Effect of speed on kinematic, kinetic, electromyographic and energetic reference values during treadmill walking

SummaryObjectiveEvaluation of normal and pathological gait on the level ground has drawbacks that could be overcome by walking on a treadmill. The present work was designed to assess the feasibility of extended gait analysis on a treadmill allowing multiple steps recording at a constant speed in young healthy subjects. It also aimed to provide speed-specific kinematic, kinetic, electromyographic and energetic reference values.MethodTwelve healthy volunteers (23 ± two years) walked on a force measuring treadmill at six speeds (1–6 km h−1). Kinematics and kinetics were analysed at the hip, knee and ankle. Electromyographic muscle activity timing of quadriceps femoris, biceps femoris, tibialis anterior and lateral gastrocnemius was recorded. The energy cost was computed from oxygen consumption measurement.ResultsAll variables were speed-dependent. Kinematics and kinetics peaks amplitude increased and occurred earlier during the walking cycle with increasing walking speed. Muscle activity timing also changed with speed, although the number of bursts remained constant. The energetic cost presented a U-shaped curve, with minimal values around 4 km h−1. Data were compared to overground walking data obtained by several authors: all results, except kinetic ones, were similar, turning down the thought that biomechanics of treadmill and overground walking could be different.ConclusionThis study provides reference values for normal and pathological walking on treadmill and allows speed-dependent comparison between subjects.

RésuméObjectifL’évaluation de la marche normale et pathologique sur le sol présente certains désavantages qui peuvent être surmontés en réalisant ces évaluations sur tapis roulant. Ce travail avait pour but d’étudier la faisabilité d’analyses quantifiées de la marche sur tapis roulant et de fournir des valeurs de référence établies en fonction de la vitesse de marche.MéthodeDouze volontaires sains (23 ± deux ans) ont marché à six vitesses (1–6 km h−1) sur un tapis roulant monté sur des jauges de contrainte. Les données cinématiques et cinétiques ont été analysées au niveau de la hanche, du genou et de la cheville. Les périodes d’activation des muscles quadriceps fémoral, biceps fémoral, jambier antérieur et jumeau externe ont été déterminées par électromyographie. Le coût énergétique a été déterminé à partir de la mesure de la consommation d’oxygène.RésultatsToutes les variables sont dépendantes de la vitesse de marche. Les pics d’amplitude cinématiques et cinétiques sont d’autant plus grands et précoces que la vitesse est élevée. Le schéma d’activation des muscles varie également avec la vitesse de marche. Le coût énergétique présente une courbe en forme de « U » avec un minimum aux alentours de 4 km h−1. Exception faite des moments articulaires, ces données sont similaires à celles obtenues par d’autres auteurs sur le sol.ConclusionCette étude montre la faisabilité de l’analyse quantifiée de la marche sur tapis roulant et fournit des valeurs de référence, tenant compte de la vitesse de marche, pour l’étude de la marche normale et pathologique sur tapis roulant.