подушечка (ProxPad) была добавлена ​​к вставке с полным контактом (TCI), наблюдалось значительное увеличение толщины мягких тканей на головках 2–5 плюсневых костей и значительное уменьшение на средней части диафиза плюсневых костей.

Помимо сообщения о снижении давления, мы исследовали возможные механизмы снижения давления. В этой клинической ситуации, подошвенные давление равно весу-подшипник и отталкивание сил, деленных на площади контакта между стопой и опорной поверхностью. Подошвенные давление, как правило, является самым большим на плюсневых головках во время отталкивания фазы ходьбы (80% от позиции), потому что weightbearing и отталкивание силы является самой большей, а площадь контакта weightbearing является самым маленькой (только плюсневой голова и пальцы находятся в контакте с землей). ²⁶ Подошвенное давление на головку плюсны обычно еще выше у людей с СД и периферической невропатией из-за деформаций переднего отдела стопы (т. Е. Молоткообразных пальцев стопы), которые снижают способность пальцев стопы выдерживать вес и уменьшают площадь контакта передней части стопы с полом . ^10,33 Кроме того, мягкие ткани под головками плюсневых костей имеют тенденцию к уменьшению толщины ^34,35 и увеличению жесткости ^35,36 у субъектов с СД и периферической нейропатией по сравнению с контрольными субъектами без СД и периферической невропатии.Эти механические последствия, возникающие в результате физиологических нарушений СД и периферической невропатии, способствуют незаметному чрезмерно высокому подошвенному давлению, которое может привести к разрушению кожи. ^1–3

TCI и MP, по-видимому, помогают компенсировать эти скелетно-мышечные и покровные нарушения с помощью 2 различных механизмов. Результаты этого исследования показывают, что TCI позволил значительно увеличить площадь контакта на 30% в момент PPP; этот эффект снизил PPP и PTI на головках плюсневых костей на 16–24%.Другие исследователи сообщили об увеличении площади контакта на 5–30% при ходьбе ^30,32 и на 63% при стоянии. ³⁷ Эти результаты подчеркивают эффективность основного принципа ортопедии увеличения площади поверхности для уменьшения чрезмерного локального давления. Жесткость TCI, отраженная в его береговом значении, является еще одним важным фактором в его способности приспосабливаться к деформации и распределять давления. ¹⁵ Береговое значение TCI, использованного здесь, было 35, и TCI было несколько более жестким, чем у подошвенных мягких тканей у людей без DM (оценочные береговые значения 16–21). ³⁵ Необходимы исследования для определения оптимальной жесткости ортопедического устройства для людей с сахарным диабетом и периферической невропатией и у которых кожа более жесткая, чем у людей без сахарного диабета. ^35,36

Добавление MP также снизило давление на головку плюсневой кости, но не достигло этой цели за счет увеличения площади контакта. Скорее, MP помог разгрузить головки плюсневой кости, нагружая мягкие ткани и костные структуры проксимальнее (по направлению к пятке) к головкам плюсневых костей.Об этом переносе нагрузки свидетельствует снижение STT на средней части плюсневой кости и увеличение STT на головке плюсневой кости (Табл. 4). Предположительно, пониженное давление и меньшая компрессия мягких тканей в головке плюсневой кости уменьшают травму мягких тканей в этой области.

Среднее процентное изменение толщины мягких тканей в зависимости от анатомического расположения и условий в сравнении

Среднее процентное изменение толщины мягких тканей в зависимости от анатомического расположения и условий в сравнении

Хотя MP снижает PPP на головках плюсневых костей, риск использования MP состоит в том, что давление, передаваемое на диафиз плюсневой кости, может вызвать разрушение кожи в этой области . Мы не наблюдали разрушения кожи в этой области при использовании MP, возможно, из-за того, что использовался консервативный размер MP. Однако МП, использованный в этом исследовании, был сделан из пробки, был относительно жестким (береговое значение 55) и большим (табл. 2). Дистальный аспект МП находился примерно в 10 мм от головок плюсневых костей, а вершина МП — примерно на 21 мм от центра головки плюсневых костей (рис.2). Возможно, из-за своей жесткости и большого размера MP даже помог снизить подошвенное давление на головках первой и пятой плюсневых костей. Подушечки меньшего размера или менее жесткие (войлочные или поролоновые), возможно, потребуется разместить ближе к головке плюсневой кости, чтобы это было эффективно. ¹¹ В общем, чем больше или жестче МП, тем больше нагрузка будет передаваться на место под МП и дальше от соседних головок плюсневых костей. Кроме того, чем больше переносимая нагрузка, тем больше вероятность того, что МП может вызвать дискомфорт у чувствительного человека или повреждение кожи у бесчувственного человека в месте расположения МП.MP, используемый в этом исследовании, не носили в течение длительного периода времени, и мы не знаем, вызовет ли он разрушение кожи в области под ним. Любое добавление МП, особенно такого же размера и жесткости, который описан в этом исследовании, к TCI для человека с периферической невропатией следует тщательно продумать в свете возможности разрушения кожи. В настоящее время мы проводим дополнительные анализы для определения взаимосвязи между давлением и деформацией мягких тканей на диафизе плюсневой кости и оптимальным размещением МП для снижения давления на головку плюсневой кости.

Преимущество этого исследования состояло в том, что методы визуализации использовались для количественной оценки местоположения головок плюсневых костей относительно подошвенного давления и МП. Эта технология позволила более детально проанализировать влияние ортопедического устройства, чем это было достигнуто ранее.

Это исследование разделяет ограничения предыдущих исследований, однако мы исследовали только определенный тип TCI и MP. Результаты различаются в зависимости от формы, положения и свойств материала компонентов ортопедического устройства. ^{11–13,16,17} Эта проблема особенно очевидна при использовании MP. Комбинации форм, положений и свойств материалов практически безграничны. Кроме того, ответы, вероятно, будут варьироваться в зависимости от популяции пациентов. Эти ограничения подчеркивают необходимость разработки вычислительных моделей (таких как анализ методом конечных элементов), чтобы помочь понять, как напряжения распределяются по стопе и как эти напряжения могут быть оптимально распределены с помощью ортопедических устройств или хирургических процедур.В нескольких исследовательских лабораториях предпринимаются усилия по разработке вычислительных моделей, которые могут помочь оптимизировать конструкцию ортопедических устройств и ортопедических аппаратов. ^35,38–40 Сфокусированные конструкции, оцененные с помощью вычислительных моделей, затем могут быть протестированы экспериментально на популяциях пациентов. Такие результаты, как полученные в этом исследовании, могут быть использованы для проверки достоверности будущих вычислительных моделей.

Другие ограничения этого исследования заключаются в том, что STT измеряли во время SXCT, а не во время ходьбы, и что подошвенное давление является просто суррогатным показателем травмы кожи.Однако результаты на фиг. 3C показывают, что влияние обуви на PPP во время сканирования SXCT с нагрузкой было таким же, как и во время ходьбы (фиг. 3A). Помимо измерения подошвенного давления, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, могут ли ортопедические устройства, описанные в этом исследовании, помочь снизить частоту разрушения кожи у пациентов с СД и периферической невропатией. Преимущество изучения подошвенного давления и STT заключается в том, что можно прояснить механизм снижения давления с помощью ортопедических устройств.

Заключение

TCI и MP, используемые в этом исследовании, оказали существенное и аддитивное действие на снижение давления под головками плюсневых костей. TCI снижает чрезмерное давление на головки плюсневой кости за счет увеличения площади контакта сил опоры. И наоборот, MP действует, сжимая мягкие ткани проксимальнее головок плюсневых костей и снимая компрессию с головок плюсневых костей. Эти результаты могут помочь в разработке эффективных ортопедических устройств для снятия чрезмерных подошвенных нагрузок, которые могут способствовать разрушению кожи и последующей ампутации у людей с СД и периферической невропатией.

Бултон

AJM

Ставки

RP

Франков

CI

Нарушения давления стопы при ранней диабетической невропатии

Диабет Мед

1987

4

225

228

Бултон

AJ

Хардисты

CA

Ставки

RP

Динамическое давление на стопу и другие исследования как средства диагностики и лечения диабетической невропатии

Уход за диабетом

1983

6

26

33

Pecoraro

RE

Рейбер

GE

Берджесс

EM

Пути к диабетической ампутации конечности: основа для профилактики

Уход за диабетом

1990

13

513

521

Американская диабетическая ассоциация.

Конференция по разработке консенсуса по лечению ран диабетической стопы

Уход за диабетом

1999

22

1354

1360

Американская диабетическая ассоциация.

Профилактика стоп при диабете

Уход за диабетом

2004

27

S63

S64

Эдмондс

ME

Blundell

MP

Моррис

ME

Повышение выживаемости диабетической стопы: роль специализированной клиники стопы

Q J Med

1986

60

763

771

Chantelau

E

Haage

P

Аудит мягкой диабетической обуви: отношение к комплаентности пациента

Диабет Мед

1994

11

114

116

Рейбер

GE

Смит

DG

Уоллес

С

Влияние лечебной обуви на уменьшение изъязвлений стопы у пациентов с диабетом: рандомизированное контролируемое исследование

JAMA

2002

287

2552

2558

Марка

PW

Диабетическая стопа

Элленберг

M

Рифкин

H

Сахарный диабет: теория и практика

New Hyde Park, NY

Medical Examination Publishing Co Inc

1983

829

Баумана

JH

Гирлинг

JP

Марка

PW

Подошвенное давление и трофические изъязвления: оценка обуви

J Bone Joint Surg Br

1963

45

652

673

Хайда

Р

Tremaine

MD

Tremaine

K

Влияние плюсневых подушечек и их расположение: количественная оценка

Foot & Ankle International

1994

15

561

566

Холмс

GBJ

Тиммерман

л

Количественная оценка влияния плюсневых подушечек на подошвенное давление

Стопа и лодыжка

1990

11

141

145

Ашры

HR

Lavery

LA

Мердок

DP

Эффективность диабетических стелек для снижения давления на стопу

J Хирургическая операция на голеностопном суставе

1997

36

268

Мюллер

МДж

Strube

МДж

Шестигранник

BT

Терапевтическая обувь может снизить подошвенное давление у пациентов с диабетом и трансметатарзальной ампутацией

Уход за диабетом

1997

20

637

641

Янис

DJ

Педорологический уход за диабетической стопой

Bowker

JH

Pfeifer

MA

Диабетическая стопа Левина и О’Нила

Сент-Луис, Мо

CV Mosby Inc

2001

700

Автобус

SA

Ульбрехт

JS

Кавана

PR

Сброс давления и перераспределение нагрузки с помощью изготовленных на заказ стелек у диабетиков с невропатией и деформацией стопы

Clin Biomech

2004

19

629

638

Чанг

AH

Абу-Фарадж

ZU

Харрис

GF

Многоступенчатое измерение изменений подошвенного давления с использованием плюсневых подушечек

Foot & Ankle International

1994

15

654

660

Алмазный

JE

Мюллер

МДж

Делитто

А

Sinacore

DR

Phys Ther

1989

69

994

Малуф

KS

Мюллер

МДж

Премия за новеллы 2002

Clin Biomech

2003

18

567

575

Казелли

А

Армстронг

DG

Pham

H

Отношение подошвенного давления к передней части стопы к задней части стопы увеличивается при тяжелой диабетической невропатии и может прогнозировать изъязвление стопы

Уход за диабетом

2002

26

1066

1071

Мюллер

МДж

Strube

МДж

Возможность обобщения измерений пикового давления в обуви с помощью системы f-сканирования

Clin Biomech

1996

11

159

164

Николопулос

CS

Андерсон

EG

Соломонидис

SE

Яннудис

PV

Оценка походки Система давления FSCAN: клинический инструмент или игрушка

Нога

2000

10

124

130

Питеи

DL

Лорд

M

Фостер

А

Подошвенное давление повышено при нейроишемической и нейропатической диабетической стопе

Уход за диабетом

1999

22

1966

1970

Коммэн

ПК

Мюллер

МДж

Смит

KE

Надежность и валидность комбинированных методов визуализации и оценки давления для диабетической стопы

Arch Phys Med Rehabil

2002

83

497

505

Мюллер

МДж

Смит

KE

Коммэн

ПК

Использование компьютерной томографии и измерения подошвенного давления для лечения нейропатических язв у пациентов с диабетом

Физика

1999

79

296

307

Келли

VE

Мюллер

МДж

Sinacore

DR

Время пикового подошвенного давления во время фазы ходьбы: исследование пациентов с сахарным диабетом и трансметатарзальной ампутацией

J Am Podiatr Med Assoc

2000

90

18

23

Гастингс

MK

Коммэн

ПК

Смит

KE

Выравнивание анатомической структуры спиральной рентгеновской компьютерной томографии с данными подошвенного давления

Clin Biomech

2003

18

877

882

Смит

KE

Коммэн

ПК

Мюллер

МДж

Оценка диабетической стопы с помощью спиральной компьютерной томографии и измерения подошвенного давления

J Rehabil Res Dev

2000

37

31

40

Смит

KE

Коммэн

ПК

Робертсон

DD

Точность компьютерных томографических измерений стопы

Arch Phys Med Rehabil

2001

82

925

929

Альберт

S

Ринои

C

Влияние индивидуальных ортопедических протезов на распределение подошвенного давления в пронированной диабетической стопе

J Хирургическая операция на голеностопном суставе

1994

33

598

604

Лорд

M

Шланг

R

Перераспределение давления формованными вставками в диабетической обуви: пилотное исследование

Журнал исследований и разработок в области реабилитации

1994

31

214

221

Цунг

BYS

Чжан

М

Мак

AFT

Вонг

MWN

Эффективность стелек для распределения подошвенного давления

J Rehabil Res Dev

2004

41

767

774

Мюллер

МДж

Гастингс

MK

Commean

P

Структурные предикторы подошвенного давления переднего отдела стопы при ходьбе у людей с диабетом и периферической невропатией

Дж Биомех

2003

36

1009

1017

Гудинг

GA

Stess

RM

Граф

ПМ

Сонография подошвы стопы: доказательства потери толщины подушечек стопы при диабете и ее связь с изъязвлением стопы

Инвест Радиол

1986

21

45

48

Томас

VJ

Патил

КМ

Радхакришнан

Ю

Трехмерный стресс-анализ механики подошвенных язв при диабетической невропатии

Med Biol Eng Comput

2004

42

230

235

Класнер

JW

Гастингс

MK

Zou

D

Жесткость подошвенной ткани у пациентов с сахарным диабетом и периферической невропатией

Arch Phys Med Rehabil

2002

83

1796

1801

Като

H

Такада

Т

Кавамура

т

Снижение и перераспределение подошвенного давления с помощью ортезов стопы у пациентов с диабетом

Diabetes Res Clin Pract

1996

31

115

118

Лимонный

D

Шианг

TY

Хашми

А

Эффект стелек в лечебной обуви: метод конечных элементов

Дж Биомех

1997

30

615

620

Gefen

A

Мегидо-Равид

М

Ицхак

Y

Аркан

М

Биомеханический анализ трехмерной структуры стопы во время ходьбы: основной инструмент для клинического применения

Дж Биомех Анг

2000

122

630

639

Actis

RL

Сабо

BA

Коммэн

ПК

Эффект предположений моделирования в распределении подошвенного давления диабетической стопы с использованием p-версии метода конечных элементов

In

Труды Американского общества машиностроения (ASME), Международный конгресс и выставка машиностроения (IMECE), Анахайм, Калифорния

2004

© 2006 Американская ассоциация физиотерапии

Пружина носка в кроссовках

За последние несколько лет внешний вид и дизайн современных кроссовок кардинально изменились. Поскольку максимальный дизайн обуви продолжает влиять на отрасль, для большинства обуви наблюдается значительное увеличение высоты подошвы и жесткости на изгиб, а также все более широкое использование пластин.В дополнение к более толстой, жесткой и покрытой пластиной обуви, вы, возможно, заметили учащение еще одного редко обсуждаемого, но важного компонента многих кроссовок — большого изгиба вверх прямо под пальцами ног.

Эта особенность называется пружиной с носком. Поскольку он становится все более распространенным, стоит знать, почему он существует и может ли обувь с большим количеством пружин на носке помочь или навредить вашему бегу.

Независимо от того, что вам нужно улучшить в своей беговой жизни, найдите это в Runner’s World +

Что и почему пружина носка

Пружина носка означает степень искривления подошвы вверх под подошвой. пальцы ног или передняя часть стопы (передняя часть стопы).Его цель — облегчить движение вперед через переднюю часть обуви.

Во время обычной механики походки, когда ваш вес переносится на переднюю часть стопы, плюснефаланговые (MTP) суставы или суставы пальцев ног расширяются. Это позволяет пятке подниматься, а тело перекатываться через переднюю часть стопы. Этот механизм, называемый коромыслом передней части стопы, является особенно важным механизмом, который способствует эффективному движению вперед.

Для правильной работы коромысла передней части стопы суставы MTP должны иметь возможность перемещаться на определенную величину (т.е.е., количество градусов), чтобы обеспечить это движение вперед качения. Если у вас есть менее 60 градусов восходящего движения (так называемое разгибание), у вас могут возникнуть трудности с использованием естественного механизма.

Мэтью Кляйн

Мэтью Кляйн

Есть две причины, чтобы включить в обувь носочную пружину. Первый — если у человека дисфункция коромысла передней части стопы. Множество причин могут привести к ограничению движений в суставах MTP, включая артрит и ограничение или жесткость большого пальца стопы (жесткие и болезненные состояния сустава большого пальца ноги). Если кому-то там не хватает движения, переход через эту область может быть трудным или болезненным. Пружина для пальцев ног заменяет этот механизм стопы, позволяя телу перемещаться по передней части стопы без необходимости в таком большом движении пальцев ног.

Вторая причина заключается в том, что подошва обуви недостаточно гибкая в передней части стопы, чтобы сгибаться и позволять движение в этой области. Это основная причина увеличения частоты и степени упругости пальцев, которые мы наблюдаем сейчас. Обувь с более толстой подошвой, часто встречающаяся в максимальной обуви, часто менее гибкая, а это означает, что переход через переднюю часть обуви может быть затруднен. Гибкие канавки, которые представляют собой канавки, прорезанные в подошве для повышения гибкости, часто недостаточны для обеспечения гибкости некоторых из этих туфель.Чтобы обеспечить движение вперед, используется пружина пальца, позволяющая перемещаться по передней части стопы. Чем толще подошва, тем круче изгиб или больший градус пружины мыска, чтобы ступня могла катиться вперед.

Чтобы расширить вторую причину, все большее количество обуви, как для тренировок, так и для гонок, имеют таблички. Пластина, в частности пластина из углеродного волокна, также укрепит подошву. Обычно это позволяет очень мало двигаться в передней части стопы. Для того, чтобы тело могло надлежащим образом переходить через переднюю часть обуви, эти покрытые металлическими покрытиями туфли также нуждаются в значительной пружине мыска.В противном случае, толстая подошва, имеет ли она пластину или и то, и другое, может возникнуть ощущение, что вы пытаетесь наехать на лежачий полицейский.

Туфли с пружинным носком

Эндорфин Про

65,00 долларов США

Ultraboost 21

180,00 долл. США

GOrun Speed ​​Elite Hyper

190,00 долл. США

Кому подходит пружина пальца ноги?

Опять же, пружина на носке все чаще используется в кроссовках, чтобы компенсировать более толстую и жесткую подошву. Эта особенность конструкции может быть особенно полезна бегунам с патологией пальцев ног или передней части стопы или ограниченным движением в голеностопных суставах. Пружина носка обычно представляет собой переднюю половину кроссовок с рокером, что также добавляет изогнутый каблук к общей картине.Было обнаружено, что эти типы обуви снижают нагрузку и силу на ахиллово сухожилие, переднюю часть стопы, суставы пальцев и стопу / лодыжку в целом. Те, у кого есть проблемы в этих областях, могут найти некоторое облегчение и способность продолжать бег / ходьбу.

Для бегунов, у которых нет проблем с передними ступнями, пружина зацепа может показаться отличной, кому не понравится больше толчка вперед? Как и во всем остальном, пружина для пальцев может иметь ловушку. Вы не можете просто устранить силы, поглощаемые вашим телом во время бега; они должны куда-то идти.Было обнаружено, что обувь с максимальной и рокерской спинкой (то есть с большим количеством пружин в носке) снижает усилия и снижает нагрузку на лодыжку / стопу, но может увеличивать их в коленных и тазобедренных суставах.

Кроме того, как врач физиотерапевта, который работает с большим количеством бегунов, мой клинический опыт показал, что те, у кого более слабые мышцы бедер и более сильные мышцы ступней / икр, иногда могут сообщать о трудностях при беге в кроссовках или туфлях с пружинным носком . Это может быть связано с тем, что механизм смещает работу с тех областей, где у них больше сил.

Мэтью Кляйн

Кроме того, не все пальцы-пружины одинаковы. Некоторые версии позволяют держать пальцы ног в нейтральном (плоском) положении, в то время как подошва выгибается снизу вверх. Другая обувь имеет достаточно агрессивную пружину носка, чтобы пальцы удерживались в верхнем положении (разгибание). Если у вас недостаточно движения в суставах пальцев ног, вторая версия, скорее всего, доставит вам больше проблем, чем решит! Есть также аргументы в пользу того, что чрезмерная пружина пальца ноги вызывает слабость внутренних мышц стопы, но на данный момент это еще не подтверждено высококачественными исследованиями.Если вас это беспокоит, носите различные типы кроссовок с пружиной для мыска и без нее.

Тесты на пружину носка

Есть несколько важных диапазонов движения, на которые я обычно обращаю внимание, определяя, может ли кому-то пригодиться обувь с пружиной носка. Во-первых, достаточно ли у человека разгибания большого пальца ноги (изгиб пальцев стопы вверх), который должен составлять минимум 60 градусов. Во-вторых, достаточно ли у этого человека тыльного сгибания (сгибания лодыжки, чтобы пальцы ног приблизились к голени, что должно быть примерно на 15-20 градусов).Есть два простых домашних теста, которые вы можете провести, чтобы оценить себя в этих движениях.

Экзамен на разгибание большого пальца ноги: Поставьте ступню на пол и посмотрите, как далеко вы можете активно поднимать большой палец ноги. Затем возьмите пальцы и посмотрите, насколько дальше вы можете пассивно согнуть их в большом суставе. На полпути между ровным и прямым подъемом угол составляет 45 градусов, так что вы сможете немного выйти за его пределы, по крайней мере, пассивно, потянув. В противном случае вам может быть полезна обувь с пружинным носком.

Испытание на выпад с опорой на вес: Этот тест оказался действительным и надежным для изучения тыльного сгибания голеностопного сустава. Выровняйте одну ногу лицом к стене и в положении выпада, удерживая ступню на земле, посмотрите, насколько далеко вперед может двигаться ваше колено. Сначала вы можете попробовать сделать это так, чтобы пальцы ног едва касались стены; самый минимум — ваша коленная чашечка должна без особых проблем касаться стены. Если можете, начните отводить ногу назад, пока расстояние между самым длинным пальцем ноги и стеной не станет 1-2 дюйма.Это соответствует примерно 15-20 градусам тыльного сгибания голеностопного сустава.

Регина Лопес

Регина Лопес

Если вы испытываете большие трудности с любым из этих тестов и не можете достичь минимума, вам может пригодиться обувь с пружинным носком.Это может помочь сохранить перекат вперед через переднюю часть стопы во время бега, поскольку у вас могут возникнуть проблемы с правильным движением в лодыжке или пальцах ног. Тем, у кого жесткость мышц или суставов может быть полезна обувь с пружинным носком, вы должны работать над улучшением движений в этих областях. Если у вас есть патология в этой области, которая может не улучшиться, обувь с правильно спроектированной пружиной для пальцев может помочь вам продолжить бег и ходьбу.

Если вы время от времени бегаете в обуви с большим количеством пружин на носке (например, во многих суперобувь с покрытием из специальной пены), следует помнить о нескольких вещах.Как и в случае с чем-либо новым, вам следует постепенно переходить на эту обувь. Учитывая, что пружина на пальце ноги меняется там, где силы могут поглощаться телом, вашему телу нужно время, чтобы привыкнуть к этому. Чаще всего травмы возникают, когда вы делаете что-то слишком быстро и чрезмерно. Медленный переход на такую ​​обувь означает пробег всего пару миль в обуви с большим количеством пружин в носке, чтобы ваше тело могло акклиматизироваться. Затем, когда вы почувствуете себя комфортно, медленно увеличивайте количество миль и интенсивность.

Мэтью Кляйн

Тем, кто предпочитает более естественную и гибкую обувь, лучше избегать обуви с пружинным носком. К счастью, сегодня беговая обувь достаточно разнообразна, и каждый найдет себе занятие по душе.

Суть в том, что мысковая пружина является компонентом многих типов обуви и должна рассматриваться как инструмент. Некоторые люди найдут этот инструмент полезным, а другие — нет. У каждого человека свои предпочтения в отношении кроссовок, поэтому вам нужно поэкспериментировать и выбрать, что лучше всего подходит для вас.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Сравнение энергетической стоимости бега в обуви для марафонских гонок

Условия обуви

Мы сравнили новый прототип обуви (NP, прототип недавно выпущенной Nike Zoom Vaporfly) с базовой кроссовкой для марафонских гонок, Nike Zoom Streak 6 (NS ), а также туфли, которые носил Деннис Киметто, когда устанавливал текущий мировой рекорд марафона, adidas adizero Adios BOOST 2 (AB) (рис.3). Мы добавили 51 и 47 г свинцовых гранул в обувь NP и NS, соответственно, чтобы уравновесить большую массу обуви AB (250 г для размера US10). Это предотвратило влияние массы обуви на энергетические затраты на бег [9,10,11]. Чтобы предотвратить чрезмерный износ обуви, мы использовали по три пары каждой модели обуви размера US10 и две дополнительные пары размера AB US9,5, поскольку эта модель подходит немного больше, чем модели Nike. Суммарное беговое использование любой пары обуви не превышало 50 км.

Протокол механических испытаний

Для оценки соответствующих свойств межподошвы мы использовали специальный метод механических испытаний, разработанный в исследовательской лаборатории Nike Sport. Вместо более традиционного испытания на удар с ограничением энергии [25], мы реализовали подход к механическому испытанию с ограничением по силе [20, 26]. Этот метод позволяет более реалистично оценить накопление и отдачу механической энергии под ногами. Мы провели механические испытания обуви после беговых испытаний, чтобы устранить возможные несоответствия амортизации, которые могут возникнуть во время начального периода «приработки» межподошвы.

Чтобы правильно выполнить механическое испытание с ограничением силы, сила сжатия и региональное распределение силы должны напоминать бег человека. Для этого мы установили жесткую форму ступни (колодку) на машину для испытания материалов (сервогидравлическая система Instron серии 8800, Норвуд, Массачусетс, США) и плотно вставили форму ступни в полностью сконструированную обувь (рис. 2). . Машина для испытания материалов сжала межподошву в вертикальном направлении, сопоставив общую временную диаграмму вертикальной силы реакции опоры, измеренной во время бега.Профиль силы имел пиковую величину ~ 2000 Н и время контакта ~ 185 мс, что аналогично нагрузке, которую мы измерили для наших испытуемых на скорости 18 км / ч (таблица 2). Форма ступни и место крепления машины для испытания материалов создавали модели и величины давления в стельке, аналогичные тем, которые были зарегистрированы во время бега. Мы рассчитали количество механической энергии, накопленной и возвращенной для каждого состояния обуви из области под восходящей (накопление) и падающей (возврат) частями кривых сила-деформация.

Жесткая форма ступни (последняя колодка) была установлена ​​на приводе машины для испытания материалов и плотно вошла в полностью собранную колодку. Приведенная в действие форма ступни сжимала межподошву в вертикальном направлении, чтобы соответствовать отображаемой общей временной истории вертикальной силы реакции опоры, создавая модели давления в стельке, аналогичные тем, которые были зарегистрированы во время бега со скоростью 18 км / ч

Этот специальный тест ограничен одномерным воздействием силы на заранее заданную область контакта.Истинная точность движущейся силы потребует трехмерных сил с опциями для разных фаз нагружения, чтобы передать нагрузку на разные области межподошвы. Кроме того, способ взаимодействия каждого бегуна с обувью может варьироваться в зависимости от многих факторов, включая массу тела, скорость бега и характер ударов ногой. Хотя этот упрощенный метод тестирования и ограничен, он все же обеспечивает чистую, общую характеристику способности накопления и возврата механической энергии межподошвы в направлении, имеющем отношение к поведению пружинной массы бегунов [27].

Механические испытания показали, что NP примерно в два раза более эластична, чем башмаки NS и AB, деформируя 11,9 мм против 6,1 и 5,9 мм соответственно (рис. 3). NP хранит значительно больше механической энергии (область под верхней кривой). Кроме того, обувь NP была более эластичной (возврат энергии 87,0%), чем обувь AB (75,9%) и NS (65,5%). Таким образом, вместе взятые, туфли NP могут возвращать более чем вдвое больше механической энергии, чем другие туфли, что в основном связано с их значительно большей податливостью, а не с большей упругостью в процентах.

Мы провели механические испытания трех моделей обуви для марафонских гонок. (Вверху слева) Межподошва Nike Zoom Streak 6 (NS) состоит из легкой пены EVA (этилен-винилацетат), подушки безопасности Zoom для задней части стопы, высоты пятки 23 мм и высоты передней части стопы 15 мм. (Вверху посередине) Межподошва adidas adizero Adios BOOST 2 (AB) состоит из вспененного материала BOOST из термопластичного полиуретана, высота каблука 23 мм и высота передней части стопы 13 мм. (Вверху справа) Промежуточная подошва прототипа Nike (NP) включает новую пену ZoomX, изготовленную из PEBA (блок-амид полиэфирного блока), встроенную пластину из углеродного волокна, высоту пятки 31 мм и высоту передней части стопы 21 мм.(Внизу) Кривые сила-деформация, пиковая деформация и показатели возврата энергии для каждой обуви во время вертикальной нагрузки межподошвы с пиковым усилием ~ 2000 Н и временем контакта ~ 185 мс (Таблица 2). При приложении вертикальной силы межподошва обуви деформируется (верхний график на каждом графике). Затем, когда обувь разгружается, сила возвращается к нулю по мере отдачи межподошвы (нижний график на каждом графике). Область между кривыми нагрузки и разгрузки указывает потерянную механическую энергию (Дж) в виде тепла. Область под нижними графиками представляет количество возвращаемой упругой энергии (Дж)

Человек

18 мужчин (23 года.7 ± 3,9 года, масса 64,3 ± 4,7 кг, рост 177,8 ± 4,6 см) бегуны высокого калибра, носящие мужскую обувь размера US10, выполнили протокол тестирования (\ ({\ dot {\ text {V}} \ text {O}}) _ {{2 {\ text {max}}}} \) на местной высоте ~ 1655 м: 72,1 ± 3,4 мл O ₂ / кг / мин, диапазон 66,4–81,4 мл O ₂ / кг / мин) . Все они недавно пробегали забег на 10 км на уровне моря менее 31 минуты, пробег на 10 км на местной высоте менее 32 минут или аналогичный результат в беге на другие дистанции. Исследование было проведено в соответствии с этическими стандартами Хельсинкской декларации.Утверждение этических норм было получено от Институционального наблюдательного совета Университета Колорадо (протокол № 15-0114). Перед тем, как принять участие в исследовании, участники дали информированное письменное согласие.

Протокол эксперимента

Исследование включало четыре посещения каждого субъекта. Посещение 1 показало, что испытуемые могут бегать ниже своего порогового уровня лактата [28] на скорости 14, 16 и 18 км / ч путем измерения концентрации лактата в крови ([La]). Во время посещений 2, 3 и 4 мы измеряли уровень потребления метаболической энергии, силы реакции земли и [La] на скорости 14, 16 или 18 км / ч при ношении каждой из трех условий обуви.

Перед каждым визитом испытуемые предъявляли дневник питания, сна и тренировок за 24 часа. Мы настоятельно рекомендовали участникам повторять свою диету, сон и режим тренировок во время всех визитов в лабораторию. Если репликация не встречалась, мы откладывали тестирование.

Посещение 1

Испытуемые носили свою обувь, чтобы пробежать 5-минутные испытания со скоростью 14, 16 и 18 км / ч на ровной беговой дорожке, и делали 5-минутный перерыв между всеми испытаниями. Мы использовали портативный цифровой тахометр (Shimpo DT-107A, Electromatic Equipment Inc., Cedarhurst, NY, USA), чтобы проверить скорость беговой дорожки. Для ознакомления испытуемые во время этого сеанса дышали через систему анализа выдыхаемых газов (True One 2400, Parvo Medics, Солт-Лейк-Сити, Юта, США). В течение 1 минуты после завершения каждого 5-минутного испытания мы получали образец крови из пальца для определения [La]. Мы проанализировали образцы крови в двух экземплярах с помощью анализатора лактата YSI 2300 (YSI, Yellow Springs, OH, USA). Два человека были исключены из исследования после визита 1, достигнув значения [La], равного 5.27 и 5,69 ммоль / л при 18 км / ч. Остальные 18 испытуемых бегали с интенсивностью ниже начала накопления лактата в крови (OBLA), которая определяет [La] 4 ммоль / л [28], а среднее значение [La] при 18 км / ч составляло 2,81 ± 0,71. ммоль / л.

Посещения 2, 3 и 4

Испытуемые начали с 5-минутной разминки на скорости 14 км / ч в своей обуви. После разминки испытуемые выполнили шесть 5-минутных испытаний на одной из трех скоростей (14, 16 или 18 км / ч, случайным образом) на беговой дорожке с измерением силы и жесткой усиленной алюминиевой декой, которая фиксировала горизонтальную и вертикальные силы реакции опоры [29].Мы измерили субмаксимальные скорости потребления кислорода и производства углекислого газа во время каждого испытания, используя систему анализа выдыхаемого газа, и рассчитали скорость метаболического потребления энергии за последние 2 минуты каждого испытания, используя уравнение Броквея [30]. В каждом из шести испытаний испытуемые носили обувь в одном из трех условий. Между испытаниями испытуемые делали 5-минутный перерыв, чтобы сменить обувь. Обратите внимание, что бегуны очень быстро механически адаптируют свою биомеханику в ответ на изменения жесткости поверхности [31].Субъекты носили каждую модель обуви дважды за посещение в зеркальном порядке, который уравновешивался и назначался случайным образом. При трех условиях обуви было шесть возможных заказов обуви, и мы случайным образом назначили трех испытуемых в каждый заказ. Одним из примеров зеркального заказа является AB, NS, NP, NP, NS, AB. Для всех показателей мы усреднили результаты двух испытаний для каждого состояния обуви.

В течение последних 30 с каждого испытания мы записывали высокоскоростное видео (240 кадров / с, выдержка 1/1000 с) с помощью камеры Casio EX-Fh30 (Casio America, Inc., Довер, Нью-Джерси, США). В течение тех же 30 секунд мы регистрировали горизонтальные и вертикальные силы реакции земли с помощью National Instruments 6009-DAQ и специально написанного программного обеспечения LabView (National Instruments, Остин, Техас, США). Мы отфильтровали данные о силе реакции земли на частоте 25 Гц с помощью рекурсивного цифрового фильтра Баттерворта 4-го порядка и использовали пороговое значение 30 Н для определения событий удара ногой и отрыва ноги. Мы использовали видеозаписи, чтобы определить характер ударов бегунов ногами во время всех испытаний (удары задней частью стопы против ударов стопой).удар средней / передней части стопы). Это было сделано двумя экспертами (SK и JHF) независимо друг от друга. Когда классификация на основе видео не совпадала между оценщиками ( n = 4), образец удара был классифицирован на основе визуального осмотра трассы вертикальной силы реакции опоры третьим оценщиком (WH).

После шестого испытания каждый день участники выполняли дополнительное испытание на скорости 14 км / ч в паре контрольной обуви (Nike Zoom Streak LT 2). Это позволило нам измерить индивидуальные ежедневные изменения энергетических затрат испытуемых.

Только во время посещения 4, после 10-минутного перерыва, испытуемые выполнили \ ({\ dot {\ text {V}} \ text {O}} _ {{2 {\ text {max}}}}} \ ) на классической беговой дорожке Quinton 18–60. Мы установили скорость беговой дорожки на 16 км / ч и увеличивали наклон на 1% каждую минуту до истощения [32]. Испытуемые носили свою обувь или контрольную обувь. Мы постоянно измеряли скорость потребления кислорода и определили \ ({\ dot {\ text {V}} \ text {O}} _ {{2 {\ text {max}}}} \) как максимальное среднее значение за 30 с. полученное значение. Нашим критерием достижения \ ({\ dot {\ text {V}} \ text {O}} _ {{2 {\ text {max}}}} \) было плато в уровне потребления кислорода после увеличения наклона [ 33].

Статистика

Мы сравнили энергетические затраты, пиковую вертикальную силу реакции опоры, частоту шагов и время контакта во время бега в трех условиях обуви на трех скоростях, используя двухфакторный дисперсионный анализ ANOVA с повторными измерениями. Когда мы наблюдали значительный основной эффект для обуви, мы выполнили честный апостериорный анализ значимых различий, проведенный Тьюки, чтобы определить, какие сравнения обуви существенно различаются. Чтобы оценить любые потенциальные эффекты модели ударов стопы, мы сравнили энергетические затраты, пиковую вертикальную силу реакции земли, частоту шагов и время контакта, используя трехфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями (обувь × скорость × модель удара).