Adults conserve metabolic energy during walking by minimizing the step-to-step transition work performed by the legs during double support and by utilizing spring-like mechanisms in their legs, but little is known as to whether children utilize these same mechanisms. To gain a better understanding, we studied how children (5-6 years) and adults modulate the mechanical and metabolic demands of walking at their preferred speed, across slow (75%), preferred (100%), and fast (125%) step frequencies. We quantified the 1) positive mass-specific work done by the trailing leg during step-to-step transitions and 2) the leg's spring-like behavior during single support. On average, children walked with a 36% greater net cost of transport (COT; J/kg/m) than adults (p=0.03), yet both groups increased their net COT at varying step frequencies. After scaling for speed, children generated ~2-fold less trailing limb positive scaled mechanical work during the step-to-step transition (p=0.02). Unlike adults, children did not modulate their trailing limb positive work to meet the demands of walking at 75% and 125% of their preferred step frequency. In single support, young children operated their stance limb with much greater compliance than adults (k ̂= 6.23 vs. 11.35; p=.023). Our observations suggest that the mechanics of walking in children 5-6 years are fundamentally distinct from the mechanics of walking in adults and may help to explain a child's higher net COT. These insights have implications for the design of assistive devices for children and suggest that children cannot be simply treated as scaled down versions of adults.

中文翻译：

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简单的模型突出了幼儿和成人步行生物力学的差异

成人在步行过程中通过最小化双腿在双腿支撑时进行的一步一步的过渡工作以及在腿中使用类似弹簧的机制来保存代谢能量，但人们对儿童是否使用这些相同的机制知之甚少。为了更好地理解，我们研究了儿童（5-6 岁）和成人如何调节以他们喜欢的速度、慢速 (75%)、首选 (100%) 和快速 (125%) 行走的机械和代谢需求步进频率。我们量化了 1) 后腿在逐步过渡期间所做的特定质量的正功和 2) 单次支撑期间腿的弹簧状行为。平均而言，儿童步行的净运输成本 (COT；J/kg/m) 比成人 (p=0.03) 高 36%，但两组的净 COT 均以不同的步频增加。在按速度缩放后，儿童在逐步过渡期间产生的后肢正缩放机械功减少约 2 倍（p = 0.02）。与成人不同的是，儿童没有调整他们的后肢积极工作来满足以他们喜欢的步频的 75% 和 125% 行走的需求。在单人支持中，幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的行走机制与成人的行走机制有着根本的不同，这可能有助于解释儿童较高的净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。在逐步过渡期间，儿童产生的后肢正比例机械功减少约 2 倍（p = 0.02）。与成人不同的是，儿童并没有调整他们的后肢积极工作来满足以他们喜欢的步伐频率的 75% 和 125% 行走的需求。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 在单人支持中，幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的行走机制与成人的行走机制有着根本的不同，这可能有助于解释儿童较高的净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。在逐步过渡期间，儿童产生的后肢正比例机械功减少约 2 倍（p = 0.02）。与成人不同的是，儿童没有调整他们的后肢积极工作来满足以他们喜欢的步频的 75% 和 125% 行走的需求。在单人支持中，幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的步行机制与成人的步行机制根本不同，可能有助于解释儿童的较高净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。与成人不同的是，儿童没有调整他们的后肢积极工作来满足以他们首选步频的 75% 和 125% 行走的需求。在单人支持中，幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的行走机制与成人的行走机制有着根本的不同，这可能有助于解释儿童较高的净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。与成人不同的是，儿童没有调整他们的后肢积极工作来满足以他们喜欢的步频的 75% 和 125% 行走的需求。在单人支持中，幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的行走机制与成人的行走机制有着根本的不同，这可能有助于解释儿童较高的净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的行走机制与成人的行走机制有着根本的不同，这可能有助于解释儿童较高的净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。幼儿操作站立肢体的顺应性比成人高得多（k ̂= 6.23 vs. 11.35；p=.023）。我们的观察表明，5-6 岁儿童的步行机制与成人的步行机制根本不同，可能有助于解释儿童的较高净 COT。这些见解对儿童辅助设备的设计有影响，并表明不能简单地将儿童视为成人的缩小版。