موثوقية بروتوكول التصوير المرن القائم على الاهتزاز لتقييم صلابة وتر وتر العرقوب عبر زوايا مفاصل متعددة لدى الرياضيين النخبة

Summary

يصف هذا البروتوكول طريقة موحدة ومحمولة تعتمد على الموجات فوق الصوتية لقياس طيف الصلابة الوظيفية لوتر وتر العرقوب عبر زوايا متعددة لمفاصل الكاحل لدى الرياضيين النخبة، مما يتيح تقييما موثوقا وقابلا للتكرار لسلوك الأوتار الميكانيكي تحت ظروف تحميل مختلفة.

Abstract

يلعب السلوك الميكانيكي لوتر العرقوب دورا حاسما في الأداء الرياضي ومخاطر الإصابة؛ ومع ذلك، لا يزال تقييم تيبس الأوتار في الجسم الحي تحديا. الأساليب التقليدية التي تجمع بين التصوير فوق الصوتي والديناميكية مكلفة، ومرتبطة بالمختبر، وغالبا ما تقتصر على مفاصل واحدة، بينما غالبا ما تكون التقنيات القائمة على الاستينغرافيا مقيدة بالافتراضات المنهجية أو ذات الصلة الوظيفية المحدودة.

كان هدف هذه الدراسة تقديم والتحقق من صحة بروتوكول موحد وقابل للحمل لقياس طيف الصلابة الوظيفية لوتر وتر العرقوب عبر عدة زوايا ثابتة في مفصل الكاحل. ينقل هذا النموذج التقييم من قيمة صلابة ثابتة واحدة إلى ملف ميكانيكي مستمر، حيث يلتقط استجابة الوتر غير الخطية للحمل. باستخدام نظام اندماج القوة والموجات فوق الصوتية، تم تطبيق اهتزازات منخفضة التردد ناتجة ميكانيكيا على الوتر، بينما تم استخدام تتبع الحركة المعتمد على الموجات فوق الصوتية لتقدير معامل القص المرن للأنسجة السطحية في الأوتار. أجريت القياسات بشكل ثنائي الجانب في الرياضيين الذكور النخبة في أوضاع مفصل الكاحل المحددة مسبقا تتراوح بين حالات الاسترخاء والانحناء إلى وضعيات الحياد والظهري.

أظهر البروتوكول قابلية تكرار جيدة داخل التجربة وقابلية تكرار ممتازة خلال الجلسة عبر جميع زوايا المفاصل، مع بقاء معاملات التغير ضمن الحدود المقبولة لتصوير المرونة للأنسجة الرخوة ومعاملات الارتباط داخل الفئة التي تشير إلى موثوقية عالية. زاد صلابة وتر العرقوب بشكل غير خطي مع الانثناء الظهري التدريجي، مما يدل على سلوك ميكانيكي يعتمد على الزاوية. لم يلاحظ تأثير رئيسي مهم للسيطرة الجانبية عبر النطاق الوظيفي الكامل، بينما ظهرت اختلافات خاصة بالرياضة عند زوايا مفاصل محددة.

يوفر هذا البروتوكول نهجا عمليا وقابلا للتكرار لتوصيف السلوك الميكانيكي لوتر أخيل تحت ظروف التحميل ذات الصلة الوظيفية. يجعلها قابليتها للنقل وسير العمل الموحد مناسبة للتطبيقات المخبرية والسريرية والميدانية، مما يوفر أداة قيمة لمراقبة الرياضيين، وتقييم مخاطر الإصابات، والتقييم الطولي لتكيف الأوتار.

Introduction

يلعب وتر أخيل دورا حاسما في الحركة البشرية عالية الأداء من خلال نقل القوى العضلية وتخزين وإخراج الطاقة المرنة^{أثناء دورة} التمدد والاختصار (SSC) 1. صلابته الميكانيكية هي عامل رئيسي في كفاءة الحركة، وتؤثر على نقل القوة، وإعادة استخدام الطاقة المرنة، والناتج الميكانيكي العام^{أثناء مهام} المحرك والانفجارات. في الرياضيين النخبة—خصوصا أولئك المشاركين في الجري السريع والقفز وغيرها من الرياضات التي تهيمن عليها SSC—ارتبط تيبس وتر أخيل الأكبر باستمرار بسرعة العدو، والتسارع، واقتصاد الجري، وأداء القفز، ومعدل تطور القوة³. لقد ثبت أن التعرض طويل الأمد للتدريب والحمل الميكانيكي قصير الأمد يحفزان بتغيرات قابلة للقياس في صلابة الأوتار، مما يعكس القدرة التكيفية لأنسجة الأوتار ^4,5. وعلى العكس، غالبا ما تتميز الحالات المرضية مثل اعتلال أوتار أخيل بتغير في التصلب الذي قد يعيق انتقال القوة رغم الحفاظ على قوة العضلات⁶. تأثير اعتلال الأوتار كبير؛ في الرياضات النخبوية، يؤدي ذلك إلى فقدان كبير للوقت، وتدهور الأداء، وإمكانية تقصير المسار المهني، بينما في الفئات النشطة للترفيه، يمثل مشكلة شديدة الانتشار ومتعنيدة تقلل من جودة الحياة وتتحمل تكاليف رعاية صحية كبيرة. لذلك، فإن التقييم الدقيق والموثوق لتيبس وتر العرقوب ضروري لمراقبة الأداء، وإدارة الأحمال، وتقييم الإصابات في الفئات الرياضية.

حاليا، يعتبر الجمع بين الموجات فوق الصوتية والديناميكية على نطاق واسع نهجا مرجعيا لتقييم تيبس الأوتار في الجسم الحي. بينما توفر هذه الطريقة رؤى قيمة حول الخصائص الميكانيكية للأوتار تحت ظروف شديدة التنظيم، فإن هناك عدة قيود عملية تحد من تطبيقها الأوسع¹⁰. الإعداد يستغرق وقتا طويلا، ويعتمد بشكل كبير على خبرة المشغل، وعادة ما يقتصر على بيئات المختبر. علاوة على ذلك، يمثل حاجزا ماليا كبيرا، وغالبا ما يتطلب استثمارا رأسمالا كبيرا لكل من الدينامومتر الإيزوكينيتيكي وأجهزة الموجات فوق الصوتية الفاخرة. بالإضافة إلى ذلك، غالبا ما يتم اشتقاق تقديرات الصلابة في ظروف تحميل معزولة أو شبه ثابتة في تكوين مفصل واحد، مما يحد من قابليتها للمراقبة الروتينية للرياضيين، والتقييم الميداني، والتقييم الطولي عبر دورات التدريب. تسلط هذه القيود الضوء على الحاجة إلى أساليب قياس بديلة تكون قوية منهجية وقابلة للتطبيق في بيئات الرياضة التطبيقية.

برزت تقنيات التصوير المرن بالموجات فوق الصوتية كأدوات قيمة لتقييم الخصائص الميكانيكية للأوتار في الجسم الحي. من بين هذه التخصصات، تم تطبيق التصوير المرن بموجات القص (SWE) على نطاق واسع على الأنسجة العضلية الهيكلية؛ ومع ذلك، فقد أبرز استخدامه تحديات منهجية مهمة¹¹. أظهرت دراسات سابقة أن قياسات الصلابة المشتقة من الإلاستوغرافيا حساسة جدا لزاوية المفصل، واتجاه المجسات، وضغط الأنسجة المسبق، واختيار منطقة الاهتمام (ROI)، واستراتيجيات معالجة البيانات، خاصة في البنى شديدة التباين مثل الأوتار. ولتقليل التغير الناتج عن المشغل، دعا بعض المؤلفين إلى استخدام أحزمة خارجية مخصصة لتأمين مسبار الموجات فوق الصوتية، رغم أن ذلك غالبا ما يكون على حساب كفاءة الاختبار وجمع البيانات السريع. ونتيجة لذلك، تم الدعوة بقوة إلى المعايير المنهجية وبروتوكولات القياس الصارمة—سواء باستخدام تقنيات اليد الحرة أو التثبيت الخارجي—لضمان تقييم صلابة صالح وقابل للتكرار. هذه الاعتبارات المنهجية لا تقتصر على SWE فقط، بل هي ذات صلة واسعة بالتقنيات المعتمدة على الخطوط المرنة التي تستنتج صلابة الأنسجة من انتشار الموجات الميكانيكية.

في السنوات الأخيرة، حظي تصوير الموجات فوق الصوتية المرن بالموجات فوق الصوتية المعتمد على الاهتزاز باهتمام كبديل عملي وقابل للتكيف مع المجال لتقييم الخصائص الميكانيكية للأنسجة العضلية الهيكلية^{السطحية.} في هذا النهج، تطبق الاهتزازات الميكانيكية — مع معاملات التردد والسعة المحسنة خصيصا للخصائص الصوتية والهيكلية للنسيج المستهدف — خارجيا على النسيج، ويتم تتبع انتشار الموجة الناتج باستخدام تصوير الموجات فوق الصوتية لاستخلاص معلمات مرتبطة بالصلابة. بينما نجحت الدراسات الرائدة السابقة في استخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية مع مشغل خارجي لتقييم ميكانيكا الأوتار — باستخدام هزاز ميكانيكي ضخم مربوط بالطرف لتوليد موجات جيبية مستمرة^13,14 — فإن البروتوكول الحالي يستخدم نهج الاهتزاز العابر. من خلال استخدام تكوين مرن محمول يدويا حيث يتم وضع رأس الإثارة الميكانيكي يدويا بجانب محول الموجات فوق الصوتية مباشرة لإرسال نبضات عابرة قصيرة جدا (300 مللي ثانية)، يلغي هذا النظام الحاجة إلى إعدادات تثبيت خارجية معقدة وتستغرق وقتا طويلا. يقلل هذا التقدم بشكل كبير من عبء الموضوع، وبالمقارنة مع تركيبات الديناميومترية والموجات فوق الصوتية التقليدية القائمة على المختبرات، يجعل أنظمة الإلاستوغرافيا المعتمدة على الاهتزاز أكثر قابلية للنقل، وغير جراحية، وقابلة للقياس المتكرر في بيئات الرياضة التطبيقية. ومع ذلك، وعلى الرغم من هذه المزايا، فإن الدراسات الحالية عادة ما تقيم صلابة وتر أخيل عند تكوين مفصل واحد، مع توفير لقطة محدودة فقط للسلوك الميكانيكي للأوتار.

تعتمد تيبس الأوتار بطبيعته على تكوين وحدة العضلة والوتر، ويتغير حسب زاوية المفصل وطول العضلة. لذلك، يفشل القياس بزاوية واحدة في التقاط التغير الوظيفي في تيبس الأوتار الذي يحدث عبر نطاق حركة الكاحل وخلال الوضعيات الرياضية الخاصة. يقلل هذا القيد من الأهمية العملية لقياسات الصلابة للرياضيين المعرضين لتحميل متعدد الزوايا وانتقالات القوة السريعة. حتى الآن، لم تقم الدراسات الكافية بقياس صلابة وتر أخيل بشكل منهجي عبر زوايا مفاصل متعددة وموحدة باستخدام بروتوكول¹⁵ القائم على الطلاء المرن القابل للتكرار.

لمعالجة هذه الفجوة المنهجية، نقترح نموذج طيف الصلابة الوظيفية. يعيد هذا النهج تصور صلابة الأوتار ليس كخاصية قياسية بل كدالة مستمرة لموقع المفصل، حيث يحدد مقدار الناتج الميكانيكي للوتر عبر نطاق فسيولوجي من حالات التحميل. من خلال عزل معامل القص المرن للوتر الحر عبر زوايا متعددة، توفر هذه الطريقة تقييما خاصا بالنسيج يكمل الديناميكية التقليدية لوحدة العضلات-وتر. الغرض من هذه المخطوطة هو تقديم بروتوكول مفصل خطوة بخطوة لتنفيذ هذه الطريقة، بما في ذلك تحديد موقع الموضوع، وتوحيد زاوية المفاصل، ومناولة المجسات، واختيار العائد على الاستثمار، وإجراءات جمع البيانات. تم تصميم هذا البروتوكول لتسهيل التقييم القابل للتكرار لطيف الصلابة الوظيفية في وتر أخيل، ولتوفير أداة عملية للباحثين والممارسين للتحقيق في تكيفات الأوتار الخاصة بالرياضة والميكانيكا الحيوية الوظيفية لدى الرياضيين النخبة. ومن المهم أنه لتقديم إرشادات عملية حول فائدة هذه الطريقة، يجب تحديد حدود تطبيقها بوضوح. هذا النهج مناسب جدا للتنميط غير الجراحي، الثابت أو شبه الثابت لميكانيكا الأوتار المحلية—مثل مراقبة التكيفات الطولية، أو فحص عدم التماثل الجانبي للجانب، أو تتبع إعادة تأهيل اعتلال الأوتار. ومع ذلك، فهي غير مناسبة للمهام الحركية الديناميكية والمستمرة التي لا يكون فيها الحفاظ على اقتران صوتي متسق، ولا تنطبق على ذلك خلال المرحلة الحادة لتمزق الأوتار الكامل حيث لا يكون هناك توتر أساسي. علاوة على ذلك، يجب على الممارسين ملاحظة أنه بسبب تأثير التشبع لانتشار موجة القص تحت توتر نسيج شديد، قد تنخفض دقة القياس المطلقة عند نطاقات الحركة القصوى (مثل أقصى انثناء ظهري).

Protocol

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة أخلاقيات البحث في جامعة بكين الرياضية (رقم الموافقة: 2025608H)، وأجريت جميع الإجراءات وفقا لإعلان هلسنكي. قدم جميع المشاركين موافقة مكتوبة مستنيرة للمشاركة في الدراسة ونشر صور مجهولة الهوية.

تحضير المشاركين

التوظيف والأهلية

تم استقطاب المشاركين من فرق رياضية على المستوى الوطني وشملوا رياضيين محترفين ذكور تتراوح أعمارهم بين 18 و26 عاما في عدة تخصصات رياضية (مثل العدو السريع، التنس، كرة السلة). تم فحص المشاركين لضمان مؤشر كتلة الجسم الطبيعي (BMI)¹⁶. يتم تحديد الساق المسيطرة بطلب من المشاركين ركل الكرة.

معايير الإدراج والاستبعاد

استوفى المشاركون معايير الإدراج التالية: الجنس الذكري، مؤشر كتلة الجسم الطبيعي، والمؤهل الرياضي على المستوى الوطني. شملت معايير الاستبعاد تاريخ إصابة أو جراحة في الكاحل، أو أمراض عصبية أو جهازية، أو ألم حاد في وتر وتر أخيل أو الهياكل المحيطة، واستخدام الأدوية الابتنائية المبلغ عنها ذاتيا.

بيئة الاختبار وتعليمات ما قبل الاختبار

تم إجراء جميع القياسات في ظروف مختبرية موحدة باستخدام نفس غرفة الاختبار والممتحنين لجميع المشاركين. تم توجيه المشاركين لتجنب التمارين عالية الشدة لمدة 48 ساعة قبل اختبار¹⁷.

مكونات المعدات والوصلات

تم استخدام نظام تصوير موجات فوق صوتية مرسوقة محمول يعتمد على الاهتزاز في هذه الدراسة. المنتجات التجارية المحددة والبرمجيات المستخدمة مفصلة في جدول المواد. تكون النظام من أربعة مكونات رئيسية: (1) وحدة رئيسية مزودة ببرمجيات نظام متكاملة (الإصدار 1.0)، (2) محول موجات فوق صوتية بمصفوفة خطية، (3) وحدة إثارة خارجية، و(4) رأس اهتزاز L15.

كان المحول الخطي عبارة عن مسبار مكون من 128 عنصرا بتردد مركزي اسمي يبلغ 100 هرتز وسعة 1 مم، صمم للتصوير عالي الدقة للأنسجة العضلية الهيكلية السطحية. وحدة الإثارة، مع رأس الاهتزاز L15، تولد اهتزازات ميكانيكية منخفضة التردد (15 ± 2 مم)، تنقل إلى الأنسجة لتحفيز موجات تنتقل ميكانيكيا. تم تتبع حركة الأنسجة الناتجة عن انتشار الموجة بواسطة نظام الموجات فوق الصوتية، وتم اشتقاق معايير الصلابة باستخدام برنامج التحليل المدمج في النظام.

كان المحول متصل بالوحدة الرئيسية عن طريق محاذاة الموصل مع الواجهة المقابلة على اللوحة الخلفية للوحدة الرئيسية، ثم إدخاله بإحكام حتى قفل في مكانه مع تثبيت أزرار الموصل بالكامل ومستوية مع غلاف المجس، ثم سحب كابل المحول بلطف لتأكيد الاتصال الآمن. تم توصيل وحدة الإثارة بالمقبس المخصص الموجود في الجانب السفلي الأيسر من الوحدة الرئيسية عن طريق محاذاة موصل القفل، وإدخاله بالكامل، وشد آلية القفل يدويا لضمان اتصال ميكانيكي وكهربائي مستقر. تم تشغيل النظام عن طريق تشغيل مزود الطاقة الرئيسي وتأكيد إضاءة مؤشر حالة النظام، ثم تشغيل واجهة الجهاز اللوحي، وتشغيل برنامج نظام الموجات فوق الصوتية باختيار أيقونة التطبيق المخصصة، والتحقق من دخول النظام إلى واجهة تشغيل الموجات فوق الصوتية الرئيسية مع عرض تصوير في وضع B في الوقت الحقيقي.

اكتساب معامل المرونة القصي (G)

تحضير وتركيب المحولات

تم تطبيق طبقة منتظمة من جل الاقتران المسبق التسخين على سطح المحول، ووضع المجس بخفة مقابل موقع القياس مع محاذاة نقطة الهدف تحت الجانب الأمامي من المجس. تم تأكيد جودة التصوير قبل الاقتناء، مما ضمن أن مستوى المحول كان تقريبا عموديا على سطح الجلد (>75°)، ومسافة المحول إلى الجلد حوالي 5 مم، وعدم وجود فقاعات هواء مرئية، وأن ألياف اللفافة والأوتار كانت مرئية بوضوح.

تكوين وحدة الإثارة

تم ضبط معلمات وضع الاستوغرافيا (E-mode) على تردد 7.5 ميجاهرتز، مع 4 خطوط اكتساب، ونطاق عمق 5 مم، وزمن اكتساب 300 مللي ثانية. تم تفعيل وحدة الإثارة، ووضع رأس الإثارة على بعد 3–6 مم أمام جانب بروز المسبار، بشكل عمودي على مستوى تصوير المسبار.

تصوير الوضع E وضبط العمق

تم تحويل نظام الموجات فوق الصوتية إلى وضع E، وتم وضع الخط المرجعي بحيث يبدأ نطاق عمق الاستحواذ أسفل اللفافة السطحية للأوتار مباشرة. تم تعديل منطقة الاهتمام (ROI) لتغطية سمك الوتر مع تجنب الجلد والأنسجة تحت الجلد ووسادة الدهون في كاجر بشكل صارم.

جمع البيانات ومراقبة الجودة

بدأ القياس المستمر بالنقر على زر التشغيل ، وقام النظام بحساب معامل القص (G) تلقائيا، مما يوفر قيم متوسط ± SD للبيانات الصحيحة. تم الحفاظ على وضعية المشاركين والمشغل ثابتة أثناء الاقتناء للحصول على ما لا يقل عن 10 نقاط بيانات مستمرة صحيحة. كان جمع البيانات يتوقف عن طريق الضغط على وظيفة التجميد بمجرد جمع نقاط بيانات كافية. تمت مراجعة مجموعة البيانات بحثا عن النقاط الشاذة، وتمت إزالة نقاط البيانات غير الطبيعية باستخدام وظيفة التحرير في النظام.

تم تكرار القياسات ثلاث مرات على الأقل عند كل زاوية كاحل. كان القياس يعتبر صالحا فقط إذا كان الانحراف المعياري (SD) لنقاط البيانات المستمرة أقل من 10٪ من المتوسط، وفقا لمتطلبات الصلاحية الداخلية للجهاز؛ وإلا، كان يتم التخلص من القياس وتكراره. تم حفظ صور وضع B وخرائط التصوير الميكانيكي للتوثيق (الشكل 1).

الشكل 1. تمثيل تخطيطي للإعداد التجريبي وبروتوكول اكتساب طيف الصلابة الوظيفية. (أ) إعداد تجريبي. (ب) مناطق قياس محددة على وتر أخيل. (ج) زوايا مفصل الكاحل في تسلسل التجربة. الاختصارات: PF = انثناء الأخمص، DF = انثناء ظهري. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

إجراء جمع البيانات

تسجيل الموضوع وتحديد الموقع التشريحي

تم تسجيل المعلومات الديموغرافية والرياضية للمشاركين عند الوصول. تم توجيه المشاركين لخلع أحذيتهم وجواربهم والاستلقاء مستلقيا على أريكة الفحص مع امتداد كاحلاهم بالكامل على الحافة بحوالي 5 سم. تم تحديد القمة العليا للحدبة الكالكبية عن طريق التلمس، وتم وضع علامة على نقطة قريبة من هذا المؤشر بمقدار 5 سم باستخدام علامة جلدية لتحديد موقع القياس الأولي. تم التحقق من الموقع المحدد باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية في الرؤية الطولية.

القياس الأساسي

تم تنفيذ اكتساب الصلابة الأولي في الحالة الأساسية (حالة الاسترخاء بدون إقلاع) وفقا للإجراءات الموضحة أعلاه.

قياس الزوايا المتعددة (طيف الصلابة الوظيفية)

أجريت القياسات بشكل متسلسل على وتر العرقوب تحت الشروط التالية: مسترخية، 0° (محايد)، 20° انثناء الأخمص (PF)، 40° PF، 20° انثناء دورسي (DF)، و40° DF. تم تجنب أمر الاختبار العشوائي عمدا، حيث أن اختبار وضعية الثني الظهري الشديد قبل وضعية الانثناء كان سيؤدي إلى تهيئة الأنسجة وتكييف مسبق في الأنسجة، مما يغير ميكانيكا الأساس بشكل مصطنع ويؤثر على القياسات اللاحقة.

الشكل 2. واجهة تمثيلية للنظام أثناء جمع البيانات. تعرض اللوحة المركزية صورة موجات فوق صوتية طولية بنمط B لوتر أخيل، تظهر محاذاة الألياف بشكل واضح ومتوازي. اللوحة الصفراء على اليمين تعرض القياس الفوري لمعامل مرونة القص (G). يقوم النظام تلقائيا بحساب القيمة المتوسطة (20.46 كيلوباسكال في هذا المثال) والانحراف المعياري (0.37 كيلو باسكال) من قائمة القياسات الصحيحة الموضحة أدناه. تظهر هذه القراءة استقرارا قياسيا عاليا مع انحراف معياري منخفض (SD < 10٪ من المتوسط)، مما يفي بمعايير مراقبة الجودة الخاصة بالبروتوكول. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تركيب الإقلاع وضبط الزاوية

تم وضع قدم المشارك في حذاء اختبار الكاحل القابل للتعديل، لضمان استقرار الكعب تماما على الكوب الخلفي لقاعدة الحذاء. تم تثبيت مقدمة القدم ومنتصف القدم وأسفل الساق باستخدام الأحزمة المثبتة على شكل خطاف وحلقة لمنع رفع الكعب أو التحرك الجانبي أثناء الاختبار. تم فك مقابض القفل الثنائية في آلية مفصل الحذاء، وتم توجيه الكاحل يدويا إلى زاوية الهدف عن طريق محاذاة العلامات الهيكلية مع مقياس الغونيومتري. ثم تم شد مقابض القفل بقوة لتثبيت مفصل الكاحل عند زاوية الهدف. تم إجراء قياس الموجات فوق الصوتية مباشرة بعد قفل الزاوية لمنع استرخاء الأوتار اللزجة المرنة.

ما بعد الإجراء

تم توجيه المشاركين لإزالة حذاء الكاحل، وتم تنظيف وتعقيم جميع الأدوات ومجسات الموجات فوق الصوتية.

معالجة البيانات والتحليل الإحصائي

تجميع البيانات

لكل تجربة قياس، تم التحقق من أن SD الداخلية لنقاط البيانات كانت <10٪ من المتوسط. تم حساب معامل التغير بين التجارب (CV) عبر التجارب الثلاث الصحيحة لكل زاوية قياس وكان مطلوبا أن يكون <30٪؛ وإلا، يتم التخلص من مجموعة البيانات وإعادة قياسها. تم حساب المتوسط العام للتجارب الثلاث الناجحة واستخدامه في التحليلات اللاحقة.

النمذجة الإحصائية

تم حساب معامل الارتباط داخل الفئة (ICC) لتقييم قابلية تكرار القياس. تم تحليل تأثيرات المتغيرات على صلابة أوتار أخيل باستخدام نماذج مختلطة معممة (GLMM). تم تحديد تيبس وتر العرقوب (G) كمتغير تابع، مع زاوية مفصل الكاحل، نوع الرياضة، والساق المسيطرة كعوامل ثابتة. تم تضمين تعريف الموضوع كتأثير عشوائي لأخذ القياسات المتكررة في الاعتبار. تم إجراء تحليلات بعد الحدث مع تصحيح بونفيروني.

تصور البيانات

تم تصدير البيانات المعالجة وتصويرها باستخدام الرسوم البيانية الخطية لتحليل طيف الصلابة ومخططات الشريطية لمقارنات المجموعات.

Results

قبل تفسير النتائج الإحصائية، كان من الضروري تحديد معايير تنفيذ ناجح مقابل فشل تنفيذ هذا البروتوكول. تعرض الخصائص الديموغرافية للمشاركين في الجدول 1. تميزت القياس الناجح بصريا بصورة عالية الجودة بوضع B تعرض بنية ليفية واضحة ومستمرة من الأوتار موازية لسطح الجلد، مع خريطة ألوان مرنة مستقرة ومتجانسة ضمن منطقة الاهتمام المحددة مسبقا (ROI) (كما هو موضح في الشكل 2). من الناحية الكمية، تحقق النجاح عندما أعطت نقاط البيانات المستمرة داخل التقاط واحد معامل تباين (CV) يبلغ <30٪. وعلى العكس، كان التنفيذ الفاشل عادة ما يشير إلى ضعف الاقتران الصوتي (مما يؤدي إلى فراغات مظلمة أو انقطاعات الإشارة في خريطة التصوير المرن)، أو تشوهات حركة، أو ضغط مفرط من المجسات الناتج عن المشغل، مما أدى إلى تصلب النسيج السطحي بشكل مصطنع. أي تجربة تظهر فيها حشوة CV ≥ 30٪، أو تظهر حشوة مرطوقة غير متصلة، تشكل عطلا تقنيا وتستلزم إعادة تموضع المجس فوريا وإعادة اختباره.

	كرة السلة	الكرة الطائرة	كرة القدم	التنس	السرعة.	الجري لمسافات طويلة	كروسكال-واليس ب
العمر (السنة)	22.2±2.29	20.6±1.59	21.1±2.42	20.9±2.63	21.7±3	21.1±2.2	0.639
الطول (م)	1.87±0.09	1.87±0.05	1.77±0.05	1.81±0.05	1.76±0.05	1.75±0.05	<0.001
الوزن (كجم)	81.8±9.91	76±8.71	69.1±6.45	70.6±4.39	70.6±5	65.9±5.86	<0.001
مؤشر كتلة الجسم	23.4±1.48	21.7±1.84	22.1±1.69	21.5±1.34	22.8±1.34	21.5±1.67	0.033
تكرار التدريب (مرات في الأسبوع)	4.75±2.67	4.89±1.54	5.1±1.10	4.82±1.40	5.89±1.83	6±0.87	0.125
عمر الرياضة (السنة)	9.75±4.25	6.22±2.91	10.8±2.62	9.73±4.13	3.44±1.74	5.5±3.89	<0.001

الجدول 1: الخصائص الديموغرافية للرياضيين.

موثوقية ودقة التجارب داخل التجارب

تم تقييم الدقة الداخلية للبروتوكول من خلال حساب معامل التغير (CV) لمعامل مرونة قص وتر أخيل (G) عبر جميع ظروف القياس (6 زوايا مفاصل × 2 أطراف × N مشاركين). تراوحت متوسط قيم CV بين 14.0٪ إلى 25.2٪ عبر زوايا مفاصل مختلفة (الجدول 2). ومن الجدير بالذكر أن تباين القياس أظهر نمطا يعتمد على الزاوية: حيث بقيت قيم CV أقل ومستقرة للغاية خلال حالة الراحة وانثناء الأخمص (PF)، لكنها زادت بشكل منهجي مع وضع الكاحل في انثناء ظهري شديد (DF).

علاوة على ذلك، تم تقييم قابلية التكرار خلال الجلسات عبر تجارب القياس المتتالية باستخدام معامل الارتباط داخل الفئة (ICC). أظهرت النتائج موثوقية نسبية جيدة إلى ممتازة عبر جميع زوايا المفاصل التي تم تقييمها. على وجه التحديد، تراوحت قيم ICC (2,1) بين 0.871 و0.974 (الجدول 2)، مع أعلى موثوقية لوحظت في الحالة المسترخية (ICC = 0.974، 95٪ CI: 0.943–0.990) وأدنى موثوقية، لكنها لا تزال قوية، عند الموضع المحايد 0° (ICC = 0.871، 95٪ CI: 0.751–0.939). إلى جانب بيانات CV، أكدت هذه النتائج المتانة والاستقرار البيوميكانيكي العام لبروتوكول القياس متعدد الزوايا.

	اهدأ	PF 40	PF 20	0	DF 20	DF 40
السيرة الذاتية المتوسطة	0.16	0.14	0.16	0.25	0.24	0.25
ICC (2,1)	0.974	0.962	0.925	0.871	0.957	0.965
95٪ CI ل ICC	[0.943, 0.990]	[0.930, 0.980]	[0.847, 0.967]	[0.751, 0.939]	[0.927, 0.976]	[0.933, 0.983]

الجدول 2: موثوقية القياس (معامل الارتباط داخل الفئة) والدقة الداخلية (معامل التغير) لمعامل مرونة قص وتر أخيل عبر زوايا مفاصل مختلفة.

الصلابة الوظيفية لوتر أخيل

تم قياس تيبس وتر العرقوب (G) عبر ست زوايا في مفاصل الكاحل لكل من الأطراف المسيطرة وغير المسيطرة. تلخص نتائج النماذج المختلطة المعممة (GLMM) للتأثيرات الثابتة في الجدول 3. تم قياس صلابة وتر العرقوب عبر نطاق الحركة الوظيفي بنجاح. كما هو متوقع، زاد صلابة الأوتار بشكل غير خطي من الانثناء الأخمصي (الانثناء) إلى الانثناء الظهري (التوتر) في جميع المشاركين ( انظر الشكل 3).

كشف GLMM عن تأثير رئيسي مهم لزاوية المفصل (p < 0.001)، بينما لم تظهر الجوانب (المسيطرة مقابل غير المهيمنة) ونوع الرياضة أي تأثيرات رئيسية. كان تفاعل الزاوية × الرياضة ذا دلالة كبيرة (p = 0.049)، مما يشير إلى اختلافات صلابة خاصة بالرياضة عند زوايا معينة للكاحل. لإثبات هذه الاختلافات، أجريت تحليلات تأثيرات بسيطة بعد الواقع. كانت الفروقات أكثر وضوحا عند انثناء الأخمص 20° (PF20)، حيث أظهر كل من لاعبي كرة السلة (203 ± 187 كيلوباسكال؛ p = 0.046، d كوهين = 0.58) والجري لمسافات طويلة (188 ± 138 كيلوباسكال؛ p = 0.048، d كوهين = 0.62) تيبس أوتار أعلى بشكل ملحوظ مقارنة برياضيي التنس (122 ± 62 كيلوباسكال). علاوة على ذلك، في الوضع المحايد (0°)، حافظ رياضيو كرة السلة (1033 ± 912 كيلو باسكال) على صلابة أعلى بكثير من رياضيي التنس (574 ± 382 كيلو باسكال؛ p = 0.008، d كوهين = 0.66). وعلى العكس، عند 40° ثني الظهر (DF40)، لم تلاحظ فروق ذات دلالة إحصائية بين الرياضات، مما يشير إلى تقارب الخصائص الميكانيكية تحت أقصى حمل على الوتر.

العامل	X²	دي إف	p
الزاوية	8964.919	5	< .001
الجانب (السائد/غير المسيطر)	0.47	1	0.493
الرياضة	4.423	5	0.49
زاوية × الجانب	1.715	5	0.887
جانب × الرياضة	10.182	5	0.07
أنجل × سبورت	37.788	25	0.049
زاوية × الجانب × الرياضة	26.065	25	0.404

الجدول 3: نتائج اختبارات التأثيرات الثابتة للنماذج المختلطة المعممة (GLMM). 

الشكل 3. طيف الصلابة الوظيفية لوتر وتر العرقوب عبر زوايا مختلفة لمفصل الكاحل. تعرض البيانات كمتوسط ± SD. يمثل المحور X وضعية مفصل الكاحل، وتتراوح من حالات الترهل (الاسترخاء، الانثناء الأخمصي [PF]) إلى الحالات المشدودة (0° المحايد، الانثناء الظهري [DF]). يمثل المحور Y معامل المرونة القصي (الصلابة) المرسوم على مقياس log10. زاد معامل القص بشكل غير خطي مع زيادة الانثناء الظهري. لم يتم العثور على تأثير رئيسي ذو دلالة إحصائية للسيطرة الجانبية أو تفاعل الزاوية × الجانب (p > 0.05)، مما يشير إلى التماثل الوظيفي العام بين الأوتار السائدة وغير المسيطرة عبر النطاق المختبر. تشير العلامات النجمية (*) إلى فرق كبير (p < 0.05) مقارنة بالمجموعة المرجعية (Tennis) بناء على تقديرات معلمات GLMM. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل الإضافي S1. معامل قص وتر وتر العرقوب عبر زوايا المفصل مقارنة الجانبين الأيسر والأيمن. تعرض البيانات كمتوسط ± SD. يمثل المحور X زاوية مفصل الكاحل، وتتراوح من أوضاع الارتخاء (الاسترخاء، الانثناء الأخمصي) إلى أوضاع التوتر (محايد 0°، انثناء/تمديد ظهري). يمثل محور Y معامل القص (الصلابة) المرسوم على مقياس log10. زاد معامل القص بشكل غير خطي مع زيادة الانثناء الظهري. لوحظ تأثير رئيسي مهم فقط على زاوية المفصل، بينما لم يتم العثور على تأثيرات رئيسية ذات دلالة كبيرة للجانب أو للرياضة. علاوة على ذلك، تم اكتشاف تفاعل ذي دلالة × الزاوية الجانبية، بينما بقيت جميع تأثيرات التفاعل الأخرى غير ذات دلالة. * تشير إلى فرق كبير (p < 0.05) بين الجانبين الأيسر والأيمن في الوضع المحايد 0° بناء على تقديرات معلمات GLMM. الاختصارات: PF = انثناء الأخمص؛ DF = الانثناء الظهري. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

Discussion

قدمت هذه الدراسة بروتوكولا موحدا لقياس طيف الصلابة الوظيفية لوتر العرقوب لدى الرياضيين الذكور النخبة باستخدام جهاز دمج القوة والموجات فوق الصوتية المحمول. على عكس التصوير التشريحي التقليدي، الذي يوفر رؤية وظيفية محدودة، استخدمت هذه الطريقة التصوير المرن بالموجات فوق الصوتية المعتمد على الاهتزاز لرسم خرائط غير جراحية للخصائص الميكانيكية للوتر عبر نطاق فسيولوجي من زوايا مفصل الكاحل. كانت مدة الاختبار الإجمالية حوالي 10–20 دقيقة لكل مشارك، وجعل استخراج القيم المرنة تلقائيا هذا البروتوكول حلا عمليا للمراقبة الطولية في المختبر والميدان. ومع ذلك، كما هو الحال مع أي تقييم متعدد الزوايا، يجب إدارة الخصائص اللزجة المرنة الجوهرية لوتر أخيل—وخاصة قابلية النزحف، والهستيريز، واسترخاء الإجهاد—بعناية. بينما استمرت الجلسة بأكملها من 10 إلى 20 دقيقة، شملت ذلك الإعداد، وتحديد المعالم التشريحية، وتركيب الحذاء. كان الوقت الفعلي عند كل زاوية مفصل قصيرا (عادة أقل من دقيقة واحدة). علاوة على ذلك، كان الاهتزاز الميكانيكي المطبق عابرا (300 مللي ثانية لكل نافذة اقتناء) بدلا من أن يكون مستمرا، مما قلل من خطر تراكم الإرهاق الميكانيكي. لتقليل استرخاء الإجهاد، فرض البروتوكول أن يتم جمع البيانات فور قفل مفصل الكاحل لالتقاط التصلب الفوري قبل أن يؤثر الزحف المرن اللزج على ميكانيكا الأنسجة. ومع ذلك، يجب أن تظل التطبيقات المستقبلية التي تتضمن تحميلا متكررا أكثر شمولا واعية لهذه الخصائص المعتمدة على الزمن.

لضمان قابلية تكرار طيف الصلابة، كان من الضروري الالتزام الصارم بتفاصيل الاقتناء المحددة. أولا، كان تطبيق طبقة كافية من الجل الصوتي أمرا بالغ الأهمية لمنع حدوث تشوهات صدى واجهة الهواء، والتي قد تؤثر على جودة إشارة موجة القص. ثانيا، كان توقيت القياس عاملا حاسما. بسبب الطبيعة اللزجة المرنة للوتر¹⁸، حدث استرخاء الإجهاد مباشرة بعد تثبيت الكاحل في وضعية جديدة. لذلك، كان البروتوكول يتطلب البدء في الاكتساب فور تثبيت الزاوية لالتقاط استجابة الصلابة الفورية بدلا من الحالة المسترخية.

كشف تحليل مفصل لتكرار التجربة داخل التجربة عن نمط من التباين يعتمد على زاوية المفصل. لوحظت معاملات تباين أقل (CVs، ~14–16٪) في أوضاع الانحناء الأخمصي (الحالة المرتخية)، بينما لوحظت معاملات CV أعلى (~24–25٪) في الوضعيات الظهرية المنثنية (الحالة المشدودة). من المرجح أن هذا الاتجاه عكس التحديات التقنية المرتبطة بقياس ميكانيكا الأنسجة عند حدود الصلابة العليا. في الحالة المشدودة (الانثناء الظهري)، تزداد صلابة الأوتار بشكل غير خطي، مما يؤدي إلى انتشار موجات القص بسرعات عالية¹⁹. قد يقترب هذا من حدود الكشف للجهاز المحمول. وبالتالي، عكست قيم CV الأعلى في الوضعيات الظهرية الخصائص الصوتية المعقدة للأنسجة المتناقضة التوتر العالي بدلا من عدم موثوقية المنهجية أو خطأ المشغل. كان الاعتراف بهذا التباين الجوهري مهما لوضع عتبات مراقبة جودة صحيحة بيئيا. فرض عتبة أكثر صرامة (مثل CV < 20٪) عبر جميع الزوايا سيتطلب إعادة اختبار مفرطة في أوضاع التمدد القصوى، مما قد يؤدي إلى ظهور تشوهات فسيولوجية مثل الزحف اللزج المرن واسترخاء الإجهاد. لذلك، اعتبر عتبة CV بنسبة < 30٪ حل حل عملي لاختبار الزوايا المتعددة في الجسم الحي. ومع ذلك، كان على المشغلين الحفاظ على ثبات المجس عند تقييم الوتر في أوضاع التوتر العالي لتقليل التباين الإضافي.

بالنسبة للباحثين والأطباء، تشير القيم المرتفعة للعروق القلبية (>20٪) في الانثناء الظهري الشديد إلى أنه يجب تفسير قيم الصلابة المطلقة عند هذه الزوايا بحذر. يشير ذلك إلى أن الطريقة الأنسب لتتبع التغيرات الطولية داخل الفرد بدلا من الاعتماد فقط على المقارنات المقطعية بين الأفراد عند أقصى شد. لتقليل التباين، قد تشمل التحسينات المستقبلية في البروتوكول استخدام أساليب تثبيت خارجية (مثل الدعامات المخصصة) لتوحيد ضغط واتجاه المجسات. ومع ذلك، يجب أن تسمح أي استراتيجية تثبيت بضبط الزاوية بسرعة للحفاظ على التوازن بين الاستقرار الميكانيكي وتقليل الزحف اللزج المرن.

يقدم طيف الصلابة الوظيفية المقترح تقدما منهجيا مقارنة بالديناميكية الإيسوكينيتية التقليدية. بينما تعتبر الديناميومترية طريقة مرجعية لتقييم الخصائص الميكانيكية العالمية لوحدة العضلة-الوتر، إلا أنها لا تستطيع عزل الصلابة المحلية للوتر الحر عن مساهمات العضلات. من خلال تقييم وتر وتر أخيل الحر مباشرة، يوفر هذا البروتوكول قياسا مووضعيا محددا للأنسجة. قد تكون هذه القدرة مفيدة لاكتشاف التغيرات الموضعية في تيبس الأوتار بين الأفراد الذين لا تظهر عليهم أعراض ويخضعون لبرامج تحميل^{مستهدفة 4}. علاوة على ذلك، في التجمعات المرضية أو المصابة بالوتر، قد تغير التغيرات الهيكلية المحلية التيبس قبل^{أن تظهر} عيوب وحدة العضلات والأوتار بشكل عام. لذا تمكن هذه الطريقة من اكتشاف التغيرات الميكانيكية المحلية التي قد لا يتم التقاطها بواسطة طرق الاختبار العالمية.

من خلال قياس الزيادة غير الخطية في الصلابة من الانثناء العمودي إلى الانثناء الظهري، التقطت هذه الطريقة السلوك الميكانيكي للأوتار تحت ظروف تحميل ذات صلة وظيفية. العلاقة بين الزاوية والصلابة التي لوحظت في الشكل 3 لم تتوافق مع نموذج تربيعي بسيط، يعكس السلوك الفسيولوجي غير الخطي لأنسجة الأوتار عبر نطاق واسع من الحركة. الزيادة الأسية الملحوظة في الصلابة بين PF20° و0° تتوافق مع 'منطقة الأصابع' الكلاسيكية، حيث يتم فرد ألياف الكولاجين المجعدة بسرعة. من المهم ملاحظة أن المظهر المسطح بصريا للمنحنى عند زوايا الانحناء الأعلى يتأثر بمقياس log10 المستخدم لعرض البيانات. بالعبارات المطلقة، تستمر الصلابة في الزيادة بشكل كبير، مما يعكس تقوية الإجهاد التدريجي تحت التوتر الميكانيكي العالي. تسلط هذه الخصائص الضوء على السلوك الميكانيكي المعقد وغير الخطي لأنسجة الأوتار عبر نطاق فسيولوجي واسع. الزيادة في الصلابة بين PF20° و0° كانت تتوافق مع التقويم الأولي لألياف الكولاجين، بينما كانت الزيادات المستمرة عند زوايا الانثناء الأعلى تعكس تقوية الإجهاد التدريجي تحت التوتر. تدعم هذه النتائج استخدام التقييم متعدد الزوايا بدلا من التقدير بنقطة واحدة.

فيما يتعلق بالنتائج الإحصائية، أكد GLMM تأثيرا رئيسيا مهما لزاوية المفصل، مما يدعم حساسية البروتوكول لتغيرات التحميل الميكانيكي. لم تلاحظ أي تأثيرات أو تفاعلات رئيسية لسيطرة الأطراف، مما يشير إلى تماثل وظيفي في صلابة وتر العرقوب عبر زوايا المفصل²¹. وهذا يتوافق مع المتطلبات البيوميكانيكية لنقل القوة المتوازنة وتخزين الطاقة أثناء الحركة²². ومع ذلك، أشارت التحليلات التكميلية المستندة إلى الجوانب التشريحية (اليسار مقابل اليمين) إلى اختلافات خاصة بالجوانب في بعض الحالات، مما يشير إلى أن التناظر الوظيفي يمكن الحفاظ عليه رغم عدم التماثل الهيكلي الأساسي²³.

يجب النظر في عدة قيود. أولا، اقتصرت الدراسة على الرياضيين الشباب من الذكور النخبة، ويجب أن تقيم الأبحاث المستقبلية مجموعات أوسع، بما في ذلك الإناث وكبار السن والأفراد الذين تظهر عليهم الأعراض. ثانيا، انخفضت دقة القياس في مواقع الشد الأقصى بسبب الحدود الفيزيائية لانتشار موجة القص. ومع ذلك، لم يقلل ذلك من الموثوقية إلى مستوى غير مقبول، حيث أن متوسط ثلاث تجارب أدى إلى تكرار عالي (ICC > 0.87). ثالثا، استخدم البروتوكول نهج الزوايا الثابتة المتعددة بدلا من القياس الديناميكي المستمر، وبالتالي لا يكرر ظروف التحميل عالية السرعة. بالإضافة إلى ذلك، أجريت القياسات في ظروف سلبية ولم تأخذ في الاعتبار تأثيرات انقباض العضلات النشطة. أخيرا، تصف هذه الطريقة سلوك القص المرن المحلي تحت الاهتزاز العرضي ولا ينبغي تفسيرها كمقياس مباشر لصلابة الشد الطولي.

في الختام، عند تطبيق المتوسط متعدد التجارب (الحد الأدنى من ثلاث تكرارات) ومراقبة الجودة في الوقت الحقيقي (CV < 30٪)، وفر هذا البروتوكول متعدد الزوايا الموحد أداة موثوقة وعملية لتقييم ميكانيكا وتر أخيل. من خلال التقاط استجابات الأوتار عبر مجموعة من حالات التحميل، مكن من مراقبة التماثل الثنائي وتكيفات التدريب. قد تدعم هذه الطريقة مراقبة الرياضيين والتعرف المبكر على التغيرات الميكانيكية المرتبطة باعتلال الأوتار عند استخدامها للتقييم الطولي.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
بوتس	أوبير	AO-36	الاستخدام كما هو مقترح في البروتوكول
جل الاقتران	تقنية جينيا	TM-100	الاستخدام كما هو مقترح في البروتوكول
إكسل	مايكروسوفت	https://www.microsoft.com/microsoft-365/excel	يستخدمه المؤلفون لترتيب البيانات
جاموفي	مشروع جاموفي	https://www.jamovi.org/	يستخدمه المؤلفون في التحليل الإحصائي
الموجات فوق الصوتية المحمولة  الجهاز	تقنية شي جيان	T5C1B101WT	الاستخدام كما هو مقترح في البروتوكول
المنشور	لوحة الرسم البياني	لا متوقع؛ https://www.graphpad.com	يستخدمه المؤلفون للتصور
SPSS	آي بي إم	https://www.ibm.com/products/spss-statistics	يستخدمه المؤلفون في التحليل الإحصائي