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6分钟框架跑测试——一种针对脑瘫个体的基于场地的心肺运动试验

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DOI：

10.3791/67691

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2025年7月3日

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1Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institutet, 2Medical Unit Allied Health Professionals, Women's Health and Allied Health Professionals Theme, Karolinska University Hospital, 3Research Centre for Healthy and Sustainable Living, Research group Lifestyle and Health, Utrecht University of Applied Sciences, 4Department of Rehabilitation Medicine, Amsterdam UMC, Vrije Universiteit Amsterdam, 5Amsterdam Movement Sciences, Rehabilitation & Development, 6Emma Children&s Hospital, Amsterdam UMC, 7Department of Physiology and Pharmacology, Karolinska Institutet

本文内容

摘要

本方案全面概述了如何对脑瘫患者进行6分钟框架跑测试，以评估其有氧能力。

摘要

脑性瘫痪（CP）是一种异质性的儿童期发病运动功能障碍，其严重程度和影响差异显著。患有较严重形式CP的个体，尤其是全身受累者，往往在进行体力活动时面临巨大障碍。这些障碍因适合其特定需求的锻炼方式有限而进一步加剧。通常可获得的体力活动形式往往有氧需求较低，可能不足以维持和/或改善心血管健康。

然而，轮式竞速（Frame Running）是一项在三轮竞速助行器上进行的残障体育运动，可使脑性瘫痪（CP）患者以高强度参与有氧运动。这种专为脑性瘫痪等运动功能障碍个体设计的竞速助行器，使得原本无法参与传统运动方式的人群也能进行有氧能力评估。6分钟轮式竞速测试（6-MFRT）已被验证为评估脑性瘫痪患者最大有氧能力的有效方法。该测试操作简便，仅需一个竞速助行器、一条200-400米的跑道、一个心率监测仪、一个卷尺或测距轮，以及一个秒表。因此，6-MFRT是一种实用且可靠的有氧能力测量方法，可用于评估与健康相关的体能状况，并检验训练干预的效果。

引言

脑性瘫痪（CP）是最常见的儿童期发病残疾之一，发病率为每1000例活产婴儿中有1.6例1。该病源于2岁前发育中大脑的损伤，导致多方面的后果。CP患者的运动功能障碍谱系广泛，从轻微的运动控制障碍到严重的身体残疾不等，其特征表现为运动、平衡、协调和姿势方面的受限2。此外，与正常发育个体相比，CP患者的骨骼肌更薄、更弱且更僵硬3。由于运动控制和骨骼肌功能受损等因素，CP患者往往身体活动较少，并表现出更多的久坐行为4,5,6，这反过来导致有氧能力下降。有氧能力降低会增加继发性健康问题（如心血管疾病和代谢性疾病）的发生风险7。因此，在医疗保健和体育领域，了解和评估该人群的有氧能力至关重要，因为它能够提供有关其心血管健康、耐力及整体身体功能的重要信息。

最大摄氧量（VO2max）是评估有氧能力的关键指标，在多个领域中具有预测价值。对VO2max的评估可用于指导旨在提高身体素质、降低与脑性瘫痪（CP）相关的继发性健康问题风险，并最终改善生活质量的干预措施。尽管评估脑性瘫痪患者有氧能力十分重要，但目前仍明显缺乏可行且经过适应性调整的有氧测试方法，尤其是针对身体残疾程度较重的个体。现有的金标准有氧测试方法，如基于跑步机或功率自行车的测试方案，对于存在跑步、骑行、维持特定姿势和/或完成特定动作困难的个体而言，实施起来面临巨大挑战。此外，这些测试通常局限于实验室环境中，需要使用面罩等专业设备来测量摄氧量。这不仅使测试在实际操作中难以开展，也限制了其在真实生活场景中的可及性——而在这些场景中，目标正是评估和提升日常功能性活动能力。

因此，有必要验证一些可在多种环境下简便实施的替代方法，包括但不限于临床环境和体育设施。辅助跑（Frame Running）是一项为行动障碍个体设计的适应性运动，已作为一种有前景的解决方案出现，可使脑瘫（CP）患者进行中等到高强度的身体活动8,9,10。该运动在行走和/或跑步过程中使用三轮支架提供支撑。在过去10年中，我们的研究重点是开发并验证6分钟辅助跑测试（6-MFRT），作为一种实用且包容性的方法，用于评估脑瘫（CP）患者的有氧能力9,10,11。在测试过程中，参与者使用辅助跑支架支撑体重并辅助平衡，从而专注于在6分钟内尽可能跑更远的距离。我们的研究表明，6-MFRT是一种可靠且有效的脑瘫（CP）患者VO2max估算方法11。将6-MFRT测试期间获得的数据与同一批个体使用其辅助跑支架进行的传统跑步机VO2peak 测试所采集的数据进行比较时，我们发现两者在VO2peak上无显著差异。此外，6-MFRT中跑过的更长距离与更高的VO2peak测量值呈正相关10,11。

通过提供6-MFRT的开放获取方法学标准化，我们希望促进其在科研、医疗保健和体育领域的应用。该标准化方案在实施6-MFRT时确保了操作的一致性和可靠性，不仅支持个体内的比较，也支持不同队列之间的比较。本方案详细说明了如何在脑性瘫痪（CP）个体中实施和使用6-MFRT，包括测试前准备、测试执行和测试后评估，以确保数据的准确性和可重复性。

方案

以下方案和设置（图1）已获瑞典伦理审查机构批准。所有参与者在参加所述测试前均获得口头和书面说明，并签署知情同意书。进行6-MFRT时，可参考附带的方案（补充文件1）以及博格自觉用力评分12（Borg RPE）（补充文件2）。

6分钟框架跑测试示意图；准备、介绍、热身、用力程度测量步骤。
图1：6分钟框架跑测试方案的图示。缩写：6-MFRT = 6-Minute Frame Running Test；Borg RPE = Borg主观用力评分。 请点击此处查看此图的放大版本。

1. 测试日前数周的准备工作

  1. 向参与者介绍
    1. 向参与者提供有关 6-MFRT 的信息，并允许其提问。
    2. 如果参与者不习惯使用跑步架，应要求其在测试日前至少进行 2 次练习。
      注意：这有助于尽量减少因对跑步架熟悉程度提高而带来的表现提升，从而更准确地反映有氧能力的真实改善9。
  2. 与参与者共同调整跑步架
    1. 让参与者试用跑步架，确保鞍座、把手和胸板均已调整至最大程度的舒适与支撑状态。这些设置将在测试当天使用（参见步骤 2.3.1）。
    2. 建议参与者穿着骑行短裤或骑行背带裤，以提高舒适度，并减少因跑步架运动时骨盆承受高压所引起的疼痛。
    3. 确保跑步架的正确体位和适当调整，使参与者能够专注于最大输出。在进行 6-MFRT 时，应着重减轻疼痛，同时确保体位和设备适配能够支持以最高速度推进。
    4. 由参与者决定是否使用踝足矫形器（AFOs）。
      注意：AFOs 可增加稳定性和支撑性，但也可能因限制跖屈而限制活动范围（即不使用 AFOs 时跑步速度通常更快）。
  3. 使用测量轮测量预定跑道长度
  4. 确定运动测试期间采用基础或高级数据采集方式
    注意：测试类型的确定由各测试负责人自行决定，应基于测试的具体目的。若测试属于研究项目的一部分，建议采用高级数据采集；但对于日常使用或跑步架俱乐部评估运动员发展情况，基础数据采集可能更为实用且可行。
    1. 在测试日前，根据测试目的确定应纳入数据采集的参数（表 1）。
基础高级
·      心率·      心率
·      Borg 主观体力感觉等级（RPE）·      Borg 主观体力感觉等级（RPE）
·      时间·      时间
·      距离·      距离
·      速度传感器，用于测量距离和速度
·      毛细血管血乳酸
·      气体交换分析

表1：数据采集参数。 本表列出了在进行6分钟框架跑测试时，进行基础或高级数据采集可包含的参数。缩写：Borg RPE = 疼痛感知用力评分（Borg Rating of Perceived Exertion）。

2. 测试当天

  1. 向参与者介绍
    1. 参与者到达后，提供关于6-MFRT的清晰且一致的指导说明，包括对测试过程中预期情况的概述。
    2. 介绍并解释博格自觉用力评分（RPE）量表，其中6表示毫无费力，20表示最大用力程度（补充文件2）。
    3. 解答参与者可能存在的任何疑问或顾虑，确保其感到安全、舒适并充分了解测试内容。
  2. 准备与热身
    1. 在开始任何运动、移动至跑步架之前，或如使用轮椅时从轮椅转移前，采集毛细血管血样以进行乳酸分析（可选）。
  3. 跑步架的调整
    1. 根据先前测试确定的最佳位置，将参与者安置在跑步架上（参见步骤2.1）。
    2. 如有需要，使用胸带确保参与者固定稳妥，并佩戴头盔以确保安全。
  4. 让参与者根据自身能力进行5–10分钟的热身（博格RPE 11–12，补充文件2）。
  5. 确定参与者在测试路线中是否需要跟随人员提供方向引导、安全保障或语言鼓励。

3. 运动试验

注意：应准确记录所有测量数据，包括心率、行进距离和主观用力程度，以进行全面分析和比较。推荐使用的材料和设备见材料表。

  1. 受试者的准备
    1. 将心率监测器佩戴在受试者胸部，以在运动测试期间持续监测心率。
    2. 向受试者讲解运动测试流程，确保其理解每一步骤及要求，强调目标是在6分钟内尽可能跑完更长的距离。
      建议向受试者口头说明：
      目标是在规定时间内尽可能跑完更长的距离。起始时以具有挑战性但可维持的速度开始，并尝试随时间逐渐加快。力争在测试结束时达到最大努力程度。若需短暂减速或停下，请尽快恢复跑步。我们将每分钟告知剩余时间，并鼓励您持续坚持。
  2. 进行6分钟折返跑测试（6-MFRT）
    1. 让受试者使用其助行架，站在指定的起跑线上。
    2. 要求受试者使用Borg自觉用力评分（RPE）量表评估其主观用力程度。
    3. 开始数据采集；当受试者接到开始指令时，启动6分钟计时器，并记录完成的折返圈数。
    4. 在6分钟测试过程中，鼓励受试者始终保持最大努力，根据受试者个体情况，定期或每分钟给予激励和支持。
    5. 6分钟结束时，标记受试者停止测试的位置，因为测试结束时助行架可能仍在移动。
    6. 测试刚结束时，立即要求受试者再次使用Borg RPE量表评估其主观用力程度，并通过观察呼吸急促、出汗和/或疲劳等表现客观评估其运动表现。
    7. 同时，采集运动后毛细血管血液样本（可选）。
    8. 使用测距滚轮测量从指定起跑线到受试者停止位置的直线距离，并将其与已完成的折返圈数所对应的总距离相加，得出总跑动距离。

4. 血液分析（可选）

  1. 若采集了血液样本，应分析其乳酸水平，以评估受试者对运动的代谢反应。
    注意：可能采用的方法包括但不限于气体交换分析、心率监测、血气分析、速度传感器、测试期间行进距离、博格自觉用力程度评分（Borg RPE）和/或客观的疲劳感知体征。

结果

作为代表性结果，三名脑瘫患者在室内跑道上完成了6分钟最大步行测试（6-MFRT），并进行了乳酸测量。参与者特征见表2。

参与者 1参与者 2参与者 3
性别男性女性男性
年龄（岁）262121
GMFCS 分级344
脑瘫运动类型运动障碍型运动障碍型运动障碍型
SPGALS331
体重（kg）71.645.635.1
身高（cm）190155146
BMI（kg/m²）19.81916.5
跑步架使用经验（年）12813

表2：参与者特征。 该表格展示了每位参与者的特征。缩写：BMI = 体重指数；CP = 脑性瘫痪；GMFCS = 粗大运动功能分级系统；SGPALS = Saltin Grimby 身体活动水平分级量表。

所有参与者均完成了6-MFRT，结果见表3。然而，为使测试被视为达到最大强度，需满足特定的生理学标准。本方案采用以下标准，要求在测试结束时满足4项标准中的至少3项：达到基于年龄预测的特定心率13,14、血乳酸水平 ≥ 6 mmol/L13、Borg主观疲劳程度评分（RPE）≥ 1713，以及方案中所述的主观用力程度的客观表现13。对于18岁以下的儿童，心率标准通常设定为 ≥185次/分钟（bpm）13；而对于18岁以上的个体，标准设定为心率（HR）≥ 年龄预测最大心率的85%（220 - 年龄）14。这些标准并不局限于上述所列，可根据参与测试的个体和/或人群特征进行选择。如表3所示，编号为3的参与者未达到上述标准，表明部分脑瘫（CP）患者难以达到最大运动强度。因此，在解读其测试结果时应充分考虑这一因素。

图2 展示了三名参与者在6分钟最大努力跑步测试（6-MFRT）期间心率和速度的代表性结果。请注意，速度为可选指标，主要用于展示参与者对跑步过程的战略规划。此外，在进行最大运动强度测试时，脑瘫患者的心率反应在个体间可能存在显著差异。

三位参与者在不同时段的心率与速度分析图，运动生理学研究。
图 2：6 分钟助行架跑步测试期间的心率与速度。在三名脑性瘫痪个体中，通过速度传感器测量的 6 分钟助行架跑步测试期间的心率（左侧 y 轴）和速度（右侧 y 轴）的代表性数据。每个图表代表一名个体。参与者 1 号和 2 号的数据示例为高级数据采集，而参与者 3 号的数据示例为基本数据采集。这表明并非必须包含所有测量指标；可根据评估的具体情境和目的选择性地包含或排除某些测量指标。缩写：bpm = 次/分钟；HR = 心率；km/h = 千米/小时。 请点击此处查看此图的放大版本。

参与者编号 1参与者编号 2参与者编号 3
HRpeak，bpm184181131*
Speedpeak，km/h15.99.7-
乳酸水平
       运动前0.62.61.9
       运动后13.25,1*3,0*
博格自觉用力程度评分（Borg RPE）
       运动前979
       运动后171913*
主观疲劳体征有有无*
6-MFRT 行进距离，m1193800395

表3：6分钟框架跑步测试的代表性数据。 该表格展示了6分钟框架跑步测试的代表性数据。*表示未达到标准。缩写：bpm = 次/分钟；Borg RPE = 疲劳感知量表评分；HR = 心率；km/h = 千米/小时；6-MFRT = 6分钟框架跑步测试。

补充文件1：6分钟框架跑动测试方案。 请点击此处下载该文件。

补充文件 2：博格自觉用力程度评分表（Borg RPE 量表）。 请点击此处下载该文件。

讨论

本文所述的运动测试可用于研究姿势、平衡和/或运动控制受损个体对运动的生理反应。对于所有脑性瘫痪（CP）个体，只要能够安置在助行架上，均可进行6分钟助行架跑步测试（6-MFRT）。轻度损伤个体（粗大运动功能分级系统（GMFCS）I级和II级）可能从中获益，因为助行架可在疲劳时帮助维持平衡，从而支持其完成6分钟的运动任务。对于处于GMFCS III至V级的个体，助行架是完成此类有氧运动所必需的。正确调整的胸部支撑和坐垫位置可使受试者专注于跑步动作。

我们先前已验证了该方法作为脑瘫患者可行的运动测试的有效性，并将其与在跑步机上进行的金标准运动测试进行了比较11。尽管该研究主要关注单次运动后的急性反应，但我们的纵向训练研究显示，在进行12周框架跑训练后，6分钟内完成的距离有所增加，且采用6分钟框架跑测试（6-MFRT）作为耐力能力的评估工具8。这表明6-MFRT是一种有效的测试方法，可用于追踪个体的进展和/或检测随时间推移的运动能力变化。

在测试前向参与者讲解运动试验方案，可确保其理解每个步骤，并强调在整个测试过程中持续保持最大努力的重要性。然而，参与者需要有策略地规划体力分配，以维持完整的6分钟测试时长内的表现。测试实施人员的鼓励和激励在确保参与者充分努力方面起着关键作用，从而获得对有氧能力的准确估计。应注意在不同测试场合之间标准化鼓励方式，以确保个体间测试条件的一致性，例如在训练干预前后的测试中保持可比性。使用测量轮准确测量行走距离，对于评估表现以及确保每位个体在重复测试中结果的可比性也至关重要。

尽管6-MFRT具有诸多优势，但也存在一定的局限性。该测试需要使用专用设备，如跑步框架，且操作者需熟悉跑步框架的使用以及测试本身的流程，这可能限制其即刻可及性。此外，尽管6-MFRT是为运动功能障碍个体设计的，对部分患者而言仍可能具有较高难度 测试执行时，可能存在除有氧能力外的其他主要限制因素，例如视力障碍、认知功能以及脑性瘫痪（CP）固有的特定神经肌肉限制（如痉挛、运动控制障碍、肌力减弱或肌肉过早疲劳），这些因素可能影响测试表现 在达到中心心血管极限之前，测试表现的变异性可能受到受试者身体状况的影响，包括疲劳或近期患病等因素，同时也可能受到动机或认知功能的影响。然而，这一局限性存在于所有运动表现测试中，包括在无运动功能障碍个体中进行的测试。用于评估用力程度的Borg RPE量表依赖于主观评价，这可能在不同受试者之间以及不同测试阶段之间存在差异。我们观察到，部分脑性瘫痪（CP）患者可能难以理解Borg RPE量表的含义。因此，我们建议将Borg RPE量表与客观的用力表现指标相结合，包括呼吸急促、出汗和/或表现出疲劳等体征。

我们已制定了一项标准化的运动测试方案，但在测试前可采取额外步骤以提高结果的一致性和可重复性。例如，在多次测试中由相同的测试管理员对参与者进行测试，有助于减少变异性。此外，测试前避免剧烈运动、确保参与者充分休息，并在测试前1-2小时内禁食，可最大限度地减少运动表现、乳酸水平以及气体交换结果（如采集）的波动。保持一致的测试条件至关重要，包括使用标准化设备、控制室温、使用相同的跑道以及固定测试时间，尤其是在将测试用于科研目的时。为提高可重复性，建议进行一次运动方案的适应性训练。作为最基本要求，我们建议在科研用途的基本数据采集方案中包含行进距离、心率、Borg主观疲劳程度评分（RPE）以及对客观用力体征的评估（例如观察到的呼吸困难、出汗、面部潮红） 。此外，测试最好在椭圆形跑道上进行，理想情况下跑道长度应为200米或400米。

在临床康复中，6分钟步行耐力测试（6-MFRT）可用于监测康复计划的效果，有助于制定针对性干预措施并追踪有氧能力的改善情况。定期使用该测试还有助于早期发现心血管或代谢方面的问题，从而实现及时干预。在体育运动和身体活动项目中，6-MFRT有助于为脑性瘫痪（CP）个体设计和评估健身计划。总之，我们提供了一种使用6-MFRT测量脑性瘫痪个体有氧能力的标准操作流程。该方法具有可行性和实用性，有助于促进更积极的生活方式，最终改善整体健康状况。

披露

作者声明无利益冲突。

致谢

本研究获得了Norrbacka-Eugenia Stiftelsen、Stiftelsen Sunnerdahls Handikappfond、Elsass基金会和Stiftelsen Promobilia对F.v.W.（瑞典团队）以及Phelpsstichting、Johanna Kinderfonds和Kinderrevalidatie Fonds Adriaanstichting（荷兰团队）的资助。所列的资助机构均未参与研究设计，也未参与数据的收集、分析和解释，以及稿件的撰写。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
自行车码表Garmin Edge 25010-03709-30用于心率和速度的记录。有多种可选方案或替代产品。
胸带式心率监测器Garmin010-03709-30用于持续测量心率。可与Garmin Edge 25配套购买。有多种可选方案或替代产品。
竞步车架（Frame Runner）可选有多种可选方案或替代产品；例如 https://framerunning.org/about-frame-running/the-frame-runner-technical-drawing/
乳酸分析仪 Lactate Scout 4EKF Diagnostics7023-0441-0568 若测量中包含乳酸水平，则为可选设备。
测距轮Nedo703113有多种可选方案或替代产品。
速度传感器Garmin 010-12843-00用于持续测量速度。有多种可选方案或替代产品。
秒表可选有多种可选方案或替代产品。

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