Quantitative assessment of foot sensitivity: The effects of foot sole skin temperature, blood flow at the foot area and footwear
The human foot has been accepted over the years as an important source of afferent input, used not only in the recognition of the surrounding environment (e.g. hard and soft surfaces), but also in the fine regulation of common daily-live movements (e.g. gait and balance control). The performance of...
| Main Author: | |
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| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | English |
| Published: |
Universitätsbibliothek Chemnitz
2010
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| Subjects: | |
| Online Access: | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-61000 http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-61000 http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/6100/Schlee_Dissertation_Final.pdf http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/6100/signatur.txt.asc |
| Summary: | The human foot has been accepted over the years as an important source of afferent input, used not only in the recognition of the surrounding environment (e.g. hard and soft surfaces), but also in the fine regulation of common daily-live movements (e.g. gait and balance control). The performance of these movements is usually accompanied by fluctuations in foot skin temperature as well as reciprocal blood flow changes at the foot area. Moreover, both variables are likely to be affected by footwear usage. Although these three factors are constantly present during the performance of daily live movements, only little and partially controversial information regarding the effects of foot skin temperature, blood flow at the foot area and footwear on foot sensitivity can be found in the literature. Therefore, the goal of the thesis was to investigate the effects of foot skin temperature, blood flow at the foot area and footwear on plantar foot vibration sensitivity of healthy young subjects. Three single studies were performed in order to investigate each variable separately. The first study investigated the influence of foot sole skin temperature on plantar foot sensitivity of 40 healthy subjects. Vibration thresholds were measured at 200Hz at a initial baseline temperature and after cooling/warming the foot skin 5-6 °C. The second study investigated the influence of short-time lower leg ischemia on plantar foot vibration sensitivity of 39 young adults. Lower leg ischemia was evoked with a pneumatic tourniquet, placed about 10cm above the popliteus cavity. Vibration thresholds were measured at 200 Hz in three different cuff pressure conditions: baseline (0 mmHg), low (50 mmHg) and high (150 mmHg). Finally, the influence of footwear on foot sensitivity was investigated in the third study, using specific Formula 1 shoes. Twenty-five male subjects participated in the study. Plantar foot vibration thresholds were measured at 30 and 200 Hz in five different foot/shoe conditions (barefoot and four shoe conditions). In all studies, vibration thresholds were measured at three anatomical locations of the plantar foot: heel, first metatarsal head (MET I) and hallux. The main results of the three studies show that the analysed variables significantly influence plantar foot vibration sensitivity. Data from the first study show that 5-6 °C alterations in foot skin temperature significantly influence the foot sensitivity of healthy young adults, whereby skin cooling results in reduced foot sensitivity, whereas skin warming improves plantar foot vibration sensitivity. The results of the second study indicate that short-time lower leg ischemia; especially regarding the high cuff pressure condition (150 mmhg), significantly reduces plantar foot sensitivity. Data from the third study show that the footwear effects on foot sensitivity are frequency-dependent. While barefoot sensitivity is better than shod sensitivity at 30Hz, shod sensitivity is better than barefoot sensitivity when measured at 200Hz. In conclusion, foot sole skin temperature, blood flow at the foot area and footwear significantly influence the plantar foot vibration sensitivity of healthy young adults. The alterations in foot sensitivity caused by these variables have important consequences for future clinical as well as movement-related research. Future clinical applications of quantitative sensory testing should consider the influence of these three factors during the assessment of sensory data, in order to standardize the measurement procedures as well as to enhance the quality of the collected data. Regarding the movement-related research, further studies should try to identify the importance of foot sensitivity for the performance of different types of movements (including sport-related activities). Additionally, the combined effects of movement-related changes in foot skin temperature and blood flow should be analysed and integrated in the development process of functional footwear, which is able to fulffill the foot sensitivity requirements of different movements.
=== Die Rolle des menschlichen Fußes als wichtiger „Mediator“ sensorischer Reize wird zunehmen in der Literatur akzeptiert. Die vom Fuß aufgenommenen afferenten Informationen werden im Zentralen Nervensystem integriert und weitergeleitet, um die Regulation typischer Bewegungsmuster (z.B. Gang und Gleichgewichtskontrolle) mitzusteuern. Während der Durchführung derartiger Bewegungen werden oftmals Änderungen der Hauttemperatur oder auch des Blutflusses im Fußbereich provoziert. Diese werden wiederum durch das Tragen von Schuhen beeinflusst. Obwohl Hauttemperatur, Blutfluss im Fußbereich und Schuhwerk wichtige Faktoren bei der Bewegungsdurchführung darstellen, können nur wenige und teilweise konträre Informationen über den Einfluss dieser Faktoren auf die Fußsensibilität in der Literatur gefunden werden. Somit hat diese Dissertation zum Ziel, den Einfluss der Temperatur der Fußsohle, des Blutflusses am Fußbereich sowie des Schuhwerkes auf die Vibrationssensibilität des plantaren Fußes gesunder Probanden zu untersuchen. Um den Einfluss der einzelnen Parameter auf die Fußsensibilität untersuchen zu können, wurden drei Studien durchgeführt. Die erste Studie hatte zum Ziel, den Einfluss der Temperatur der Fußsohle auf die Vibrationssensibilität von 40 Probanden zu untersuchen. Dabei wurden die Vibrationsschwellen, - mit einer Frequenz von 200 Hz -, bei einer Ausgangsmessung sowie nach einer 5-6 °C Abkühlung/Erwärmung der Haut der Fußsohle gemessen. In der zweiten Studie wurde der Einfluss einer Kurzzeitischämie des Unterschenkels auf die plantare Fußsensibilität von 39 Probanden getestet. Die Ischämie im Unterschenkel wurde mit Hilfe eines im Bereich der fossa popliteal platzierten pneumatischen Tourniquets hervorgerufen. Die plantaren Vibrationsschwellen wurden mit einer Frequenz von 200Hz in drei verschiedenen Druckbedingungen ermittelt: Ausgang (0 mmHg), niedrig (50 mmHg) und hoch (150 mmHg). Schließlich beschäftigt sich die dritte Studie mit dem Einfluss vom Schuhwerk auf die Fußsensibilität. Fünfundzwanzig Probanden haben an der Studie teilgenommen. Die Vibrationsschwellen wurden mit Frequenzen von 30 und 200 Hz bei fünf verschiedenen Bedingungen gemessen (eine Barfuss- und vier Schuhbedingungen). In allen Studien wurden die Vibrationsschwellen im plantaren Fußbereich unter der Ferse, dem Metatarsalkopf I sowie unter dem Hallux ermittelt. Die Ergebnisse der drei Studien zeigen, dass die analysierten Parameter einen signifikanten Einfluss auf die plantare Vibrationssensibilität der Probanden haben. Die erste Studie zeigt, dass eine 5-6° C - Schwankung der Hauttemperatur der Fußsohle die Fußsensibilität signifikant beeinflusst, wobei die Erwärmung der Haut eine Zunahme der Fußsensibilität verursacht und die Abkühlung eine Abnahme der Fußsensibilität hervorruft. Die Ergebnisse der zweiten Studie demonstrieren, dass die im Unterschenkel hervorgerufene Ischämie eine Verschlechterung der Fußsensibilität verursacht, insbesondere bei den Messungen der Hochdruckbedingung (150 mmHG). Die Daten der dritten Studie weisen darauf hin, dass der Einfluss vom Schuhwerk auf die Vibrationssensibilität des plantaren Fußes frequenzabhängig ist. Bei einer Vibrationsfrequenz von 30Hz ist die Sensibilität barfuss besser als die mit Schuhen gemessene Vibrationssensibilität. Hingegen ist bei einer Frequenz von 200 Hz die mit Schuhen gemessenen Sensibilität besser als die Sensibilität barfuss. Anhand der Ergebnisse der drei Studien konnte festgestellt werden, dass die Temperatur der Fußsohle, Blutfluss im Fußbereich und Schuhwerk einen signifikanten Einfluss auf die plantare Vibrationssensibilität gesunder Probanden haben. Daraus folgen wichtige Hinweise für zukünftige klinische- sowie bewegungsorientierte Forschung. Der Einfluss der drei analysierten Parameter sollte künftig bei der Beurteilung sensorischer Daten mit einbezogen werden. Dies würde zum einem eine Standardisierung der Messverfahren gewährleisten, zum anderen die Qualität der im klinischen Bereich gemessenen Daten erhöhen. Im Rahmen bewegungsorientierter Forschung soll die Wichtigkeit der Fußsensibilität bei der Durchführung unterschiedlicher Bewegungsformen, auch sportlicher Bewegung, näher untersucht werden. Weiterhin sollte eine gemeinsame Analyse der bewegungsbezogenen Änderungen der Hauttemperatur bzw. des Blutflusses im Fußbereich in künftiger Forschung angestrebt werden. Folglich können diese Änderungen in die Entwicklung funktionellen Schuhwerkes eingesetzt werden, um den Anforderungen der Fußsensibilität bei unterschiedlichen Bewegungsformen möglichst gerecht zu werden.
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