The effect of restricted arm swing on energy expenditure in healthy men

    loading  Checking for direct PDF access through Ovid

Abstract

Arm swing in human walking is an active natural motion involving the upper extremities. Earlier studies have described the interrelationship between arms and legs during walking, but the effect of arm swing on energy expenditure and dynamic parameters during normal gait, is inconclusive. The aim of this study was to investigate the effect of restricted arm swing during walking on energy expenditure and spatio-temporal parameters. Fifteen healthy men (aged 19–29 years, height 158–192 cm, weight 50–80 kg) volunteered to walk on a Woodway (Hamburg, Germany) treadmill for 10 min at four different, random velocities, customary walking speed (CWS=100%), slow walking speed (80% CWS), fast walking speed (120% CWS) and very fast walking speed (140% CWS). Participants walked twice at each velocity: once with a natural arm swing and once with restricted arms. Sensor Medics Vmax29 (California, USA), a metabolic system machine measured oxygen consumption. Heart rate was also recorded. Concurrently, selected spatial-temporal parameters were taken. Walking with restricted arms resulted in a significant increase in VO2 consumption (VO2C) (8–34%), heart rate (8–17%) and O2 cost (8–20%). A significant increase in cadence (F=674.71; P<0.000) was accompanied by an equal reduction in stride length (F=748.21; P<0.000). Estimating VO2C based on changes in cadence while speeding and with restricted arms, indicated an 8–22.7% reduction in VO2C. Restricted arm swing seems to increase VO2C, whereas an increase in cadence tends to reduce VO2C to maintain constrained high velocity. The results of this study are relevant to gait efficiency of patients suffering from upper extremity dysfunction such as upper-limbs amputees and Parkinson's disease or in long distance walking of healthy participants carrying loads in their arms.

Armbewegungen beim menschlichen Gang sind aktive natürliche Bewegungen unter Beteiligung der oberen Extremitäten. Frühere Studien haben zwar den Zusammenhang von Armen und Beinen beim Gehen beschrieben, die Wirkung der Armbewegung auf den Energieaufwand und die dynamischen Parameter beim normalen Gang aber nicht beweiskräftig genug aufzeigen können. Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung der Wirkung von eingeschränkten Armbewegungen beim Gehen auf den Energieaufwand und räumlich-zeitliche Parameter. Im Rahmen der Hamburger Studie gingen 15 gesunde männliche Probanden (im Alter von 19–29 Jahren, Körpergröße: 158–192 cm, Gewicht: 50–80 kg) zehn Minuten lang auf einem Woodway-Laufband bei vier verschiedenen, randomisiert eingestellten Geschwindigkeiten: übliche Gehgeschwindigkeit (CWS=100%), langsame Gehgeschwindigkeit (SWS=80% CWS), schnelle Gehgeschwindigkeit (FWS=120% CWS) und sehr schnelle Gehgeschwindigkeit (VFWS=140% CWS). Die Probanden gingen bei jeder Geschwindigkeit zweimal: einmal mit natürlicher Armbewegung und einmal mit eingeschränkter Armbewegung. Mit Sensor Medics Vmax29 (California, USA), einem Gerät zur Stoffwechselmessung, wurde der Sauerstoffverbrauch gemessen. Die Herzfrequenz wurde ebenso aufgezeichnet. Gleichzeitig wurden ausgewählte räumlich-zeitliche Parameter gemessen. Gehen mit eingeschränkter Armbewegung hatte eine signifikante Steigerung des VO2-Verbrauchs (VO2C) (8–34%), der Herzfrequenz (8–17%) und der O2-Kosten (8–20%) zur Folge. Eine signifikante Steigerung der Kadenz (F=674.71; P<0.000) ging einher mit einem entsprechenden Rückgang der Schrittlänge (F=748.21; P<0.000). Die Schätzung des VO2-Verbrauchs ausgehend von den Kadenzänderungen bei der Beschleunigung und mit eingeschränkter Armbewegung wies einen VO2C-Rückgang von 8–22.7% auf. Eingeschränkte Armbewegungen scheinen den VO2-Verbrauch zu steigern, während ein Kadenzanstieg generell den VO2-Verbrauch senkt, um die eingeschränkte hohe Geschwindigkeit wahren zu können. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie sind ausschlaggebend für die Gangeffizienz von Patienten mit Funktionsstörungen der oberen Extremitäten wie bei armamputierten Patienten und Patienten mit Parkinson-Krankheit oder für das Langstreckengehen von gesunden Probanden mit belasteten Armen.

La oscilación de los miembros superiores de los humanos al andar es un movimiento natural activo. Estudios anteriores han descrito la interrelación entre los miembros superiores y los inferiores durante la marcha; sin embargo, no se ha logrado precisar aún los efectos de la oscilación de los miembros superiores en el gasto de energía y en los patrones dinámicos de la marcha normal. El objetivo de este estudio fue investigar los efectos de la restricción de la oscilación de los miembros superiores durante la marcha en el gasto de energía y en los aspectos espaciales y temporales de la marcha. Quince varones sanos (edad: 19–29 años, estatura: 158–192 cm, peso: 50–80 kg) se ofrecieron como voluntarios para caminar en una rueda de andar de marca Woodway (Hamburgo, Alemania) durante 10 minutos a cuatro velocidades diferentes seleccionadas al azar: velocidad normal (VN=100%), velocidad lenta (VL=80% de la VN), velocidad acelerada (VA=120% de la VN) y velocidad muy acelerada (VMA=140% de la VN). Cada sujeto anduvo dos veces a cada una de estas velocidades: una vez haciendo uso de la oscilación natural de los miembros superiores y otra vez con restricción de los movimientos oscilatorios de los miembros superiores. Se utilizó un dispositivo de valoración de parámetros metabólicos, de marca Medics Vmax29 (California, EE.UU.) para medir el consumo de oxígeno (CO). Además, se midió la frecuencia cardiaca y se valoraron los aspectos espaciales y temporales de la marcha seleccionados para este estudio. Andar mientras están restringidos los movimientos de oscilación de los miembros superiores dio lugar a un aumento importante del consumo de oxígeno (VCO2) (8–34%), de la frecuencia cardiaca (8–17%) y del gasto de oxígeno (8–20%). Se produjo un aumento importante, además, en la cadencia de la marcha (F=674.71; P<0.000) y un aumento de similar valor en la amplitud de los pasos (F=748.21; P<0.000). El cálculo del VCO2 a partir de los cambios en la cadencia durante el aumento de la velocidad y tras la restricción de los movimientos de los miembros superiores mostró una disminución del VCO2 de entre el 8% y el 22.7%. La restricción de los movimientos de oscilación de los miembros superiores parece aumentar el VCO2, mientras que el aumento de la cadencia tiende a reducir el VCO2 a fin de poder mantener la alta velocidad impuesta. Los resultados de este estudio tienen que ver con la eficacia de la marcha de los pacientes que padecen disfunciones de las extremidades superiores, por amputaciones o la enfermedad de Parkinson, o en individuos sanos durante marchas prolongadas mientras llevan objetos pesados en los miembros superiores.

Chez l'homme, le balancement des bras lors de la marche est un mouvement naturel actif des membres supérieurs. Des études précédentes ont décrit le rapport entre les bras et les jambes pendant la marche ; cependant les résultats concernant l'effet du balancement des bras sur la dépense d'énergie et les paramètres dynamiques pendant la marche normale sont peu concluants. Cette étude avait pour objet d'étudier les effets d'un balancement de bras limité pendant la marche sur la dépense d'énergie et les paramètres spatio-temporels. Quinze sujets masculins en bonne santé (âge : 19–29 ans, taille : 158–192 cm, poids : 50–80 kg) se sont portés volontaires pour marcher sur un marcheur Woodway (Hambourg, Allemagne) pendant 10 minutes à quatre vitesses différentes : marche ordinaire (CWS=100), marche lente (SWS=80 CWS), marche rapide (FWS=120 CWS) et marche très rapide (VFWS=140 CWS). Les sujets ont marché deux fois à chaque vitesse : une fois avec un balancement naturel des bras, l'autre avec les bras restreints. Un capteur Medics Vmax29 (California, USA), appareil d'étude du système métabolique, a mesuré de la consommation d'oxygène (CO). Le rythme cardiaque a également été enregistré. Certains paramètres spatiaux temporels ont été simultanément enregistrés. La marche bras restreints résulte dans une augmentation significative de la consommation VO2 (VO2C) (8–34%), du rythme cardiaque (8–17%) et de la consommation d'O2 (8–20). Une augmentation significative dans la cadence (F=674.71; P<0.000) s'accompagne d'une réduction égale dans la longueur du pas (F=748.21; P<0.000). L'estimation VO2C fondée sur un changement de cadence tout en accélérant avec les bras restreints indique une réduction de 8–22.7 de la mesure VO2C. Le balancement restreint des bras semble accroître la mesure VO2C, tandis que l'augmentation de la cadence a tendance à réduire la mesure VO2C afin de maintenir une haute vitesse contrainte. Les résultats de l'étude en cours sont pertinentes quant à l'efficacité de la démarche des patients souffrant de dysfonctionnement des membres supérieurs, par exemple les amputés des membres supérieurs et les patients souffrant de la maladie de Parkinson, ou encore pour la marche sur de longues distances des sujets sains transportant une charge dans les bras.

Related Topics

    loading  Loading Related Articles