Ефект на настъпването на затлъстяването върху мандаловата енергийна трансдукция при спонтанна скорост на ходене Prader

ibg.waykun.com - Диета и загуба на тегло, днес

Институт по спортни науки към Университета в Лозана (ISSUL), Катедра по физиология, Факултет по биология и медицина, Университет в Лозана, Лозана, Швейцария

Отделение по ауксология, звено за ортопедична рехабилитация и лаборатория за изследвания в биомеханиката и рехабилитация, болница S Giuseppe, Istituto Auxologico Italiano IRCCS, Вербания, Италия

Отделение по ауксология, болница S Giuseppe, Istituto Auxologico Italiano IRCCS, Вербания, Италия

Разкриване:: Авторите не декларират конфликт на интереси.

Финансиращи агенции:: Не е получено финансиране за настоящото проучване. Авторите декларират, че нямат конфликт на интереси. Експериментите в това проучване са извършени в съответствие със законите на страната, в която е проведено изследването.

Резюме

Обективен

За сравнение на механичната външна работа (Wext) и махална енергийна трансдукция (Rстъпка) при спонтанна скорост на ходене (Сs) при лица със синдром на Prader-Willi (PWS) спрямо субекти с несиндромално затлъстяване (OB), за да се изследва дали ранното начало на затлъстяването позволява на субектите с PWS да възприемат енергоспестяваща механика на походката.

Проектиране и методи

Wвъншни и Rстъпка са изчислени с помощта на кинематични данни, получени от оптоелектронна система и сравнени в 15 PWS (BMI = 39,5 ± 1,8 kg m -2; 26,7 ± 1,5 години) и 15 OB (BMI = 39,3 ± 1,0 kg m -2; 28,7 ± 1,9 години ) възрастни, съвпадащи по пол, възраст и ИТМ и ходене по Сс.

Резултати

Сs е значително по-нисък при PWS (0.98 ± 0.03 m s -1), отколкото при OB (1.20 ± 0.02 m s -1; P -1 m -1; OB: 0,40 ± 0,05 J kg −1 m -1; P = 0.66) и в Rстъпка (PWS: 69,9 ± 2,9%; OB: 67,7 ± 2,4%; P = 0,56). въпреки това, Rстъпка се нормализира до Froude номер (Rстъпка /О) е значително по-голям при PWS (6,0 ± 0,6), отколкото при OB (3,8 ± 0,2; P = 0,001). освен това, Rстъпка /О е в обратна корелация с възрастта на настъпване на затлъстяването (r = -0,49; P = 0,006) и положително корелира с продължителността на затлъстяването (r = 0,38; P = 0,036).

Заключение

Хората с PWS изглежда променят походката си, за да подобрят махалната трансдукция на енергия в резултат на преждевременна и хронична адаптация към натоварването.

Въведение

От биомеханична гледна точка ходенето на ниво може да бъде моделирано като обърнато махало. Това се характеризира с махало трансдукция на потенциала в кинетична енергия, поради вертикалното изместване на центъра на телесната маса (CM) и съответно неговата скорост напред (9). Този механизъм изглежда намалява работата, извършена от мускулите за превеждане на CM по отношение на земята (Wext) и по този начин минимизирате енергийните разходи за ходене (9). Напоследък няколко проучвания върху затлъстели лица отчитат по-висок абсолютен Wext (J m −1) с подобен роднина Wext (J kg -1 m -1) при фиксирана (10, 11) и спонтанна скорост на ходене (4) в сравнение с индивидите с нормална телесна маса. Това предполага, че телесната маса е основният определящ фактор за Wext и че махалната енергийна трансдукция не е нарушена при затлъстели лица (4, 10, 11) .

Махалният механизъм при човешкото ходене не е вроден, а е придобит чрез опит при ходене по време на детството. При малките деца махалната енергийна трансдукция е с 50% по-ниска в сравнение с деца и възрастни, което показва, че този механизъм не се прилага в началото на неподдържано ходене, а изисква активен нервен контрол и подходящ модел на междусегментна координация (12). Неподдържаното ходене (т.е. опит с походка), свързано с невронно съзряване, изглежда действа като „функционален спусък на съзряването на походката“ (12) за подобряване на махалната трансдукция на енергия по време на ходене. Следователно, ранното настъпване на затлъстяването, свързано с преживяване при ходене, може да предизвика специфични промени в модела и да модифицира махалната трансдукция на енергия в походката през детството (т.е. ключовият период за развитието на модела на походката). Досега обаче нито едно проучване не е изследвало ефекта от ранното начало на затлъстяването върху махалната трансдукция на енергия. Възрастни със синдром на Prader – Willi (PWS), които развиват болестно затлъстяване през ранното детство (т.е. между 1 и 6 годишна възраст) в резултат на тяхната хиперфагия (13), могат да ни позволят да проучим този проблем.

PWS е сложно разстройство, свързано с множество аномалии, произтичащи от неуспех на експресията на наследени по бащина линия гени в PWS региона на хромозома 15 (15q11.2-q13). Основните прояви на PWS включват тежка неонатална хипотония, животозастрашаващо затлъстяване, дисморфични черти, леко умствено изоставане, поведенчески нарушения, хипогонадизъм и нисък ръст. Смята се, че хипотонията и прекомерната телесна маса са основните фактори, определящи типичните промени в походката, свързани с този синдром. Възрастни индивиди с PWS ходят по-бавно с по-къса дължина на крачката, по-нисък ритъм и по-дълга фаза на стойка в сравнение с индекса на телесна маса - съвпадащи със затлъстяване и здрави индивиди .

Целта на това проучване беше да се сравнят механичната външна работа и махалната трансдукция на енергия при спонтанна скорост на ходене при субекти с PWS и лица с несиндромно затлъстяване. Предполагаше се, че по-бавно Сs (т.е. поведенческа адаптация) при възрастни с PWS би било свързано с подобна механична работа и възстановяване на енергията на махалото (т.е. механична пластичност) в сравнение с възрастни, възрастови и ИТМ, съвпадащи с несиндромно затлъстяване. Следователно, ранното затлъстяване може да благоприятства модулацията на модела на походка при възрастни с PWS, за да подобри махалната трансдукция на енергия по време на ходене.

Методи

Субекти

Експериментален дизайн

Всеки субект завърши две тестови сесии, както беше описано по-рано (4). В първата сесия лекар взе медицинската история и извърши физически преглед и след това всеки субект беше въведен в експерименталните процедури. Втората сесия беше посветена на оценка на модела на походката с помощта на оптоелектронна система с шест камери (460 Vicon, Великобритания), записващи при 100 Hz. Пасивните маркери бяха поставени върху краката на субектите и задните горни гръбначни гръбначни стълбове съгласно набора от маркери на Vicon Plug-In Gait (модифициран набор от маркери на Helen-Hayes) (4). Костната забележителност беше идентифицирана от същия оператор чрез палпаторен преглед в легнало положение и след това отново в изправено положение и впоследствие с помощта на пелвиметър на Мартин, за да се идентифицира по точна и повторяема процедура анатомичната забележителност, както беше описано по-горе (16). Субектите бяха помолени да ходят на 10-метрова пътека в Сс. Биомеханични данни от три опити бяха събрани за по-нататъшен анализ.

Оценки

Антропометрични измервания и начало и продължителност на затлъстяването

Височината на стойката беше измерена с помощта на стадиометър на Harpenden и дължината на крайника беше оценена като разстоянието между големия трохантер и земята в десния крайник. Идентифицирането на по-големия трохантер е извършено чрез антропометрични мерки и според маркера на Vicon Plug ‐ In Gait, както следва: същият експертен оператор ръчно е разположил костния ориентир в легнало, странично и изправено положение и с маркерите на таза и коляно. Телесната маса беше измерена с точност до 0,1 кг на прецизна цифрова везна с субекта, носещ къси панталони и тениска. Съставът на тялото беше оценен с помощта на метод на тетраполярен биоелектричен импеданс (BIA 101/S, Akern, Флоренция, Италия). Информацията за възрастта на настъпване на затлъстяването беше събрана чрез ретроспективен преглед на всички медицински карти на пациентите. След това продължителността на затлъстяването може да бъде изчислена в абсолютни (години) и относителни (% от възрастта) стойности.

Пространствено-времеви параметри

Продължителността на стъпката, честотата, дължината и продължителността на единична и двойна опора бяха изчислени, определяйки цикъла на походката чрез кинематични данни на маркерите на краката. Шест пасивни маркера бяха поставени на краката на участниците във втората метатарзус, страничната малеола и страничната пета (4). За да се вземе предвид разликата в размера между двете групи, безразмерното число на Froude (О) се изчислява като съотношение между Сs 2 и ускорението на гравитацията (ж = 9,81 m s -2), умножено по дължината на крайника (l) [Сs 2 (g l −1) −1] (17) .

Механична външна работа и трансдукция на потенциална кинетична енергия

Големината на Wext и по този начин Rстъпката зависи от: (i) относителната амплитуда на кривите на потенциалната и кинетичната енергия, (ii) относителната фаза на колебанията в кривите на потенциалната и кинетичната енергия и (iii) скоростите на колебания на Е.k и Е.p (форма на кривите) (18). След това изчислихме относителната величина на механичната кинетична работа (Wk: положителните стъпки в Е.к) и потенциалната работа (Wp: положителните стъпки в Е.п) като съотношение Wк /Wp за всяка стъпка. Химическата енергия се изразходва за извършване на положителна и в по-малка степен отрицателна работа, поради което последната е пренебрегната. За да се намалят енергийните разходи, механичните енергийни промени на CM трябва да бъдат намалени до минимум.

Статистически анализ

Данните са изразени като средни стойности ± стандартна грешка на средната стойност (SEM) за всички променливи. Несдвоена (независима група) т тестът се използва за определяне на разликите във физическите характеристики (т.е. височина, дължина на крайника, телесна маса, начало на затлъстяването и продължителност) и в биомеханичните данни (т.е. пространствено-времеви и кинетични параметри). Когато предположението за нормалност на разпределението беше нарушено, беше използван U-тест на Ман-Уитни за непараметрични стойности за сравняване на двете групи. Тъй като предположението за нормалност на разпределението беше нарушено, корелациите между Rстъпка и възрастта на настъпване на затлъстяването и продължителността са извършени с помощта на корелационния коефициент на Спирман (r). Нивото на значимост беше определено на P

Резултати

Характеристики на предмета

Антропометричните характеристики на участниците в изследването са представени в таблица 1. Височината, обезмаслената маса и телесната маса са значително по-ниски при PWS от OB (P = 0,001, P = 0,001 и P = 0,03, съответно). За разлика от това, процентът на телесни мазнини е значително по-висок при PWS, отколкото при OB (P Таблица 1. Характеристики на предмета

Променлива PWG (н = 15) OBG (н = 15)

Пол	7 M, 8 F	7 M, 8 F
Възраст, год	26,7 ± 1,5	28,7 ± 1,9
Височина, m	1,52 ± 0,02 *	1,66 ± 0,03
Дължина на крайника, m	0,78 ± 0,01	0,81 ± 0,02
Телесна маса, кг	91,8 ± 5,1 *	108,4 ± 4,9
ИТМ, kg · m −2	39,5 ± 1,8	39,3 ± 1,0
Телесни мазнини (%)	53,2 ± 1,2 *	41,8 ± 1,5
Без мазнини маса (кг)	42,7 ± 2,3 *	54,1 ± 2,2
Начало на затлъстяването, год	2,2 ± 0,1 *	11,4 ± 0,5
Продължителност на затлъстяването, год	24,6 ± 1,5 *	17,3 ± 2,4
Продължителност на затлъстяването,% възраст	91,5 ± 0,3 *	58,7 ± 1,6

Отчитат се средни стойности ± SEM. F, женски; М, мъжки; ИТМ, индекс на телесна маса. * Значителна разлика между групата на Prader – Willi (PWG) и групата със затлъстяване (OBG) (P

Пространствено-времеви параметри и вертикални и странични измествания на CM

Сс, О и дължината на стъпката са значително по-ниски при PWS, отколкото при OB (P Таблица 2. Пространствено-времеви параметри при спонтанна скорост на ходене

Променлива PWG OBG

Ss, m s -1	0,98 ± 0,03 *	1,20 ± 0,02
О	0,13 ± 0,01 *	0,18 ± 0,01
Продължителност на стъпката, с	0,53 ± 0,01	0,53 ± 0,01
Дължина на стъпката, m	0,51 ± 0,01 *	0,63 ± 0,01
Честота на стъпките, Hz	1,92 ± 0,04	1,92 ± 0,03
Продължителност на двойна поддръжка,%	25,9 ± 1,4	24,0 ± 0,6
Продължителност на единична поддръжка,%	73,7 ± 1,5	76,0 ± 0,6
Вертикално изместване на CM, cm	3,1 ± 0,1	3,5 ± 0,2
Странични измествания на CM, cm	5,0 ± 0,2 *	3,7 ± 0,2

Отчитат се средни стойности ± SEM. Ss, скорост на спонтанно ходене; О, Номер на Froude; СМ: център на телесната маса. * Значителна разлика между групата на Prader – Willi (PWG) и групата със затлъстяване (OBG) (P

Механична външна работа и трансдукция на потенциална кинетична енергия

Нямаше значителни разлики в роднината Wвъншни и Wf (J kg −1 m −1) между двете групи (P = 0,66 и P = 0,25, съответно; Таблица 3). Роднината Wv и Wl бяха значително по-високи при PWS в сравнение с OB (P = 0,03 и P = 0,009, съответно; Таблица 3). Wк /Wp има тенденция да бъде по-нисък в PWS от OB (P = 0,08; Таблица 3).

Променлива PWG OBG

Wвъншно, J kg −1 m −1	0,37 ± 0,04	0,40 ± 0,05
Wf, J kg −1 m −1	0,54 ± 0,04	0,62 ± 0,05
Wv, J kg −1 m −1	0,59 ± 0,02 *	0,53 ± 0,02
Wl, J kg −1 m −1	0,07 ± 0,00 *	0,05 ± 0,00
Wк/ Wстр	0,94 ± 0,06§	1,12 ± 0,08

(A) Фракция на възстановена механична енергия, умножена по 100 (Rстъпка в%) и (Б.) Rстъпка се нормализира до Froude номер (О), за да се вземе предвид разликата в размера и скоростта между двете групи. ▪: Прадер-Вили група (PWG); □: група със затлъстяване (OBG). * Значителна разлика между PWG и OBG (P

Дискусия

Основната констатация на това проучване е, че по-ниската скорост на спонтанно ходене (т.е. поведенческа адаптация) при субектите с PWS е свързана с подобна механична външна работа на единица маса и част от механичното възстановяване на енергията (т.е. механична пластичност) в сравнение с индивидите със затлъстяване, подходящи за пол, възраст и ИТМ. Фракцията на възстановената механична енергия, нормализирана до числото на Froude, е била по-висока при PWS от OB и е свързана с възрастта на настъпване на затлъстяването и продължителността на затлъстяването. Тези открития предполагат, че моделът на походката може да е бил повлиян от ранното начало (2-3 годишна възраст) на затлъстяването, което е характеристика на PWS. Следователно, в резултат на преждевременна и хронична адаптация към натоварване, хората с PWS изглежда модулират походката си, за да подобрят махалната енергийна трансдукция.

Разхождайки се в Сs PWS и OB показаха сходни относителни Wвътр. Нашите Wвъншните стойности са в съответствие с тези, съобщени при затлъстели юноши (11) и затлъстели възрастни (4). Друго проучване върху възрастни със затлъстяване (10) съобщава за по-високи стойности. Методологични разлики в оценката на Wext може да обясни това несъответствие. В настоящото изследване използвахме оптоелектронна система за количествено определяне на движението на CM, оценено от изместванията на една анатомична точка. Браунинг и др. (10) използвани платформи за сила. Нашата методология може да е надценила Wf, предизвикано от накланяне на багажника (4). Съобщава се обаче, че Wext е в значителна корелация между двата метода (28) [методологичните ни ограничения са описани по-рано подробно (4)]. В това проучване двете групи бяха сравнени, използвайки една и съща методология, която вече беше използвана за оценка Wвъншно при затлъстели индивиди (4, 11) .

Въпреки че тялото е способно да се адаптира към увеличената маса и да оптимизира ефективността на ходене, по-ниската скорост на ходене може да възпрепятства редица ежедневни дейности, предизвиквайки определена степен на увреждане при деца и възрастни с PWS. Предишни изследвания (21) посочват намаляването на телесната маса и тренировката на походката като средство за постигане на ефективен амбулаторен модел и минимизиране на инвалидността при възрастни с PWS, а няколко проучвания показват, че физическото обучение при хора с PWS дава благоприятни ефекти [виж за преглед (34)] . Ходене на бягаща пътека с по-висока скорост от Сs с обратна връзка в реално време на CM (35) и с PWS лица, помолени да намалят страничните измествания на CM, могат да представляват важна част от многокомпонентната тренировъчна програма, включваща ходене, постурални упражнения и упражнения за сила на долните крайници, свързани с диетата. Всъщност този тип тренировка за бягане на бягаща пътека може да бъде ефективно за увеличаване Спясък Wk чрез подобрена Wf и намалява Wl за запазване на подобреното Rстъпка, която характеризира походката при хората с PWS.

Популярен

Те четат сега