Biomechanical adaptations in inclined walking : a study of the interaction of the gastrocnemius medialis and the kinematics and kinetics of the ankle, knee, and hip joints

Abstract

Objective: This thesis describes a study to find interactions and correlations between lower limb joints and muscles during 10° inclined walking with reference to level walking. Methods: 12 healthy subjects performed treadmill walking with a 0° and 10° incline while the motion was captured via a motion capture system, and fascicle length was measured using B-mode ultrasonography. Results: While eight subjects showed a significant increase in fascicle stretch during inclined walking (p < .05) compared to level walking, four did not. Within subjects, fascicle stretch range and maximal dorsiflexion, knee flexion, and hip extension increased by 10° incline compared to 0° (p < .01). A correlation was found between initial ankle angle and fascicle stretch range, initial knee angle, and hip extension moment (p < .05). Conclusion: The gastrocnemius muscle is adapted to maintain stability and energy efficiency, varying in length and force application and affecting the joints. In this thesis, the correlation between initial ankle angle and muscle fascicle range of motion were found to change with incline, indicating complex interactions influenced by gait strategies. Although no specific pattern was found in this limited group that could lead to classification, differences in biomechanical gait mechanism were found as a function of inclination.

Ziel: Die beschriebene Studie untersucht biomechanische Anpassungen beim Gehen auf einer 10°-Steigung, um Erkenntnisse zur Gehoptimierung zu gewinnen. Methoden: Die Bewegung 12 gesunder Probanden, die auf einem Laufband liefen, wurden durch ein 3D-Bewegungsanalysesystem aufgenommen. Die Analyse der Faserlängefand mittels Ultraschalls im B-Modus statt. Alle Ergebnisse wurden zwischen 0°und 10° Steigung verglichen. Ergebnisse: Bei acht Teilnehmern wurde eine signifikante Muskeldehnung beobachtet (p < .05). Neben gesteigerten maximalen Momenten bei Dorsiflexion, Knieflexionund Hüftextension, sowie erhöhten Anfangswinkeln von Sprunggelenk, Knie und Hüfte (p < .01), ergaben sich auch Korrelationen zwischen dem initialen Sprunggelenkswinkel und drei weiteren Variablen (p <.05). Schlussfolgerung: Um beim Bergaufgehen eine effizientere Strategie zu nutzen, sollte man den Schritt mit einer höheren Dorsiflexion beginnen. Dadurch wird die Muskeldehnung reduziert und der Muskel kann in seiner optimalen Länge arbeiten. Jedoch beeinflusst diese Anpassung auch die Belastung auf Knie und Hüfte.