Kinematic instrumental analysis of the shoulder and elbow joint in normal conditions and with hypermobility of the joint in the gait cycle

Cover Page

Cite item

Abstract

Background. There is evidence for violation or a complete change in the arm swing cycle during walking in a number of pathologic conditions.

Aim. We assess the functional state of the shoulder and elbow joints in normal conditions and with joint hypermobility syndrome (JHS) using the kinematic instrumental method of analyzing gait.

Material and methods. We studied 27 adolescent girls 12–15 years old with JHS and healthy subjects. A Vicon motion capture analysis system (Vicon, Oxford, Great Britain) was used to record biomechanical parameters.

Results. A decrease in limb movement amplitudes was noted in the shoulder joint around the frontal and sagittal axes in patients with JHS compared to the norm. During the arm swing cycle in the normal state, the shoulder is in a state of internal rotation, whereas in the girls with JHS, the shoulder is in a state of external rotation for most of the arm swing cycle. The elbow joint in the JHS subjects showed a significant increase in flexion angle of the forearm in the swing phase of 41.5° ± 0.90° and a decrease in this angle in the stance phase. The JHS group also showed a decrease in power of the muscles acting on the shoulder joint.

Conclusions. A common sign of changes in the range of motion of the links of the upper limb in the shoulder and elbow joints in subjects with JHS was decreased amplitude of their flexion and decreased power of the joints. In the adolescents with JHS in the shoulder joint, a significant decrease in the internal rotation angles and reduction of the limb was found.

About the authors

Olga I. Vorontcova

Astrakhan State University

Email: aspuvorontsova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4037-3990
SPIN-code: 6255-7878

PhD, Associate Professor, the Head of Center of Collective Facilities “Three-dimensional study of the biomechanics of human movements”

Russian Federation, 20A, Tatishchev street, Astrakhan, 414056

Larisa A. Udochkina

Astrakhan State Medical University

Author for correspondence.
Email: udochkin-lk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5016-0633
SPIN-code: 9142-4447

MD, PhD, Associate Professor, the Head of Department of Anatomy

Russian Federation, 121, Bakinskaya Street, Astrakhan, 414000

Marina S. Baranec

Astrakhan State University

Email: marinka_bants@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4496-7021
SPIN-code: 6158-5630

Specialist of Center of Collective Facilities “Three-dimensional study of the biomechanics of human movements”

Russian Federation, 20A, Tatishchev street, Astrakhan, 414056

Marina V. Grechitaeva

Belgorod National Research University

Email: loza65@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3712-1557
SPIN-code: 8576-6490

BD, PhD, Professor, Professor Department of Biology, Director of the Museum of Nature

Russian Federation, 85, Pobeda street, Belgorod, 308015

Ludmila A. Goncharova

Astrakhan State Medical University

Email: sanomed@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-1450-7158
SPIN-code: 8233-1743

MD, PhD, Professor, Professor Department of Pediatric Surgery

Russian Federation, 121, Bakinskaya Street, Astrakhan, Russia, 414000

References

  1. Острополец С.С. К проблеме недифференцированной дисплазии соединительной ткани у детей // Педиатрические аспекты дисплазии соединительной ткани. Достижения и перспективы. – М.; Тверь; СПб.: ООО РГ «ПРЕ100», 2010. – С. 62–65. [Ostropolez SS. K probleme nedifferentsirovannoy displazii soedinitel’noy tkani u detey. In: Pediatricheskie aspekty displazii soedinitel’noy tkani. Dostizheniya i perspektivy. Moscow; Tver’; Saint Petersburg: PRE100; 2010. P. 62-65. (In Russ.)]
  2. Nakakubo S, Doi T, Sawa R, et al. Does arm swing emphasized deliberately increase the trunk stability during walking in the elderly adults? Gait Posture. 2014;40(4):516-520. https://doi.org/10.1016/ j.gaitpost.2014.06.005.
  3. Pijnappels M, Kingma I, Wezenberg D, et al. Armed against falls: the contribution of arm movements to balance recovery after tripping. Exp Brain Res. 2010;201(4):689-699. https://doi.org/10.1007/s00221-009-2088-7.
  4. Ortega JD, Fehlman LA, Farley CT. Effects of aging and arm swing on the metabolic cost of stability in human walking. J Biomech. 2008;41(16):3303-3308. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2008.06.039.
  5. Umberger BR. Effects of suppressing arm swing on kinematics, kinetics, and energetics of human walking. J Biomech. 2008;41(11):2575-2580. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2008.05.024.
  6. Collins SH, Adamczyk PG, Kuo AD. Dynamic arm swinging in human walking. Proc Biol Sci. 2009;276(1673):3679-3688. https://doi.org/10.1098/rspb.2009.0664.
  7. Massaad F, Lejeune TM, Detrembleur C. Reducing the energy cost of hemiparetic gait using center of mass feedback: a pilot study. Neurorehabil Neural Repair. 2010;24(4):338-347. https://doi.org/10.1177/1545968309349927.
  8. Yizhar Z, Boulos S, Inbar O, Carmeli E. The effect of restricted arm swing on energy expenditure in healthy men. Int J Rehabil Res. 2009;32(2):115-123. https://doi.org/10.1097/MRR.0b013e32830d3675.
  9. Barton CJ, Levinger P, Menz HB, Webster KE. Kinematic gait characteristics associated with patellofemoral pain syndrome: a systematic review. Gait Posture. 2009;30(4):405-416. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2009.07.109.
  10. Celletti C, Galli M, Cimolin V, et al. Use of the gait profile score for the evaluation of patients with joint hypermobility syndrome/Ehlers-Danlos syndrome hypermobility type. Res Dev Disabil. 2013;34(11):4280-4285. https://doi.org/10.1016/j.ridd.2013.09.019.
  11. Galli M, Cimolin V, Rigoldi C, et al. Gait strategy in patients with Ehlers-Danlos syndrome hypermobility type: a kinematic and kinetic evaluation using 3D gait analysis. Res Dev Disabil. 2011;32(5):1663-1668. https://doi.org/10.1016/j.ridd.2011.02.018.
  12. Воронцова О.И., Удочкина Л.А., Мазин И.Г., Гончарова Л.А. Цикл движения верхних конечностей при нормальной ходьбе человека // Медицинский вестник Башкортостана. – 2016. – Т. 11. – № 6. – С. 53–58. [Vorontsova OI, Udochkina LA, Mazin IG, Goncharova LA. The cycle of upper extremities motion in normal walking of a man. Bashkortostan medical journal. 2016;11(6):53-58. (In Russ.)]
  13. Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология (физиология развития ребенка). – М.: Академия, 2009. [Bezrukih MM, Sonkin VD, Farber DA. Vozrastnaya fiziologiya (fiziologiya razvitiya rebenka). Moscow: Akademia; 2009. (In Russ.)]
  14. wweb.uta.edu [Internet]. Plug-In-Gait [cited 2018 Feb 17]. Available from: http://wweb.uta.edu/faculty/ricard/Classes/KINE-5350/PIGManualver1.pdf.
  15. Baker R. Measuring walking: A handbook of clinical analysis. London: Mac Keith Press; 2013.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Illustration of the shoulder joint rotation (screenshot of the Vicon Polygon program). The dashed line represents patients with joint hypermobility syndrome, and the solid one represents healthy subjects

Download (39KB)
3. Fig. 2. Illustration of elbow joint flexion (screenshot of ViconPolygon program). The dashed line represents patients with joint hypermobility syndrome, and the solid one represents healthy subjects

Download (45KB)
4. Fig. 3. Illustration of the power of the shoulder joints in patients with joint hypermobility syndrome (dashed line) and healthy subjects (solid line)

Download (66KB)

Copyright (c) 2019 Vorontcova O.I., Udochkina L.A., Baranec M.S., Grechitaeva M.V., Goncharova L.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».