معلومة

إلى أي مدى ينتقل مركز كتلتك من الموقف إلى الموقف؟


عندما يكون جسم الإنسان متمركزًا تمامًا ، يكون مركز الكتلة على خط الوسط حول زر البطن. ومع ذلك ، فإن جسم الإنسان ليس دائمًا في هذا الموقف الصلب. لدينا العديد من المواقف التي نستخدمها. إلى أي مدى يتحول مركز الكتلة ، من اليسار إلى اليمين ، إذا نظرنا إلى المواقف المختلفة. لست مهتمًا كثيرًا بالحركات الديناميكية مثل المشي ، لكنني مهتم بالأوضاع الثابتة مثل:

  • في حالة الانتباه (من الواضح أن مركز الكتلة سيكون متمركزًا جدًا)
  • تحول الوزن إلى ساق واحدة
  • منحنى على شكل حرف S ، مثل التماثيل اليونانية التقليدية

من الواضح أن مركز الكتلة سيتحول فيما يتعلق بالأرض ، والبقاء بين القدمين ، لكن ما يهمني هو كيف يتحول فيما يتعلق بخط الوسط في الجذع.


يمكنك العثور على الرياضيات ذات الصلة هنا:

http://hypertextbook.com/facts/2006/centerofmass.shtml

العوامل الرئيسية هي توزيع كتلة الجسم ، الارتفاع ، مركز الكتلة الدائمة ، ضربات القلب ، الملابس ، إلخ. يمكنك تقريب مركز الكتلة لموقف معين على النحو التالي:

من أجل تحديد مركز كتلة الشخص ، استخدمنا معادلة عزم الدوران:

$ Sigma tau = r times F $

تم تعيين عزم الدوران بسبب الوزن على كل طرف من الشخص على قدم المساواة مع بعضها البعض. كان الوزن المعروض على المقياس هو القوة ، وهناك نوعان مختلفان من أنصاف الأقطار. نصف القطر الأول هو المسافة إلى مركز الكتلة من أقدام الشخص ، ونصف القطر الثاني هو طول اللوح مطروحًا منه المسافة إلى مركز الكتلة من أقدام الشخص. صافي عزم النظام هو صفر ، وبالتالي يجب أن تكون العزم على الجانبين المتقابلين للوحات متساوية:

$ w_1 times x = w_2 times (l ~ - ~ x) $

حيث w1 يساوي الوزن عند قدم الشخص ، و x يساوي المسافة من قدم الشخص إلى مركز كتلته ، و w2 يساوي الوزن عند الرأس ، و l طول العوارض. الصيغة الناتجة ، عند حلها للمسافة إلى مركز الكتلة من قدم الشخص (نصف القطر الأول) هي:

$ x = تسطير {~~~ w_2 مرات l ~~~} $

$ hspace {11mm} w_1 ~ + ~ w_2 $

بعد تحديد موقع مركز الكتلة لكل شخص ، تم حساب نسبة مركز الكتلة إلى ارتفاع كل شخص باستخدام الصيغة:

$ x / h $

حيث x هو موقع مركز كتلة الشخص و h هو ارتفاع الشخص.


مركز الكتلة

في الفيزياء مركز الكتلة لتوزيع الكتلة في الفضاء (يشار إليها أحيانًا باسم نقطة التوازن) هي النقطة الفريدة التي يكون فيها الموضع النسبي الموزون لمجموع الكتلة الموزعة صفراً. هذه هي النقطة التي يمكن أن تؤثر عليها القوة لإحداث تسارع خطي بدون تسارع زاوي. غالبًا ما يتم تبسيط الحسابات في الميكانيكا عند صياغتها فيما يتعلق بمركز الكتلة. إنها نقطة افتراضية حيث يمكن افتراض أن الكتلة الكاملة للجسم تتركز لتصور حركتها. بعبارة أخرى ، مركز الكتلة هو المكافئ الجسيمي لجسم معين لتطبيق قوانين نيوتن للحركة.

في حالة وجود جسم صلب واحد ، يكون مركز الكتلة ثابتًا بالنسبة إلى الجسم ، وإذا كان للجسم كثافة موحدة ، فسيكون موجودًا عند النقطه الوسطى. قد يقع مركز الكتلة خارج الجسم المادي ، كما هو الحال في بعض الأحيان بالنسبة للأشياء المجوفة أو المفتوحة الشكل ، مثل حدوة الحصان. في حالة توزيع الأجسام المنفصلة ، مثل كواكب النظام الشمسي ، قد لا يتوافق مركز الكتلة مع موقع أي عضو فردي في النظام.

مركز الكتلة هو نقطة مرجعية مفيدة للحسابات في الميكانيكا التي تتضمن كتل موزعة في الفضاء ، مثل الزخم الخطي والزاوي للأجسام الكوكبية وديناميكيات الجسم الصلبة. في الميكانيكا المدارية ، تتم صياغة معادلات حركة الكواكب ككتل نقطية تقع في مراكز الكتلة. مركز إطار الكتلة هو إطار بالقصور الذاتي حيث يكون مركز كتلة النظام في حالة راحة فيما يتعلق بأصل نظام الإحداثيات.


ضع تأرجحتك في الوضع التلقائي

دعنا نصل إلى النقطة. في كتابي لعام 1975 ، خطوة واحدة إلى لعبة غولف أفضل ، كانت الحركة قيد المناقشة هي كيف يجب أن يستدير الكتف الأيسر لبدء التأرجح الخلفي. لم أكن أهتم بمصطلح "تحرك" ، لكن محرري Golf Digest أحبوه. أنا أفضل "المشغل" أو "زر البدء" لأن هذه الحركة تبدأ العمل. عندما يبدأ الكتف الأيسر ، يتأرجح الذراعين واليدين للخلف بحركة إيقاعية ، ويساعدون بدورهم في شد الكتف حول التأرجح الخلفي. هذا المفهوم صالح اليوم كما كان قبل 40 عامًا.

الزناد هو وسيلة سهلة للالتفاف أو الجرح. إنه مثل دفع صخرة من أعلى تل: تبدأ في التدحرج ، والزخم يبقيها مستمرة. هذا المشغل يضع تأرجحك تلقائيًا لأن كل شيء آخر يقع في مكانه. لا يقتصر الأمر على إنشاء تسلسل التأرجح الأيمن ، بل يدفع الجزء السفلي من الجسم لبدء التأرجح الهابط ويضع النادي على مسار داخلي للتأثير. هذه هي الطريقة التي تخلق بها القوة وتصل إلى التعادل.

هناك أربعة أشياء تحدث عند التأرجح الخلفي إذا بدأت بالكتف الأيسر:

1) يظل الجسد في المنطقة التي بدأ بها ، لذلك تظل متمركزًا للحصول على اتصال قوي.

2) يتم تمديد نصف قطر التأرجح ، من الكتف الأيسر إلى اليد اليسرى ، بالكامل ، مما يوحد الجانب الأيسر العلوي.

3) تأرجحتك على المستوى الصحيح.

4) يمكنك تحقيق لفائف الجسم بالكامل.

مع الإمساك والإعداد المناسبين ، تتحد هذه الأساسيات الأربعة لتبسيط سعيك للحصول على اتصال قوي وأقصى قدر من القوة. إنها تؤدي إلى انعكاس أو تأرجح تلقائي ، حيث يتأخر رأس المضرب ثم ينطلق من خلال التأثير. إذا حصلت على بداية التأرجح بشكل صحيح ، وهو ما سأوضحه هنا ، فستحصل على نتائج غير عادية.

ملاحظة المحرر: قبل أربعين عامًا ، نشر Golf Digest سلسلة من المقالات بقلم Carl Lohren مقتبسة من كتابه الأكثر مبيعًا One Move to Better Golf. حقق Lohren ، وهو لاعب يحظى باحترام كبير ، نجاحًا فوريًا كمدرس. كتب دين بيمان ، بطل الولايات المتحدة السابق للهواة ولاعب جولة PGA الذي أصبح فيما بعد مفوضًا للجولات: "كارل يعرف أكثر عن أرجوحة الجولف أكثر من أي شخص آخر على قيد الحياة. [تعاليمه] سوف تروق لعقل ذكي ومنظم لأنه يوفر شيئًا يمكنك تصديقه في." في هذه المقالة نعيد النظر في القطعة الأصلية ، ويضيف Lohren ، البالغ من العمر الآن 78 عامًا وما زال يدرس بدوام كامل ، بعض التحديثات لمساعدتك في جعل التأرجح على المسار الصحيح - وتصبح تلقائيًا.

يبدأ مع روتين ما قبل التصوير

قبل أن أخبرك عن مشغل backswing ، تحتاج إلى معرفة الطريقة الصحيحة للدخول في الإعداد الخاص بك. أنا أعرضها على غرار الأسطوري بن هوجان. لقد بدأ دائمًا بمحاذاة كتفيه جيدًا إلى يسار الهدف ، وبحلول الوقت الذي تربيع فيه موقفه ، كان كتفيه لا يزالان مفتوحين من 15 إلى 17 درجة على خط الهدف. سمح له ذلك ببدء التأرجح الخلفي عن طريق تحريك كتفه الأيسر للخارج (أمامه) وحوله ، مما جعل ذراعيه ويديه على طريق طويل إلى الأعلى.

لفهم ما طويل الطريق هو ، فكر في العكس: قصيرة طريق. تخيل كتفيك في وضع مغلق عند العنوان. عندما يستدير الكتف الأيسر من هناك ، تذهب الذراعين واليدين إلى الداخل وتصل إلى الأعلى بسرعة إلى حد ما. هذا هو الطريق القصير ، وهو يجعل اليدين أو الذراعين أو الكتف الأيمن أو الورك الأيمن تبدأ في التذبذب ، عادةً عن طريق "رمي" العصا بعيدًا عن الجسم في طريق الخروج إلى الداخل. وعادة ما تكون النتيجة شريحة ضعيفة.

مع أرجوحة هوجان - بدءًا من الحركة التي أقوم بتدريسها هنا - لا تزال اليدين والذراعان تتراجعان عندما يبدأ الجانب الأيسر السفلي من الجسم للأمام بشكل لا إرادي. في الواقع ، يسمح المسار الطويل للجزء السفلي من الجسم بالحصول على السبق في التأرجح لأسفل. هناك مطلب عقلي لوجود هذا الانحدار اللاإرادي: يجب أن يكون هناك إدراك للهدف قبل أن تبدأ اللقطة. إنه يشبه إلى حد كبير كلب يرقد في عمياء ، ثم يرى طائرًا يطير في سماء المنطقة ثم ينفجر فجأة.

اللاعبون المعاصرون الذين يظهرون أفضل أداء مشابه هم جيم فوريك وجيسون داي ومارتن كايمر. شاهد كيف تبدأ أجسامهم السفلية في الهبوط بينما لا تزال أيديهم وذراعهم تتأرجح للخلف.

إعداد الكتفين المفتوح طبيعي تمامًا. نظرًا لأن اليد اليمنى أخفض قليلاً وتتخطى اليد اليسرى على العصا عند العنوان ، فإن الكتف الأيمن يكون أقل ويخرج من الكتف الأيسر. أيضا ، الوركين مفتوحتان حوالي 12 درجة ، والأكتاف حوالي 17 درجة. هذا يضع الجسم في دوامة من الأعلى إلى الأسفل ، جاهزًا لبدء التصفية.

احصل على اللقطة كما فعل هوجان

1) الإعداد المسبق
ضع يدك اليسرى على الملهى في الموضع الصحيح. ثم قف قليلاً خلف المكان الذي ستأخذ فيه وقفتك ، وتنظر إلى هدفك. اجعل جسمك بزاوية 45 درجة تجاه الهدف ، مع جعل معظم وزنك على قدمك اليسرى وقدمك اليمنى تشير إلى الكرة.

2) الخطوة في
خذ خطوة صغيرة إلى الأمام بقدمك اليمنى ، حوالي بوصتين ، مع تحويل معظم وزنك إلى تلك القدم. القدم اليمنى أقرب إلى الخط المستهدف مما ستكون عليه في العنوان. أثناء اتخاذ الخطوة ، حرك يديك تجاه بعضكما البعض والمضرب تجاه الكرة. يؤدي هذا إلى إمالة كتفيك بعيدًا عن الهدف ويبقيهما مفتوحين ويضع عظمك على قدمك اليمنى.

للوقفة ثلاثة متطلبات: (أ) ما لا يزيد عن 30 درجة منحنى العمود الفقري السفلي (ب) الكتف المفتوح ومحاذاة الورك و (ج) ميل الكتفين بمقدار ستة بوصات ، مع وجود القص خلف مركز قدمك.

3) الموقف
ضع قدمك اليسرى في موضعها النهائي ، ثم ضع قدمك اليمنى على نفس المسافة من خط الهدف ، بحيث يكون وضعك مربعًا. قف بعيدًا عن الكرة قدر المستطاع بشرط ألا تقوم بما يلي: (أ) قم بتغيير الزاوية البالغة 30 درجة في أسفل عمودك الفقري (ب) أغلق كتفيك و (ج) تحرك على أصابع قدميك أو تضيق من وصول ذراعيك.

بإضافة حركة الاهتزاز والقدم ، سيكون لديك الرغبة في بدء التأرجح. هذا الدافع ضروري لخلق روح رياضية على الميكانيكا. يستغرق الروتين خمس ثوانٍ ، لكن من الضروري أن تجعلك لاعبًا أفضل.

ما هو بالضبط "التحرك الواحد؟"

أريدك أن تفكر فقط في كتفك الأيسر الذي يبدأ في التأرجح. أثناء الوجبات الجاهزة ، أدر كتفك الأيسر للخلف وللخلف. تخيل نقطة في الفضاء حوالي أربع بوصات أمامك في العنوان ، تطفو في منتصف المسافة بين كتفك الأيسر وذقنك. أدر كتفك الأيسر إلى تلك النقطة على الوجبات الجاهزة ، وسيتبعك باقي أرجحة الظهر بشكل صحيح.

عندما يتأرجح الكتف الأيسر ، يندفع الكتف الأيمن للخلف. هذا يخلق عزم دوران عضلات الظهر اليسرى في وقت مبكر من التأرجح ، لأن الوركين مفتوحين والكتفين يغلقان عند الرجوع للخلف. سيؤدي هذا في النهاية إلى دخول النادي الكرة في مسار داخلي لتحقيق أقصى سرعة لرأس النادي.

من هذا الوضع المفتوح الكتفين ، تبقى اليدين أمام الجسم في النصف الأول من التأرجح الخلفي. قارن هذا بالطريق القصير الذي وصفته سابقًا ، حيث تتحرك اليدين والذراعين بسرعة إلى الداخل - لا يبقون في المقدمة. عندما يفعلون ذلك ، يستغرق الأمر وقتًا أطول للوصول إلى القمة - الطريق الطويل - وتكون لعضلات الظهر فرصة للانتهاء. يسمح ذلك للورك الأيسر ببدء حركة جانبية نحو الهدف قبل أن تكمل اليدين التأرجح الخلفي. إنه يمنع اليدين من "الضرب من الأعلى" ، وهو خطأ شائع. افعل ذلك بشكل صحيح ، ويبقى الجانب الأيمن سلبيًا. والنتيجة هي ضربة قوية لأن الجسم يقود النادي ، مما يؤدي إلى إصابة متأخرة. تأتي معظم التسديدات السيئة من ضربة مبكرة من الجانب الأيمن.

عندما تتأرجح للخلف بشكل صحيح وتسمح للساق اليسرى والورك بالتحرك بشكل جانبي قبل أن تصل اليدين إلى القمة ، فإنك تضاعف عزم الدوران على الجانب الأيسر من الظهر. يتحرك الجزء السفلي من الجسم بعيدًا عن الجزء العلوي من الجسم ، مما يؤدي إلى زيادة الملف. ثم يسقط النادي بشكل طبيعي في مسار داخلي للتأثير ، حتى تتمكن من الإسراع عبر الكرة ، وبدءها إلى اليمين وضرب التعادل (فوق). أفضل ما في الأمر ، أنك تضع تأرجحك تلقائيًا.


السيطرة على استقرار مشية الإنسان من خلال وضع القدم

أثناء المشي البشري ، يكون مركز الكتلة (CoM) خارج قاعدة الدعم في معظم الأوقات ، مما يشكل تحديًا لتحقيق الاستقرار في نمط المشي. ومع ذلك ، فإن معظمنا قادر على المشي دون مشاكل كبيرة. في هذه المراجعة ، نهدف إلى تقديم نظرة عامة متكاملة عن كيفية تعامل البشر مع نمط مشية غير مفعّل. الفكرة المركزية التي نشأت من الأدبيات هي أن وضع القدم أمر حاسم في الحفاظ على نمط مشية مستقر. في هذه المراجعة ، نستكشف هذه الفكرة التي وصفناها أولاً النماذج والمفاهيم الميكانيكية التي تم استخدامها للتنبؤ بكيفية استخدام وضع القدم للتحكم في استقرار المشية. توفر هذه المفاهيم ، على سبيل المثال مفهوم CoM المستقرء ، ومفهوم مقدر موضع القدم ومفهوم نقطة الالتقاط ، تنبؤات واضحة حول مكان وضع القدم بالنسبة إلى الجسم في كل خطوة ، بحيث يتم تثبيت المشية. بعد ذلك ، نصف النتائج التجريبية على وضع القدم أثناء مشية الإنسان في ظروف غير مضطربة ومضطربة. نستنتج أن البشر يظهرون سلوكًا يتوافق إلى حد كبير مع المفاهيم المذكورة أعلاه ، حيث يتم تنسيق وضع القدم بشكل نشط مع حركيات CoM للجسم خلال الخطوة السابقة. في هذا القسم ، نتناول أيضًا متطلبات مثل هذا التحكم من حيث المعلومات الحسية والاستراتيجيات الحركية التي يمكنها تنفيذ مثل هذا التحكم ، وكذلك أجزاء الجهاز العصبي المركزي التي قد تكون متورطة. نظهر أن المعلومات المرئية والدهليزي والاستعدادات التحسسية تساهم في تقدير حالة CoM. يتم تعديل وضع القدم وفقًا للاختلافات في حالة CoM بشكل أساسي عن طريق تعديل نشاط العضلات المبعدة لمفصل الورك أثناء مرحلة التأرجح في المشية ، ويبدو أن هذه العملية تخضع للتحكم في العمود الفقري وفوق النخاع ، بما في ذلك التحكم القشري. نختتم بوصف كيف يمكن أن يضعف التحكم في وضع القدم عند البشر ، باستخدام الشيخوخة كمثال أولي ومع بعض الإشارة إلى علم الأمراض ، ونتناول الاستراتيجيات البديلة المتاحة لتثبيت المشية ، والتي تشمل تعديل لحظات الكاحل في ساق الوقوف والتغيرات في الزخم الزاوي للجسم ، مثل إمالة الجذع السريعة. أخيرًا ، بالنسبة للأبحاث المستقبلية ، نعتقد أن تكامل مراعاة القيود البيئية على وضع القدم مع التحكم في التوازن بشكل خاص يستحق الاهتمام.

1 المقدمة

المشية المستقرة ، التي تُعرّف بأنها مشية لا تؤدي إلى السقوط [1] ، تتطلب التحكم في موضع مركز كتلة الجسم (CoM) بالنسبة إلى قاعدة الدعم (BoS ، أي المنطقة داخل مخطط تفصيلي لجميع النقاط على الجسم على اتصال مع سطح الدعم). في المشية ، يتكون BoS من أجزاء القدم التي تكون على اتصال بالأرض في أي وقت. في هذا الصدد ، تتمتع الحيوانات الرباعية بميزة واضحة مقارنة بالحيوانات ذات قدمين ، ومع ذلك فإن المشية الرباعية وذات القدمين تشترك في آليات التحكم العصبي في العمود الفقري في كثير من النواحي ، كما أن تنسيق حركات الأطراف أثناء المشي متشابه بين البشر [2] وذوات الأقدام الرباعية [3] ]. ومع ذلك ، هناك اختلافات مهمة فيما يتعلق بالتحكم العصبي في الاستقرار. يمكن أن تحافظ المشية الرباعية على مشية مستقرة في غياب التغذية المرتدة الدهليزية والبصرية ، بالاعتماد فقط على المدخلات الحسية الجسدية والتركيبات تحت القشرية / العمود الفقري [4] ، بينما تتطلب المشية المستقرة على قدمين آليات عصبية عالية المستوى [5].

المشي على قدمين الإنسان له عيب يتمثل في أن جزءًا كبيرًا من كتلة الجسم الكلية يقع على ارتفاع عالٍ فوق BoS صغير. وبالتالي ، تؤدي الانحرافات الصغيرة عن الاتجاه المثالي للجسم إلى لحظات جاذبية كبيرة تسرع الجسم بعيدًا عن هذا الاتجاه ويمكنها بسهولة تحريك CoM بعيدًا عن BoS وتؤدي إلى السقوط. في المستوى السهمي ، يتحرك جسم CoM خارج BoS خلال كل مرحلة من مراحل الدعم الفردية لدورة المشي. على هذا النحو ، أثناء المشي البشري ، لا يمكن التحكم في نمط المشي بشكل كامل في كل لحظة في خطوة (على عكس الروبوتات التي تسير وفقًا لطريقة التحكم في نقطة الصفر) ، وبالتالي يجب أن يأتي الاستقرار من النمط ، وليس من التحكم في CoM داخل BoS. يمكن التحكم في استقرار مشية الإنسان عن طريق وضع قدم الساق المتأرجحة بالنسبة إلى الجسم ، وهو أيضًا شرط أساسي للتقدم إلى الأمام [6]. لتسهيل التحكم في الاستقرار في هذا المستوى ، قد تستغل المشي على قدمين ديناميكيات الجسم السلبية. في السيليكو تظهر المحاكاة والنماذج الفيزيائية أن المشية المستقرة الشبيهة بالإنسان قد توجد في غياب التحكم [7،8] ، مما يعني أنه يمكن الحفاظ على العلاقة بين BoS و CoM من خلال وضع القدم المناسب الناتج عن الديناميكيات السلبية [7]. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه النماذج التعامل مع الاضطرابات الواقعية الحجم. من ناحية أخرى ، يمكن تثبيتها من خلال دفعات قصيرة من التحكم ، وتعديل وضع القدم [9،10] أو الدفع [10،11]. في مشية فوق الأرض بدون اضطراب ، يتماشى طول الخطوة بقوة مع سرعة المشي [12]. عند إزالة الاختلافات في طول الخطوة بسبب التقلبات في سرعة المشي ، يكون التباين المتبقي صغيرًا جدًا ، مما يشير إلى أن معظم التقلبات في وضع قدم المستوى السهمي لا يتم استخدامها لتنظيم الاستقرار [12]. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت البيانات التجريبية أن البشر لا يضبطون بشكل جوهري وضع القدم المستوي السهمي بعد الاضطرابات الميكانيكية في المشية ، لكنهم يقومون بضبط موقع مركز الضغط (الذي يعكس استخدام لحظات الكاحل) لمواجهة تأثير الاضطرابات بعد وضع القدم. [13].

قد تكون قيود الاستقرار أكثر هيمنة في المستوى الأمامي ، لأن الإسقاط الرأسي للـ CoM يتحرك نحو الحدود الجانبية للقدم الداعمة خلال كل مرحلة من مراحل دعم الطرف المفرد لدورة المشي [6،14] (الشكل 1) ، مما يؤدي حتمًا إلى عدم استقرار جانبي (ML) محتمل (انظر أيضًا مراجعة حديثة قام بها Reimann وآخرون. [15]). تشير النماذج الحسابية إلى أنه يجب على المرء أن يعدل بشكل فعال العلاقة بين موقع ML CoM والحدود الجانبية لـ BoS لمنع عدم الاستقرار في مشية الإنسان على قدمين [16] ، إما عن طريق التحكم في حركة CoM من خلال ساق الموقف [17] أو عن طريق التحكم في BoS من خلال تعديل وضع ML للقدم مع الساق المتأرجحة [17]. يمكن أن يكون لوضع القدم ML تأثيرات كبيرة على تسريع CoM ، خلال اللحظة التي تمارس فيها قوة رد الفعل الأرضي تحت القدم على الجسم. يمكن تحقيق تغييرات كبيرة في ذراع العزم لقوة رد الفعل على الأرض بتكاليف تشغيل منخفضة نسبيًا ، لأن كتلة الساق فقط هي التي يجب تحريكها خلال مرحلة التأرجح السابقة. وبالتالي ، كما اقترح بالفعل وينتر [6] ، يبدو أن وضع القدم هو الآلية المهيمنة للحفاظ على ثبات المشية على قدمين في المستوى الأمامي ، مع تغييرات ثابتة في وضع القدم بعد الاضطرابات الميكانيكية في هذا المستوى [13 ، 18 - 20]. قد يكون من الواضح أن التحكم في وضع القدم ML لم يتم فصله تمامًا عن وضع القدم AP حتى الآن ، تشير الأدبيات الموصوفة أعلاه (أي [12 ، 13 ، 16]) إلى وجود بعض الاستقلالية على الأقل.علاوة على ذلك ، فإن فصلها في وصفها قد يجعل بعض المفاهيم أكثر وضوحًا.

الشكل 1. مثال على حركة CoM ميديولاتيرال ومواضع القدم أثناء المشي الطبيعي. بعد الوسط مباشرة (النقاط الملونة في تتبع CoM) ، يبدأ CoM في الانتقال إلى ما سيصبح قدم الموقف الجديدة. حول سرعة الذروة CoM (غير معروضة) ، يحدث موضع القدم التالي ، وتبدأ حركة CoM في إعادة توجيهها إلى القدم التالية. (نسخة ملونة على الإنترنت.)

لذلك ، تركز هذه المراجعة على الآليات الكامنة وراء وضع القدم ML للتحكم في ثبات المشي على قدمين ، لكننا سنناقش أيضًا وضع قدم AP في بعض الأحيان ، لا سيما لإظهار سبب عدم نجاح بعض الأساليب المطورة بشكل جيد في وضع القدم AP. نصف أولاً النماذج والمفاهيم الميكانيكية التي تم استخدامها للتنبؤ بكيفية استخدام وضع القدم للتحكم في استقرار المشية. بعد ذلك ، قمنا بمقارنة النتائج التجريبية حول وضع القدم أثناء المشي البشري في ظروف غير مضطربة ومضطربة مع هذه المفاهيم ، ومراجعة الأدلة على العوامل الأخرى التي قد تؤثر على وضع القدم. بعد ذلك ، نلخص الأدبيات التي تحاول الإجابة على سؤال حول كيفية تحقيق البشر لإستراتيجية وضع القدم هذه ، مع التركيز على المعلومات الحسية والاستراتيجيات الحركية المعنية. أخيرًا ، نختتم بقسم حول كيفية تأثير المرض والشيخوخة على التحكم في وضع القدم لدى البشر ، وما هي الاستراتيجيات المحتملة الأخرى غير وضع القدم التي قد يستخدمها البشر لتحقيق الاستقرار في نمط مشيتهم.

2. نماذج للتحكم في وضع القدم

تم اقتراح عدة نماذج للتنبؤ بوضع القدم الأمثل في الحركة على قدمين. أولها نشأ من مجتمع الروبوتات ، حيث يتم استخدامها لحساب المكان الذي يجب أن يضع فيه الروبوت قدمه لمنع السقوط. فيما يلي ، نصف بعض هذه النماذج بترتيب تاريخي إلى حد ما. من هذا الوصف ، سيتضح أن فكرة وضع القدم للتحكم في ثبات المشي هي فكرة متكررة ، مع ظهور أفكار متشابهة جدًا في كل من الروبوتات ودراسة المشي البشري.

يبدو أن أول من اقترح طرقًا للتنبؤ بوضع القدم كوسيلة لتحقيق الاستقرار في الحركة البشرية كان تاونسند [21] ، الذي وصف العديد من الاستراتيجيات لتحقيق الاستقرار في المشي على قدمين عن طريق وضع القدم بالنسبة إلى CoM ، مع مراعاة سرعة CoM أيضًا. في هذه الطرق ، الفكرة الأساسية هي أنه يمكن وصف المشي على قدمين من خلال نموذج بندول مقلوب خطي (الشكل 2أ). بالنسبة لمثل هذا النموذج ، هناك مزيج فريد من الزاوية والسرعة حيث يتوقف البندول عند النقطة الثابتة غير المستقرة. وبالتالي ، يمكن صياغة مواضع قاعدة البندول (أي وضع القدم) كدالة لموضع CoM والسرعة ، بحيث يتوقف البندول تمامًا. تم إعادة ابتكار هذه النماذج وتنفيذها لاحقًا في عمليات محاكاة فعلية لآلات المشي [22 ، 23]. [24] يقوم Pai & amp Patton بتوسيع هذه الطريقة ، من خلال أخذ قوة العضلات أيضًا في الاعتبار ، لحساب مناطق الاستقرار الممكنة. ومع ذلك ، نظرًا لأن الطريقة التي اقترحها Pai & amp Patton [24] يتم التعبير عنها كمنطقة مجدية لـ CoM لموضع قدم معين (بدلاً من وضع القدم في حالة معينة من CoM) ، ولأنها تستند إلى عمليات المحاكاة الشاملة بدلاً من التعبير التحليلي (البسيط) ، لم يتم استخدامها كثيرًا في أبحاث المشي [25 ، 26]. أصبح استخدام هذه الأساليب في علوم الحركة البشرية شائعًا من خلال أعمال هوف وآخرون. [27] ، الذي صاغ موقع CoM بالإضافة إلى مصطلح السرعة "مركز الكتلة المستقرء" (XCoM) واستخدم هذا لتحديد هوامش الاستقرار (MoS) ، أي المسافات بين حافة BoS و XCoM للإنسان المشي. تم استخدام مقياس MoS هذا على نطاق واسع لقياس ثبات المشي البشري (انظر ، على سبيل المثال ، [28-30]).

الشكل 2. (أ) نموذج البندول المقلوب كما هو مستخدم في العديد من الدراسات. في هذا النموذج ، يُفترض أن يدور البندول حول مفصل الكاحل ، الذي يقع في جزء القدم ، الذي يحتوي على BoS معين. تأخذ جميع النماذج التي نصفها هنا في الاعتبار كل من الموضع (CoM) والسرعة (الخامسCoM) من مجلس الوزراء. يأخذ FPE أيضًا في الاعتبار الزخم الزاوي حول CoM (أنا*ω). علاوة على ذلك ، تبسط معظم الطرق هذا النموذج من خلال افتراض أن التغييرات في زاوية الكاحل (φ) ، قم فقط بتغيير الوضع الأفقي (والسرعة) لـ CoM ، وليس الوضع الرأسي. لاحظ أننا نرسم هنا مخطط AP ، لكن نفس التخطيطي ينطبق على ML. (ب) أخيرًا ، تأخذ طريقة FPE فقط في الاعتبار أنه عندما يتم تحويل BoS لاستعادة الاستقرار ، فإن هذا يتزامن مع تصادم (دفعة تأثير) ، مما يؤدي إلى حقيقة أن السرعة بعد الاصطدام أقل من السرعة قبل الاصطدام ، وبالتالي ، عندما لا يتم إضافة طاقة إلى النظام ، قد يتنبأ مفهوم XCoM (والمفاهيم الأخرى المماثلة التي لا تمثل التأثير) بإمكانية تحقيق الاستقرار ، وقد لا يكون الأمر كذلك.

تشترك النماذج الموصوفة حتى الآن في أنها تفترض بندولًا مقلوبًا خطيًا (أي عندما يتحرك الجزء العلوي من البندول في خط مستقيم ، أو حيث يظل ميل البندول صغيرًا) لتمثيل ديناميكيات المشي. ايت وآخرون. [31] كانوا أول من اشتق هذه المعادلات للبندول غير الخطي وبالتالي طوروا مقياسًا صاغوه "مقدر موضع القدم" (FPE). إضافة أخرى لـ Wight وآخرون. [31] أن طريقتهم تضمنت ديناميكيات الاصطدام (الشكل 2ب) ، بافتراض حدوث تصادم غير مرن تمامًا وبالتالي الحفاظ على الزخم الزاوي. (تجدر الإشارة إلى أن عمل Kajita & amp Tani [22] احتوى أيضًا على متغير يمكن أن يفسر فقدان الطاقة عند ملامسة الكعب.) وهناك ميزة أخرى لـ FPE وهي أن المشتقات الجزئية لمقياس النتيجة فيما يتعلق بالافتراضات يمكن يتم حسابها للحصول على فكرة عن الأخطاء الناتجة عن انتهاكات هذه الافتراضات. تم إجراء ذلك في دراستين على الأقل الآن ، وأظهرت النتائج أنه في المشية الصحية والشلل الدماغي ، يكون لانتهاكات الافتراضات تأثير ضئيل على النتائج [32 ، 33].

في حين أن هذه الأساليب تبدو واعدة من حيث أنه يمكن استخدامها للإشارة إلى مدى جودة وضع البشر لأقدامهم فيما يتعلق بالوضع "المثالي" ، إلا أن هناك بعض القيود التي يجب وضعها في الاعتبار. بادئ ذي بدء ، تستند جميع هذه المقاييس إلى نموذج بندول مقلوب (في معظم الحالات يكون خطيًا) ، وعلى الرغم من أن هذه النماذج قد ثبت أنها تصف العناصر الأساسية للمشي البشري [34 ، 35] ، وقد زودتنا بالعديد من الأفكار الرئيسية في ذلك ، يبقى أن نرى إلى أي مدى يكون وصف ديناميكيات المشي باستخدام ديناميكيات البندول كافياً لغرض إيجاد المواضع المناسبة للقدم. ثانيًا ، تحسب جميع هذه الطرق الموضع الذي يجب وضع القدمين فيه للوصول إلى توازن ثابت. ومع ذلك ، أثناء المشي ، من غير المحتمل أن تكون مثل هذه الحالة مرغوبة ، فهذا يعني الوصول إلى طريق مسدود تمامًا ، والبدء من جديد. بالنسبة لاتجاه AP ، من الواضح أن هذا ليس ما يحدث عندما يكون الهدف هو مواصلة المشي. أظهرت الأبحاث أن وضع القدم هو في الواقع متأخر عن المواضع المقدرة لوضع القدم [32 ، 36]. بالنسبة لاتجاه ML ، يمكن للمرء أن يعتقد أنه سيكون من الجيد الوصول إلى توازن ، لكن معظم الأبحاث تظهر أن وضع القدم لا يزال في الواقع جانبيًا لمواضع وضع القدم المقدرة [32 ، 36] ، مما يعني أن الأشخاص سيميلون إلى السقوط في الوسط. هذا مفهوم لأنه سيكون من الأسهل رفضه (على سبيل المثال عن طريق اتخاذ الخطوة التالية في اتجاه ذلك السقوط) بدلاً من السقوط الجانبي. بالنسبة لاتجاه AP ، يمكن معالجة مشكلة سرعة CoM الثابتة ، على سبيل المثال ، بافتراض التحكم الثابت في الإزاحة [36] ، أو عن طريق تغيير حسابات FPE. ومع ذلك ، فإن تدابير وضع القدم هذه تفترض أيضًا أنه لا يتم فقدان أو اكتساب أي طاقة أثناء وبعد ملامسة القدم (باستثناء FPE ، الذي يفترض أن الزخم الزاوي يظل ثابتًا ، مما يعني فقدان الطاقة أثناء ضربة الكعب). ليس هذا هو الحال على الأرجح في مشية الإنسان ، حيث يمكن إضافة الطاقة من خلال الساق الخلفية [37 ، 38]. بالنسبة لاتجاه ML ، إذا كان وضع القدم مطابقًا تمامًا للموضع المقدر ، فإن أي طاقة مضافة في الاتجاه الجانبي ستؤدي إلى عدم استقرار خارجي (والذي ، كما هو مذكور سابقًا ، لا يمكن إبطاله بسهولة من خلال استراتيجية التدرج). وبالتالي ، فمن المستحسن على الأرجح أن تتحرك جانبًا إلى حد ما إلى موضع القدم المقدر.

على الرغم من أنها تعاني من نفس العيوب ، مثل الطرق المذكورة أعلاه ، ولم يتم استخدامها في أبحاث المشي البشري حتى الآن ، فإننا نعتبر أنه من الجدير أيضًا أن نذكر باختصار مفهوم منطقة الالتقاط هنا. هذا المفهوم مشابه لـ XCoM ، لكنه يحسب المنطقة التي يمكن فيها وضع القدمين للتوقف فيها ن خطوات ، مع مراعاة الحد الأقصى لطول الخطوة الذي يمكن الحصول عليه [39].

بناءً على النماذج المذكورة أعلاه لوضع القدم ، يصبح من الواضح أنه من أجل التحكم في ML في ثبات المشي ، يجب وضع القدمين بشكل جانبي في موضع CoM (انظر أيضًا الشكل 1) وحتى بشكل جانبي إلى XCoM و / أو FPE. يمكن تحقيق ذلك ، بالطبع ، بطريقتين مختلفتين على الأقل: (1) من خلال اتخاذ مثل هذه الخطوات الواسعة بحيث يتم وضع القدمين دائمًا جنبًا إلى جنب مع نقطة وضع القدم المقدرة و (2) عن طريق تنظيم موضع القدم بإحكام ، بحيث يكون فقط الجانبي لنقطة وضع القدم المقدرة. بالنسبة للأخير ، هناك حاجة إلى تقدير كافٍ لحالة CoM فيما يتعلق بالقدم والقدرة الكافية للتحكم في الساق المتأرجحة لوضعها في الموضع المناسب. في القسم التالي ، سوف نلقي نظرة على كيفية قيام البشر بتنظيم وضع أقدامهم.

3. وضع القدم ML في البشر

مما سبق ، من الواضح أن إحدى طرق التحكم في ثبات المشي هي تنسيق وضع القدم ML مع ديناميكيات CoM. ومع ذلك ، بالنظر إلى هذا القيد ، لا يزال هناك عدد لا حصر له من المواضع حيث يمكن وضع القدم. كيف يختار البشر عرض الخطوة؟ تتمثل إحدى الأفكار في أنهم يختارون عرض الخطوة الذي يقلل التكلفة النشطة للحركة من التكاليف النشطة للحركة التي ثبت أنها تزداد عند المشي بعرض خطوة أوسع (كنتيجة لتكلفة إعادة توجيه سرعة CoM) ، ولكن أيضًا أقل من يزيد عرض الخطوة الطبيعي من تكاليف التمثيل الغذائي (نتيجة الاضطرار إلى تأرجح الساق المتأرجحة حول الساق الوقفية) [40،41]. تم تعزيز الفكرة القائلة بأن إعادة توجيه سرعة CoM تنطوي على تكاليف استقلابية كبيرة في المشي من خلال العديد من الدراسات التي تظهر أن التثبيت الجانبي عن طريق الأربطة المرنة (الشكل 3) يؤدي إلى عرض خطوات أصغر [17 ، 42-44] وقد يقلل من التكلفة الأيضية للتنقل [42-45] ، على الرغم من عدم العثور على الأخير بشكل ثابت ، وفشلنا مؤخرًا في العثور على هذا التأثير بأنفسنا (انظر https://osf.io/gkphs/). وهكذا ، يبدو أن البشر يختارون متوسط ​​عرض الخطوة الذي يقلل أو على الأقل يحد من تكاليف الطاقة.

الشكل 3. مثال على التثبيت الجانبي كما هو مستخدم في العديد من الدراسات. يتم وضع الموضوع في إطار متصل بشرائط مطاطية بالعالم الخارجي. هذه الحبال إما طويلة جدًا أو متصلة بقضبان منزلقة (كما هو موضح هنا) ، بحيث لا تتداخل مع حركة AP للموضوع.

ومع ذلك ، قد لا يروي متوسط ​​عرض الخطوة القصة كاملة. على سبيل المثال ، Wezenberg وآخرون. [46] وجد أن إجبار الأشخاص على المشي بمتوسط ​​عرض خطواتهم يزيد من تكلفة التمثيل الغذائي وتنوع CoP لقوة رد الفعل على الأرض. يشير هذا إلى أن استراتيجية التحكم القائمة على عرض خطوة ثابت ليست مثالية وتتطلب جهد تحكم إضافي من خلال ساق الموقف. وبالتالي ، يبدو أن البشر لا يختارون ببساطة عرض خطوة معينًا ، ولكنهم ينسقون بنشاط وضع القدم فيما يتعلق بحركة CoM في كل خطوة.

3.1. تنسيق وضع القدم والحالة الحركية

أوضح القسم السابق أن البشر يبدو أنهم يعدلون العلاقة بين موقع ML CoM والحدود الجانبية لـ BoS للتحكم في الاستقرار [16] ، والذي يمكن القيام به إما عن طريق التحكم في حركة CoM من خلال ساق الموقف [17] أو عن طريق التحكم في BoS عن طريق ضبط وضع ML للقدم مع الساق المتأرجحة [17،47-50]. لاحظ أنه يمكن أيضًا تعديل حدود ML الخاصة بـ BoS من خلال المشي للخارج ، وهي استراتيجية يمكن استخدامها عندما يكون وضع القدم مقيدًا [51]. يمكن اختبار الفرضيات الخاصة بالتحكم في وضع القدم باستخدام ، على سبيل المثال ، مفهوم متنوع غير متحكم فيه [52] ، والذي يقيم مدى تقلبات مستوى المفصل فيما يتعلق بالمتغير الخاضع للسيطرة (المفترض). باستخدام هذا النهج ، Verrel وآخرون. [53] وجد أن هناك تباينًا قويًا في التباين على مستوى المفصل بحيث يتم تثبيت موضع القدم فيما يتعلق بموقف CoM. علاوة على ذلك ، عند المشي على عارضة ضيقة ، زاد التباين في زوايا المفصل ، بينما ، كما هو متوقع ، انخفض التباين في عرض الخطوة بالفعل [54]. يشير هذا إلى تحكم أكثر إحكامًا في زوايا المفاصل هذه لتحقيق مواضع أكثر دقة للقدم.

في حين أن التغاير في علم الحركة المشترك للمساعدة في تقليل تقلب وضع القدم يشير إلى أن وضع القدم فيما يتعلق بحالة CoM يتم التحكم فيه بشكل فعال ، إلا أنه لا يخبرنا كيف يتم التحكم فيه. نظرًا لأنه لا يمكن ببساطة وضع القدم في أي نقطة معينة في أي وقت معين ، يجب أن تكون المعلومات الخاصة بالمكان الذي يجب أن توضع فيه القدم ، بطريقة ما ، متاحة قبل وضع القدم بوقت طويل. باستخدام الارتباط بين حركيات الجذع CoM وموضع القدم ، Hurt وآخرون. [47] أظهر أن حالة CoM (الموضع والتسارع) في الوسط تنبؤية لمكان وضع القدم التالي. على مستوى المجموعة (أي بين كل من تباين الموضوع وداخله) ، توقعت حالة الجذع 53 ٪ من التباين في موضع القدم. لاحظ أنه تم استخدام حالة الجذع CoM هنا بدلاً من CoM لكامل الجسم. كان الدافع وراء هذا الاختيار هو حقيقة أن الجذع يمثل نسبة كبيرة من كتلة الجسم وأن التحكم في كتلة الجذع هو المفتاح للحفاظ على مشية مستقرة [55]. في العمل اللاحق ، استخدم Wang & amp Srinivasan [48] نهجًا مشابهًا ، لكن اعتمد تحليلهما على بيانات الموضوع الفردية ، مما يُظهر أن ما يصل إلى 80٪ من التباين في انحرافات وضع القدم عن المتوسط ​​يمكن تفسيره بالانحرافات في الحوض الموقف والسرعة من المتوسط ​​في الوسط. في طريقة المشي ، يعتبر وضع الحوض بديلاً معقولاً لموقف CoM [56]. ومن المثير للاهتمام ، أن هذه النماذج المستندة إلى البيانات لوضع القدم أثناء المشي توافق إلى حد كبير مع النماذج النظرية الموصوفة سابقًا في أن الحالة الحركية لـ CoM وليس فقط موضع CoM تُستخدم لتحديد موضع القدم وإضافة معلومات حول متي يتم اختيار وضع القدم في دورة المشي.

تم تفسير الارتباط بين حالة CoM ووضع القدم الموصوف أعلاه على أنه انعكاس للتحكم النشط ، ولكن يمكن أيضًا أن ينتج عن الاقتران الديناميكي السلبي لحركات الساق بحركات الجزء العلوي من الجسم. مع زيادة عرض الخطوة المحدد ، انخفض مكاسب الاقتران بين حالة CoM ووضعية القدم [49] ، مما يشير إلى شكل من أشكال التحكم النشط الذي يتم تخفيفه في ظل ظروف أقل تطلبًا. يتم توفير مزيد من الدعم للتنظيم الفعال للاستقرار من خلال وضع القدم من خلال الدراسات حول المشي مع التثبيت الجانبي. يقلل هذا التلاعب ليس فقط الإزاحة الجانبية لـ CoM ، وعرض الخطوة ، ولكنه يؤدي أيضًا إلى انخفاض في تقلب عرض الخطوة [44،45،57] ، حتى لو كانت حركيات الجذع مقيدة دون أي اقتران بالعالم الخارجي [17]. علاوة على ذلك ، أظهرت الدراسات التي تستخدم الاضطرابات الميكانيكية في المشي أن تعديلات وضع القدم كانت مرتبطة بالتغيير المستحث في سرعة CoM [13،19،20،58] وأن هذه التعديلات تم إنشاؤها بنشاط [20،58]. أخيرًا ، تشير القدرة المتزايدة لحالة CoM على التنبؤ بموضع القدم مع زيادة سرعة المشي [50] إلى أن هذا التحكم يزداد مع سرعة المشي (على الأقل بالنسبة للسرعات التي تصل إلى 1.2 مللي ثانية -1 لسرعات المشي الأعلى ، يبدو أن عرض الخطوة يزداد مرة أخرى [59] ، على الرغم من أنه ليس من الواضح ما إذا كان هذا يشير أيضًا بشكل مباشر إلى انخفاض في السيطرة). بشكل عام ، تدعم مجموعة الأدلة هذه بوضوح فكرة أن وضع القدم ML منظم بناءً على حالة CoM في مرحلة التأرجح السابقة.

3.2 المعلومات الحسية لتقدير مركز الحالة الجماعية

إن اكتشاف أن وضع القدم منسق فيما يتعلق بالحالة الحركية للـ CoM في مرحلة التأرجح السابقة يثير التساؤل حول كيفية تقدير الدماغ لحالة CoM. قد تستخدم المعلومات الحسية من ثلاث طرق: أنظمة التحسس العميق والبصرية والدهليزية. أظهرت الدراسات التي تستخدم الاضطرابات البصرية للمشي حركات جذع تعويضية [60] وتغيرات في وضع القدم [61] ، ومع الاضطرابات البصرية المستمرة التي لا يمكن التنبؤ بها ، زاد التباين في حركة الجذع ووضع القدم [62]. يؤدي التحفيز الدهليزي [63-67] والتحفيز التحفيزي من خلال اهتزاز عضلات الجذع أو الرقبة [68] إلى انحرافات واسعة في الرأس. قد تشير هذه النتائج إلى دور التغذية المرتدة الدهليزي والاستقبال في التحكم في العنوان بدلاً من التحكم في الاستقرار. ومع ذلك ، قد تنتج انحرافات المسار ، جزئيًا على الأقل ، عن اضطرابات الاستقرار ، مما يؤدي إلى خطوة جانبية تعويضية [63] وما يصاحب ذلك من دوران خارجي للقدم [51]. يتم دعم ذلك من خلال عمل مجموعتنا ، حيث يُظهر أن التحفيز الدهليزي متعدد الأنماط يزيد من تنوع حركيات جذع ML ويقلل من ثبات مشية ML [69] ، ومن خلال الدراسات التي تُظهر أن اهتزاز العضلات ، وهو وسيلة للتلاعب بالواردات التحسسية من مغازل العضلات ، أثناء الوقوف تسببت مرحلة المشي في حركات جذع تعويضية [70] وتغيرات في وضع ML للقدم [71]. تشير الأدبيات بالتالي إلى أن كل من الطرائق الحسية الثلاثة التي تم النظر فيها تساهم في تقدير حالة CoM وتعديل وضع قدم ML للتحكم في الاستقرار ، ولكن هذا يثير السؤال حول كيفية دمج المعلومات متعددة الحواس.

يوفر النظامان المرئي والدهليزي معلومات حول اتجاه وحركة الرأس في الفضاء ، والتي يجب دمجها مع معلومات حول حركة الرأس بالنسبة إلى الجذع (الحس العميق) لتقديم تقدير لحالة CoM (أي الموضع والسرعة والمشتقات عالية الرتبة) [72]. علاوة على ذلك ، كل طريقة حسية لها خصائصها الخاصة بزمن الاستجابة والتصفية. عبر العديد من المهام والطرائق ، يُفترض أن يتم دمج المعلومات متعددة الحواس كمتوسط ​​مرجح ، مع الأوزان القائمة على أساس الموثوقية النسبية للمصادر المنفصلة ، والتي ، لسلوك الحالة المستقرة ، يمكن تعريفها على أنها عكس التباين المصدر [73،74]. يمكن دراسة الموثوقية النسبية لمصادر المعلومات الحسية المختلفة في الوقوف بسهولة نسبية [75] ، وقد تم تطوير طرق لتقدير مساهماتها في التحكم في الاستقرار في المواقف الثابتة مثل الجلوس والوقوف في وضع مستقيم [76،77]. ومع ذلك ، فمن المحتمل أن تكون المساهمات الحسية مختلفة بين الوقوف والمشي.أولاً ، تختلف موثوقية الإشارات الحسية أثناء المشي وقد تختلف على مدار دورة المشي ، نظرًا للاختلافات في السعة وتكرار المدخلات خلال مراحل مختلفة من المشي. ثانيًا ، بالإضافة إلى المعلومات الحسية المباشرة ، من المحتمل أن يتأثر تقدير الحالة بالمعلومات السابقة ، على سبيل المثال استنادًا إلى نسخة تأثير الأمر الحركي [78،79] ، والتي ستختلف بين الوقوف والمشي ، وستكون أيضًا متغيرة بمرور الوقت في السياق الأخير. تدعم البيانات التجريبية حقًا أن الوزن الحسي يختلف في المشي عنه في الوقوف. على سبيل المثال ، كان لاهتزاز عضلات الساق تأثيرات أكثر وضوحًا في الوقوف مقارنة بالمشي [68] ، بينما كانت تأثيرات الاضطرابات البصرية في المشي أكبر منها في الوقوف [60]. علاوة على ذلك ، يبدو أن أهمية الاضطرابات البصرية في المشي محددة اتجاهيًا مع تأثيرات أكبر لاضطرابات ML من اضطرابات AP [60 ، 61].

تشير البيانات التجريبية إلى أنه في التحكم في المواقف الثابتة ، يتكيف الجهاز العصبي المركزي عن طريق إعادة وزن المدخلات الحسية التي تساهم في الاستقرار [76 ، 80 - 83]. وبالمثل ، قد يختلف ترجيح المعلومات متعددة الحواس لاستقرار المشي بمرور الوقت عندما تتغير الظروف ، مما يجعل المدخلات الحسية أقل موثوقية. قد يكون إعادة وزن المعلومات في الواقع أكثر أهمية في المشي منه في الوقوف ، لأن عملية الحركة نفسها قد تؤدي إلى تباين في البيئات الحسية ، مثل المشي من غرفة مضاءة جيدًا إلى غرفة مظلمة ، أو عند الانتقال من مادة صلبة إلى غرفة مظلمة. سطح متوافق. على الرغم من أن بعض الأدلة تشير إلى أن دور استقبال الحس العميق قد انخفض كثيرًا في المشي مقارنة بالوقوف [68] ، فقد لوحظ أنه بعد وقت التعود الكافي ، يُظهر الأفراد معصوبي الأعين نمط مشية شبه طبيعي [84] ، مما يعني أنه يمكن الحفاظ على الاستقرار من خلال الاعتماد على المدخلات الحسية المتبقية. وبالتالي يبدو من المعقول افتراض أن الدماغ يستغل التكرار الذي توفره الطرائق الحسية الثلاثة من خلال إعادة وزن المدخلات عندما يصبح المرء أقل موثوقية. ومع ذلك ، لم يتم دراسة إعادة الوزن الحسي في المشي ، على حد علمنا.

كما هو مقترح أعلاه ، قد تختلف موثوقية المعلومات الحسية خلال دورة المشي ، وبالتالي ، قد يختلف أيضًا ترجيح المعلومات الحسية على مدى هذه المقاييس الزمنية الأقصر. تسبب التحفيز الدهليزي في مراحل مختلفة من دورة المشي في تباين منهجي في استجابات عضلات الأطراف السفلية [85،86] وفي حجم وتوقيت الانحرافات في وضع القدم ML [64،87]. بالإضافة إلى ذلك ، فإن اتساعات منعكس H في عضلات الساق البشرية تعتمد على الطور ، ولكن ليس من الواضح ما إذا كان هذا يعكس تعديل استثارة وحدة المحرك أو تعديل كسب ردود الفعل التحسسية [88]. تشير هذه الدراسات إلى أن تأثيرات المدخلات الحسية أثناء المشي تعتمد على المرحلة ، ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت هذه التعديلات ذات صلة بموضع القدم وكيف.

في الختام ، من الواضح أن المعلومات متعددة الحواس ، القائمة على المدخلات الدهليزية والبصرية والاستعدادية ، تُستخدم للحفاظ على ثبات المشي. من المحتمل أن يعتمد ترجيح المدخلات الحسية على الظروف البيئية والتغيير ذي الصلة في موثوقية المعلومات المقدمة من أي مدخل فردي ، ومن المرجح أن يتغير عبر دورة المشي ، لكن ديناميكيات عمليات الترجيح هذه غير مستكشفة إلى حد كبير.

3.3 تفعيل وضع القدم

كما هو موضح في الفقرة 3.1 ، يمكن بالفعل التنبؤ بوضع القدم في المنتصف. كيف إذن ، يتأكد الجهاز العضلي الهيكلي من وصول القدم إلى الوضع الصحيح بعد نصف خطوة؟ أظهرت الأبحاث الحديثة أن هذا ، على الأقل جزئيًا ، يتحكم فيه نشاط عضلة الألوية المتوسطة المتأرجحة. في كل من المشي والمشي غير المضطربين مع الاضطرابات الميكانيكية ML ، ارتبط نشاط الألوية المتوسطة المتأرجحة بمزيد من وضع القدم الجانبي وتوقعه مسافة ML بين CoM وقدم الموقف المقابل [58]. تبين أن نشاط الألوية المتوسطة بعد اضطرابات ML يحدث في رشقات نارية عند فترات اختفاء تبلغ 100 و 170 مللي ثانية ، على التوالي ، مما يشير إلى نشاط عضلي لا إرادي تلقائي ، وانفجار لاحق في زمن انتقال يزيد عن 270 مللي ثانية ، وهو على الأرجح طوعي بطبيعته. كانت هذه الاستجابات تعتمد على الطور ، وتظهر التسهيل بعد الاضطراب في مرحلة التأرجح ولا توجد استجابة في مرحلة الوقوف ، على عكس نشاط المشي العادي (الخلفية) [20]. إن عزم مفصل الورك المطلوب لتسريع الساق المتأرجحة والنشاط العضلي المرتبط به منخفض نسبيًا ، كما أن انخفاض قوة الورك المستحث تجريبيًا بنسبة تصل إلى 26٪ على الرغم من أن الكتلة العصبية الجزئية لم يكن لها أي تأثير على جذع الطائرة الأمامية وحركة الساق [89] ، مما يوضح أن استراتيجية التحكم هذه قوية جدًا.

3.4. التحكم العصبي في وضع القدم للتحكم في ثبات المشية

على الرغم من أننا ناقشنا كيف يمكن التحكم في استقرار مشية الإنسان من خلال وضع القدم ، وما هي المعلومات الحسية المطلوبة للقيام بذلك ، وما هي العضلات التي يتم بها تنفيذ استراتيجيات وضع القدم ، إلا أننا لم نناقش بعد أي أجزاء من الجهاز العصبي المركزي قد تكون متورطة في هذا التحكم. في حين أن ردود الفعل قد تلعب دورًا في دقة وضع القدم [20] ، تشير الدراسات المتعلقة بآفات المادة البيضاء وضمور الدماغ إلى السقوط إلى أن المراكز العليا في الجهاز العصبي المركزي تلعب أيضًا دورًا مهمًا [90-92]). في مراجعة الأدبيات ، زينج وآخرون. [90] خلص إلى أن آفات المادة البيضاء في الفص الأمامي والمناطق المحيطة بالبطين لها علاقات قوية مع مقاييس التوازن والمشي ، مما يشير إلى أن هذه المناطق يمكن أن تشارك في اختيار وتوجيه موضع القدم.

قيمت بعض الدراسات العلاقة بين مقاييس الدماغ والتدابير المتعلقة باستراتيجيات وضع القدم بشكل مباشر. على سبيل المثال ، تم اقتراح انخفاض استقرار الجذع (والذي يمكن اعتباره وكيلًا للتحكم في CoM) أثناء المهام المزدوجة ليتزامن مع ضمور أكبر في الدماغ [93]. علاوة على ذلك ، باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، شيمادا وآخرون. [94] أظهر اختلافات في التنشيطات المرتبطة بالمشي في منطقة الحركة الحسية الأولية والتلفيف الصدغي المتوسط ​​والعليا والحصين بين المجموعات ذات التباين المنخفض والعالي في الطول ، مما يشير إلى دور هذه المناطق في التحكم في وضع القدم . بالإضافة إلى ذلك ، باستخدام تصوير موتر الانتشار (طريقة لتقييم سلامة المادة البيضاء) ، Bruijn وآخرون. [95] أظهر أن الجودة العالية للمادة البيضاء في السبيل القشري الأيسر والإشعاع المهادي الأمامي الأيسر تزامنت مع ارتفاع MoS (أي المسافة بين XCoM وحافة BoS عند وضع القدم) ، مما يشير إلى دور مهم لهذه المسالك في السيطرة على وضع القدم.

استخدمت الدراسات الحديثة تخطيط كهربية الدماغ (EEG) لفهم دور المراكز العليا للجهاز العصبي المركزي في الحفاظ على استقرار المشية ، والتي لها ميزة أنه يمكن استخدامها أثناء المشي الفعلي. باستخدام هذا النهج ، سيب وآخرون. [96] أظهر أن β النشاط في المناطق الحسية اليمنى واليسرى انخفض (علامة على زيادة التحكم في المحرك) أثناء المشي بحزمة التوازن مقارنة بالمشي العادي. اتباع النهج المعاكس (أي عن طريق تثبيت الموضوعات) ، Bruijn وآخرون. [97] أظهر أن نشاط β في القشرة الأمامية اليسرى كان أقل أثناء المشي الطبيعي مقارنة بالمشي المستقر ، مما يدعم دور مناطق الدماغ هذه في التحكم في استقرار المشي. علاوة على ذلك ، وباستخدام مقاييس اتصال فعالة ، أكدت دراسة حديثة أن جزءًا على الأقل من هذا النشاط يقود العضلات [98]. بشكل عام ، يبدو أنه بصرف النظر عن مستوى التحكم في العمود الفقري [20] ، فإن المراكز العليا للجهاز العصبي المركزي تشارك بنشاط في التحكم في وضع القدم للحفاظ على الاستقرار.

4. مناقشة

في حين أن المشي على قدمين ليس إنجازًا رائعًا بالنسبة لمعظمنا ، إلا أنه من الواضح عند طرفي الطيف العمري أن مشيتنا على قدمين بعيدة كل البعد عن كونها تافهة. خاصة عند كبار السن ، قد يكون للسقوط آثار مدمرة. ومع ذلك ، فإن المعرفة بكيفية قدرتنا على المشي على قدمين محدودة ، مما قد يعيق أيضًا قدرتنا على تحسين استقرار المشي لدى السكان المحتاجين. في المراجعة الحالية ، قمنا بتجميع فهمنا الحالي لكيفية مساهمة وضع القدم المناسب في الحركة على قدمين دون الوقوع. لقد أظهرنا أن وضع القدم ML أمر بالغ الأهمية لاستقرار المشي ، وأنه يمكن التنبؤ بموضع القدم ML من النماذج الميكانيكية ، ويمكن تحديده من بيانات المشي البشري. علاوة على ذلك ، حددنا المساهمات الحسية والحركية اللازمة للتنفيذ الناجح لاستراتيجيات وضع القدم هذه. في هذا القسم ، سنناقش كيف يمكن أن يضعف استخدام هذه الاستراتيجيات وكيف يؤثر ذلك على استقرار المشي. سنركز بشكل أساسي على آثار الشيخوخة ، مع بعض الإشارة إلى المشية المرضية. بعد ذلك ، نتناول الاستراتيجيات البديلة لوضع القدم للتحكم في استقرار المشية. أخيرًا ، سنكرر الفجوات في فهمنا الحالي ، وعلى هذا النحو ، سنشير إلى اتجاهات البحث في المستقبل.

4.1 آثار الشيخوخة على التحكم في استقرار المشية من خلال وضع القدم

كما هو موضح في الفقرة 3 ، يتطلب التحكم في استقرار المشية تنسيقًا مناسبًا بين حالة CoM وموضع القدم ، والذي يتطلب بدوره استشعارًا كافيًا لكل من حالة CoM وموقع القدم ، ونشاط عضلي مناسب لتوجيه القدم المتأرجحة إلى الموقع الصحيح. وبالتالي ، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن أي حالة تضعف الوظيفة الحسية أو العضلية قد تضعف استقرار المشية بسبب ضعف القدرة على التحكم في وضع القدم ، كما يتضح مع الشيخوخة وعلم الأمراض.

يمشي كبار السن عمومًا بخطوات أوسع من البالغين [99100]. وبالمثل ، في علم الأمراض الذي يؤثر على الوظائف الحسية و / أو الحركية ، غالبًا ما يتم ملاحظة عرض خطوات أكبر [18،30،101-103]. قد يكون عرض الخطوة المتزايد هذا قابلاً للتكيف ، لأنه ، على سبيل المثال ، تم الإبلاغ عن كبار السن الذين يظهرون حركات MLM أكبر وأسرع من البالغين الشباب [104]. هذا التفسير مدعوم بحقيقة أن عرض الخطوة الأضيق لدى كبار السن مرتبط بخطر السقوط الأعلى [105] وحقيقة أن البالغين الأصحاء يزيدون أيضًا عرض الخطوة عندما يتعارض التوازن بسبب الاضطرابات الخارجية [106]. ومع ذلك ، في البالغين الأكبر سنًا ، تم العثور على الزيادة في عرض الخطوة غير كافية لمنع MoS أصغر من البالغين الشباب [104]. علاوة على ذلك ، نظرًا للتناقضات الموجودة في الأدبيات [95] ، يبدو أنه لا يتكيف جميع البالغين مع عرض الخطوة ، وقد تمت الإشارة إلى أن عدم وجود مثل هذه التعديلات يرتبط بانحطاط المادة البيضاء في المسارات التي تنطوي على التحكم في استقرار المشية [95]. وتجدر الإشارة إلى أنه ، على عكس تفسير زيادة عرض الخطوة على أنها تكيفية ، فمن المرجح أن تساهم الخطوات الأوسع في زيادة تأثير CoM [49،107].

الأذى وآخرون. [47] وجد ارتباطًا أضعف بين الحالة الحركية للجذع في منتصف التأرجح ووضع القدم اللاحق عند البالغين الأكبر سنًا من الشباب. في حين أن هذا قد يشير إلى تنسيق أقل دقة بين وضع القدم والحركية CoM ، فقد تم إجراء التحليل على مستوى المجموعة ، وبالتالي قد يتأثر بالاختلافات في التباين بين الموضوعات بين كبار السن والشباب. تمشيا مع فقدان التنسيق مع الشيخوخة ، أرفين وآخرون. وجد [17104] ليس فقط عرض خطوة أكثر تنوعًا ، ولكن أيضًا أكثر تنوعًا في MoS لدى كبار السن. في مرضى السكتة الدماغية ، ارتبط ضعف الدقة في أداء مهمة تتبع تبعيد الورك بخطوات أوسع من الساق الوخز [108]. يشير هذا إلى أن دقة التحكم في الساق المتأرجحة قد تحد من التنسيق بين حركة CoM ووضع القدم. لم يتضح بعد ما إذا كانت الإعاقة في الوظائف الحركية و / أو الحسية و / أو العصبية تسبب هذا التنسيق الضعيف وكيف تتسبب.

4.2 بدائل لوضع القدم

حتى الآن ، نظرنا في الحالة التي يكون فيها وضع القدم مجانًا ، ونسترشد تمامًا بالحاجة إلى التحكم في الاستقرار. كما تمت مناقشته ، في هذه الحالات ، تتوقع ولاية CoM وضع القدم إلى حد كبير. ومع ذلك ، قد تكون هناك حالات يكون فيها وضع القدم مقيدًا ، وبالتالي لا يمكن التحكم في ثبات المشية عن طريق وضع القدم. عندما يتم حظر موقع وضع القدم المحدد ، يتم تحديد مواقع جديدة لوضع القدم بحيث تنحرف إلى الحد الأدنى عن الموقع المخطط [109،110] ، والذي يمكن فهمه من حيث تقليل تأثيرات موقع وضع القدم البديل على ثبات المشي [110،111] والشرطات السفلية أهمية اختيار مواقع وضع القدم. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر Matthis & amp Fajen [112،113] أنه في هذه الحالات ، يتم أيضًا تعديل حركيات CoM ، بحيث تتطابق مع وضع القدم. على وجه الخصوص ، أظهروا أنه عندما يمكن للأشخاص رؤية خطوتين أو أكثر إلى الأمام ، تظل حركياتهم الحركية (أكثر أو أقل) باليستية (أي دون التضحية بإستراتيجية مثالية نشطة).

عندما يكون وضع القدم مقيدًا ، فمن الواضح أنه لا يمكن استخدامه كوسيلة رئيسية للتحكم. تشير نتائج Matthis & amp Fajen [112،113] إلى التحكم في حركيات CoM فيما يتعلق بموضع القدم المخطط. تماشيًا مع هذا ، فإن الأشخاص الذين يسيرون على مسار ضيق ، مما يحد من وضع القدم في موقع وسطي من الوضع الطبيعي ، أظهروا قدرته على تقليل سعة وسرعة CoM الخاصة بهم [17] ، على الرغم من أن التحكم في وضع القدم مع تباين منخفض في هذه الحالة يتزامن في الواقع مع مزيد من التباين في زوايا المفاصل [54]. ميكانيكيًا ، هناك استراتيجيتان بديلتان يمكن استخدامهما للتحكم في CoM [114]: (1) تحريك CoP لقوة رد الفعل الأرضية عن طريق توليد لحظات مناسبة حول مفاصل الأطراف السفلية و (2) تغيير اتجاه قوة رد الفعل الأرضي عن طريق تغيير الزخم الزاوي للقطاعات حول CoM.

هوف وآخرون. [18] قدّموا دليلًا على استخدام الآلية الأولى التي أظهروا أنه عندما كان CoP قريبًا من BoS في بداية الخطوة ، كان يميل إلى التحرك للخارج خلال مرحلة الموقف. اقترحوا أن عدم القدرة على تطبيق مثل هذه التصحيحات كان عاملاً في استخدام MoS كبير في مبتوري الأطراف مقارنة بالضوابط الصحية. أظهرت الدراسات اللاحقة أن نوبات CoP تُستخدم أيضًا بعد الاضطرابات [13 ، 19]. في دراسة حديثة ، أظهر Kim & amp Collins [115] أنه بالنسبة لمبتوري الأطراف ، يمكن تقليل الجهد المرتبط بالتوازن (مثل تكلفة الطاقة) عن طريق التحكم المناسب (عزم الانقلاب / الانقلاب) للطرف الاصطناعي الروبوتي ، مما يبرز أهمية ساق الوقوف. مراقبة. وتجدر الإشارة هنا إلى أنه أثناء المشي ، يمكن استخدام تغيير حجم قوة رد الفعل على الأرض عند موضع CoP الثابت للتحكم في CoM بطريقة مماثلة لإزاحة CoP. يسمح هذا بالتحكم في استقرار ML عن طريق تعديل قوة الدفع [10] ، بالنظر إلى الإزاحة الجانبية للقدم الخلفية فيما يتعلق بالجسم. باستخدام الهيكل الخارجي للكاحل المزود بالطاقة ، أظهر Kim & amp Collins [116] أن التعديل المناسب لقوة الدفع استنادًا إلى حالة CoM قلل من الجهد المرتبط بالحفاظ على الاستقرار أثناء المشي ، مما يبرز الدور المحتمل لمكون ML للدفع- إلى تثبيت مشية الإنسان.

بالنسبة للآلية الثانية ، درس Neptune & amp McGowan [117] العضلات التي تساهم في ثبات المستوى الأمامي. من خلال حساب مساهمة هذه العضلات في الزخم الزاوي في كل لحظة في دورة المشي ، فقد أظهروا مساهمات مهمة للعضلات المثنية الأخمصية أثناء الدفع ، بالإضافة إلى مبعدات الورك أثناء الموقف الفردي. علاوة على ذلك ، أفاد Fu & amp Kuo [118] مؤخرًا أن اضطرابات ML تنطبق على الساق الخلفية في الموقف المبكر (أي عندما تكون الساق الرائدة عقبة أمام تعديل وضع القدم عن طريق خطوة عرضية) ، فإن دوران الجذع في اتجاه تم استخدام الاضطراب لمواجهة التأثير على حركية CoM. هذا اتفاق مع إستراتيجية تهدف إلى توليد زخم زاوي مرغوب فيه لتغيير تسريع CoM.

بشكل عام ، تشير الأدبيات إلى أنه بالإضافة إلى وضع القدم كآليات مهيمنة للتحكم في استقرار ML في المشي ، يتم استخدام آليات أخرى. من غير الواضح ، إلى حد كبير ، كيف تتفاعل هذه الاستراتيجيات ، وكيف قد يختلف ذلك اعتمادًا على مرحلة دورة المشي ، والسياق البيئي ، والضعف بسبب الشيخوخة أو علم الأمراض.

4.3 اتجاهات البحث في المستقبل

لقد بدأنا نفهم كيف يتحكم البشر في استقرار مشيتهم من خلال وضع القدم ، ومع ذلك لا تزال هناك العديد من الأسئلة المفتوحة.

ناقشنا في الفقرتين 2 و 3.1 العديد من النماذج التي يمكن استخدامها للتنبؤ بالمكان الذي يضع فيه البشر أقدامهم. تُستخدم بعض هذه النماذج حاليًا لاشتقاق مقاييس الاستقرار ، ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت مرتبطة بمظاهر عدم الاستقرار ، أي السقوط ، وكيف ترتبط بذلك. علاوة على ذلك ، في حين أن النماذج التجريبية الواردة في الفقرة 3.1 تشرح نسبة كبيرة من التباين في وضع القدم المرصود ، فمن الواضح أنها تلتقط الاستقرار فقط من خلال وضع القدم ، في حين أن الاستراتيجيات الأخرى (§4.2) لها أهمية أيضًا ، يبقى أن نرى ما إذا كانت هذه يمكن دمج الاستراتيجيات في نموذج أكثر شمولاً للتحكم في استقرار المشية. أخيرًا ، لا تأخذ النماذج الموصوفة لتقدير موضع القدم في الاعتبار أن وضع القدم AP و ML قد يتفاعل على سبيل المثال ، عند المشي بخطوات أطول ، نظرًا لطول الساق المحدود ، يكون عرض الخطوة الذي يمكن الحصول عليه أصغر. قد يعني هذا أن المشي الأسرع قد يؤدي إلى احتمالات أقل لتصحيح عدم استقرار ML أو ، على العكس من ذلك ، قد يواجه الأشخاص الذين يمشون بخطوات واسعة جدًا مشاكل في الوصول إلى سرعات مشي معقولة. ولكن هذا قد يشير أيضًا إلى أن افتراض التحكم المنفصل في استقرار AP و ML الذي تم إجراؤه هنا ، وفي الأدبيات التي تمت مراجعتها ، ليس مناسبًا. من غير المعروف إلى أي مدى تكون هذه التفاعلات ذات صلة في مشية الحياة اليومية ، وما إذا كانت وكيف يتم التحكم فيها.

في الفقرة 3.2 ، وصفنا المعلومات الحسية التي يمكن استخدامها لتقدير حالة CoM أثناء المشي. في هذا القسم ، أصبح من الواضح أنه بالنسبة لظواهر الوقوف مثل إعادة الوزن الحسي تمت دراستها جيدًا ، ولكن بالنسبة للمشي ، لا تزال هناك أسئلة مفتوحة حول الأهمية النسبية للطرائق الحسية المختلفة ، وحول اعتمادها على الطور وإعادة الوزن.

لقد بدأنا للتو في فهم كيفية مشاركة مستويات مختلفة من الجهاز العصبي المركزي في التحكم في وضع القدم للحفاظ على ثبات المشي. من المرجح أن تأتي التطورات المهمة في هذا المجال من مزيج المقاييس التي تم الحصول عليها من الجهاز العصبي المركزي مع مقاييس استقرار المشي ، و / أو الظروف التي يتم فيها تغيير (الحاجة إلى التحكم) استقرار المشية. على سبيل المثال ، سيكون من المثير للاهتمام معرفة ما إذا كان يتم التحكم في انفجار نشاط الألوية المتوسطة أثناء مرحلة التأرجح [58] من المستوى القشري. يمكن دراسة ذلك عن طريق التوصيل الوظيفي الموجه بين إشارات EEG و EMG [98] ، جنبًا إلى جنب مع المواقف التي تكون فيها الحاجة إلى التحكم في وضع القدم أكثر أهمية (أو أقل). نشدد على أنه عند دراسة دور الجهاز العصبي المركزي في التحكم في وضع القدم ، لا ينبغي فقط تقييم دور المستويات الأعلى ، حيث أن المستويات الأدنى ، مثل النخاع الشوكي وجذع الدماغ ، قد تلعب أيضًا دورًا مهمًا.

في الشيخوخة (§4.1) ، يبدو أن هناك ضعفًا في التنسيق بين حركة CoM ووضع القدم. ومن غير الواضح حتى الآن ما إذا كانت الاضطرابات في الوظائف الحركية والحسية والعصبية تسبب هذا التنسيق الضعيف ، وكيف تتسبب.

أخيرًا ، بينما ناقشنا أن هناك حالات لا يمكن فيها استخدام وضع القدم للتحكم في استقرار المشية (على سبيل المثال ، عند المشي على موطئ قدم مقيدة ، انظر الفقرة 4.3) ، والاستراتيجيات التي يمكن استخدامها في مثل هذه الحالات ، فمن غير الواضح في إلى أي مدى يتم التحكم في استقرار المشي في الحياة اليومية عن طريق استراتيجيات وضع القدم ، أو في مدى تحديد مواقع الخطوة بصريًا أولاً ، وبعد ذلك يتم استخدام الاستراتيجيات البديلة. علاوة على ذلك ، لا تزال كيفية دمج هذه الاستراتيجيات في السيطرة على استقرار المشية غير معروفة. على سبيل المثال ، كيف يتم تحقيق التبديل بين الاستراتيجيات وهل التبديل في اللحظة الأخيرة ، على سبيل المثال ، من استراتيجية قائمة على تحديد موضع القدم إلى استراتيجية قائمة على موطئ قدم عند تجنب بركة ، يفرض تحديات محددة؟ رواية عمل ماتيس وآخرون. [119] حيث يتم تنفيذ تتبع العين والتقاط الحركة في بيئات الحياة الواقعية الصعبة والتي بدأت في كشف مثل هذه المشكلات.


10 أخطاء سيئة في تأرجح الجولف يرتكبها المصممون

إنه لأمر مدهش كم عدد الطرق المختلفة المتاحة للتأرجح في نادي الجولف. كثيرا ما أعتقد أنهم مثل بصمات الأصابع. غالبًا ما يمكنك التعرف على شخص ما من بعيد عندما ترى أرجوحة لعبة الجولف.

ولكن في حين أن قائمة طرق التأرجح في مضرب الجولف طويلة ، فإن المشكلات التي تصيب الأرجوحة أقصر بكثير. هذه 10 من أكثر أخطاء التأرجح أو الإعداد شيوعًا التي أراها في نقطة الإنطلاق في الدرس.

1. ضعف قبضة تسبب شريحة

تعد شريحة واجهة النادي المفتوحة واحدة من أكثر الأخطاء شيوعًا التي أراها في دروسي ، ولكن الخبر السار هو أنه يمكن إصلاحها في كثير من الأحيان ببساطة شديدة.

يعتقد العديد من لاعبي الغولف الذين أراهم ، بشكل خاطئ ، أن يدهم الأمامية (عادة اليسرى) يجب أن يكون الإبهام مستقيمًا في منتصف القبضة مع وضع يدهم فوقها (الصورة اليسرى أعلاه).

يؤدي سوء الفهم هذا إلى وضع رأس الصدارة في وضع يميل إلى فتح الوجه طوال التأرجح ، مما ينتج عنه شريحة ضعيفة.

إذا كان هذا أنت ، فخذ كلتا يديك - ولكن في الغالب يدك الرئيسية - وقم بتدويرهما بعيدًا عن الهدف.

سيؤدي تغيير المقبض على الفور تقريبًا إلى إبقاء وجه مضربك أكثر تربيعًا طوال تأرجحك وعلى الأرجح أيضًا في التأثير.

سيساعد الوجه المربع عند الاصطدام كرة الجولف ليس فقط على الاستقامة ولكن أيضًا لمسافة أبعد.

2. الموقف السيئ

أن تكون متوازناً في العنوان وطوال لعبة الجولف له علاقة كبيرة بكونك في وضع جيد للبدء. كلما كان وضعك في لعبة الجولف أفضل ، زادت قدرته على دعم السرعة والحركة الرياضية.

أحب مشاهدة لاعبي الجولف الجيدين وهم يستعدون للعب كرة الجولف. يمكنك أن تدرك قبل أن يتأرجح أنه من المحتمل أن يكون جيدًا لأنه ينحني بشكل صحيح للأمام من الوركين مع تعليق أيديهم أسفل أكتافهم وعادة ما يكون وزنهم متوازنًا في كرات أقدامهم.

مارس إعدادًا متوازنًا وإعداد روتينًا جيدًا وعندما تقوم بالتأرجح بشكل أسرع ، ستظل كرة الجولف في طريقك في طريق مضرب التأرجح الخاص بك وستكون قادرًا على الحفاظ على التوازن طوال الوقت.

3. محاولة رفع الكرة

محاولة رفع كرة الجولف في الهواء هي سبب توقف لضربة رأس أو شفرة. يميل هذا إلى تطبيق المزيد على لاعبي الجولف من ذوي الإعاقة المتوسطة والعالية الذين لا يفهمون تمامًا ما الذي يجعل كرة الجولف تنطلق في الهواء.

الإعاقات السفلية تدرك أن الضرب على الكرة حول الخضر يرسل الكرة لأعلى.

أحد التدريبات المفضلة لدي لتعليم لاعبي الجولف كيفية ضرب الكرة هو وضع نقطة الإنطلاق على الأرض على الجانب المستهدف من كرة الجولف. عندما تقوم بتأرجح مضربك ، لا يجب عليك فقط أن تمسح العشب تحت الكرة ، ولكن يجب أن يظل رأس المضرب منخفضًا بدرجة كافية على الأرض بعد الكرة لكشط هذا القميص أيضًا.

هذا الكشط للعشب بعد الكرة هو ما ينتج عنه تلامس أكبر للوجه المركزي وتسديدات أعلى ، كل ذلك لأنك تفهم ما الذي يجعل الكرة تنطلق.

4. كثرة التوتر في اليدين والذراعين

واحدة من أعظم الطرق لفقدان المسافة هي الإمساك بعصا الجولف بقوة. غالبًا ما يتغلب هذا التوتر في اليدين وبالتالي الذراعين على قدرة الضرب على التأرجح ، مما ينتج عنه سرعة ومسافة أقل.

هناك فرق بين حمل النادي والضغط عليه. إحدى الطرق المفضلة لتحسين ذلك هي قلب مضربك رأسًا على عقب والتمسك بعمود النادي الموجود أسفل رأس المضرب مباشرةً والبدء في التأرجح. هدفك هو سماع & # 8220swoosh & # 8221 للنادي. أمسك بإحكام شديد ، وستكون قادرًا على سماع هذا الضجيج & # 8217t.

5. سوء التوازن

الوضعية الجيدة هي بالتأكيد خطوة كبيرة نحو التوازن.

يجب أن يتمكن كل لاعب غولف ، بغض النظر عن مستوى مهارته ، من الحفاظ على نهايته. لا تحتاج إلى القيام بذلك في كل مرة ، ولكن يجب عليك اختبار رصيدك من خلال محاولة القيام بذلك في بعض الأحيان.

أحد تدريبات التوازن المفضلة لدي هو التدرب على التأرجح أو ضرب الكرات من نقطة الإنطلاق المنخفضة مع تقريب قدميك نسبيًا من بعضهما البعض. سيساعد ذلك على تحسين التوازن بمرور الوقت ويخلصك من الحركة الزائدة التي تجعل من الصعب الحفاظ على التوازن.

6. محاولة التأرجح في خط مستقيم

أرجوحة الجولف هي حركة دائرية منحنية.

لهذا السبب ، يحاول العديد من لاعبي الجولف بشكل غير صحيح تأرجح رأس مضربهم على خط مستقيم للخلف والخط. في كلتا الحالتين ، إذا قمت بتأرجح مضربك بشكل مستقيم للخلف ولم تسمح أبدًا للإبطين بالبقاء بالقرب من جسمك ، فإن المضرب يدور على شكل قوس.

يمكنك تصحيح ذلك بسهولة عن طريق السماح لمنطقة الإبط بالبقاء قريبة نسبيًا من صدرك طوال سوينغ لعبة الجولف. لن يساعد ذلك في إنتاج مسار دائري ثابت فحسب ، بل ستتمكن أيضًا من إبقاء يديك وذراعيك أكثر استرخاءً للمساعدة في زيادة السرعة.

7. يأتون فوق القمة

نسمع هذا طوال الوقت ، ولكن ماذا يعني ذلك حقًا؟ الكثير من مصطلحات لعبة الجولف ليست منطقية جدًا.

تعني عبارة "Over the top" التأرجح من الخارج إلى الداخل ، والعبور إلى الداخل عادةً ما ينتج عنه سحب أو شريحة. من واقع خبرتي ، فإن معظم لاعبي الجولف الذين يأتون & # 8220 فوق القمة "يفعلون ذلك لأن وجه مضربهم مفتوح بسبب وضعهم في القبضة ، مما يؤدي إلى توجيههم إلى اليمين.

فكر في الأمر بهذه الطريقة ، إذا كانت محاذاة سيارتك على اليمين ، بعد اصطدامك بكل شيء على الجانب الأيمن من الطريق ، ماذا ستفعل؟ من المحتمل أن تبدأ في لف عجلة القيادة إلى اليسار. في بعض الأحيان قد ينجح الأمر ، لكنه لا يعمل على إصلاح المشكلة الأساسية في السيارة.

لذلك ، لضبط مسار التأرجح لأسفل ، تحقق أولاً من قبضتك ووجوه المضرب واستخدم مساعدات التأرجح للترويج لمسار تأرجح أكثر حيادية. حتى شيء بسيط مثل قضيب المحاذاة على الأرض خارج كرة الجولف مباشرةً يمكن أن يساعد في تجنب الميل إلى جعل رأس المضرب في الموضع الخاطئ ويمكن أن يكون كافيًا لتحسين مسار الانحدار.

8. موقف الكرة السيئ

قد يبدو الأمر بسيطًا للغاية ، لكن الوضع غير الصحيح للكرة يمكن أن يسبب مشاكل كبيرة في الاتصال والاتجاه. أحد الدروس المفضلة لدي هو إظهار كيف يمكن أن يؤدي وضع الكرة إلى أخطاء ، حتى عندما تكون التقنية مثالية. في أغلب الأحيان ، إذا كان لاعب الجولف يمسك الكرة بعيدًا جدًا إلى الأمام في موقفه ، فسوف يميل إلى تسديد ضربة قوية. مرات عديدة تضرب الأرض حيث يجب أن تكون الكرة.

إذا كان وضع الكرة إلى الأمام أكثر من اللازم ، فغالبًا ما يكون ذلك مصحوبًا بمحاذاة الكتف والساعد مما يؤدي إلى حدوث مشكلات في مسار التأرجح.

9. لا يوجد روتين إعداد لتصحيح وضع الكرة

يمكن أن يتسبب وضع الكرة غير المناسب في حدوث مشكلات في الإعداد من خلال إمالة الكتف كثيرًا (أو القليل جدًا).

ابدأ بيديك على قبضة المضرب وانحني للأمام من وركيك لوضع المضرب خلف الكرة.

ضع المضرب في منتصف جسمك مع وضع قدميك معًا وملمسًا. سيساعدك هذا في العثور على مركز جسمك ويساعد أيضًا محاذاة جسمك للبدء بشكل متوازي نسبيًا.

بعد ذلك ، اتخذ أصغر خطوة توسيع ممكنة بقدمك الرئيسية ثم خطوة أكبر بقدمك الخلفية. عند القيام بذلك ، اسمح لكتفك الخلفي بالهبوط لأسفل أيضًا. سيساعدك هذا في العثور على وضع الكرة المناسب والإمالة الصحيحة للكتف اللازمة لزيادة اتصال السائق والمسافة إلى أقصى حد.

10. الوجه المغلق يسبب مساراً سيئاً

نظرًا لأن وجه مضربك له تأثير كبير على كرة الجولف الخاصة بك ، فإن الإصدارات المتطرفة للوجه المفتوح أو المغلق يمكن أن تسبب مشكلات كبيرة في تأرجحك.

غالبًا ما ينتج عن وجه المضرب المغلق رحلة منخفضة وكرة خطاف. تكمن مشكلة الخطاف في أن الكرة ستكافح أيضًا للإنطلاق عالياً بدرجة كافية في الهواء لتحملها.

غالبًا ما يأتي الوجه المغلق من قبضة غير صحيحة حيث يتم تدوير إحدى اليدين أو كلتيهما بعيدًا جدًا عن الهدف في وضع "قوي".

سيؤدي ذلك إلى إغلاق وجه المضرب طوال التأرجح وعند التأثير ، مما يؤدي إلى تسديدة خطاف منخفضة. رد الفعل الطبيعي لهذا الخطأ هو التأرجح أكثر للخارج وبعيدًا ، والمشكلة هنا هي أنه عادةً ما يزيد الخطاف ويجعل إطلاق النار والطلقات المحصنة شبه مستحيلة.

لتصحيح ذلك ، خذ إحدى يديك أو كلتيهما ووجههما نحو الهدف حتى ترى عددًا أقل من المفاصل على يدك الرئيسية وأظافر أصابع أقل على يدك. سيسمح هذا الوضع الأكثر حيادية لوجه مضربك أن يظل أكثر تربيعًا.

عندما تتطلع إلى تحسين لعبة الجولف الخاصة بك ، فمن المهم للغاية إجراء إصلاحات لمشاكلك الأساسية.

لا تختار بشكل أعمى أساسيًا للعمل عليه ما لم يكن منطقيًا لما تخبرك به كرة الجولف.

عند الاختيار من قائمة الأخطاء الأكثر شيوعًا ، تأكد من أنها تطابق لعبتك الخاصة.

عندما تقوم بإجراء تعديلات وتغييرات ، كن يقظًا وتذكر ، يستغرق الأمر وقتًا لتغيير عادة ، لكن تركيزك سيؤتي ثماره.


نقاش

يحد الاحتكاك من التسارع الأولي

أثناء الدفع الأولي ، أنتجت الكلاب كلاً من أكبر النبضات وأعلى ذروة للقوى الرأسية والقوى الدافعة مع أطرافها الخلفية في تجارب HW. يشير هذا إلى أنهم لم يحدوا من إنتاجهم لقوة الدفع لتجنب إنتاج لحظة زائدة عنيفة. في الواقع ، في نهاية موقف الطرف الخلفي ، مر متجه القوة خلف مركز الكتلة مما أدى إلى لحظة نزول الأنف لأسفل (الأشكال 1 ، 2 ، 3) (والتر وكارير ، 2009). كانت ذروة قوة الدفع المطبقة بواسطة الأطراف الخلفية في الدفع أقل من تلك المطبقة في الخطوة الأولى عندما تراجعت الأطراف الخلفية وتمتد بسرعة أكبر (الجدول 2). استنادًا إلى العلاقة بين القوة والسرعة للعضلة (Fenn and Marsh ، 1935) ، فإن هذا يعني أن قوة العضلات لم تحد من قوة الدفع المنتجة. اقترب الحد الأدنى لزاوية متجه القوة البالغة 44 درجة من الحد الذي تم التنبؤ به وهو 43.5 درجة بناءً على معامل الاحتكاك. يشير هذا إلى أن الكلاب حدت من قوى الدفع التي استخدمتها في الدفع الخلفي لتجنب الانزلاق.

استخدم الطرف الأمامي الأمامي في الخطوة الأولى قوة دفع أكبر في كلتا الحالتين الموزنتين ، عندما زادت القوة العمودية (الجدول 2 الأشكال 4 ، 5). يتوافق هذا الارتباط الإيجابي بين القوى الدافعة والعمودية المطبقة مع الاحتكاك الذي حد من قوة الدفع القصوى في هذه الخطوة (Eqn 1). كانت زاوية متجه القوة الأدنى (الأقرب إلى الأفقي) في بداية الموقف ، حيث يحدث أحيانًا قدر ضئيل من انزلاق القدم. انتهى هذا الانزلاق بسرعة حيث بدأ الطرف الأمامي الرئيسي في دعم جزء كبير من وزن الجسم.

تم رسم قوى رد الفعل الأرضي بمرور الوقت من أجل دفع الطرف الخلفي ، وأول خطوتين لكلب تمثيلي (لابرادور ريتريفر). تظهر الخطوط المظلمة قوى دافعة وخطوط فاتحة تظهر قوى عمودية. الخطوط الموضحة هي الوسيلة من خمس تجارب ما لم يُذكر خلاف ذلك. تشمل الخطوات التي يمكن فيها الحصول على أقل من خمس تجارب من هذا الكلب ما يلي: الطرف الأمامي المتأخر من الخطوة الأولى في جميع الظروف ، والطرف الأمامي الأمامي من الخطوة الأولى في حالة عدم الوزن ، والطرف الأمامي الخلفي من الخطوة الثانية تحت المرجحة الأمامية شرط. تظهر القوى لكل من الأطراف الخلفية باللون البرتقالي ، وتلك الخاصة بالطرف الأمامي الخلفي باللون الأسود وتلك الخاصة بالطرف الأمامي الأمامي باللون الأزرق. S1 ، الخطوة 1 S2 ، الخطوة 2. (A) بدون أوزان [مأخوذة من Walter and Carrier (Walter and Carrier ، 2009)] ، (B) مع وضع الأوزان في المقدمة و (C) مع وضع الأوزان في الخلف.

تم رسم قوى رد الفعل الأرضي بمرور الوقت من أجل دفع الطرف الخلفي ، وأول خطوتين لكلب تمثيلي (لابرادور ريتريفر). تظهر الخطوط المظلمة قوى دافعة وخطوط فاتحة تظهر قوى عمودية. الخطوط الموضحة هي الوسيلة من خمس تجارب ما لم يُذكر خلاف ذلك. تشمل الخطوات التي يمكن فيها الحصول على أقل من خمس تجارب من هذا الكلب ما يلي: الطرف الأمامي الخلفي من الخطوة الأولى تحت جميع الظروف ، والطرف الأمامي الأمامي من الخطوة الأولى في ظل حالة عدم الوزن ، والطرف الأمامي الخلفي من الخطوة الثانية تحت المرجحة الأمامية شرط. تظهر القوى لكل من الأطراف الخلفية باللون البرتقالي ، وتلك الخاصة بالطرف الأمامي الخلفي باللون الأسود وتلك الخاصة بالطرف الأمامي الأمامي باللون الأزرق. S1 ، الخطوة 1 S2 ، الخطوة 2. (A) بدون أوزان [مأخوذة من Walter and Carrier (Walter and Carrier ، 2009)] ، (B) مع وضع الأوزان في المقدمة و (C) مع وضع الأوزان في الخلف.

تشير هذه النتائج إلى أن الأطراف الخلفية في الدفع والطرف الأمامي الأمامي في الخطوة الأولى كانت محدودة في إنتاج قوة الدفع بسبب انزلاق القدم أو خطر انزلاق القدم إذا تم تطبيق قوى دفع أكبر. بناءً على معامل الاحتكاك المقاس 1.06 بين أقدام الكلاب وورق الصنفرة ، يجب أن تكون الكلاب قادرة على تطبيق قوى دافعة عند 43.5 درجة على الأفقي ، وهو أقل من متوسط ​​متجه القوة المرئي في هذه الخطوات (الجدول 2). تم أخذ قياس الاحتكاك هذا مع وقوف الكلاب في حالة سكون. خلال عملية دفع الأطراف الخلفية ، قامت الكلاب بتطبيق قوى عمودية ذروة كانت أكثر من 3.5 مرة من الوزن الذي تدعمه الأطراف الخلفية في الكلاب التي تقف في حالة راحة. نظرًا لأن وسادات أقدام الكلاب قابلة للتشوه بشكل مرن ، على غرار الوسادات الرأسية للقرود ، فمن المرجح أن ينخفض ​​معامل الاحتكاك قليلاً مع زيادة القوة الرأسية كما هو الحال في الرئيسيات البدائية (كارتميل ، 1979). وهذا من شأنه أيضًا أن يفسر قدرة الكلاب على إنتاج قوى دافعة بزوايا متجه للقوة تبلغ 39 ± 2 درجة في بداية وضعية الطرف الأمامي. خلال هذه الفترة من وضع الأطراف الأمامية ، عندما كانت الكلاب تحاول الانسحاب للخلف على ورق الصنفرة ، كانت القوى الرأسية التي تطبقها الأطراف الأمامية أقل من تلك الخاصة بالكلب الواقف. لذلك ، نتوقع أن تكون زوايا متجه القوة الدنيا أقل إلى حد ما من 43 درجة إذا كان الاحتكاك محدودًا. على الرغم من أننا حاولنا تجنب استخدام التجارب التي تظهر انزلاق القدم للتحليل ، كانت هناك تجارب حدثت فيها. إن ورق الصنفرة ذو الـ 36 درجة المستخدم في تغطية لوحة القوة وبداية المدرج هو نسبيًا نسبيًا ومن المحتمل أن يكون له قدر كبير من الاحتكاك مثل العديد من الأسطح الصلبة الموجودة في الطبيعة.

يتمثل أحد الاختلافات الرئيسية بين المدرج الخاص بنا ومعظم الأسطح الطبيعية في أن مدرجنا يحتوي على بلاط أو سطح معدني أسفل ورق الصنفرة مما يجعله غير قابل للاختراق لمخالب الكلاب. في العديد من التجارب التي أجريناها ، تركت الكلاب علامات خدوش على المدرج من محاولاتها للحفر في المدرج بمخالب أقدامها الأمامية في بداية الوقوف. يتوافق هذا مع دراسة سابقة تم فيها اقتراح أن الكلاب السلوقية تتسارع على أرضيات المختبر المغطاة بالسجاد محدودة بسبب عدم قدرتها على حفر مخالبها في الركيزة (Williams et al. ، 2009). هذه الزيادة في أداء التسارع من خلال الحفر في السطح لا تقتصر على الكلاب. يمكن للإنسان أن يتسارع بسرعة أكبر مع المسامير أو المرابط ، في حين أن أطراف أصابع السحالي التي تعيش على الرمال تحسن بشكل كبير من قدرتها على التسارع على الرمال (كاروثرز ، 1986). تشير هذه النتيجة إلى أنه في الطبيعة يجب أن تكون الكلاب والحيوانات الأخرى الجارية قادرة على حفر مخالبها أو حوافرها أو غيرها من تخصصات القدم في السطح من أجل تطبيق أقصى قوة دفع لها في خطوات الدفع الخلفية الأولية والخطوات الأمامية الأولى. ومع ذلك ، فإن العديد من الأسطح الطبيعية لا يمكن اختراقها بالحوافر أو المخالب. من المحتمل أن تكون الحيوانات التي تتسارع بسرعة من حالة توقف تام على هذه الأسطح محدودة في البداية بسبب الجر في GRF الدافع الذي تنتجه.

تحد قوة العضلات من إنتاج قوة الأطراف الخلفية بعد الخطوة الأولى

على عكس الدفع الخلفي ، لم تكن قوى الدفع التي استخدمتها الأطراف الخلفية في الخطوتين الأولى والثانية أكبر في تجارب HW. خلال الخطوة الأولى ، لم تختلف قوة الدفع القصوى ولا الدافع الدافع بين الشروط الثلاثة ، بينما في الخطوة الثانية ، كان كلاهما أكبر في تجارب NW (الجدول 2). في المرحلة الثانية من وضعية الطرف الخلفي ، كانت قوة الدفع الناتجة في ظل ظروف مرجحة أقل بكثير من تلك التي تنتجها الكلاب غير الموزونة في بداية الموقف منها في نهاية الموقف (الجدول 3). وهذا يتفق مع تقييد الأطراف الخلفية للقوة العضلية لعضلات ضامة الورك أثناء هذه الخطوة. في بداية الموقف ، عندما كانت الأطراف الخلفية مائلة إلى الأمام ، وضع وزن الكتلة المضافة لحظة منقلة على الأطراف الخلفية. يتطلب هذا من عضلات الورك توليد لحظة ماصة معاكسة لدعم الأوزان بالإضافة إلى عزم الضام المطلوبة لإنتاج القوة الأرضية الدافعة (الشكل 1). في المقابل ، في نهاية الموقف ، وضع وزن الكتلة المضافة لحظة ضامة على الأطراف الخلفية ومن غير المرجح أن تزيد من قوة العضلات المطلوبة لمستوى معين من إنتاج القوة الدافعة. يتجلى هذا التأثير التفاضلي للكتلة المضافة على متطلبات قوة العضلات خلال الخطوة في الكلاب الهرولة ، حيث وُجد أن حمل الكتلة المضافة يزيد من نشاط تخطيط كهربية العضل (EMG) لعضلات ضام الورك في بداية الموقف ولكن ليس له أي تأثير على نشاط العضلات الضامة في نهاية الموقف (شيلينغ وآخرون ، 2009). يشير انخفاض GRF الدافع في بداية الخطوة الخلفية الثانية في تجارب HW إلى أنه في هذه المرحلة ، لا يمكن زيادة نشاط عضلة ضام الورك ، وأن إنتاج القوة كان محدودًا بقوة العضلات. على النقيض من ذلك ، بالنسبة للأطراف الأمامية ، لم يتسبب حمل الأثقال في انخفاض قوة الدفع في بداية الموقف أكثر مما تسببه في نهاية الموقف. علاوة على ذلك ، فإن قوة الدفع المخفضة الناتجة عن الطرف الأمامي الخلفي في المرحلتين الأولى والثانية من تجارب HW ، عندما كانت الكلاب تتحرك ببطء شديد ، لا تتوافق مع قوة العضلات التي تحد من إنتاج القوة الدافعة.

لعبت قوة عضلات Hindlimb دورًا مهمًا في الحد من أقصى تسارع بعد مرحلة الوقوف الأولى. في الواقع ، قد تكون قوة عضلات الأطراف الخلفية عاملاً رئيسياً يحد من التسارع في معظم ذوات الأقدام الرباعية ، وكذلك في البشر (سليفر وتينجاوي ، 2004 جان بينوا وآخرون ، 2002 تشيلي ودينيس ، 2001 فانهويدونك وآخرون ، 2006 كورتين وآخرون ، 2005). في المقابل ، لعبت قوة العضلات دورًا أصغر بكثير في الحد من قوى الدفع التي تطبقها الأطراف الأمامية. وبالتالي ، نتوقع أن الحيوانات المصممة للتسريع قد يكون لديها نسبة أعلى من توزيع كتلة العضلات في الأطراف الخلفية إلى الطرف الأمامي.ومع ذلك ، فإن الكلاب التي تعمل بسرعة عالية تطبق نبضات دفع مماثلة مع الأطراف الأمامية والأطراف الخلفية ، في حين أن الأطراف الأمامية تمارس نبضات عمودية ومبطئة أكبر بكثير (Walter and Carrier ، 2007). وبالتالي ، نتوقع أن يكون للثدييات رباعية الأرجل المصممة للتشغيل المستمر عالي السرعة تأثيرًا متساويًا أكثر في التوزيع الكتلي للطرف الخلفي مقارنة بتلك المصممة للتسريع السريع. مثال على هذا الانقسام يحدث في خيول السباق حيث تظهر الخيول الأمريكية قصيرة المسافة من الفحص البصري أن لديها نسبة كتلة عضلية أكبر بكثير من الأطراف الخلفية للأطراف الأمامية من الخيول الأصيلة ذات المسافات الطويلة. يمكن العثور على مثال مشابه في الشمس والغزلان. Suni ، التي تمتلك نسبة كتلة عضلية أكبر من الغزال وتعيش في مناطق نباتية أكثر كثافة ، تقوم عمومًا بعمل شرطات قصيرة للتغطية أو التعرج عند متابعتها ، في حين أن الغزلان ، التي تعيش في مناطق أكثر انفتاحًا ، تقطع مسافات أكبر عندما (Kingdon، 1982).

آثار توزيع كتلة الجسم في الأمام والخلف ودور الملعب كعامل مقيد

أثناء وضعية الطرف الأمامي في الخطوة الأولى ، كانت الكلاب تنحدر أنفها بنسبة 30-40٪ أقل عندما حملت الأوزان من الأمام مقارنة بظروف التحكم الموزونة أو غير الموزونة (الجدول 1 ، الشكل 2). تبدو هذه النتيجة غير بديهية حيث أن تحريك مركز الكتلة إلى الأمام بالنسبة إلى متجه القوة الصافية من شأنه أن يزيد من لحظة نزول الأنف إلى أسفل (أو يقلل من لحظة رفع الأنف لأعلى) إذا ظل متجه القوة الصافية كما هو. في تجارب FW ، قامت الكلاب بتعديل القوات البرية التي طبقتها في الخطوات الأمامية الأولى بطريقة تعوض عن الأوزان بشكل مفرط. في حين أن أوزان العبوة زادت من كتلة الكلاب بنسبة 10٪ فقط ، فقد طبقت الكلاب أكثر من 30٪ قوى دافعة ورأسية أكبر مع طرفها الأمامي الخلفي عندما حملوا الأوزان من الأمام مقارنة بظروف HW و NW (الجدول 2 الأشكال 4 ، 5) . قد تكون الكلاب قد حدت من نزول أنفها إلى أسفل عندما حملت الأوزان على أطرافها الأمامية لتجنب خطر الانقلاب أو لتجنب القوة الأكبر التي قد تكون مطلوبة لتدوير الأنف للخلف. بدلاً من ذلك ، قد تكون الكلاب التي تحمل أوزانًا من الأمام قد طبقت قوى رأسية ودفعًا أكبر مع أطرافها الأمامية الخلفية ونزول الأنف إلى أسفل أقل لأنها توقعت وجود مشكلة أقل في دوران الأنف لأعلى أثناء الموقف الخلفي التالي. على هذا النحو ، ستكون هذه النتائج متسقة مع ، ولكن ليس بالضرورة أن تكون مؤشرا على أن ميل الجذع هو العامل المحدد الأساسي لإنتاج القوة الدافعة بواسطة الطرف الأمامي الخلفي في الخطوات الأولى. ستكون هذه النتيجة مشابهة لنتائج ويليامز وزملائه حول تسريع الكلاب السلوقية ، حيث فشل الطرف الأمامي الخلفي في الاتصال بالأرض في الخطوة الثالثة (ويليامز وآخرون ، 2009).

يمر ناقل GRF أمام مركز الكتلة في النصف الأول تقريبًا من موقف الطرف الخلفي في التسارع (Walter and Carrier ، 2009). على الرغم من ذلك ، تشير نتائج هذه الدراسة إلى أن الكلاب لا تحد من قوى الدفع التي تنتجها بأطرافها الخلفية لتقليل نصب الأنف. هذا يختلف عن الكلاب السلوقية ، حيث يحد الملعب من إنتاج القوة الدافعة بواسطة الأطراف الخلفية للخطوات العديدة الأولى (Williams et al. ، 2009). في الكلاب السلوقية ، يقع مركز الكتلة بشكل أكثر ذيلية ، بحيث تدعم الكلاب السلوقية التي تقف في حالة الراحة 56 ٪ فقط من كتلة أجسامها بأطرافها الأمامية (لي وآخرون ، 1999). وهكذا ، حتى عندما كانت الكلاب في هذه الدراسة تحمل أوزانًا ذيلية ، كانت مراكز كتلتها لا تزال موجودة في الأمام أكثر من تلك الموجودة في الكلاب السلوقية (الجدول 1). لم نتمكن من تحريك مركز الكتلة بحذر لأنه لم يكن من الممكن تحفيز الكلاب على الإسراع إلى أقصى حد عندما حملوا عبوات تزن أكثر من 10٪ من كتلة أجسامهم على نهاياتهم الخلفية. تختلف الكلاب السلوقية أيضًا عن الكلاب ذات السلالات المختلطة من حيث أن لديها نسبة أكبر بكثير من كتلة العضلات الباسطة الطرف الخلفي إلى كتلة الجسم (Williams et al. ، 2008). على هذا النحو ، يبدو أن الكلاب السلوقية من المرجح أن تكون محدودة في التسارع الأولي في حين أن الكلاب الأخرى من المرجح أن تكون محدودة بسبب قوة عضلات الأطراف الخلفية الباسطة.

تشير نتائجنا إلى أن النغمة قد تحد من قوة الدفع التي تطبقها الكلاب مع أطرافها الأمامية في كل من الخطوتين الأولى والثانية. هذا الاحتمال له آثار على أداء تسريع الأنواع المختلفة في توزيع كتلة الجسم الأمامي الخلفي. قد يكون للرباعية ذات الوزن الأمامي الأكبر ، مثل الأسود والجاموس ، ميزة ، على الأقل في الخطوات الأمامية الأولى للتسارع ، على الحيوانات ذات الوزن الذلي ، مثل الفهود والغزلان. قد تستفيد الثدييات ذات الوزن الأمامي الأكثر مثل الأسود والجاموس والحيوانات البرية وغيرها من الأصابع ذات القرون أو القرون الثقيلة من زيادة قدرة أطرافها الأمامية على تطبيق قوى الدفع في الشحنات قصيرة المسافة التي تُرى أثناء العدوان بين الذكور والإناث. في الخطوات الأولى ، تستخدم الكلاب المختلطة السلالات 43٪ من قوى الدفع بأطرافها الأمامية (Walter and Carrier ، 2009). في المقابل ، في الكلاب السلوقية ذات الترجيح الذليلي ، بالكاد تلمس الأطراف الأمامية في الخطوات الأولى ولا تساهم إلا قليلاً في التسارع الأولي (ويليامز وآخرون ، 2009). في حين أن هناك اختيارًا قويًا في الكلاب السلوقية للإسراع إلى 60 كم في الساعة بأسرع ما يمكن عبر العديد من الخطوات ، فمن المرجح أن تواجه الحيوانات المقاتلة ، مثل ثيران الحفرة ، اختيارًا أكبر لتحقيق أقصى تسارع في اندفاع واحد. في حالة التسارع بخطوة واحدة أو خطوتين ، قد يكون من المفيد زيادة مركز الكتلة الأمامي لثور الحفرة. في حين أن تحريك مركز الكتلة إلى الأمام في الثدييات من المرجح أن يقلل من نسبة كتلة العضلات الباسطة للطرف الخلفي إلى وزن الجسم ، فإن هذا الانخفاض قد يتم مواجهته أكثر من خلال زيادة إنتاج القوة الدافعة بواسطة الأطراف الأمامية. تم قياس توزيع كتلة الجسم الأمامي الخلفي فقط في حوالي 20 نوعًا (رولينسون ومارتن ، 1981 لي وآخرون ، 2004) ، حيث يتراوح من الأطراف الأمامية التي تدعم 52-66٪ من وزن الجسم في معظم الثدييات إلى الأطراف الأمامية التي تدعم أقل من 50٪ من وزن الجسم في السحالي والتمساح والقرود. بالمقارنة مع الثدييات الحديثة ، فإن المشابك القاعدية مثل أوفياكودون و Cotylorhynchus ذيول طويلة وثقيلة جدا. ربما أدى فقدان هذا الذيل الطويل والثقيل في تطور الثدييات إلى تحسين قدرات التسريع من خلال تحريك مركز الكتلة إلى الأمام. كان من الممكن أن يؤدي هذا إلى زيادة القوى الدافعة التي كان بإمكانهم تطبيقها دون أن يصبحوا على قدمين (Aerts et al. ، 2003) ، وكان سيسمح لهم أيضًا بإنتاج قوى دفع أكبر بأطرافهم الأمامية.


مركز الجاذبية البشري

كما أشرنا سابقًا ، فإن مركز الجاذبية هو النقطة التي تكون عندها كتلة الجسم متوازنة بشكل متساوٍ ، وتتغير هذه النقطة اعتمادًا على موضع الشخص (الذراعين لأعلى / لأسفل ، مائل ، قلب شقلبة ، وما إلى ذلك).

مشاهدة الراقصين ، ولاعبي الجمباز ، والمشاة بحبال ضيقة تقدم أمثلة على كيف يمكن لجسم الإنسان ، من خلال تدريب القوة والمرونة ، أن يغير مركز الثقل في أكثر الموضات إثارة للاهتمام ، وكذلك كيف يمكن للإنسان أن يتغلب بوعي على آثار الجاذبية و الجمود في الجسم.

عند الوقوف ، يقع مركز الثقل عادةً أمام عظم العجز ، عند المستوى العجزي الثاني تقريبًا. (يتكون العجز من خمس عظام مدمجة معًا رأسياً).

لفهم الفرق بين النظرية والتطبيق العملي ، دعنا نقارن جسم الإنسان بكرة البيسبول لمدة دقيقة. من نقطة في المركز الدقيق ، يتم توزيع كتلة لعبة البيسبول بالتساوي على طول الطريق ، أليس كذلك؟ لذلك ، مع أي حركة للكرة ، تتحرك نقطة الوسط هذه جنبًا إلى جنب معها. سهل.

لكن عندما ننظر إلى مركز الثقل في جسم الإنسان ، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا. كما تمت مناقشته ، نظرًا لأن الجسم به أجزاء متحركة (الذراعين والساقين والرأس ومناطق مختلفة من الجذع) ، في كل مرة تقوم فيها بذلك ، حسنًا ، أي شيء ، يتغير شكل الشكل العام. وإذا كنت تحمل شيئًا مثل حقيبة سفر أو حقيبة بقالة أو إذا كنت ترتدي حقيبة ظهر ، فهذا يضيف وزناً إلى بعض المناطق دون غيرها ، مما يغير مركز الثقل كما يفعل.

لذلك ، يمكننا القول أن مركز الجاذبية هو نقطة متغيرة باستمرار داخل أو خارج الجسم تمثل موازنة الوزن أو الكتلة لبقية جسمك بالتساوي في كل اتجاه. يمكن لهذه النقطة أن تتغير بناءً على ما تحمله وكيف تحمله ، بالإضافة إلى الموقف الذي تتخذه والحركات التي تقوم بها.


لماذا تحليل المشي مهم

هناك العديد من الأسباب التي تجعل تحليل المشي مهمًا في كل من البيئات السريرية والبحثية.

  • الوقاية من الإصابات: تحديد عدم التناسق في مريض لا يعاني من أعراض ، والتي قد لا يتم اكتشافها حتى يصاب المريض بإصابة.
  • تأكيد العلاج بعد: كن واثقًا من أن علاجاتك تُحدث تغييرًا إيجابيًا في مشية المريض و rsquos من خلال تقييم ما قبل / بعد العلاج أو الجراحة.
  • الأداء الرياضي: من خلال فهم كيفية تحرك الرياضي ، يمكن أن يساعد في تحسين أدائه وبناء خطط تدريب مخصصة لزيادة تحسين الأداء الرياضي.
  • تقييم آثار الظروف المختلفة: يمكن للباحثين تقييم تأثيرات أنواع مختلفة من الأحذية والتضاريس والأرضيات والعديد من الظروف الأخرى التي تؤثر على الطريقة التي يمشي بها الشخص. من خلال دراسة تأثيرات الظروف المختلفة والأحذية وبيئات العمل وأنواع أخرى لا حصر لها من الأبحاث ، يمكننا أن نرى تحسينات في وظيفة مشية الإنسان.

التغيرات الطبيعية المرتبطة بالعمر في المشي

عادة ما تتغير بعض عناصر المشية مع تقدم العمر لا يتغير البعض الآخر.

سرعة المشية تظل (سرعة المشي) مستقرة حتى سن 70 تقريبًا ثم تنخفض بنسبة 15٪ / عقد للمشي المعتاد و 20٪ / عقد للمشي السريع. سرعة المشي هي مؤشر قوي على معدل الوفيات - بنفس قوة عدد الأشخاص الأكبر سنًا من الحالات الطبية المزمنة والاستشفاء. بعد سن 75 ، يموت المشاة البطيئون قبل 6 سنوات من المشي العادي السرعة و 10 سنوات قبل المشاة السريعة. تتباطأ سرعة المشي لأن كبار السن يتخذون خطوات أقصر بنفس المعدل (الإيقاع). السبب الأكثر ترجيحًا لتقليل طول الخطوة (المسافة من ضربة كعب إلى الأخرى) هو ضعف عضلات الربلة ، التي تدفع الجسم إلى الأمام ، حيث تقل قوة عضلات ربلة الساق بشكل كبير لدى كبار السن. ومع ذلك ، يبدو أن كبار السن يعوضون عن انخفاض قوة ربلة الساق باستخدام عضلات الفخذ والعضلات الباسطة أكثر من الشباب.

إيقاع (تم الإبلاغ عنها كخطوات / دقيقة) لا يتغير مع تقدم العمر. كل شخص لديه إيقاع مفضل ، والذي يرتبط بطول الساق وعادة ما يمثل الإيقاع الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. يقوم الأشخاص طوال القامة بخطوات أطول بوتيرة أبطأ ، ويأخذ الأشخاص أقصر خطوات بإيقاع أسرع.

وقت الوقوف المزدوج (على سبيل المثال ، الوقت مع كلتا القدمين على الأرض أثناء التمشي - وهو وضع أكثر ثباتًا لتحريك مركز الكتلة إلى الأمام) يزداد مع تقدم العمر. تتراوح النسبة المئوية للوقت في وضعية مزدوجة من 18٪ لدى الشباب إلى 26٪ في البالغين الأصحاء الأكبر سنًا. تؤدي زيادة الوقت في الوضع المزدوج إلى تقليل الوقت الذي يجب أن تتقدم فيه الساق المتأرجحة وتقصير طول الخطوة. قد يزيد كبار السن من وقت وقوفهم المزدوج أكثر عندما يمشون على أسطح غير مستوية أو زلقة ، أو عندما يكون لديهم توازن ضعيف ، أو عندما يخافون من السقوط. قد يظهرون كما لو كانوا يسيرون على الجليد الزلق.

وضعية المشي يتغير بشكل طفيف مع تقدم العمر. كبار السن يمشون بشكل مستقيم ، دون ميل إلى الأمام. ومع ذلك ، فإن كبار السن يمشون مع دوران الحوض الأمامي (الهابط) الأكبر وزيادة قعس أسفل الظهر. عادة ما يكون هذا التغيير في الموقف بسبب مزيج من عضلات البطن الضعيفة ، وعضلات الورك المثنية ، وزيادة الدهون في البطن. يمشي كبار السن أيضًا مع تدوير أرجلهم جانبًا (أصابع القدم للخارج) حوالي 5 & # 176 ، ربما بسبب فقدان الدوران الداخلي للورك أو من أجل زيادة الاستقرار الجانبي. خلوص القدم في التأرجح لا يتغير مع تقدم العمر.

حركة مشتركة يتغير قليلا مع تقدم العمر. يتم تقليل انثناء أخمص الكاحل خلال المرحلة المتأخرة من الوقوف (قبل رفع القدم الخلفية مباشرة). الحركة الكلية للركبة لم تتغير. ثني الورك وتمديده لم يتغير ، لكن الوركين زادتا من التقريب. تقل حركة الحوض في جميع المستويات.


مركز الكتلة والحركة متعدية

كوم (مركز الكتلة) لنظام الجسيمات هو نقطة هندسية تفترض كل الكتلة والقوى الخارجية أثناء الحركة.

أهداف التعلم

دعم وجود COM في الأجسام ثلاثية الأبعاد المتحركة

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • في حركة جسم صلب ، تختلف حركات أجزاء الجسم المختلفة ، وهذا يعني أن هذه الأجسام قد لا تتصرف مثل الجسيمات النقطية.
  • هناك نقطة هندسية مميزة للجسم ثلاثي الأبعاد المتحرك. هذه النقطة تتصرف كجسيم ، وتعرف باسم مركز الكتلة ، والمختصر COM. يبدو أن الكومبيوتر يحمل كتلة الجسم بالكامل. يبدو أن جميع القوى الخارجية تنطبق في COM.
  • لوصف حركة جسم صلب (مع احتمال هندسة معقدة) ، نقوم بفصل الجزء الانتقالي للحركة عن الجزء الدوراني.

الشروط الاساسية

  • جسم متماسك: مادة صلبة مثالية يكون حجمها وشكلها ثابتًا وتبقى دون تغيير عند تطبيق القوى المستخدمة في ميكانيكا نيوتن لنمذجة أشياء حقيقية.
  • نقطة الجسيمات: إضفاء الطابع المثالي على الجسيمات المستخدمة بكثرة في الفيزياء. السمة المميزة لها هي أنها تفتقر إلى الامتداد المكاني ، مما يعني أن الجسيم هندسيًا يعادل نقطة.

مقدمة: COM والزخم الخطي والاصطدامات

كانت دراستنا للحركة محدودة حتى هذه النقطة. لقد أشرنا إلى الجسيم والشيء والجسم بنفس الطريقة. لقد اعتبرنا أن الأجسام الصلبة ثلاثية الأبعاد الفعلية تتحرك بحيث يكون لجميع الجسيمات المكونة نفس الحركة (أي نفس المسار والسرعة والتسارع). من خلال القيام بذلك ، اعتبرنا أساسًا الجسم الصلب كجسيم نقطي.

مركز الكتلة (COM)

ومع ذلك ، يمكن للجسم الفعلي أن يتحرك بشكل مختلف عن هذا النموذج المبسط. ضع في اعتبارك كرة تتدحرج على مستوى منحدر أو عصا ملقاة في الهواء. تختلف حركات الجسم باختلاف الجسم. أثناء الترجمة في الهواء ، تدور العصا حول محور متحرك ، كما هو موضح في. وهذا يعني أن مثل هذه الأجسام قد لا تتصرف مثل الجسيم النقطي ، كما اقترح سابقًا.

القوات على COM: على اليسار: يبدو أن القوة تعمل على COM هي & # 8220mgsinθ. على اليمين: يبدو أن القوة تعمل على COM هي & # 8220mg & # 8221.

سيكون وصف حركات الأجزاء أو الجسيمات التي لها حركات مختلفة أمرًا معقدًا للغاية بطريقة متكاملة. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الأجسام ثلاثية الأبعاد المتحركة لها خاصية مبسطة ومدهشة - نقطة هندسية تتصرف مثل الجسيم. تُعرف هذه النقطة باسم مركز الكتلة ، والمختصرة COM (سيتم تقديم التعريف الرياضي لـ COM في Atom التالي على & # 8220 تحديد موقع مركز الكتلة & # 8221). له الجوانب المميزة التالية:

  • يبدو أن مركز الكتلة يحمل كتلة الجسم بأكملها.
  • في مركز الكتلة ، يبدو أن جميع القوى الخارجية سارية.

بشكل ملحوظ ، يتبع مركز الكرة (COM للكرة المتدحرجة) مسارًا خطيًا مستقيمًا بينما يتبع COM للعصا مسارًا مكافئًا (كما هو موضح في الشكل أعلاه). ثانيًا ، يبدو أن القوى تعمل على COMs في حالتين (& # 8220mgsinθ و & # 8220mg & # 8221) كما لو كانت بالفعل كائنات تشبه الجسيمات. وبالتالي ، فإن مفهوم COM هذا يزيل التعقيدات الموجودة بخلاف ذلك في محاولة وصف حركات الأجسام الجامدة.

وصف الحركة في جسم صلب

يمكننا وصف الحركة العامة لجسم (مع كتلة م) على النحو التالي:

  • نصف حركة متعدية لجسم صلب كما لو كان جسيمًا نقطيًا كتلته m تقع في COM.
  • دوران من الجسيم ، فيما يتعلق COM ، بشكل مستقل.

نحن & # 8220 نفصل & # 8221 الجزء متعدية الحركة من الجزء الدوراني. من خلال تقديم مفهوم COM ، تصبح الحركة الانتقالية هي حركة الجسيم النقطي بكتلة m. هذا يبسط بشكل كبير التعقيد الرياضي للمشكلة.