RESULT FROM TEST OF BIOMECHANICAL SUPPORTSYSTEN (WALKLINE) IN SAFETY SHOE
0. Conclusion
Once we have identified 18 etiologic factors of safety shoes that can: trigger - maintain - and aggravate foot problems, and we have constructed Walkline safety shoes which eliminates most etiological factors will shoe-related foot problems have a significant decrease. Our experiments confirm this.
Safety shoes with Walkline reduces shoe-related problems by about 60%, kneeproblems 30%, and leg problems by 45%.
Safety shoes with Walkline increase the dorsiflexion of the foot with 9°, and dorsiflexion of great toe with 4°.
Safety shoes with Walkline increased comfort experience.
No negative side effects have been noted by Walkline, but end users evaluate Walkline in safety shoes very positive.
Walkline for safety shoes are not convertible into other types of shoes without modification.
1. RESEARCH OBJECTIVES
OBJECTIVE: developing a safety shoes which is based on biomechanical theory, and the effect is measured in practical use. Survey on Walkline system has a measurable effect to reduce shoe-related foot problems.
We have defined four goals for testing of Walkline in safety shoes.
- Are shoes a factor nonspecific foot problems?
- Provides measurable change in footwear biomechanics result in foot?
- Which user experience have Walkline?
- Provides Walkline some side effects?
1.1 Methodology
- Ergonomic test of shoes. Measures shoe functionality in relation to the foot axis and movement [51].
- Self-report form. Is a form that survey participants fill out. The form is the participant's own assessment and classification of the problem they are experiencing [53].
- Datapedographical analysis. Is a special insole that is installed in the shoe to be tested. Insole activated pressure-prone areas, and you can read the load between foot and shoe [54].
- E-med force plate. Walk with the shoes that will be tested over a pressure plate and measure the load between shoe and floor [56].
- Pedar sole. Installing a sensor sole in the shoe and get a digitized presentation pressure between foot and shoe [57].
- Biomechanical test of the foot. Are tests of dorsiflexion of the 1st toe and ankle joint [55].
- Working profil. Form to identify how do you work, to determine whether the work itself can be: Triggering - sustaining - and or aggravating the condition [61].
2. Introduction
Safety shoes, used to protect the foot against: physical, chemical, moisture, and temperature external influences. To fulfill the requirements of safety shoes must the shoe be produced and tested according to European Standards (EN) [39]. Studies and preliminary studies show that the prevalence of foot problems are very extensive [11.40] in users of safety shoes, which can contribute to increased absenteeism [5]. We have identified eighteen factors of safety shoes in isolation or together may provide one or more foot problems. The potential for reducing shoe-related foot and health problems is large in safety shoes. Most manufacturers of safety shoes have not included this potential in its innovation of safety shoes.
2.1 Foot anatomy and biomechanical function
The foot is composed of:
- 28 Bones
- 33 Joints
- More than 200 muscles, ligaments and tendons
- A network of blood vessels, nerves, skin and soft tissue
These components interact [34,35,37] in an architecturally complex structure and function, which aims to give the body cushioning, shock absorption, support, balance, and mobility. The foot is divided into different axes of motion [42.43] which allows us to perform several independent movements of the foot, and more complex compound movements in the foot joints.If the changes occur in the anatomical axes as a result of incorrect pressure or wrong position of the foot, it may cause problems elsewhere in the body. Today we have mapped several foot problems wher safety shoe directly or indirectly can: triggering - sustaining - and or aggravation of foot problems, where safety shoe cause changes in the functional anatomy of the foot [44]. When we walk so is the foot's activity is divided into two main activities, the weight-bearing phase (stance phase) and the non-weight-bearing phase (swing phase) [35, 45, 49]. Stance phase divided into four sub-phases [45, 49], each of which represents a complex biomechanical cooperation is an absolute prerequisite for a optimal step from heel impact to toe off [36]. For optimal walk (gait) must step width will be about 10 cm, pelvis have a vertical movement of 5 cm, the swing phase as the pelvis rotate about 40 ° forward [45], this gives the required pelvic, femoral and tibial rotation [50], as the basis for the termination and the torsion of the foot [36]. A shoe that change these complex biomechanical features will change the foot's ability to absorb energy, maintain weight, and lower limb rotation, this can be: trigger - sustaining or aggravating foot problems
2.2 Safety shoes
Humans have used the shoe to protect the foot relative to the base for thousands of years. It was found a shoe type of moccasins in a cave in Armenia [47], the shoe is dated to be 5500 years old. We use the shoe for protection and as part of our identity, and as part our our clothing.
Linda O `Keeffe have in her book" Shoes "[46] described the development and importance of shoe fashion from 1500's and up to today's shoes. In recent years, the safety shoes got a design that provides safety shoes a combination of protection and good looks.
Safety shoes primary function is to protect the foot against: physical, chemical, temperature, and moisture-related elements. Safety shoes are type approved according to use, and has a toe protection that can withstand a pressure of 200 Joules [39]. The toe protection can be made of aluminum, steel or composite.
The various professional user groups have their defined user requirements for safety shoes such as: heat and cold resistant outsole, oil resistant outsole, acid-resistant outsole, antistatic, etc. Safety shoes can also be produced with metatarsus protection, and other protective factors. We have identified eighteen factors in safety shoes which directly or indirectly can influence the the foot's optimal properties. We have focused on three areas of safety shoes:
1. Safety shoes should have flexion axis and the longitudinal axis which is consistent with the foot flexion axis of the toes, and the longitudinal axis of the foot [Figure 1.1]. The longitudinal axis [48] runs from the second toe and the heel [42]. It is longitudinalaksen that controls gait pattern [36] in the foot by Impakt to the great toe.If there is a divergence between foot and shoes [figure 1.2] this will give change in gait pattern and forefoot have a similar adduct, the shoe has a divergence of over 15 millimeters relative to the foot, this can provide a close packed position in Os naviculare.
2. In the production of safety shoes use the producer a last, this last one [2.1] is a template of a human's foot, and the shoe is built around this last one. Our studies of show that all laste have from 4 to 12 millimeter convexity in the forefoot, which is transmitted to the shoe and provides corresponding concavity in the forefoot [figure 1.3]. This provides a shoe related pes plano transverses.
3. Several safety shoes have a locking piece that locks the shoe to the foot metatarsus [figure 3.1, A], this means that the medial arch aplaneres. Metetarsus funcion and the pressure absorpsion in the foot reduces and that Windlass function [23, figure 4.1] decreases. This may also provide a functional hallux limitus [26] with the consequences it brings. This is why the locking piece should have an angle towards the heel [Figure 3.1, A] so that metatarsus area not subjected to compression.
3. Safety shoes and ergonomics
it's developed an objective test of ergonomic property and classification of shoes in generally. This test is used in the education of podiatrists in Norway [40]. The objective test of ergonomic shoes are modified and upgraded to a more comprehensive test of safety shoes to day [51]. In addition to the objective test of ergonomic safety shoes, is it developed its own technical specifications for safety shoes and footwear for professional use [52]. In the period 1992 to 2010 was performed several tests on safety shoes in Scandinavia. The test was conducted in safety shoes type S1 and size 42, the studies show a large variation in the ergonomic design of safety shoes, and how shoes affect the foot negatively. We know and have identify shoes that deform and gives wrong pressure in the foot. Our studies are conducted using self-report form [53] shows that the foot, leg and knee problems are very common, it also shows that there is a clear connection between problems and missing ergonomics in the shoes [Table 3].
3.1 Sikkerhetssko og innleggsåler
Vi ser en økende oppmerksomhet på bruk av innleggsåler i sikkerhetssko, her er det også å bemerke at innleggsåler kan endre sikkerhetsskoenes klassifisering. Det er nedfelt i godkjenningskravene til sikkerhetssko (ISO EN 20344) hvordan klassifiseringen skal ivaretas. Hvis vi bruker innleggsåler som ikke er antistatiske i sko som er klassifisert som antistatisk eller ESD så kan innleggsålen endre egenskapene i sikkerhetsskoene. Det kan vises til at støtdempende innleggsåler av viskoelastisk material [3, 58, 59] har dokumentert effekt på støtdemping i sko med harde binnsåler (insole), men i sko med myke binnsåler har innleggsålen marginal effekt på støtdempingen.
Innleggsåler i forhold til ryggproblemer har ingen effekt [3], og individuelle innleggsåler i forhold til muskel og skjelettlidelser i underekstremiteten, og fotproblemer har ingen dokumentert effekt [60].
Våre undersøkelser viser at det er sammenheng mellom skoen ergonomiske egenskaper og funksjonen til en innleggsåle. Vi har registrert at sko med store avvik i longitenduinalaksen (som går fra 2. tå til bak på hælen, den langsgående akse) så kan sålen ha en negativ effekt.
4. Sikkerhetssko som etiologisk faktor til problemer?
I 1990 - 1991 ble det gjennomført en undersøkelse av 321 arbeidstakere [11] i Australia som brukte sikkerhetssko. Resultatene fra undersøkelsen viser at 91 % opplyste at de hadde et eller flere fotproblem. En annen undersøkelse som målte komforten ved bruk av personlig verneutstyr (PPE) hos 336 arbeidstakere [1] viser at 54 % mente at sikkerhetsskoene var komfortable. Som beskrevet er det mange som opplyser at de får problemer ved bruk av sikkerhetssko [11], våre nyere undersøkelser [40] viser at det har skjedd en positiv utvikling av sikkerhetssko siden 1990, resultatene viser at fotproblemer nå er redusert til 55 %, men også dette er et svært høyt tall. Vi har identifisert forskjellige faktorer ved sikkerhetssko som kan utløse, opprettholde, og forverre fotproblemer.
Problem målt i perioden: 1996 - 2009
Industries. N=9500
Foot problems
55 %
Lower leg problems
20 %
Knee problems
35 %
1 Norwegian and Scandinavian industry
Når vi ser på utbredelsen av fotproblemer så er disse problemene fordelt slik som tabell 2 viser.
Norwegian and Scandinavian industry in the period 1996 - 2009. N= 9500
Ankle
15 %
Heel (rear foot)
24 %
Metatarsal area (midle foot)
15 %
Fore foot
9 %
Toes
8 %
Under the foot (plantar area)
27 %
2 shows the distribution of problems in the foot
Det som overrasket var utbredelsen av selvrapporterte problemer under foten, noe som indikerer stor belastningsendring på den plantare strukturen [2]. Vi argumenterer ved at forstyrrelse i de kompliserte biomekaniske apparatet vi har i foten [35] der både subtalarleddet og talocruralleddet foretar 5° supinasjon før de posisjonerer seg i pronasjon, dette apparatet antar vi blir forstyrret av overstabiliserende eller negativt styrende faktorer i sikkerhetsskoene. Der sko er en etiologisk faktor til fotproblemer så krever effekten av behandlingen sammensatte kunnskaper og kompetanse [15].
Sammenheng mellom graden på avvik i sikkerhetsskoen longitudinalakse [figure 1.2] i forhold til fotens longitudinalakse som vist i tabell 3.
Skomerke
Antall problemverdi
Divergens
BATA. N=30
276
10 mm
VERNER. N=25
294
10 mm
TERRA. N=35
375
15 mm
HKS. N=35
412
25 mm
ARBESKO. N=50
434
30 mm
OTTER. N= 25
442
30 mm
ATLAS. N=40
737
45 mm
3 Skomerke og akseavvik i relasjon til utbredelse av problemer
Undersøkelsen ble gjennomført i SAS Skandinavia både i Norge, Sverige og Danmark i perioden 2003-2004. Vi gjennomgikk selvrapproteringsskjema[53], og skjema for ergonomisk test av sikkerhetssko[51] for å kartlegge om det er målbare sammenheng mellom fotproblemer og avvik i longitudinalaksen til sikkerhetsskoen.
Som en del av en forstudie innen sko og fotproblemer, ble det i tidsperioden 2007-2010 gjennomført flere undersøkelse* av fotproblemer i en bedrift [63] i Norge. Bedriften hadde frem til 2007 sko med positive objektive ergonomisk egenskaper. Fra 2007 til 2009 endret bedriften til sko med negative objektive ergonomiske egenskaper. Som tabellen viser resulterte dette i en kraftig økning av fotproblemer i denne perioden. Fra 2009 og 2010 oppdaterte bedriften intern kompetansen innen sko, og i 2010 leverte Bata objektive ergonomiske kvalitetssikrede sikkerhetssko til forstudiet, og resultatet reduserte selvrapporterte fotproblemer betraktlig.
N=53
2007
2009
2010
Foot problemes:
49 %
77 %
54 %
Knee problems:
30 %
55 %
39 %
Leg problems:
19 %
51 %
43 %
4 Sko som etiologisk faktor til fotproblemer
*Undersøkelsen er gjennomført av bedriftens HMS avdeling, bedriftsterapeut [62] Siri Pettersen, og Terje Haugaa [68].
5. Walkline sikkerhetssko utviklet etter biomekanisk prinsipp.
I mitt arbeid som adjunkt og fagforfatter innen fagfeltet fotproblemer ble det naturlig å søke sammenhengene mellom fotproblemer og sko. I en forstudie viste det seg raskt at fokuset måtte innrettes mot sikkerhetssko, da disse skoene er regulert gjennom forskrift, og kunne på dette grunnlaget forholde meg enklere til enhetlige sko. For å innhente kunnskap om sikkerhetssko søkte jeg samarbeidet med flere norske produsenter av sikkerhetssko, og senere europeiske produsenter. Erfaringen i dette samarbeidet viste raskt at utvikling av ”nye” modeller sikkerhetssko er basert på tradisjon, design. Når spørsmålene om fot og biomekanikk ble reist så var det et fagområde som var fraværende. Det ble gjennomført nasjonale og skandinaviske undersøkelser på utbredelse av fot, legg, og kneproblemer hos brukergruppene av sikkerhetssko, resultatene fra disse undersøkelsene er presentert i tabell 1 og 2.
Over tid har jeg utviklet en biomekanisk konstruksjon (senere kalt Walkline) i sikkerhetssko som er basert på teoriene [34,35,37,42,43,50], sammen med de krav og retningslinjer som ligger i godkjenningen av sikkerhetssko. Prototypen av biomekanisk konstruksjonen[5.2 Walklinesole] ble først utprøvd som innleggsåle i et antall på over 40.000 par sikkerhetssko, sammen med skjema til selvevaluering av fot, legg og kneproblemer. Evalueringen av konstruksjonen var svært oppløftende, og ga grunnlaget til å kontakte produsenter av sikkerhetssko for nærmere og videre samarbeid med tanke på å utvikle en mer optimal sikkerhetssko.
I 2007 ble det etablert et samarbeid med Bata Industrials Europe [64] (senere kalt Bata). Bata er blant de fremste produsentene av sikkerhetssko i Europa, besitter stor kunnskap og kompetanse innen sikkerhetssko og materialegenskaper. Bata produserer sikkerhetssko som dekker de fleste bruksområder.
Vi utarbeidet metoder for å måle effekten av modifiseringen. Vi benyttet emed [56] til å måle kraften og vektfordelingen mellom sikkerhetsskoen yttersåle og underlaget [65]. Vi benyttet pedar sole til måle kraften og vektfordelingen mellom fot og sko [57].
6. Praktisk test av Walkline i sikkerhetssko.
Walkline består av 12 identifiserte objektive ergonomiske intervensjonsfaktorer i sikkerhetsskoen som hver for seg eller samlet kan: utløse – opprettholde og eller forverre fotproblemer. Bata utviklet metode til å integrere Walkline i sikkerhetsskoene, og 2008 var det klart til å teste sikkerhetsskoen med integrert Walkline, og en ny konstruert yttersåle [5.4 outsole] som ivaretar [5.5] avviklingen i foten på en bedre måte. Vi gjennomførte force plate test [56,65], og pedarsole test [57,65] med positive resultater. Vi gjennomførte også en praktisk funksjonstest av Walkline ved å gå med skoene 30 kilometer, i skoen er det installert en datapedografisk såle som gir et absolutt dynamisk objektivt avtrykk av foten i skoen [5,1 dynamisk fotavtrykk A, B, C]. Den datapedografisk analysen av Walkline viser [5.1 B] kontaktflaten mellom foten og skoen er meget bra, og avviklingslinjen i foten er etablert [5.3]. Andre sikkerhetssko uten Walkline[5,1 A] viser datapedografisk avtrykk der skoen gir feilstilling, og feil fordeling av trykk mellom fot og sko. Høsten 2008 startet vi fullskalaforsøk. Skoene ble inndelt slik at en gruppe gikk med standard lave sikkerhetssko S1,en gruppe med skolett S2, og en gruppe med integrert Walkline S1. Alle sikkerhetssko med integrert Walkline er produsert i størrelse 42. Totalt 210 personer deltok i forstudiet og i selve forsøket. Bedrifter som deltok i forsøkene var:
1. Nexans Norway AS på Rognan produserer kabler og seismikkabler. Fabrikken er moderne teknologisk og maskinelt. De som arbeider på fabrikken har stor gangdistanse per arbeidsdag. Basert på pedometrisk analyse (skritteller) så er gangdistansen ca 10-12.000 steg per arbeidsdag. Lokalitetene har lange gangdistanser for flere arbeidere.
2. Bodø Bydrift er drifter kommunens anlegg og tekniske drift. Går meget ca 10-12.000 steg per arbeidsdag.
3. ScanCell AS [63] i Narvik produserer solcellepanel, er en moderne fabrikk som er en del av REC konsernet, er etablert World Wide. Fabrikken er høyteknologisk. Store arealer som arbeidet utføres på, mange har relativt stillestående arbeid. 8-10.000 seg per arbeidsdag.
