Eksperymentalny protokół trzyminutowego, całkowitego testu ćwiczeń korby ramienia u osób z uszkodzeniem rdzenia kręgowego i pełnosprawnych

Podsumowanie

Przedstawiamy protokół do testowania siły tlenowej i beztlenowej mięśni górnej części ciała przez okres 3 minut u osób pełnosprawnych, jak również u osób z paraplegią i tetraplegią. W protokole przedstawiono konkretne modyfikacje w jego zastosowaniu do ćwiczeń górnych partii ciała u osób z niepełnosprawnością lub bez niepełnosprawności.

Streszczenie

Wiarygodne protokoły ćwiczeń są wymagane do testowania zmian w wydajności ćwiczeń u elitarnych sportowców. Poprawa wyników u tych sportowców może być niewielka; Dlatego wrażliwe narzędzia mają fundamentalne znaczenie dla fizjologii ćwiczeń. Obecnie istnieje wiele testów wysiłkowych, które pozwalają na zbadanie zdolności wysiłkowych u pełnosprawnych sportowców, z protokołami głównie dla ćwiczeń dolnych partii ciała lub całego ciała. Istnieje tendencja do testowania sportowców w środowisku sportowym, które bardzo przypomina działania, do których uczestnicy są przyzwyczajeni. Tylko kilka protokołów testuje krótkotrwałą wydolność wysiłkową o wysokiej intensywności u uczestników z upośledzeniem dolnej części ciała. Większość z tych protokołów jest bardzo specyficzna dla sportu i nie ma zastosowania do szerokiego grona sportowców. Jednym z dobrze znanych protokołów testowych jest 30-sekundowy test Wingate, który ma ugruntowaną pozycję w kolarstwie i testach wysiłkowych korby ramion. Ten test analizuje wydajność ćwiczeń o wysokiej intensywności w czasie 30 sekund. W celu monitorowania wydajności ćwiczeń przez dłuższy czas, zmodyfikowano inną metodę do stosowania na górnej części ciała. 3-minutowy test ergometru z korbą ramienną pozwala sportowcom na przetestowanie ich w sposób specyficzny dla wyścigów na wózkach inwalidzkich na dystansie 1500 m (pod względem czasu trwania ćwiczeń), a także dla ćwiczeń górnych partii ciała, takich jak wiosłowanie lub jazda na rowerze ręcznym. Aby zwiększyć niezawodność w identycznych warunkach testowych, kluczowe jest precyzyjne odtworzenie ustawień, takich jak opór (tj. współczynnik momentu obrotowego) i pozycja uczestników (tj. wysokość korby, odległość między korbą a uczestnikiem oraz mocowanie uczestnika). Kolejną ważną kwestią jest rozpoczęcie próby wysiłkowej. Stałe obroty na minutę są wymagane do standaryzacji warunków testowych przed rozpoczęciem testu wysiłkowego. Ten protokół ćwiczeń pokazuje, jak ważne są dokładne operacje w celu odtworzenia identycznych warunków i ustawień testowych.

Wprowadzenie

Istnieje kilka testów wysiłkowych, które dokładnie określają wzrost wydajności ćwiczeń u elitarnych sportowców w trakcie okresu treningowego^1,2,3,4,5. Jednym z tych testów jest niezawodny 3-minutowy test wysiłkowy na ergometrze rowerowym z hamulcem^3,4,5,6. Ten test został wykorzystany do określenia mocy krytycznej, ale został również zastosowany do testów wysiłkowych ze sportowcami, a także do badań^7,8,9. Ponieważ ten test był używany głównie do wydolności kończyn dolnych, takich jak wiosłowanie⁷ i cycling^3,5, potrzebny był podobny protokół testowy dla ćwiczeń górnej części ciała. Sportowcy lub osoby z upośledzeniem mięśni dolnej części ciała (np. amputacja lub upośledzenie kończyn z powodu urazu rdzenia kręgowego) mogą być potencjalnymi beneficjentami takiego nowego protokołu testowego. W związku z tym protokół testowy na ergometrze korby ramienia jest dobrym narzędziem do łatwego testowania wydajności ćwiczeń górnej części ciała u różnych sportowców z różnych dyscyplin sportowych.

Istnienie bardzo podobnego 30-sekundowego testu ergometru korbowego ramienia Wingate^10,11 pomogło w opracowaniu protokołu dla 3-minutowego, całościowego testu ergometru korbowego ramienia. Czas jego trwania jest bardzo podobny do wyścigu na wózkach inwalidzkich na dystansie 1500 m. Dlatego ten nowy protokół testowy 3-minutowego, całkowitego testu ergometru korbowego z ramieniem został przetestowany pod kątem niezawodności testu-ponownego testu¹². Ogólnie rzecz biorąc, niezawodność tego protokołu testowego była doskonała, więc może to być przyszłe narzędzie testowe w dziedzinie testowania wysiłkowego górnej części ciała. Niemniej jednak stosowanie tego testu wysiłkowego wymaga uwagi, zwłaszcza podczas testowania osób z urazem rdzenia kręgowego. Dlatego celem tego artykułu eksperymentalnego jest zademonstrowanie szczegółowego protokołu, który opisuje nie tylko ustawienia testowe i analizę wyników testów, ale także wskazuje różnice między testowanymi osobami pełnosprawnymi a sportowcami z urazem rdzenia kręgowego.

Protokół

Badanie zostało zatwierdzone przez lokalną komisję etyczną (Ethikkommission Nordwestwest- und Zentralschweiz, Bazylea, Szwajcaria), a przed rozpoczęciem badania uzyskano pisemną świadomą zgodę od uczestników.

1. Przygotowanie do testu i instrukcja dla uczestników

1. Ergometr korbowy ramienia
   1. Włącz zasilanie ergometru korbowego ramienia zależnego od prędkości obrotowej przed otwarciem oprogramowania.
   2. Wybierz protokół testowy dla 3-minutowego, całkowitego testu ergometrem.
      1. Wprowadź nowy protokół z 120-sekundową rozgrzewką, 180-sekundowym czasem trwania testu i 720-sekundowym okresem odnawiania. Wybierz ten protokół testowy i otwórz nowy arkusz uczestnika.
   3. Dla każdego nowego testu określ wcześniej masę ciała uczestnika.
   4. Ustaw względny współczynnik momentu obrotowego na 0,2 dla osób sprawnych i sparaliżowanych (np. dla uczestnika o wadze 100 kg ze względnym współczynnikiem momentu obrotowego 0,2 uzyskuje się moment obrotowy 20 Nm)¹².
      1. Zastosuj niższy współczynnik momentu obrotowego dla uczestników z tetraplegią w zależności od poziomu uszkodzenia rdzenia kręgowego; potrzebne są dwie lub więcej prób zapoznawczych, aby określić optymalny względny współczynnik momentu obrotowego dla odpowiedniego uczestnika.
      2. Przeprowadzić próbę zapoznawczą w taki sam sposób, jak opisano w punkcie 2. Jeśli po wydrukowaniu danych z próby zapoznawczej nie pojawi się szczyt lub jeśli uczestnik nie był w stanie kręcić korbą przez całe 3 minuty, wykonaj drugą próbę zapoznawczą z niższym współczynnikiem momentu obrotowego. Daj uczestnikom co najmniej dwa dni odpoczynku między każdą próbą.
2. Ustawienia testu wysiłkowego
   1. Dostosuj wysokość korby ramienia i zapisz ją, aby powtórzyć identyczne ustawienia testowe w następnej sesji testowej. Dostosuj i zapisz odległość między ergometrem korby ramienia a uczestnikiem.
      1. Aby określić wysokość, zmierz odległość między podłogą a mocowaniem korby. Aby zarejestrować odległość między korbą a uczestnikiem, zmierz i zapisz odległość między ścianą a mocowaniem krzesła. Ustaw oś korby ramienia na wysokość poziomą do stawu barkowego.
   2. Zapisz odległość między mocowaniem ściennym a krzesłem lub odległość między ergometrem a mocowaniem krzesła. Dostosuj ustawienia krzesła w zależności od tego, czy uczestnik jest a) pełnosprawny, b) sparaliżowany, czy c) czterokończynowy.
      1. Jeżeli uczestnik jest pełnosprawny, powinien usiąść na krześle dostarczonym przez dystrybutora.
      2. Jeśli uczestnik jest sparaliżowany i musi siedzieć na własnym wózku inwalidzkim, użyj zestawu mocującego, aby przymocować wózek inwalidzki do ergometru korbowego ramienia. Jeśli uczestnik nie potrzebuje własnego wózka inwalidzkiego, niech uczestnik usiądzie na krześle dostarczonym przez dystrybutora.
      3. Jeśli uczestnik jest tetraplegiczny, przymocuj górną część ciała do krzesła dostarczonego przez dystrybutora lub do własnego wózka inwalidzkiego i ewentualnie przymocuj ręce do pedałów. Aby przymocować górną część ciała, użyj paska z zapięciem na rzep. Do stabilizacji dłoni należy używać opaski na nadgarstek u pacjentów z tetraplegią.
3. Pomiary dodatkowe
   1. Upewnij się, że roztwór systemu mleczanowego został ponownie napełniony przed użyciem analizatora mleczanu. Wkładaj nowy czujnik chipowy co sześć miesięcy. Używaj roztworu do kontroli jakości (12 mM) codziennie, a roztworu do kontroli jakości 3 mM co dwa tygodnie.
      1. Codziennie rano umieszczaj roztwór do kontroli jakości 12 mM w gnieździe "STD 1".
      2. Aby jeszcze bardziej poprawić jakość, dodaj 3 mM roztworów kontroli jakości do luki "1" i "2" i uruchamiaj pomiar, naciskając "start" co dwa tygodnie. Wynik pomiaru powinien mieścić się w zakresie od 2,96 do 3,10 mM.
   2. Aby określić stężenie mleczanu we krwi pełnej przed i po 3-minutowym teście ergometrem na korbkę ramienia, należy uzyskać wyjściowe stężenie mleczanu. Zdezynfekuj płatek ucha środkiem dezynfekującym przed pobraniem próbki krwi z płatka ucha za pomocą kapilary o pojemności 10 μl. Użyj lancetu, aby pobrać próbkę krwi pełnej.
      1. Gdy naczynia włosowate są całkowicie wypełnione krwią, włóż ją do kubka do hemolizy.
         UWAGA: Te kubki są dostępne w handlu i wstępnie napełnione roztworem do hemolizy. Wstrząsać roztworem, aż krew całkowicie się wymiesza, przed włożeniem go do tacki analizatora mleczanu.
      2. Przeprowadzić kalibrację przed analizą stężenia mleczanu. Umieścić kubek kontroli jakości w analizatorze mleczanu (patrz krok 1.3.1.1.). Upewnij się, że wyniki kalibracji wskazują na stężenie mleczanu 12 mM; W przeciwnym razie wymień czujnik chipa.
      3. Umieść próbki w ponumerowanych szczelinach, zaczynając od "1" dla próbki, która została pobrana jako pierwsza.
         UWAGA: Po zakończeniu kalibracji próbki są mierzone automatycznie przez system czujników chipowych.
   3. Aby określić tętno, umieść pas do pomiaru tętna wokół klatki piersiowej uczestnika i przymocuj pulsometr do ergometru z korbą ramienia. Rozpocznij pomiar, naciskając czerwony przycisk start na monitorze. Jeśli na zegarku nie jest wyświetlane żadne tętno, zwilż pasek do pomiaru tętna wodą, aby zapewnić dobry zapis tętna.
   4. Aby określić zużycie tlenu podczas rozgrzewki i podczas 3-minutowego testu all-out, skalibruj wózek metaboliczny przed testem. Uruchom automatyczną kalibrację objętości i gazu bezpośrednio przed testem i przed założeniem maski.
      1. Otwórz automatyczną kalibrację głośności w oprogramowaniu i naciśnij przycisk start. Zapisz wyniki, jeśli błąd jest mniejszy niż 3% na ekranie.
      2. Otwórz kalibrację gazu w oprogramowaniu, a także gaz kalibracyjny i rozpocznij automatyczną kalibrację.
         UWAGA: Gaz kalibracyjny składa się z 5% CO₂, 16% O₂ i 79% N₂. Gdy po zakończeniu kalibracji na ekranie pojawi się 8 zielonych przycisków, kalibracja zakończyła się pomyślnie, a wyniki można zapisać. Zamknij butlę z gazem, aby upewnić się, że nie ma wycieku gazu.
      3. Upewnij się, że rzeczywista masa ciała uczestnika została wprowadzona do programu komputerowego. Po wybraniu uczestnika przez wyszukiwarkę na komputerze, należy w oprogramowaniu wybrać "ergospirometria" i rozpocząć pomiar stężenia powietrza w pomieszczeniu poprzez naciśnięcie przycisku start.
      4. Aby przeprowadzić tę kalibrację, wyjmij czujnik ze spirometru i naciśnij przycisk start. Kalibracja jest zakończona, gdy na komputerze pojawi się "ok".
      5. W międzyczasie, podczas kalibracji, załóż uczestnikowi maskę tlenową.
      6. Po zakończeniu pomiaru stężenia powietrza w pomieszczeniu i przygotowaniu programu do pomiaru należy włożyć czujnik z powrotem do spirometru. Następnie umieść cały spirometr we wnęce maski; Urządzenie jest teraz gotowe do pomiaru zużycia tlenu.
      7. Dodatkowo przymocuj gdzieś wąż spirometru (np. na ramieniu za pomocą taśmy klejącej), aby nie przeszkadzał podczas ćwiczenia korby ramienia.

2. Wykonanie Protokołu Ćwiczeń

1. Warmup
   1. Na 1 minutę przed rozpoczęciem rozgrzewki rozpocznij pomiar zużycia tlenu w spoczynku, gdy uczestnik siedzi przy ergometrze korby ramienia, nie poruszając się ani nie mówiąc. Naciśnij przycisk start w oprogramowaniu.
   2. W tym samym czasie rozpocznij pomiar tętna, naciskając czerwony przycisk. Zmierz tętno podczas rozgrzewki, a także w trakcie i po teście.
   3. Przed rozpoczęciem testu wykonaj standaryzowaną rozgrzewkę trwającą 2 minuty przy 20 W. W ciągu ostatnich 30 s rozgrzewki utrzymuj stałą kadencję na poziomie 60 obr./min. Odlicz ostatnie 10 sekund z 30-sekundowej rozgrzewki.
2. 3-minutowy test wysiłkowy
   1. Na końcu odliczania upewnij się, że dajesz wyraźny sygnał startowy, krzycząc "start". Po podaniu sygnału startowego pozwól uczestnikowi przyspieszyć.
   2. Poinstruuj uczestnika, aby przyspieszył ergometr korby ramienia do maksymalnej możliwej prędkości na samym początku testu. Utrzymuj kadencję na maksymalnym możliwym poziomie podczas całego testu. Ze względów standaryzacyjnych nie należy zachęcać uczestników podczas testów.
   3. Podawaj informacje o czasie trwania co 30 sekund. Zakończ test po upływie 3 minut.
3. Cooldown i analiza po
   1. Po zakończeniu 3-minutowego testu all-out, w razie potrzeby zmierz końcowe stężenie mleczanu, a następnie co 2 minuty przez następne 10 minut. Do pobrania krwi należy ponownie użyć tego samego miejsca nakłucia, które było używane przed badaniem.
   2. Zatrzymaj pomiar zużycia tlenu po zakończeniu tych 3 minut, naciskając przycisk stop. Zdejmij maskę tlenową. Zapisz pomiar zużycia tlenu na komputerze, naciskając przycisk wyjścia i klikając "tak", gdy oprogramowanie poprosi o zapisanie danych.
      UWAGA: Dane są przechowywane w oprogramowaniu i można je później łatwo przekonwertować na dokument csv.
   3. Aby wyeksportować dane, naciśnij przycisk "Eksportuj", aby przekonwertować plik na dokument csv w celu późniejszej analizy. Zatrzymaj pomiar tętna, naciskając przycisk stop po lewej stronie monitora tętna po pobraniu wszystkich próbek krwi z płatka ucha.

3. Analiza danych i interpretacja wyników

1. Parametry wydajności
   1. Przeanalizuj kilka różnych parametrów po zakończeniu tego testu wydajności.
      Najpierw zapisz test i wyeksportuj go do arkusza kalkulacyjnego.
   2. Oblicz średnią moc (P_mean = w ciągu 3 minut, moc szczytowa i minimalna moc pomiędzy tymi 3-min¹².
      UWAGA: moc szczytowa_{(szczyt P}) to maksymalna moc podczas całych 3 minut. Moc jest mierzona w odstępach 0,2 s. Moc szczytowa jest najwyższą, a minimalna moc (P_min) najniższym pomiarem pojedynczej mocy.
   3. Obliczyć wskaźnik zmęczenia jako spadek mocy na sekundę od mocy szczytowej do mocy końcowej ((_{P peak} [W] – P_min [W])/(t_min [s] – t_peak [s])).
   4. Oblicz całkowitą pracę w ciągu całych 3 minut, dodając pracę wykonaną co sekundę (Praca [J] = opór [kg] * obroty na minutę * odległość koła zamachowego [m] * czas [min]).
   5. Oblicz czas od początku do mocy szczytowej (czas do mocy szczytowej = t_{mocy szczytowej} [s]). Ponadto należy obliczyć względny szczyt (_{względny szczyt} P =_szczyt P/kg masy ciała) i średnią moc (_{względna średnia} P =_średnia P/kg masy ciała), dzieląc wartości bezwzględne przez masę ciała uczestnika.
   6. Podziel 3-minutowy test całościowy na 30-sekundowe segmenty, aby sprawdzić strategię stymulacji i zmęczenie w ciągu tych 3 minut. Oblicz średnią moc dla każdego 30-sekundowego segmentu (P_mean = .
2. Inne pomiary
   1. Umieść wszystkie próbki krwi w ponumerowanych szczelinach analizatora mleczanu we krwi i uruchom pomiary automatycznie, naciskając przycisk "analizuj". Wydrukuj stężenie mleczanu we krwi do późniejszej analizy, włączając drukarkę.
   2. Przesyłaj pomiary tętna do komputera za pomocą urządzenia na podczerwień dostarczonego przez producenta. Otwórz oprogramowanie monitora tętna i zaimportuj dane z czujnika tętna do oprogramowania. Przechowuj dane lokalnie i w razie potrzeby eksportuj je do arkusza kalkulacyjnego w celu późniejszej analizy (np. analizy segmentów)¹³.
   3. Ustaw znacznik na początku 3 minut i na końcu 3 minut, aby umożliwić automatyczne obliczenie średniego, maksymalnego i minimalnego tętna dla tego segmentu.
      UWAGA: Tętno jest uśredniane automatycznie przez oprogramowanie w odstępach 5 sekund.
   4. Wyeksportuj dane dotyczące zużycia tlenu do pliku csv (krok 2.3) i otwórz go w arkuszu kalkulacyjnym do analizy¹⁴. Oblicz średnie zużycie tlenu w spoczynku: (VO_{2_rest} = i podczas 3 min (VO_{2_180s} = , a także szczytowe zużycie tlenu i zużycie tlenu podczas segmentów 30-s: (VO_{2_30s} = .
      UWAGA: Dane dotyczące zużycia tlenu są mierzone oddech po oddechu, a następnie automatycznie uśredniane przez 15 sekund na segment. Szczytowe zużycie tlenu to najwyższa wartość w 15-sekundowym interwale podczas 3-minutowego testu wysiłkowego.
3. statystyka
   1. Użyj testu Shapiro-Wilka, wykresu Q-Q i testów Kołmogorowa Smirnowa, aby sprawdzić rozkład normalny danych. Jeśli dane mają rozkład normalny, należy go przedstawić jako średnią i odchylenie standardowe (SD).
   2. Przeanalizuj niezawodność test-retest przy użyciu współczynnika korelacji wewnątrzklasowej (ICC; model 3,1)¹⁵.
   3. Oblicz niezawodność bezwzględną i względną, używając błędu standardowego pomiaru (SEM), współczynnika zmienności (CV), najmniejszej różnicy rzeczywistej (SRD) i 95% przedziału ufności klasy ICC¹⁶.
      UWAGA: ICC należy interpretować zgodnie z klasyfikacją Munro¹⁷: 0,26 do 0,49 odzwierciedla niską korelację; 0,50 do 0,69 odzwierciedla umiarkowaną korelację; 0,70 do 0,89 odzwierciedla wysoką korelację; a 0,90 do 1,0 wskazuje na bardzo wysoką korelację. Bezwzględna niezawodność powinna być przedstawiona jako SRD, CV i SEM, a względna niezawodność powinna mieć postać ICC^16,18.
   4. Analizuj znaczące zmiany między dwiema sesjami testowymi przy użyciu sparowanego testu t. Aby pokazać zgodność zestawów danych z obu sesji testowych, użyj wykresów Bland-Altman¹⁹. Korzystanie z oprogramowania statystycznego do przeprowadzania analizy danych; Ustaw poziom istotności statystycznej na poziomie 0,05 w całym tekście.

Wyniki

Wiarygodność testu-retestu została sprawdzona u 21 osób trenujących rekreacyjnie (ale nie specjalnie trenujących górną część ciała), niepalących (9 mężczyzn, 12 kobiet; wiek: 34 ± 11 lat; masa ciała: 69,6 ± 11,1 kg; wzrost: 175,5 ± 6,9 cm). Tabela 1 przedstawia wyniki dla względnych i bezwzględnych wiarygodności test-ponowny test¹². Moc szczytowa porównana między testem a ponownym testem jest przedstawiona na rysunku 1

Dyskusja

Testy wysiłkowe u sportowców z kontuzją rdzenia kręgowego mają kluczowe znaczenie dla śledzenia wyników ćwiczeń przez kilka miesięcy lub lat treningu. Istnieje tylko kilka testów wysiłkowych, które sprawdzają krótkoterminową wydajność ćwiczeń o wysokiej intensywności na ergometrze korby ramienia. Metoda ta opisuje szczegółowo, w jaki sposób test wysiłkowy, który został już zbadany pod kątem jego niezawodności w kolarstwie⁵ i wiosłowaniu⁷ , może zostać zastosowany do ergomet...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Angio V2 korbomierz ramienny	Lode BV, Groningen, Holandia	Ergometr korbowy ramienia	/A
Oprogramowanie Lode Ergometry Manager Lode	BV, Groningen, NL	Nie dotyczy	Oprogramowanie
10 i mikro; l Kompleksowa kapilara	EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Niemcy	0209-0100-005	Kapilarny
kubek do hemolizy	EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Niemcy	0209-0100-006	kubek do hemolizy
analizator mleczanu	Biosen C, EKF-diagnostics GmbH	5213-0051-6200	analizator mleczanu
Monitor pracy serca, Polar 610i	Polar, Kempele, Finlandia	P610i	serce wózek metaboliczny monitora szybkości
Oxygen Pro	Jaeger GmbH	N/A	metaboliczna
maska tlenowa wózka, Hans Rudolph	Hans Rudolph Inc., USA	113814	maski tlenowej
PSAW Software	SPSS Inc., Chicago USA	dotyczy	statystycznego środka
, Soft-Zellin	Hartmann GmbH, Austria	999979	środek
dezynfekującyKubek kontroli jakości, EasyCon Norm	EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Niemcy	0201-005.012P6	kontrola jakości
Kubek kontroli jakości 3mmol/L	EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Niemcy	Kubek kontrolny	5130-6152
Czujnik chipów Analizator mleczanu	EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Niemcy	5206-3029	czujnik chipowy
Rozwiązanie systemowe mleczanu	EKF-diagnostics GmbH, Barleben, Niemcy	0201-0002-025	lancet do roztworu systemu mleczanowego
, Mediware Blutlanzetten	medilab	54041
lancet Gaz kalibracyjny,	gazowe kalibracyjne	Jaeger GmbH	36-MC G020
dostarczone przez dystrybutora (ergoselect)	ergoline GmbH, Niemcy	Nie dotyczy	krzesła dostarczone przez dystrybutora