مقدمه
اسکولیوز ناشناخته نوجوانان (AIS) یک ناهنجاری پیچیده سه‌بعدی ستون فقرات است که با انحنای جانبی بیش از 10 درجه، چرخش محوری و تغییرات در سطح ساجیتال (1, 2) از جمله تغییرات کیفوز سینه‌ای و لوردوز کمری تعریف می‌شود (3). AIS  یک تا 3 درصد از نوجوانان را تحت تأثیر قرار می‌دهد و آن را به یک نگرانی ارتوپدی قابل توجه تبدیل می‌کند (1). اگرچه علت‌شناسی آن همچنان ناشناخته باقی مانده است، یک مدل چندعاملی شامل زمینه¬ی ژنتیکی (4, 5)، تأثیرات هورمونی (6)، و ناهنجاری‌های عضلات درون مفصلی (به عنوان مثال، نسبت‌های تغییر یافته فیبرهای نوع I/II در عضلات پارااسپاینال) (7)، به طور گسترده پذیرفته شده است.
پیشرفت AIS نیز به همین ترتیب چندعاملی است، به طوری که نوع انحنا (به ویژه سینه‌ای)، زاویه اولیه کاب بیش از 25 درجه (8)، و احتمال رشد اسکلتی باقی‌مانده (9) به عنوان پیش‌بینی‌کننده‌های مهم هر دو پیشرفت انحنا و نیاز نهایی به مداخله جراحی شناسایی شده‌اند (10). از نظر بیومکانیکی، فرض بر این است که بارگذاری نامتقارن ستون فقرات، که احتمالاً ناشی از تغییرات در راستای لگن (11) و اختلال درکنترل عصبی-عضلانی (12) است، ممکن است یک چرخه معیوب ایجاد کند که موجب پیشرفت AIS می¬شود. این بیومکانیک مختل شده از نظر عملکردی به عنوان کنترل ضعیف تعادل (13, 14) ظاهر می‌شود که به طور مداوم در بیماران AIS در طول ایستادن ساکن و فعالیت‌های پویا مستند شده است (15). راه رفتن، به عنوان یک فعالیت بنیادی و پویا، یک دید حیاتی و مهم به این نقص‌های عصبی-عضلانی-اسکلتی فراهم می‌کند. در افراد سالم، ستون فقرات به طور طبیعی در طول راه رفتن تحت خم شدن جانبی و چرخش محوری ظریف و هماهنگ سگمنت¬های مهره‌ای خود قرار می‌گیرد و یک انحنای S شکل موقت ایجاد می‌کند که انتقال وزن را تسهیل می‌کند و تعادل را حفظ می‌کند (16). در بیماران AIS، این حرکت هماهنگ مختل می‌شود (17). در جمعیت عمومی، الگوی راه رفتن تحت تأثیر پارامترهای مختلفی مانند سرعت راه رفتن (18, 19)، حمل بار (20, 21)، سن (22, 23)، شاخص توده¬ی بدنی (24)، پنجه به خارج و پنجه به داخل (25)، جنسیت (23, 26)، راه رفتن روی تردمیل (27)، و احساسات (28) قرار می‌گیرد. ستون فقرات تغییر شکل یافته به عنوان یک جرم خارج از مرکز عمل می‌کند، سیستم‌های کنترل وضعیتی بدن را به چالش می‌کشد و منجر به تغییرات در مکانیک راه رفتن می‌شود (29-32). نکته¬ی جالب توجه اینکه، برخی از مطالعات یک تعامل پویا بین ناهنجاری ستون فقرات و نیروهای راه رفتن را پیشنهاد کرده‌اند، به طوری که یک مطالعه گزارش کرده است که حداکثر زاویه کاب همزمان با اوج نیروی عکس‌العمل زمین (GRF) در طول مراحل ترمز و پیشروی راه رفتن است (17). این نشان می‌دهد که نیروهای تولید شده در طول هر قدم ممکن است نه تنها پیامد ناهنجاری باشند، بلکه می‌توانند در پیشرفت آن نیز نقش داشته باشند. بنابراین، تحلیل دقیق بیومکانیک راه رفتن در شرایط مختلف برای درک پاتومکانیک AIS، مکانیسم‌های پیشرفت آن، و برای توسعه پروتکل‌های توانبخشی هدفمند و مؤثر ضروری است.
عمومأ تغییرات گزارش شده شامل کاهش سرعت راه رفتن (33, 34)، طول قدم (35)، طول گام (30, 33)، کادنس و کاهش زمان استقرار و حرکت لگن در صفحه فرونتال (35, 36) است. علاوه بر این، راه رفتن در بیماران AIS اغلب با الگوهای نامتقارن GRF (15, 37) و سینماتیک تغییر یافته لگن (17, 35, 38) مشخص می‌شود که نشان‌دهنده تلاش بدن برای جبران عدم تعادل تنه است. با این حال، پیشینه پژوهش کاملاً منسجم نیست و برخی از مطالعات پارامترهای فضایی-زمانی نرمال مانند سرعت راه رفتن (39) و طول قدم (36) را گزارش می‌کنند. این اختلاف ها نشان می‌دهد که یک مسئله روش‌شناختی حیاتی وجود دارد که درک روشنی از راه رفتن بیماران AIS را مختل می‌کند. یک محدودیت اولیه که در بسیاری از تحقیقات موجود وجود دارد، تمرکز غالب بر راه رفتن در خط مستقیم است. اگرچه این کار اطلاعاتی ارائه می‌دهد، اما ممکن است به اندازه کافی چالش‌برانگیز نباشد، تا نقص‌های عصبی-عضلانی-اسکلتی زمینه‌ای را به طور کامل آشکار کند. در مقابل، مانورهای پیچیده‌تر و پرتقاضاتری مانند راه رفتن با چرخش، فشار بیشتری بر سیستم کنترل وضعیتی وارد می‌کنند و نیاز به تولید و اتلاف سریع نیروهای چرخشی و کنترل دقیق اندازه حرکت زاویه‌ای کل بدن دارند. همانطور که دیکسون و همکاران (2013، 2014) در مطالعات خود بر روی بچه های با رشد طبیعی نشان دادند، راه رفتن با چرخش 90 درجه می‌تواند نقاط ضعف و نقص‌های کنترل حرکتی را که در طول راه رفتن در خط مستقیم پنهان می‌مانند، آشکار کند (40, 41). برای فرد مبتلا به AIS که تعادل او قبلاً به چالش کشیده شده است، یک تکلیف¬ حرکتی چرخشی احتمالاً عدم تقارن‌ها را تشدید می‌کند و ارزیابی حساس‌تری از محدودیت عملکردی فراهم می‌کند. با وجود این، چرخش در جمعیت اسکولیوز به شدت کمتر مورد بررسی قرار گرفته است (42).
یک محدودیت حتی مهم‌تر، رویه رایج گروه‌بندی همه انواع انحناهای درگیر در بیماران AIS (به عنوان مثال، سینه‌ای، کمری، سینه‌ای-کمری) در یک گروه ناهمگن واحد است. این رویکرد از نظر بیومکانیکی مشکل‌ساز است. مکان انحنای ستون فقرات، بازوی اهرم اصلی ناهنجاری را تعیین می‌کند و پیامدهای مستقیمی برای بیومکانیک لگن و اندام تحتانی دارد. به عنوان مثال، اسکولیوز سینه‌ای راست عمدتاً بر قفسه سینه و کمربند شانه تأثیر می‌گذارد و تغییرات لگن اغلب جبرانی هستند. از سوی دیگر، اسکولیوز کمری که رأس انحنای آن در ستون فقرات کمری است، که مستقیماً بر جهت‌گیری و حرکت لگن، که پایه و اساس برای راه رفتن هستند، تأثیر می‌گذارد. به طور حیاتی، در اسکولیوز کمری، مهره‌های کمری به سمت تحدب انحنا می‌چرخند، در حالی که لگن اغلب به سمت سمت تقعر انحنا می‌چرخد (43). این ارتباط مکانیکی مستقیم نشان می‌دهد که پیامدهای بیومکانیکی برای راه رفتن، به ویژه تولید GRFها، باید بین انحناهای کمری و سینه‌ای تفاوت اساسی داشته باشد. علاوه بر این، حتی در جمعیت اسکولیوز کمری، قطبیت انحنا (تحدب راست در مقابل چپ) باید در نظر گرفته شود، زیرا سمت ارتفاع لگن و نیازهای عضلانی خاصی را برای پایداری تعیین می‌کند. ترکیب این فنوتیپ‌های متمایز در یک گروه به ناچار "نویز" ایجاد می‌کند، الگوهای تطبیقی منحصر به فرد را میانگین می‌گیرد و احتمالاً منجر به نتایج گمراه‌کننده در مورد ویژگی‌های بیومکانیکی هر نوع انحنای واحد می‌شود. کار اخیر گروه ما نشان داده است که نوجوانان با اسکولیوز کمری راست و چپ سازگاری‌های متمایزی در مرکز فشار و دینامیک گشتاور آزاد در طول راه رفتن مستقیم نشان می‌دهند، که ضرورت تحلیل جهت‌های انحنای اسکولیوز را به طور جداگانه تأکید می‌کند (44).
بنابراین، برای رفع این شکاف‌های روش‌شناختی، این مطالعه با هدف انجام یک تحلیل مقایسه‌ای دقیق از پارامترهای فضایی-زمانی و GRFهای سه‌بعدی در طول راه رفتن مستقیم و یک تکلیف¬ حرکتی راه رفتن چرخشی استاندارد در یک گروه همگن از افراد با اسکولیوز کمری، که بیشتر بر اساس قطبیت انحنا (تحدب راست در مقابل چپ) و یک گروه کنترل همسان طبقه‌بندی شده‌اند، انجام شده است. بر اساس رابطه مکانیکی مستقیم بین ستون فقرات کمری و لگن، فرض می‌شود که: الف) اسکولیوز کمری با تغییرات قابل توجهی در مؤلفه‌های فضایی-زمانی و GRF در طول هر دو راه رفتن مستقیم و چرخشی در مقایسه با افراد سالم همراه است، و ب) این تغییرات بین زیرگروه‌های اسکولیوز کمری راست (RL) و چپ (LL) به ویژه در مؤلفه‌های افقی GRF (داخلی-جانبی و قدامی-خلفی) در طول راه رفتن چرخشی که از نظر مکانیکی سخت است، به طور متفاوتی بروز می‌کند. با تمرکز بر یک نوع و قطبیت خاص انحنا، این تحقیق به دنبال ارائه اطلاعات بیومکانیکی واضح‌تر و دقیق‌تر است که پیش‌نیاز اساسی برای توسعه پروتکل‌های توانبخشی اختصاصی-فنوتیپ با هدف بهبود تقارن راه رفتن، کاهش بارگذاری غیرطبیعی مفاصل و افزایش ظرفیت عملکردی است.
روش شناسی
آزمودنی‌ها
در این مطالعه مقطعی 30 دختر نوجوان، که شامل 14 بیمار با اسکولیوز ناشناخته¬ی نوجوانان با انحنای کمری (گروه اصلی اسکولیوز، MSG) و 16 فرد سالم (گروه کنترل، CG) بود، شرکت کردند. MSG متعاقبأ به دو زیرگروه تقسیم شد: اسکولیوز کمری راست (RL) (تعداد=7) و اسکولیوز کمری چپ (LL) (تعداد=7). MSG فقط برای مقایسه با مطالعات قبلی که معمولاً انواع انحنا را گروه‌بندی و یا ترکیب می‌کنند، تحلیل شد. با این حال، آزمون فرضیه اصلی بر روی زیرگروه‌های طبقه‌بندی‌شده RL و LL انجام شد، زیرا ادغام انحناها، سازگاری‌های خاص هر قطب انحنا را پنهان می‌کند. اطلاعات دموگرافیک آزمودنی¬ها، زوایای کاب و سایر پارامترهای رادیوگرافی برای هر زیرگروه اسکولیوز در جدول 1 ارائه شده است. رأس انحنای اصلی برای همه بیماران در سطح مهره‌های L2 یا L3 قرار داشت. در هر زیرگروه اسکولیوز، بر اساس طبقه‌بندی  ناش و مو (45)، میزان چرخش مهره رأس منحنی به درجه 1 (تعداد=5) و درجه 2 (تعداد=2) طبقه‌بندی شد. بیماران در صورتی در MSG گنجانده شدند که انحنای کمری اولیه بیشتر از 10 درجه (46) داشتند و سابقه قبلی درمان اسکولیوز نداشتند. افراد برای CG ملزم به داشتن راستای طبیعی اسکلتی-عضلانی بدون ناهنجاری‌های ستون فقرات بودند. معیارهای خروج برای همه شرکت‌کنندگان شامل: سابقه کمردرد در 10 سال گذشته، ناهنجاری اختلاف طول اندام تحتانی بیش از 1 سانتی‌متر (35, 47)، سابقه جراحی (48)، یا وجود انحنای ثانویه بزرگتر از 10 درجه در گروه اسکولیوز بود. تمامی آزمودنی¬ها سمت برتر (غالب) برای دست و پا، سمت راست آنها بود. پروتکل مطالعه توسط کمیته اخلاق دانشگاه تأیید شد (ID: IR.BASU.REC.1399.003; May 02, 2020). قبل از مشارکت، رضایت آگاهانه کتبی از همه شرکت‌کنندگان و والدین یا سرپرستان قانونی آنها اخذ شد.

ابزارها
از سیستم ضبط حرکت Qualisys با هشت دوربین (200 هرتز) (نسخه: 2020.3، Qualisys AB، 11/23/2020، www.qualisys.com، Kvarnbergsgatan2، 41105، گوتنبرگ، سوئد) و دو صفحه نیروی Kistler (40 × 60 سانتی‌متر) (2000 هرتز) به صورت همزمان برای جمع‌آوری داده‌های فضایی-زمانی و نیروهای عکس‌العمل زمین (GRF) در طول راه رفتن استفاده شد. دوربین‌ها در یک حجم مکعبی (1 متر عرض × 4 متر طول × 2 متر ارتفاع) با محورهای مثبت X، Y و Z به ترتیب به سمت راست، جلو و بالا کالیبره شدند. شصت و چهار مارکر غیرفعال (بازتابنده) کروی (قطر 17 میلی‌متر) بر روی نقاط آناتومیکی بدن برای ساخت مدل ستون فقرات کمری تمام بدن (مدل FBLS اصلاح‌شده) (49) و تعیین کمیت متغیرهای فضایی-زمانی قرار داده شدند (شکل 1a).
تکالیف حرکتی
ابتدا، موقعیت ایستاده ثابت و عمودی شرکت‌کننده برای مقیاس‌بندی مدل ثبت شد (شکل 1a). سپس، پنج تست راه رفتن مستقیم، پنج تست برای چرخش روی پای راست و پنج تست برای چرخش روی پای چپ با سرعت خودانتخابی شرکت‌کننده جمع‌آوری شد. در تست¬های راه رفتن مستقیم، شرکت‌کننده در مسیری به طول 18 متر راه می‌رفت و به طور متوالی با هر پا روی صفحات نیرو که در وسط مسیر قرار داشتند، گام می‌گذاشت.
تکلیف¬ حرکتی راه رفتن چرخشی مستلزم آن بود که شرکت‌کنندگان در امتداد محور +Y به جلو راه بروند، یک چرخش 180 درجه انجام دهند و در یک حرکت پیوسته در امتداد محور -Y به عقب راه بروند. هر تست با برداشتن 7-8 گام توسط شرکت‌کننده برای نزدیک شدن به صفحات نیرو آغاز شد. سپس "پای پیشرو" (LF) روی صفحه نیروی اول قرار داده شد در حالی که همچنان رو به جهت +Y بود. متعاقباً، "پای چرخش" (PF) روی صفحه نیروی دوم در وضعیت چرخش داخلی 90 درجه قرار داده شد تا چرخش آغاز شود (شکل 1b). آزمودنی سپس یک چرخش 180 درجه روی PF ثابت انجام داد. پس از چرخش، پای پیشرو دوباره روی صفحه نیروی اول فرود آمد که اکنون به عنوان "پای دنباله‌رو" (TF) رو به جهت -Y تعیین شد. آزمودنی سپس به موقعیت شروع بازگشت (شکل 1b). مراحل راه رفتن چرخشی (LF، PF و TF) در نرم‌افزار QTM نشان داده شده است (شکل 1c).

پردازش داده و تحلیل آماری
داده‌های خام با استفاده از فیلتر پایین‌گذر باترورث مرتبه چهارم با فرکانس قطع 6 هرتز برای داده‌های سینماتیکی و 50 هرتز برای داده‌های نیرو فیلتر شدند. مقادیر اوج برای GRFZ1 (پاسخ بارگیری)، GRFZ2 (میانه استقرار)، GRFZ3 (هل دادن-فشار و رها کردن)، GRFY1 (ترمز)، GRFY2 (پیشروی)، GRFX1 و GRFX2 (داخلی-جانبی) استخراج و به وزن بدن (BW) نرملایز شدند. ضربه (50) برای هر محور (X، Y، Z) با انتگرال‌گیری از نیروی عکس‌العمل زمین در طول مدت فاز استقرار با استفاده از قانون ذوزنقه‌ای، بر اساس معادله زیر (1) محاسبه شد:

Impulse = Δt × [(F₁ + Fₙ)/2 + ∑ᵢ₌₂ⁿ⁻¹ Fᵢ]          (1)

که در آن، ضربه بر حسب نیوتن‌ثانیه (N·s)، F  نیروی عکس‌العمل زمین لحظه‌ای (نیوتن)، Δt  فاصله زمانی نمونه‌برداری (0/0005 ثانیه، متناظر با نرخ نمونه‌برداری 2000 هرتز صفحه نیرو)، n  تعداد نقاط داده در طول فاز استقرار، F1  نیروی ثبت‌شده در تماس اولیه (اولین نمونه نیرو) و Fn  نیروی ثبت‌شده در لحظه جدا شدن پنجه (آخرین نمونه‌ای که مقدار نیرو بیش از 10 نیوتن بود) را نشان می‌دهند. در راه‌رفتن مستقیم، ضربه برای کل فاز استقرار هر پا به‌صورت جداگانه محاسبه شد. در راه‌رفتن همراه با چرخش، ضربه به‌طور مستقل برای پای پیشرو (LF)، از تماس اولیه روی صفحه نیروی اول تا جدا شدن پنجه پیش از چرخش؛ پای چرخش (PF)، از تماس اولیه روی صفحه نیروی دوم تا جدا شدن پنجه پس از تکمیل چرخش 180 درجه؛ و پای دنباله‌رو (TF)، از تماس اولیه پس از چرخش تا جدا شدن پنجه هنگام راه‌رفتن به عقب محاسبه شد. آغاز فاز استقرار به‌عنوان اولین نمونه‌ای تعریف شد که نیروی عکس‌العمل زمین در راستای عمودی (GRFz) از 10 نیوتن فراتر رفت و پایان فاز استقرار نیز آخرین نمونه پیش از کاهش GRFz  به کمتر از 10 نیوتن در نظر گرفته شد.
تحلیل آماری
ابتدا، نرمال بودن توزیع داده‌ها با استفاده از آزمون شاپیرو-ویلک بررسی شد. همه داده‌ها به طور نرمال توزیع شده بودند. از آزمون MANOVA برای مقایسه مقادیر اوج نیرو بین گروه‌ها استفاده شد. برای کنترل خطای خانواده‌ای به دلیل مقایسه‌های متعدد در هر خانواده از متغیرها (فضایی-زمانی ، ضربه و اوج GRF به طور جداگانه)، از تصحیح بونفرونی استفاده شد. سطح معنی‌داری تعدیل‌شده در p < 0.05/تعداد مقایسه‌ها در هر خانواده تعیین شد. برای مقایسه‌های زوجی دنباله‌دار، از آزمون توکی استفاده شد. برای مقایسه‌های سری زمانی SPM، آزمون‌های t مستقل با آستانه اولیه p < 0.05 انجام شد. با این حال، هیچ تصحیح سطح خوشه‌ای یا FWE برای مقایسه‌های متعدد SPM اعمال نشد، که به عنوان یک محدودیت ذکر شده است. بنابراین، یافته‌های SPM باید اکتشافی در نظر گرفته شوند. نگاشت آماری پارامتری یک‌بعدی (SPM) با استفاده از بسته spm1d (نسخه M.0.4.3، MATLAB) انجام شد. همه تحلیل‌ها در MATLAB (R2020b, MathWorks Inc., Natick, MA, USA) انجام شد. هیچ هموارسازی فضایی اضافی بر روی منحنی‌های GRF اعمال نشد، زیرا داده‌های خام صفحه نیرو ذاتاً صاف هستند و قبلاً در خط لوله استاندارد پردازش داده با فیلتر پایین‌گذر (6 هرتز) فیلتر شده بودند. برای هر تست، GRFها در طول فاز استقرار به 101 نقطه زمانی نرمالیزه (0-100٪ از فاز استقرار) درون‌یابی خطی شدند. منحنی میانگین GRF-زمان از پنج تست تکراری برای هر آزمودنی محاسبه و به وزن بدن (BW) نرملایز شد (51). مقدار معنی‌داری برای مقایسه‌های SPM در p<0.05 تنظیم شد. همراستایی زمانی اطمینان حاصل کرد که 0٪ و 100٪ به ترتیب به طور مداوم با تماس اولیه و جدا شدن پنجه مطابقت دارند. برای هر مقایسه (به عنوان مثال، RL در مقابل کنترل)، یک آزمون t دو نمونه‌ای مستقل در هر یک از 101 نقطه زمانی نرملایز انجام شد و یک پیوستار آماری SPM(1) تولید شد. آستانه بحرانی برای آزمون فرضیه با استفاده از نظریه میدان تصادفی (RFT) با سطح معنی‌داری 05/0= α تعیین شد. این آستانه همواری زمانی داده‌ها را در نظر می‌گیرد و نرخ خطای خانواده‌ای (FWER) را در کل فاز استقرار کنترل می‌کند. خوشه‌هایی که از این آستانه فراتر رفتند از نظر آماری معنی‌دار در نظر گرفته شدند. برای هر خوشه فوق‌آستانه، مقدار p در سطح خوشه (تصحیح‌شده با FWER) بر اساس توزیع اندازه خوشه مورد انتظار تحت فرض صفر محاسبه شد. آزمون مفروضات: پیاده‌سازی spm1d وجود خطاهای گاوسی مستقل و با توزیع یکسان را فرض می‌کند. نرمال بودن باقیمانده‌ها با استفاده از آزمون‌های شاپیرو-ویلک تأیید شد. مفروضات کرویت برآورده شدند، زیرا همه مقایسه‌ها شامل گروه‌های مستقل بودند. برای رسیدگی به مخدوش‌کنندگی احتمالی توسط تفاوت‌های آنتروپومتری، قد به عنوان یک متغیر کمکی در تحلیل‌های ANCOVA پس‌تحلیلی برای یافته‌های معنی‌دار اولیه گنجانده شد. با این حال، با توجه به ماهیت اکتشافی این مطالعه، این تحلیل‌ها به عنوان شواهد حمایتی ارائه می‌شوند.
نتایج
همه مقادیر p گزارش‌شده برای متغیرهای گسسته تصحیح‌شده با بونفرونی هستند؛ یافته‌های SPM با α = 0.05 تصحیح‌نشده گزارش شده‌اند و باید با احتیاط تفسیر شوند. جدول 1 پارامترهای دموگرافی و رادیوگرافی را خلاصه می‌کند. گروه‌های اسکولیوز و کنترل سن مشابهی داشتند (0.561=p)؛ با این حال، به طور متوسط، افراد مبتلا به اسکولیوز به طور معنی‌داری قد بلندتری به میزان 5±2 سانتی‌متر (0.021=p) و طول تنه بیشتری نسبت به CG داشتند (0.052=p). پارامترهای رادیوگرافی برای هر دو زیرگروه اسکولیوز نشان داد که هر دو زیرگروه زوایای کاب، لوردوز و کیفوز مشابهی دارند. با این حال، زیرگروه RL عدم تقارن ارتفاع شانه بیشتر (0.031=p)  و طول انحنای کمتری (0.006=p)  نسبت به زیرگروه LL نشان داد.
متغیرهای فضایی-زمانی
در راه رفتن مستقیم، تفاوت معنی‌داری در متغیرهای فضایی-زمانی بین هیچ جفتی از گروه‌ها/زیرگروه‌ها وجود نداشت (جدول 2) (0.05>p). در راه رفتن چرخشی (جدول 3)، زیرگروه RL در پای چرخش راست زمان استقرار طولانی‌تری (به میزان 0.34 ثانیه؛ 0.021=p) نسبت به CG نشان داد. زمان نوسان پای چپ غیرچرخاننده در هر دو گروه MSG و زیرگروه RL به طور معنی‌داری بیشتر از CG بود، به ترتیب به میزان 27/0 ثانیه (0.006=p) و 0.39 ثانیه 0.004=p).

 

الگوهای GRF پویا
مقایسه‌های SPM برای GRFها در طول راه رفتن مستقیم نشان داد که GRFY پای چپ در زیرگروه RL به طور معنی‌داری کوچکتر از زیرگروه LL بود (از 50٪ تا 53٪ از فاز استقرار (SP)؛ 0.004=p) (شکل 2). در راه رفتن مستقیم، تفاوت معنی‌داری در GRFها بین دو گروه برای پای راست وجود نداشت (شکل 3). با این حال، در راه رفتن چرخشی، مقایسه‌های SPM نشان داد که زیرگروه RL GRFX کوچکتری نسبت به CG برای پای چپ-LF (از 21٪ تا 25٪ SP؛ 0.026=p)، و GRFX بیشتری برای پای چپ-PF (از 30٪ تا 41٪ SP؛ 0.001=p) و پای چپ-TF (از 67٪ تا 78٪ SP؛ 0.001=p) نشان داد (ردیف دوم، شکل 2). زیرگروه LL تفاوت‌های غیرمعنی‌داری در GRFها نسبت به CG نشان داد (ردیف‌های 3 و 4 در شکل 2). مقایسه‌های SPM همچنین نشان داد که GRFY پای چپ-PF (از 21٪ تا 23٪ SP؛ 0.037=p) و GRFX پای چپ-LF (از 60٪ تا 75٪ SP؛ 0.001=p) و پای دنباله‌رو چپ (از 18٪ تا 20٪ SP؛ 0.047=p، و 64٪ تا 72٪ SP؛ 0.003=p) بین زیرگروه‌های RL و LL متفاوت بودند (شکل 2). علاوه بر این، زیرگروه RL تفاوت معنی‌داری در GRFx پای راست-PF (از 28٪ تا 31٪ SP؛ 0.014=p) نسبت به CG نشان داد (شکل 3). 
در مورد محور Z و مقایسه‌های MSG و CG، از آنجایی که شکل‌ها محدودیت فضا داشتند و مقایسه گروه‌ها و زیرگروه‌ها برای هر دو راه رفتن مستقیم و چرخشی نیز تفاوت معنی‌داری نداشت، بنابراین الگوهای آنها در شکل‌های 2 و 3 نشان داده نشدند.

 

ضربه
در راه رفتن مستقیم، ضربه پیشروی پای چپ در زیرگروه LL به طور معنی‌داری به میزان 0.88 نیوتن·ثانیه (0.044=p) بیشتر از CG بود (جدول 4). ضربه پای راست بین گروه‌ها و زیرگروه‌ها معنی‌دار نبود (0.05>p) (جدول 5). در راه رفتن چرخشی، ضربه خارجی  پای چپ-LF در زیرگروه RL به میزان 0.48 نیوتن·ثانیه (0.002=p) بیشتر از CG بود (جدول 4). این ضربه همچنین بین زیرگروه‌های RL و LL تفاوت معنی‌داری داشت (0.005=p) (جدول 4). در مقابل، ضربه داخلی پای چپ-TF در MSG به میزان 0.45 نیوتن·ثانیه (0.017=p) کمتر از CG بود (جدول 4). ضربه پای راست برای همه پای‌های پیشرو، چرخش و دنباله‌رو بین گروه‌ها و زیرگروه‌ها معنی‌دار نبود (0.05>p) (جدول 5).

 

بحث
این مطالعه با هدف تحلیل مؤلفه‌های فضایی-زمانی و GRF در طول راه رفتن مستقیم و چرخشی افراد مبتلا به اسکولیوز کمری در مقایسه با گروه افراد سالم انجام شد. فرض شد که الف) اسکولیوز کمری با تغییرات در متغیرهای فضایی-زمانی و GRF در هر دو تکلیف¬ حرکتی همراه است؛ و ب) این تغییرات بین اسکولیوز کمری چپ و راست متفاوت است. در این مطالعه، افراد مبتلا به اسکولیوز بلندتر از افراد گروه کنترل بودند که با یافته‌های قبلی همخوانی دارد (52-54). در مقابل، برخی از مطالعات تفاوت قد معنی‌داری بین گروه اسکولیوز و کنترل گزارش نکردند (39, 55). 
تحقیقات به طور فزاینده‌ای نشان می‌دهد که BMI پایین‌تر، توده استخوانی کمتر، و قد بیشتر در دوران کودکی از عوامل خطر برای ناهنجاری‌های ستون فقرات نوجوانان مانند اسکولیوز هستند (56-58). نتایج ما به طور خاص ارتباط بین قد بیشتر و ایجاد اسکولیوز را تأیید می‌کند. ما عدم تقارن ارتفاع شانه بیشتری را در زیرگروه RL در مقایسه با زیرگروه LL مشاهده کردیم که ممکن است یک سازگاری عصبی-عضلانی برای جبران راستای ناتراز ستون فقرات باشد و نشان‌دهنده نیاز به برنامه‌های توانبخشی متناسب است. همه آزمودنی¬ها اسکولیوز راست‌دست بودند. اینکه آیا این عدم تقارن ارتفاع شانه در RL با راست‌دستی مرتبط است یا خیر، مشخص نیست. بیماران اسکولیوز دارای انحنای خفیف و بدون تغییرات لگنی بودند. با این حال، مطالعات قبلی اسکولیوز کمری شدید را با ناهنجاری استخوان ایلیاک مرتبط دانسته‌اند (59, 60). ما متغیرهای فضایی-زمانی مشابهی را در طول راه رفتن مستقیم بین گروه اسکولیوز و CG یافتیم که با مطالعات قبلی برای طول گام و قدم (36, 39, 61)، زمان گام و قدم (61, 62)، سرعت راه رفتن و کادنس (36, 39, 61, 62)، زمان نوسان (61, 63) و زمان حمایت دوگانه (39, 61, 62) همسو است. در مقابل، برخی از مطالعات گام‌های کوتاه‌تر، سرعت پایین راه رفتن، کاهش در طول قدم و کادنس، زمان حمایت دوگانه طولانی‌تر (33)، زمان گام بیشتر (33, 64)، زمان استقرار کاهش یافته (33, 35, 36) را در بیماران اسکولیوز در طول راه رفتن گزارش کردند. پیشنهاد شده است که همتراز نبودن ستون فقرات و لگن (59)، شدت اسکولیوز (65)، محل ایجاد انحنا و پایداری وضعیتی (31)، از جمله عوامل مهم مرتبط با متغیرهای فضایی-زمانی هستند. بیماران با اسکولیوز شدیدتر تغییرات بارزتری در متغیرهای فضایی-زمانی نشان می‌دهند (38, 54).
در طول راه رفتن چرخشی، زیرگروه RL زمان استقرار طولانی‌تری روی پای چرخش راست و زمان نوسان طولانی‌تری روی پای چپ غیرچرخشی در مقایسه با گروه کنترل نشان داد که نشان‌دهنده چرخش آهسته‌تر و احتیاط بیشتر برای تعادل هنگام چرخش به سمت تقعر انحنای آنها می¬باشد. تا جایی که ما می‌دانیم، هیچ مطالعه مشابهی بر روی راه رفتن چرخشی در اسکولیوز انجام نشده است. چرخش آهسته‌تر ممکن است نشان‌دهنده عملکرد ضعیف‌تر سیستم عصبی-عضلانی و تعادل باشد، اما تأیید سینماتیکی مورد نیاز است. این نشان‌دهنده کنترل زمانی تغییر یافته در طول چرخش است که ممکن است منعکس‌کننده تفاوت‌های در عملکرد عصبی-عضلانی باشد؛ با این حال، برای تأیید، اندازه‌گیری‌های مستقیم تعادل (به عنوان مثال، سرعت مرکز فشار) یا فعالیت عضلانی مورد نیاز است. یافته‌های ما نشان می‌دهد که تغییرات در مؤلفه‌های فضایی-زمانی بیشتر در زیرگروه RL نسبت به زیرگروه LL رخ داده است، که نشان دهنده¬ی ارائه¬ی سازگاری متمایز هر زیر گروه می¬باشد. بنابراین، ترکیب انواع مختلف انحناهای اسکولیوز در یک گروه مطالعه ممکن است ویژگی‌های بیومکانیکی واقعی اسکولیوز را نشان ندهد، زیرا مقادیر میانگین‌گیری می‌شوند. این یافته ممکن است تا حدی نتایج بحث‌برانگیز در مورد رفتار بیومکانیکی بیماران اسکولیوز در ادبیات را توضیح دهد، زیرا هر مطالعه شامل ترکیب متفاوتی از نوع و شدت انحنای اسکولیوز می¬باشد. چند مؤلف همچنین تأکید کردند که الگوهای راه رفتن غیرطبیعی بسته به نوع انحنا متفاوت است (59, 66). بنابراین، محققان باید تنها یک نوع اسکولیوز را در گروه مطالعه خود بگنجانند تا اندازه‌گیری‌های قابل اعتمادی به دست آورند.
مقایسه‌های SPM برای GRFها در طول راه رفتن مستقیم نشان داد که GRFY پای چپ در زیرگروه RL به طور معنی‌داری کوچکتر از زیرگروه LL بود. در حالی که سایر مؤلفه‌های GRF بین گروه کنترل و اسکولیوز مشابه بودند. تحقیقات قبلی تا حدی از این یافته‌ها حمایت می‌کند و GRFZ&X مشابهی را بین گروه اسکولیوز و کنترل در طول راه رفتن مستقیم نشان می‌دهد، برخی از مطالعات همچنین GRFهای قدامی-خلفی بدون تغییر را ذکر می‌کنند (33, 37, 67, 68). افزایش نیروی پیشروی در پای چپ زیرگروه LL، که مهره‌های کمری آنها به چپ می‌چرخد، احتمالاً یک مکانیسم جبرانی است، اگرچه برای تأیید این تفسیر به سینماتیک نیاز است تا با این چرخش مقابله کرده و به آنها اجازه دهد بدن خود را به جلو حرکت دهند. این تفاوت معنی‌دار بین زیرگروه‌های RL و LL، حتی در راه رفتن در خط مستقیم، یک یافته حیاتی است که از همان ابتدا بر ویژگی¬های بیومکانیکی منحصر‌به‌فرد آنها تآکید می‌کند. علاوه بر این، این واقعیت که ترکیب بیماران با RL و LL در یک گروه واحد این تفاوت‌ها را در مؤلفه‌های فضایی-زمانی و GRF پنهان کرد، یک نکته روش‌شناختی کلیدی را تقویت می‌کند. جداسازی بیماران بر اساس قطبیت اسکولیوز، استراتژی‌های چرخشی متمایزی را آشکار کرد و ضرورت مطلق همگنی در زیرگروه‌های اسکولیوز را برای اندازه‌گیری‌های بیومکانیکی دقیق برجسته می‌کند.
با این حال، در راه رفتن چرخشی، مقایسه‌های SPM نشان داد که زیرگروه RL مقدار GRFX کوچکتری نسبت به CG برای پای چپ-LF، و GRFX بیشتری برای پای چپ-PF و پای چپ-TF را نشان داد. GRFX بیشتر در طول چرخش ممکن است نشان‌دهنده تعادل ضعیف در گروه RL باشد. مقایسه‌های SPM همچنین نشان داد که GRFY پای چپ-PF و GRFX پای چپ-LF و TF بین زیرگروه‌های RL و LL متفاوت بودند. علاوه بر این، زیرگروه RL مقدارGRFX  کاهش‌یافته‌ای در پای راست-PF نسبت به CG نشان داد. تفاوت‌ها در GRFY بین بیماران RL و LL ممکن است به چرخش محوری مخالف مهره‌های کمری در این زیرگروه‌ها مرتبط باشد. در RL، مهره‌های کمری به راست می‌چرخند، در حالی که در LL به چپ می‌چرخند. چرخش مهره‌ها به سمت همان‌طرف انحنا در اسکولیوز کمری راست و چپ، تحرک آنها را در چرخش به همان‌طرف محدود می‌کند. این محدودیت در تحرک ممکن است منجر به یک مانور چرخشی کندتر و از نظر بیومکانیکی متمایز شود.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که افراد زیرگروه RL از استراتژی‌های بیومکانیکی متفاوتی هنگام چرخش روی پای چپ در مقایسه با زیرگروه LL استفاده می‌کنند. توجه به این نکته حیاتی است که در حالی که زیرگروه LL تغییرات کمتری در چرخش نسبت به زیرگروه RL نشان داد، از نظر بیومکانیکی با گروه کنترل یکسان نبود. تفاوت‌های معنی‌دار در الگوهای GRF بین خود زیرگروه‌های LL و RL تأیید می‌کند که هر دو نشان‌دهنده فنوتیپ‌های منحصر‌به‌فرد هستند. به نظر می¬رسد، چالش عملکردی چرخش به طور نامتناسبی بر استراتژی تطبیقی زیرگروه RL تأثیر می‌گذارد و نقص‌های آن را آشکار می‌کند. در راه رفتن مستقیم، تنها تغییر معنی‌دار افزایش ضربه پیشروی در پای چپ زیرگروه LL در مقایسه با CG بود. در مقابل، ضربه GRF متفاوتی بین گروه کنترل و اسکولیوز در راه رفتن به سمت جلو و جانبی گزارش شده است (69-71). ضربه پیشروی بزرگ مشاهده شده در پای چپ بیماران LL (در سمت تحدب) ممکن است یک عملکرد عصبی-عضلانی جبرانی برای حفظ اندازه حرکتی رو به جلو در برابر کشش چرخشی ناهنجاری باشد. یک تفسیر این است که این نشان‌دهنده یک مکانیسم جبرانی است. از طرف دیگر، ممکن است نشان‌دهنده عدم تقارن ذاتی در تولید نیرو باشد. بدون داده‌های EMG یا سینماتیکی، علت اصلی همچنان ناشناخته باقی می‌ماند.
در راه رفتن چرخشی، ضربه خارجی پای چپ-LF در زیرگروه RL بیشتر از هر دو CG و زیرگروه LL بود. در حالی که ضربه داخلی پای چپ-TF در گروه اصلی اسکولیوز در مقایسه با CG کوچکتر بود. مقدار ضربه بیشتر در محور داخلی-خارجی در بیماران با اسکولیوز کمری راست در پای چپ-LF (سمت تقعر) احتمالاً نشان‌دهنده تلاش برای حفظ تعادل و افزایش نیرو برای تغییر اندازه حرکت قبل از انجام چرخش پای راست (سمت تحدب) به سمت چپ در این بیماران است. به طوری که پای سمت تحدب این بیماران یک حرکت رو به جلو و همزمان چرخشی در برابر چرخش مهره‌های کمری آنها انجام می‌دهد. این ضربه‌های خارجی افزایش‌یافته احتمالاً منعکس‌کننده یک استراتژی فعال برای هدایت مجدد مرکز جرم بدن (COM) است، یک مانور که نیاز به تولید نیروی بیشتری نسبت به صرف تغییر سرعت چرخشی تنه دارد. به طور خلاصه، افراد زیرگروه RL تغییرات قابل‌توجه‌تر و گسترده‌تری را در پای چپ PF خود در حین چرخش به سمت سمت تحدب نشان دادند که با نیروی ترمز کوچکتر (GRFY1) و GRFX بزرگتری مشخص می‌شود. زیرگروه LL، در حالی که استراتژی منحصر‌به‌فرد خود را نشان می‌دهد (همانطور که با تفاوت‌های هر دو از CG و زیرگروه RL تأیید می‌شود)، یک الگوی تطبیقی که کمتر مختل شده است را در طول راه¬رفتن چرخشی نشان داد. این یافته‌ها به طور قطعی نشان می‌دهند که قطبیت انحنا (تحدب راست و تحدب چپ) نقش تعیین‌کننده‌ای در رفتار بیومکانیکی ایفا می‌کند. بنابراین، هر نوع به یک برنامه توانبخشی خاص نیاز دارد و باید به عنوان یک موجودیت متمایز در تحقیقات در نظر گرفته شود. مطالعه ما نشان داد که تکالیف حرکتی پیچیده¬تر، مانند چرخش، که نیاز به کنترل وضعیتی در حین تغییر سرعت و جهت بدن دارند، ممکن است تغییرات بیومکانیکی بیشتری را نسبت به راه رفتن مستقیم آشکار کنند (72, 73). زیرگروه‌های RL و LL دارای ویژگی‌های بیومکانیکی اساساً متفاوتی هستند، و بنابراین، محققان باید از ترکیب آنها در یک گروه مطالعه واحد اجتناب کنند. از دیدگاه بالینی، این یافته‌ها مقدماتی هستند. یافته¬ها نشان می‌دهند که پزشکان ممکن است نظارت بر بیماران اسکولیوز کمری راست و چپ را به طور جداگانه در مطالعات مشاهده‌ای آینده یا ممیزی‌های بالینی در نظر بگیرند. با این حال، توصیه پروتکل‌های توانبخشی اختصاصی برای هر قطی انحنا بر اساس شواهد فعلی زودهنگام است. مطالعات آینده‌نگر بزرگ‌تر با معیارهای جامع بیومکانیکی و پیامدهای بالینی قبل از اینکه بتوان چنین توصیه‌هایی را با اطمینان ارائه داد، مورد نیاز است.
تا جایی که ما می‌دانیم، این اولین مطالعه‌ای است که راه رفتن چرخشی را در بیماران AIS تحلیل می‌کند. گزارش‌های موجود در مورد راه رفتن چرخشی فقط شامل جمعیت سالم در مطالعه خود بوده است. مزیت دیگر این مطالعه این است که ما فقط یک نوع انحنای اسکولیوز که اسکولیوزکمری بود را با دو قطب راست و چپ با زاویه کاب مشابه را در مطالعه گنجاندیم. یافته‌های ما نشان داد که وقتی زیرگروه‌های اسکولیوز کمری راست و چپ جدا شدند، نتایج آماری تغییر کردند. این یافته ضرورت گنجاندن یک نوع اسکولیوز واحد در یک گروه مطالعه را هنگام تحلیل جنبه‌های بیومکانیکی مفاصل در این جمعیت بالینی برجسته می‌کند. در اکثر مطالعات قبلی، گروه‌های اسکولیوز ترکیبی از چند نوع انحنا با زوایا و قطب¬های متفاوت بودند. حجم نمونه در زیرگروه‌های اسکولیوز یک محدودیت این مطالعه است. با این حال، حجم نمونه اصلی اسکولیوز کافی است. یافتن بیمار با انحنای کمری واحد (بدون هیچ انحنای جبرانی) بسیار دشوار بود. هیچ تصحیحی برای مقایسه‌های متعدد بر روی تحلیل‌های SPM اعمال نشد. مقایسه‌های سری زمانی SPM در چندین پا، شرایط راه رفتن و زیرگروه‌ها با آستانه 05/0>p انجام شد. این امر خطر خطاهای نوع I را در نتایج SPM افزایش می‌دهد. مطالعات آینده باید تصحیح سطح خوشه‌ای (به عنوان مثال، FWE یا نظریه میدان تصادفی) را برای تحلیل‌های SPM اعمال کنند. یافته‌های گزارش‌شده از مقایسه‌های SPM بنابراین باید به عنوان اکتشافی تفسیر شوند. گروه اسکولیوز به طور معنی‌داری از گروه کنترل بلندتر بود. قد می‌تواند بر مکانیک راه رفتن تأثیر بگذارد. اگرچه ANCOVA پس‌تحلیلی با قد به عنوان متغیر کمکی، استحکام یافته‌های اولیه را تأیید کرد، این تعدیل به صورت پیشینی انجام نشد. مطالعات آینده باید قد را از طریق همسان‌سازی یا تحلیل متغیر کمکی کنترل کنند. یک محدودیت قابل توجه این مطالعه، عدم وجود تحلیل سینماتیکی است. اگرچه از یک مدل مارکرگذاری تمام بدن (FBLS) استفاده شد، ما زوایای مفاصل (به عنوان مثال، انحراف لگن، چرخش تنه، ابداکشن/اداکشن ران) یا سرعت‌های زاویه‌ای را تعیین نکردیم. در نتیجه، تفسیرهای مکانیکی از تفاوت‌های GRF مشاهده‌شده - مانند اینکه آیا ضربه‌های داخلی-خارجی افزایش‌یافته ناشی از خم شدن تنه، جابجایی لگن یا استراتژی لگن است – به صورت حدس و گمان باقی می‌مانند. مطالعات آینده باید تحلیل سینماتیکی را با اندازه‌گیری‌های GRF ادغام کنند تا مکانیسم‌های جبرانی خاص مرتبط با هر قطبیت انحنا را شناسایی کنند. ما بحث را برای تعدیل ادعاهای مکانیکی در جایی که پشتیبانی سینماتیکی وجود ندارد، بازنگری کرده‌ایم.
نتیجه‌گیری نهایی
اسکولیوز کمری با تغییرات در مؤلفه‌های فضایی-زمانی و GRF همراه است که عمدتاً در راه رفتن چرخشی شناسایی شدند، در حالی که مقایسه‌های راه رفتن مستقیم نتوانستند اکثر این تغییرات را آشکار کنند. زیرگروه اسکولیوز کمری راست با چرخش آهسته¬تر روی پای راست هنگام چرخش به سمت تقعر، و همچنین GRF تغییر یافته و ضربه خارجی بزرگتر در چرخش روی پای چپ همراه است. زیرگروه اسکولیوز کمری چپ، در حالی که یک ویژگی بیومکانیکی منحصر‌به‌فرد را نشان می‌دهد (همانطور که با تفاوت‌های آن از زیرگروه RL تأیید می‌شود)، الگوی تغییرات کم‌برجسته‌تری را در طول چرخش ارائه می‌دهد. به طور حیاتی، یافته‌های این مطالعه مقدماتی نشان می‌دهد که اسکولیوز کمری راست و چپ ممکن است استراتژی‌های متفاوتی در راه رفتن، به ویژه در طول چرخش، ارائه دهند. این نتایج باید به دلیل حجم نمونه کوچک و طرح مقطعی با احتیاط تفسیر شوند. اگر در مطالعات طولی بزرگتر تأیید شوند، این تفاوت‌های ویژه برای هر قطب انحنا می‌توانند تحقیقات آینده را به سمت توسعه رویکردهای توانبخشی متمایز هدایت کنند. در حال حاضر، این یافته‌ها باید به عنوان فرضیه‌ساز در نظر گرفته شوند تا شواهد قطعی برای اصلاح عملکرد بالینی ارائه شوند. همچنین ضروری است که تحقیقات آینده یک نوع انحنای اسکولیوز همگن را در هر گروه مطالعه بگنجانند تا از میانگین‌گیری این تفاوت‌های فنوتیپی حیاتی جلوگیری شود.

سپاسگزاری
نویسندگان از شرکت‌کنندگان، خانواده‌های آنها و مرکز نظارت بر سلامت و ورزش تخصصی برای اسکولیوز-مهر برای همکاری آنها ابراز قدردانی می‌کنند. ما همچنین از آقای دکتر مهدی مجلسی، مدیر آزمایشگاه بیومکانیک ورزشی، برای تهیه ابزار تشکر می‌کنیم. نویسندگان هیچ بودجه‌ای برای این مطالعه دریافت نکردند.
ملاحظات اخلاقی 
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
پروتکل مطالعه توسط کمیته اخلاق دانشگاه تأیید شد (ID: IR.BASU.REC.1399.003; May 02, 2020). قبل از مشارکت، رضایت آگاهانه کتبی از همه شرکت‌کنندگان و والدین یا سرپرستان قانونی آنها اخذ شد.
حامی مالی
این پژوهش هیچ‌گونه حمایت مالی از سازمان‌های دولتی، خصوصی یا مؤسسات غیرانتفاعی دریافت نکرده است.
مشارکت نویسندگان
سها عباسی در جمع‌آوری داده‌ها، تحلیل و پردازش داده‌ها، تفسیر نتایج، تهیه متن و ویرایش مقاله مشارکت داشت. نادر فرهپور (نویسنده مسئول) در طراحی پروژه، مدیریت و نظارت بر تحقیق، تعریف روش‌شناسی، تحلیل داده‌ها، تفسیر نتایج، تهیه پیش‌نویس اولیه مقاله و نهایی‌سازی مقاله مشارکت داشت. بیژن حیدری در روش‌شناسی، معاینه بالینی بیماران، تصحیح و ویرایش مشارکت داشت. گابریل مویسان و پاول آلارد در روش‌شناسی، تفسیر نتایج، تصحیح و ویرایش مشارکت داشتند. 
تعارض 
نویسندگان اعلام می‌کنند که در ارتباط با این پژوهش هیچ‌گونه تعارض منافعی ندارند.