Seung-uk Co.

1 filială de cercetare clinică, ANI, Baltimore, MD, SUA

Sari Stenholm

1 filială de cercetare clinică, ANI, Baltimore, MD, SUA

2 Institutul Național pentru Sănătate și Bunăstare, Helsinki, Finlanda

Luigi Ferrucci

1 filială de cercetare clinică, ANI, Baltimore, MD, SUA

Abstract

Obezitatea la adulții în vârstă este o problemă tot mai mare de sănătate publică. Excesul de greutate determină o sarcină biomecanică la nivelul articulațiilor extremităților inferioare și contribuie la patologia articulațiilor. Scopul acestui studiu a fost de a identifica caracteristicile specifice ale mersului asociate cu indicele de masă corporală (IMC). Mersul preferat și cu viteză maximă și caracteristicile de mers asociate au fost examinate la 164 (50-84 de ani) participanți din Baltimore Longitudinal Study of Aging (BLSA) capabili să meargă fără asistență. Participanții au fost împărțiți în trei grupuri pe baza IMC-ului lor: greutate normală (19 ≤ IMC 2), supraponderal (25 ≤ IMC 2) și obezi (IMC 30 ≤ IMC 2). Cheltuielile totale de lucru mecanic generativ la nivelul gleznei (MWE) în planul anterior-posterior (AP) au fost progresiv și semnificativ mai mici cu creșterea IMC atât pentru mersul preferat (p = 0,026) cât și pentru viteza maximă (p Cuvinte cheie: Mers, obezitate, viteza mersului, cheltuieli mecanice de lucru, IMC

INTRODUCERE

Numărul adulților obezi mai în vârstă crește în Statele Unite, precum și în alte țări occidentalizate (Mokdad și colab., 2001; Wang și Beydoun, 2007). Obezitatea este un factor de risc cunoscut pentru mai multe boli (OMS, 2000) și, de asemenea, afectează negativ funcționarea fizică, în special capacitatea de mers și performanța (Houston și colab., 2009; Stenholm și colab., 2007). Studiile au arătat că abilitatea de a merge este o condiție prealabilă importantă pentru autonomie în activitățile zilnice de viață. Înțelegerea mecanismelor care pot afecta capacitatea de a merge la persoanele în vârstă poate ajuta la identificarea țintei de prevenire și reabilitare. Osteoartrita extremității inferioare (OA) este cauza dizabilității pe care o raportează cel mai des persoanele în vârstă (McAlindon și colab., 1993; van Baar și colab., 1998). Interesant este că obezitatea este unul dintre principalii factori de risc pentru genunchi și șold OA (Anderson și Felson, 1988; Grazio și Balen, 2009), iar datele recente au arătat că obezitatea este asociată transversal cu viteza redusă de mers și prezice dezvoltarea handicapului de mobilitate. (Houston și colab., 2009; Stenholm și colab., 2007). Cu toate acestea, mecanismele care leagă obezitatea, patologia articulară și capacitatea de mers sunt încă neclare. Este posibil ca greutatea corporală în exces să provoace o sarcină biomecanică la nivelul articulațiilor extremităților inferioare (Ling și colab., 2003), care la rândul său să ducă la boli degenerative ale articulațiilor și, în cele din urmă, la afectarea mersului.

În studiile anterioare obezitatea a fost asociată cu o viteză mai mică a mersului (Lai și colab., 2008; McGraw și colab., 2000; Spyropoulos și colab., 1991), lățime mai mare a pasului (Spyropoulos și colab., 1991), șold mai mare medial-lateral Rotația (ML) (Lai și colab., 2008; Spyropoulos și colab., 1991) și momentul articulației gleznei inferioare anterioare-posterioare (AP) (Lai și colab., 2008). Cercetătorii au sugerat că aceste caracteristici se dezvoltă ca adaptări la încărcarea excesivă a greutății articulațiilor genunchiului în timpul mersului (Gyory și colab., 1976; Stauffer și colab., 1977). Aceste descoperiri s-au bazat pe un număr relativ mic de tineri obezi. Deoarece vârsta mai în vârstă este asociată cu o performanță slabă a extremităților inferioare, este rezonabil să credem că efectul obezității asupra tiparului de mers poate fi chiar mai mare decât cel identificat anterior la persoanele mai tinere. Cu toate acestea, din câte știm, nu există studii anterioare despre caracteristicile mersului la adulții vârstnici cu obezitate.

Folosind date de la 164 de adulți în vârstă înscriși în Studiul longitudinal de îmbătrânire din Baltimore, cu o gamă largă de indicii de masă corporală (IMC), am comparat caracteristicile mersului dintre cei cu greutate normală, supraponderalitate și obezitate. Ipotezăm că obezitatea este asociată cu modificarea caracteristicilor spatiotemporale și a cheltuielilor mecanice de lucru (MWE) la extremitățile inferioare în timp ce mergeți la mersul preferat și la viteza maximă.

METODE

Participanți

Datele au fost colectate la 164 de participanți la Baltimore Longitudinal Study of Aging (BLSA) care aveau între 50 și 84 de ani. Studiul a fost realizat în Laboratorul de Mers al Clinicii de Cercetare Clinică (NIA, NIH) între ianuarie și august 2008. Participanții care nu au avut proteză articulară la șold sau genunchi, dureri articulare severe, istoric de accident vascular cerebral sau boala Parkinson și care au putut urmați instrucțiunile și completați în condiții de siguranță cel puțin testul preferat de mers cu viteză fără ajutor au fost incluse în studiu. Protocolul BLSA a fost aprobat de Medstar Research Institution Review Board (Baltimore, MD). Participanții au primit o descriere detaliată a studiului și au acceptat să participe.

Indicele de masa corporala

IMC a fost calculat ca greutate măsurată obiectiv împărțit la înălțimea măsurată la pătrat (kg/m 2). Conform criteriilor Organizației Mondiale a Sănătății (OMS, 2000), participanții au fost clasificați în trei grupuri, și anume greutatea normală (19 ≤ IMC 2; N = 56), supraponderali (25 ≤ IMC 2; N = 74) și obezi (30 ( IMC 2; N = 34). Participanții care aveau IMC peste 40 kg/m 2 nu au fost incluși în acest studiu din cauza dificultăților tehnice de poziționare a markerilor pelvieni necesari în analiza mersului.

Măsurători ale mersului

Procedura de analiză a mersului efectuată în laboratorul nostru a fost descrisă în altă parte (Ko și colab., 2009; Teixeira-Salmela și colab., 2008). Pe scurt, participanții au fost echipați cu 20 de markeri reflectorizanți în repere anatomice: coloane iliace anterioare și posterioare superioare, genunchi mediali și laterali, glezne mediale și laterale, deget de la picior (al doilea cap metatarsian), călcâi și baghete laterale peste femur mediu și mediu tibia. Pentru a evita erorile excesive în calculul articulației șoldului din cauza țesutului adipos al participanților supraponderali și obezi, banda de legătură a fost utilizată în zona pelviană, iar distanța dintre coloanele iliace anterioare stânga și dreapta superioare (ASIS) a fost măsurată manual. Un sistem Vicon de captare a mișcării 3D cu o cameră digitală de 10 (sistemul Vicon 612, Oxford Metrics Ltd., Oxford, Marea Britanie) a măsurat locațiile 3D ale tuturor markerilor pe reperele segmentelor extremităților inferioare (frecvența de eșantionare 60 Hz). În timpul testului de mers, forțele de reacție la sol au fost măsurate cu două platforme de forță AMTI eșalonate (Advanced Mechanical Technologies, Inc., Watertown, MA, SUA; frecvența de eșantionare 1080 Hz).

După ce toți markerii au fost poziționați pe piele și pantalonii spandex care se potrivesc ferm, care nu reflectă, participanții au fost rugați să meargă pe o pasarelă de laborator de mers de 10 m lungime la viteza și viteza maximă preferate. Participanților li s-a cerut mai întâi să meargă la viteza de mers selectată de sine (cum ar fi „mers pe stradă”) și să repete aceeași sarcină mergând cât mai repede posibil. Participanții nu au fost informați cu privire la prezența sau amplasarea platformelor de forță pe calea de mers pe jos. Încercările au fost efectuate până când au fost obținute cel puțin trei cicluri de mers complete pentru ambele părți stânga și dreaptă, cu aterizarea completă a piciorului pe platforma forței atât pentru sarcinile de viteză preferată, cât și pentru viteza maximă. Datele brute de coordonate ale pozițiilor markerului au fost filtrate digital cu filtrul Butterworth cu decalaj zero de ordinul al patrulea, cu o limită la 6 Hz.

Procesarea datelor

mers

Cicluri procentuale inițiale de mers pentru flexia plantară a gleznei (a) și prima flexie a genunchiului (b) pentru participanții la greutate normală și obezi *.

(a) Rotația gleznei pentru viteza maximă de mers în planul anterior-posterior

(b) Rotația genunchiului pentru viteza maximă de mers în planul anterior-posterior

* Aceste cifre provin de la participanți reprezentativi cu greutate normală și obezi

analize statistice

Caracteristicile populației studiate sunt raportate de grupurile IMC ca valori medii și abateri standard pentru variabilele continue și proporții pentru variabilele categorice. Diferențele de caracteristici, precum și parametrii de mers la viteza de mers preferată și maximă între categoriile IMC au fost examinate cu modele liniare generalizate (GLM). Toate modelele au fost ajustate pentru viteza mersului (cu excepția vitezei de mers în sine), vârstă, sex și genunchi OA. Pentru a testa tendința, variabilele categorice au fost introduse în GLM ca variabile ordinale. Semnificația statistică a fost definită cu o valoare p mai mică de 0,05. Analizele statistice au fost efectuate cu pachetul statistic SAS 9.1 (SAS Institute, Inc., Cary, North Carolina, SUA).

REZULTATE

Dintre participanții la studiu, 34% au avut greutate normală, 45% supraponderal și 21% obezi. IMC mediu a fost de 26,8 kg/m 2 (intervale 19-39). Caracteristicile participanților sunt rezumate în Tabelul 1 în funcție de categoriile IMC. Proporția femeilor a fost de 68% în grupul cu greutate normală, 42% în grupul supraponderal și 56% în grupul cu obezitate. S-au găsit diferențe semnificative între grupuri pentru greutate (p * .

Valori medii (SE) și proporționale P în comparații de grup și chi-pătratCaracteristici pentru
participanți normali
IMC * Variabilele continue sunt prezentate în medie (SE) și variabilele categorice în proporții

IMC = indicele de masă corporală; SE = eroare standard

Altele ajustate după viteză, vârstă, sex și genunchi OA

IMC = indicele de masă corporală; SE = eroare standard

PGC = proporția ciclului de mers; MWE = cheltuieli mecanice de lucru

Tabelul 3

Parametri de mers asociați obezității pentru sarcina de mers pe jos cu viteză maximă.

Altele ajustate după viteză, vârstă, sex și genunchi OA

IMC = indicele de masă corporală; SE = eroare standard

PGC = proporția ciclului de mers; MWE = cheltuieli mecanice de lucru

Interesant, caracteristicile mersului asociate cu obezitatea au fost ușor diferite în ceea ce privește sarcina de mers cu viteză maximă. Viteza mersului a fost progresiv mai scăzută odată cu creșterea IMC (p pentru tendința 0,047), în timp ce nu s-a observat nicio diferență semnificativă între grupuri. Durata de flexie a genunchiului a fost mai mare la obezi comparativ cu participanții la greutate normală (p = 0,026; Fig. 1-b). MWE total absorbant al gleznei în planul AP a fost mai mic odată cu creșterea IMC (p pentru tendința 0,008). În cele din urmă, diferența de MWE totală a genunchiului ML între grupurile de IMC, care a fost observată din mersul cu viteză preferată, nu a mai fost detectată în sarcina de mers cu viteză maximă.

DISCUŢIE

Rezultatele acestui studiu arată că adulții în vârstă cu obezitate își modifică tiparele de mers în comparație cu omologii cu greutate normală, atât în ​​timp ce merg cu viteza preferată, cât și cu cea maximă. Din cunoștințele noastre, studiul de față este primul care examinează parametrii de mers cinematică și cinetică 3D ai extremităților inferioare la persoanele în vârstă dispersate pe o gamă largă de IMC.

Rezultatele noastre sunt în concordanță cu studiile anterioare efectuate la populații mai tinere din studiu, arătând că persoanele obeze tind să aibă o viteză de mers mai mică, o lățime mai mare a pasului și o durată mai lungă a mersului în timpul mersului, comparativ cu persoanele cu greutate normală (Lai și colab., 2008; McGraw și colab. al., 2000; Spyropoulos și colab., 1991). La această populație mai în vârstă, am constatat, de asemenea, alungirea la gleznă a 1-a durată de flexie plantară (pentru mersul cu viteza preferată și maximă) și a genunchiului la prima durată de flexie (pentru mers doar la viteza maximă) în rândul obezilor comparativ cu participanții non-obezi. Aceste descoperiri sugerează că la persoanele obeze aflate în stadiul inițial al atitudinii (lovirea călcâiului), durata alungită în flexia plantară a gleznei și flexia genunchiului este menită să îmbunătățească absorbția impactului suplimentar impus de greutatea mai mare.

Contrar constatărilor din planul AP, în planul ML participanții obezi au prezentat utilizări mai mari de energie mecanică în articulațiile șoldului și genunchiului decât participanții non-obezi. MWE generativ cu genunchi ML mai mare pentru mersul cu viteză preferat la participanții obezi și supraponderali poate reflecta o activitate ML crescută în răpirea genunchiului în timpul fazei de poziție, care la rândul său poate provoca mișcări excesive în condilul femural medial, care poate provoca subțierea cartilajului și în cele din urmă OA a genunchiului (Andriacchi și colab., 2004). Creșterea MWE de șold ML la participanții obezi pentru ambele teste de mers a fost în modul absorbant, ceea ce poate indica activitate în absorbția încărcării ML în timpul fazei de poziție. Puterea articulară mecanică, care este valoarea discretă a MWE, este calculată prin multiplicarea vitezei unghiulare și a momentelor articulației. Având în vedere că nu a existat nicio diferență în momentul articulației de vârf între grupuri, creșterea MWE a șoldului absorbant ML la participanții obezi poate reflecta un model modificat de aducție a șoldului în planul ML, care a crescut viteza unghiulară (Fig. 2).

Unghiul și momentul articulației pentru răpirea și aducția șoldului în planul medial-lateral (ML) care a cauzat puterea mecanică de șold ML absorbantă *.

* Această cifră este de la un participant reprezentativ cu greutate normală pentru mersul pe viteză preferat

O altă constatare importantă a acestui studiu este diferențele dintre tiparul de mers între participanții la greutate normală, supraponderali și obezi. Participanții supraponderali au avut modele de mers similare cu participanții la greutate normală pentru toate utilizările de energie mecanică, în timp ce fazele de mers alungite, cum ar fi glezna 1 a duratei flexiei plantare și durata poziției, au fost mai asemănătoare între participanții supraponderali și obezi la mersul cu viteză maximă. Astfel, se pare că parametrii mersului spațiotemporal sunt afectați mai ușor de excesul de greutate, în timp ce schimbările în utilizarea mecanică a energiei sunt prezente doar în rândul persoanelor obeze.

Studiul nostru are limitări care merită discuții. Nu am măsurat consumul de energie metabolică în timpul analizei mersului în BLSA, astfel încât informații importante despre eficiența utilizării energiei la adulții obezi nu pot fi evaluate. În al doilea rând, analiza din prezentul studiu și-a asumat simetria în timpul mersului. Pentru a minimiza efectul acestei probleme, participanții cu limitări substanțiale de mobilitate au fost excluși din studiu. În plus, simetria duratei ciclului de mers din partea stângă și dreaptă a fost verificată prin examinarea raportului dintre partea relativ mai lentă și cea mai rapidă, care părea a fi aproape de 1 (0,96 ± 0,05). Cu toate acestea, recunoaștem că asimetria subtilă a dinamicii mersului, care nu a fost detectabilă la examenul clinic, poate avea o importanță fiziologică. În cele din urmă, chiar și după eforturi suplimentare, inclusiv măsurarea manuală a lățimii ASIS, banda de legare și excluderea participanților cu IMC peste 40 de ani, țesutul adipos excesiv în zona abdominală și pelviană poate fi cauzat erori potențiale în calculul centrului articulației șoldului (HJC), așa cum sa raportat și un studiu anterior (Cereatti și colab., 2009).

În concluzie, adulții în vârstă cu obezitate au prezentat modele de mers spatiotemporal care permit rotații inițiale mai lungi în articulațiile gleznei și genunchiului, astfel putând reduce impactul asupra articulațiilor proximale ale extremităților inferioare impuse de greutatea corporală suplimentară. În plus, persoanele obeze aveau modele de mers ale utilizărilor de energie mecanică mai mici în planul AP la gleznă și mai mare în planul ML la genunchi și șold, ceea ce poate fi dezavantajos în ceea ce privește eficiența mersului, având în vedere că progresul înainte este principalul obiectiv al mersului obișnuit. Pierderea în greutate controlată în rândul persoanelor în vârstă obeze poate fi benefică în recuperarea tiparului de mers normal și reducerea eforturilor suplimentare în poziția inițială. Sunt necesare studii suplimentare pentru a verifica dacă pierderea în greutate normalizează tiparul de mers caracteristic persoanelor obeze.

Mulțumiri

Această cercetare a fost susținută în întregime de Programul de cercetare intramurală al NIH, Institutul Național pentru Îmbătrânire. Datele pentru aceste analize au fost obținute din Baltimore Longitudinal Study of Aging, un studiu realizat de Institutul Național de Îmbătrânire.

Note de subsol

Declinarea responsabilității editorului: Acesta este un fișier PDF al unui manuscris neditat care a fost acceptat spre publicare. Ca serviciu pentru clienții noștri, oferim această versiune timpurie a manuscrisului. Manuscrisul va fi supus copierii, compunerii și revizuirii dovezilor rezultate înainte de a fi publicat în forma sa finală citabilă. Vă rugăm să rețineți că, în timpul procesului de producție, pot fi descoperite erori care ar putea afecta conținutul și că toate responsabilitățile legale care se aplică jurnalului se referă.

Conflict de interese

Toți autorii declară că nu au fost realizate relații financiare sau personale cu alte persoane sau organizații care ar putea influența sau influența necorespunzător această lucrare.