يقيم هذا البروتوكول فعالية هيكل خارجي خفيف الوزن للورك في تقليل الإجهاد الفسيولوجي أثناء المشي صعودا لدى كبار السن. باستخدام تصميم تقاطع عشوائي، تظهر الطريقة أن الجهاز يقلل بشكل كبير من التكلفة الفسيولوجية والإرهاق الذاتي لدى كبار السن.
مقالة بحثية
يقيم هذا البروتوكول فعالية هيكل خارجي خفيف الوزن للورك في تقليل الإجهاد الفسيولوجي أثناء المشي صعودا لدى كبار السن. باستخدام تصميم تقاطع عشوائي، تظهر الطريقة أن الجهاز يقلل بشكل كبير من التكلفة الفسيولوجية والإرهاق الذاتي لدى كبار السن.
المشي في الجبال وتسلق الجبال من الأنشطة الشائعة لكبار السن النشطين للحفاظ على لياقة القلب والأوعية الدموية؛ ومع ذلك، فإن المتطلبات الفسيولوجية العالية لهذه الأنشطة غالبا ما تسرع من ظهور التعب العصبي العضلي. يعد هذا التعب عامل خطر حاسم للإصابات المرتبطة بالرياضة، مثل السقوط والإجهاد العضلي الهيكلي. تهدف هذه الدراسة إلى دراسة ما إذا كان هيكل الورك الخفيف الخفيف الخفيف يمكن أن يقلل من هذه المخاطر ويدعم النشاط البدني الآمن لكبار السن أثناء مهام تسلق الجبال المحاكاة. شارك عشرون من كبار السن الأصحاء (63.45 ± 3.70 سنة) في تجربة عشوائية على جهاز المشي بميل 15٪ بسرعة 3.5 كم/س. سار المشاركون لمدة 15 دقيقة تحت ثلاث شروط: عدم وجود هيكل خارجي (NO_EXO)، ونشاط الهيكل الخارجي (EXO_ON)، ونظام الهيكل الخارجي السلبي (EXO_OFF). شملت النتائج مؤشر التكلفة الفسيولوجية (PCI)، وذروة معدل ضربات القلب (HR_Peak)، وتقييم الجهد المدرك (Borg RPE). خفض المساعدات النشطة (EXO_ON) مؤشر التكلفة الفسيولوجية بشكل كبير إلى 13.80 ± 1.51، مقارنة ب NO_EXO (14.68 ± 2.11) و EXO_OFF (15.35 ± 1.83؛ p = 0.033). وبالمثل، كان RPE أقل بشكل ملحوظ مع المساعدة النشطة (12.95 ± 1.15) مقارنة بالحالات غير المساعدة (13.50 ± 1.19) أو السلبية (14.00 ± 1.17) (p = 0.023). على الرغم من أن معدل ضربات القلب الذروة كان الأدنى في EXO_ON (133.65 ± 7.74 نبضة في الدقيقة)، إلا أن الفروق بين الحالات لم تكن ذات دلالة إحصائية (p = 0.267). يقوم الجهاز بفعالية بتعويض العبء الفسيولوجي على كتلته، مما يؤدي إلى تقليل صافي في الجهد القلبي الوعائي، كما يتضح من انخفاض PCI وRPE. تشير هذه النتائج إلى أن الهياكل الخارجية للورك اللينة قد تحسن كفاءة المشي وتقلل من الإجهاد المدرك أثناء المشي صعودا لدى كبار السن.
مع تقدم عمر السكان العالميين، أصبح الحفاظ على التنقل الوظيفي لدى كبار السن تحديا كبيرا في الصحة العامة1. تلعب التمارين الهوائية المنتظمة دورا وقائيا واضحا في الوقاية من أمراض القلب والأوعية الدموية، والتنكس العضلي الهيكلي، والتدهور الإدراكي2. من بين الأنشطة البدنية المختلفة، يعد المشي في الهواء الطلق وتسلق الجبال من الأنشطة الترفيهية المعتمدة على نطاق واسع لكبار السن بسبب مزيجهما بين التفاعل الاجتماعي وفوائد اللياقة الهوائية2. ومع ذلك، مقارنة بالمشي المستوي، يفرض المشي صعودا حملا بيوميكانيكيا كبيرا، مما يتطلب مفاصل الأطراف السفلية لتوليد عمل إيجابي صافي أكبر لرفع مركز كتلة الجسم3.
بالنسبة لكبار السن، غالبا ما يصاحب هذا الطلب المتزايد البيوميكانيكي استراتيجيات تعويضية محددة. تشير أبحاث فرانز وكريم إلى أنه مع تقدم العمر، يظهر إنتاج الطاقة أثناء المشي صعودا "تحولا كبيرا من البعيد إلى القريب". على وجه التحديد، تقلص القدرة الدفعية لعضلات ثني الكاحل الأخمصية عند كبار السن، الذين يعتمدون بشكل أكبر على عضلات الورك (الألوية الكبرى وأوتار الركبة) لإنتاج العمل؛ نسبة العمل الذي يؤديه الورك أعلى بكثير من الضابطين الأصغر سنا 4.5. هذه الآلية التعويضية، التي تتراكب على الساركوبينيا المرتبطة بالعمر وانخفاض الاحتياطي القلبي الرئوي، تؤدي إلى تكلفة فسيولوجية أعلى أثناء الحركة الصاعدة لدى كبار السن، مما يجعلهم عرضة جدا للإرهاق العصبي العضلي6.
تراكم التعب لا يحد فقط من تحمل التمارين، بل يرتبط ارتباطا وثيقا بزيادة خطر السقوطفي السطح السابع. أظهرت دراسات سابقة أن إرهاق عضلات الأطراف السفلية يعطل استقرار المشي ويقلل من الحد الأدنى لمسافة الفراغ بين أصابع القدم، مما يزيد بشكل كبير من احتمال التعثر والسقوط 7,8. لذلك، فإن تطوير تقنيات مساعدة قادرة على تأخير ظهور التعب له أهمية كبيرة لضمان سلامة كبار السن أثناء الأنشطة الخارجية.
الروبوتات الهيكلية الخارجية القابلة للارتداء تقدم مسارا محتملا لمعالجة هذه المشكلة9. بينما تتفوق الهياكل الخارجية الصلبة في توفير عزم دوران عالي، فإن كتلتها الكبيرة غالبا ما تحد من درجات الحرية الحركية الطبيعية للجسم. قد يؤدي ذلك إلى "عقوبة فسيولوجية" حيث تعوض التكلفة الفسيولوجية المضافة عند ارتداء الجهاز أو حتى تتجاوز الفوائد المستمدة من المساعدة10,11. أكدت أبحاث براونينغ وآخرون أن إضافة 1 كجم إلى الأطراف السفلية البعيدة تزيد بشكل كبير من التكلفة الفسيولوجية، وهو عبء لا يمكن تجاهله على كبار السنذوي القدرات البدنية المحدودة. لتجاوز هذا القيد، ظهرت "بدلات خارجية ناعمة" تعتمد على الأقمشة المرنة ونقل كابل بودن، مصممة لتقليل التداخل مع المشي الطبيعي من خلال تحسين الامتثال بين الإنسان والآلة12.
على الرغم من أن الدراسات التي شملت مجموعات شابة صحية أكدت أن مساعدة الورك يمكن أن تقلل من التكلفة الفسيولوجيةللمشي المستوى، إلا أن الأبحاث التي تستهدف كبار السن في سيناريو المشي المائل الذي يتطلب الطلب الفسيولوجي العالي لا تزال نادرة نسبيا. نظرا لزيادة الاعتماد على تمارين الورك أثناء المشي صعودا لدى كبار السن 4,14، تفترض هذه الدراسة أن هيكل الورك الخفيف الوزن، من خلال توفير عزم دوران منعطف دقيق لمنعطف الورك، يمكنه التغلب بفعالية على العقوبة الفسيولوجية لكتلته، مما يقلل بشكل كبير من مؤشر التكلفة الفسيولوجية (PCI) والإرهاق الذاتي (RPE) لكبار السن خلال مهمة المشي بميل 15٪. لاختبار هذه الفرضية، تتبع هذه الدراسة تصميم تقاطع عشوائي داخل الموضوع. يتم إجراء التحضير الأولي للموضوع وتركيب الجهاز بواسطة موظفين غير أعمى، بينما يشرف على التقييم الرسمي للمشي من قبل مقيم أعمى.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على بروتوكول الدراسة من قبل لجنة أخلاقيات البحث السريري في أول مستشفى تابع بكلية الطب بجامعة تشجيانغ (رقم الموافقة 2024-Research-022). تم تنفيذ جميع الإجراءات التجريبية وفقا لمبادئ إعلان هلسنكي.
تجنيد وفحص الأشخاص
في هذه الدراسة، تم تجنيد 20 مسنا أصحاء (تتراوح أعمارهم بين 60 و75 عاما) من المستشفى الأول التابع، كلية الطب بجامعة تشجيانغ15. تم فحص المشاركين وفقا لمعايير الإدراج التالية: العمر 60–75 سنة؛ القدرة على المشي المستقل دون الحاجة إلى أجهزة مساعدة؛ القدرة على المشي باستمرار على جهاز المشي لمدة ≥15 دقيقة؛ ونتيجة MMSE ≥24. الأشخاص الذين يعانون من ارتفاع ضغط الدم غير المسيطر عليه (ضغط دم في حالة راحة ≥160/100 مم زئبق); الذبحة الصدرية غير المستقرة، اضطراب نظم القلب الشديد، أو احتشاء عضلة القلب خلال 6 أشهر؛ السكتة الدماغية، مرض باركنسون، الدوار الشديد، أو الاعتلال العصبي الطرفي؛ كسر في الطرف السفلي أو جراحة عظام خلال 12 شهرا؛ التهاب المفاصل العظمي الحاد أو التهاب المفاصل الروماتويدي؛ جروح مفتوحة، قرحات، التهاب جلد، دوالي الأوردة الشديدة، أو حساسية الأحزمة في مناطق تلامس الهيكل الخارجي؛ مؤشر كتلة الجسم >30 كجم/م2; أو تم استبعاد أبعاد الجسم خارج نطاق الجهاز. تم الحصول على موافقة مستنيرة، وتم تسجيل مقاييس الإنسان الأساسية بما في ذلك الطول والوزن ومعدل ضربات القلب أثناء الراحة.
الإعداد التجريبي
تم ضبط جهاز المشي على 3.5 كم/س وميل بنسبة 15٪. تم تثبيت حبل أمان مغناطيسي من حزام المشارك إلى مفتاح التوقف التلقائي في جهاز المشي، وكان باحث مشرف يحافظ على الوصول المستمر إلى التوقف الطارئ اليدوي. تم تجهيز جهاز الهيكل الخارجي قبل الاختبار. تم التحقق من مستوى شحن البطارية بأنه >90٪. تم فحص وحدات القيادة يدويا للتأكد من عدم وجود تشابك في الكابلات، أو الربط الميكانيكي، أو الاحتكاك المفرط في آليات النقل. قدم الهيكل الخارجي أوضاع مساعدة تكيفية للتضاريس (تسلق، نزول، مسطح) بمستويات شدة 5 (حتى 18 نانومتر). تضمن وضع التسلق خوارزمية تعلم المشي وآلية تفعيل بزاوية (نطاق 0–90°) لمزامنة عزم ثني الورك مع طور المشي لدى المرتدي. تم تخصيص مقدار المساعدة، خاصة في المستويات 3 أو 4، بناء على التحمل الذاتي أثناء التكيف. تم تزويد المشاركين بجهاز مراقبة معدل ضربات القلب لتسجيل البيانات بشكل مستمر. تم طباعة مقياس Borg RPE (6–20) ومقياس VAS للألم (0–10) على ورق A4 ووضعهما ضمن خط رؤية المشارك الواضح لضمان الوصول الفوري أثناء الاختبار.
ارتداء وتركيب الجهاز (الطور غير المعمى)
تم اختيار حجم الجهاز المناسب بناء على ارتفاع المشارك (حجم L للارتفاع >165 سم؛ المقاس M للطول ≤165 سم). تم مساعدة المشاركين في ارتداء أحزمة الكتف، وتم ضبط ارتفاع وحدة الورك الخلفية لمحاذاة وحدات محرك الورك الجانبية مع الموجه الأكبر. تم تثبيت مشبك الخصر المغناطيسي، وتم شد أحزمة التعديل الجانبي فوق القمة الحرقفي لتثبيت الجهاز بإحكام على الحوض ومنع الانزلاق أثناء التشغيل. تم تأمين وصلات الأرجل. كانت دعامات الفخذ مصطفة على ارتفاع حوالي 5–10 سم فوق الرضفة. تم تثبيت الخطاطيف، وتم تدوير قرص بوا باتجاه عقارب الساعة لشد أحزمة الفخذ. تم التحقق من شد الحزام من خلال الحفاظ على مسافة تتراوح بين الحزام والجلد بمسافة تتراوح بين 1.0–1.5 سم عند سحبه عموديا على الجلد. قام المشاركون بأداء القرفصاء ورفع الساقين العالي للتحقق من عدم وجود تداخل ميكانيكي أو توتر زائد في الكابل (الشكل 1). تم إجراء جلسة تكييف لمدة 15 دقيقةو16 دقيقة. سار المشاركون بدون الجهاز على جهاز المشي بسرعة 3.5 كم/س وميل بنسبة 15٪ لمدة 5 دقائق. سار المشاركون باستخدام الهيكل الخارجي غير المزود بالطاقة (EXO_OFF) لمدة 5 دقائق. سار المشاركون باستخدام الهيكل الخارجي المزود بالطاقة (EXO_ON) لمدة 5 دقائق بينما زادت شدة المساعدة تدريجيا من المستوى 1 إلى مستوى راحة الشخص (المستوى 3 أو 4). ثم يستريح المشاركون في وضعية جلوس لمدة 20 دقيقة قبل المحاكمات الرسمية. ضمنت فترة الراحة التي استمرت 20 دقيقة عودة معدل ضربات القلب والجهد المدرك إلى المستويات الأساسية17.
التدخل والعمى
تم توزيع ترتيب الشروط التجريبية الثلاثة عشوائيا باستخدام تسلسل مولد بالحاسوب لتقليل تأثيرات التعلم والإرهاق. في الحالة NO_EXO، كان المشاركون يمشون بملابس رياضية عادية بدون الهيكل الخارجي. في الحالة EXO_ON، كان الجهاز يفعل في وضع التسلق مع ضبط شدة المساعدة على المستوى 3 أو 4. تم تحديد مستوى المساعدة الدقيق من خلال التحقق من إيقاع المشي المستقر دون عدم استقرار وضعية مرئية، أو حركات تعويضية، أو مقاومة مبلغ عنها لعزم الدوران. جميع مؤشرات LED (أضواء الطاقة والأضواء) كانت مغطاة بشريط كهربائي أسود في كل من EXO_ON وظروف EXO_OFF للحفاظ على الرؤية البصرية. تم توفير فترة راحة جالسة لمدة 40 دقيقة بين التجارب للسماح بعودة معدل ضربات القلب والتعب إلى وضعه الطبيعي.
مهمة المشي المحاكى صعودا (تقييم أعمى)
كان المشاركون يمشون على جهاز المشي لمدة 15 دقيقة وشجعوا على الحفاظ على المشي الطبيعي دون الإمساك بالدرابزين إلا إذا كان ذلك ضروريا للسلامة. تم تسجيل معدل ضربات القلب (HR) بشكل مستمر. تم حساب متوسط 180 نقطة بيانات معدل ضربات القلب التي جمعت من الحد الأدنى بين 12:00 و15:00 بمعدل أخذ عينات 1 هرتز لحساب معدل ضربات القلب المستقر. تم تعريف أعلى معدل ضربات قلب مطلق تم تسجيله خلال المهمة بأنه HR_Peak. عند الحد الأدنى 14، أبلغ المشاركون عن مستوى الجهد باستخدام مقياس بورغ. مباشرة بعد إتمام المهمة (خلال دقيقة واحدة)، تم استخدام مقياس VAS لتقييم سلامة الجلد وألم المفاصل. تم فحص مناطق ملامسة الجلد بصريا بحثا عن الحمار أو البثور أو علامات الضغط. تم تسجيل ألم المفاصل باستخدام مقياس VAS من 0 إلى 10 سم، حيث 0 يشير إلى عدم وجود ألم، و10 إلى أسوأ ألم يمكن تخيله. اعتبرت الدرجات ≥4 شعورا بعدم الراحة ذات الدلالة السريرية ويتطلب تقييما إضافيا. تم حساب مؤشر التكلفة الفسيولوجية (PCI) باستخدام الصيغة المقتبسة من ماكجريجور18: PCI = (معدل ضربات القلب أثناء المشي − معدل ضربات القلب أثناء الراحة) / سرعة المشي، معبرا عنها بنبضات في الدقيقة لكل كيلومتر في الساعة (نبضات/دقيقة/كم/ساعة).
التحليل الإحصائي
تمت مقارنة متغيرات النتائج عبر الحالات باستخدام ANOVA، حيث تم الإبلاغ عن أحجام التأثير كجزء من تربيع الوقت المتوقع (η2p). استخدمت المقارنات الزوجية بعد الوقوع اختبارات t مزدوجة مصححة ببونفيروني، وتم حساب dz لكوهين مع 95٪ من الثقة (الجدول التكميلي 1). تم تعويض ترتيب الحالة، مع فترات راحة بين التجارب لتقليل التأثيرات المستمرة. تم تحديد الأهمية عند p < 0.05.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
خصائص الموضوع
أكمل الدراسة ما مجموعه 20 من كبار السن الأصحاء (10 ذكور و10 إناث). كان متوسط عمر المشاركين 63.45 ± 3.70 سنة، وطول 1.65 ± 0.07 متر، ووزن 60.51 ± 6.59 كجم، ومؤشر كتلة الجسم (BMI) 22.13 ± 1.58 كجم/م2 (الجدول 1). أكمل جميع المشاركين بنجاح ثلاث شروط مشي (NO_EXO، EXO_ON، EXO_OFF) دون أي ذكر لأحداث سلبية.
مؤشر التكلفة الفسيولوجي
أظهرت A...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
قيمت هذه الدراسة تأثير هيكل خارجي خفيف الوزن وطري للورك على المقاييس الفسيولوجية والنفسية لدى كبار السن أثناء المشي المحاكى صعودا، باستخدام تصميم عشوائي متقاطع. تظهر النتائج أنه، مقارنة بالحالة الأساسية (NO_EXO) وحالة التآكل السلبي (EXO_OFF)، فإن وضع المساعدة النشطة (EXO_ON) خفض بشكل ملحوظ مؤشر PCI وتصنيف التعب الذاتي (RPE). تدعم هذه النتيجة فرضيتنا بأن المساعدة المستهدفة في مفصل الورك يمكن أن تقلل بشكل فعال من الإجهاد الفسيولوجي لدى كبار السن أثناء مهام المشي المثقلة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب مصالح.
نشكر المتطوعين على مشاركتهم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Borg RPE Scale | N/A | 6-20 Scale | مقياس معياري لتقييم تقدير الجهد المتصور. |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | الإصدار 9.0 | يستخدم لتصور البيانات وإنشاء الرسوم البيانية. |
| Medical Weight/Height Scale | Meilen | M-C-MSG100 | يستخدم لقياس الخصائص الفيزيائية الأساسية (مؤشر كتلة الجسم). |
| Soft Hip Exoskeleton (GOGO-H) | Hangzhou RoboCT Technology Development Co., Ltd | 100189510835 | بدلة روبوتية ناعمة خفيفة الوزن (2.3 كجم) توفر مساعدة في ثني الورك. |
| SPSS Statistics Software | IBM | الإصدار 26.0 | يستخدم للتحليل الإحصائي. |
| Standard Motorized Treadmill | YPOO | M5max | يستخدم للمشي الصاعد المحاكي بنسبة ميل 15٪ و 3.5 كم / ساعة. |
| Visual Analog Scale (VAS) | N/A | خط 10 سم | يستخدم لتقييم ألم وdiscomfort الطرفين السفليين بشكل موضوعي. |
| Wearable smart band | Xiaomi Communications Co., Ltd. | 6932554419790 | سوار ذكي يمكن ارتداؤه يستخدم لمراقبة معدل ضربات القلب والأكسجين في الدم في الوقت الفعلي. |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن