การวิเคราะห์ไจต์ทางกลไกชีวภาพ: การประเมินเท้าแบบไดนามิกขั้นสูง

การวิเคราะห์จลศาสตร์การเดิน (Gait analysis biomechanics) มุ่งเน้นไปที่หลักการทางกลที่ควบคุมการเดินและการวิ่งของมนุษย์ โดยพิจารณาแรง การเคลื่อนที่ และการถ่ายโอนพลังงานที่เกิดขึ้นภายในระบบกล้ามเนื้อและกระดูกในระหว่างการเคลื่อนไหว สาขานี้รวมหลักการจากฟิสิกส์ วิศวกรรมศาสตร์ และกายวิภาคศาสตร์ เพื่อวัดปริมาณการทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อ กระดูก และข้อต่อในการผลิตการเคลื่อนไหว ซึ่งช่วยให้เข้าใจทั้งการทำงานปกติและลักษณะผิดปกติทางพยาธิวิทยา พื้นที่ศึกษาหลักในการวิเคราะห์จลศาสตร์การเดิน ได้แก่ จลนพลศาสตร์ (kinematics) ซึ่งอธิบายการเคลื่อนไหว และจลนศาสตร์ (kinetics) ซึ่งศึกษาแรงที่ก่อให้เกิดการเคลื่อนไหว การวิเคราะห์จลนพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับการวัดมุมข้อต่อ การเคลื่อนที่ ความเร็ว และความเร่งของส่วนต่างๆ ของร่างกายตลอดวงจรการเดิน ตัวอย่างเช่น การติดตามมุมของข้อเท้าในขณะ dorsiflexion และ plantarflexion ช่วยเปิดเผยให้เห็นว่าเท้าปรับตัวอย่างไรเพื่อดูดซับแรงกระแทกในขณะส้นเท้าสัมผัสพื้น และสร้างแรงผลักในขณะที่ปลายเท้าผลักตัวออก ส่วนการวิเคราะห์จลนศาสตร์จะประเมินแรงปฏิกิริยาจากพื้น (ground reaction forces) โมเมนต์ข้อต่อ (torques) และแรงกล้ามเนื้อ แรงปฏิกิริยาจากพื้นที่วัดได้จากแรงแพลตฟอร์ม (force platforms) บ่งชี้ว่าร่างกายโต้ตอบกับพื้นอย่างไร โดยองค์ประกอบแนวนอน ด้านหน้า-หลัง (anterior-posterior) และด้านข้าง (mediolateral) ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการดูดซับแรงกระแทกและการผลักตัว โมเมนต์ข้อต่อจะวัดแรงที่จำเป็นในการเคลื่อนไหวหรือคงเส้นคงวาของข้อต่อ เช่น โมเมนต์เหยียดหัวเข่าที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้หัวเข่าพับตัวในช่วงกลางของการยืน การวิเคราะห์จลศาสตร์การเดินยังศึกษาการอนุรักษ์และการใช้พลังงานในระหว่างการเดิน การเดินที่มีประสิทธิภาพจะลดการใช้พลังงานให้น้อยที่สุดโดยการเก็บและปล่อยพลังงานยืดหยุ่นในเอ็นและเส้นเอ็น เช่น เอ็นร้อยหวายที่ยืดตัวในขณะรับน้ำหนักและหดตัวในขณะผลักตัว รูปแบบการเดินผิดปกติ เช่น ในบุคคลที่เป็นโรคสมองสั่งงานเดินไม่ได้ (cerebral palsy) หรือผู้ที่สูญเสียอวัยวะ บ่อยครั้งทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดความเหนื่อยล้า ในทางคลินิก การวิเคราะห์จลศาสตร์การเดินช่วยระบุสาเหตุทางกลของรูปแบบการเดินผิดปกติ ตัวอย่างเช่น การพับเข้าด้านในของหัวเข่ามากเกินไป (knee valgus) อาจเกิดจากกล้ามเนื้อสะโพกที่อ่อนแรงหรือการบิดเท้าด้านในผิดปกติ (foot pronation) ซึ่งช่วยนำทางการบำบัดที่ตรงจุด เช่น การออกกำลังกายเพื่อเสริมความแข็งแรงหรือการใช้อุปกรณ์พยุง (orthotic) ในด้านวิทยาศาสตร์การกีฬา ข้อมูลนี้ช่วยออกแบบโปรแกรมฝึกซ้อมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการวิ่ง เช่น การปรับความยาวก้าวเท้าเพื่อลดการสูญเสียพลังงาน ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เช่น เซ็นเซอร์สวมใส่ (wearable sensors) และการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ ได้เพิ่มความสามารถในการวิเคราะห์จลศาสตร์การเดินในสภาพแวดล้อมจริง ขยายการประยุกต์ใช้ในด้านฟื้นฟูสมรรถภาพ การแข่งขันกีฬา และการป้องกันการบาดเจ็บ โดยการเข้าใจหลักการทางกลของการเดินนี้ นักวิจัยและผู้ปฏิบัติงานสามารถพัฒนากลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลื่อนไหวและแก้ไขปัญหาการเคลื่อนไหวที่บกพร่อง