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引用

Futrell EE, Reisman DS, Mullineaux DR, Davis IS(2022)认知分散任务对近期步态再训练跑步者步态力学的影响。体育锻炼医学8点215分。doi.org/10.23937/2469-5718/1510215

研究文章|vwin德赢体育网址2469 - 5718/1510215 DOI: 10.23937 /

认知分散任务对近期步态再训练跑步者步态力学的影响

Erin E. Futrell, PT, MPT, OCS1 *达西·s·赖斯曼,PT,博士2, David R Mullineaux博士3.艾琳·s·戴维斯,PT,博士4

1美国斯普林菲尔德学院物理治疗系

2美国特拉华大学物理治疗学系

3.英国林肯大学体育与运动科学学院

4美国哈佛医学院物理医学与康复系

摘要

背景

当在实验室环境中评估跑步机制时,参与者有表现偏差的风险。这项研究的目的是确定最近进行过步态再训练的跑步者在执行认知分散任务时是否改变了他们的跑步机制。

方法

两组跑步者在干预后的3个时间点对垂直负重率、节奏和步法的变化进行分析。

结果

接受节奏再训练(CAD)的跑步者没有改变节奏,但在分心时增加了负重率。接受足击再训练(FFS)的跑步者在分心时不会改变脚的角度或负重率。然而,在注意力分散时,节奏和脚的角度都有增加和减少。

结论

利用步态分析的分散注意力任务,特别是步态后再训练,是可行的,也是值得推荐的。

关键字

跑步,双重任务,物理治疗,生物力学

简介

大多数跑步步态分析是在实验室环境下进行的。然而,由于跑步者的被观察和分析意识,这类研究存在生态效度问题。理想情况下,跑步者应该在自然跑步环境中使用可穿戴传感器进行测量。然而,在有更多证据证明这种技术的可靠性和有效性之前,实验室环境仍然是评估跑步步态力学的金标准[1].

研究过程中可能出现的偏差和效度威胁包括研究设计、数据收集、数据分析和解释。随机分配和让研究人员和参与者盲目接受治疗是限制偏见和有效性威胁的方法。生物力学使用校准的设备客观地测量步态特征,但在数据收集过程中与人类行为相关的偏差更难控制。

当人们知道自己被监视时,研究就会产生偏见。这种现象被称为霍桑效应,最近被称为霍桑效应参与者反应23.].之所以会出现这种表现偏差,是因为参与者可能会根据自己被观察到的知识而改变自己的行为。这已在一项小型的观察步态研究中报道过,该研究针对的是装有假体装置的个体。具体来说,这些作者发现,当参与者意识到观察者的存在时,他们的步态模式会发生一些变化[4].

参与者的反应也会扰乱干预效果的测量。对有缺陷的跑步机制进行步态再训练是物理治疗师常用的干预手段。它的目的是降低与跑步相关的损伤的风险,因此确定是否发生了运动学习,以及是否持续一段时间是很重要的。由于在要求参与者改变步态力学时很难使他们失明,因此在步态力学数据中引入实验误差的概率很高。即使在不进行干预的观察性跑步分析中,由于要求跑步者在不自然的实验室环境中执行任务,也可能存在一定程度的参与者反应。然而,在评估机制时引入分散注意力的任务可能会降低参与者在测试人员面前有意识表现的能力。此外,在户外跑步时,跑步者可能不得不注意到一系列的视觉和听觉干扰。因此,在实验室环境中使用分散注意力任务可以提供增强的生态有效数据。对跳跃着陆和行走中避障的研究表明,当参与者执行次要认知任务时,其下肢机制发生了显著变化[56].然而,分心对习惯性或再训练跑步机制的影响还没有被研究过。

因此,当前研究的目的是确定最近重新训练的跑步机制是否会在分心的情况下发生改变。我们还试图确定在多个时间点执行分散注意力任务本身是否有学习效果。我们假设,在两个干预组中,新训练的步态机制在分心条件下会发生改变。具体来说,训练增加步数(每分钟步数)的一组将降低步数到步态前再训练水平,而接受过渡到前脚打击训练的一组将减少在接触分心时足底屈脚角度。我们假设,由于这些步态的改变,两组人在注意力分散时会增加垂直负荷率。由于任务的短暂性(20秒)和每次步态评估之间的时间间隔,我们还预计分散注意力任务将在多个时间点上具有同样的破坏性。

方法

机构审查委员会批准了这项调查,参与者在任何研究活动发生前都表示同意。这项研究是比较两种步态再训练的短期和长期效果的大型研究的一部分。这些是不断增加的节奏和从后脚掌打击(RFS)到前脚掌打击模式的过渡。这两种方法都被证明可以降低垂直载荷率,这与各种跑步相关的伤害有关[7-9].33名健康的休闲跑步者自愿参加这项研究。简而言之,跑步者被随机分为增加节奏组(CAD)和过渡到前脚掌打击组(FFS)。为了入选,参与者必须在过去的3个月里每周跑8-24公里,并且在过去的3个月里没有受伤。对他们进行进一步筛选,并邀请那些后足着地模式、节奏≤170 spm(步数/分钟)的跑步者参与(表1)。

表1:参与者人口统计数据。查看表1

参与者在接受为期4周的足部和脚踝强化训练后,进行了基线步态分析。在2-3周的时间内,两组都接受了8次步态再训练,使用听觉反馈。结果,CAD组增加了节奏,FFS组过渡到初始接触时足部弯曲的FFS模式[10].在步态再训练之后,跑步者被提供了关于如何逐渐增加距离的书面指导。再训练后1周,再训练后1个月和6个月进行干预后步态分析。

为了本研究的目的,只分析了再训练后的步态评估,以评估分心对再训练步态模式的影响。所有步态分析均在仪器跑步机上进行(AMTI, Watertown, MA)。通过实验室发放的中性软垫鞋(Nike Air Pegasus)上的孔将反反射标记放置在跟骨上,以评估脚相对于地面的角度。运动数据记录使用8摄像头的运动捕捉系统(Vicon, Oxford, United Kingdom),采样频率为250 Hz,运动数据记录使用仪器跑步机采样频率为1500 Hz。在3分钟的热身后,将速度调整为每个参与者自己选择的长跑配速,并记录20秒的数据。

为了评估参与者反应的效果,参与者继续以相同的速度跑步,并在执行认知分散任务时记录第二次20秒。这个任务是Stroop测试的一个版本,目的是在记录跑步者的步态时分散他们的注意力。11].跑步时,跑步机正前方的电视显示器随机显示7行× 5列的颜色名称,其中文字的颜色与颜色名称不匹配。跑步者被要求朗读每一栏,并大声说出文字的颜色,而不是单词本身。例如,如果“黑色”这个词是用绿色文字写的,正确的回答是“绿色”。参与者首先站在跑步机上练习分散注意力的任务,以确保他们理解要求。这个版本的Stroop测试没有计时,也没有评分的准确性。跑步者被鼓励按照自己的速度阅读图表。这样做是为了减少任务的精神压力和认知需求。

每次试验的前10次右脚撞击的平均值用于数据分析。所有数据都使用四阶巴特沃斯滤波器进行低通滤波,运动数据的频率截止为12 Hz,运动数据的频率截止为50 Hz。数据处理使用Visual 3D软件(C-motion, Germantown, MD)和定制的MATLAB代码(MathWorks, Natick, MA)。

感兴趣的变量是CAD组的节奏,FFS组的初始接触脚角,两组的垂直平均和瞬时负载率(VALR, VILR)。为了使用垂直地面反作用力(VGRF)曲线确定载荷率,确定了三种类型的曲线:一种具有垂直冲击峰值,一种具有较水平的斜率的冲击暂态,以及一种既没有峰值也没有暂态。对于每一种类型的曲线,都使用一个兴趣点(POI)来定义计算垂直载荷率的范围。POI是第一个大于参与者体重75%,小于15bw /s的点。该准则被用来证明冲击的瞬态或加载的结束(图1)。VALR区域被定义为脚触和POI之间曲线20-80%之间的平均斜率。VILR被定义为从步点到POI曲线20-100%之间任意两个连续点之间的峰值斜率。脚角由外侧脚与实验室坐标系之间的角度确定,零度定义为静态站立试验中获得的角度。在跑步过程中,负角表示FFS(跖屈),正角表示RFS(背屈)在初始接触。Cadence被计算为每分钟的步数,并从动力学数据中提取。

图1:使用兴趣点(POI)计算平均和瞬时垂直载荷率(ALR和ILR)的VGRF曲线。A)有冲击峰值曲线;B)无冲击峰值曲线(图中未显示:有冲击瞬态曲线)。查看图1

采用SPSS Version 25进行统计分析,所有变量的显著性水平设为0.05。评估每个变量是否存在异常值。如果存在异常值,则使用“中位数绝对偏差”(MAD)方法去除异常值[12].采用最大t统计量0.001的更严格的MAD缩放标准,对MAD进行了修改[13].表2列出了每个变量分析所包含的参与者数量。

表2:在步态再训练后的三次分析中,无分心和分心跑步组内变化的2 × 3方差分析结果。查看表2

为了达到本研究的目的,我们采用2条件(未分心vs分心)× 3时间(干预后时间点)方差分析。的条件x的时间交互提供了关于注意力分散任务的学习是否随着时间的推移对每个感兴趣的变量(节奏、脚的角度和垂直负载率)的结果。如果没有,主要的影响条件以确定这些兴趣变量在分心时是否发生了变化。Mauchly的球度检验表明,所有感兴趣的变量的相互作用都满足球度假设。

为了进一步探索数据,我们检查了个体参与者的数据。具体来说,我们计算了无分心和分心情况下CAD组的节奏和FFS组的脚角的平均差值(表3)。我们在再训练后的三个时间点重复了这个结果。我们还计算了每个时间点在无分心和分心条件下的节奏、脚角和负载率的均值(SEM)值的标准误差(表3)。

表3:分析个体参与者数据的结果。表3视图

结果

各组2因素分析结果见表2。没有条件x的时间在CAD组和FFS组中,兴趣变量的交互效应,表明分心任务的学习效应没有发生。没有主要的影响条件在节奏或脚的角度上。也就是说,在无分心跑步和无分心跑步之间,CAD组的节奏和FFS组的脚角没有差异。在进一步分析个体参与者的数据后,我们发现在注意力分散时,节奏和脚角的反应范围很广(图2和图3)。由于变量在两个方向都发生了变化,我们计算了无分心和分心跑步的节奏和脚角的平均差异得分(表3)。CAD组的平均差异值在3.4-6.3步/分钟之间。而FFS组的平均差值在0.9 ~ 1.1度之间。最后,有一个主要的影响条件但只在CAD组中。CAD组跑步者在分心跑步时VILR (p = 0.015)和VALR (p = 0.026)均有微小但显著的增加,而FFS组则没有(VILR p = 0.726, VALR p = 0.616)(表2)。

图2:A)干预后1周,B)干预后1个月,C)干预后6个月,CAD组无分心跑步与分心跑步的个人节奏差异得分。正值表示节奏增加,负值表示节奏减少。
注意:1个月时的参与者8和6个月时的参与者17被剔除为异常值。查看图2

图3:干预后分析A) 1周,B) 1个月,C) 6个月,FFS组无分心和分心跑步时脚角的个体差异得分。(负值表示植物弯曲更多,正值表示在初始接触时植物弯曲更少)。查看图3

讨论

这是第一个研究分散注意力对跑步机制的影响的研究。具体来说,我们试图确定最近接受过步态再训练的跑步者在分心时是否显著改变了他们的运动机制。我们预计,在分心的情况下,CAD组会表现出较低的节奏,而FFS组在最初接触时会减少跖屈。还假设垂直负载率会随着所有跑步者的注意力分散而增加。最后,我们检验了重复使用分散注意力任务是否会随着时间的推移对任务的表现产生学习效应。假设跑步者不会更好地完成这项任务,而且随着时间的推移,它仍然会让人分心。

节奏

与我们的假设相反,节奏与分心跑步没有变化。虽然没有发现差异,但节奏随着注意力的分散而显著变化,在一些参与者中增加,而在另一些参与者中减少(图2)。在计算出的扫描电镜值(2-3步/分钟)之间的基线波动是可以预期的(表3)。然而,有许多次,节奏以10步/分钟(超过3倍扫描电镜)的速度变化。事实上,在某些情况下,增加或减少超过20步/分钟(近10倍SEM)被注意到。此外,个体参与者在三个时间点上的反应并不相同。例如,在一个时间点,注意力分散会增加节奏,然后在另一个时间点下降(注意参与者7,10 -14,图2)。这表明这种运动模式可能不是很稳定。

脚角

和节奏一样,脚的角度也没有像假设的那样随着注意力的分散而改变。与CAD组相似,这些跑步者中的一些人的脚弯曲度降低,而另一些人的脚弯曲度增加(图3)。然而,差异分数的绝对值仅在0.9到1.1度之间,完全在1.2到1.3度的sem范围内(表3)。在所有三个时间点上注意到的最大差异仅为2.5度。在三个时间点上,FFS组个体参与者的模式似乎比CAD组更一致。这些因素表明,FFS组的运动模式可能比CAD组更稳定。

垂直loadrates

再训练节奏和步法模式通常是为了减少垂直负重率[1415],因为过重的负重率与跑步受伤有关[7-9].正如预期的那样,我们确实发现CAD组在无分心跑步和分心跑步之间的负荷率总体上有显著增加。在没有节奏变化的情况下,负载率的增加进一步证明了Futrell等人所报告的这两个变量之间缺乏关系。[16].然而,也应该注意的是,CAD组的垂直载重率增加很小(1.7-4.6 BW/s),三个随访时间点的效应值(d≤0.3)都很小(表2)。这些值大致在2.1-4.7 BW/s的扫描电镜值范围内。与CAD组相比,FFS组在分心条件下的负载率没有变化,再次表明该组可能比CAD组受分心的影响更小。

条件×时间的相互作用

如预期的那样,缺乏显著的交互作用条件x的时间的研究表明,没有分心和分心情况之间的差异没有随着时间的推移而改变。这些结果表明,跑步者在重复使用分散注意力的任务时并没有变得更好或更差。我们认为,考试时间短(20秒)以及两次考试之间的时间间隔减少了学习的机会。这表明Stroop测试可以用于涉及重复测量的研究。

总而言之,在分心跑步的情况下,重新训练的步态模式出现了个体变化。它们似乎在两个方向上都有变化,从没有分心的跑步;然而,重新训练的节奏似乎比重新训练的脚击角更受影响。此外,只有重新训练的节奏组在分散注意力的情况下表现出垂直负重率的增加。需要进一步的研究来确定分心如何影响其他步态变量。虽然假设分散注意力测试有助于揭示真正的习惯性步态模式,但也有可能过多的分散注意力会不自然地改变步态。我们修改了Stroop测试以减少它的认知需求,但与其他分心测试的比较是有必要的。

资金

这项工作由AMTI力和运动基金会的学生奖学金基金支持。此外,提供给参与者的鞋子有一半是由Inov-8LLC捐赠的。设备由美国Noraxon公司租借。

的利益冲突

我们没有要披露的经济利益或利益冲突。

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Futrell EE, Reisman DS, Mullineaux DR, Davis IS(2022)认知分散任务对近期步态再训练跑步者步态力学的影响。体育锻炼医学8点215分。doi.org/10.23937/2469-5718/1510215

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