Az elhízás kialakulásának hatása az inga energia transzdukciójára spontán járási sebességgel: Prader – willi versus nonszindrómás elhízott egyének

Lausanne-i Egyetem Sporttudományi Intézete (ISSUL), élettani tanszék, Biológiai és Orvostudományi Kar, Lausanne-i Egyetem, Lausanne, Svájc

Auxológiai Tanszék, Ortopédiai Rehabilitációs Osztály és Biomechanikai és Rehabilitációs Kutatási Laboratórium, S Giuseppe Kórház, Istituto Auxologico Italiano IRCCS, Verbania, Olaszország

Auxológiai osztály, S Giuseppe Kórház, Istituto Auxologico Italiano IRCCS, Verbania, Olaszország

Lausanne-i Egyetem Sporttudományi Intézete (ISSUL), élettani tanszék, Biológiai és Orvostudományi Kar, Lausanne-i Egyetem, Lausanne, Svájc

Auxológiai osztály, S Giuseppe Kórház, Istituto Auxologico Italiano IRCCS, Verbania, Olaszország

Közzététel:: A szerzők nem jelentettek összeférhetetlenséget.

Finanszírozó ügynökségek:: Nem kaptak támogatást a jelen tanulmányhoz. A szerzők kijelentik, hogy nincsenek összeférhetetlenségük. A vizsgálat során a kísérleteket annak az országnak a törvényeivel összhangban hajtották végre, amelyben a vizsgálatot elvégezték.

Absztrakt

Célkitűzés

A mechanikai külső munka összehasonlítása (Wext) és az ingás energiaátadás (Rlépés) spontán járási sebességgel (Ss) Prader – Willi-szindrómában (PWS) szenvedő egyénekben, szemben a nem szindrómás elhízásban (OB) szenvedő személyekkel annak vizsgálata, hogy az elhízás korai megjelenése lehetővé teszi-e a PWS-alanyok számára az energiatakarékos járásmechanika alkalmazását.

Tervezés és módszerek

Wext és Rlépést egy optoelektronikus rendszer által kinetizált adatok felhasználásával számoltuk, és összehasonlítottuk 15 PWS-ben (BMI = 39,5 ± 1,8 kg m ²; 26,7 ± 1,5 év) és 15 OB-ban (BMI = 39,3 ± 1,0 kg m ²; 28,7 ± 1,9 év) ) felnőttek nemének, életkorának és BMI-jüknek és a gyaloglásnak megfelelőek voltak Ss.

Eredmények

Ss szignifikánsan alacsonyabb volt a PWS-ben (0,98 ± 0,03 m s -1), mint az OB-ben (1,20 ± 0,02 m s -1); P −1 m −1; OB: 0,40 ± 0,05 J kg -1 m -1; P = 0,66) és be Rlépés (PWS: 69,9 ± 2,9%; OB: 67,7 ± 2,4%; P = 0,56). azonban, Rlépés normalizálva Froude számra (Rlépés/Fr) szignifikánsan nagyobb volt a PWS-ben (6,0 ± 0,6), mint az OB-ben (3,8 ± 0,2; P = 0,001). Ráadásul, Rlépés/Fr fordítottan korrelált az elhízás megjelenésének életkorával (r = −0,49; P = 0,006), és pozitívan korrelál az elhízás időtartamával (r = 0,38; P = 0,036).

Következtetés

Úgy tűnik, hogy a PWS-ben szenvedő betegek megváltoztatják járásukat, hogy javítsák az inga energiaátvitelt a korai és krónikus alkalmazkodás eredményeként.

Bevezetés

Biomechanikai szempontból a szintbeli gyaloglás fordított inaként modellezhető. Ezt a potenciál mozgása mozgási energiának ingadozása jellemzi, a testtömeg-központ (CM) függőleges eltolódása, illetve annak haladási sebessége miatt (9). Úgy tűnik, hogy ez a mechanizmus csökkenti az izmok által a CM fordításához végzett munkát a talajhoz képest (Wext), és ezáltal minimalizálja a gyaloglás energiaköltségét (9). A közelmúltban számos, elhízott alanyokról szóló tanulmány magasabb abszolút értékről számolt be Wext (J m −1) hasonló rokonnal Wext (J kg −1 m -1) rögzített (10, 11) és spontán járási sebességnél (4) a normál testtömegű egyénekhez képest. Ez arra utal, hogy a testtömeg a fő meghatározó Wext, és hogy az inga energia transzdukciója nem károsodott elhízott egyéneknél (4, 10, 11) .

Az inga mechanizmusa az emberi járásban nem veleszületett, hanem gyermekkori gyaloglás során szerzett tapasztalat. Kisgyermekeknél az inga energiaátvitel 50% -kal alacsonyabb, mint a gyermekek és a felnőttek esetében, ami azt jelzi, hogy ez a mechanizmus nem a nem támogatott gyaloglás kezdetekor valósul meg, hanem aktív idegszabályozást és az inter-szegmentális koordináció megfelelő mintázatát igényli (12). Úgy tűnik, hogy a neurális érleléssel járó nem támogatott járás (vagyis járási élmény) a „járásérés funkcionális kiváltójeként” (12) jár, hogy javítsa a járás közbeni ingás energiaátvitelt. Ezért a gyalogos tapasztalatokkal járó korai elhízás kialakulása specifikus mintaváltozásokat indukálhat, és módosíthatja a gyermekkori járás ingadozásának transzdukcióját (vagyis a járási mintázat kialakulásának kulcsfontosságú periódusát). Eddig azonban egyetlen tanulmány sem vizsgálta az elhízás korai megjelenésének hatását az inga energia transzdukciójára. Prader – Willi-szindrómás (PWS) felnőttek, akiknek korai gyermekkorukban (azaz 1 és 6 éves kor között) kóros elhízásuk alakul ki hiperfágia következtében (13), lehetővé tehetik számunkra, hogy megvizsgáljuk ezt a kérdést.

A PWS egy komplex rendellenesség, amely több anomáliával társul, ami az apai örökölt gének expressziójának kudarcából származik a 15. kromoszóma PWS régiójában (15q11.2-q13). A PWS fő megnyilvánulása a súlyos újszülöttkori hipotónia, az életet veszélyeztető elhízás, a diszmorf tulajdonságok, az enyhe mentális retardáció, a viselkedési zavarok, a hipogonadizmus és az alacsony termet. Úgy gondolják, hogy a hipotónia és a túlzott testtömeg meghatározó tényezők az e szindrómához kapcsolódó tipikus járásváltozásokban. A PWS-ben szenvedő felnőttek lassabban járnak, rövidebb lépéshosszal, alacsonyabb kadenciával és hosszabb testtartási fázissal, mind a testtömeg-indexhez viszonyítva, mind az elhízott, mind az egészséges személyeknél (14) .

Ennek a tanulmánynak a célja a mechanikus külső munka és az inga-energia transzdukció spontán járási sebességgel történő összehasonlítása volt PWS-alanyokban és nonszindrómás elhízásban szenvedő egyénekben. Feltételezték, hogy lassabban SA PWS-ben szenvedő felnőttek s (azaz viselkedési adaptációja) hasonló mechanikai munkával és ingás energia-helyreállítással (azaz mechanikus plaszticitással) járna összefüggésben a nem-, életkor- és BMI-egyeztetett nem szindrómás elhízással rendelkező felnőttekkel. Ezért a korai elhízás elősegítheti a járásmintázat modulálását PWS-ben szenvedő felnőtteknél, hogy javítsa az ingás energiaátvitelt járás közben.

Mód

Tárgyak

Kísérleti terv

Minden alany két tesztszakaszt teljesített, az előzőekben leírtak szerint (4). Az első ülésen egy orvos felvette a kórelőzményt és elvégzett egy fizikai vizsgálatot, majd mindegyik alanynak bemutatták a kísérleti eljárásokat. A második foglalkozást a járásmintázat kiértékelésének szenteltük optoelektronikai rendszerrel, hat kamerával (460 Vicon, Egyesült Királyság) 100 Hz-en rögzítve. Passzív markerek kerültek az alanyok lábára és a hátsó felső csípőtüskékre a Vicon Plug-In Gait marker készlet (módosított Helen-Hayes marker készlet) (4) szerint. A csontos tereptárgyat ugyanaz a kezelő azonosította tapintásos vizsgálat segítségével a fekvő helyzetben, majd ismét álló helyzetben, majd Martin pelvimeter segítségével pontos és megismételhető eljárásban azonosította az anatómiai tereptárgyat, ahogy azt korábban leírták (16). Az alanyokat arra kérték, hogy 10 méteres sétányon járjanak Ss. Három kísérlet biomechanikai adatait gyűjtöttük össze további elemzés céljából.

Értékelések

Antropometriai mérések és az elhízás kezdete és időtartama

Az álló magasságot Harpenden stadiométerrel mértük, és a végtagok hosszát a nagy trochanter és a jobb végtag talajának távolságaként értékeltük. A nagyobb trochanter azonosítását antropometriai mérésekkel és a Vicon Plug-In Gait jelölő szerint a következőképpen végezték el: ugyanaz a szakértő kezelő manuálisan helyezte a csontos tereptárgyat fekvő, oldalsó és álló helyzetben, valamint a medence markereivel és térd. A testtömeget 0,1 kg pontossággal mértük egy precíziós digitális mérlegen, az alany rövidnadrágot és pólót viselve. A testösszetételt tetrapoláris bioelektromos impedancia módszerrel értékeltük (BIA 101/S, Akern, Firenze, Olaszország). Az elhízás kialakulásának életkorára vonatkozó információkat úgy gyűjtöttük össze, hogy utólag áttekintettük a betegek összes orvosi diagramját. Az elhízás időtartama ekkor kiszámítható abszolút (év) és relatív (életkor%) értékekben.

Térbeli és időbeli paraméterek

Számítottuk a lépés időtartamát, gyakoriságát, hosszát és az egy- és kettős támasz időtartamát, meghatározva a járási ciklust a lábjelzők kinematikai adatai alapján. Hat passzív jelzőt helyeztek a résztvevők lábára a második lábközépre, az oldalsó malleolusra és az oldalsó sarokra (4). A két csoport méretbeli különbségének figyelembevétele érdekében a dimenzió nélküli Froude-szám (Fr) közötti arányként számítottuk Ss 2 és a gravitáció gyorsulása (g = 9,81 m s −2) szorozva a végtag hosszával (l) [Ss 2 (g l −1) −1] (17) .

Mechanikus külső munka és potenciál-kinetikus energiaátadás

Nagysága Wext, és így Rlépés függ: (i) a potenciális és a kinetikus energia görbék relatív amplitúdójától, (ii) a potenciál és a kinetikus energia görbék ingadozásának relatív fázisától, és (iii) a Ek és Ep (a görbék alakja) (18). Ezután kiszámoltuk a mechanikai kinetikai munka relatív nagyságát (Wk: a pozitív növekmény Ek) és a lehetséges munka (Wp: a pozitív növekmény Ep) mint arány Wk /Wp minden lépésnél. A kémiai energiát pozitív és kisebb mértékben negatív munka elvégzésére fordítják, ezért ez utóbbi elhanyagolásra került. Az energiafogyasztás csökkentése érdekében a CM mechanikai energiaváltozásait a minimumra kell csökkenteni.

Statisztikai analízis

Az adatokat átlagként ± az átlag standard hibájaként (SEM) fejezzük ki az összes változóra. Párosítatlan (független csoport) t tesztet használtak a fizikai jellemzők (azaz a magasság, a végtagok hossza, a testtömeg, az elhízás kezdete és az időtartam) és a biomechanikai adatok (azaz a térbeli-időbeli és kinetikai paraméterek) közötti különbségek meghatározására. Amikor az eloszlás normalitásának feltételezését megsértették, a két csoport összehasonlításához Mann – Whitney U tesztet alkalmaztunk nem paraméteres értékekre. Mivel az eloszlás normalitásának feltételezését megsértették, összefüggések voltak Rlépés és az elhízás megjelenésének és időtartamának korát a Spearman-korrelációs együttható (r). A szignifikancia szintjét P

Eredmények

A tantárgy jellemzői

A vizsgálatban résztvevők antropometriai jellemzőit az 1. táblázat mutatja be. A magasság, a zsírmentes és a testtömeg szignifikánsan alacsonyabb volt a PWS-ben, mint az OB (P = 0,001, P = 0,001, és P = 0,03, ill. Ezzel szemben a testzsír százalékos aránya szignifikánsan magasabb volt a PWS-ben, mint az OB-ben (P 1. táblázat: Tantárgyi jellemzők

PWG változó (n = 15) OBG (n = 15)

Nem	7 M, 8 F	7 M, 8 F
Életkor, évf	26,7 ± 1,5	28,7 ± 1,9
Magasság, m	1,52 ± 0,02 *	1,66 ± 0,03
Végtag hossza, m	0,78 ± 0,01	0,81 ± 0,02
Testtömeg, kg	91,8 ± 5,1 *	108,4 ± 4,9
BMI, kg · m −2	39,5 ± 1,8	39,3 ± 1,0
Testzsír (%)	53,2 ± 1,2 *	41,8 ± 1,5
Zsírmentes tömeg (kg)	42,7 ± 2,3 *	54,1 ± 2,2
Az elhízás megjelenése, év	2,2 ± 0,1 *	11,4 ± 0,5
Elhízás időtartama, év	24,6 ± 1,5 *	17,3 ± 2,4
Az elhízás időtartama,% kor	91,5 ± 0,3 *	58,7 ± 1,6

Jelenti a ± SEM értékeket. F, nő; M, férfi; BMI, testtömeg-index. * Jelentős különbség a Prader – Willi csoport (PWG) és az elhízott csoport (OBG) között (P

A CM térbeli és időbeli paraméterei, valamint függőleges és oldalirányú elmozdulásai

Ss, Fr és a lépéshossz szignifikánsan alacsonyabb volt a PWS-ben, mint az OB-ben (P 2. táblázat: Spatio-temporal paraméterek spontán járási sebességnél

Változó PWG OBG

Ss, m s −1	0,98 ± 0,03 *	1,20 ± 0,02
Fr	0,13 ± 0,01 *	0,18 ± 0,01
Lépés időtartama, s	0,53 ± 0,01	0,53 ± 0,01
Lépés hossza, m	0,51 ± 0,01 *	0,63 ± 0,01
Lépésfrekvencia, Hz	1,92 ± 0,04	1,92 ± 0,03
Dupla támogatás időtartama,%	25,9 ± 1,4	24,0 ± 0,6
Egyszeri támogatás időtartama,%	73,7 ± 1,5	76,0 ± 0,6
A CM függőleges elmozdulása, cm	3,1 ± 0,1	3,5 ± 0,2
CM oldalsó elmozdulásai, cm	5,0 ± 0,2 *	3,7 ± 0,2

Jelenti a ± SEM értékeket. Ss, spontán járási sebesség; Fr, Froude szám; CM: a testtömeg központja. * Jelentős különbség a Prader – Willi csoport (PWG) és az elhízott csoport (OBG) között (P

Mechanikus külső munka és potenciál-kinetikus energiaátadás

A rokonban nem volt szignifikáns különbség Wext és Wf (J kg −1 m −1) a két csoport között (P = 0,66 és P = 0,25; 3. táblázat). A rokon Wv és Wszignifikánsan magasabbak voltak a PWS-ben az OB-hez képest (P = 0,03 és P = 0,009; 3. táblázat). Wk /Wp általában alacsonyabb volt a PWS-ben, mint az OB (P = 0,08; 3. táblázat).

Változó PWG OBG

Wext, 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
Wk/ Wo	0,94 ± 0,06§	1,12 ± 0,08

(A) A visszanyert mechanikus energia hányadosa szorozva 100-mal (Rlépés% -ban) és (B) Rlépés normalizálva Froude számra (Fr) a két csoport méret- és sebességbeli különbségének figyelembevétele érdekében. ▪: Prader ‐ Willi csoport (PWG); □: elhízott csoport (OBG). * Jelentős különbség a PWG és az OBG között (P

Vita

A tanulmány fő megállapítása az volt, hogy a PWS-alanyoknál a lassabb spontán járási sebesség (azaz a viselkedési adaptáció) hasonló mechanikai külső munkával és a mechanikai energia-visszanyerés frakciójával (azaz a mechanikus plaszticitással) társult, mint az elhízott egyének esetében. nem, életkor és BMI. A Froude-számra normalizált visszanyert mechanikai energia töredéke magasabb volt a PWS-ben, mint az OB, és összefüggésben volt az elhízás megjelenésének életkorával és az elhízás időtartamával. Ezek a megállapítások azt sugallják, hogy a járási szokásokat befolyásolhatja az elhízás korai kezdete (2–3 éves kor), ami a PWS egyik jellemzője. Ezért a korai és krónikus terheléshez való alkalmazkodás eredményeként a PWS-ben szenvedő egyének úgy tűnik, hogy modulálják járásukat, hogy javítsák az inga energiaátvitelt.

Séta itt Ss PWS és OB hasonló relatív Wext. A mi Waz ext értékek megegyeznek az elhízott serdülőknél (11) és az elhízott felnőtteknél (4) jelentett értékekkel. Egy másik, elhízott felnőttekről szóló tanulmány (10) magasabb értékeket jelentett. Módszertani különbségek a Wext magyarázhatja ezt az ellentmondást. Jelen tanulmányban egy optoelektronikus rendszert használtunk a CM mozgásának számszerűsítésére, egyetlen anatómiai pont elmozdulásai alapján. Browning és mtsai. (10) használt erőplatformok. Módszertanunk talán túlbecsülte a Wf a csomagtartó megdöntésével (4). Azt azonban beszámolták róla Waz ext szignifikánsan korrelált a két módszer között (28) [módszertani korlátainkat korábban részletesen leírtuk (4)]. Ebben a tanulmányban a két csoportot ugyanazon módszertan alkalmazásával hasonlították össze, amelyet az értékeléshez már használtak Welhízott egyéneknél (4, 11) .

Bár a test képes alkalmazkodni a megnövekedett tömeghez és optimalizálni a gyalogos hatékonyságot, a lassabb járási sebesség akadályozhatja a mindennapi tevékenységeket, és bizonyos fokú fogyatékosságot idézhet elő a PWS gyermekeknél és felnőtteknél. Korábbi kutatások (21) rámutattak a testtömeg-csökkentésre és a járásképzésre, mint a hatékony ambuláns mintázat kiváltására és a fogyatékosság minimalizálására a PWS-ben szenvedő felnőtteknél, és számos tanulmány kimutatta, hogy a PWS-ben szenvedő személyek testedzése jótékony hatással jár [lásd egy áttekintést (34)] . Futópad gyorsabb sebességgel jár, mint SA CM valós idejű visszajelzései (35) és a PWS-szel rendelkező személyek, akiket az oldalsó CM elmozdulások csökkentésére kértek, fontos részét képezhetik a többkomponensű edzésprogramnak, beleértve az étrendhez kapcsolódó gyalogos, testtartási és alsó végtagi erőgyakorlatokat. Valójában az ilyen típusú futópados gyalogos edzés hatékonyan növelhető Ss és Wk egy továbbfejlesztetten keresztül Wf és csökkent Whogy megőrizzem a javítottakat Rlépés, amely a járást jellemzi a PWS egyéneknél.