A talpi bőnyében járás során ébredő megnyúlás numerikus vizsgálata a sarokmagasság függvényében
The Influence of Heel Height on Strain Variation of Plantar Fascia During High Heel Shoes Walking-Combined Musculoskeletal Modeling and Finite Element Analysis
Keywords:
high heel shoes, plantar fasciitis, effect of heel height, musculoskeletal modeling, finite element method, magas sarkú cipők, talpi bőnye gyulladás, sarokmagasság, izom-csontrendszeri modellezés, végeselemes modellezésAbstract
The therapeutic benefit of high heel shoes (HHS) for plantar fasciitis treatment is controversial topic. It has been suggested by several authors that plantar fascia strain can be decreased by heel elevation of shoes which helps in body weight redistribution throughout the length of the foot. However, repetitive tension, caused by HHS wearing, can result in plantar fasciitis which arises as heel and plantar pain. To explore the biomechanical function on plantar fascia under HHS conditions, musculoskeletal modeling (MsM) and finite element method (FEM) were used to investigate the effect of heel height (3-, 5-, and 7-cm) on strain distribution. For validation, the computed foot contact pressure was compared with experimental measurement, and the strain value on 1D fascia was compared with previous studies. Results showed that the peak strain of plantar fascia progressively increased on both 3D and 1D plantar fascia as heel elevated from 3 to 7 cm, and the maximum strain of plantar fascia occured near the heel pain site at second peak stance. The 3D fascia model predicted a higher strain magnitude than that of 1D, while it also provided more reliable strain distribution on the plantar fascia. It has been concluded that HHS with narrow heel support could pose a high risk on plantar fasciitis development, rather than reducing symptoms. Therefore, heel elevation as recommended treatment for plantar fasciitis is questionable.
Kivonat
A magas sarkú cipők terápiás előnyei a plantáris fasciitis (talpi bőnye gyulladás) kezelésére egy ellentmondásos téma. Több szerző javasolta, hogy a talpi bőnye feszültsége csökkenthető a cipő sarkának megemelésével, ami elősegíti a testtömeg eloszlását a talp teljes hosszában. A MSC viselése által okozott ismétlődő feszültség azonban talpi bőnye gyulladást eredményezhet, amely sarok- és talpfájdalomként jelentkezik. A talpi bőnye megnyúlását a sarokmagasság (3, 5 és 7 cm) függvényében, magas sarkú cipőben történő járás közben, izom-csontrendszeri modellezéssel (MsM) és végeselemes módszerrel (FEM) vizsgáltuk. A validáláshoz a számított talpnyomást hasonlították össze kísérleteken keresztül nyert mérési eredményekkel valamint az 1D talpi bőnye nyúlási értékét korábbi tanulmányokkal. Az eredmények azt mutatták, hogy a talpi bőnye csúcsfeszültsége fokozatosan nőtt mind a 3D, mind az 1D vizsgálat esetén, amikor a sarok 3-ról 7 cm-re emelkedett. A talpi bőnye maximális feszültsége a sarokfájdalom helye közelében, a második csúcsállásnál következett be. A 3D bőnye modell az 1D-nél nagyobb deformációt eredményezett, ugyanakkor megbízhatóbb nyúláseloszlást is biztosított. Arra a következtetésre jutottunk, hogy a keskeny saroktámaszú magas sarkú cipők továbbra is nagy kockázatot jelenthetnek a talpi bőnye gyulladás kialakulására. Ezért a sarokemelés, mint a bőnye gyulladás megelőzésére tett javaslat, továbbra is kérdéses.
References
Stecco, C., Corradin, M.,Macchi, V.,Morra, A., Porzionato, A., Biz, C., et al. (2013). Plantar Fascia Anatomy and its Relationship with Achilles Tendon and Paratenon. J. Anat. 223, 665–676. doi:10.1111/joa.12111.
Chen, Y.-N., Chang, C.-W., Li, C.-T., Chang, C.-H., and Lin, C.-F. (2015). Finite Element Analysis of Plantar Fascia during Walking. Foot Ankle Int. 36, 90–97. doi:10.1177/1071100714549189
López-López, D., Marañon-Medina, J., Losa-Iglesias, M. E., Calvo-Lobo, C.,Rodríguez-Sanz, D., Palomo-López, P., et al. (2018). The Influence of Heel Height Related on Quality of Life on the Foot in a Sample of Women. Revista da Associação Médica Brasileir 64, 324–329. doi:10.1590/1806-9282.64.04.324
Trojian, T., and Tucker, A. K. (2019). Plantar Fasciitis. Am. Fam. Physician 99, 744–750.
Kogler, G. F., Veer, F. B., Verhulst, S. J., Solomonidis, S. E., and Paul, J. P. (2001). The Effect of Heel Elevation on Strain within the Plantar Aponeurosis: In Vitro Study. Foot Ankle Int. 22, 433–439. doi:10.1177/107110070102200513
Marshall, P. (1988). The Rehabilitation of Overuse Foot Injuries in Athletes and Dancers. Clin. Sports Med. 7, 175–191. doi:10.1016/s02785919(20)30966-2
XXX. Nemzetközi Gépészeti Találkozó
EMT
Hwang, S. J., Choi, H. S., Choi, H. H., Kim, H. S., and Kim, Y. H. (2006). The Evaluation of the Lower Extremity Joint Moments and Muscle Force during Various High-Heel Walking. Kem 326-328, 755–758. doi:10.4028/www.scientific.net/kem.326-328.755
Son, J., Choi, H., and Kim, Y. (2008). “Analysis of Changes in Muscle Length of Lower Limbs during High-Heeled Walking Based on the Musculoskeletal Model,” in 2008 International Conference on BioMedical Engineering and Informatics, May 27–30, 2008, 809–812. doi:10.1109/BMEI.2008.342
Yu, J., Cheung, J. T.-M., Wong, D. W.-C., Cong, Y., and Zhang, M. (2013). Biomechanical Simulation of High-Heeled Shoe Donning and Walking. J. Biomech. 46, 2067–2074. doi:10.1016/j.jbiomech.2013.05.009
Hedrick, M. R. (1996). The Plantar Aponeurosis. Foot Ankle Int. 17, 646–649. doi:10.1177/107110079601701012
Gu, Y. D., Ren, X. J., Li, J. S., Lake, M. J., Zhang, Q. Y., and Zeng, Y. J. (2010b). Computer Simulation of Stress Distribution in the Metatarsals at Different Inversion landing Angles Using the Finite Element Method. Int. Orthopaedics (SICOT) 34, 669–676. doi:10.1007/s00264-009-0856-4
Li, S., Zhang, Y., Gu, Y., and Ren, J. (2017). Stress Distribution of Metatarsals during Forefoot Strike versus Rearfoot Strike: A Finite Element Study. Comput. Biol. Med. 91, 38–46. doi:10.1016/j.compbiomed.2017.09.018
