Effects of walking and running speed of first metatarsophalangeal joint motion in runners

Q4 Health Professions

Sports Orthopaedics and Traumatology Pub Date : 2026-09-01 Epub Date: 2026-08-28 DOI:10.1016/j.orthtr.2026.07.001

Magali Fournier, Rosemary Thompson, Drew N. Rutherford, Tom Kernozek

{"title":"Effects of walking and running speed of first metatarsophalangeal joint motion in runners","authors":"Magali Fournier, Rosemary Thompson, Drew N. Rutherford, Tom Kernozek","doi":"10.1016/j.orthtr.2026.07.001","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"<div><h3>Background</h3><div>Appropriate range of motion (ROM) of the first metatarsophalangeal joint (MPJ) is important to facilitate forward propulsion during ambulation. It has been shown that passive range of motion of the first MPJ exceeds the amount required for forward ambulation. However, there is limited data available on the amount of motion required during running.</div></div><div>Appropriate range of motion (ROM) of the first metatarsophalangeal joint (MPJ) is important to facilitate forward propulsion during ambulation. It has been shown that passive range of motion of the first MPJ exceeds the amount required for forward ambulation. However, there is limited data available on the amount of motion required during running.</div><div><h3>Material and methods</h3><div>We conducted a prospective controlled study to determine how walking and running influence first MPJ motion in healthy runners in both the shod and unshod condition. 30 healthy runners (13 males and 17 females) were tested at two different running and walking speeds, with and without shoes on an instrumented treadmill. Reflective markers were placed on various parts on each lower extremity (right and left) while 10 motion camera analysis units captured the data.</div></div><div>We conducted a prospective controlled study to determine how walking and running influence first MPJ motion in healthy runners in both the shod and unshod condition. 30 healthy runners (13 males and 17 females) were tested at two different running and walking speeds, with and without shoes on an instrumented treadmill. Reflective markers were placed on various parts on each lower extremity (right and left) while 10 motion camera analysis units captured the data.</div><div><h3>Results</h3><div>Our study demonstrated that the ROM necessary for both walking and running, was statistically less than passive ROM. The shoe condition overall showed 19.5° less dorsiflexion at the first MPJ than the barefoot condition (p < 0.001) while the running speeds overall showed 5.81° less dorsiflexion than the walking speed (p < 0.001). The mean ROM of the first metatarsophalangeal joint while running at 7.5 mph with shoes is 10.3°.</div></div><div>Our study demonstrated that the ROM necessary for both walking and running, was statistically less than passive ROM. The shoe condition overall showed 19.5° less dorsiflexion at the first MPJ than the barefoot condition (p < 0.001) while the running speeds overall showed 5.81° less dorsiflexion than the walking speed (p < 0.001). 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Während bekannt ist, dass die passive ROM den für das Gehen erforderlichen Bewegungsumfang übersteigt, liegen nur begrenzte Daten zum Bewegungsbedarf beim Laufen vor.</div></div><div>Eine ausreichende Beweglichkeit (Range of Motion, ROM) des ersten Metatarsophalangealgelenks (MTP I) ist entscheidend für die Vorwärtsbewegung beim Gehen. Während bekannt ist, dass die passive ROM den für das Gehen erforderlichen Bewegungsumfang übersteigt, liegen nur begrenzte Daten zum Bewegungsbedarf beim Laufen vor.</div><div><h3>Material und Methoden</h3><div>In dieser prospektiven kontrollierten Studie wurden 30 gesunde Läuferinnen und Läufer (13 männlich, 17 weiblich) bei zwei Geh- und Laufgeschwindigkeiten auf einem instrumentierten Laufband untersucht, jeweils mit und ohne Schuhe. Die Bewegungsanalyse erfolgte mittels reflektierender Marker an beiden unteren Extremitäten und einem 10-Kamera-Motion-Capture-System.</div></div><div>In dieser prospektiven kontrollierten Studie wurden 30 gesunde Läuferinnen und Läufer (13 männlich, 17 weiblich) bei zwei Geh- und Laufgeschwindigkeiten auf einem instrumentierten Laufband untersucht, jeweils mit und ohne Schuhe. Die Bewegungsanalyse erfolgte mittels reflektierender Marker an beiden unteren Extremitäten und einem 10-Kamera-Motion-Capture-System.</div><div><h3>Ergebnisse</h3><div>Die für Gehen und Laufen erforderliche ROM des MTP-I-Gelenks war signifikant geringer als die passive ROM. Das Tragen von Schuhen führte zu einer um 19,5° geringeren Dorsalextension im Vergleich zur Barfußbedingung (p < 0,001). Zudem war die Dorsalextension beim Laufen im Vergleich zum Gehen um 5,81° reduziert (p < 0,001). Die mittlere ROM des MTP-I-Gelenks beim Laufen mit 7,5 mph in Schuhen betrug 10,3°.</div></div><div>Die für Gehen und Laufen erforderliche ROM des MTP-I-Gelenks war signifikant geringer als die passive ROM. Das Tragen von Schuhen führte zu einer um 19,5° geringeren Dorsalextension im Vergleich zur Barfußbedingung (p < 0,001). Zudem war die Dorsalextension beim Laufen im Vergleich zum Gehen um 5,81° reduziert (p < 0,001). Die mittlere ROM des MTP-I-Gelenks beim Laufen mit 7,5 mph in Schuhen betrug 10,3°.</div><div><h3>Schlussfolgerungen</h3><div>Statistisch gesehen wird beim Laufen – mit oder ohne Schuhe – weniger Bewegungsumfang (ROM) genutzt, als verfügbar ist. Insgesamt zeigten die Bedingungen mit Schuhen eine geringere Dorsalextension als die Barfußbedingungen.</div></div><div>Statistisch gesehen wird beim Laufen – mit oder ohne Schuhe – weniger Bewegungsumfang (ROM) genutzt, als verfügbar ist. 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Abstract

Background

Appropriate range of motion (ROM) of the first metatarsophalangeal joint (MPJ) is important to facilitate forward propulsion during ambulation. It has been shown that passive range of motion of the first MPJ exceeds the amount required for forward ambulation. However, there is limited data available on the amount of motion required during running.

Material and methods

We conducted a prospective controlled study to determine how walking and running influence first MPJ motion in healthy runners in both the shod and unshod condition. 30 healthy runners (13 males and 17 females) were tested at two different running and walking speeds, with and without shoes on an instrumented treadmill. Reflective markers were placed on various parts on each lower extremity (right and left) while 10 motion camera analysis units captured the data.

Results

Our study demonstrated that the ROM necessary for both walking and running, was statistically less than passive ROM. The shoe condition overall showed 19.5° less dorsiflexion at the first MPJ than the barefoot condition (p < 0.001) while the running speeds overall showed 5.81° less dorsiflexion than the walking speed (p < 0.001). The mean ROM of the first metatarsophalangeal joint while running at 7.5 mph with shoes is 10.3°.

Conclusion

Statistically less ROM than available is being used during running with or without shoes. Shoe conditions overall showed less dorsiflexion than the barefoot conditions.

Hintergrund

Eine ausreichende Beweglichkeit (Range of Motion, ROM) des ersten Metatarsophalangealgelenks (MTP I) ist entscheidend für die Vorwärtsbewegung beim Gehen. Während bekannt ist, dass die passive ROM den für das Gehen erforderlichen Bewegungsumfang übersteigt, liegen nur begrenzte Daten zum Bewegungsbedarf beim Laufen vor.

Material und Methoden

In dieser prospektiven kontrollierten Studie wurden 30 gesunde Läuferinnen und Läufer (13 männlich, 17 weiblich) bei zwei Geh- und Laufgeschwindigkeiten auf einem instrumentierten Laufband untersucht, jeweils mit und ohne Schuhe. Die Bewegungsanalyse erfolgte mittels reflektierender Marker an beiden unteren Extremitäten und einem 10-Kamera-Motion-Capture-System.

Ergebnisse

Die für Gehen und Laufen erforderliche ROM des MTP-I-Gelenks war signifikant geringer als die passive ROM. Das Tragen von Schuhen führte zu einer um 19,5° geringeren Dorsalextension im Vergleich zur Barfußbedingung (p < 0,001). Zudem war die Dorsalextension beim Laufen im Vergleich zum Gehen um 5,81° reduziert (p < 0,001). Die mittlere ROM des MTP-I-Gelenks beim Laufen mit 7,5 mph in Schuhen betrug 10,3°.

Schlussfolgerungen

Statistisch gesehen wird beim Laufen – mit oder ohne Schuhe – weniger Bewegungsumfang (ROM) genutzt, als verfügbar ist. Insgesamt zeigten die Bedingungen mit Schuhen eine geringere Dorsalextension als die Barfußbedingungen.

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走跑速度对跑步者第一跖指关节运动的影响

背景：第一跖趾关节（MPJ）适当的活动范围（ROM）对行走时向前推进很重要。研究表明，第一个MPJ的被动活动范围超过了向前活动所需的量。然而，关于跑步过程中所需的运动量的数据有限。第一跖趾关节（MPJ）适当的活动范围（ROM）对行走时向前推进很重要。研究表明，第一个MPJ的被动活动范围超过了向前活动所需的量。然而，关于跑步过程中所需的运动量的数据有限。材料和方法我们进行了一项前瞻性对照研究，以确定在穿鞋和不穿鞋的情况下，步行和跑步如何影响健康跑步者的第一MPJ运动。30名健康跑步者（13名男性和17名女性）在仪器跑步机上以两种不同的跑步和步行速度（穿鞋和不穿鞋）进行了测试。在每个下肢（右和左）的不同部位放置反射标记，同时10个运动摄像机分析单元捕获数据。我们进行了一项前瞻性对照研究，以确定在穿鞋和不穿鞋的情况下，步行和跑步如何影响健康跑步者的第一MPJ运动。30名健康跑步者（13名男性和17名女性）在仪器跑步机上以两种不同的跑步和步行速度（穿鞋和不穿鞋）进行了测试。在每个下肢（右和左）的不同部位放置反射标记，同时10个运动摄像机分析单元捕获数据。结果我们的研究表明，步行和跑步所必需的ROM在统计学上比被动ROM少。在第一个MPJ时，穿鞋条件下的背屈度比光脚条件下的背屈度少19.5°（p &lt； 0.001），而跑步速度下的背屈度比步行速度下的背屈度少5.81°（p &lt； 0.001）。穿鞋以每小时7.5英里的速度跑步时，第一跖趾关节的平均关节活动度为10.3°。我们的研究表明，步行和跑步所必需的ROM在统计上比被动ROM少。在第一个MPJ时，穿鞋的情况下，背部屈曲比赤脚的情况少19.5°（p &lt； 0.001），而跑步的速度总体上比步行的速度少5.81°（p &lt； 0.001）。穿鞋以每小时7.5英里的速度跑步时，第一跖趾关节的平均关节活动度为10.3°。结论：在穿鞋或不穿鞋的跑步过程中，ROM的使用比可用的要少。总的来说，穿鞋的情况比光脚的情况显示出更少的背屈。据统计，在穿鞋或不穿鞋跑步时，使用的ROM少于可用的ROM。总的来说，穿鞋的情况比光脚的情况显示出更少的背屈。HintergrundEine ausreichende Beweglichkeit（活动范围，ROM） des ersten metatarsophalangalgelenks (MTP I) ist entscheidend fr die Vorwärtsbewegung beim Gehen。Während bekant ist, dass die passive ROM den f<e:1> r das Gehen erforderlichen bewegunssumfang <e:1> bersteigt, liegen nur begrenzte Daten zum bewegunsbedarf bem Laufen vor。Eine ausreichende Beweglichkeit（活动范围，ROM） des ersten metatarsophalangalgelenks (MTP I) ist entscheidend fr die Vorwärtsbewegung beim Gehen。Während bekant ist, dass die passive ROM den f<e:1> r das Gehen erforderlichen bewegunssumfang <e:1> bersteigt, liegen nur begrenzte Daten zum bewegunsbedarf bem Laufen vor。材料与方法[j] .材料与方法[j] .材料与方法研究[j] .材料与方法研究[j] .材料与方法研究[j] . Läuferinnen and Läufer (13 männlich, 17 weiblich) .材料与方法研究[j] .材料与方法研究[j] .链接本文：beweguns分析了完整的mitels反射器，标记器和中间通道Extremitäten和einem 10- camera - motion - capture系统。[3] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1] [1]beweguns分析了完整的mitels反射器，标记器和中间通道Extremitäten和einem 10- camera - motion - capture系统。ergebnisdie f<e:1> r Gehen und Laufen erforderliche ROM des MTP-I-Gelenks战争显著geringer als die passive ROM. Das Tragen von Schuhen f<s:1> hrte zu einer um 19,5°geringeren Dorsalextension im Vergleich zur Barfußbedingung （p &lt； 0,001）。Zudem war die Dorsalextension beim Laufen im Vergleich zum Gehen um 5,81°reduziert （p &lt； 0,001）。Die mittlere ROM des MTP-I-Gelenks beim Laufen mit 7,5 mph in Schuhen bebe10,3°。Die f<s:1> r Gehen und Laufen erforderliche ROM des MTP-I-Gelenks战争显著geringer als Die passive ROM. Das Tragen von Schuhen f<s:1> hrte zu einer um 19,5°geringeren Dorsalextension im Vergleich zur Barfußbedingung （p &lt； 0,001）。此外，与走路相比，跑步时背部伸肌减少了5.81°（p < 0 0.001）。在7.5英里/小时的速度下，MTP-I关节的中间ROM为10.3°。从统计数据来看，跑步时使用的运动范围（ROM）比可用的要少，无论是否穿鞋。总的来说，穿鞋的条件比赤脚的条件显示出更小的背部延伸。据统计，跑步时使用的运动量（ROM）比可用的要少，不管有没有鞋。总的来说，穿鞋的条件比赤脚的条件显示出更小的背部延伸。

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