DE TRANSITIE VAN EEN TEMPOREEL SYMMETRISCHE NAAR EEN ASYMMETRISCHE VORM VAN LOCOMOTIE: EEN BIOMECHANISCHE ANALYSE

Transcriptie

1 Opleiding Lichamelijke Opvoeding en Bewegingswetenschappen Academiejaar DE TRANSITIE VAN EEN TEMPOREEL SYMMETRISCHE NAAR EEN ASYMMETRISCHE VORM VAN LOCOMOTIE: EEN BIOMECHANISCHE ANALYSE Masterproef voorgelegd tot het behalen van de graad van Master in de Lichamelijke Opvoeding en de Bewegingswetenschappen Door Sara D Haese en Samuel Galle Promotor: Dr. Veerle Segers Copromotor: Prof. Dr. Peter Aerts Begeleider: lic. Pieter Fiers

2

3 VOORWOORD Galop bij de mens. Familie en vrienden die ons vroegen naar het onderwerp van onze scriptie trokken een bedenkelijk gezicht en associeerden dit onmiddellijk met dieren. Het was niet eenvoudig om aan buitenstaanders uit te leggen wat wij nu juist zouden onderzoeken en waarom dit van enig belang zou kunnen zijn. Reeds in augustus van 2009 zijn wij begonnen met onze scriptie. Het is zeker niet zonder trots dat wij nu, na meer dan 9 maanden zwoegen, onze scriptie inleveren. Een enorm leerproces is het geweest, met vallen en opstaan, bijleren, fouten inzien, opnieuw beginnen en vooral: steeds blijven doorgaan. Een traject dat zich gedeeltelijk in Liverpool afspeelde, waarvoor we zeker Dr. Jos Van Renterghem willen bedanken. Hij heeft ons wegwijs gemaakt in de stad Liverpool, in de Liverpool John Moores University en zette ons ook op weg bij het verwerken van onze data. Indien we de tijd konden terugdraaien zouden we bepaalde zaken anders aanpakken, maar ook dit is onderdeel van het leerproces. Wat ons nooit zou overkomen, overkwam ons toch: zeer zware laatste weken om alles toch maar op tijd af te krijgen. We zijn blij dat we deze scriptie samen gemaakt hebben, want alleen was het ons nooit gelukt. Samen zijn we er door geraakt, hebben we elkaar gemotiveerd en aangemoedigd wanneer één van ons eventjes een dipje had. We willen graag onze promotor Dr. Veerle Segers bedanken voor de hulp doorheen het hele scriptieproces elke keer wanneer we weer eens kwamen aankloppen aan haar bureau en voor de tijd die ze, zelfs op reis, voor ons vrijmaakte. We bedanken ook onze copromotor Prof. Dr. Peter Aerts voor het lezen van onze literatuurstudie. We bedanken graag ook onze begeleider Drs. Pieter Fiers voor het vele lezen, verbeteren en herlezen van onze scriptie en ook hij deed dit tot de laatste seconden voor hij op reis vertrok. Graag willen we ook onze vrienden, familie en ouders bedanken voor het medeleven wanneer het minder ging of wanneer de stress de bovenhand nam. In het bijzonder Laura, voor het enthousiasme tijdens de testen en de steun doorheen het hele scriptieproces, en Michiel voor de helpende hand bij het rekenwerk en de schouderklopjes tussendoor. Maar ook al onze proefpersonen. We bedanken ook elkaar, voor de vele uren van vlotte samenwerking, waar we ons samen hebben doorgeslagen. BEDANKT!

4 SAMENVATTING Galop is een locomotievorm die bij de mens spontaan voorkomt tijdens de kinderjaren maar op volwassen leeftijd enkel nog sporadisch voorkomt zoals bij het snel afdalen van een trap. De studie van deze zeldzame locomotievorm kan helpen om de evolutionaire ontwikkeling van locomotie beter te begrijpen en kan zorgen voor een diepgaander inzicht in transities en locomotie in het algemeen. In dit onderzoek werd een uitgebreide biomechanische analyse uitgevoerd van galopperen aan voorkeurssnelheid en van de transities van wandelen naar lopen (WRT), van galopperen naar lopen (GRT) en van wandelen naar galopperen (WGT) aan voorkeursversnelling. Hiervoor werden grondreactiekrachten, kinematica, spatiotemporele data en energetische fluctuaties van het lichaamszwaartepunt besproken op basis van data die van 15 proefpersonen op een overgrondse loopweg werden afgenomen. Door de asymmetrie tussen beide benen in de grondreactiekrachten, de kinematica en de spatiotemporele data onderscheidt galop zich van wandelen en lopen. De energie-uitwisseling vertoont bij galop een patroon dat afwijkt van zowel wandelen als lopen en waarbij de opslag van energie in elastische structuren een belangrijke rol lijkt te spelen. De transitie wordt bij de WRT en de GRT op eenzelfde manier gerealiseerd, namelijk binnen de transitiepas. Daarentegen lijkt er bij de WGT eerder sprake van een transitieschrede aangezien er een grote preparatie voorafgaat aan de pas die op basis van de energie, de grondreactiekrachten, de kinematica en de spatiotemporele data als de transitiepas naar voor komt. Het moment waarop de transitie zal plaatsvinden komt dan weer overeen tussen de WRT en de WGT en lijkt eigen aan de versnelling vanuit wandelen. Bij de GRT vindt de transitie vermoedelijk eerder bewust plaats. De transitie van een asymmetrische locomotievorm blijkt gemakkelijker uit te voeren dan een transitie naar een asymmetrische locomotievorm. De locomotievorm naar waar overgegaan wordt lijkt een belangrijkere rol te spelen dan de locomotievorm vanwaar men komt in de manier waarop de transitie gerealiseerd wordt. Het moment waarop de transitie zal plaatsvinden wordt echter vooral bepaald door de locomotievorm waaruit men komt.

5 Inhoudsopgave 1. LITERATUURSTUDIE Inleiding Galop bij mensen Galop bij dieren Galop in de ontwikkeling Ontwikkelingen vanuit de theorie Locomotie vanuit de theorie Karakteristieken van wandelen, lopen en galop Spatiotemporeel verloop Staplengte en stapfrequentie Duty factor Grondreactiekracht Theoretische modellen voor wandelen, lopen en galopperen Mechanische Energie Energetische kost Fase transities en synergetics Onderzoek naar transities Onderzoeksopstelling Onderzoeksprotocol Antropometrische variabelen en transitiesnelheid Definities en kenmerken van gangtransities Mechanismen voor spontane transities Hysteresis bij spontane transities Determinerende factoren van spontane transities Quasi-spontane en opgelegde transities Conclusie Hypothese METHODE Populatie Procedure Meetinstrumenten Dataverzameling Data analyse RESULATEN... 42

6 3.1. Spatiotemporele parameters W, R en G WRT GRT WGT Transitiesnelheid Kinematica W, R en G WRT GRT WGT Grondreactiekrachten W, R en G WRT GRT WGT Energie W, R en G WRT GRT WGT DISCUSSIE W, R en G Spatiotemporeel Kinematica Grondreactiekrachten Energie WRT Snelheid Schrede WRT Schrede WRT Schrede WRT Conclusie GRT Snelheid... 93

7 Schrede GRT Schrede GRT Schrede GRT Conclusie WGT Snelheid Schrede WGT Schrede WGT Schrede WGT Conclusie Besluit BIBLIOGRAFIE BIJLAGEN BIJLAGE 1: Informed Consent BIJLAGE 2: Spatiotemporele data BIJLAGE 3: Baan van het lichaamszwaartepunt

8 Lijst van de gebruikte afkortingen COMv: snelheid van Centre Of Mass CPG: centrale patroon generatoren DF: DFL: DST: duty factor dorsiflexie dynamische systeem theorie G: galopperen aan voorkeurssnelheid GRK: grondreactiekracht GRT: LR: LZP: PFL: PTS: transitie waarin versneld wordt van galopperen naar lopen aan voorkeursversnelling loading rate lichaamszwaartepunt plantairflexie geprefereerde transitiesnelheid R: lopen aan voorkeurssnelheid SF: SL: ST: STF: STL: STT: schredefrequentie schredelengte schredetijd stapfrequentie staplengte staptijd Pelvisv: snelheid van de pelvis W: wandelen aan voorkeurssnelheid WGT: transitie waarin versneld wordt van wandelen naar galopperen aan voorkeursversnelling WRT: transitie waarin versneld wordt van wandelen naar lopen aan voorkeursversnelling

9 LITERATUURSTUDIE 1. LITERATUURSTUDIE 1.1. Inleiding Mensen en dieren bewegen zich voortdurend van de ene plaats naar de andere. De bewegingsvormen die mensen en dieren gebruiken om zich te verplaatsen worden locomotievormen genoemd. Wanneer geen rekening gehouden wordt met vervoersmiddelen zoals auto s en fietsen, verplaatsen mensen zich vooral door middel van wandelen en lopen. Wandelen en lopen zijn dan ook de meest onderzochte en best gekende vormen van menselijke locomotie. Dieren beschikken over een groter arsenaal aan frequent gebruikte locomotievormen. Paarden, honden en katten maken bijvoorbeeld gebruik van zowel wandelen, draven als galopperen Galop bij mensen Naast wandelen en lopen beschikt de mens nog over andere manieren om zich voort te bewegen; galop is er daar één van. Galop is een vorm van huppelen waarbij eenzelfde been steeds vooraan wordt gehouden (Minetti, 1998). Daarom spreken bepaalde auteurs (Minetti, 1998) van unilateraal huppelen in plaats van galop. Galop onderscheidt zich van wandelen omdat er een fase aanwezig is waarbij geen enkele voet contact maakt met de grond (de zweeffase) en het onderscheidt zich van lopen door de aanwezigheid van een fase waarbij beide voeten contact maken met de grond (de dubbele steunfase) (Minetti, 1998). Bij lopen en wandelen worden het linker- en het rechterbeen afwisselend naar voor gebracht. Daarentegen blijft bij galop steeds eenzelfde been vooraan en blijft het andere been steeds achteraan. In de literatuur wordt zowel over voorste been (front leg) en achterste been (rear leg), als over leidend been (leading leg) en volgend been (trailing leg) gesproken (Cohen, 1979; Vilensky et al., 1991). In deze scriptie werd gekozen voor de term leidend been voor het been dat steeds vooraan blijft. Voor het been dat steeds achteraan blijft werd een nieuwe term gekozen: het afzetbeen, omdat op dit been steeds als eerste wordt afgezet om de voorwaartse beweging in te zetten en omdat de voorwaartse stuwing van het lichaamszwaartepunt vooral vanuit dit been gegenereerd wordt. Meestal is er een spontane voorkeur voor 1 van beide benen als leidend been. Toch kunnen de meeste personen ook galopperen met hun niet-voorkeursbeen als leidend been. Clark en Whitall (1989) definiëren galop als wandelen met het leidende been en lopen met het afzetbeen. Tijdens de landing raakt het afzetbeen de grond een fractie van een seconde eerder 1

10 LITERATUURSTUDIE dan het leidende been (Minetti, 1998). Dit veroorzaakt het typische tijds-asymetrische ritme van een galopperend subject Galop bij dieren Galop is een eerder zeldzaam fenomeen bij de mens, maar een veelvoorkomende vorm van locomotie bij vierpotigen, zoals bijvoorbeeld honden en paarden (Bramble & Lieberman, 2004). Honden zullen bij de laagste verplaatsingssnelheden wandelen. Bij hogere snelheden, tussen 1,2 en 3 ms -1 (Afelt et al., 1983), zullen honden draven. Bij snelheden groter dan 2,1 ms -1 (Afelt et al., 1983) zullen honden galopperen. Dieren kunnen op 2 manieren galopperen. Het leidende been kan bij de voorpoten en de achterpoten langs dezelfde zijde zijn. Er wordt dan van transverse of omgekeerde galop gesproken (Vilensky et al., 1991). Als het leidende been bij de voorpoten en de achterpoten elk langs een andere zijde is, wordt er gesproken van rotary of gedraaide galop (Vilensky et al., 1991). De overgang van draf naar galop verschilt bij vierpotigen naargelang er naar gedraaide of omgekeerde galop wordt overgegaan (Vilensky et al., 1991). Het is bijgevolg erg belangrijk om een duidelijk onderscheid tussen beiden te maken. Bij vierpotigen is galop een vast en veelgebruikt onderdeel van de locomotie aangezien het daar de snelste locomotievorm is (Farley, 1998). Om bepaalde redenen is galop bij dieren blijkbaar gemakkelijker of efficiënter dan bij de mens Galop in de ontwikkeling Op het eerste zicht lijkt galop niet relevant bij de mens maar het is zowel bij kinderen als bij volwassenen een spontaan optredende locomotievorm. De eerste vorm van bipedale locomotie die bij kinderen voorkomt is stappen. Dit komt voor tussen 9 en 17 maanden na de geboorte, maar het moment waarop kinderen beginnen stappen is individueel sterk verschillend (Burnett & Johnson, 1971). Kinderen beginnen met lopen 10 tot 24 weken nadat ze zelfstandig kunnen stappen (Burnett & Johnson, 1971). Pas nadat stappen en lopen beheerst uitgevoerd worden, komen andere bewegingsvormen voor (Clark & Whitall, 1989). Omwille van het asymmetrische karakter is galop een complexere locomotievorm dan wandelen of lopen, waardoor dit pas 20 maanden na het eerste stappen voorkomt (Clark & Whitall, 1989). Galop is de eerste asymmetrische vorm van locomotie die kinderen kunnen beheersen (Haywood & Getchell, 2005). Hiertoe moeten kinderen zich kunnen ontdoen van 2

11 LITERATUURSTUDIE de temporele en spatiële symmetrie die bij wandelen en lopen aanwezig is. Beide benen voeren bij galop voor het eerst een verschillend bewegingspatroon uit en ook temporeel is er geen symmetrie meer aanwezig. Dit vereist een aanpassingstijd vooraleer kinderen deze locomotievorm kunnen uitvoeren (Haywood & Getchell, 2005). Toch komen de eerste vormen van galop reeds voor op 2-jarige, dan wel 3-jarige leeftijd (Clark & Whitall, 1989). Net zoals andere vormen van locomotie gaat de ontwikkeling van galop vanaf de primaire uitvoering tot de uiteindelijke vorm (zoals ze bij volwassenen voorkomt), gepaard met een optimalisatie van het energieverbruik (Jeng et al., 1997) waardoor de beweging efficiënter wordt. Door maturatie en veel oefenen wordt de uitvoering verfijnd (Hanna et al., 2000) en ontstaat uiteindelijk het galoppatroon dat bij volwassenen gezien wordt. Bij volwassenen wordt galop minder gebruikt. Toch zijn er enkele specifieke situaties waarbij men spontaan opteert voor deze asymmetrische vorm van locomotie. Astronauten hebben op de maan verschillende vormen van locomotie uitgeprobeerd. Daarbij verkozen zij galopperen om zich bij verminderde zwaartekracht voort te bewegen (Minetti, 1998). Ook wanneer volwassenen snel een helling (De Clercq, zoals geciteerd in Getchell & Whitall, 2004) of een trap afdalen of wanneer ze snel een hoek omslaan (Minetti, 1998) kan dit spontaan galopperend gebeuren. Bij dit laatste treedt er een spontane overgang op van wandelen of lopen naar galop en weer terug. Getchell en Whitall (2004) stellen dat individuen weinig problemen hebben met het switchen tussen verschillende vormen van locomotie, waaronder galop, in dans en andere sporten. In de meeste sporten worden verschillende varianten van galop en huppelen en overgangen van en naar deze verplaatsingsvormen gebruikt in opwarmingsoefeningen. Ondanks het zeldzame gebruik van galop blijken mensen weinig tot geen problemen te hebben met de uitvoering van deze -op het eerste zicht complexe- vorm van locomotie wanneer het nodig is. Kinderen worden zelden aangemoedigd om galop uit te voeren en zien zelden voorbeelden van galop. Toch komt deze vorm van locomotie spontaan voor tijdens de ontwikkeling. Het is opvallend dat galop bij de mens, in tegenstelling tot galop bij dieren, later weinig tot niet meer gebruikt wordt. Blijkbaar is het dus geen gemakkelijke of nuttige verplaatsingsvorm in vergelijking met wandelen en lopen. Galop kan echter een evolutionaire significantie hebben en wordt beschouwd als een fundamenteel onderdeel van de menselijke locomotie (Getchel & 3

12 LITERATUURSTUDIE Whitall, 2004). Veel onderzoek naar galop en het gebruik ervan bij de mens, behalve in de context van de motorische ontwikkeling, is er tot op de dag van vandaag nog niet verricht Ontwikkelingen vanuit de theorie De ontwikkeling van beweging en locomotie kan gezien worden vanuit een maturatie perspectief. Hierbij wordt er van uit gegaan dat de rijping van het centrale zenuwstelsel verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van locomotie bij kinderen. De motorische ontwikkeling is volgens deze theorie een intern proces, dat gestuurd wordt door een biologische of genetische inwendige klok. De omgeving speelt slechts een beperkte rol en kan geen invloed hebben op de weg die men volgt of het einddoel dat bereikt zal worden maar enkel op de snelheid waarmee dit einddoel bereikt wordt. In navolging van deze theorie heeft men jarenlang het gedrag van kinderen beschreven om de ontwikkeling in kaart te brengen. (Haywood & Getchell, 2005) In deze theorie veronderstelt men dat er voor elke beweging afzonderlijke, centrale patroon generatoren (CPG s) zijn die de beweging sturen (Clark & Whitall, 1989). Zo zouden wandelen, lopen en galop elk een verschillende CPG hebben in het centrale zenuwstelsel. Bovendien zou er ook voor elke omgeving en voor elke situatie waarbij de beweging lichtjes verschilt, een ander programma zijn in het zenuwstelsel met een specifieke sturing voor alle vrijheidsgraden in het lichaam. Tussen 1960 en 1980 werd veel aandacht besteed aan het informatieverwerkingsperspectief (Haywood & Getchell, 2005). Hierbij worden de hersenen als een computer gezien die informatie opneemt, verwerkt en dan opdrachten geeft. Vanaf de jaren 80 kwam men opzetten met de ecologische benadering (Haywood & Getchell, 2005). Deze benadering kan motorische ontwikkeling het best verklaren en beschrijven (Haywood & Getchell, 2005). Motorische ontwikkeling wordt niet enkel gezien als het gevolg van de rijping van het centrale zenuwstelsel, maar als het resultaat van verschillende factoren (Haywood & Getchell, 2005). Alle verschillende factoren (spierkracht, evenwicht, botsterkte, motivatie, coördinatie, ) moeten aan bepaalde voorwaarden voldoen vooraleer een bepaald gedrag kan voorkomen. In de ecologische benadering wordt de relatie tussen de omgeving, de taak en het individu sterk benadrukt (Haywood & Getchell, 2005). Motorische ontwikkeling is bijgevolg een levenslang proces aangezien de beïnvloedende factoren continu veranderen (Haywood & Getchell, 2005). 4

13 LITERATUURSTUDIE De ecologische benadering heeft twee parallelle theorieën. Eén ervan gaat over de koppeling tussen perceptie en actie, de andere is de dynamische systemen theorie (DST) (Haywood & Getchell, 2005). Bij de DST gaat men er van uit dat de fysieke eigenschappen van het lichaam een beperking (constraint) zijn voor locomotie en dus locomotie mede bepalen (Haywood & Getchell, 2005). De fysieke eigenschappen bepalen als het ware de grenzen waarbinnen stabiele locomotie kan voorkomen Locomotie vanuit de theorie In de DST beschouwt men het lichaam als een geheel van functionele units die coördinatieve structuren genoemd worden (Clark & Whitall, 1989). Kugler et al. definieerden het als spiergroepen die samenwerken om een bepaalde functie uit te voeren (Clark & Whitall, 1989). Volgens Kugler et al. zijn deze coördinatieve structuren het resultaat van neuromusculaire units die tijdelijk georganiseerd zijn om samen een taak te volbrengen (Clark & Whitall, 1989). Toegepast op locomotie kan men de cyclus van 1 been als een coördinatieve structuur binnen het lidmaat zien (Clark & Whitall, 1989). Deze zal er voor zorgen dat de juiste spieren op de juiste momenten aangestuurd worden om de loopbeweging van dat been te realiseren. Deze coördinatie zal afhankelijk zijn van de fysieke eigenschappen van het systeem zoals beenlengte en spierkracht. De samenwerking tussen beide benen kan als een inter-ledemaat coördinatieve structuur gezien worden (Clark & Whitall, 1989). Deze zorgt voor een correcte temporele koppeling tussen links en rechts. De DST verklaart waarom lopen en wandelen na een tijd automatisch gebeuren. De sturing van een aantal stabiele combinaties, zoals wandelen en lopen, gebeurt namelijk vanuit de coördinatieve structuren en niet (volledig) vanuit het centrale zenuwstelsel (Hanna et al., 2000). Er zijn slechts een aantal combinaties in dit dynamische systeem (het lichaam) die zorgen voor een stabiel patroon (Hanna et al., 2000). Deze stabiele combinaties kunnen gebruikt worden om de vele vrijheidsgraden van het lichaam te coördineren en een bepaalde taak te volbrengen. Dit gebeurt dan quasi-automatisch vanuit de coördinatieve structuren. Onderzoek naar bijvoorbeeld de invloed van de visuele flow op locomotie (De Smet et al., 2009a) toont onrechtstreeks aan dat locomotie niet volledig automatisch gestuurd wordt. De reële sturing van locomotie bevindt zich dus waarschijnlijk tussen de theorie van de CPG s en de DST. 5

14 LITERATUURSTUDIE 1.7. Karakteristieken van wandelen, lopen en galop Spatiotemporeel verloop De cyclus van 1 been gaat van hielcontact tot het daaropvolgende hielcontact van datzelfde been (Burnett & Johnson, 1971). Deze cyclus wordt een schrede genoemd en bestaat uit een zwaaifase wanneer de voet geen contact maakt met de grond en een steunfase wanneer de voet in contact is met de grond (Burnett & Johnson, 1971). Elke schrede kan opgedeeld worden in 2 stappen, waarbij een stap gedefinieerd wordt als de periode tussen het hielcontact van het ene been en het daarop volgende hielcontact van het andere been (figuur 1). De opeenvolgende cycli zijn bij een normaal wandel- of looppatroon, aan een constante snelheid nagenoeg identiek aan elkaar. Zowel het tijdsverloop als het bewegingspatroon zijn gelijkaardig voor het linker- en het rechterbeen. Er wordt daarom van temporele en spatiële symmetrie gesproken. Bij galop zijn er voor de temporele fase schrede meerdere mogelijkheden. De twee stap stap wandelen meest voorkomende temporele fasen bedragen 66% / 33% of 75% / 25% snelwandelen (een faseverschil van respectievelijk 90 of 120 ) (Getchell & Whitall, lopen sprinten Steunfase Zwaaifase 2004). Opnieuw moet men de cycli van beide benen afzonderlijk bekijken. Bij galop verschillen de cycli van het linker- en het rechterbeen zowel Tijd (s) Figuur 1: Steun- en zwaaifase voor wandelen en lopen aan verschillende snelheden (naar: Vaughan, zoals gepubliceerd in Enoka, 2001). temporeel als spatieel. Wanneer het hielcontact met de grond als startpunt gezien wordt, kan dit patroon beter beschreven worden. Op het moment dat het afstootbeen de grond raakt, is het leidend been in 66% of 75% van zijn cyclus. De fasering bij galop heeft een grotere variabiliteit dan bij wandelen en lopen. Toch worden vooral deze 2 verhoudingen teruggevonden bij zowel kinderen vanaf 2 jaar als bij volwassenen (Clark & Whitall, 1989). Daar waar bij lopen en wandelen sprake is van 1 stabiel patroon, zijn er bij galop mogelijks 2 patronen. Soms spreekt men van attractoren omdat het stabiele patronen zijn waar de beweging naartoe getrokken wordt. Wanneer men dit stabiele patroon probeert te verstoren (door bijvoorbeeld gewichten aan 1 van beide voeten te hangen) 6

15 LITERATUURSTUDIE zal dit bij wandelen en lopen weinig verstoring veroorzaken (Clark & Whitall, 1989). De verhouding blijft ongeveer 50%. De attractor blijkt sterk genoeg om deze verstoring te overwinnen. Bij galop zal men overgaan naar een fasering die licht afwijkt van de normale 66% / 33% of 75% / 25% verhouding. Bij galop zijn meerdere attractoren mogelijk. De attractor zal wijzigen wanneer er een verstoring optreedt (Clark & Whitall, 1989). Dit geeft de indruk dat de attractor bij galop minder stabiel is dan deze bij wandelen en lopen en sneller zal beïnvloed worden door veranderingen in de omgeving. Het spatiotemporeel verloop van dierlijke locomotie kan voorgesteld worden aan de hand van menselijke voorbeelden. Een wandelend paard kan geïmiteerd worden door 2 personen die achter elkaar wandelen en 75% uit fase wandelen ten opzichte van elkaar (Minetti, 1998). Een dravend paard kan geïmiteerd worden door 2 lopende personen achter elkaar met een faseverschil van 50% (Minetti, 1998). Een traag galopperend paard kan dan weer geïmiteerd worden door 2 personen die unilateraal huppelen met een faseverschil van 25% (Minetti, 1998). Bij hogere snelheden wordt dit dan een faseverschil van 50% (Minetti, 1998) Staplengte en stapfrequentie Aan de laagste verplaatsingssnelheden zullen mensen wandelen. Staplengte en stapfrequentie zullen beiden toenemen wanneer de snelheid toeneemt aangezien er een lineaire relatie bestaat tussen staplengte en stapfrequentie bij het opdrijven van de wandelsnelheid (Grieve; Inman, Ralston & Todd, zoals geciteerd in Hanna et al., 2000). Op een bepaald moment, bij een snelheid van ongeveer 2,1 ms -1 (Diedrich en Warren, 1995), zal spontaan over gegaan worden naar lopen. Om daarna sneller te beginnen lopen worden staplengte en stapfrequentie terug opgedreven (Enoka, 2001). Tussen 4 en 6 ms -1 zal de staplengte meer toenemen dan de stapfrequentie (Luhtanen & Komi, zoals geciteerd in Enoka, 2001). Vanaf 6 ms -1 zal het vooral de stapfrequentie zijn die zal toenemen en bij een snelheid van meer dan 8 ms -1 wordt de staplengte bijna niet meer opgedreven (Luhtanen & Komi, zoals geciteerd in Enoka, 2001). Een toename in de snelheid zal dan voornamelijk te wijten zijn aan een verhoging van de stapfrequentie (Enoka, 2001). Aangezien galop zelden gebruikt wordt bij de mens is het moeilijk om daar een specifieke snelheid aan toe te schrijven. Zowel bij huppelen als bij galop vindt Minetti (1998) bij de mens een constante pasfrequentie bij verschillende snelheden. In tegenstelling tot wandelen en lopen is de frequentie daar onafhankelijk van de voortbewegingssnelheid. 7

16 LITERATUURSTUDIE Duty factor Lopen en wandelen vertonen naast hun gelijkenissen ook verschillen. De duty factor (DF) is de duur van de steunfase, uitgedrukt in het percentage van een schrede (Hanna et al., 2000). Bij wandelen is de DF groter dan 0,5 (Hanna et al., 2000). Er is op elk moment minstens één voet in contact met de grond en er is een dubbele steunfase. Bij een DF van minder dan 0,5 is er sprake van een zweeffase. Vanaf dan spreekt men van lopen. Hoe sneller er gelopen wordt, hoe kleiner de relatieve duur van de steunfase (Enoka, 2001) en hoe kleiner ook de DF. Bij galop zal de DF afzonderlijk moeten berekend worden voor het leidend been en het afzetbeen Grondreactiekracht De grondreactiekracht is de kracht die ontstaat als respons van de grond op de acties van de lichaamssegmenten met de grond (Enoka, 2001). Deze kracht veroorzaakt de versnelling van het lichaamszwaartepunt (LZP) tijdens locomotie (Farley & Ferris, 1998). Het zijn vooral de verticale en de voor-achterwaartse componenten van de grondreactiekracht die onderzocht worden bij locomotiestudies. Bij wandelen is er altijd minstens één voet in contact met de grond, bij lopen is er een opeenvolging van krachtige impacten met de grond met tussenin een zweeffase (Farley & Ferris, 1998). Hierdoor zijn de verticale componenten van de grondreactiekracht groter bij lopen dan bij wandelen (Farley & Ferris, 1998). De verticale curve van de grondreactiekracht vertoont normaal 2 pieken bij wandelen, maar slechts 1 piek bij lopen (Enoka, 2001). Dit verschil is te wijten aan de actie van de benen tijdens de steunfase en de resulterende bewegingen van het LZP. Het patroon van de grondreactiekrachten bij wandelen en lopen is weergegeven in figuur 2. Tijdens lopen buigt de knie tijdens het eerste deel van de steunfase. Hierdoor daalt het LZP tot een minimum in het midden van de steunfase. Op het einde van de steunfase zal de knie terug strekken om het lichaam opwaarts te bewegen. Tijdens de volledige steunfase zijn de knieextensor spieren en de plantairflexoren actief (Mero & Komi, 1987). Deze versnellen het LZP opwaarts. Omdat de netto spieractiviteit tijdens de volledige steunfase strekkend is, vertoont de verticale grondreactiekracht bij lopen slechts 1 piek (figuur 2). (Enoka, 2001) Bij wandelen blijft het kniegewricht zo goed als gestrekt. Hierdoor beschrijft het LZP een cirkelvormige baan tijdens de steunfase. In het midden van de steunfase is het LZP op zijn maximale hoogte. Dit zorgt voor een typerend minimum in de verticale 8

17 LITERATUURSTUDIE grondreactiekrachtcurve in het midden van de steunfase bij wandelen (figuur 2). De voorwaartse horizontale snelheid is op dit punt minimaal, maar niet nul. (Enoka, 2001) Wandelen en lopen vertonen gelijkaardige patronen voor de voor-achterwaartse grondreactiekracht. Tijdens de eerste helft van de steunfase is de voor-achterwaartse component van de grondreactiekracht negatief. De grondreactiekracht werkt op dat moment achterwaarts in op de persoon en remt de voorwaartse beweging af. Tijdens de tweede helft van de steunfase is de horizontale grondreactiekracht positief, zodat deze het lichaam voorwaarts stuwt. Tijd (s) Figuur 2: Het theoretisch voorgestelde verloop van de verticale (boven) en voor-achterwaartse (onder) grondreactiekrachten aan 3 wandelsnelheden (W), huppelen (S) en lopen (R) (uit: Minetti, 1998). In een theoretisch model van Minetti (1998) worden de verticale en horizontale grondreactiekrachten van (bilateraal) huppelen voorgesteld als een logische overgang tussen deze van wandelen en lopen (figuur 2). Experimentele data van huppelende personen bevestigen dit theoretisch voorgestelde grondreactiekrachtenverloop (Minetti, 1998). De verticale grondreactiekracht lijkt hierbij op een dubbel patroon van de grondreactiekracht van lopen. Volgens Minetti (1998) zijn de verticale grondreactiekrachten bij huppelen groter dan deze van lopen aan eenzelfde snelheid. Het lichaam is immers tijdens een groter gedeelte van de schrede los van de grond (Minetti, 1998). Bij galop is de horizontale grondreactiekracht positief voor het afzetbeen en negatief voor het leidend been (Minetti, 1998). Dit zorgt voor een voorwaartse stuwing van het afzetbeen en een afremming van het leidend been. 9

18 LITERATUURSTUDIE Theoretische modellen voor wandelen, lopen en galopperen Wandelen, lopen en galop kunnen aan de hand van theoretische modellen voorgesteld worden. Deze zijn nuttig om de bewegingen beter te begrijpen en geven ook meer inzicht in het energetisch verloop van de betreffende locomotievorm. Bij wandelen blijven de benen tijdens de steunfase zo goed als gestrekt (Alexander, 1984). Hierdoor is het lichaam op zijn hoogste punt wanneer het been een verticale positie bereikt (Alexander, 1984). Het laagste punt wordt bereikt tijdens de dubbele steunfase. Daarom wordt het been bij wandelen als een stijf segment voorgesteld en wordt de wandelbeweging voorgesteld door een omgekeerde pendulum (Alexander, 1984) (figuur 3). Het LZP beschrijft een cirkelvormige baan tijdens de steunfase (Alexander, 1984). De loopbeweging kan bij de mens aan de hand van het veer-massa model voorgesteld worden (Arampatzis et al., 1999). Het been wordt voorgesteld als een veer die ingedrukt kan worden. Tijdens de eerste helft van de steunfase wordt het been ingeduwd. Hierbij wordt een deel van de kinetische en potentiële energie opgeslagen in elastische structuren in het lichaam. De veer gaat terug uitveren tijdens de tweede helft van de steunfase waarbij de opgeslagen energie wordt afgegeven (figuur 3). Tijdens het midden van de steunfase bevindt het LZP zich dus op zijn laagste punt. Naargelang de snelheid kan de stijfheid van het been veranderd worden, bijvoorbeeld door de stijfheid van het kniegewricht te veranderen (Arampatzis et al., 1999). Hoe hoger de loopsnelheid, hoe stijver het been dus hoe minder de veer ingedrukt kan worden (Arampatzis et al., 1999). Galopperende dieren maken zowel van het veer-massa model als van het omgekeerde pendulum model gebruik (Cavagna et al., 1977). Ook bij huppelen bij de mens wordt gebruik gemaakt van een combinatie van beide modellen (Minetti, 1998). Door de aanwezigheid van een zweeffase komt huppelen overeen met het veer-massa-model zoals ook lopen (Minetti, 1998). Anderzijds vertoont de energetische uitwisseling tussen potentiële en kinetische energie, bij huppelen een patroon dat lijkt op dat van wandelen. Minetti (1998) concludeert daaruit dat een deel van de energieomzetting gebaseerd is op het pendulum mechanisme en dat de rest van de energieomzetting plaatsvindt door middel van een opslag van kinetische en potentiële energie in elastische structuren. 10

19 LITERATUURSTUDIE Figuur 3: Het model voor wandelen (links), lopen (midden) en huppelen (rechts) met erboven de mechanische energie uitwisseling van het LZP uitgedrukt in totale Energie (E T ) Potenentiële energie (E p ), horizontale Kinetische energie (E Kx ), verticale Kinetische energie (E Ky ) in functie van de tijd (s) (naar: Minetti, 1998) Mechanische Energie Het LZP beschrijft bij lopen en wandelen een verschillende beweging. Het verloop van het LZP is een goede manier om een onderscheid te maken tussen wandelen en lopen aangezien de aan- of afwezigheid van een zweeffase niet altijd een juist criterium is (Enoka, 2001; McMahon et al., 1987). Door het verschillend verloop van het LZP bij wandelen en lopen, is ook het verloop in potentiële energie van het LZP verschillend. Bij lopen is de gravitationele potentiële energie minimaal in het midden van de steunfase. Bij wandelen is deze maximaal in het midden van de steunfase. Het verloop van de kinetische energie is gelijkaardig voor wandelen en lopen maar bij lopen zullen de waarden groter zijn. In het midden van de steunfase bereikt de kinetische energie van het LZP voor zowel wandelen als lopen een minimum. (Farley & Ferris, 1989) Bij wandelen is er een energetische uitwisseling tussen kinetische en gravitationele potentiële energie bij zowel mensen als dieren (Cavagna, Heglund & Taylor, 1977). Dit uit zich in een faseverschil van 180 tussen de kinetische en gravitationele potentiële energie (Cavagna, Thys & Zamboni, 1976) (figuur 3). Het LZP verliest tijdens de eerste helft van de steunfase aan kinetische energie, maar wint aan gravitationele potentiële energie (Farley & Ferris, 1998). 11

20 LITERATUURSTUDIE Tijdens deze fase wordt kinetische energie omgezet in gravitationele potentiële energie. Tijdens de tweede helft van de steunfase verliest het LZP gravitationele potentiële energie, maar wint het aan kinetische energie (Farley & Ferris, 1998). Tijdens deze fase wordt gravitationele potentiële energie omgezet in kinetische energie. Dit energietransfermechanisme reduceert de spierwerking met maximaal 65% (Cavagna et al., 1976). Bij lopen is er een uitwisseling tussen potentiële en kinetische energie met elastische energie. De kinetische en de gravitationele potentiële energie zijn ongeveer in fase (Cavagna et al., 1976). Er is dus geen uitwisseling tussen kinetische en gravitationele potentiële energie zoals bij wandelen. Een deel van de mechanische energie wordt opgeslagen en terug afgegeven door elastische structuren (Farley & Ferris, 1998). Bij hogere snelheden gaat de mens over naar lopen. Vierpotigen zoals honden en paarden gaan over naar draven ( trotting ). Dit zijn twee locomotievormen die gebruik maken van de opslag van elastische energie in pezen en ligamenten. Wanneer een lidmaat contact maakt met de grond tijdens lopen of draven, rekken de pezen en ligamenten van dit lidmaat uit. Door deze excentrisch werkende pezen en ligamenten wordt een deel van de energie als elastische energie opgeslagen, die nadien terug afgegeven wordt. (Farley, 1998) Bij galop zijn de schommelingen in kinetische en potentiële energie ongeveer gelijk en tegengesteld aan elkaar (Farley, 1998). Toch is er een zekere asymmetrie merkbaar; het gaat niet om een perfect uit fase patroon (Minetti, 1998). Deze asymmetrie kan verklaard worden door een tijdelijke energetische opslag in elastische structuren (Minetti, 1998). Er wordt zowel gebruik gemaakt van de energetische omzetting tussen gravitationele potentiële en kinetische energie als van de energetische omzetting tussen gravitationele potentiële of kinetische energie en elastische energie Energetische kost De energetische kost voor transport wordt uitgedrukt in zuurstofverbruik per kg lichaamsgewicht per kilometer afstand afgelegd (Carrier, 1984). Bij de mens is deze erg hoog in vergelijking met andere zoogdieren zoals paarden (figuur 4). Bij wandelen is er bij de mens sprake van een energetisch optimum rond 1,3 ms -1 (Bramble & Lieberman, 2004). Hogere of lagere snelheden veroorzaken een hogere energetische kost. 12

21 LITERATUURSTUDIE wandelen lopen wandelen galopperen lopen Figuur 4: De transportkost (in zuurstofverbruik per kilogram lichaamsgewicht per kilometer) voor wandelen en lopen bij de mens en voor wandelen, draven en galopperen bij paarden. De intersecties tussen de curven zouden kunnen beschouwd worden als het energetisch optimale transitiepunt (uit: Bramble & Lieberman, 2004). Ook bij dieren is er voor wandelen, draven en galopperen een dergelijk energetisch optimum rond respectievelijk 1,2 ms -1, 3,2 ms -1 en 5,5 ms -1 (Bramble & Lieberman, 2004). Wanneer deze dieren aan vrije snelheid kunnen wandelen, draven of galopperen zal dit aan deze optimale snelheid gebeuren. De voorkeurssnelheid is dus dezelfde als de energetisch optimale snelheid (Carrier, 1984). Bij lopen bij de mens blijft de energetische kost vrij constant in functie van de snelheid. De energie die nodig is om een bepaalde afstand te overbruggen is dus onafhankelijk van de snelheid waaraan gelopen wordt (Bramble & Lieberman, 2004). Men zou verwachten dat huppelen en galop twee locomotievormen zijn, die door de omzetting van mechanische energie en de opslag van elastische energie op energetisch vlak gunstig zijn en dus vaak voorkomen. Bij dieren is dit het geval maar bij de mens niet. Galop is de snelste en energetisch meest voordelige quadrupedale locomotievorm en bovendien ook de beste locomotievorm voor het vermijden van blessures (Farley, 1998). Een vierpotige kan uitzonderlijk lange passen nemen tijdens het galopperen door zijn soepele rug, waar in de ligamenten rond de ruggenwervels ook energie kan opgeslagen worden (Minetti, 1998). Bij de mens worden bij het galopperen net kleinere passen genomen (Minetti, 1998). De mens zal meer energie verbruiken wanneer hij galoppeert dan wanneer hij loopt of wandelt (Minetti, 1998). Het verschil in energieverbruik ligt in het aantal ledematen en het type en het aantal elastische structuren dat verschilt in vergelijking met dieren (Minetti, 1998) Fase transities en synergetics Motorisch gedrag bij zowel mensen als dieren wordt gekenmerkt door enerzijds de aanwezigheid van stabiele coördinatiepatronen en anderzijds een plotse reorganisatie binnen 13

22 LITERATUURSTUDIE deze coördinatiepatronen wanneer er gewisseld wordt tussen locomotievormen (Diedrich & Warren, 1995). De transitie of overgang tussen verschillende coördinatiepatronen worden ook fasetransities genoemd (Hanna et al., 2000). Een fasetransitie zal ontstaan wanneer een bepaalde attractor, bijvoorbeeld wandelen, onstabiel wordt (door te hoge snelheid), waardoor het systeem (in dit geval het lichaam) zal overgaan naar een andere attractor die terug meer stabiliteit zal geven, bijvoorbeeld lopen (Diedrich & Warren, 1995). De relatie tussen 2 parameters, de orderparameter en de controle parameter, speelt een belangrijke rol in deze fasetransities (Hanna et al., 2000). De orderparameter karakteriseert en herkent de spatiële organisatie van elk patroon op een unieke manier (Hanna et al., 2000). De controle parameter kan een overgang tussen verschillende organisatiepatronen veroorzaken bij bepaalde waarden ervan (Hanna et al., 2000). Deze fasetransities bezitten een aantal typerende kenmerken die een invloed hebben op de relatie tussen de orderparameter en de controle parameter (Hanna et al., 2000): - Modaliteit : het feit dat de orderparameter meerdere modaliteiten heeft. Er zijn dus verschillende stabiele combinaties. - Ontoegankelijkheid : het feit dat het uitvoeren van spatiële organisaties, buiten de voorkeursorganisaties, moeilijk uit te voeren en variabel zijn. - Plotse sprongen : het feit dat kleine veranderingen in de controle parameter bij bepaalde waarden een grote verandering in de orderparameter kunnen veroorzaken. Vanaf een bepaalde waarde zal een stijging in de controle parameter namelijk een transitie veroorzaken in de orderparameter. - Hysteresis : het feit dat de grootte van de controle parameter bij de transitie afhankelijk is van de richting waaruit men komt. De theorie van de synergetics was oorspronkelijk gericht op het spontaan ontstaan van organisaties in fysische systemen zoals lasers (Kelso & Schöner, 1988). Haken toonde de gelijkenissen met biologisch gedrag aan (Kelso & Schöner, 1988). De synergetics theorie beschrijft een aantal andere voorwaarden waaraan spontane organisaties en de transities ertussen voldoen: - Kritische fluctuaties : er treden grotere fluctuaties van de orderparameter op ter hoogte van het transitiepunt. Er treedt dus stabiliteit op, daarna instabiliteit rond de transitie en vervolgens weer stabiliteit in het nieuwe patroon (Getchell & Whitall, 2004). 14

23 LITERATUURSTUDIE - Kritische vertraging : het duurt langer om weer een stabiel patroon te bereiken na verstoring van het systeem wanneer het systeem zich net dicht bij het moment van transitie bevindt. - Veranderingstijd : het duurt langer om te veranderen van een stabiel patroon naar een minder stabiel patroon dan omgekeerd. (Haken; Kelso Scholz, & Schöner; Kelso & Schöner; Scholz & Kelso; Scholz, Kelso & Schöner, zoals geciteerd in Hanna et al., 2000). Als men deze kenmerken kan terugvinden in menselijke locomotie en meer bepaald in de transities tussen verschillende vormen van locomotie, kan men zeggen dat er sprake is van de synergetics theorie. Dit zou betekenen dat de achterliggende wiskundige modellen ook van toepassing zijn op biologische transities (Kelso & Schöner, 1988). Het feit dat deze biologische transities gelijkaardig zijn aan de niet-biologische fasetransities, waar helemaal geen hersenen of sturing aan te pas komt, lijkt er op te wijzen dat deze transities niet gestuurd worden vanuit de hersenen of het centrale zenuwstelsel, maar dat een transitie eerder het gevolg is van de dynamica van het musculoskeletale systeem (Abernethy et al., zoals geciteerd in Hanna et al, 2000.) Door te onderzoeken of de transities van wandelen naar lopen en omgekeerd, maar ook van lopen naar galop en omgekeerd de synergeticseigenschappen vertonen, kan onderzocht worden of ook deze transities gestuurd zijn dan wel een gevolg zijn van de dynamica van het musculoskeletale systeem Onderzoek naar transities Zowel mensen als dieren bewegen hoofdzakelijk omdat ze zich willen verplaatsen. Welke vorm van locomotie hierbij gebruikt wordt zal afhankelijk zijn van verschillende factoren waaronder de omgeving, de fysieke eigenschappen, de fase in de ontwikkeling en de snelheid waarmee men zich wil voortbewegen (Hanna et al., 2000). In het dagelijkse leven, maar even goed gedurende de ontwikkeling, ontstaan een aantal transities, die gekenmerkt worden door discrete, relatief abrupte veranderingen in het bewegingspatroon of het coördinatiepatroon (Hanna et al., 2000). Kinderen zullen op korte tijd plots kunnen stappen en dit gangpatroon blijven gebruiken maar ook in het dagelijks leven vinden er regelmatig transities plaats tussen verschillende vormen van locomotie. Bij de mens gaat het hierbij vooral om transities tussen wandelen en lopen. Deze transities zijn de laatste jaren uitvoerig onderzocht. 15

24 LITERATUURSTUDIE Onderzoeksopstelling Het is niet eenvoudig om resultaten van verschillende onderzoeken naar transities met elkaar te vergelijken. Sommige onderzoekers gebruiken een loopband, anderen een overgrondse opstelling. Het is niet ondenkbaar dat de kenmerken van de transities beïnvloed worden door de gebruikte onderzoeksopstelling. Het gebruik van een loopband biedt een aantal voordelen. De snelheid is goed te controleren, kan gemakkelijk constant gehouden worden en is ook eenvoudig te manipuleren (Riley et al., 2007a). Doordat er loopbanden bestaan met ingebouwde krachtmeetplaten, kan de grondreactiekracht voor elke stap gemeten worden. Aangezien de proefpersoon stationair blijft ten opzichte van de ruimte kan men met slechts enkele camera s de proefpersoon continu in beeld houden (Riley et al., 2007a). Ook andere parameters (EMG, zuurstofverbruik, metingen in het bloed, ) kunnen gemakkelijk gemeten worden doordat de proefpersoon min of meer ter plaatse blijft (Riley et al., 2007a). Onderzoek op de loopband houdt ook enkele nadelen in. Zo zijn de beweging en de omstandigheden, ondanks de aanpassingstijd die meestal voorzien wordt, niet volledig gelijk aan de beweging en de omstandigheden van locomotie in de werkelijkheid. De kinetica en kinematica, het energieverbruik, de temporele aspecten en de grondreactiekrachten van de loopbeweging en in mindere mate ook van de wandelbeweging verschillen tussen de uitvoering op een loopband en de uitvoering op een overgrondse loopweg (Frishberg, 1983; Hanna et al., 2000; Riley et al., 2007a, b). Bij het wandelen of lopen op een loopband ontvangen subjecten bovendien niet dezelfde optische flow die ze ervaren wanneer ze zich overgronds voortbewegen (Lee & Hidler, 2008). Dit kan zorgen voor een beïnvloeding van het evenwicht, de stabiliteit, de lichaamsperceptie en de perceptie van de snelheid (Lee & Hidler, 2008). Het is dus belangrijk om de voor- en nadelen van de gekozen onderzoeksopstelling goed te overwegen alvorens een onderzoek te starten Onderzoeksprotocol Het onderzoeksprotocol en de manier waarop de transities bereikt worden verschillen sterk van onderzoek tot onderzoek en maken het onderling vergelijken moeilijk. De meest gebruikte protocols bij onderzoek op de loopband zijn enerzijds het continue of het rampprotocol en anderzijds het stapsgewijs protocol (Hreljac et al., 2007b). In het continue of 16

25 LITERATUURSTUDIE het rampprotocol wordt de snelheid met een vaste versnelling opgedreven (Hanna et al., 2000). Men begint aan een bepaalde snelheid en gaat deze dan met een positieve of negatieve versnelling veranderen. Bij een stapsgewijs protocol zal de snelheid in blokken opgedreven worden (Hanna et al., 2000). Bij elke snelheid zal de proefpersoon (meestal gedurende 30 seconden) bewegen en beslissen welke vorm van locomotie hier het meest comfortabel aanvoelt (Hreljac et al., 2007b). Er treedt dus geen echte transitie op maar via deze methode kan men wel op een accurate manier de geprefereerde transitiesnelheid (PTS) bepalen (Hreljac et al., 2007b). Men gebruikt deze PTS vaak als het gemiddelde van de transitiesnelheid van wandelen naar lopen en de transitiesnelheid van lopen naar wandelen. Hreljac et al. (2007a) rapporteerden geen verschillen tussen beide protocols voor de transitiesnelheid van wandelen naar lopen of omgekeerd bij een vlakke situatie. Bij een hellingsgraad van 10 of 15% vonden ze voor het continue protocol systematisch grotere transitiesnelheden dan bij een stapsgewijs protocol. Opnieuw is het dus belangrijk om de implicaties van de keuze voor een bepaald protocol in te zien alvorens te kiezen voor een bepaald protocol en deze samen met de implicaties van de onderzoeksopstelling in het achterhoofd te houden bij het interpreteren van resultaten uit onderzoek naar transities Antropometrische variabelen en transitiesnelheid Men gaat er vanuit dat antropometrische karakteristieken het bereik bepalen waarbinnen een stabiel bewegingspatroon kan voorkomen (Kelso, zoals geciteerd in Hanna et al., 2000). Bij dieren vinden verschillende onderzoekers dan ook een relatie tussen antropometrische variabelen en kenmerken van locomotie en transities. Zo werd bij dieren, gaande van muizen tot paarden, een sterke correlatiecoëficiënt (R=0,87) gevonden tussen de transitiesnelheid van draf naar galop en de lichaamslengte (Heglund & Taylor, 1988). Ook andere gangparameters zoals de geprefereerde snelheid voor draf en galop vertoonden een sterke correlatie met de lichaamslengte (Heglund & Taylor, 1988). Bij de mens vindt men deze resultaten eerder niet terug. Hreljac (1995b) vond aan de hand van een stapsgewijs loopbandprotocol enkel een zwakke correlatie (R=0,38) tussen beenlengte en PTS. De beste predictor voor de snelheid van de transitie van lopen naar wandelen en omgekeerd was bij Getchell & Whitall (2004) bij een gelijkaardig protocol de lengte van de dij. Andere onderzoekers (waaronder Hanna et al., 2000 en Raynor et al., 2002) 17

26 LITERATUURSTUDIE bevestigen de zwakke correlaties tussen antropometrische variabelen en transitiesnelheid bij de mens. Bij dieren gaat het om andere locomotievormen (draf en galop). Ook bij de menselijke transities van en naar galop, werd echter geen sterke correlatie gevonden tussen antropometrische parameters en transitiesnelheid bij een continu protocol op de loopband (Getchell & Whitall, 1997). Er kan besloten worden dat er (voorlopig) geen sterke relatie te vinden is tussen de PTS en antropometrische variabelen bij de mens Definities en kenmerken van gangtransities Getchell en Whitall (2004) onderscheiden binnen de menselijke transities 3 grote klassen: de spontane transities, de opgelegde transities en de quasi-spontane transities. De spontane transities zijn bij de mens de transities van wandelen naar lopen en van lopen naar wandelen. Het zijn transities waarbij personen van het ene symmetrische intrinsieke gangpatroon, overgaan naar een ander symmetrisch intrinsiek gangpatroon, doordat de snelheid verandert. De opgelegde transities zijn deze waarbij een persoon vanuit een intrinsiek gangpatroon overgaat naar een specifiek opgelegd gangpatroon zoals bijvoorbeeld galop. Dit is geen natuurlijke transitie omdat mensen zelden spontaan van wandelen of lopen naar galop zullen overgaan wanneer de snelheid verandert. Bij quasi-spontane transities gaan personen vanuit een specifiek opgelegd gangpatroon over naar een intrinsiek gangpatroon Mechanismen voor spontane transities De spontane transities bestaan bij de mens uit 2 soorten: de transitie van wandelen naar lopen (WRT: walk-run-transition) en de transitie van lopen naar wandelen (RWT: run-walktransition). Deze transities vinden op een loopband plaats rond 2,1 ms -1 (Diedrich & Warren, 1995). De PTS vindt aan de hand van een stapsgewijs protocol binnen een persoon consistent rond dezelfde snelheid plaats op verschillende dagen (2,15 ms -1, 2,15 ms -1, 2,18 ms -1 ) maar vertoont van persoon tot persoon kleine individuele verschillen (range = 0,78 ms -1, [1,82 ms - 1 2,6 ms -1 ]; SD = 0,17 ms -1 ) (Hanna et al., 2000). Op een overgrondse opstelling werden transitiesnelheden van 2,17 ms -1 (Segers et al., 2007b) en 2,66 ms -1 gevonden (De Smet et al., 2009b). 18

27 LITERATUURSTUDIE Er bestaan heel wat hypotheses over de mogelijke mechanismen die de spontane transities veroorzaken. Wat zorgt er juist voor dat mensen aan een specifieke transitiesnelheid steeds overgaan naar lopen of vanaf een bepaalde snelheid overgaan naar wandelen? Mechanische beperkingen Het Froudenummer is de verhouding van de zwaartekracht (F = m.g) ten opzichte van de centripetale kracht (F = m.a met 2 v a L ) die het LZP ondervindt op basis van het omgekeerde pendulummodel (Enoka, 2001). Deze kan niet groter zijn dan 1 want op dat moment wordt de centripetale kracht groter dan de zwaartekracht (Enoka, 2001). Vanaf een Froude-nummer 1 is het model van de omgekeerde pendulum niet meer geldig. De persoon is dan niet meer aan het wandelen maar aan het lopen want de voet verliest het contact met de grond. Het is echter niet zo dat mensen wanneer ze versnellen effectief blijven wandelen tot dit naar analogie met het omgekeerde pendulummodel fysisch niet meer mogelijk is. De gemiddelde PTS ligt immers lager dan de theoretisch maximale wandelsnelheid (3 ms -1 bij een beenlengte van 0,9 m) volgens het Froudenummer. In onderzoek van onder andere Hreljac (1995b) blijkt dat het Froudenummer bij de PTS (verkregen op een loopband aan de hand van een stapsgewijs protocol) dicht bij 0,5 ligt. Ook wanneer een verminderde zwaartekracht gesimuleerd wordt, blijft de snelheid van de WRT rond Froude-nummer 0,5 plaatsvinden (Kram et al., 1997). De gemiddelde PTS lag bij Hreljac (1995b) op 2,05 ms -1 met een klein verschil tussen de WRT en de RWT. Op basis van het Froude-nummer zou men een hogere snelheid verwachten en zou men geen verschillen verwachten tussen de snelheid voor de WRT en de RWT Energetische sturing van transities Sommige auteurs veronderstellen dat de spontane transities gestuurd worden vanuit energetische vereisten. Hreljac (1993) vond echter dat de PTS bij een stapsgewijs protocol op de loopband (2,067 0,125 ms -1 ) significant lager was dan de energetisch optimale transitiesnelheid (2,244 0,102 ms -1 ). Op basis van deze bevindingen is het onwaarschijnlijk dat de transitiesnelheid vanuit energetische vereisten gestuurd wordt (Hreljac, 1993). Bij de WRT steeg het energieverbruik maar daalde de gepercipieerde uitputtingsgraad (Hreljac, 1993). Hreljac (1995a) stelt dat lokale vermoeidheid in de dorsiflexoren tijdens wandelen voor de hoge gepercipieerde uitputtingsgraad net voor transitie kan zorgen. 19

28 LITERATUURSTUDIE Raynor et al. (2002) vonden op basis van een stapsgewijs protocol op een loopband een significante stijging van zowel zuurstofverbruik (F(1,17) = 451,38; p<0,05) als transportkost (F(1,17) = 170,70; p<0,05) van de laatste wandelpas naar de transitiepas bij WRT en een omgekeerd fenomeen bij RWT. Zij stellen dat er bij de WRT wordt overgegaan naar een meer efficiënte vorm van locomotie, dan wanneer de proefpersonen zouden blijven wandelen, maar concluderen dat de optimalisatie van de energetische kost hoogstwaarschijnlijk niet de belangrijkste sturing voor de transitie is (Raynor et al., 2002) omdat het onwaarschijnlijk is dat personen het energetisch verbruik kunnen voelen en daar snel op kunnen anticiperen (Hanna et al., 2000). De energetische optimalisatie is waarschijnlijk eerder een gevolg van het feit dat het dynamische systeem een andere factor optimaliseert (Hanna et al., 2000) Kinematische en gewrichtskinetische determinanten voor transities Om als een determinant voor transitie beschouwd te worden moet een variabele enerzijds een abrupte verandering vertonen wanneer de transitie wordt uitgevoerd en moet deze steeds dezelfde kritische waarde vertonen bij de PTS (Hreljac, 1995a). Wanneer de waarde van de variabele stijgt bij toenemende wandelsnelheid moet deze een plotse terugval vertonen wanneer overgegaan wordt naar lopen (bij de WRT)(Hreljac et al., 2008). Anderzijds moet de waarde van de determinant bij de PTS tijdens lopen terugkeren naar een waarde die waargenomen was bij wandelen aan lagere snelheden (Hreljac et al., 2008). De determinant moet bovendien het potentieel hebben om de proprioceptieve feedback gedurende de beweging te beïnvloeden (Hreljac, 1995a) om op die manier rechtstreeks een invloed te hebben op de transitie. Aan de hand van een stapsgewijs protocol op de loopband komen de maximale angulaire snelheid en de versnelling van de enkel hiervoor in aanmerking (Hreljac, 1995a) alsook het maximale dorsiflexie moment (Hreljac et al., 2008). Hreljac (1995a) suggereert dat musculaire stress of vermoeidheid, vooral in de dorsiflexoren, een belangrijke oorzaak van de transitie zou kunnen zijn. Bij de overgang naar lopen wordt immers veel lokale stress van de dorsiflexoren overgenomen door de spieren in de dij (Hreljac, 2008). Malcolm et al. (2009a, b) bevestigen het belang van de dorsiflexoren met in het bijzonder de musculus tibialis anterior. Waarschijnlijk zijn er meerdere determinanten voor transities waarbij het opheffen van de belangrijkste determinant er voor zorgt dat een andere determinant bepalend wordt waardoor de transitiesnelheid weinig of niet zal veranderen (Malcolm et al., 2009a,b). 20

29 LITERATUURSTUDIE Kinetische determinanten voor transities Paarden gaan bij een geladen conditie (23% meer lichaamsgewicht) bij dezelfde grootte van de verticale grondreactiekracht de transitie van draven naar galop maken op dezelfde manier als in een ongeladen conditie (Farley & Taylor, 1991). In tegenstelling tot een normale conditie vindt in een geladen conditie de transitie niet aan een energetisch optimale snelheid plaats (Raynor et al., 2002). Blijkbaar zorgt een musculo-skeletale belasting vanaf een bepaald niveau ervoor dat deze dieren over gaan naar galop (Raynor et al., 2002). Raynor et al. (2002) vonden op een loopband met stapsgewijs protocol dat de WRT sneller plaatsvond in een geladen conditie (7,58 0,54 km/h; 7,30 0,5 km/h; 7,17 0,46 km/h; voor respectievelijk 0%, 15% en 30% extra lichaamsgewicht), terwijl de RWT net later plaatsvond (7,34 0,57 km/h; 7,07 0,59km/h ; 6,88 0,60km/h; voor respectievelijk 0%, 15% en 30% extra lichaamsgewicht) in vergelijking met de controleconditie. Dit geeft de indruk dat het lichaam beter met het extra gewicht kan omgaan door te lopen dan door te blijven wandelen (Raynor et al., 2002). In datzelfde onderzoek van Raynor et al. (2002) steeg de loading rate (LR: de tijd tot de eerste piek in de verticale grondreactiekracht) significant van de eerste pas voor transitie tot de transitiepas bij de WRT om nadien te stabiliseren bij lopen. Hierdoor is er meer tijd om de grondreactiekrachten te absorberen (Raynor et al., 2002). Aangezien deze LR daalde bij de RWT, om nadien bij wandelen opnieuw toe te nemen is de LR een mogelijke determinant voor transities (Raynor et al., 2002). Bij het interpreteren van een mogelijke kinetische oorzaak voor de transities gaat het niet zozeer om de absolute stress die het musculoskeletale systeem ondervindt maar wel om de tijdsafhankelijke factoren die duidelijk maken op welke manier deze stress opgevangen wordt (Raynor et al., 2002). De herpositionering van het lichaam bij de WRT zorgt er voor dat de mechanische energie op een meer efficiënte manier in elastische structuren kan opgeslagen worden waardoor de grote krachten die ontstaan, positief gebruikt worden (Raynor et al., 2002). Mensen zouden van wandelen overgaan naar lopen op het moment dat er meer mechanische energie kan behouden worden bij lopen dan bij wandelen (Kram et al., 1997). De belastingssnelheid zou de mate bepalen waarin elastische energie kan opgeslagen en gerecupereerd worden (Raynor et al., 2002). Transities zouden dan ontstaan vanaf de snelheid waarbij elastische energie efficiënt kan gebruikt worden (WRT) of juist niet meer effectief 21

30 LITERATUURSTUDIE kan gebruikt worden (RWT). De proprioceptoren in spieren en pezen zouden deze informatie kunnen doorgeven Dynamische systemen verklaring Snelheid van locomotie wordt algemeen aanvaard als een controleparameter (Hanna et al., 2000). Diedrich en Warren (1995) konden aantonen dat de WRT aan 4 belangrijke kenmerken van fasetransities voldoet op basis van een onderzoek met een continu protocol op een loopband. De WRT werd immers gekenmerkt door een kwalitatieve reorganisatie van de relatieve fasering van de segmenten na transitie (1). Deze reorganisatie vond plots plaats binnen 1 stap (2). Rond de transitie vertoonde deze fasering grotere fluctuaties (3) en er was statisch significante hysteresis merkbaar (4). Het toevoegen van gewichten aan de enkels of een hellingsgraad zorgt ervoor dat de attractoren veranderen waardoor ook de PTS zal veranderen (Diedrich & Warren, 1998). De transities worden gezien als het switchen van de ene attractor naar de andere waarbij de attractoren zich zo gedragen dat het energieverbruik minimaal is (Diedrich & Warren, 1995). Bepaalde andere factoren (zoals bijvoorbeeld de gepercipieerde uitputtingsgraad) kunnen deze attractoren ook beïnvloeden en zouden daardoor een verklaring zijn voor het feit dat het energetisch optimum niet altijd perfect overeen komt met de PTS (Diedrich & Warren, 1995). Men mag echter niet vergeten dat locomotie en transities niet volledig automatisch gestuurd worden aangezien externe factoren zoals bijvoorbeeld de visuele flow (De Smet et al., 2009a) of aandachtstaken (Abernethy et al., 2002) een invloed blijken te hebben op locomotie Samenvatting Het mag duidelijk zijn dat een echt mechanisme of een duidelijke determinant voor de WRT of de RWT (nog) niet gevonden is. Alle besproken resultaten spelen duidelijk wel een rol in de transitie en zijn ook grotendeels verbonden met elkaar. Het is belangrijk om de samenhang tussen de mogelijke mechanismen te zien en deze in het achterhoofd te houden bij het interpreteren van resultaten van onderzoek naar transities Hysteresis bij spontane transities Tussen de snelheid van de RWT en de snelheid van de WRT worden regelmatig significante verschillen gevonden (onder andere Diedrich & Warren, 1995; Hanna et al., 2000; Hreljac, 1995b; Li, 2000). In bepaalde onderzoeken (op een loopband met een stapsgewijs protocol) is de snelheid van de RWT lager dan de snelheid van de WRT (WRT = 2,10 ms -1 en RWT = 22

31 LITERATUURSTUDIE 1,99 ms -1 ; Hreljac, 1995b) en dan wordt gesproken van een hysteresiseffect. In andere onderzoeken is de snelheid van de WRT lager dan de snelheid van de RWT (WRT = 1,77 ms - 1 en RWT = 1,89 ms -1 ; Getchell & Whitall, 2004). Men spreekt dan van een omgekeerd hysteresiseffect. De hoeveelheid hysteresis verschilt op een loopband niet tussen een stapsgewijs en een continu protocol, zowel in een vlakke conditie (respectievelijk 0,07 0,07 ms -1 en 0,07 0,11 ms -1 ) als in een conditie met een hellingsgraad van 10 (respectievelijk 0,08 0,05 ms -1 en 0,07 0,14 ms -1 ) of 15% (respectievelijk 0,08 0,05 ms -1 en 0,08 0,12 ms -1 ) (Hreljac et al., 2007a). Wanneer de hellingsgraad op een loopband toeneemt zullen zowel de PTS, als de snelheid van de WRT en de snelheid van de RWT, in zowel een stapsgewijs als een continu protocol, afnemen (Hreljac et al., 2007a). Een factor die het verschil tussen de WRT RWT WRT en de RWT wel kan Transitiesnelheid (ms -1 ) Figuur 5: Het verband tussen de versnelling waarmee de loopband wordt gemanipuleerd en de transitiesnelheid (naar: Li, 2000). veroorzaken is de versnelling waarmee de snelheid wordt gemanipuleerd bij een continu protocol op de loopband (Li, 2000) (figuur 5). De transitiesnelheid voor de WRT en de RWT valt samen bij een versnelling van 0,07 ms - ² (Li, 2000). Bij kleinere versnellingen zal de snelheid voor de WRT lager liggen dan de snelheid voor de RWT, bij grotere versnellingen zal het net omgekeerd zijn (Li, 2000). Segers et al. (2006) vonden dit verband bij een gelijkaardig protocol niet terug. Geen van de reeds besproken mogelijke mechanismen voor transities geeft eigenlijk een duidelijke verklaring voor het verschil tussen de WRT en de RWT. Het is daarom aangewezen deze transities afzonderlijk te bestuderen aangezien het niet ondenkbaar is dat er andere mechanismen de RWT veroorzaken dan deze die de WRT veroorzaken of dat ze toch andere kenmerken vertonen. 23

32 LITERATUURSTUDIE Determinerende factoren van spontane transities Visuele flow Aangezien mensen ook zonder visuele informatie kunnen wandelen en lopen, hebben ze blijkbaar genoeg informatie om te bewegen op basis van de proprioceptieve signalen die ze ontvangen. Deze beweging is echter niet identiek aan de beweging waarbij wel visuele informatie aanwezig is. Het is dus niet zo eigenaardig dat ook de WRT wordt beïnvloed door visuele informatie. De visuele flow zal de voorkeurswandelsnelheid mee bepalen (De Smet et al., 2009a; Mohler et al., 2007) en ook bij de transities een belangrijke rol spelen (Mohler et al., 2007). Een snellere visuele flow zal de snelheid van zowel de WRT als de RWT verlagen op een loopband (WRT =2,04 ms -1 i.p.v. 2,11 ms -1 en RWT = 1,78 ms -1 i.p.v. 1,86 ms -1 ; Mohler et al., 2007) doordat je het gevoel hebt dat je al sneller aan het voortbewegen bent. Een tragere visuele flow zal net de snelheid voor de WRT en de RWT verhogen (WRT= 2,18 ms -1 en RWT = 1,78 ms -1 ; Mohler et al., 2007) doordat je het gevoel hebt dat je trager aan het voortbewegen bent. De beïnvloeding van de visuele flow heeft echter geen invloed op de spatiotemporele karakteristieken van de spontane versnelling om de WRT te bereiken bij een overgrondse opstelling (De Smet et al., 2009a). Deze resultaten maken duidelijk dat, naast de mechanische en energetische sturing van locomotie ook de visuele informatie bijdraagt tot de controle van transities (Mohler et al., 2007). Dit benadrukt bovendien ook de voorzichtigheid die nodig is bij het interpreteren van resultaten van onderzoek op de loopband door het ontbreken van visuele flow Spatiotemporele kenmerken van overgrondse transities De versnelling tot WRT vertoont op een overgrondse opstelling een grote temporele consistentie (De Smet et al, 2009b). Wanneer aan subjecten gevraagd werd om vanuit wandelen spontaan te versnellen, ging men na gemiddeld 5,9±0,9 stappen over naar lopen (De Smet et al., 2009b). In onderzoek op de loopband worden doorgaans veel meer stappen genomen (De Smet et al., 2009b). Hierdoor wordt veel meer lokale vermoeidheid in de dorsiflexoren opgebouwd, wat een verklaring kan zijn voor verschillen die gevonden worden voor de snelheid van de WRT op een loopband in vergelijking met een overgrondse opstelling (2,664±0,230 ms -1 ) (De Smet et al., 2009b). Proefpersonen hebben bij een stapsgewijs protocol ook veel meer tijd om deze lokale stress gewaar te worden dan bij een continu protocol wat verschillen tussen beide protocols kan verklaren (Hreljac et al., 2007b) 24

33 Relatieve potentiële energie Relatieve kinetische energie LITERATUURSTUDIE In de spontane versnelling van wandelen naar lopen op een overgrondse loopweg lijkt het zo dat proefpersonen snel versnellen tot hun voorkeurswandelsnelheid en nadien vrij constant gaan versnellen (De Smet et al., 2009b). Tijdens de eerste 20% van de spontane versnelling wordt vooral de stapfrequentie opgedreven. Tegen het einde van de versnelling is het vooral de staplengte die voor de versnelling zorgt omdat de stapfrequentie gesatureerd is (De Smet et al., 2009b). Aangezien de stapfrequentie afhankelijk is van de tijd die nodig is om het been voorwaarts te brengen, kan deze saturatie te wijten zijn aan een overactivatie van de spieren die voor de zwaaifase zorgen en kan dit een determinant voor de WRT zijn (De Smet et al., 2009b) Transitie als abrupt fenomeen De transitie tussen wandelen en lopen gebeurt binnen 1 stap (Raynor et al., 2002; Segers et al., 2007a). Er treedt een evolutie op vanuit een symmetrisch gangpatroon, over een asymmetrische transitiepas, tot een ander symmetrisch gangpatroon (Segers et al., 2007a). Figuur 6: De energieuitwisseling op basis van de omgekeerde pendulum gaat in stap 0 (de transitiepas) van een uit fase patroon over naar een in fase patroon (naar: Segers et al., 2007b). Bij een onderzoek op de loopband met een continu protocol vonden Segers et al. (2007a) dat de kinematica van de onderste ledematen plotse sprongen vertoonde bij zowel de WRT als de RWT. Op een overgrondse opstelling met opgelegde versnelling vonden Segers et al. (2007b) 25

34 LITERATUURSTUDIE dat de fluctuaties tussen kinetische en gravitationele potentiele energie abrupt veranderen van een uit fase organisatie naar een in fase verloop in de transitiepas. (figuur 6) Tijdens de transitiepas wordt de actieve mechanische energie input (33,86±8,70 J) verdrievoudigd in vergelijking met de energie die nodig zou zijn om de snelheid van de loopband te volgen (9,66±1,09J). Een derde van de energie tijdens de transitie wordt gebruikt om te versnellen, een ander derde (9,99±1,99J) wordt gebruikt om de gemiddelde verticale kinetische energie te verhogen om zo een eerste vluchtfase te genereren. Het andere deel van de energie zorgt voor een kortdurende stijging in de voorwaartse snelheid van het LZP, doordat hoofd, armen en romp in een meer voorwaartse positie gebracht worden voor het lopen. (Segers et al., 2007b) Om een onderscheid te maken tussen lopen en wandelen kan gebruik gemaakt worden van de aan- of afwezigheid van een vluchtfase, de fluctuaties tussen potentiële en kinetische energie of de hoeveelheid flexie in de knie (Segers et al., 2007a). Segers et al. (2007a) toonden aan dat deze definities allen dezelfde pas aantoonden als de plotse overgang tussen wandelen en lopen, of lopen en wandelen. Dit ondersteunt de visie dat transities abrupte evenementen zijn die zich voornamelijk binnen de transitiepas afspelen Transitie als langzaam proces Li & Hamill (2002) onderzochten de verticale grondreactiekracht van de laatste vijf wandelpassen voor de WRT op een loopband met een continue versnelling en vonden daarbij aanwijzingen voor een preparatie van de transitie in de laatste wandelpas waardoor zij veronderstellen dat er in de laatste wandelpas meer voorwaarts geleund wordt om de transitie voor te bereiden. In een gelijkaardige overgrondse opstelling als deze die in deze scriptie gebruikt wordt, vonden Segers et al. (2007b) dat de transitiepas werd voorbereid in de laatste 15% van de zwaaifase van de laatste wandelpas. Segers et al. (2007a) vonden aan de hand van een continu protocol op de loopband dat er een preparatie voor de transitie was tijdens de zwaaifase van de laatste wandelschrede bij de WRT. Tijdens de laatste wandelpas werd de romp ook meer in anteversie gebracht en dit zorgde voor een daling van het LZP en een grotere voorwaartse snelheid van de romp (Segers et al., 2007a). Ook spatiotemporeel vonden Segers et al. (2006) op een loopband met continu protocol een preparatie in de WRT. De evolutie van staplengte en stapfrequentie die bij wandelen normaal lineair is, ging in de buurt van transitie over naar een exponentieel verloop. 26

35 LITERATUURSTUDIE Bij de RWT was het zo dat adaptaties naar de wandelconfiguratie pas plaatsvonden tijdens de steunfase van de transitiepas en dat de transitiepas compleet was bij de 2 de schrede na de transitie, door een heroriëntatie van de romp (Segers et al., 2007a). Spatiotemporeel was er bij de RWT tot aan de transitie een lineaire daling van zowel staplengte als stapfrequentie bij een continu protocol op de loopband (Segers et al., 2006). Vanaf de eerste wandelpas verliepen staplengte en stapfrequentie eerst opnieuw exponentieel en het duurde tot de 6 de of 7 de looppas vooraleer het verloop opnieuw lineair was. Bij de RWT is er dus geen preparatie te vinden maar wel een post paratie (Segers et al., 2007a). Hoewel bepaalde eigenschappen van transities zich voornamelijk afspelen binnen de transitiepas, zijn er voldoende resultaten die aantonen dat de transitie al voorbereid wordt voor de transitiepas (WRT) of nog afgewerkt moet worden na de transitiepas (RWT). Spontane transities kunnen dus niet als een fenomeen gezien worden dat zich volledig binnen de transitiepas afspeelt. Het feit dat de aanpassingen steeds in wandelen gebeuren wijst op de sterkte van de attractor van lopen en op het elementaire verschil tussen de WRT en de RWT, waardoor hysteresis ontstaat (Segers et al., 2006) Quasi-spontane en opgelegde transities Onder de quasi-spontane transities en de opgelegde transities vallen de transitie van galop naar wandelen (GWT), galop naar lopen (GRT), wandelen naar galop (WGT) en lopen naar galop (RGT). Voorlopig onderzochten enkel Getchel & Whitall (2004) de quasi-spontane en opgelegde transities bij de mens. Ze onderzochten de transities van en naar galop op een loopband met een stapsgewijs protocol. Wandelen en lopen werden zoals meestal onderscheiden door middel van de aan- of afwezigheid van een vluchtfase. Galop werd geïdentificeerd door een periode van dubbele steun, gevolgd door een enkele steunfase, een vluchtfase en opnieuw een enkele steunfase. De relatieve intraledemaat fasering bedroeg 50,56% voor wandelen en 50,35% voor lopen, met voor beiden een standaarddeviatie van minder dan 1,5% (Getchell & Whitall, 2004). Dit toont dus aan dat het om een consistente beweging gaat. Voor galop werd 60,05% gevonden, wat lager is dan de 66% of 75% die in andere onderzoeken gevonden wordt. 27

36 LITERATUURSTUDIE Antropometrische eigenschappen Getchel & Whitall (2004) vonden slechts zwakke correlaties tussen antropometrische variabelen en de transitiesnelheid voor zowel de WRT als de RWT, maar ook voor de GRT en de RGT, en voor de GWT en de WGT. Net als in de WRT en de RWT was in de RGT de lengte van de dij (R= 0,41 en R 2 = 0,170) de beste voorspeller van de transitiesnelheid. Het is opvallend dat in 3 van de 4 transities waarbij galop een rol speelt, het bewegingsbereik van de knie (GRT: R= 0,53 en R 2 = 0,28; WGT: 0,56 voor R en R 2 = 0,31) of de heup (GWT: R= 0;48 en R 2 = 0,23) de beste voorspeller voor de snelheid is (Getchell & Whitall, 2004). Het zou erop kunnen wijzen dat de overgang van een asymmetrisch naar een symmetrisch bewegingspatroon en omgekeerd ervoor zorgt dat de krachten in de gewrichten opnieuw in evenwicht moeten gebracht worden (Getchell & Whitall, 2004). Het bewegingsbereik zou dan de grenzen kunnen uitzetten en bepalen in hoeverre het lichaam zich hieraan kan aanpassen (Getchell & Whitall, 2004) Dynamische systemen in asymmetrische locomotie Getchell en Whitall (2004) toonden aan dat de quasi-spontane en opgelegde transities voldoen aan een aantal belangrijke eigenschappen van fasetransities. De interledemaat fasering zou een goede orderparameter zijn voor de GRT en de RGT, de intraledemaat fasering een goede orderparameter bij de WRT en de RWT en beiden zouden mogelijk zijn bij de WGT en de GWT (behalve voor enkel/heup bij GWT). Er is dus voldaan aan de voorwaarde van de kwalitatieve shift voor de orderparameter (Getchell & Whitall, 2004). Bij alle onderzochte transities werd omgekeerde hysteresis gevonden aangezien de transities bij een versnelling (WRT: 1,77±0,2ms -1 ; GRT: 2,04±0,29ms -1 ; WGT 1,69±0,19 ms -1 ) steeds aan lagere snelheden gebeurden dan de transities bij een vertraging (RWT: 1,89 0,16ms -1 ; RGT: 2,17 0,27ms -1 ; GWT: 1,91 0,16 ms -1 ). Aangezien de relatieve fase stabiel was voor en na de transities, maar deze een significant grotere variabiliteit vertoonde rond de transities zijn er ook aanwijzingen voor het kenmerk kritische fluctuaties (Getchell & Whitall, 2004). Zowel de transities met wandelen en lopen, als deze met galop vertonen de drie aangehaalde karakteristieken van fasetransities. Getchell en Whitall (2004) stellen de onderverdeling op basis van quasi-spontane en intentionele transities in vraag doordat er binnen elke categorie weinig samenhang is. Zo vertonen de transities tussen lopen en galop een lagere voorspelling van de transitiesnelheid op basis van antropometrie in vergelijking met de andere transities en waren ook de 28

37 LITERATUURSTUDIE kenmerken van de fasetransities hier minder duidelijk aanwezig (Getchell & Whitall, 2004). Een mogelijke verklaring is hier de gedeeltelijke overlap in snelheidsbereik tussen lopen en galop. Om deze transities onder te verdelen is het gangtype blijkbaar belangrijker dan de soort transitie (Getchell & Whitall, 2004). Zo lijken de transities met wandelen en galop meer op elkaar en op de spontane transities, dan de transities met lopen en galop (Getchell & Whitall, 2004) Conclusie Asymmetrische gangpatronen vormen een fundamenteel onderdeel van de menselijke locomotie en kunnen van evolutionaire significantie zijn (Getchell & Whitall, 2004). Inzicht in galop en de transitie van en naar deze vorm van locomotie kan zorgen voor een beter inzicht en een beter begrip van locomotie in het algemeen, maar ook in de manier waarop en de reden waarom de spontane transities (van wandelen naar lopen en omgekeerd) plaatsvinden. Door menselijk gedrag, bewegingen en locomotie beter te begrijpen kan men deze kennis gebruiken om bepaalde sportprestaties te optimaliseren, om mensen met motorische problemen te helpen of om motorische problemen op te sporen. 29

38 LITERATUURSTUDIE Hypothese In deze scriptie wordt op een overgrondse loopweg enerzijds zowel symmetrische als asymmetrische locomotie aan voorkeurssnelheid (wandelen, lopen en galopperen) onderzocht en anderzijds zowel symmetrische (WRT) als asymmetrische (WGT en GRT) transities aan een voorkeursversnelling. Onderzoek naar asymmetrische locomotie en transities bij de mens is een eerder nieuw onderzoeksgebied, waardoor voor bepaalde zaken geen hypotheses vooropgesteld konden worden. Een eerste doel van deze scriptie is daarom om voor het eerst de spatiotemporele factoren, de kinematica, de energetische fluctuaties van het lichaamszwaartepunt en de grondreactiekrachten van asymmetrische locomotie en asymmetrische transities beschrijvend weer te geven. Deze parameters zullen worden beschreven voor zowel wandelen, lopen en galopperen aan voorkeurssnelheid, als voor de WRT, GRT en WGT aan voorkeursversnelling. Een tweede doel van deze scriptie is om de transitie van en naar de asymmetrische locomotievorm galop te onderzoeken door vooreerst dieper in te gaan op galopperen aan constante snelheid. Hierbij worden enkele hypotheses vooropgesteld: 1. De voorkeurssnelheid van galop situeert zich tussen deze van wandelen en lopen. 2. De duty factor (DF) van het afzetbeen en het leidend been is verschillend bij galop, wat het mogelijk maakt om op basis van de DF een onderscheid te maken tussen wandelen, lopen en galopperen. 3. In navolging van het theoretisch model en het exemplarisch voorbeeld van Minetti (1998) zoals weergegeven in figuur 2 wordt verwacht dat de verticale grondreactiekrachten van galop gelijkaardig zullen zijn aan deze van bilateraal huppelen en dat deze bijgevolg een dubbel looppatroon zullen vertonen. Bij de voorachterwaartse grondreactiekrachten wordt om dezelfde reden een voorwaartse stuwing in de grondreactiekrachten van het afzetbeen verwacht en een afremming in de grondreactiekrachten van het leidend been. 4. In verband met de energie wordt voor de uitwisseling tussen kinetische en potentiele energie bij galopperen een verloop verwacht dat zich tussen het uit fase patroon van wandelen en het in fase patroon van lopen situeert. 30

39 LITERATUURSTUDIE Een derde en laatste doel binnen deze scriptie is om de transities van en naar asymmetrische vormen van locomotie kinesiologisch te beschrijven. Toch worden enkele hypotheses vooropgesteld: 1. Voor de transitiesnelheid van de WRT en de WGT wordt een waarde verwacht in de buurt van de gevonden transitiesnelheid uit het onderzoek van De Smet et al. (2009b) (2,664±0,294 ms -1 ) op een gelijkaardige opstelling als diegene die in deze scriptie gebruikt zal worden. Voor de GRT wordt verwachten dat deze zich zal manifesteren aan een hogere snelheid gezien de eerste hypothese die bij galop aan constante snelheid gesteld werd. 2. Er wordt een preparatie verondersteld in de kinematica en de grondreactiekrachten bij de WRT en de GRT in navolging van Segers et al. (2007a, b) en Li en Hamill (2002). Bij de WGT wordt een pre- en post paratie verwacht door het minder stabiele karakter van galop in vergelijking met wandelen en lopen (Clark & Whitall, 1989). In de kinematica en de energie worden echter ook abrupte veranderingen verwacht binnen de transitiepas voor de besproken transities. 3. Tot slot wordt een transitie van een symmetrische locomotievorm naar een asymmetrische locomotievorm (een opgelegde transitie) verondersteld moeilijker te zijn dan een transitie vanuit een asymmetrische locomotievorm naar een symmetrische vorm van locomotie (quasi-spontane transitie). Door het asymmetrische karakter van galop is er sprake van een voorkeursvoet waardoor de transitie naar galop enkel kan plaatsvinden door de transitie zo te maken dat de voorkeursvoet als eerste komt, terwijl het bij een transitie naar een symmetrische locomotievorm niet uitmaakt met welk been de transitie gemaakt wordt. Er wordt verondersteld dat dit tot uiting zal komen in de spatiotemporele data en de kinematica. 31

40 METHODE 2. METHODE 2.1. Populatie Voor de testen binnen deze scriptie werd gezocht naar 15 actieve, gezonde, vrouwelijke proefpersonen met een leeftijd tussen 18 en 25 jaar, geselecteerd op basis van een gelijkaardige lichaamslengte. Hoewel antropomotrie bij de mens slechts zwak tot matig correleert met de transitiesnelheid (Hreljac, 1995b) werd op die manier de mogelijke invloed van antropometrie op de transitiesnelheid vermeden. Van deze homogene groep proefpersonen vertoonde er geen enkele lichamelijke klachten, blessures of gebreken op het moment van de afname van de testen. De leeftijd en beenlengte van de proefpersonen is weergegeven in tabel 1. Tabel1: leeftijd en beenlengte van de proefpersonen Beenlengte (cm) Leeftijd (jaar) EDP 82,0 21 EH 92,7 20 EM 86,5 21 ES - 18 GP 89,4 21 HG 88,9 21 JD 87,7 18 JDR 81,5 19 JG 81,5 20 JJ 86,0 22 LVH 84, Procedure Na het tekenen van het informed consent (bijlage 1) werd de proefpersonen gevraagd een kort broekje en topje aan te doen en kregen ze allen dezelfde sportschoenen (in hun eigen maat) om de testen uit te voeren. De schoenen hadden een volledig vlakke zool zodat een goede opname van de voetafdruk mogelijk was. 32

41 METHODE Er werden 59 reflectieve markers aangebracht op het lichaam van de proefpersonen. Deze bestonden zowel uit anatomische markers (op anatomische posities van het lichaam) als uit tracking markers (om de lichaamssegmenten nadien te kunnen modelleren). De nummers die tussen haakjes staan verwijzen naar de markers in figuur 1. De markers werden aangebracht op metatarsaal 1 (1), metatarsaal 5 (2), het os naviculare (3) en het os calcaneus (4) van beide voeten. Verder werden op beide benen markers geplaatst op de malleolus lateralis en medialis (5), de mediale en laterale epicondyllen van de femur (6), de trochanter major (7), de spina iliaca anterior superior (SIAS) (8), en de spina iliaca posterior superior (SIPS) (9). Op het bovenlichaam werden markers aangebracht op het acromion van beide schouders (10), op de mediale en laterale epicondyllen van de humerus (11) van zowel de linker- als de rechterarm en op de processus styloideus van de ulna (12) van beide armen. Verder werden ook kunststof platen aangebracht (met daarop reflectieve markers) die aansloten rond de segmenten om de segmenten nadien met een verwerkingsprogramma te kunnen reconstrueren. Op beide scheen- (13) en dijbenen (14) werd een plaat met 4 reflectieve markers geplaatst, op beide boven- (15) en onderarmen (16) een plaat met slechts 3 reflectieve markers. Ook op de zevende cervicale wervel (17) werd een marker aangebracht. Figuur 1: de proefpersonen met de reflectieve markers en de EMG meettoestellen (links en midden) en rechts het beeld dat nadien gevormd werd met Visual 3D. De nummers vertegenwoordigen de markers die vernoemd staan in de tekst. 33

42 METHODE Naast de reflectieve markers werden 8 draadloze oppervlakte electromyografische (EMG) meettoestellen op het lichaam van de proefpersonen gekleefd. Deze kleine toestellen bestonden elk uit een kleine zender met 2 elektroden die op de spierbuik gekleefd werden. Zo werd de spieractiviteit gemeten van de musculus quadriceps (musculus vastus medialis), de hamstrings (musculus biceps femoris), de musculus tibialis anterior en de musculus gastrocnemius medialis van beide benen (figuur 1) Meetinstrumenten Het verzamelen van de data gebeurde op een overgrondse loopweg die opgebouwd was in de grote zaal van het HILO van de Universiteit Gent. Er werd een overgrondse opstelling verkozen boven een loopbandonderzoek, om een zo realistisch mogelijk beeld van de beweging te krijgen en de invloed van ontbrekende visuele flow te minimaliseren. In deze houten loopweg werden 6 krachtmeetplaten ingebouwd die de grondreactiekrachten van de proefpersonen registreerden (figuur 2): 2 AMTI krachtmeetplaten van 1,0 m, 2 AMTI krachtmeetplaten van 0,5 m, een Kistler krachtmeetplaat van 0,6 m en een AMTI krachtmeetplaat van 2,0 m. Figuur 2: De ingebouwde krachtmeetplaten in de loopweg (links) en de voorstelling ervan die nadien in Visual 3D werd gemaakt met daarbij de posities van de Qualysiscamera s (rechts). 34

43 METHODE Op de AMTI krachtmeetplaat van 2 meter werd een Footscan plaat geplaatst van 2m. Deze registreert de voetafrol en werd dynamisch gecalibreerd met de 2m AMTI krachtmeetplaat. Krachten werden opgenomen aan een frequentie van 1000 Hz. Naast de loopweg werd een baan met lichtjes opgebouwd die instantaan opgelicht kunnen worden wat een nauwkeurige sturing mogelijk maakt. Deze lichtjes waren computergestuurd, zodat ze konden voortbewegen aan een constant opgelegde snelheid of met een specifieke opgelegde versnelling. Deze snelheid of versnelling kon door de proefpersonen gevolgd worden zodat ze zich allen verplaatsten met eenzelfde snelheid of met eenzelfde versnelling. 12 Qualisys-camera s 3 Bassler-camera s 2 meter AMTI 2 meter Footscan plaat lichtjes 1 meter AMTI 0,6 meter Kistler 0.5 meter AMTI 0.5 meter AMTI 1 meter AMTI Laser Figuur 3: Schematische voorstelling van de opstelling die gebruikt werd met de Qualysis-camera s, de Basslercamera s, de lichtjes, de laser en de krachtmeetplaten. 35

44 METHODE De lichtbaan bestond uit 20 latten van 2 meter lang, met daarop telkens 8 lichtjes die 1 meter naast de loopweg lagen. Rond de loopweg werden 12 Qualisys-camera s opgesteld. Deze maakten opnames aan een frequentie van 200 Hz. De camera s werden zo geplaatst dat zo veel mogelijk reflectieve markers van de proefpersonen vanaf de eerste krachtmeetplaat in beeld waren en dat dit zo bleef tot de proefpersonen de laatste krachtmeetplaat verlaten hadden. De snelheid van de proefpersonen werd aan 1000 Hz geregistreerd door een Noptel Laser die helemaal aan het begin van de loopweg opgesteld stond. Verder werden er ook 3 Bassler camera s, die opnamen maakten aan een frequentie van 100 Hz, geïnstalleerd aan de zijkant van de loopweg zodat deze de hielcontacten in beeld konden brengen. Op een afstand van 2 meter voor de eerste krachtmeetplaat werd een infraroodpoort opgesteld. Vanaf het ogenblik dat de proefpersonen door deze infraroodpoort kwamen werden de opnames van de Qualysiscamera s, de krachtmeetplaten en de laser simultaan gestart. Tijdens de opnames waren steeds 4 begeleiders aanwezig. Er zat een eerste persoon aan de computer waarop de opnames van de Bassler camera s te zien waren en deze persoon moest deze opnames na iedere poging opslaan. Er zat een tweede persoon aan de computer waar de Qualysis-beelden, de grondreactiekrachten en EMG signalen simultaan binnen kwamen en die bij elke poging deze gegevens moest opslaan. Tegelijkertijd diende deze persoon op een tweede computer de beelden van de Footscan na iedere poging op te slaan. Een derde persoon bediende de lichtjes en voerde bij de pogingen waarbij van de lichtjes gebruik werd gemaakt de gepaste snelheid en versnelling in. Deze persoon zorgde er ook voor dat de data van het lasersignaal op een tweede computer na iedere poging opgeslagen werd. De vierde persoon was de testleider die aan de proefpersonen de juiste instructies gaf en er voor zorgde dat alle pogingen in de juiste volgorde doorlopen werden Dataverzameling Vooraleer de proefpersonen met de eigenlijke testen startten, werd een statische opname gemaakt om te controleren of alle markers zichtbaar waren voor de Qualysis camera s zodat nadien een nauwkeurig model kon gecreëerd worden. Hierna kregen de proefpersonen tijd om te wennen aan het lopen, wandelen en galopperen op de loopweg met de markers en de EMG meettoestellen op hun lichaam. Alle pogingen die de proefpersonen op de loopweg 36

45 METHODE uitvoerden, werden in een vaste volgorde doorlopen. Na elke poging die geregistreerd werd, wandelden de proefpersonen rustig terug naar het begin van de loopweg. Terwijl gecontroleerd werd of er geen markers waren losgekomen en of de EMG meettoestellen nog goed vast zaten werd de volgende opname voorbereid door de begeleiders aan de computers. De proefpersonen wandelden, liepen en galoppeerden eerst aan voorkeurssnelheid over de loopweg. Naargelang het aantal volledige contacten op de krachtmeetplaten werden 3 tot 5 pogingen voor elke locomotievorm uitgevoerd. Vervolgens voerden de proefpersonen 3 pogingen aan een opgelegde snelheid uit. Door het volgen van het lichtsignaal dat zich naast de loopweg aan constante snelheid verplaatste, wandelden, liepen of galoppeerden de proefpersonen aan diezelfde constante snelheid. De opgegeven wandelsnelheid bedroeg 1,5 ms -1, de loopsnelheid 3 ms -1 en de galopsnelheid 2,2 ms -1. Na een beperkte oefentijd werden de pogingen geregistreerd. Naargelang het aantal volledige contacten op de krachtmeetplaten en naargelang het vermogen van de proefpersonen om de snelheid van de lichtjes op een correcte manier te volgen werden ook hier 3 tot 5 pogingen uitgevoerd per locomotievorm. Nadien werden de transities opgenomen. Eerst voerden de proefpersonen een aantal transities aan voorkeurssnelheid uit. Deze transities bestonden uit zowel spontane transities (WRT en RWT), quasi-spontane transities (GWT en GRT) en opgelegde transities (RGT en WGT). De proefpersonen kregen de opdracht om te versnellen of te vertragen vanuit de gevraagde locomotievorm en daarbij op een bepaald moment, wanneer het voor hen comfortabel aanvoelde, over te gaan naar de gevraagde locomotievorm. Naargelang de plaats waar de proefpersonen hun transitie maakten, werd de aanloop ingekort of verlengd en werden 3 tot 5 pogingen per transitie opgenomen. Nadien werden een aantal transities aan opgelegde snelheid uitgevoerd (WRT, RWT, WGT, GWT, GRT). Dit gebeurde opnieuw aan de hand van de lichtjes. Het lichtsignaal volgde hierbij eerst een constante snelheid om dan met een opgelegde versnelling (0,35 ms - ²) toe te nemen of af te nemen. Tot slot werden nog enkele controlepogingen uitgevoerd door opnieuw te wandelen, lopen en galopperen (met voorkeursvoet en met niet-voorkeursvoet) aan voorkeurssnelheid. Na het uitvoeren van alle pogingen werd er opnieuw een statische opname gemaakt. Gemiddeld voerden de proefpersonen ongeveer 70 pogingen uit tijdens de afname van de testen. 37

46 METHODE Na de testen werden antropometrische gegevens van de proefpersonen geregistreerd. Deze metingen gebeurden telkens aan de linkerzijde van het lichaam. Beenlengte, breedte van de enkel, knie, bovenbeen, elleboog, pols en romp werden opgemeten zodat deze later in de software konden ingebracht worden. Tenslotte werd er aan de proefpersonen gevraagd naar hun effector voet, static support voet en dynamic support voet om de lateraliteit van de proefpersonen te bepalen. De proefpersonen beantwoordden hiervoor drie eenvoudige vragen: - Met welke voet speel je voetbal? (effector voet) - Met welke voet sta je in een evenwichtshouding op 1 been op de evenwichtbalk? (static support voet) - Met welke voet stoot je af bij ver- of hoogspringen? (dynamic support voet) De volledige data-afname, nam per proefpersoon ongeveer drie uur in beslag Data analyse In de data-analyse werden de gegevens van wandelen, lopen en galopperen aan voorkeurssnelheid en van de WRT, GRT en WGT aan voorkeursversnelling geanalyseerd. Nadat alle reflectieve markers manueel gelabeld werden in Qualisys Track Manager (een beeldverwerkingsprogramma) waren de 3D-coördinaten van elke marker voor elke poging gekend (figuur 2). Via een bewegingsanalytisch verwerkingsprogramma (Visual3D) werd met behulp van de markers voor elke proefpersoon een individueel model gecreëerd dat bestond uit 12 segmenten (romp, pelvis, bovenarm links + rechts, onderarm links + rechts, bovenbeen links + rechts, onderbeen links+ rechts, voet links + rechts). Op basis van de posities van de lichaamssegmenten kan het programma Visual3D zeer veel gegevens berekenen. In deze scriptie werd gebruik gemaakt van de kinematica van de enkel, knie en heup, spatiotemporele gegevens zoals stap- en schredefrequentie, stap- en schredelengte, en stap- en schredetijd, grondreactiekrachten en potentiële en kinetische energie. Uit de deelzwaartepunten van de 12 segmenten werd het lichaamszwaartepunt (LZP) van elke proefpersoon berekend. Vanuit de positie van het LZP werd dan de snelheid van het LZP, de COMv berekend. Indien een bepaald segment ontbrak werd echter enkel de snelheid van het heupsegment berekend, deze snelheid werd Pelvisv genoemd. Op basis van de grondreactiekrachten werden hielcontacten bepaald. Hielcontact werd gedefinieerd als een verticale kracht groter dan 30N, het moment waarop de tenen de grond verlaten als een verticale kracht kleiner dan 30N. Daar waar de grondreactiekrachten niet 38

47 METHODE beschikbaar waren, werd gebruik gemaakt van patroonherkenning van kinematische variabelen zoals beschreven in Hreljac en Marshall (2000). Dit laat toe de stap- en schredetijd te bepalen. Via de verkregen snelheid van het LZP en de staptijd/schredetijd was het mogelijk de stap- en schredelengte te bepalen via volgende formule: Staplengte=staptijd *gemiddelde snelheid van de stap Schredelengte= schredetijd *gemiddelde snelheid van de schrede De energiefluctuaties van het LZP werden in Visual3D berekend met volgende formules: E pot = m* g* h i [Met m (massa van het subject), g (de gravitatieconstante 9,81 ms - ²) en h i (de instantane hoogte van het LZP)] E kin x = ½ *m*v x,i ² E kin z = ½ *m*v z,i ² [Met m (de massa van het subject), v x,i (de instantane voorwaartse snelheid van het LZP) en v z,i (de instantane opwaartse snelheid van het LZP)] Zowel de spatiotemporele data, als de kinematische data, als de grondreactiekrachten en de energie werden geëxporteerd vanuit Visual3D naar MSExcel waar de data geordend en bijgeschaafd werden. Slechte of onvolledige pogingen werden daarbij gewist zodat een correct gemiddelde berekend kon worden. In Excel werden de grafieken gemaakt van de kinematica (enkel, knie en heuphoek), kinetica (verticale en voor/achterwaartse grondreactiekrachten), energetische fluctuaties van het LZP en spatiotemporele data. In MSExcel werden ook de horizontale impulsen van de grondreactiekrachten berekend. Daarvoor werd bij de grondreactiekrachten, die in grafieken werden weergegeven in functie van de schrededuur (in %), de oppervlakte onder de curves berekend. Deze werd dan gedeeld door 100 en vermenigvuldigd met de schrededuur. Voor de statistische berekeningen werd gebruik gemaakt van SPSS versie 16. Voor alle snelheidsparameters werden boxplots gemaakt voor het selecteren van uitschieters en uitbijters tussen de proefpersonen. Tussen de verschillende pogingen van dezelfde proefpersoon was het niet mogelijk om uitschieters te bepalen omdat hiervoor te weinig data beschikbaar waren. 39

48 METHODE Significante verschillen (op het 95% niveau) tussen het linker- en het rechterbeen in spatiotemporele paramaters werden berekend aan de hand van gepaarde t-testen. Ook voor het onderzoeken van significante verschillen tussen verschillende locomotievormen werden gepaarde t-testen gebruikt. Significante verschillen in spatiotemporele parameters (op het 95% niveau) tussen opeenvolgende stappen bij een transitie werden berekend op basis van Anova s. Om kinematische parameters tussen verschillende locomotievormen te onderzoeken werden Anova-testen gebruikt, eveneens met een significantieniveau van 95%. Voor de transities werden de hielcontacten bepaald en genummerd zoals weergegeven in figuur 4. Het eerste voetcontact in de nieuwe locomotievorm werd hielcontact 1 (HC1) genoemd en dit werd kwalitatief bepaald. Het volgende hielcontact werd dan HC11 genoemd. Vanaf daar werden de hielcontacten dan retroactief genummerd als HC00 en HC0 en HC-11 en HC-1. WRT: RGT: WGT: Figuur 4: De hielcontacten weergegeven voor de transities samen met de benoeming van de schredes. Op basis van de hielcontacten werd de naamgeving voor de stappen bepaald. De periode van HC-1 tot HC-11 werd stap HC-1 genoemd, de periode van HC-11 tot HC0 werd stap HC-11 genoemd, de periode van HC0 tot HC00 werd stap HC0 genoemd, de periode van HC00 tot 40

49 METHODE HC1 werd stap HC00 genoemd, de periode van HC1 tot HC11 werd stap HC1 genoemd en de periode van HC11 tot het volgende hielcontact werd stap HC11 genoemd (figuur 4). Analoog werden stap HC-1 en stap HC-11 schrede -1 genoemd. Stap HC0 en stap HC00 werden schrede 0 genoemd en stap HC1 en stap HC11 werden schrede 1 genoemd. Naargelang de transitie wordt dan gesproken van WRT-1, GRT-1 en WGT-1; WRT0, GRT0 en WGT0; WRT1, GRT1 en WGT1 (figuur 4). Bij de WGT zijn enkel die pogingen in onze resultaten opgenomen waarbij de proefpersonen de transitie van wandelen naar galopperen maken zonder huppel- of looppas tussen beide gangpatronen. Enkel wanneer een rechtstreekse transitie gemaakt werd, bepaald aan de hand van de grondreactiekrachten en op kwalitatieve basis, werden de data opgenomen in de verwerking. 41

50 RESULTATEN 3. RESULATEN In de resultaten zijn niet alle gegevens verwerkt die in de methode aangehaald werden. Deze scriptie omvat enkel de gegevens van wandelen (W), lopen (R) en galopperen (G) waarbij de proefpersonen aan voorkeurssnelheid voortbewogen, zonder lichtjes. Bij de transities worden enkel de transities besproken waarbij de proefpersonen spontaan versnelden van wandelen naar lopen (WRT), van galopperen naar lopen (GRT) en van wandelen naar galopperen (WGT) zonder lichtjes Spatiotemporele parameters Voor de condities waarin de proefpersonen aan voorkeurssnelheid wandelden, liepen en galoppeerden en voor de WRT, GRT en WGT werden spatiotemporele parameters onderzocht bij 12 proefpersonen (EDP, EH, EM, ES, GP, HG, JD, JDR, JG, JJ, KD, LVH). Het LZP kan enkel berekend worden in Visual3D als alle segmenten gereconstureerd kunnen worden. Dit komt omdat het LZP bepaald wordt uit de deelzwaartepunten van de segmenten. Dit maakt dat er voor bepaalde proefpersonen geen data beschikbaar zijn bij bepaalde parameters. Alle data van de snelheid kunnen teruggevonden worden in bijlage 2. De zwarte lijntjes in de figuren die hier gepubliceerd worden, geven de standaarddeviaties aan. Waar deze niet is weergegeven waren te weinig data voorhanden om een goede standaarddeviatie te berekenen. Op basis van de boxplots werden uitbijters en uitschieters geïdentificeerd en de foutieve data werden weggelaten bij de GRT en de WGT W, R en G In figuur 1 is het verloop van W, R en G op schaal weergegeven bij locomotie aan voorkeurssnelheid. Deze figuur geeft meer inzicht in het verloop van o.a. de duur van de steunfase doorheen de verschillende locomotievormen. De blokjes representeren de steunfase voor het linker- (rood) en het rechterbeen (blauw). Op het zicht is al duidelijk dat de schredes korter worden van W naar R naar G en dat de steunfases ongeveer even groot zijn bij R en G. Aangezien er geen statistisch significante verschillen gevonden werden tussen het linker- en het rechterbeen voor de schredetijd (ST) (W: p=0,99 en t=0,01; R: p=0,27 en t=1,17), snelheid van het Center Of Mass (COMv) (W: p=0,58 en t=-0,58; R: p=0,59 en t=-0,56), snelheid van het heupsegment (Pelvisv) (W: p=0,32 en t=-1,05; R: p=0,85 en t=0,19), schredefrequentie (SF) (W: p=0,34 en t=-1,00; R: p=0,88 en t=-0,15) en schredelengte (SL) (W: p=0,73 en 42

51 RESULTATEN t=0,35; R: p=0,88 en t=-0,15) bij zowel W als R werden de waarden van het linker- en het rechterbeen samengenomen om voor de bovengenoemde variabelen een gemiddelde te verkrijgen. W R G 0,5 s Figuur 1: spatiotemporeel verloop van W, R & G Het leidend been bij G was bij een aantal proefpersonen het linkerbeen (EM, GP, JD, KD) en bij een aantal het rechterbeen (EDP, EH, ES, HG, JDR, JG, LVH) maar deze werden samen genomen zodat voor G gemiddelde waarden voor de aangehaalde parameters besproken kunnen worden. Aangezien een significante en sterke correlatie werd gevonden tussen COMv en Pelvisv voor W (R>0,99 en p<0,01), G (R>0,99 en p<0,01) en R (R>0,99 en p<0,01) en aangezien de gemiddelde snelheid en de standaarddeviaties voor de COMv (W: 1,54±0,18 ms -1, G: 3,08±0,38 ms -1, R: 3,21±0,29 ms -1 ) en Pelvisv (W: 1,54±0,16 ms -1, G: 3,07±0,38 ms -1, R: 3,21±0,27 ms -1 ) bijna identiek zijn, is bij de bespreking van de snelheid bij W, R en G gebruik gemaakt van de Pelvisv omdat deze meer data gaf, in vergelijking met de COMv. Indien de COMv niet beschikbaar was werd ook gebruik gemaakt van Pelvisv voor het berekenen van o.a. staplengte. Gepaarde T-testen toonden aan dat de voorkeurssnelheid van W (1,54±0,16 ms -1 ) significant kleiner is dan deze van R (3,21±0,27 ms -1 )( t = -27,77 en p<0,01) en dat de voorkeurssnelheid 43

52 ST (s) SF (s -1 ) en SL (m) RESULTATEN van W significant kleiner is dan deze van G (3,07±0,38 ms -1 )(t = -16,04 en p<0,01). De voorkeurssnelheden van G en R waren niet significant verschillend (p=0,18). De snelheid waaraan proefpersonen galopperen ligt dicht tegen de snelheid waaraan proefpersonen lopen. Anova-testen (F=221,917, p<0,01 en p=0,28 Schredefrequentie en schredelengte W, G en R voor Levene s test) tonen aan dat de SF van 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 W G R SF SL W (1,01±0,06s -1 ) significant kleiner is dan deze van R (1,39±0,05s -1 )( p<0,01) en van G (1,62±0,10s -1 )( p<0,01) en dat de SF van R significant kleiner is dan deze van G (p<0,01). Anova-testen (F=63,325, p<0,01 en p=0,12 Schredetijd W, G en R 1,00 0,80 0,60 0,40 ST 0,20 0,00 W G R Figuur 2: schredetijd, schredefrequentie en schredelengte bij W, G en R aan voorkeurssnelheid. voor Levene s test) tonen aan dat de SL van W (1,52±0,10m) significant kleiner is dan deze van R (2,32±0,19m)(p<0,01) en deze van G (1,88±0,21m)(p<0,01) en dat de SL van G significant kleiner is dan deze van R (p<0,01). Anova-testen (F=263,851, p<0,01 en p=0,15 voor Levene s test) tonen aan dat de ST van W (0,99±0,05s) significant groter is dan deze van R (0,72±0,03s)(p<0,01) en deze van G (0,62±0,04s) (p<0,01) en dat de ST van R significant groter is dan deze van G (p<0,01). Deze data zijn ook weergegeven in figuur 2 om een duidelijk beeld te scheppen. Gepaarde T-testen tonen aan dat de duur van de steunfase niet significant verschillend is tussen het linker- en rechterbeen bij W (p=0,32 en t=-1,05) en bij R (p=0,463 en t=0,76) en dat deze niet significant verschillend is tussen het leidend been en het afzetbeen bij G (p=0,14 en t=1,60). Anova-testen (F=536,700, p<0,01 en p=0,40 voor Levene s test) tonen aan dat de duur van de steunfase van W (0,58±0,04s) significant groter is dan deze van het afzetbeen bij G (0,22±0,03s)(p<0,01), het leidend been bij G (0,23±0,02s)(p<0,01) en R 44

53 Duur steunfase (s) en DF RESULTATEN (0,23±0,02s)(p<0,01). Er is geen significant verschil tussen de duur van de steunfase van R en zowel het leidend been (p=0,99) als het afzetbeen (p=0,93) bij G (figuur 3). 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Figuur 3: DF en steunfase van W, het afzetbeen bij G, het leidend been bij G en R tijdens locomotie aan voorkeurssnelheid. Gepaarde T-testen tonen aan dat er een significant verschil is tussen de DF van W (0,59±0,01) en R (0,32±0,03)(p<0,01 en t=-36,45), tussen de DF van W en de DF van het leidend been bij G (0,38±0,03)(p<0,01 en t=27,42) en tussen de DF van W en de DF van het afzetbeen bij G (0,37±0,03)(p<0,01 en t=27,98). Ook de DF van R verschilt significant van deze van het leidend been (p<0,01 en t=5,34) en het afzetbeen (p<0,01 en t=5,30) bij G. De DF verschilt niet significant tussen het leidend been en het afzetbeen bij G (p=0,15) (figuur 3). DF en Duur Steunfase DF Duur Steunfase W Gafzet Gleidend R WRT Bij de transities worden spatiotemporele data zowel per stap als per schrede weergegeven. De data per stap hebben als voordeel dat ze een meer gedetailleerd beeld geven, de data per schrede hebben als voordeel dat er beter kan vergeleken worden tussen de verschillende locomotievormen aangezien het asymmetrisch karakter van galop het moeilijk maakt om de data per stap te interpreteren. De parameters per stap worden naar analogie met de schredes als volgt benoemd: staplengte (STL), stapfrequentie (STF) en staptijd (STT). Anova-testen (F=6,168 en p<0,01 en p=0,78 voor Levene s test) tonen aan dat de COMv voor stap HC0 (2,38±0,22 ms -1 ) significant kleiner is dan de COMv voor stap HC00 (2,82±0,26 ms -1 )(p<0,05). De grootste sprong (0,44±0,34 ms -1 ) in de snelheid wordt gemaakt tussen stap HC0 en HC00. De transitiesnelheid (de snelheid in stap HC00) voor de WRT bedraagt 2,82±0,26 ms -1. Stap HC-1 en HC-11 ontbreken in bovenstaande vergelijking door een tekort aan data. Bij verdere analyses van Pelvisv, STT, STL en STF werd stap HC-1 niet in rekening gebracht doordat er te weinig data voorhanden waren. De snelheidssprong van stap HC0 (2,38±0,36 45

54 RESULTATEN ms -1 ) naar stap HC00 (2,80±0,25 ms -1 )(p<0,05) wordt ook gezien in Pelvisv aan de hand van Anova-testen (F=10,301 en p<0,01 en p=0,41 voor Levene s test) maar er wordt meer belang gehecht aan de COMv omdat de Pelvisv geen rekening houdt met de positie van de andere lichaamssegmenten. De snelheid van het LZP neemt toe van stap HC-1 naar stap HC 11 van 2,04±0,00 ms -1 naar 3,05±0,28 ms -1. De WRT gaat gepaard met een snelheidstoename van 1,01±0,28 ms -1, vanaf de schrede voor transitie tot en met de schrede na transitie. Omdat de Levene s test significant is kunnen geen Anova s berekend worden voor STT en STF. Deze worden daarom kwalitatief besproken. De STT blijft constant tot stap HC00 (0,43±0,03s) om vanaf dan duidelijk te verminderen in stap HC1 (0,38±0,01s) en constant te blijven tot stap HC11(0,37±0,01s). Ook de STF blijft constant tot stap HC00 (2,33±0,15s -1 ) om dan sterk te stijgen naar stap HC1 (2,66±0,05s -1 ) en constant te blijven tot stap HC11 (2,69±0,10s -1 ). Anova-testen (F= 8,094 en p<0,01 en p =0,70 voor de Levene s test) tonen aan dat de STL voor stap HC0 (0,98±0,09m) significant kleiner is dan de STL voor stap HC00 (1,22±0,12m). Deze bevindingen worden weergegeven in figuur 4. De STT blijft bij de WRT constant tot stap HC00 om na stap HC00 sterk te dalen. Toch is er een opvallende toename in de snelheid van stap HC0 naar stap HC00. Dit betekent dat de STL in HC00 groter moet zijn dan in de voorafgaande passen en dit blijkt ook effectief zo te zijn in de besproken data. De transitiepas (HC00) is een langere pas dan de voorafgaande wandelpas en een langere pas dan de volgende looppas. Er is dus symmetrie tussen het linker- en rechterbeen in W, daarna asymmetrie in de transitie en dan opnieuw symmetrie in R. Vanaf de eerste looppas (HC1) neemt de STT af en zal ook de STL terug dalen maar de snelheid blijft stijgen waardoor de STF zal toenemen. Binnen de schredes worden dezelfde bevindingen teruggevonden. De COMv neemt toe van schrede WRT-1 (2,08±0,00 ms -1 ) naar schrede WRT0 (2,74±0,27 ms -1 ) tot schrede WRT1 (2,99±0,27 ms -1 ). Ook hier situeert de grootste snelheidstoename zich van schrede WRT-1 naar schrede WRT0. Gelijkaardig aan de COMv neemt ook Pelvisv toe van schrede WRT-1 (2,08±0,00 ms -1 ) naar schrede WRT 0 (2,67±0,28 ms -1 ) naar schrede WRT 1 (3,03±0,27 ms -1 ). Ondanks de snelheidstoename overheen alledrie de schredes, daalt de ST enkel van 46

55 STF (s -1 ) en STL (m) SF (s -1 ) en SL (m) STT (s) ST (s) Snelheid (m/s) Snelheid (m/s) RESULTATEN schrede WRT 0 (0,85±0,05s) naar schrede WRT 1 (0,75±0,02s). De SL neemt sterk toe van schrede WRT-1 (1,73±0,00m) naar schrede WRT 0 (2,35±0,25m) en daalt licht naar 2,25±0;20m bij schrede WRT 1. De SF daalt zeer licht van schrede WRT-1 (1,21±0,00s -1 ) naar schrede WRT 0 (1,18±0,07s -1 ) en neemt dan toe naar schrede WRT 1 (1,34±0,03s -1 ). Snelheid per stap WRT Snelheid per schrede WRT 5,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 COMv v 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 COMv v WRT -1 WRT 0 WRT 1 Staptijd WRT Schredetijd WRT 1,00 1,00 0,80 0,80 0,60 0,60 0,40 STT 0,40 ST 0,20 0,20 0,00 0,00 HC-1 HC-11 HC0 HC00 HC1 HC11 WRT -1 WRT 0 WRT 1 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Stapfrequentie en staplengte WRT HC-1 HC-11 HC0 HC00 HC1 HC11 STF STL 6,00 4,00 2,00 0,00 Schredefrequentie en schredelengte WRT WRT -1 WRT 0 WRT 1 SF SL Figuur 4: Snelheid, staptijd, stapfrequentie en staplengte bij de WRT Snelheid, schredetijd, schredefrequentie en schredelengte bij de WRT 47

56 RESULTATEN GRT Anova-testen (F=1,195 en p=0,33 en p= 0,15 voor Levene s test) tonen aan dat er geen significante verschillen zijn voor de COMv tussen de opeenvolgende stappen in de GRT. Er is dus geen significante snelheidssprong in de transitie in tegenstelling tot de WRT. In figuur 5 is te zien dat de COMv vooral toeneemt tot de transitiestap HC00 (3,83±0,34 ms -1 ) en vanaf dan redelijk constant blijft. Anova-testen (F=81,282 en p<0,01 en p=0,13 voor Levene s test) tonen aan dat de STT significant kleiner is in stap HC-1 (0,18±0,02s) dan in stap HC-11(0,40± 0,03s)(p<0,01), dat de STT in stap HC-11 significant groter is dan in stap HC0(0,19±0,05s)(p<0,01), dat de STT in stap HC0 significant kleiner is dan de STT in stap HC00 (0,40± 0,03s)(p<0,01) en dat de STT in stap HC00 significant groter is dan de STT in stap HC1(0,33±0,02s)(p<0,01). Dit toont het asymmetrische karakter van G tot stap HC00 en het symmetrische karakter van R vanaf stap HC1. De transitie zelf is dus nog asymmetrisch zoals de voorgaande locomotievorm (G) en vanaf stap HC1 is men aan het R. Anova-testen (F=52,405 en p<0,01 en p <0,01 voor Levene s test ) kunnen niet gebruikt worden bij STF maar in figuur 5 is duidelijk te zien dat er asymmetrie is in stap HC-11 en stap HC-1 door G. Stap HC0 en stap HC00 behouden die asymmetrie en zijn van een gelijkaardige grootte. Anova-testen (F=40,931 en p<0,01 en p=0,33 voor Levene s test) tonen aan dat de STL in stap HC-1 (0,62±0,11m) significant kleiner is dan in stap HC-11 (1,42±0,21m), dat deze in stap HC-11 significant groter is dan in stap HC0 (0,71±0,15m), dat deze in stap HC0 significant kleiner is dan in stap HC00 (1,54±0,17m) en dat deze in stap HC00 significant groter is dan in stap HC1 (1,27±0,12m). De symmetrie tussen stap HC1 en stap HC11 in STL, STF, STT en COMv geven de indruk dat men vanaf stap HC1 aan het lopen is. Stap HC0 en HC00 lijken op het gebied van STF en STT nog te behoren tot galop. In de STL is stap HC00 groter dan de STL van de voorgaande galoppas en groter dan de volgende looppas. 48

57 STF (s -1 ) en STL (m) SF (s -1 ) en SL (m) STT (s) ST (s) snelheid (m/s) Snelheid (m/s) RESULTATEN Snelheid per stap GRT Snelheid per schrede GRT 5,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 COMv v 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 COMv v GRT-1 GRT 0 GRT 1 Staptijd GRT Schredetijd GRT 1,00 1,00 0,80 0,80 0,60 0,40 STT 0,60 0,40 ST 0,20 0,20 0,00 0,00 HC-1 HC-11 HC0 HC00 HC1 HC11 GRT-1 GRT 0 GRT 1 Stapfrequentie en staplengte GRT Schredefrequentie en schredelengte GRT 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 STF STL 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 SF SL HC-1 HC-11 HC0 HC00 HC1 HC11 GRT-1 GRT 0 GRT 1 Figuur 5: Snelheid, staptijd, stapfrequentie en staplengte bij de GRT Snelheid, schredetijd, schredefrequentie en schredelengte bij de GRT Anova-testen (F=1,656 en p=0,22 en p=0,57 voor Levene s test) wijzen er op dat de COMv tussen opeenvolgende schredes niet opvallend verschilt. Er is dus geen snelheidssprong zoals bij de WRT. Anova-testen (F=8,380 en p<0,05 en p=0,20 voor Levene s test) tonen aan dat de ST voor schrede GRT0 (0,59±0,06s) significant kleiner is dan de ST voor schrede GRT1 (0,67±0,02s)(p<0,01). De ST verschilt dus niet opvallend tussen schrede GRT-1 en GRT0. Anova-testen (F=7,975 en p<0,01 en p=0,15 voor Levene s test) tonen aan dat SF significant 49

58 RESULTATEN groter is in schrede GRT0 (1,72±0,16s -1 ) dan in schrede GRT1(1,50±0,05s -1 ) (p<0,01) maar dat de SF niet significant verschilt tussen schrede GRT-1 en schrede GRT0. Anova-testen (F= 5,863 en p< 0,05 en p= 0,68 voor Levene s testen) tonen aan dat SL niet significant verschilt tussen opeenvolgende schredes. De transitieschrede GRT0 lijkt eerder aan te sluiten bij G dan bij R wegens de overeenkomsten met GRT-1 op spatiotemporeel gebied. De nieuwe locomotievorm in schrede GRT 1, verschilt duidelijk in de spatiotemporele karakteristieken van de voorgaande schredes (GRT -1 en GRT 0) WGT Anova-testen tonen aan dat zowel de COMv (F=4,215 en p<0,01 en p=0,210 voor Levene s test) als de Pelvisv (F=5,553 en p<0,01 en p= 0,516 voor Levene s test) niet significant verschillen tussen opeenvolgende stappen, al is stap HC-1 hierin niet opgenomen en zijn er weinig data voor stap HC-11. In figuur 6 is echter te zien dat de snelheid sterk toeneemt met 0,44±0,38 ms -1 van stap HC-11 (2,16±0,03 ms -1 ) naar stap HC0 (2,60±0,38 ms -1 ). Deze toename wijst op een snelheidssprong die echter niet statistisch kan bevestigd worden. In figuur 6 is te zien dat de snelheid duidelijk toeneemt van stap HC-1 naar stap HC11. De WGT gaat dus gepaard met een snelheidstoename, zoals bij de WRT. De transitiesnelheid (de snelheid in stap HC00) bedraagt 2,66±0,24 ms -1. Anova-testen (F= 8,593 en p<0,01 en p=0,193 voor Levene s test) tonen aan dat de STT voor stap HC0 (0,41±0,03s) significant kleiner is dan de STT voor stap HC00 (0,44±0,03s) (p=0,05), dat de STT voor stap HC00 significant groter is dan de STT voor stap HC1 (0,38±0,01s)(p<0,01) en dat de STT voor stap HC1 significant kleiner is dan de STT voor stap HC11 (0,42±0,02s)(p<0,01). De verschillen zijn echter relatief klein maar de STT voor stap HC00 (0,44±0,03s) is de grootste van alle stappen. In figuur 6 is bij de STT ook de asymmetrie vanaf stap HC1 te merken omdat de proefpersonen daar aan het galopperen zijn. Anova-testen (F=7,867 en p<0,01 en p= 0,195 voor Levene s test) tonen aan dat de STF voor stap HC00 (2,28±0,16s -1 ) significant kleiner is dan de STF voor stap HC1 (2,65±0,07s -1 ) (p<0,01) en dat de SF voor stap HC1 significant groter is dan de SF voor stap 50

59 STF (s -1 ) en STL (m) SF (s -1 ) en SL (m) STT (s) ST (s) Snelheid (m/s) Snelheid (m/s) RESULTATEN HC11(2,40±0,13s -1 ) (p<0,01). Dit komt door de asymmetrie tussen stap HC1 en stap HC11 door G. Anova-testen (F=5,093 en p<0,01 en p=0,835 voor Levene s test) tonen aan dat de STL voor stap HC1(1,07±0,13m) significant kleiner is dan de STL in stap HC11(1,25±0,16m) (p<0,05) door de asymmetrie in G. Stap HC-1 is hier niet in opgenomen door een tekort aan data. Stap HC00 (1,17±0,12) is langer dan de voorgaande passen. Snelheid per stap WGT Snelheid per schrede WGT 5,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 COMv v 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 WGT-1 WGT 0 WGT 1 COMv v Staptijd bij WGT Schredetijd WGT 1,00 1,00 0,80 0,80 0,60 0,40 STT 0,60 0,40 ST 0,20 0,20 0,00 HC-1 HC-11 HC0 HCOO HC1 HC11 0,00 WGT-1 WGT 0 WGT 1 Stapfrequentie en staplengte WGT 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 HC-1 HC-11 HC0 HC00 HC1 HC11 STF STL 6,00 4,00 2,00 0,00 Schredefrequentie en schredelengte WGT WGT-1 WGT 0 WGT 1 SF SL Figuur 6: Snelheid, staptijd, stapfrequentie en staplengte bij de WGT Snelheid, schredetijd, schredefrequentie en schredelengte bij de WGT 51

60 RESULTATEN Anova-testen tonen aan dat de COMv (F= 4,934 en p<0,05 en p= 0,138 voor Levene s test) en Pelvisv (F=4,654 en p<0,05 en p= 0,377 voor Levene s test) voor de schredes niet significant verschillen tussen opeenvolgende stappen. Anova-testen (F= 7,520 en p<0,01 en p= 0,445 voor Levene s test) tonen aan dat de ST voor schrede WGT0 (0,85±0,04s) significant kleiner is dan de ST voor schrede WGT1 (0,80±0,03s)(p<0,01). Anova-testen (F= 6,686 en p<0,01 en p=0,724 voor Levene s test) tonen aan dat de SF voor schrede WGT0 (1,18±0,06s -1 ) significant kleiner is dan de SF voor schrede WGT1 (1,26±0,05s -1 ) (p<0,01). Anova-testen (F= 3,645 en p<0,05 en p=0,366 voor Levene s test) tonen aan dat de SL voor schrede HC-1 (1,81±0,08m) significant kleiner is dan in schrede WGT0 (2,29±0,26m) (p<0,05) In de WGT is het zo dat de proefpersonen vanaf stap HC1, op spatiotemporeel gebied volledig in de nieuwe locomotievorm zitten Transitiesnelheid Anova testen (F=47,026, p<0,01 en p=0,739 voor Levene s test) tonen aan dat de transitiesnelheid van de WRT (2,85±0,26 ms -1 ) significant verschilt van de transitiesnelheid van de GRT (3,83±0,34 ms -1 ) (p<0,01) maar niet van de transitiesnelheid van de WGT (2,66±0,24 ms -1 ) (p=0,410). Ook de transitiesnelheid van de GRT verschilt significant van de transitiesnelheid van de WGT (p<0,01). 52

61 RESULTATEN 3.2. Kinematica W, R en G Figuur7: kinematica enkel-, knie- en heuphoek voor W, R en G 53

62 RESULTATEN In figuur 7 is de kinematica van W, R en G weergegeven voor de enkel, knie en heup. Op de x-as staat de schrededuur weergegeven in % en op de y-as staat de hoek weergegeven in graden. De waarden worden telkens weergegeven vanaf hielcontact tot het volgende hielcontact van hetzelfde been. Bij W en R wordt er telkens 1 schrede beschreven voor zowel het linker- als het rechterbeen. Hierdoor valt het verloop van beide benen samen, wat het vergelijken tussen linker- en rechterbeen gemakkelijk maakt. Voor G zijn de grafieken weergegeven vanaf het hielcontact van het afzetbeen tot het volgende hielcontact van het afzetbeen. Het verloop van het leidend been is in dezelfde schrede weergegeven om het reële verloop van de beweging te zien. Bij W en R maakt de donkere lijn onderaan de X-as in de grafiek de duur van de steunfase duidelijk waardoor de grafiek gemakkelijker te interpreteren is. Voor G zijn de steunfases weergegeven in dezelfde kleur als het bewegingsverloop van het overeenkomstige been, waardoor ook de dubbele steunfase en de zweeffase zichtbaar zijn. Een waarde van 0 komt overeen met de anatomische positie. Een positieve waarde bij de enkel betekent dorsiflexie (DFL), een negatieve waarde betekent plantairflexie (PFL). Bij de knie betekent een waarde van 0 volledige extensie en komt een negatieve waarde overeen met flexie. In de heup betekent een negatieve waarde flexie en een positieve waarde extensie. De enkel-, knie- en heuphoek beschrijven het te verwachten patroon bij zowel W als R (figuur 7). Het kinematisch verloop van de enkel, knie en heup vertonen geen verschillen tussen het linker- en het rechterbeen, aangezien de waarden telkens binnen de standaarddeviaties vallen van het tegenovergestelde been. Bij de enkelhoek van W lijkt er wel een verschil tussen links en rechts, maar ook hier vallen de waarden nog steeds binnen de standaarddeviaties. Voor G is de enkel meer in PFL (-13,49±9,60 ) bij het hielcontact van het afzetbeen (op 0% van de schrededuur) in vergelijking met W (-0,31±3,28 ) en R (6,31±5,11 ). Hierna gaat de enkel van het afzetbeen in DFL (zoals bij R) en wordt de afstoot voorbereid door opnieuw naar PFL te gaan. De waarde van de enkel bedraagt op het moment van de afstoot -22,53±9,96 wat wijst op een DFL voor het afzetbeen en -27,82±4,39 voor het leidend been dat op dat moment ook in DFL is. Tijdens de zwaaifase van het afzetbeen blijft de enkel steeds in PFL zoals bij W. De enkel van het leidend been is in een neutrale positie bij hielcontact (1,75±3,19 ) (op 29% van de schrededuur), gevolgd door een kleine PFL. Nadien gaat de enkel in DFL. Tot slot wordt de afstoot ingezet door steeds meer in PFL te gaan. 54

63 RESULTATEN Voor het vergelijken van de maximale enkelhoeken tijdens de steunfases van W, R, het leidend been en het afzetbeen bij G kon geen Anova uitgevoerd worden (Levene s test: p=0,043). Independent sample t-testen tonen aan dat de maximale enkelhoek van het afzetbeen bij G tijdens de steunfase (18,96±4,04 ) niet significant verschilt van de maximale enkelhoek tijdens de steunfase bij R (19,77± 3,25 ) (t=-1,04 en p=0,303). De maximale enkelhoek van het leidend been (7,71±5,32 ) verschilt niet significant van de maximale enkelhoek bij W(7,05±3,76 ) (p=0,871) (t=-0,75 en p=0,454). Het verloop van de enkel van het afzetbeen tijdens de steunfase lijkt op het verloop van R tijdens de steunfase terwijl het verloop van het leidend been van de enkel tijdens de steunfase eerder op het verloop van de enkel van W tijdens de steunfase lijkt. Voor het vergelijken van de minimale enkelhoeken tijdens de zwaaifase werden independent sample t-testen uitgevoerd. De minimale enkelhoek van het afzetbeen bij G (-20,06±9,19 ) verschilt niet significant van de minimale enkelhoek bij W (-19,66±6,65 ) (t=0,172 en p=0,865). De minimale enkelhoek van het leidend been (-28,35±4,91 ) verschilt niet significant van deze van R (-30,19±6,01 ) (t=1,596 en p=0,114). Het verloop van de enkel van het afzetbeen tijdens de zwaaifase lijkt op het verloop van W tijdens de zwaaifase, terwijl het verloop van de enkel van het leidend been bij G tijdens de zwaaifase meer gelijkenissen vertoont met R. De range of motion bij het afzetbeen bedraagt 42,04±10,90 (van -23,08±10,11 tot 18,96±4,07 ), de range of motion bij het leidend been bedraagt 36,44±6,82 (van -28,73±4,26 tot 7,71±5,32 ). De range of motion van de knie van het afzetbeen (56,6±11,37 ; van -6,86±5,91 tot -63,46±9,71 ) is veel kleiner dan die van de knie bij R (87,03±16,51 ; van -9,19±6,16 tot -96,22±15,32 ). De knie van het afzetbeen is bij hielcontact in lichte flexie (-12,55±5,95 ). Daarna gaat de knie meer in flexie, om vervolgens te strekken (vanaf ongeveer 15% van de schrededuur) en af te stoten. Deze strekking initieert net voor de start van de PFL in de enkel. De knie van het leidend been beschrijft tijdens de steunfase een gelijkaardig verloop als het afzetbeen maar is tijdens de zwaaifase minder in flexie. Op het moment van de afstoot is het been niet volledig gestrekt, zoals dit ook het geval is bij R, maar nog steeds in lichte flexie. Anova-testen (F=128,26, p<0,001 en Levene s test: p=0,334) tonen aan dat de minimale kniehoek tijdens de steunfase van het afzetbeen (-37,85±5,50 ) significant kleiner is dan de minimale kniehoek tijdens de steunfase van W (-21,47±6,66 ; p<0,001) en significant groter 55

64 RESULTATEN is dan bij R(-44,61±6,43 ; p<0,001) en het leidend been bij G (-44,89±7,45 en p<0,001). De minimale kniehoek van het leidend been tijdens de steunfase (-44,89±7,45 ) verschilt niet significant van de minimale kniehoek tijdens de steunfase van R (p=0,99). De kniehoek van beide benen bij G vertoont gelijkenissen met de steunfase van R en algemeen is er minder flexie. De heuphoek van het afzetbeen begint met een lichte flexie van 20,91±8,92 bij het hielcontact en gaat hierna over naar extensie tijdens de afstoot. De range of motion van de heup voor het afzetbeen (30,88±13,42 ; van -5,31±9,18 tot 25,57±9,79 ) is kleiner dan deze bij W (46,67 ) of R (54,88 ) en bij het leidend been (44,85±9,16 van 3,54±4,73 tot 48,39±7,85 ). De heuphoek van het leidend been blijft steeds in flexie en heeft een range of motion van 44,85±9,16 (van 3,54±4,73 tot 48,39±7,85 ). Tijdens de afstoot van het leidend been, vertoont de heup het minste flexie. Zoals bij R en W is er in de heup minimale flexie op het moment van de afstoot en maximale flexie op het moment van HC (hielcontact), zowel bij het afzetbeen als het leidend been WRT In figuur 8 is de kinematica van de WRT aan voorkeursversnelling weergegeven. Deze is net zoals bij de kinematica van G weergegeven vanaf het hielcontact van het eerste been (rood) tot het volgende hielcontact van hetzelfde been. Het been dat het eerst contact maakt met de grond wordt benoemd als eerste been. Er wordt dus geen onderscheid gemaakt tussen links en rechts, aangezien we bij de condities W en R aan voorkeurssnelheid aantoonden dat er geen verschil is in de beweging van het linker- en het rechterbeen. Het tegenovergestelde been (blauw) wordt weergegeven vanaf een moment ergens in de zwaaifase tot hetzelfde moment in de volgende zwaaifase van hetzelfde been. Bij het bespreken van de resultaten wordt gesproken over eerste been en tegenovergestelde been. Proefpersonen kunnen de transitie maken met zowel het linkerbeen als met het rechterbeen. De enkelhoek van schrede WRT-1 gaat bij beide benen veel sneller in PFL, halverwege de steunfase dan bij W. Dit is het geval voor beide benen. Het tegenovergestelde been blijft gedurende de volledige schrede in PFL. De PFL op het einde van de steunfase is veel groter in schrede WRT-1 vergeleken met W voor beide benen. 56

65 RESULTATEN Figuur 8: enkel-, knie- en heupkinematica van WRT voor schrede WRT-1, WRT0 en WRT1 57

66 RESULTATEN Tijdens de transitieschrede (WRT0) vertoont het eerste been grote gelijkenissen met schrede WRT-1 maar gaat het op het einde van de schrede (rond 80%) meer in DFL. Het tegenovergestelde been gaat in DFL (tot 19,04±6,77 ) tijdens de steunfase (vanaf 50%). Deze DFL wordt reeds voorbereid in het laatste deel van de zwaaifase. De grootste DFL voor het tegenovergestelde been wordt bereikt halverwege de steunfase, zoals bij R. Hoewel de spatiotemporele eigenschappen bij schrede WRT 0 sterke gelijkenissen vertonen met deze van G (opeenvolging van enkele steun, dubbele steun, enkele steun en zweeffase) is de kinematica niet gelijkaardig. De enkelhoek tijdens schrede WRT1 komt voor beide benen overeen met de enkelhoek bij R. In schrede WRT-1 gaan de knieën meer strekken dan bij W. Er is zelfs sprake van een lichte overstrekking. Dit zou kunnen te wijten zijn aan een foutieve markerplaatsing bij een bepaalde proefpersoon. Voor schrede WRT-1 zijn er resultaten beschikbaar voor slechts 1 (en voor bepaalde delen in het verloop 2) proefperso(o)n(en). Het verloop van de kniehoek beschrijft bij schrede WRT-1 een verloop dat sterk gelijkt op het normale verloop van W. Tijdens schrede WRT0 lijkt het verloop van beide knieën, tot aan het hielcontact van het tegenovergestelde been (stap HC0), sterk op W. Vanaf het hielcontact van het tegenovergestelde been (stap HC00) vertoont het verloop van de knie van het tegenovergestelde been meer gelijkenissen met R, door een grotere flexie tijdens de steunfase. Deze flexie wordt reeds voorbereid op het einde van stap HC0 (rond 40% van de schrededuur). Het eerste been vertoont tijdens stap HC00 een verloop dat zich bevindt tussen het verloop van de knie van W en R. Tijdens schrede WRT1 komt de kniehoek volledig overeen met de kniehoek bij R. De heuphoeken van W en R lijken sterk op elkaar. Hierdoor is het moeilijk te onderscheiden vanaf welk moment de nieuwe locomotievorm ingezet wordt. De extensie van de heup neemt af van schrede WRT-1, naar schrede WRT0, naar schrede WRT1. Tijdens schrede WRT0 is er vanaf stap HC00 meer flexie in het tegenovergestelde been in vergelijking met W. Deze flexie wordt voorbereid in de zwaaifase van het tegenovergestelde been op het einde van stap HC0 (rond 40% van de schrede). Tijdens de WRT1 schrede komt het heupverloop overeen met het heupverloop van R. 58

67 RESULTATEN GRT In figuur 9 is de kinematica van de GRT aan voorkeurssnelheid weergegeven. Deze is weergegeven vanaf het hielcontact van het afzetbeen (rood) tot het volgende hielcontact van het afzetbeen. De waarden voor het afzetbeen werden samengenomen van de personen met het linkerbeen als afzetbeen en de personen met het rechterbeen als afzetbeen. Ook de waarden voor het leidend been werden samengenomen. Het leidend been (blauw) wordt weergegeven vanaf een moment ergens in de zwaaifase tot hetzelfde moment in de volgende zwaaifase van het leidend been. In schrede GRT-1 vertoont het afzetbeen een grotere PFL op het einde van de steunfase en tijdens de zwaaifase wanneer dit vergeleken wordt met G. De enkel van het leidend been beschrijft tijdens schrede GRT-1 een gelijkaardig patroon als dat van G. Tijdens schrede GRT0 blijven beide benen het verloop van G vertonen tot stap HC00 (op 30% van de schrededuur). In stap HC00 gebeuren de aanpassingen naar R. Er is een grotere DFL in het leidend been tijdens de steunfase en meer PLF in het afzetbeen naar het einde van de schrede toe in vergelijking met schrede GRT-1. Het leidend been vertoont tijdens de steunfase in stap HC00 al grote gelijkenissen met R, terwijl het afzetbeen tijdens stap HC00 een configuratie bezit tussen deze van G en R. De aanpassingen naar de nieuwe locomotievorm vinden hoofdzakelijk plaats binnen stap HC00. Toch is er ook, zij het in mindere mate dan bij de WRT, een preparatie te zien in de zwaaifase (van het leidend been) door een grotere DFL net voor stap HC00. Bij de GRT 1 komt het verloop van de enkel volledig overeen met het verloop van de enkel bij R. De kniehoek van schrede GRT-1 vertoont een gelijkaardig patroon als dat van G, voor zowel het leidend als het afzetbeen, met een iets grotere flexie tijdens de zwaaifase bij het afzetbeen. Tijdens schrede GRT 0 wordt tijdens de eerste stap (HC0) het verloop van G beschreven door het leidend been en het afzetbeen. Tijdens de tweede stap (HC00) vertoont het leidend been reeds een sterke gelijkenis met R en vertoont het afzetbeen een verloop tussen dat van G en R. De steunfase van het leidend been wordt langer in schrede GRT0. Tijdens schrede GRT1 vertonen beide knieën het verloop van R. 59

68 RESULTATEN Figuur 9: enkel-, knie- en heupkinematica van GRT voor schrede GRT-1, GRT0 en GRT1 Tijdens schrede GRT-1 vertoont de heup van het afzetbeen een grotere extensie tijdens de steunfase in vergelijking met G. Het leidend been vertoont minder flexie tijdens de zweeffase 60

69 RESULTATEN voor het hielcontact en gaat meer richting extensie op het einde van de steunfase in vergelijking met G. In het begin van schrede GRT0 (tot 30% van de schrededuur) vertonen beide heupen nog het patroon van G. Tijdens de steunfase van het afzetbeen, is er in het leidend been reeds meer flexie in de heup. Bij schrede GRT 0 vertoont het afzetbeen een verdubbeling in flexie ten opzichte van schrede GRT-1 tijdens de zwaaifase (vanaf 70% van de schrededuur). In het leidend been is er daarentegen meer extensie merkbaar op het einde van de steunfase (vanaf 70% van de schrededuur). Men spreekt hier van omschakelingssymmetrie, waardoor de heup het locomotiepatroon van R zal vertonen. Vanaf stap HC00 binnen schrede GRT 0 vertonen beide heupen een patroon dat reeds sterk gelijkt op dat van R. Tijdens schrede GRT 1 is het patroon van beide heupen reeds volledig gelijkaardig aan het patroon van R WGT De kinematica van de WGT is weergegeven in figuur 10. De schredes werden op dezelfde manier benoemd als bij de GRT. Er werd dus opnieuw geen onderscheid gemaakt tussen het linker- en het rechterbeen, maar enkel tussen het leidend been en het afzetbeen. Ook tijdens schrede WGT-1, waar de proefpersonen nog niet aan het galopperen zijn, wordt voor alle duidelijkheid ook reeds gebruik gemaakt van de term leidend been, voor het been dat tijdens het galopperen zal leiden en van de term afzetbeen voor het been dat tijdens het galopperen achteraan zal blijven. Tijdens schrede WGT-1 vertonen de enkelhoeken hetzelfde patroon als bij schrede WRT-1. Dit betekent minder DFL tijdens de steunfase dan bij W, bij zowel het leidend been als het afzetbeen. Beide enkels gaan ook in veel grotere PFL op het einde van de afstoot dan dat dit het geval is bij W. Tijdens het eerste deel van schrede WGT0 (stap HC0) vertoont het verloop van beide benen gedurende een korte periode gelijkenissen met schrede WGT-1. Vanaf het hielcontact van het leidend been in schrede WGT 0 vertoont het verloop van de enkel van het leidend been sterke gelijkenissen met het leidend been bij G. Het verloop van het zwaaibeen wijkt vanaf 20% van schrede WGT0 af van zowel W als G. In vergelijking met schrede WGT-1 is er in de eerste stap (HC0) meer DFL in de enkel van het afzetbeen en minder PFL in het leidend been. In de transitiepas (HC00) vertoont het leidend been een grotere DFL tijdens de steunfase. Bij schrede WGT 1 is het patroon van de enkel gelijkend aan het patroon van de enkel van G. 61

70 RESULTATEN Figuur 10: Enkel-, knie- en heupkinematica van WGT voor schrede WGT-1, WGT0, WGT1 62

71 RESULTATEN Bij de kniehoek van schrede WGT-1 valt op dat beide knieën tijdens de steunfase in extensie gaan (lichte overstrekking). Dit kan te wijten zijn aan foutieve markerplaatsing bij een bepaalde proefpersoon, omdat bij schrede WGT-1 er slechts van 4 proefpersonen gegevens beschikbaar waren. De kniehoek van schrede WGT-1 vertoont sterke gelijkenissen met schrede WRT-1 en W. In het eerste deel van schrede WGT0 (stap HC0) vertoont het afzetbeen veel minder extensie dan in schrede WGT-1. Er is geen gelijkenis te zien met de voorgaande of de volgende locomotievorm. Het leidend been vertoont in het begin van schrede WGT0 (tot 30% van de schrededuur) wel gelijkenissen met de voorgaande locomotievorm. Vanaf stap HC00 vertonen beide benen een verloop dat reeds gelijkenissen vertoont met G. Hierdoor zal na de zweeffase het galoppatroon in beide benen aanwezig zijn vanaf WGT 1. De heuphoek in schrede WGT-1 vertoont een grotere extensie naar het einde van de steunfase toe van zowel het leidend been als het afzetbeen vergeleken met W. Tijdens schrede WGT0 vertoont het verloop van de heup in het leidend been en het afzetbeen een overeenkomst met W tot ongeveer 30% van de schrededuur. Nadien wordt het voetcontact zoals in G voorbereid in het leidend been. Hierdoor vertoont het leidend been vanaf stap HC00 een configuratie die overeenkomt met G. Het afzetbeen past zich tijdens stap HC00 aan, aan de nieuwe locomotievorm zodat beide benen vanaf schrede WGT1 een verloop beschrijven zoals bij G, al is er een kleinere flexie in de heup van het afzetbeen bij schrede WGT1 in vergelijking met G. 63

72 RESULTATEN 3.3. Grondreactiekrachten In de bespreking van de grondreactiekrachten (GRKen) wordt enkel aandacht besteed aan de verticale en de horizontale GRKen. Met de horizontale GRKen worden de krachten in de locomotierichting bedoeld, de voor-achterwaartse krachten. Deze zijn eerder onconventioneel: positief voor de afremmende kracht en negatief voor de versnellende kracht. Dit heeft te maken heeft met de oriëntatie van de krachtmeetplaten ten opzichte van het labo W, R en G In figuur 11 zijn de horizontale en verticale GRKen voor W, R en G weergegeven. Bij W vertonen beide benen een gelijkaardig patroon. Hierbij bestaat het verloop van de verticale grondreactiekracht voor elk been uit twee pieken, met een dal tussenin. Het maximum (647,11±53,43N) voor het eerste been wordt bereikt op 16% van de schrededuur, hierna volgt een dal (379,60±46,40N) op 30% van de schrededuur en opnieuw een piek (630,62±41,09N) op 49% van de schrededuur, waarna de verticale grondreactiekracht opnieuw 0 wordt op 62% van de schrededuur. Hier verliest de voet het contact met de grond. De grootte van beide pieken is ongeveer gelijk. De steunfase van het tegenovergestelde been start op 51% van de schrededuur. De eerste piek (639,63±48,69N) ligt op 66% van de schrededuur, het dal (386,06±43,76N) op 84% van de schrededuur en de tweede piek (635,92±60,18N) op 99% van de schrededuur. Er is een overlap in de GRKen van beide benen tijdens W, dit wijst op de aanwezigheid van een dubbele steunfase. In de verticale GRK van R wordt een maximum (1446,83±200,26N) bereikt voor het eerste been op 15 % van de schrededuur en een tweede maximum (1374,97±198,35N) op 64% van de schrededuur voor het tegenovergestelde been. Er is geen duidelijk waarneembare impactpiek, doordat de grafieken werden gemaakt met gemiddelde waarden. De horizontale GRKen voor W en R zijn eerst positief en daarna negatief. De horizontale impulsen voor W zijn weergegeven in tabel 1. De totale som van de horizontale impuls bij W is positief (5,62 Ns). Dit wijst erop dat de proefpersonen gemiddeld gezien licht vertraagden tijdens het W. Tabel 1: horizontale impuls W Horizontale impuls W Positieve impuls (Ns) Negatieve impuls (Ns) Eerste been 19,93-19,37 Tegenovergestelde been 20,01-14,95 64

73 RESULTATEN De horizontale impulsen voor R worden weergegeven in tabel 2. De totale som van de voorachterwaartse impuls is negatief (-1,14 Ns). Dit wijst erop dat er gemiddeld licht versneld werd tijdens R. Tabel 2: horizontale impuls R Horizontale impuls R Positieve impuls (Ns) Negatieve impuls (Ns) Eerste been 12,48-11,91 Tegenovergestelde been 11,60-13,31 De verticale GRK voor G vertoont twee pieken. De piek van het afzetbeen (1271,9±174,73N) is significant groter dan de piek van het leidend been (1192,92±160,45N) (t=-2,219 en p=0,029). Uit de verticale GRK kan men afleiden dat een galopschrede bestaat uit een periode van een enkele steun van het afzetbeen, gevolgd door een dubbele steunfase, nadien opnieuw een enkele steunfase van het leidend been waarna een zweeffase volgt. De horizontale impuls van het afzetbeen is eerst positief (5,31 Ns) wat wijst op een afremming. Nadien wordt deze negatief (-22,61 Ns), wat wijst op een versnelling. De positieve impuls is kleiner dan de negatieve impuls. De functie van het afzetbeen is dus vooral vooruitstuwend. Enkel tijdens het initiële voetcontact zorgt het afzetbeen voor een kleine afremming van het LZP. In de horizontale GRK van het leidend been is het omgekeerde zichtbaar. De positieve impuls (20,33 Ns) is veel groter dan de negatieve impuls (-4,05 Ns), wat zorgt voor een afremming. Kort voor de afstoot van het leidend been zorgt dit been nog voor een kleine voorwaartse stuwing van het LZP. De som van de totale impuls bedraagt -1,02Ns. Dit wijst erop dat de meeste proefpersonen tijdens het galopperen lichtjes versnelden. Tabel 3: horizontale impuls G Horizontale impuls G Positieve impuls (Ns) Negatieve impuls (Ns) Afzetbeen 5,31-22,61 Leidend been 20,33-4,05 65

74 Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) horizontale GRK (N) RESULTATEN W & R: G: Verticale GRK W Horizontale GRK W % schrededuur % schrededuur Verticale GRK R Horizontale GRK R % schrededuur % schrededuur Verticale GRK G Horizontale GRK G % schrededuur % schrededuur Figuur 11: Verticale en horizontale GRKen van W, R en G 66

75 RESULTATEN WRT In figuur 12 zijn de GRKen van de WRT weergegeven. De tweede piek in de verticale GRK in schrede WRT-1 (583,91±2,17N) op 46% van de schrededuur van het eerste been is kleiner dan de eerste piek (599,07±5,59N) op 20% van de schrededuur van hetzelfde been. Ook de tweede piek in de verticale GRK bij schrede WRT-1 van het tegenovergestelde been (450,13±96,44N) op 95% van de schrededuur is veel kleiner dan de eerste piek (607,92±144,11N) op 65% van de schrededuur. Dit is ook het geval in de eerste stap van schrede WRT0, waar de eerste piek (778,93±105,13N) op 13% van de schrededuur groter is dan de tweede piek (600,36±121,56N) op 44% van de schrededuur. Het verschil tussen beide pieken wordt steeds groter. Bij W zijn deze pieken even groot. Het dal tussen beide pieken is dieper bij schrede WRT-1 en bij de eerste pas van de WRT0 in vergelijking met W. In de verticale GRKen van de WRT0 is duidelijk zichtbaar dat er wordt overgegaan van W naar R. De GRK van het eerste been in stap HC0 vertoont hetzelfde verloop als dat van W. De verticale GRK van het tegenovergestelde been in stap HC00 vertoont al sterke gelijkenissen met de verticale GRK van R. Er is een impactpiek merkbaar, maar de maximale grootte (905,99±158,13N), is nog lager dan de verwachte maximale waarde (1446,82 ±200,26N) bij R aan voorkeurssnelheid. Bij de WRT1 vertonen de verticale GRKen het normale verloop van R. De maximale verticale GRK van het tegenovergestelde been (1493,67±188,10N) in stap HC11 is iets groter dan deze van het eerste been (1405,64±188,10N) in stap HC1 door de grotere snelheid in de tweede pas. Voor de horizontale GRK vertoont de WRT-1 een gelijkaardig patroon aan dat van W. Tabel 4: horizontale impuls WRT-1 Horizontale impuls WRT -1 Positieve impuls (Ns) Negatieve impuls (Ns) Eerste been 15,26-14,92 Tegenovergestelde been 13,58-16,90 Uit tabel 4 blijkt dat er tijdens de WRT-1 schrede versneld wordt, aangezien de totale som van de verschillende impulsen -2,98 Ns bedraagt. 67

76 Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) RESULTATEN Verticale GRK WRT -1 Horizontale GRK WRT % schrededuur % schrededuur Verticale GRK WRT 0 Horizontale GRK WRT % schrededuur % schrededuur Verticale GRK WRT 1 Horizontale GRK WRT % schrededuur % schrededuur Figuur 12: verticale en horizontale GRK WRT voor schrede WRT-1, WRT0 en WRT1 68

77 RESULTATEN In de horizontale GRK van schrede WRT0 vertoont het leidend been in stap HC0 een verloop zoals in schrede WRT-1. De horizontale GRK van het tegenovergestelde been vertoont een verloop dat noch aansluit bij W, noch bij R. Uit de horizontale GRKen (tabel 5) is merkbaar dat vooral het tegenovergestelde been een versnellende functie uitoefent door een daling van de positieve (afremmende) impuls en niet zozeer door een toename in negatieve (versnellende) impuls. De totale som van de horizontale impuls bedraagt -26,72Ns. Hieruit blijkt dat er tijdens de transitieschrede sterk versneld wordt. Tabel 5: horizontale impuls WRT 0 Horizontale impuls WRT 0 Positieve impuls (Ns) Negatieve impuls (Ns) Eerste been 14,31-21,90 Tegenovergestelde been 2,83-21,97 De horizontale GRK van schrede WRT1 vertoont een normaal patroon zoals bij R. Ook binnen schrede WRT1 wordt nog sterk versneld, de totale som van de horizontale impuls bedraagt -17,62 Ns.(tabel 6) Tabel 6: horizontale impuls WRT 1 Horizontale impuls WRT 1 Positieve impuls (Ns) Negatieve impuls (Ns) Eerste been 7,14-16,24 Tegenovergestelde been 9,03-17, GRT De GRKen van de GRT zijn weergegeven in figuur 13. Bij de verticale GRK in schrede GRT-1 valt op dat de kracht van het afzetbeen een veel hogere piek (1403,65±133,86 N) vertoont dan het leidend been (972,42±397,9N). Het verschil tussen beide benen is groter dan bij G, maar de verticale grondreactiekracht vertoont toch sterke gelijkenissen met G. Bij de verticale GRK in schrede GRT0 is er veel ruis merkbaar. De grondreactiekrachten in schrede GRT0 vertoont overeenkomsten met deze van G. Tijdens schrede GRT1 vertoont de verticale GRK een normaal R patroon. Er is een toename in de maximale waarde van stap HC1 naar stap HC11. 69

78 Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) RESULTATEN Verticale GRK GRT % schrededuur Horizontale GRK GRT % schrededuur Verticale GRK GRT 0 Horizontale GRK GRT % schrededuur % schrededuur Verticale GRK GRT 1 Horizontale GRK GRT % schrededuur % schrededuur Figuur13 :Verticale en horizontale GRK GRT voor schrede GRT-1, GRT0 en GRT1 70

79 RESULTATEN Tabel 7: horizontale impuls GRT-1 Horizontale impuls GRT -1 Positieve impuls Ns Negatieve impuls Ns Afzetbeen 2,41-25,64 Leidend been 15,21-5,11 De totale horizontale impuls van schrede GRT-1 is negatief (-13,14 Ns). Er wordt dus versneld. (tabel 7) Deze totale negatieve impuls wordt bijna verdubbeld (-30,75 Ns) tijdens schrede GRT0. (tabel 8) Uit de impulsen van de horizontale GRK van schrede GRT0 blijkt dat vooral het leidend been zorgt voor de versnelling door zowel een grote toename in voorwaartse stuwing (negatieve impuls) en door een kleinere afremming (positieve impuls), dit is in tegenstelling tot G. Het verloop van het leidend been vertoont meer gelijkenissen met R. De afremming van het leidend been wordt ongeveer gehalveerd van schrede -1 naar schrede 0 en de vooruitstuwende kracht wordt meer dan verdubbeld. Tabel 8: horizontale impuls GRT0 Horizontale impuls GRT 0 Positieve impuls Ns Negatieve impuls Ns Afzetbeen 4,40-24,28 Leidend been 6,11-11,46 Net zoals bij de verticale GRK vertoont ook het patroon van de horizontale GRK van GRT1 grote gelijkenissen met deze van R. Binnen deze schrede wordt veel minder versneld. De totale som van de horizontale impuls bedraagt -3,73Ns. Tabel 9: horizontale impuls GRT1 Horizontale impuls GRT 1 Positieve impuls Ns Negatieve impuls Ns Afzetbeen 12,76-18,58 Leidend been 18,09-15,99 71

80 RESULTATEN WGT Figuur 14 geeft de horizontale en verticale GRKen van de WGT weer. In de verticale GRK van schrede WGT -1 vertonen zowel het leidend als het afzetbeen gelijkenissen met W. De verticale GRKen in schrede WGT0 tonen aan dat het afzetbeen nog aan het W is, al wijkt het patroon af van de voorgaande wandelpas. Het leidend been vertoont in schrede WGT0 reeds de karakteristieken van G. De tweede piek (616,86±76,04N) van de verticale GRK van het eerste been op 41% van de schrededuur ligt lager dan de eerste piek (719,15±144,34N) op 13% van de schrededuur. De piek van het leidend been (1202,86±96,69J) op 65% van de schrededuur is qua grootte reeds vergelijkbaar met de grootte van de pieken in schrede WGT1 en G. De horizontale GRKen vertonen in stap HC0 opnieuw een afwijking ten opzichte van de grondreactiekrachten uit schrede WGT-1. In stap HC00 is reeds het verloop van G te onderscheiden. In schrede WGT1 komt het verloop van verticale GRK reeds volledig overeen met de GRK van G. Bij deze data ontbreekt in schrede WGT-1 het verloop van de GRK van het einde van de steunfase van het tegenovergestelde been uit schrede WGT-2 voor zowel de verticale als de horizontale GRK. Hierdoor ontbreekt in de horizontale GRK een deel van de negatieve impuls, hiervoor hebben we de negatieve impuls tijdens schrede 0 tussen 0 en 9% meegerekend in de horizontale impuls van WGT-1. Hierdoor komt de totale som van de horizontale impuls tijdens WGT -1 op -2,56 Ns, wat wijst op een versnelling. (tabel 10) Tabel 10: horizontale impuls WGT-1 Horizontale GRK WGT -1 Positieve impuls Ns Negatieve impuls Afzetbeen 16,42-19,55 Leidend been 16,18-15,61 Ns Tijdens de transitieschrede bedraagt de horizontale impuls -14,70 Ns. Dit wijst op een versnelling. Uit tabel 10 en 11 blijkt dat de grotere versnelling te wijten is aan een sterke daling van de positieve impuls in het afzetbeen en in het leidend been. De versnelling gebeurt zowel in het leidend als in het afzetbeen. 72

81 Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) Verticale GRK (N) Horizontale GRK (N) RESULTATEN Verticale GRK WGT -1 Horizontale GRK WGT % schrededuur % schrededuur Verticale GRK WGT 0 Horizontale GRK WGT % schrededuur % schrededuur Verticale GRK WGT 1 Horizontale GRK WGT % schrededuur % schrededuur Figuur 14:Horizontale en verticale GRK WGT 73

82 RESULTATEN Tabel 11: horizontale impuls WGT 0 Horizontale GRK WGT 0 Positieve impuls Ns Negatieve impuls Afzetbeen 9,38-25,64 Leidend been 10,10-8,53 Ns Ook tijdens schrede WGT1 wordt er versneld. (tabel 12) De totale som van de horizontale impuls van de WGT1 bedraagt -17,06 Ns. Tabel 12: horizontale impuls WGT 1 Horizontale GRK WGT 1 Positieve impuls Ns Negatieve impuls Afzetbeen 5,17-34,06 Leidend been 17,07-5,23 Ns 74

83 RESULTATEN 3.4. Energie In figuur 15, 16, 17 en 18 wordt enerzijds de kinetische en potentiële energie van het LZP weergegeven en anderzijds zowel de x- als de z-component van de kinetische energie. Daarbij gaat de x-component over de voor-achterwaartse kinetische energie en de z-component over de op- en neerwaartse kinetische energie. Er zal gesproken worden van respectievelijk de horizontale en verticale kinetische energie. Deze worden allen weergegeven ten opzichte van de schrededuur, uitgedrukt in %. In de grafieken aan de linkerzijde (figuur 15 tot 18) wordt de kinetische energie in het rood en de potentiële energie in het blauw weergegeven, aan de rechterzijde wordt de horizontale kinetische energie in het rood weergegeven en de verticale kinetische energie in het blauw W, R en G De kinetische en potentiële energie voor W, R en G zijn weergegeven in figuur 15. De kinetische en potentiële energie zijn uit fase bij W. De kinetische energie van W vertoont een maximum (op 4% en 54% van de schrededuur) tijdens de dubbele steunfase, daar waar de potentiële energie (op 6% en 55%) een minimum vertoont. Omgekeerd vertoont de kinetische energie een minimum op 31% en 81% van de schrededuur halverwege de steunfase, daar waar de potentiele energie (op 32% en 81%) een maximum vertoont (tabel 13 en 14). De verticale kinetische energie is erg klein, met een maximumwaarde van 2,12±0,99J. De amplitude van de potentiële energie bij W bedraagt 21,97±19,22J. De amplitude van de kinetische energie bij W bedraagt 24,46±23,04J. De potentiële en kinetische energie verlopen in fase bij R. De kinetische energie van R vertoont een minimum op (16% en 65% van de schrededuur) halverwege de steunfase, daar waar de potentiële energie (op 15% en 65%) ook een minimum vertoont. Omgekeerd vertoont de kinetische energie een maximum (op 31 en 80% van de schrededuur) op het einde van de steunfase, daar waar de potentiële energie (op 40 en 90%) ook ongeveer zijn maximum bereikt. (tabellen 13 en 14). De maximale verticale kinetische energie bij R (10,97±9,38J) is groter dan bij W. De kinetische energie neemt bij W en R niet toe van het begin naar het einde van de schrede waardoor bevestigd wordt dat het om locomotie aan constante snelheid gaat. De kinetische energie bij R heeft een amplitude van 63,41±80,84J, de potentiële energie heeft een amplitude van 52,58±20,95J. 75

84 RESULTATEN Tabel 13: verloop van kinetische energie bij W, R en G Gemiddelde kinetische energie 1 e minimum 2 de minimum 1 e maximum 2 e maximum W %schrededuur 31% 81% 4% 54% Waarde (J) 70,67±7,83 61,55±14,58 61,21±14,55 86,01±17,84 85,18±18,76 R %schrededuur 16% 65% 31% 80% Waarde (J) 310,51±19,69 275,62±57,18 272,20±53,34 335,61±60,75 333,02±58,32 G %schrededuur 88% 32% Waarde (J) 292,97±18,21 262,28±71,76 331,47±79,08 Tabel 14: verloop van potentiële energie bij W,R en G Gemiddelde Minimum Tweede Max Tweede max potentiële minimum energie W %schrededuur 6% 55% 32% 81% Waarde (J) 505,00±7,82 494,69±12,76 494,14±13,03 516,66±14,37 516,46±15,15 R %schrededuur 15% 65% 40% 90% Waarde (J) 510,92±18,20 484,12±14,70 485,15±15,03 535,15±14,84 536,70±14,92 G %schrededuur 39% 85% Waarde (J) 516,00±35,21 477,82±15,39 571,04±14,76 Bij G vertoont de kinetische energie een eerste minimum (278,17±65,11J) in het midden van de steunfase van het afzetbeen (op 15% van de schrededuur) en een tweede minimum (281,48±71,64J) in het midden van de steunfase van het leidend been (op 52% van de schrededuur). Het absolute minimum vindt plaats tijdens de zweeffase (op 88% van de schrededuur) en bedraagt 262,28±71,76J. Het maximum situeert zich tijdens de dubbele steunfase (op 32% van de schrededuur), bedraagt 331,47±79,08J en valt samen met het maximum van de kinetische energie in de horizontale richting. Vanaf de enkele steun van het leidend been (rond 40% van de schrededuur) vertoont de kinetische energie een verloop dat ook overeenkomt met dat van R. Dit blijft zo tot het einde van de schrede, dus ook tijdens de zweeffase. De gemiddelde waarde van de kinetische energie bij G (292,97±18,21J) is echter veel groter dan de gemiddelde waarde van de kinetische energie bij W (70,43±8,21J) en leunt dichter aan bij deze van R (305,53±18,31J). 76

85 Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) RESULTATEN 600 Kinetische en potentiële energie LZP: W Kinetische energie LZP: W % schrededuur % schrededuur 600 Kinetische en potentiële energie LZP: R Kinetische energie LZP: R % schrededuur % schrededuur 600 Kinetische en potentiële energie LZP: G Kinetische energie LZP: G % schrededuur % schrededuur Figuur15: Potentiële en kinetische energie W, R en G Kinetische energie bij W,R en G 77

86 RESULTATEN De kinetische energie neemt een klein beetje af naar het einde van de schrede (van 289,15±73,68J naar 278,52±68,42J) wat wijst op een kleine vertraging. Deze afname is ook te zien in de horizontale kinetische energie (van 265,62±70,02J naar 249,73±63,67J). De amplitude van de kinetische energie bij G bedraagt 69,19±106,7J en de amplitude van potentiële energie 93,22±21,32J. Tijdens de steunfase van het leidend been en tijdens de zweeffase vertoont de potentiële energie gelijkenissen met R met een maximum in het midden van de zweeffase (571,04±14,76J). De amplitude van de potentiële energie bedraagt 22,52±19,7J voor W; 52,58±20,95J voor R en 93,22±21,32J voor G. De amplitude van de potentiële energie, die ook een maat is voor de opwaartse verplaatsing van het LZP verdubbelt van W naar R (door de aanwezigheid van een zweeffase) en verdubbelt nog eens van R naar G. De potentiële energie en de horizontale kinetische energie in de steunfase lijken een uit fase patroon te vertonen zoals bij W WRT Het mechanische energieverloop van de WRT is weergegeven in figuur 18. In schrede WRT-1 wordt hetzelfde uit fase patroon gezien als bij W. De gemiddelde kinetische energie in schrede WRT-1 (172,92±2,68J) is groter dan bij W (70,67±18,19J). Bovendien neemt de kinetische energie toe gedurende schrede WRT-1 van 140,20±0,00J op hielcontact naar 158,79±2,68J. Deze toename is vooral te wijten aan een toename van de horizontale kinetische energie. Binnen schrede WRT0 is er tot 57 % van de schrededuur nog een duidelijk uit fase patroon zichtbaar en gaat de energie zeer plots naar een in fase patroon zoals bij R over. De transitie vindt op energetisch gebied zeer plots plaats binnen stap HC00. De kinetische energie neemt sterk toe binnen schrede WRT0 (van 160,53±3,52J naar 232,58±26,16J). Deze toename is te wijten aan een toename van zowel de horizontale component (van 158,79±2,68J naar 218,32±22,82J) als de verticale component (1,41±0,72J naar 9,30±4,15J). Tijdens stap HC00 vertoont de potentiële energie een duidelijk groter minimum (470,34±8,71J) en maximum (523,95±11,07J) in vergelijking met de voorgaande wandelpassen. 78

87 Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) RESULTATEN Kinetische en potentiële energie LZP: WRT -1 Kinetische energie LZP: WRT % schrededuur % schrededuur Kinetische en potentiële energie LZP: WRT 0 Kinetische energie LZP: WRT % schrededuur % schrededuur Kinetische en potentiële energie LZP: WRT 1 Kinetische energie LZP: WRT % schrededuur % schrededuur Figuur 16: Potentiële en kinetische energie WRT Kinetische energie WRT 79

88 RESULTATEN Vanaf schrede WRT1 vertoont het verloop van de energie een overeenkomstig verloop met dat van R. Er blijft een toename in kinetische energie gedurende de schrede (van 220,61±58,66J naar 260,82±78,15J) die voornamelijk te wijten is aan een toename van de horizontale kinetische energie (van 220±58,66J naar 260,82±78,15J) aangezien de verticale component nauwelijks toeneemt (van 21,31±10,48J naar 22,92±7,93J) GRT Figuur 18 geeft het energieverloop weer van de GRT. Het energetisch verloop in schrede GRT-1 komt sterk overeen met G. Er is geen grote toename in de kinetische energie in schrede GRT-1(van 333,52±0,00J naar 336,41±71,68J) wat wil zeggen dat er geen snelheidstoename verwacht wordt. Binnen schrede GRT0 is er vanaf 34% van de schrededuur, tijdens de dubbele steunfase, een in fase patroon zoals dit ook bij R het geval is. De transitie vindt vrij plots plaats binnen stap HC00. Tijdens de transitieschrede is er een kleine daling van de potentiële energie van 30,13±14,19J naar 17,89±13,75J wat wijst op een daling van het LZP. De kinetische energie daarentegen neemt toe van 373,24±99,65J naar 462,05±93,77J ondanks een daling van de kinetische energie in de verticale richting (van 30,13±40,19J naar 17,89±13,75J). Er is dus een grote toename in de horizontale richting (van 343,28±89,29J naar 434,38±86,79J) en dus een horizontale snelheidstoename. De verticale kinetische energie daalt sterk binnen schrede GRT0. Vanaf stap HC00 vertoont deze sterke gelijkenissen met de energie van R. Vanaf schrede GRT1 is het normale patroon van R te merken, maar de kinetische energie in de z- richting blijft nog verder afnemen (van 19,38±13,06J naar 8,74±0,00J). Tijdens schrede GRT1 daalt de kinetische energie van 454,15±75,54J naar 403,65±0,00J. 80

89 Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische energie X (J) Kinetische energie Y (J) RESULTATEN Kinetische en potentiële energie LZP: GRT -1 Kinetische energie LZP: GRT % schrededuur % schrededuur Kinetische en potentiële energie LZP: GRT 0 Kinetische energie LZP: GRT % schrededuur % schrededuur Kinetische en potentiële energie LZP: GRT 1 Kinetische energie LZP: GRT % schrededuur % schrededuur Figuur 17: Potentiële en kinetische energie GRT Kinetische energie GRT 81

90 RESULTATEN WGT De potentiële en kinetische energie zijn weergegeven in figuur 19. In de WGT-1 zijn de kinetische en potentiële energie uit fase zoals bij W en schrede WRT-1. De gemiddelde waarde voor de kinetische energie in schrede WGT-1(141,93±12,23J) is veel groter dan de gemiddelde waarde van de kinetische energie bij W (70,67±18,19J). In schrede WGT0 is er eerst een sterke afname van de potentiële energie tijdens de dubbele steunfase (466,71±9,80J op 57%) om daarna een maximum te bereiken tijdens de zweeffase (569,10±7,80 op 88% van de schrededuur). Tijdens deze schrede is er een grote toename van de kinetische energie (van 160,12±12,25 naar 237,79±48,57J). Deze is het resultaat van een toename van de horizontale kinetische energie (159,39±12,11J naar 209,96±33,66J) en een toename van de verticale kinetische energie (0,73±0,50J naar 25,28±9,62J). Ook de potentiële energie neemt toe binnen schrede WGT0 van 485,52±10,86J naar 543,15±7,75J. De transitie van W naar G lijkt op energetisch gebied plaats te vinden vanaf het einde van de dubbele steunfase in stap HC00. Dit komt tot uiting in de grafiek van de potentiële en kinetische energie, waarbij de potentiële en kinetische energie beginnen te stijgen op het einde van de dubbele steunfase en zo een in fase patroon vertonen. De plotse overgang is ook zeer duidelijk te zien in de grafiek van de kinetische energie binnen schrede WGT0. Op energetisch gebied gebeurt deze transitie erg plots en vinden alle veranderingen plaats binnen stap HC00. Vanaf schrede WGT1 is het energieverloop zoals bij G. 82

91 Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) Kinetische energie (J) Potentiële energie (J) Kinetische Energie X (J) Kinetische energie Z (J) RESULTATEN Kinetische en potentiële energie LZP:WGT -1 Kinetische energie LZP: WGT % schrededuur % schrededuur Kinetische en potentiële energie LZP: WGT 0 Kinetische energie LZP: WGT % schrededuur % schrededuur Kinetische en potentiële energie LZP: WGT 1 Kinetische energie LZP: WGT % schrededuur % schrededuur Figuur18 : Potentiële en kinetische energie WGT Kinetische energie WGT 83

92 DISCUSSIE 4. DISCUSSIE Bij het interpreteren van deze discussie moet rekening gehouden worden met de beperkingen van dit onderzoek. Doordat een overgrondse opstelling gebruikt werd konden slechts een beperkt aantal passen voor en na de transitie geregistreerd worden en door de afstand tussen de verschillende grondreactiekrachtplaten werd slechts een beperkt aantal volledige grondreactiekrachten geregistreerd. Door het relatief korte gedeelte van de loopweg dat in het bereik van de Qualysis camera s lag zijn voor de transities de schredes voor en na transitie in bepaalde gevallen op een beperkt aantal data gebaseerd W, R en G Spatiotemporeel De voorkeurssnelheid van wandelen (1,54±0,16ms -1 ) komt overeen met deze die gevonden werd door De Smet et al. (2009b)(1,63ms -1 ) in een gelijkaardige opstelling en bij een gelijkaardige populatie. Bij wandelen aan voorkeurssnelheid wordt verwacht dat er aan een constante snelheid voortbewogen wordt maar de horizontale grondreactiekrachten vertonen een totale positieve impuls (5,62Ns) wat er op wijst dat er lichtjes vertraagd werd. Er moet wel rekening gehouden worden met het feit dat de data van de grondreactiekrachten enkel maar berekend zijn op basis van pogingen waarbij er een volledig voetcontact op de grondreactiekrachtplaten waarneembaar was. De snelheid kan bovendien nooit perfect constant zijn en varieert van pas tot pas. Op basis van de kinetische energie van het lichaamszwaartepunt werd echter geen vertraging opgemerkt. Hierdoor kan er toch van uit gegaan worden dat de snelheid bij wandelen aan voorkeurssnelheid relatief constant was. Bij lopen aan voorkeurssnelheid was de totale impuls van de horizontale grondreactiekracht negatief (-1,14Ns) maar gezien de zeer kleine waarde en het feit dat de kinetische energie van het lichaamszwaartepunt niet op een grote snelheidsverandering wijst kan ook hier uitgegaan worden van een relatief constante snelheid. De totale impuls (-1,02Ns) bij de horizontale grondreactiekracht van galop wijst op een lichte versnelling tijdens galopperen terwijl op basis van de kinetisch energie eerder verondersteld zou worden dat er een kleine snelheidsafname van het lichaamszwaartepunt is. Deze tegenstrijdigheden wijzen meteen op een groot nadeel van een overgrondse opstelling. Naast de praktische implicaties die deze opstelling met zich meebrengt is de snelheid moeilijk te controleren. 84

93 DISCUSSIE Bij galop voerden alle proefpersonen binnen de verschillende pogingen van galop, de beweging steeds uit met eenzelfde voorkeursvoet als leidend been hoewel dit niet specifiek gevraagd werd. Bepaalde proefpersonen galoppeerden steeds met het linkerbeen als leidend been, anderen galoppeerden steeds met het rechterbeen als leidend been. Dit bevestigt de sterke voorkeur voor een bepaalde voet als leidend been binnen een persoon. In overeenkomst met de gestelde hypothese bevindt de voorkeurssnelheid van galop (3,07±0,38ms -1 ) zich tussen deze van wandelen (1,54±0,16ms -1 ) en lopen (3,21±0,27ms -1 ) maar er is geen significant verschil tussen de snelheid voor galop en de snelheid voor lopen. De grotere standaarddeviatie voor de galopsnelheid in vergelijking met de loopsnelheid is niet te wijten aan een snelheidsverschil maar kan wel wijzen op een minder stabiele locomotievorm zoals ook uit het onderzoek van Clark en Whitall (1989) kan geconcludeerd worden. Ondanks het feit dat galop energetisch inefficiënt is (Minetti, 1998) vertoont de voorkeurssnelheid van galop geen significante verschillen met deze van lopen. Aangezien er wel een significant verschil is in schredefrequentie, schredelengte en schredetijd tussen beide locomotievormen, wijst dit er op dat er bij lopen en galop van een verschillende strategie gebruik gemaakt wordt om zich voort te bewegen. Om een gelijkaardige snelheid te bekomen zal bij galop gebruik gemaakt worden van een kleinere schredelengte en een grotere schredefrequentie in vergelijking met lopen. Dit is in overeenkomst met de bevindingen van Minetti (1998) die stelt dat mensen bij galop, in vergelijking met lopen, kleinere passen zullen nemen in tegenstelling tot dieren die net grotere passen zullen nemen dankzij hun flexibele rug. Hierin kan meteen ook een mogelijke verklaring gevonden worden voor de afwezigheid van galop als frequent gebruikte locomotievorm bij de mens, namelijk het feit dat de mens bij galop de schredelengte niet in dezelfde mate kan opdrijven als dieren. De duur van de steunfases en de duty factor verschilt, in tegenstelling tot de gestelde hypothese, niet tussen het leidend been (0,38±0,03) en het afzetbeen (0,37±0,03) bij galop. Op het gebied van de steunfase lijkt er hierdoor geen asymmetrie tussen beide benen. De verhouding tussen de duty factor van beide benen kan bijgevolg niet gebruikt worden om een onderscheid te maken tussen galop en de andere besproken locomotievormen. Hoewel de duur van de steunfase en de snelheid niet verschilt tussen galop en lopen, is er wel een verschil in 85

94 DISCUSSIE de duty factor. Wanneer men enkel beschikt over data van de snelheid is het onmogelijk om een onderscheid te maken tussen lopen en galopperen. Indien ook de data van de duty factor beschikbaar zijn zou men kunnen stellen dat bij voorkeurssnelheid, wandelen kan bepaald worden als de locomotievorm waarbij er de laagste snelheid is en waarbij de duty factor hoger ligt dan 0,5 (0,59±0,01 in dit onderzoek). Het onderscheid tussen lopen en galop aan voorkeurssnelheid kan dan gemaakt worden op basis van de duty factor. Beiden hebben in dit onderzoek een duty factor die kleiner is dan 0,5 (0,32±0,03 voor lopen) maar de locomotievorm met de grotere duty factor is in dit onderzoek galop (0,38±0,03). Het is echter onduidelijk of dit bij andere snelheden nog steeds het geval is. Onderzoek waarbij subjecten wandelen, lopen en galopperen aan verschillende snelheden zou hier meer duidelijkheid kunnen brengen Kinematica Wandelen en lopen beschrijven kinematisch het te verwachten patroon en komen overeen met wat in de literatuur beschreven wordt (Riley et al., 2008; Vaughan, zoals geciteerd in Enoka, 2001). Voor het eerst werd de kinematica van galop besproken. Bij het afzetbeen bij galop is er meer plantairflexie op het moment dat de voet neergeplaatst wordt in vergelijking met wandelen en lopen. Mogelijks is dit te wijten aan het feit dat men neerkomt op de bal van de voet. Bijgevolg is de voetafrol bij het afzetbeen vermoedelijk niet gelijk aan de voetafrol bij wandelen, lopen en het leidend been bij galop aangezien deze allen contact maken met de hiel en afrollen tot aan de tenen. In het leidend been is er meer flexie in de knie tijdens de steunfase en meer plantairflexie in de enkel op het moment van de afstoot in vergelijking met het afzetbeen. Dit is vermoedelijk een gevolg van het feit dat het afzetbeen het lichaamszwaartepunt niet of nauwelijks moet doen stijgen aangezien er een dubbele steunfase is zoals bij wandelen. Het leidend been moet het lichaamszwaartepunt veel meer doen stijgen, om een zweeffase in te zetten, zoals bij lopen. Dit vereist een actievere afstoot wat op zijn beurt een diepere excentrische voorbereiding vereist zoals ook blijkt uit de data van het lichaamszwaartepunt (bijlage 3). De heup van het leidend been bevindt zich bij galop steeds in flexie doordat dit been zich op elk moment voor het lichaam bevindt. De range of motion van de knie verschilt tussen wandelen, lopen en galop en zou bijgevolg een criterium kunnen zijn om een onderscheid te maken tussen deze locomotievormen. 86

95 DISCUSSIE Doordat ook de range of motion van de knie van het leidend been verschilt van deze van het afzetbeen en deze niet opvallend verschillen tussen beide benen bij wandelen of lopen lijkt de range of motion van de knie, eventueel in combinatie met de verhouding van de range of motion van beide knieën, een goed criterium om de verschillende locomotievormen van elkaar te onderscheiden. Ook bij de besproken transities lijkt de range of motion van de knie een duidelijk onderscheid te maken tussen de locomotievorm voor en de locomotievorm na de transitieschrede. Verder onderzoek moet hierbij uitmaken of de range of motion van de knie ook bij extreme snelheden een onderscheid tussen de besproken locomotievormen kan maken Grondreactiekrachten De grondreactiekrachten van wandelen en lopen vertonen geen abnormale waarden wanneer vergeleken wordt met de data van Farley en Ferris (1998). De verticale grondreactiekracht vertoont bij wandelen voor elk been 2 pieken met tussenin een dal en bij lopen voor elk been 1 grote piek. Bij galop bestaan de verticale grondreactiekrachten van het afzetbeen en het leidend been elk uit 1 grote piek zoals bij lopen, wat in overeenstemming is met de bevindingen van Minetti (1998) en dus ook met de gestelde hypothese. De verticale grondreactiekrachten wijzen op een dubbele steunfase bij wandelen, een zweeffase bij lopen en zowel een dubbele steunfase als een zweeffase bij galop. De maximale verticale grondreactiekracht bij lopen (1446,83±200,26N) is meer dan dubbel zo groot als deze van wandelen (647,11±53,43N). Ondanks de gelijkaardige snelheid tussen galop en lopen is de maximale grootte van de verticale grondreactiekracht van zowel het afzetbeen (1271,98±174,73N) als het leidend been (1192,92±160,45N) kleiner bij galop dan bij lopen. Dit is in tegenstelling tot de bevindingen van Minetti (1998) bij bilateraal huppelen. De horizontale grondreactiekracht vertoont bij zowel wandelen als lopen binnen de steunfase van elk been eerst een afremmende component, gevolgd door een vooruit stuwende component. Bij galop daarentegen vertoont het afzetbeen vooral een vooruit stuwende component en het leidend been vooral een afremmende component, zoals in overeenkomst met de bevindingen van Minetti (1998) en dus ook met de gestelde hypothese Energie Het verloop van de kinetische en potentiële energie is uit fase bij wandelen wat wijst op een uitwisseling tussen kinetische en potentiële energie (Cavagna et al., 1976). Bij lopen vertonen 87

96 DISCUSSIE de kinetische en potentiële energie een verloop dat eerder in fase is, wat wijst op de opslag van mechanische energie in elastische structuren (Farley & Ferris, 1998). De potentiële energie vertoont bij lopen een groter maximum en een grotere amplitude dan bij wandelen wat erop wijst dat het lichaamszwaartepunt bij lopen een grotere verticale verplaatsing ondergaat en een hogere positie bereikt. Dit is enerzijds te wijten aan de dorsiflexie in de enkel en de flexie in de knie en de heup tijdens de steunfase die zorgt voor een lagere positie van het lichaamszwaartepunt tijdens de steunfase in vergelijking met wandelen. Na de steunfase zal de zweeffase ingezet worden waarbij net een hogere positie van het lichaamszwaartepunt bereikt zal worden (bijlage 3). De kinetische energie is opvallend groter bij lopen dan bij wandelen, aangezien ook de snelheid veel groter is zoals blijkt uit de spatiotemporele data. De grotere amplitude van de potentiële energie (tot 200%) bij bilateraal huppelen in vergelijking met lopen die gevonden werd bij Minetti (1998) wordt bevestigd bij galop. Deze wijst op een grote verticale verplaatsing van het lichaamszwaartepunt en lijkt een mogelijke verklaring voor de inefficiëntie van galop in vergelijking met lopen. Er wordt immers veel energie verloren aan de opwaartse verplaatsing van het lichaamszwaartepunt. Op basis daarvan lijkt het bij galop zo dat de verticale verplaatsing van het lichaamszwaartepunt ten koste gaat van de verplaatsing in de locomotierichting. De grootte van de kinetische energie komt bij galop overeen met lopen. Het maximum van de kinetische energie vindt plaats tijdens de dubbele steunfase en is voornamelijk te wijten aan een grote horizontale kinetische energie aangezien de verticale kinetische energie op dit moment 0 is. Hierdoor bezit het lichaamszwaartepunt de grootste voorwaartse snelheid tijdens de dubbele steunfase. De potentiële energie is rond deze dubbele steunfase constant en minimaal, wat erop wijst dat het lichaamszwaartepunt geen verticale verplaatsingen maakt maar enkel in de locomotierichting wordt voortbewogen. De potentiële en kinetische energie vertonen vanaf het hielcontact van het afzetbeen bij galop een daling zoals bij lopen. De potentiële en kinetische energie zullen afnemen naar het midden van de steunfase toe, waarbij vermoedelijk mechanische energie wordt opgeslagen in de elastische structuren van het afzetbeen. Vanaf het midden van de eerste steunfase wordt deze elastische energie vermoedelijk terug omgezet in kinetische energie waardoor deze 88

97 DISCUSSIE laatste toeneemt, terwijl de potentiële energie zijn minimale waarde blijft behouden. Hierbij wordt het lichaamszwaartepunt in de locomotierichting verplaatst. Vanaf de dubbele steunfase daalt de kinetische energie opnieuw tot het midden van de steunfase van het leidend been, vermoedelijk omdat deze opgeslagen wordt in elastische structuren van het leidend been. Tot slot zal in het tweede deel van de steunfase van het leidend been zowel de potentiële als kinetische energie terug toenemen doordat deze elastische energie mogelijks terug wordt afgegeven. Hierdoor zal de zweeffase ingezet worden waarbij de potentiële energie een maximum zal bereiken door een hoge positie van het lichaamzwaartepunt (zie bijlage 3). De uitwisseling tussen kinetische en potentiële energie verschilt bij galop van zowel wandelen als van lopen en is dus in lijn met de gestelde hypothese. Volgens Minetti (1998) zijn de potentiële en de horizontale kinetische energie uit fase bij bilateraal huppelen. De horizontale kinetische energie die in dit onderzoek voor galop gevonden wordt komt overeen met wat Minetti (1998) vindt voor bilateraal huppelen. In de potentiële energie wordt in de buurt van de dubbele steunfase eerder een vlak verloop gevonden voor galop, terwijl bij Minetti (1998) een duidelijk dal waarneembaar is. Deze vervlakking is ook duidelijk waarneembaar in de galopschrede voor transitie bij de GRT en de galopschrede na transitie bij de WGT en komt in de besproken data dus consistent voor bij galop. Hierdoor zijn er geen duidelijk aanwijzingen voor een uit fase verloop van (horizontale) kinetische energie en potentiële energie bij galop en lijkt het verloop van de potentiële en (horizontale) kinetische energie eerder in fase zoals bij lopen. Het is mogelijk dat dit verschil eigen is aan de verschillen tussen galopperen en huppelen. Anderzijds kan de grote variabiliteit in deze data het dal van de potentiële energie afvlakken. Het is ook zo dat bij Minetti geen standaarddeviaties weergegeven zijn en het is niet duidelijk op hoeveel proefpersonen de energetische data gebaseerd zijn WRT Snelheid Bij de WRT wijst de toename in kinetische energie op een versnelling binnen schrede WRT- 1, schrede WRT0 en schrede WRT1. De WRT gaat gepaard met een snelheidstoename van 1,01±0,28ms -1 vanaf de schrede voor transitie tot en met de schrede na transitie. De grootste snelheidstoename (0,44±0,34ms -1 ) vindt plaats binnen de transitieschrede (WRT0) van stap HC0 naar stap HC00. Ook uit de data van de grondreactiekrachten komt dit naar voor 89

98 DISCUSSIE aangezien de totale negatieve impuls, die wijst op een versnelling, opvallend groter is in schrede WRT0 in vergelijking met de voorgaande of de volgende schrede. De versnelling in stap HC00 ontstaat voornamelijk doordat in de horizontale grondreactiekracht van het steunbeen de afremmende impuls vermindert en niet zozeer doordat de vooruitstuwende impuls toeneemt. Dit wijst er op dat het steunbeen in stap HC00 op een andere manier neergeplaatst wordt dan de vorige of de volgende pas, wat in overeenstemming is met de resultaten van de kinematica. Eenzelfde snelheidssprong (0,42ms -1 ) werd ook gevonden door De Smet et al. (2009b) in de WRT bij een gelijkaardige opstelling en een gelijkaardige populatie. De Smet et al. (2009b) stellen dat deze snelheidssprong gemaakt wordt om de snelheid waarbij locomotie enkel onstabiel kan plaatsvinden te overbruggen. De transitiesnelheid voor de WRT bedraagt 2,82±0,26ms -1. Deze snelheid situeert zich tussen de voorkeurssnelheid voor wandelen en lopen aangezien versneld wordt vanuit wandelen en naar lopen wordt overgegaan. De gevonden transitiesnelheid is vergelijkbaar met de waarde van 2,66±0,29ms -1 zoals gevonden in het onderzoek van De Smet et al. (2009b) en is dus in lijn met de gestelde hypothese Schrede WRT-1 In schrede WRT-1 vertoont het verloop van de knie en de heup sterke overeenkomsten met het verloop bij wandelen. De grotere plantairflexie op het einde van de steunfase (die bovendien reeds vanaf halverwege de steunfase gestart wordt) in beide enkels in schrede WRT-1 in vergelijking met wandelen is waarschijnlijk te wijten aan de hogere snelheid (2,08ms -1 tegenover 1,54±0,16ms -1 ) en aan het feit dat er versneld wordt naar schrede WRT0 (2,74±0,27ms -1 ) waardoor de voet mogelijks vlakker neergeplaatst wordt bij hielcontact en waardoor met meer en sneller geïnitieerde plantairflexie moet afgestoten worden om een versnelling te genereren. Dit komt ook tot uiting in de data van de horizontale grondreactiekracht waarbij de totale impuls van schrede WRT-1 negatief is (-2,98Ns), en in de data van de energie waar er een toename is van de kinetische energie in schrede WRT-1. Ook de grondreactiekrachten en de spatiotemporele gegevens vertonen verder een normaal patroon voor wandelen en het normale uit fase patroon tussen kinetische en potentiële energie. In de verticale grondreactiekracht is het diepere dal tussen beide pieken in schrede WRT-1, in vergelijking met wandelen, vermoedelijk te wijten aan de grotere snelheid bij de WRT in vergelijking met wandelen. Uit het theoretisch model van Minetti (1998) blijkt immers dat 90

99 DISCUSSIE een grotere snelheid bij wandelen gepaard gaat met een toename van de grootte van de pieken in de verticale grondreactiekrachten en een dieper dal Schrede WRT0 Zowel de kinetische als potentiële energie nemen toe tijdens schrede WRT0 doordat de snelheid toeneemt en doordat het lichaamszwaartepunt een hogere positie verkrijgt. Schrede WRT0 vertoont spatiotemporeel sterke gelijkenissen met galop aangezien er een opeenvolging is van een enkele steunfase, een dubbele steunfase, een enkele steunfase, gevolgd door een zweeffase. Kinematisch verschilt de transitieschrede WRT0 echter wel van galop. In schrede WRT0 vertoont stap HC0 nog kinematische gelijkenissen met wandelen. Ook de verticale grondreactiekracht vertoont in stap HC0 voor het steunbeen een patroon zoals bij wandelen. Vanaf het tweede hielcontact in schrede WRT0 (stap HC00) vertoont de steunfase van de enkel, knie en heup reeds grote gelijkenissen met lopen maar het zwaaibeen vertoont daar een patroon tussen dat van wandelen en dat van lopen. Deze asymmetrie tussen beide benen is niet verwonderlijk aangezien Segers et al. (2007a) stellen dat men op dat moment met het ene been aan het wandelen en met het andere been aan het lopen is. In stap HC00 zal in vergelijking met de voorgaande wandelpas meer flexie in de knie en de heup en meer dorsiflexie in de enkel zichtbaar zijn tijdens de steunfase en meer plantairflexie op het einde van de steunfase. Hierbij zullen de spieren in de onderste ledematen excentrisch voorgespannen worden zodat nadien een krachtige concentrische samentrekking kan zorgen voor het inzetten van een zweeffase die nodig is om de eerste looppas te genereren. Om in stap HC00 een steunfase zoals bij lopen te verkrijgen zal in stap HC0 een preparatie te merken zijn op het einde van de zwaaifase (vanaf 30% van de schrede) door meer dorsiflexie te vertonen in de enkel, meer flexie in de knie en meer flexie in de heup in vergelijking met de vorige wandelpas. Dit is in overeenkomst met de gestelde hypothese en met de resultaten van Segers et al. (2007a) op een loopband en Segers et al. (2007b) op een overgrondse opstelling, al wordt er in dit laatste onderzoek een grotere extensie in de heup gevonden in plaats van een grotere flexie. Deze preparatie in de zwaaifase zal ervoor zorgen dat het steunbeen in stap HC00 reeds de loopconfiguratie zal vertonen terwijl het zwaaibeen de transitie nog aan het maken is. Ook uit de gegevens van de verticale grondreactiekrachten komt duidelijk naar voor dat het steunbeen in stap HC00 reeds gelijkenissen vertoont met lopen. Op spatiotemporeel gebied veranderen de meeste parameters binnen stap HC0 of stap HC00. Vanuit wandelen, dat symmetrisch is, zal er een asymmetrie zijn tussen het linker- en het 91

100 DISCUSSIE rechterbeen in schrede WRT0 doordat stap HC00 langer is dan de voorgaande en volgende stappen en dit zowel in tijd (0,43±0,03s) als in lengte (1,22±0,12m) omdat de transitie voornamelijk daar voorbereid wordt. In schrede WRT0 vertoont stap HC0 nog steeds het uit fase patroon van wandelen en is er een plotse overgang van een uit fase naar een in fase patroon binnen stap HC00. Deze data bevestigen de bevindingen van Segers et al. (2007b) en komen overeen met de plotse veranderingen in de kinematica van stap HC00. De potentiële energie vertoont tijdens stap HC00 een groter minimum in vergelijking met de voorgaande passen, te wijten aan een diepere inbuiging die te zien is in de kinematica en een groter maximum, te wijten aan het ontstaan van een eerste zweeffase. Zowel de kinetische als potentiële energie vertonen in het tweede deel van stap HC00 reeds sterke gelijkenissen met lopen. Men zou dus kunnen stellen dat de transitie reeds afgewerkt is in de helft van stap HC00. De preparatie die door Li en Hamill (2002) in de grondreactiekrachten van de WRT gevonden werd in stap HC0 is in dit onderzoek minder duidelijk. Er is wel variabiliteit merkbaar in de verticale grondreactiekracht maar de tweede piek van de grondreactiekracht van wandelen vertoont geen opvallende daling in vergelijking met de voorgaande passen zoals verwacht wordt op basis van de resultaten van Li en Hamill (2002) Schrede WRT1 Vanaf schrede WRT1 vertonen de spatiotemporele data en de grondreactiekrachten het patroon van lopen. De grootte van de verticale piek van de grondreactiekracht in stap HC11 is groter dan bij stap HC1 doordat men in schrede WRT1 nog steeds aan het versnellen is zoals blijkt uit de totale impuls van de horizontale grondreactiekracht, uit de toename van de kinetische energie en uit de spatiotemporele gegevens voor deze schrede. Ook de kinematica en de energie vertonen in schrede WRT1 het normale patroon voor lopen Conclusie Op basis van de kinematica, de spatiotemporele data, de grondreactiekrachten en de energie wordt dezelfde pas als de transitiepas naar voor gebracht. Dit wijst erop dat er wel degelijk sprake is van een transitiepas. Zowel op spatiotemporeel als kinematisch vlak en zelfs op kinetisch vlak wijkt deze stap af van de voorgaande wandelpassen en van de volgende looppassen. Op kinematisch vlak, in de grondreactiekrachten en in de energie vertoont stap 92

101 DISCUSSIE HC00 reeds gelijkenissen met lopen in het tweede deel van de steunfase, zodat een eerste zweeffase kan gegenereerd worden. De WRT lijkt een abrupte transitie die voornamelijk plaats vindt binnen stap HC00. In de kinematica werd echter in de enkel, knie en heup een preparatie gevonden in het laatste deel van de zweeffase van stap HC0. Ook in de grondreactiekrachten lijkt er een preparatie plaats te vinden. Hoewel de belangrijkste veranderingen binnen 1 stap plaatsvinden is er een korte preparatie waar te nemen in de stap voor transitie GRT Snelheid In de GRT bedraagt de transitiesnelheid 3,83±0,34ms -1. Er is geen snelheidssprong merkbaar en de transitie gaat niet gepaard met een grote snelheidstoename zoals bij de WRT. Dit is te wijten aan het feit dat de snelheden voor galop en lopen niet significant van elkaar verschillen. Door de hogere snelheid van galop in vergelijking met wandelen is de snelheid van de GRT significant groter dan deze van de WRT zoals in overeenkomst met de gestelde hypothese. Aangezien beide locomotievormen binnen eenzelfde snelheidsbereik voorkomen, is er tussen beiden geen snelheidsbereik waarbij onstabiele locomotie ontstaat. Hierdoor lijkt de hypothese voor het ontstaan van een snelheidssprong (De Smet et al., 2009b) bevestigd. Hoewel de GRT behoort tot de quasi-spontane transities, die in theorie gemakkelijker zouden moeten verlopen dan de opgelegde transities, kan verondersteld worden dat de GRT een moeilijke transitie is aangezien deze niet het spontane gevolg is van een snelheidstoename zoals bij de WRT. Deze transitie moet vermoedelijk intentioneel gebeuren, zoals ook Getchell en Whitall (2004) stellen. De snelheid in schrede GRT-1 is vermoedelijk lager dan in schrede GRT0 omdat de gedachte dat de transitie moet genomen worden de automatismen verstoort. Aangezien bij de transitie zelf naar een intrinsiek gangpatroon wordt overgegaan, kan dit vermoedelijk spontaan gebeuren en is dit een mogelijke verklaring voor de hogere snelheden tijdens GRT0 die zowel in de grondreactiekrachten als in de spatiotemporele en energetische data naar voor komt. Een andere verklaring voor de hoge transitiesnelheid is het feit dat onze proefpersonen de instructie kregen om te versnellen vanuit galop en dan de transitie te maken naar lopen. 93

102 DISCUSSIE De energetische optimalisatie, die voorkomt bij de WRT (Raynor et al., 2002), komt vermoedelijk niet voor bij de GRT. Het lijkt immers onwaarschijnlijk dat het pas vanaf 3,83ms -1 energetisch voordeliger wordt om te lopen in plaats van te galopperen aangezien Minetti (1998) stelt dat galop over het algemeen energetisch minder voordelig is dan lopen. Het is goed mogelijk dat er een ander mechanisme de GRT veroorzaakt dan deze die de WRT veroorzaakt Schrede GRT-1 De kinematica, grondreactiekrachten, spatiotemporele data en de energie vertonen in schrede GRT-1 een verloop zoals bij galop. In de spatiotemporele data van schrede GRT-1 komt het asymmetrische karakter van galop duidelijk naar voor in de staptijd, stapfrequentie en staplengte. Door de tijdsasymmetrische verschillen tussen het leidend been en het afzetbeen vertonen de opeenvolgende stappen een grote variatie binnen deze parameters. De verschillen in de kinematica van de enkelhoek tussen schrede GRT-1 en galop zijn naar analogie met de WRT mogelijks te wijten aan de hogere snelheid (3,40±0,40ms -1 ) in vergelijking met G (3,07±0,38ms -1 ) in combinatie met de versnelling die gegenereerd wordt richting schrede GRT0 (3,81±0,40ms -1 ). Hierdoor is een krachtigere voorwaartse afstoot nodig die mede ontstaat door een afstoot met meer plantairflexie in de enkel van het afzetbeen. De totale impuls van de horizontale grondreactiekracht voor schrede GRT-1 is hierdoor negatief (-13,14Ns). De verschillen in het verloop van de knie en de heup in schrede GRT-1 in vergelijking met G zijn mogelijks ook te verklaren door de versnelling in deze schrede waardoor onder andere meer extensie in de heup nodig is. De verticale GRK in schrede GRT-1 lijkt op galop maar er is een grotere eerste piek en een kleinere tweede piek merkbaar. Mogelijks is ook dit te wijten aan de versnelling die bij schrede GRT-1 gezien wordt. De voorwaartse stuwing wordt immers vooral gemedieerd vanuit het achterste been en het lijkt daarom waarschijnlijk dat de grondreactiekracht van het achterste been zal toenemen en dit zowel in horizontale als in verticale richting Schrede GRT0 Tijdens de transitieschrede is er opvallend meer asymmetrie merkbaar tussen stap HC0 en stap HC00 in de staptijd, stapfrequentie en staplengte in vergelijking met de WRT. Tijdens de transitieschrede bij de GRT lijkt men op spatiotemporeel gebied nog steeds te galopperen. Ook in de verticale en horizontale grondreactiekrachten vertoont schrede GRT0 asymmetrie 94

103 DISCUSSIE tussen beide benen. De asymmetrie in schrede WRT0 lijkt het gevolg van een galoppas in stap HC0 en een looppas in stap HC00. In stap HC0 van schrede GRT0 komen de kinematica, grondreactiekrachten en energie nog overeen met galop. In schrede GRT0 is er net voor stap HC00 een preparatie merkbaar in de kinematica van de enkel en de heup tijdens de zwaaifase van het leidend been, zoals gesteld in de hypothese. Deze vertonen respectievelijk meer dorsiflexie en meer flexie in vergelijking met galop maar deze preparatie is minder duidelijk dan bij de WRT. Galop is echter een minder stabiele locomotievorm dan wandelen en lopen (Clark & Whitall, 1989). Het is bijgevolg mogelijk dat ook de preparaties in het leidend been tijdens stap HC00 een grotere variabiliteit vertonen en bijgevolg minder sterk tot uiting komen bij de kinematica van de gemiddelde waarden. Vanaf stap HC00 vindt de eigenlijke transitie plaats die gepaard gaat met een langere staplengte dan in alle voorgaande en alle volgende passen. Dit geeft de indruk dat de nieuwe locomotievorm, net zoals bij de WRT, voornamelijk binnen deze stap voorbereid wordt. Tijdens stap HC00 is in het leidend been, dat op dat moment contact maakt met de grond, reeds de kinematica van lopen herkenbaar in zowel de enkel, knie als heup. Het afzetbeen dat op dat moment een zwaaifase vertoont, situeert zich ergens tussen galop en lopen. De horizontale grondreactiekrachten tonen aan dat de versnelling in schrede GRT0 eerder te wijten is aan een afname van de afremmende impuls van het leidend been en niet zozeer van een toename van de vooruitstuwende impuls van het afzetbeen. Dit is te verklaren doordat het leidend been in stap HC00 reeds neerkomt zoals bij lopen aangezien zowel de kinematica als de horizontale en verticale grondreactiekrachten van stap HC00 gelijkenissen vertonen met lopen. In schrede GRT0 is, in tegenstelling tot de gestelde hypothese, geen duidelijke preparatie merkbaar in de verticale grondreactiekracht. In de GRT lijkt het, net zoals in de WRT zo dat het leidend been zich tijdens zijn zwaaifase, net voor stap HC00 gaat aanpassen aan de nieuwe locomotievorm zodat vanaf het hielcontact in stap HC00 de locomotievorm naar welke wordt overgeschakeld aangenomen wordt in het steunbeen. De verticale en horizontale grondreactiekrachten bevestigen dit. Het zwaaibeen vertoont op dat moment een verloop tussen dat van galop en lopen omdat het zich aan het aanpassen is aan de nieuwe locomotievorm. 95

104 DISCUSSIE In schrede GRT0 is er bij de kinetische en potentiële energie vanaf stap HC00 een plotse overgang te vinden naar een in fase patroon. Reeds tijdens deze stap (HC00) vertoont de energie meer gelijkenissen met lopen dan met galop. Ook de verticale kinetische energie vertoont een plotse verandering binnen stap HC00. De transitie vindt op energetisch vlak dus abrupt binnen stap HC00 plaats. De energetische overeenkomst tussen lopen en galop lijkt er voor te zorgen dat deze transitie snel en binnen 1 stap kan plaatsvinden Schrede GRT1 Vanaf schrede GRT1 vertoont de kinematica van de enkels, knieën en heupen een symmetrisch verloop zoals bij lopen. Ook spatiotemporeel is er vanaf dan een volledig symmetrisch verloop te zien en de grondreactiekrachten en de energie komen overeen met deze van lopen. De verticale energie vertoont echter een abnormaal verloop die te wijten is aan een grote variabiliteit tussen de proefpersonen. De transitie blijkt van in schrede GRT1 reeds volledig afgewerkt en dit geeft de indruk dat ook de GRT een abrupt fenomeen is Conclusie Getchell en Whitall (2004) onderscheiden de GRT van de WRT. Deze resultaten tonen aan dat dit spatiotemporeel klopt en dat er vermoedelijk een andere mechanisme de transitie veroorzaakt. De transitie zelf gebeurt echter op een sterk gelijkaardige manier en vindt ondanks de asymmetrie van galop grotendeels plaats binnen stap HC00. Er is dus sprake van een transitiepas net zoals bij de WRT en de preparatie die hier aan voorafgaat is zeker niet opvallender dan bij de WRT. Er kan dus gesteld worden dat bij de transities de locomotievorm naar waar wordt overgegaan een belangrijkere rol speelt dan de locomotievorm waaruit men komt voor de manier waarop de transitie gerealiseerd wordt. Getchell en Whitall (2004) stellen dat de energetische verschillen een mogelijke verklaring zijn voor de moeilijkere transitie van galopperen naar lopen. In dit onderzoek worden net energetische overeenkomsten gevonden tussen wandelen en galop aangezien beiden een min of meer in fase patroon vertonen, wat dan net een mogelijke verklaring kan zijn voor de relatief vlotte transitie die tussen beide locomotievormen werd gevonden in dit onderzoek. 96

105 DISCUSSIE 4.4. WGT Snelheid De WGT vindt plaats aan een snelheid van 2,66±0,24ms -1 en situeert zich, zoals gesteld in de hypothese, in de buurt van de transitiesnelheid van de WRT. Net zoals bij de WRT valt deze snelheid tussen de voorkeurssnelheden van de betrokken locomotievormen en gaat de transitie gepaard met een snelheidstoename van stap HC-1 tot stap HC11. Deze snelheidstoename blijkt ook uit het energieverloop en uit de data van de horizontale grondreactiekracht. Toch kan moeilijk gesteld worden dat de transitie, zoals wel het geval bij de WRT, het spontane gevolg is van een snelheidstoename aangezien men hier intentioneel moet overgaan naar een niet-spontane locomotievorm zoals eigen aan de opgelegde transities. Het moment waarop beslist wordt om de transitie te maken, lijkt bij de WGT spontaan op te treden. Proefpersonen die op dat moment met de niet-voorkeursvoet de transitie wilden maken, vertoonden een huppel- of looppas om zo met hun voorkeursbeen te kunnen galopperen. Indien de transitie volledig intentioneel zou gebeuren, zou immers verwacht worden dat de proefpersonen hiermee geen problemen zouden hebben, door direct op het juiste moment de transitie te maken. Gezien de energetische inefficiëntie bij galop (Minetti, 1998) zou men vanuit een energetische optimalisatie een hogere transitiesnelheid verwachten bij de WGT dan bij de WRT. De snelheid voor de WRT verschilt echter niet significant van de WGT waardoor de transitie vermoedelijk niet gepaard gaat met een energetische optimalisatie. Het lijkt eerder zo dat bij de WRT en de WGT eenzelfde mechanisme, dat ontstaat tijdens de versnelling van wandelen, bepalend is voor het moment waarop de transitie ingezet wordt. De dorsiflexoren, die een belangrijke rol spelen bij de WRT (Hreljac, 1995a, 2008; Malcolm 2009 a, b), zouden dan op dezelfde manier bij de WGT een rol spelen en het moment bepalen waarop de transitie zal plaatsvinden. Het moment waarop de transitie plaatsvindt blijkt eigen aan de locomotievorm waaruit men komt en eerder onafhankelijk van het feit de transitie naar een symmetrische of een asymmetrische locomotievorm plaatsvindt. De manier waarop de transitie dan gebeurt, zal verschillen tussen de WRT en de WGT zoals blijkt uit de kinematica en de grondreactiekrachten doordat bij de WRT naar een intrinsieke symmetrische locomotievorm wordt overgegaan en bij de WGT naar een opgelegde nietspontane asymmetrische locomotievorm. 97

106 DISCUSSIE De snelheidssprong (0,44±0,38ms -1 ) bij de WGT vindt plaats van stap HC-11 naar stap HC00 en is van een gelijkaardige grootte als deze bij de WRT. Ze vindt echter vroeger plaats dan bij de WRT wat doet vermoeden dat de transitie niet enkel binnen stap HC00 plaatsvindt maar dat deze reeds initieert ergens binnen stap HC0 en zich verder zet tijdens stap HC Schrede WGT-1 In schrede WGT-1 vertonen de kinematica, de grondreactiekrachten en de energie een verloop dat gelijkenissen vertoont met wandelen, zoals bij schrede WRT-1. Ondanks de transitie naar een asymmetrische locomotievorm vindt er geen preparatie plaats binnen schrede WGT-1. In schrede WGT-1 is er op het gebied van stapfrequentie, staplengte en staptijd symmetrie merkbaar tussen beide benen die eigen is aan het symmetrische wandelpatroon. De veronderstelling dat de kleine verschillen tussen enerzijds schrede WGT-1 (en WRT-1) en anderzijds wandelen te wijten zijn aan het snelheidsverschil lijkt te kloppen aangezien ook bij de WGT-1 de snelheid (2,17±0,01ms -1 ) verschilt ten opzichte van wandelen (1,54±0,18ms -1 ) en er een versnelling is naar schrede WGT0 (2,69±0,87ms -1 ). De snelheid voor schrede WGT 1 is wel gelijkaardig aan de snelheid voor schrede WRT-1(2,08±0,00ms -1 ). Ook de kleine verschillen in de heuphoek van WGT-1 in vergelijking met wandelen zijn een mogelijk gevolg van de verschillende snelheid Schrede WGT0 In schrede WGT0 nemen zowel de kinetische als de potentiële energie toe door het ontstaan van een zweeffase en door een snelheidstoename. Binnen schrede WGT0 is er asymmetrie merkbaar tussen de spatiotemporele factoren in beide benen omdat de transitie daar voorbereid wordt en men al kenmerken vertoont van galop. De grotere staplengte in stap HC00 in vergelijking met alle voorgaande passen wijst erop dat daar de meeste veranderingen aan het nieuwe locomotiepatroon zullen optreden. Ook in de verticale en horizontale grondreactiekrachten is er asymmetrie merkbaar tussen beide benen in schrede WGT0. Binnen schrede WGT0 is er in de kinematica van de enkel, knie en heup een preparatie merkbaar, zoals gesteld in de hypothese, maar deze is veel groter dan in de WRT of de GRT. De preparatie in de kinematica van het zwaaibeen tijdens stap HC0 initieert vroeger dan bij de WRT of de GRT en zal zich uiten in een grotere dorsiflexie in de enkel, meer flexie in de knie en meer flexie in de heup net voor stap HC00. Deze preparatie zorgt ervoor dat het steunbeen 98

107 DISCUSSIE in stap HC00 zich zoals galop zal gedragen waardoor de zweeffase richting de eerste echte galoppas (in schrede WGT1) kan voorbereid worden. In tegenstelling tot de WRT en de GRT zal er tijdens de steunfase in stap HC0 ook een preparatie merkbaar zijn. Het afzetbeen vertoont in het begin van schrede WGT0 nog gelijkenissen met de voorgaande locomotievorm maar verandert reeds vroeg tijdens de steunfase in stap HC0, doordat deze zich aan het aanpassen is aan de nieuwe locomotievorm. Daarbij zal meer dorsiflexie in de enkel en meer flexie in de knie en de heup ontstaan. De transitie naar galop vindt bij de WGT op kinematisch vlak niet enkel plaats binnen stap HC00 maar zowel binnen stap HC0 als binnen stap HC00. In de verticale grondreactiekrachten is de preparatie die Li en Hamill (2002) bij de WRT vinden, namelijk een daling van de tweede piek van de verticale grondreactiekracht, veel duidelijker aanwezig dan bij de WRT. Er zijn dus ook bij de grondreactiekrachten duidelijkere aanwijzingen voor een preparatie dan bij de WRT of de GRT. Het patroon van de verticale grondreactiekracht in stap HC0 vertoont immers verschillen met de voorgaande wandelpassen. De horizontale grondreactiekracht in stap HC00 vertoont ook reeds een opvallend grotere negatieve impuls (-19,55Ns) dan een positieve impuls (16,42Ns) zoals ook het geval bij galopperen. In stap HC00 vertonen zowel de verticale als de horizontale grondreactiekrachten een grote overeenkomst met galop. In het energieverloop blijkt de transitie echter wel binnen 1 stap op te treden. In stap HC0 is de energie nog zoals te verwachten bij lopen, maar in stap HC00 vertoont deze een plotse sprong naar een in fase patroon zoals ook bij galop gezien wordt. Ook in de horizontale kinetische energie komt duidelijk naar voor dat stap HC0 aansluit bij de voorgaande passen maar dat stap HC00 reeds zoals bij de volgende passen aansluit Schrede WGT1 Vanaf schrede WGT1 is men aan het galopperen zoals blijkt uit de kinematica, de grondreactiekrachten en de energie. De asymmetrie die daarbij ontstaat in de spatiotemporele parameters is nog niet zo duidelijk als bij schrede GRT-1. Hiervoor is enerzijds de veel lagere snelheid bij de WGT een verklaring en anderzijds het feit dat men nog steeds aan het versnellen is. Uit de data van de grondreactiekrachten blijkt immers dat de voorwaartse impuls veel groter is dan de afremmende impuls in schrede WGT1. 99

108 DISCUSSIE In tegenstelling tot de gestelde hypothese is er geen duidelijke post paratie merkbaar in de enkel of knie. Ook in de grondreactiekrachten zijn er geen aanwijzingen voor een postparatie. In de heup zou de kleinere flexie in het afzetbeen op het einde van de zwaaifase bij WGT1 in vergelijking met G of GRT-1 mogelijk kunnen te wijten zijn aan een postparatie, namelijk een meer voorwaartse positie van de romp die nog moet ingezet worden in de volgende stappen al kan de toenemende snelheid ook een mogelijke verklaring zijn Conclusie Daar waar in de WRT en de GRT duidelijk sprake is van een transitiepas (HC00) met een kleine preparatie in de voorafgaande zwaaifase, is er op basis van de grondreactiekrachten, de kinematica en de spatiotemporele data bij de WGT eerder sprake van een transitieschrede aangezien stap HC0 bijna volledig een preparatie bedraagt. In de energie blijkt de transitie echter wel abrupt op te treden binnen stap HC0 en zowel de spatiotemporele data als de grondreactiekrachten en de kinematica wijzen dezelfde pas HC00 aan als de transitiepas. Er kan geconcludeerd worden dat de transitie in stap HC00 gebeurt maar dat deze een voorbereiding vereist in de volledige transitieschrede. Bij de WRT en de GRT wordt overgegaan naar een symmetrische locomotievorm. Binnen schrede 0 zal vanaf het hielcontact in het midden van deze schrede (HC00) de nieuwe locomotievorm reeds aangenomen zijn in het been dat zich in steunfase bevindt. Het been dat op dat moment een zweeffase ondergaat zal tijdens deze zweeffase de nieuwe locomotievorm aannemen om dan vanaf het volgende hielcontact (stap HC1) het nieuwe locomotiepatroon correct te vertonen in beide benen. In tegenstelling tot de visie van Getchell en Whitall (2004) zouden de WRT en de GRT als meer gelijkend kunnen gezien worden dan de WRT en de WGT. Bij de WGT wordt immers overgegaan naar een asymmetrisch locomotiepatroon waarbij de schrede niet is op te splitsen in twee symmetrische stappen. Hierdoor moet binnen schrede 0 de volledige schrede aangepast worden aan de nieuwe locomotievorm om dan na de zweeffase in beide benen een correct en asymmetrisch locomotiepatroon te vertonen. Hierdoor moeten reeds voor stap HC00 aanpassingen aan de nieuwe locomotievorm gedaan worden. 100

109 DISCUSSIE 4.5. Besluit Clark en Whitall (1989) definiëren galop als wandelen met het leidende been en lopen met het afzetbeen maar zowel de kinematica als de grondreactiekrachten en de energie spreken dit tegen. Mensen galopperen steeds met hetzelfde been als leidend been en ze doen dit aan een snelheid die dicht tegen de voorkeurssnelheid voor lopen ligt. Om eenzelfde snelheid te bereiken wordt echter een grotere stapfrequentie en een kleinere staplengte gebruikt bij galop in vergelijking met lopen. De duty factor en de range of motion in de knie zouden een goed criterium zijn om een onderscheid te maken tussen de drie besproken locomotievormen maar meer onderzoek is hierbij vereist. Door de aanwezigheid van zowel een dubbele steunfase als een zweeffase sluit galop aan bij zowel wandelen als lopen. Het lijkt tegenstrijdig dat er in de spatiotemporele gegevens en de verticale grondreactiekrachten geen asymmetrie gevonden wordt tussen beide benen bij galop. Toch wordt er terecht van een asymmetrische locomotievorm gesproken aangezien de kinematica en de horizontale grondreactiekrachten wel verschillen tussen beide benen, wat dan weer een duidelijk verschil is met wandelen en lopen. Bij galop is er een mechanische energie-uitwisseling die afwijkt van deze van wandelen of deze van lopen maar in tegenstelling tot Minetti (1998) lijkt er eerder een in fase dan een uit fase patroon merkbaar te zijn tussen de potentiële en de kinetische energie. De opslag van elastische energie, eerst in het afzetbeen en nadien in het leidend been, lijkt een goede verklaring voor het verloop tussen potentiële en kinetische energie. Bilateraal en unilateraal huppelen worden in de literatuur (Minetti, 1998) als gelijkaardig beschouwd maar de besproken data maken duidelijk dat de energie-uitwisseling mogelijks niet helemaal op dezelfde manier gebeurt. De WRT gaat gepaard met een snelheidstoename. Binnen de transitieschrede zal de transitie voornamelijk binnen stap HC00 plaatsvinden. Daarbij vertonen de kinematica, de grondreactiekracht van het steunbeen en de mechanische energie-uitwisseling reeds gelijkenissen met lopen, terwijl het zwaaibeen nog bezig is de transitie te maken. De drastische verschillen voor en na stap HC00 wijzen er op dat de WRT een abrupt fenomeen is. Er zijn echter ook aanwijzingen voor een preparatie in kinematica van de zwaaifase die voorafgaat aan stap HC00 en in minder mate ook in de grondreactiekrachten van stap HC

110 DISCUSSIE De GRT wijkt af van de WRT doordat deze niet gepaard gaat met een snelheidstoename of een snelheidssprong. Vermoedelijk zijn het niet dezelfde mechanismen die de transitie veroorzaken als bij de WRT maar initieert de transitie eerder bewust. Toch wordt de transitie op eenzelfde manier gerealiseerd als bij de WRT: met uitzondering van een beperkte preparatie in de zwaaifase net voor stap HC00 vinden alle veranderingen binnen stap HC00 plaats. Net zoals in de WRT vertoont het steunbeen tijdens stap HC00 reeds gelijkenissen met lopen en is het zwaaibeen nog bezig de transitie te maken. Bij de WGT lijkt eenzelfde mechanisme de transitie te veroorzaken als bij de WRT. Het mechanisme dat de transitie veroorzaakt bij de WRT en de WGT is eigen aan de versnelling vanuit wandelen en lijkt onbewust plaats te vinden. De manier waarop de transitie gerealiseerd wordt is echter sterk verschillend in de WGT in vergelijking met de WRT. Bij de WGT initieert de preparatie in de kinematica in stap HC0 veel vroeger en zal deze in beide benen zichtbaar zijn in plaats van enkel in het zwaaibeen. Ook in de verticale en horizontale grondreactiekrachten is er een preparatie merkbaar in stap HC0. Doordat de grondreactiekrachten, de kinematica en de spatiotemporele data eenzelfde pas als de transitiepas aanduiden en doordat de energie binnen deze pas een plotse verandering vertoont, is er ook bij de WGT sprake van een duidelijke transitie van de ene naar de andere locomotievorm. Toch lijkt er eerder sprake van een transitieschrede in plaats van een transitiepas aangezien deze transitiepas veel voorbereiding vergt. Zoals in de gestelde hypothese blijken de WRT en de GRT op eenzelfde manier te verlopen en gemakkelijker te verlopen dan de WGT. Het blijkt dat een transitie van een asymmetrische locomotievorm gemakkelijker uit te voeren is dan een transitie naar een asymmetrische locomotievorm zoals gesteld in de hypothese. De locomotievorm naar waar overgegaan wordt lijkt een belangrijkere rol te spelen dan de locomotievorm vanwaar men komt in de manier waarop de transitie gerealiseerd wordt. In plaats van asymmetrische locomotie als 1 groot geheel te beschouwen kan beter een onderscheid gemaakt worden tussen transities naar een asymmetrische locomotievorm en transities van een asymmetrische locomotievorm. Het moment waarop de transitie zal plaatsvinden wordt echter bepaald door de transitievorm waaruit men komt. 102

111 DISCUSSIE Op basis van de studie van asymmetrische locomotie en asymmetrische transities wordt in deze studie ook meer inzicht verkregen in symmetrische locomotie. Deze scriptie maakt dan ook de weg vrij voor verder onderzoek naar asymmetrische locomotie om op die manier meer inzicht te verkrijgen in locomotie in het algemeen. 103

112 BIBLIOGRAFIE 5. BIBLIOGRAFIE - Abernethy, B., Hanna, A., & Plooy, A. (2002). The attentional demands of preferred and non-preferred gait patterns. Gait & Posture, 15(3), Alexander, R. M. (1984). Walking and running. American Scientist, 72, Arampatzis, A., Brüggemann, G., & Metzler, A. (1999). The effect of speed on leg stiffness and joint kinetics in human running. Journal of Biomechanics, 32, Afelt, Z., Blaszczyk, J., & Dobrzecka, C. (1983). Speed control in animal locomotion: transitions between symmetrical and nonsymmetrical gaits in the dog. Acta Neurobiol. Exp., 43, Bramble, D. M., & Lieberman, D. E. (2004). Endurance running and the evolution of Homo. Nature, 432, Burnett, C. N., & Johnson, E. W. (1971). Development of Gait in Childhood: Part II. Develop. Med. Child. Neurol. 13, Carrier, D. R. (1984). The energetic paradox of human running and hominid evolution. Current Anthropology, 25 (4), Cavagna, G. A., Heglund, N. C., & Taylor, C. R. (1977). Mechanical work in terrestrial locomotion: two basic mechanisms for minimizing energy expenditure. Am J Physiol Regulatory Integrative Comp Physiol, 233, Cavagna, G. A., Thys, H., & Zamboni, A. (1976). The sources of external work in level walking and running. J. Physiol., 262, Clark, J. E.,& Whitall, J. (1989). Changing patterns of locomotion: From Walking to Skipping. In Development of posture and gait across the life span (edited by M. Woollacott and A. Shumway-Cook). Columbia: University of South Carolina Press - Cohen, A. H Relationship between forelimb coordination and movement asymmetries during fast gaits, canter and gallop. Brain research, 164,

113 BIBLIOGRAFIE - De Smet, K., Malcolm, P., Lenoir, M., Segers, V., & De Clercq, D. (2009a). Effects of optic flow on spontaneous overground walk-to-run transition. Experimental Brain Research, 139(4), De Smet, K., Segers, V., Lenoir, M., & De Clercq, D. (2009b). Spatiotemporal characteristics of spontaneous overground walk-to-run transition. Gait & Posture, 29, Diedrich, F. J., & Warren, W. H. (1995). Why change gaits? Dynamics of the Walk-Run Transition. Journal of Experimental Psychology, 21(1), Diedrich, F. J., & Warren, W. H. (1998). The dynamics of gait transitions: effects of grade and load. Journal of Motor Behavior, 30, Enoka, R. M. (2001). Neuromechanics of Human Movement. 3e ed, (Human Kinetics) - Farley, C. T. (1998). Just skip it. Nature, 394, Farley, C. T., & Ferris, D. P. (1998). Biomechanics of Walking and Runing: Center of Mass Movements to Muscle Action. Exercise and Sport Sciences Reviews, 26, Farley, C. T., & Taylor, C. R. (1991). A mechanical trigger for the trot-gallop transition in horses. Science, 253, Frishberg, B.A. (1983). An analysis of overground and treadmill sprinting. Medicine and Science in Sports and Exercise, 15(6), Getchell, N., & Whitall, J. (1997). Transitions in gait as a function of physical parameters (abstract). Journal of Sport and Exercise Psychology, 19: S55 - Getchell, N.,& Whitall, J. (2004). Transitions To and From Asymmetrical Gait Patterns. Journal of Motor Behaviour, 36 (1), Hanna, A., Abernethy, B., Neal, R. J., & Burgess-Limerick, R. (2000). Triggers for the Transition Between Human Walking and Running. In Energetics of Human Activity (edited by W. A. Sparrow), Human Kinetics - Haywood, K. M., & Getchell, N. (2005) Life span motor development, 4e ed., Human Kinetics 105

114 BIBLIOGRAFIE - Heglund, N. C., & Taylor, R. (1988). Speed, stride frequency and energy cost per stride: how do they change with body size and gait?, Journal of Experimental Biology, 138, Hreljac, A. (1993). Preferred and energetically optimal gait transition speeds in human locomotion. Medicine and Science in Sports and Exercise, 25, Hreljac, A. (1995a). Determinants of the gait transition speed during human locomotion: kinematic factors. Journal of Biomechanics, 28(6), Hreljac, A. (1995b). Effects of physical characteristics on the gait transition speed during human locomotion. Human movement science, 14, Hreljac, A., & Marshall, R. N., (2000). Algorithms to determine event timing during normal walking using kinematic data, Journal of Biomechanics, 33(6), Hreljac, A., Imamura, R. T, Escamilla, R.F. & Edwards, W. B. (2007a). Effects of changing protocol, grade, and direction on the preferred gait transition speed during human locomotion. Gait & Posture, 25, Hreljac, A., Imamura, R. T, Escamilla, R.F. & Edwards, W. B. (2007b). When does a gait transition occur during human locomotion? Journal of Sports Science and Medicine, 6, Hreljac, A., Imamura, R.T., Escamilla, R.F., Edwards, W.B.,& MacLeod, T. (2008). The relationship between joint kinetic factors and the walk-run gait transition speed during human locomotion. Journal of Applied Biomechanics, 24, Jeng, S. F., Liao, H. F., Lai, J. S., & Hou, J. W. (1997). Optimization of walking in children. Medicine & Science in Sports & Exercise. 29 (3), Kelso, J. A. S., & Schöner, G. (1988). Self-organization of coordinative movement patterns. Human Movement Science, 7, Kram, R., Domingo, A., & Ferris, D. P. (1997). Effect of reduced gravity on the preferred walk-run transitions speed. The Journal of Experimental Biology, 200, Lee, S. J., & Hidler, J. (2008). Biomechanics of overground vs. Treadmill walking in healthy individuals. Journal of Applied Physiology, 104(3),

115 BIBLIOGRAFIE - Li, L. (2000). Stability landscapes of walking and running near gait transition speed. Journal of applied biomechanics, 16, Li, L., & Hamill, J. (2002). Characteristics of the vertical ground reaction force component prior to gait transition. Research Quarterly for Exercise and Sport, 73(3), Malcolm, P., Fiers, P., Segers, V., Van Caekenberghe, I., Lenoir, M, & De Clercq, D. (2009b). Experimental study on the role of the ankle push off in the walk-to-run transitions by means of a powered ankle-foot exoskeleton. Gait & Posture, 30, Malcolm, P., Segers, V., Van Caekenberghe I, & De Clercq, D. (2009b). Experimental study of the influence of the m. tibialis abterior on the walk-to-run transition by means of a powered ankle-foot exoskeleton. Gait & Posture, 29, Mero, A. & Komi, P. V. (1987). Electromyographic activity in sprinting at speeds ranging from sub-maximal to supra-maximal. Medicine and Science in Sports and Exercise, 19(3), McMahon, T. A., Valiant, G., & Frederick, E. C. (1987). Groucho running. Journal of applied physiology, 62(6), Minetti, A. E. (1998). The biomechanics of skipping gaits: a third locomotion paradigm? Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 265, Mohler, B.J., Thompson, W.B., Creem-Regehr, S.H., Pick, H.L. Jr., & Warren, W.H. Jr. (2007). Visual flow influences gait transition speed and preferred walking speed. Experimental Brain Research, 181(2), Raynor, A. J., Yi, C. J., Abernethy, B., & Jong, Q. J. (2002). Are transitions in human gait determined by mechanical, kinetic or energetic factors? Human Movement Science, 21, Riley, P.O., Dicharry, J., Franz, J., Della Croce, U., Wilder, R.P., & Kerrigan, D.C. (2007a). A kinematics and kinetic comparison of overground and treadmill running. Medicine and Science in Sports and Exercise, 40(6),

116 BIBLIOGRAFIE - Riley, P.O., Paolini, G., Della Croce, U., Paylo, K.W., & Kerrigan, D.C. (2007b). A kinematic and kinetic comparison of overground and treadmill walking in healthy subjects. Gait & Posture, 27(1), Segers, V., Lenoir, M., Aerts, P., & De Clercq, D. (2007a). Kinematics of the transition between walking and running when gradually changing speed. Gait & Posture, 26, Segers, V., Aerts, P., Lenoir, M., & De Clercq, D. (2006) Spatiotemporal characteristics of the walk-to-run and run-to-walk transition when gradually changing speed. Gait & Posture, 24, Segers, V., Aerts, P., Lenoir, M. & De Clercq, D. (2007b). Dynamics of the body centre of mass during actual acceleration across transition speed. The Journal of Experimental Biology, 210 (4), Vilensky, J. A., Libii, J. N., & Moore, A. M. (1991). Trot-gallop gait transitions in quadrupeds. Physiology & Behavior, 50,

117 BIJLAGEN 6. BIJLAGEN 1.BIJLAGE 1: Informed Consent 109

118 BIJLAGEN 2.BIJLAGE 2: Spatiotemporele data Uitbijters: waarden in de witte vakjes; uitschieters: rode waarden (weggelaten in de dataanalyse) i. W, R & G 110

119 BIJLAGEN ii. WRT 111

120 BIJLAGEN 112

121 BIJLAGEN iii. GRT 113

122 BIJLAGEN iv. WGT 114

123 BIJLAGEN 115