Plantar pressure in postmenopausal women: foot rollover temporal parameters and the effects of obesity in straight-ahead, side-cut and obstacle tasks
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2018-07-06
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Background: Most walking knowledge was developed in relation to walk on level surfaces, following a straight line and without interferences from the surrounding environment. Nonetheless, walking in everyday life is more demanding than walking on flat surfaces, involve more motor skills, coordination and adaptability. Uneven surfaces are frequently found during daily walking as well as curves, turns, stairs, sidewalks, potholes, and many other type of pathway conditions. It is in these challenging contexts where the subjects are more prone to fall and get injured. Around 33% of the postmenopausal women (PW) experience a fall each year, which degrades their quality of life and contribute to their high morbidity and mortality. Increased body sway and loss of balance were reported as risk factors for falls in PW and many other aspects were suggested to impact the ability of PW to safely perform daily activities. Such features include the loss of muscle and strength, the loss of fat-free mass, and the increase in adiposity. Excessive weight has been reported to contribute to reduced standing stability, loss of mobility and higher risk of falls. Overweight can also affect the foot structure and function. Although, the feet actions can affect the whole body, little is known about the foot ground interaction during walking, particularly when crossing obstacles and changing direction. Valuable information on postural and motor pattern strategies can be obtained from plantar pressure assessments during side-cut and obstacle tasks. Some plantar pressure studies have been performed during walking, however, research about stepping over obstacles and side-cut walking is scarce in literature. Regarding the plantar pressure temporal parameters, the paucity of research is even greater. Nonetheless, it has been suggested that temporal foot rollover assessments can provide additional understanding about: 1) the antero-posterior and mediolateral behavior of the foot, 2) the leg and foot muscular activities, 3) the differences regarding what is normal and what is pathological walking, and 4) the gait patterns. Objective: Overall this thesis aims a better understanding of the foot ground interaction during gait of PW, particularly in the following tasks: (1) walking straight-ahead, (2) walking while perform a sidecut maneuver, and (3) walking while cross an obstacle. Considering that plantar pressure can be significantly affected by body weight and PW are prone to gain weight, obesity effects were also evaluated in this work. To accomplish the overall objective, three studies were performed with the following purposes: (study 1) compare the temporal foot rollover data between straightahead and side-cut walking and to establish a reference dataset for obese and non-obese PW, (study 2) investigate the differences in foot contact times between obese and non-obese PW when crossing obstacles and (study 3) compare the temporal foot rollover data between walking straight-ahead and walking stepping over obstacles for obese and non-obese PW. Methods: One hundred and one PW participated in the study. To assess plantar pressure data the two-step protocol was employed. The following ten anatomic pressure areas were considered: lateral heel, medial heel, midfoot, metatarsal 1-5, hallux, and toes. The subjects were evaluated in the following tasks: (1) walking straight-ahead, (2) walking and performing a side-cut at 45ยบ and (3) walking and crossing an obstacle at 30% of their lower limb length. For all the studies, each foot area was analyzed regarding the initial contact, the final contact, and the contact duration. The foot contact duration was also analyzed for the overall foot area. Obesity levels were established using the body mass index (BMI) cut-off value of 27kg/m2 . Results: The results of the first and third studies revealed significant temporal foot rollover differences on the initial contact, final contact, and contact duration of several anatomic pressure areas. The first study also showed significant differences for both feet in some instants and phases of foot rollover between tasks. Regarding the second study no significant differences were found, in absolute foot contact duration for both limbs between obese and non-obese subjects in any of the groups evaluated (i.e. heel and non-heel groups). For the relative temporal data only some of the 10 anatomic pressure areas analyzed revealed significant differences between obese and non-obese subjects. Conclusions: The main conclusions that can be drawn from the results are the following: (study 1) during the side-cut task the midfoot, lateral forefoot, and the toe areas of the trailing limb play a greater role in the initial break and in foot stability. The longer duration of the heel, midfoot, and stance phase of the leading limb suggest an increase in the stride length of the trailing limb and/or the leaning of the trunk toward the inner side of the turn; (study 2) the two-foot rollover profiles detected for the leading limb suggest that the obstacle height might be too demanding for the motor ability of some subjects independently of their obesity level. The anticipation of contact of some anatomic pressure areas can be imposed by the greater inertia of obese subjects, while the excessive weight and greater forces that obese suffer can reshape their footprints, leading to changes in the initial contact, final contact and duration of different anatomic pressure areas; (study 3) the results suggest that during the obstacle task the propulsion phase of the trailing limb is anticipated. The first foot contact of the leading limb was made with the metatarsals, leading to a backward foot rollover movement from the metatarsal to the heel areas, possibly to provide support to better control the trailing limb swing phase that follows.
รmbito: O que sabemos do caminhar รฉ maioritariamente sobre o caminhar sem mudanรงas de direรงรฃo num piso plano sem interferรชncia do meio ambiente. No entanto, caminhar no dia-a-dia รฉ mais exigente do que caminhar apenas em superfรญcies planas, requer maiores capacidades motoras, coordenaรงรฃo e adaptabilidade. No cotidiano quando nos deslocamos deparamo-nos frequentemente com curvas, viragens e superfรญcies desniveladas, tais como escadas, passeios, buracos e outras condicionantes no percurso. Nestes contextos mais exigentes os riscos de lesรฃo e quedas sรฃo maiores. Um terรงo das mulheres pรณs-menopรกusicas (MP) sofre anualmente uma queda, a qual degrada a sua qualidade de vida e contribui para uma maior morbidade e mortalidade. Excessiva oscilaรงรฃo corporal e perda de equilรญbrio foram reportados como fatores de risco de queda em MP para alรฉm de outros aspetos que influenciam a sua capacidade de realizar atividades diรกrias, nomeadamente a perda de massa muscular e forรงa, diminuiรงรฃo da massa magra e aumento da adiposidade. O excesso de peso foi identificado como um fator que contribui para a reduรงรฃo da estabilidade postural, perda de mobilidade e aumento do risco de quedas. De igual forma as estruturas e funรงรตes do pรฉ, sรฃo influenciadas pelo excesso de peso. Apesar das aรงรตes do pรฉ afetarem todo o corpo, pouco se sabe sobre a interaรงรฃo entre este e o solo durante o caminhar, particularmente durante a passagem de obstรกculos e mudanรงas de direรงรฃo. A avaliaรงรฃo das pressรตes plantares durante o caminhar com mudanรงas de direรงรฃo e com passagem de obstรกculos, permite obter informaรงรฃo relevante sobre estratรฉgias posturais e motoras. Foram realizados vรกrios estudos sobre a pressรฃo plantar durante o caminhar, no entanto sรฃo raros os estudos sobre o caminhar com passagem de obstรกculos e com mudanรงas de direรงรฃo. Relativamente aos parรขmetros temporais da pressรฃo plantar a literatura รฉ ainda mais escassa. No entanto, foi sugerido que a avaliaรงรฃo dos parรขmetros temporais do pรฉ permite um maior conhecimento sobre: 1) o comportamento รขntero-posterior e mรฉdio-lateral do pรฉ, 2) a atividade muscular da perna e do pรฉ, 3) as diferenรงas entre o caminhar normal e patolรณgico, e 4) sobre os padrรตes do caminhar. Objetivo: O objetivo geral da tese visa uma melhor compreensรฃo da interaรงรฃo do pรฉ com o solo das MP durante o caminhar, nomeadamente nas seguintes tarefas: (1) caminhar em frente, (2) caminhar realizando uma alteraรงรฃo de direรงรฃo, e (3) caminhar com uma passagem de obstรกculo. Considerando que as pressรตes plantares sรฃo influenciadas pelo peso corporal e as MP sรฃo suscetรญveis ao aumento de peso, os efeitos da obesidade foram tambรฉm avaliados neste trabalho. Para concretizar o objetivo geral, foram realizados trรชs estudos com os seguintes objetivos especรญficos: (estudo 1) comparar os parรขmetros temporais da pressรฃo plantar entre caminhar em frente e caminhar com uma alteraรงรฃo da direรงรฃo e estabelecer dados de referรชncia para MP obesas e nรฃo obesas, (estudo 2) investigar os parรขmetros temporais da pressรฃo plantar entre as MP obesas e nรฃo obesas durante o caminhar com uma passagem de obstรกculo, e (estudo 3) comparar os parรขmetros temporais da pressรฃo plantar entre caminhar em frente e o caminhar com obstรกculos para as MP obesas e nรฃo obesas. Metodologia: Cento e uma MP participaram neste estudo. Para obter os dados da pressรฃo plantar, foi utilizado o protocolo dois-passos. Foram consideradas para estudo dez รกreas anatรณmicas do apoio plantar: calcanhar lateral, calcanhar medial, mรฉdiopรฉ, metatarsos 1-5, hallux, e os dedos 2-5. As participantes foram avaliadas nas seguintes tarefas: (1) caminhar em frente, (2) caminhar e realizar uma viragem a 45ยบ e (3) caminhar e ultrapassar um obstรกculo elevado a 30% da altura do membro inferior. Para todos os estudos foi analisado o contacto inicial, contacto final e duraรงรฃo do contacto para as vรกrias รกreas anatรณmicas do apoio plantar. A duraรงรฃo do apoio foi igualmente analisada para a totalidade do pรฉ. Os nรญveis de obesidade foram estabelecidos utilizando o valor de corte de 27kg/m2 do รญndice de massa corporal. Resultados: os resultados do primeiro e do terceiro estudos revelaram diferenรงas significativas nos parรขmetros temporais da pressรฃo plantar relativos ao contacto inicial, final e duraรงรฃo do contacto das vรกrias รกreas anatรณmicas do apoio plantar. O primeiro estudo tambรฉm revelou diferenรงas significativas da pressรฃo plantar em alguns eventos e fases entre as tarefas, para ambos os pรฉs. No segundo estudo nรฃo se verificaram diferenรงas significativas na duraรงรฃo do apoio de ambos os pรฉs, entre MP obesas e nรฃo obesas nos vรกrios grupos avaliados (i.e. grupos calcanhar e nรฃo-calcanhar). Quanto aos dados temporais relativos apenas algumas das 10 รกreas anatรณmicas do apoio plantar analisadas revelaram diferenรงas significativas entre indivรญduos obesos e nรฃo obesos. Conclusรตes: As principais conclusรตes obtidas sรฃo as seguintes: (estudo 1) durante o caminhar com mudanรงa de direรงรฃo, o mรฉdiopรฉ, as รกreas laterais do antepรฉ, e os dedos do pรฉ do membro inferior de suporte desempenham um papel mais significativo na travagem inicial e na estabilizaรงรฃo do apoio. A maior duraรงรฃo do contacto do calcanhar, do mรฉdiopรฉ e da fase de suporte do membro inferior que inicia a viragem sugere um aumento do comprimento do passo do membro inferior de suporte e/ou a inclinaรงรฃo do tronco para o lado da viragem; (estudo 2) os dois padrรตes detetados de rolamento do pรฉ no solo, do membro inferior que ultrapassa inicialmente o obstรกculo, sugerem que a altura do obstรกculo pode ser demasiado exigente para as habilidades motoras de algumas participantes, independentemente do seu nรญvel de obesidade. A antecipaรงรฃo do contacto de algumas รกreas anatรณmicas do apoio plantar, podem dever-se ร maior inercia apresentada pelas obesas MP, sendo que o excesso de peso e as maiores forรงas evidenciadas pelas obesas pode ainda modificar a sua pegada, levando a alteraรงรตes no contacto inicial, final e na duraรงรฃo do contacto de vรกrias รกreas anatรณmicas do apoio plantar; (estudo 3) os resultados sugerem que durante a tarefa obstรกculo a fase propulsiva do membro inferior de suporte รฉ antecipada. O membro inferior que inicia a ultrapassagem do obstรกculo toca primeiro o solo com os metatarsos forรงando a inversรฃo do rolamento do pรฉ dos metatarsos para o calcanhar. Este movimento sugere a necessidade de uma maior รกrea de suporte do pรฉ para que exista um maior controlo na fase de balanรงo do membro contralateral.
รmbito: O que sabemos do caminhar รฉ maioritariamente sobre o caminhar sem mudanรงas de direรงรฃo num piso plano sem interferรชncia do meio ambiente. No entanto, caminhar no dia-a-dia รฉ mais exigente do que caminhar apenas em superfรญcies planas, requer maiores capacidades motoras, coordenaรงรฃo e adaptabilidade. No cotidiano quando nos deslocamos deparamo-nos frequentemente com curvas, viragens e superfรญcies desniveladas, tais como escadas, passeios, buracos e outras condicionantes no percurso. Nestes contextos mais exigentes os riscos de lesรฃo e quedas sรฃo maiores. Um terรงo das mulheres pรณs-menopรกusicas (MP) sofre anualmente uma queda, a qual degrada a sua qualidade de vida e contribui para uma maior morbidade e mortalidade. Excessiva oscilaรงรฃo corporal e perda de equilรญbrio foram reportados como fatores de risco de queda em MP para alรฉm de outros aspetos que influenciam a sua capacidade de realizar atividades diรกrias, nomeadamente a perda de massa muscular e forรงa, diminuiรงรฃo da massa magra e aumento da adiposidade. O excesso de peso foi identificado como um fator que contribui para a reduรงรฃo da estabilidade postural, perda de mobilidade e aumento do risco de quedas. De igual forma as estruturas e funรงรตes do pรฉ, sรฃo influenciadas pelo excesso de peso. Apesar das aรงรตes do pรฉ afetarem todo o corpo, pouco se sabe sobre a interaรงรฃo entre este e o solo durante o caminhar, particularmente durante a passagem de obstรกculos e mudanรงas de direรงรฃo. A avaliaรงรฃo das pressรตes plantares durante o caminhar com mudanรงas de direรงรฃo e com passagem de obstรกculos, permite obter informaรงรฃo relevante sobre estratรฉgias posturais e motoras. Foram realizados vรกrios estudos sobre a pressรฃo plantar durante o caminhar, no entanto sรฃo raros os estudos sobre o caminhar com passagem de obstรกculos e com mudanรงas de direรงรฃo. Relativamente aos parรขmetros temporais da pressรฃo plantar a literatura รฉ ainda mais escassa. No entanto, foi sugerido que a avaliaรงรฃo dos parรขmetros temporais do pรฉ permite um maior conhecimento sobre: 1) o comportamento รขntero-posterior e mรฉdio-lateral do pรฉ, 2) a atividade muscular da perna e do pรฉ, 3) as diferenรงas entre o caminhar normal e patolรณgico, e 4) sobre os padrรตes do caminhar. Objetivo: O objetivo geral da tese visa uma melhor compreensรฃo da interaรงรฃo do pรฉ com o solo das MP durante o caminhar, nomeadamente nas seguintes tarefas: (1) caminhar em frente, (2) caminhar realizando uma alteraรงรฃo de direรงรฃo, e (3) caminhar com uma passagem de obstรกculo. Considerando que as pressรตes plantares sรฃo influenciadas pelo peso corporal e as MP sรฃo suscetรญveis ao aumento de peso, os efeitos da obesidade foram tambรฉm avaliados neste trabalho. Para concretizar o objetivo geral, foram realizados trรชs estudos com os seguintes objetivos especรญficos: (estudo 1) comparar os parรขmetros temporais da pressรฃo plantar entre caminhar em frente e caminhar com uma alteraรงรฃo da direรงรฃo e estabelecer dados de referรชncia para MP obesas e nรฃo obesas, (estudo 2) investigar os parรขmetros temporais da pressรฃo plantar entre as MP obesas e nรฃo obesas durante o caminhar com uma passagem de obstรกculo, e (estudo 3) comparar os parรขmetros temporais da pressรฃo plantar entre caminhar em frente e o caminhar com obstรกculos para as MP obesas e nรฃo obesas. Metodologia: Cento e uma MP participaram neste estudo. Para obter os dados da pressรฃo plantar, foi utilizado o protocolo dois-passos. Foram consideradas para estudo dez รกreas anatรณmicas do apoio plantar: calcanhar lateral, calcanhar medial, mรฉdiopรฉ, metatarsos 1-5, hallux, e os dedos 2-5. As participantes foram avaliadas nas seguintes tarefas: (1) caminhar em frente, (2) caminhar e realizar uma viragem a 45ยบ e (3) caminhar e ultrapassar um obstรกculo elevado a 30% da altura do membro inferior. Para todos os estudos foi analisado o contacto inicial, contacto final e duraรงรฃo do contacto para as vรกrias รกreas anatรณmicas do apoio plantar. A duraรงรฃo do apoio foi igualmente analisada para a totalidade do pรฉ. Os nรญveis de obesidade foram estabelecidos utilizando o valor de corte de 27kg/m2 do รญndice de massa corporal. Resultados: os resultados do primeiro e do terceiro estudos revelaram diferenรงas significativas nos parรขmetros temporais da pressรฃo plantar relativos ao contacto inicial, final e duraรงรฃo do contacto das vรกrias รกreas anatรณmicas do apoio plantar. O primeiro estudo tambรฉm revelou diferenรงas significativas da pressรฃo plantar em alguns eventos e fases entre as tarefas, para ambos os pรฉs. No segundo estudo nรฃo se verificaram diferenรงas significativas na duraรงรฃo do apoio de ambos os pรฉs, entre MP obesas e nรฃo obesas nos vรกrios grupos avaliados (i.e. grupos calcanhar e nรฃo-calcanhar). Quanto aos dados temporais relativos apenas algumas das 10 รกreas anatรณmicas do apoio plantar analisadas revelaram diferenรงas significativas entre indivรญduos obesos e nรฃo obesos. Conclusรตes: As principais conclusรตes obtidas sรฃo as seguintes: (estudo 1) durante o caminhar com mudanรงa de direรงรฃo, o mรฉdiopรฉ, as รกreas laterais do antepรฉ, e os dedos do pรฉ do membro inferior de suporte desempenham um papel mais significativo na travagem inicial e na estabilizaรงรฃo do apoio. A maior duraรงรฃo do contacto do calcanhar, do mรฉdiopรฉ e da fase de suporte do membro inferior que inicia a viragem sugere um aumento do comprimento do passo do membro inferior de suporte e/ou a inclinaรงรฃo do tronco para o lado da viragem; (estudo 2) os dois padrรตes detetados de rolamento do pรฉ no solo, do membro inferior que ultrapassa inicialmente o obstรกculo, sugerem que a altura do obstรกculo pode ser demasiado exigente para as habilidades motoras de algumas participantes, independentemente do seu nรญvel de obesidade. A antecipaรงรฃo do contacto de algumas รกreas anatรณmicas do apoio plantar, podem dever-se ร maior inercia apresentada pelas obesas MP, sendo que o excesso de peso e as maiores forรงas evidenciadas pelas obesas pode ainda modificar a sua pegada, levando a alteraรงรตes no contacto inicial, final e na duraรงรฃo do contacto de vรกrias รกreas anatรณmicas do apoio plantar; (estudo 3) os resultados sugerem que durante a tarefa obstรกculo a fase propulsiva do membro inferior de suporte รฉ antecipada. O membro inferior que inicia a ultrapassagem do obstรกculo toca primeiro o solo com os metatarsos forรงando a inversรฃo do rolamento do pรฉ dos metatarsos para o calcanhar. Este movimento sugere a necessidade de uma maior รกrea de suporte do pรฉ para que exista um maior controlo na fase de balanรงo do membro contralateral.
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Palavras-chave
Postmenopausal Women , Plantar Pressure , Obesity , Side-cut , Obstacles