Nøyaktig og standardisert vurdering av ekstern utgangseffekt er avgjørende i evalueringen av fysiologisk, biomekanisk og oppfattet stress, belastning og kapasitet i manuell rullestolfremdrift. Den nåværende artikkelen presenterer ulike metoder for å bestemme og kontrollere utgangseffekten under rullestolfremdriftsstudier i laboratoriet og utover.
Bruken av en manuell rullestol er avgjørende for 1% av verdens befolkning. Menneskelig drevet drevet mobilitetforskning har betydelig modnet, noe som har ført til at forbedrede forskningsteknikker har blitt tilgjengelige de siste tiårene. For å øke forståelsen av hjulmobilitetsytelse, overvåking, opplæring, ferdighetsoppkjøp og optimalisering av rullestolbrukergrensesnittet i rehabilitering, dagligliv og sport, ytterligere standardisering av måleoppsett og analyser er nødvendig. En avgjørende stepping-stone er nøyaktig måling og standardisering av ekstern utgangseffekt (målt i Watts), som er avgjørende for tolkning og sammenligning av eksperimenter som tar sikte på å forbedre rehabiliteringspraksis, dagliglivsaktiviteter, og adaptiv sport. De ulike metodene og fordelene ved nøyaktig utgangsutgangsbestemmelse under overground, tredemølle og ergometerbasert testing presenteres og diskuteres i detalj. Overground fremdrift gir den mest eksternt gyldige modusfor testing, men standardisering kan være plagsom. Tredemølle fremdrift er mekanisk lik overground fremdrift, men snu og akselerereer er ikke mulig. Et ergometer er den mest begrensede og standardisering er relativt enkelt. Målet er å stimulere god praksis og standardisering for å legge til rette for videre utvikling av teori og anvendelse naviog anvendt kliniske og idrettsvitenskaper rundt om i verden.
Med anslagsvis 1% av verdens befolkning er avhengig av hjul mobilitet i dag1,2, en konsekvent strøm av internasjonalt forskningsarbeid stadig dukker opp i internasjonale fagfellevurderte tidsskrifter i ulike felt som rehabilitering1,3, engineering4, og sport vitenskap5,6. Dette fører til en voksende kunnskapsbase og forståelse av kompleksiteten i denne vanlige modusen for menneskelig ambulasjon. Likevel, for kontinuerlig utvikling og implementering i rehabilitering og adaptiv idrettspraksis, er det behov for videre internasjonal utveksling og samarbeid i forskning. Integrert i slike samarbeidsnettverk er forbedret standardisering av eksperimentelle og måleprosedyrer og teknologi. Videre er konsekvent implementering av nøyaktig overvåking av ytelsen til rullestolbrukerkombinasjonen i laboratoriet og/eller på feltet viktig for en optimal individuell funksjon og deltakelse, mens en sunn og aktiv livsstil opprettholdes over individets levetid7,8,9.
Eksperimentelt, manuell rullestol fremdrift under steady-state eller peak treningsforhold10,11 er ofte nærmet som syklisk overkroppen bevegelse i forbindelse med å undersøke rullestol-bruker grensesnitt12,13, muskel- og skjelettbelastning14,15,16, og motorlæring og ferdighetoppkjøp17,18. De kombinerte biomekaniske og fysiologiske forestillingene om sykliske bevegelser tillater bruk av “Power balance”, en modelleringstilnærming som først ble introdusert av Van Ingen Schenau19 for hurtigløp og sykling, og senere introdusert i manuell hjulmobilitet8,20,21. Figur 1 viser et effektbalansediagram for manuell rullestolfremdrift. Den konvergerer fra et utvalg av kritiske ytelsesavgjørende faktorer for rullestolbrukerkombinasjonen og dens tre sentrale komponenter (rullestol, bruker og deres grensesnitt), på venstre side inn i utformingen av (bio)mekaniske og fysiologiske kraftnevnere og ligninger.
Utgangseffekt er en viktig resultatparameter i sammenhenger med sport og dagligliv hvor toppeffekt kan representere både økt ytelse i tilpasset idrett eller enkel funksjon under aktiviteter i dagliglivet22. Videre, i kombinasjon med energiforbruk et kan brukes til å evaluere ytelsen i form av brutto mekanisk effektivitet17,18,23 (dvs. hvor en mer dyktig person ville kreve mindre intern energi for å produsere samme mengde ekstern kraftproduksjon). Fra et eksperimentelt perspektiv er utgangseffekt en parameter som må kontrolleres tett under en test, fordi endringer i utgangseffekten har direkte innflytelse på alle ytelsesresultater som push-tid, restitusjonstid24og mekanisk effektivitet25. Derfor er kontroll og rapportering av effekt avgjørende for alle studier knyttet til manuell rullestolfremdrift.
Overground testing er gullstandarden når det gjelder gyldighet (dvs. inerti, luftfriksjon, optisk flyt og dynamisk bevegelse)26, men standardisering av ekstern utgangseffekt, hastighet og tilhørende miljøforhold er mye vanskeligere, og repeterbarhet over tid lider. Overground rullestol-relaterte studier startet på 1960-tallet27,28 og fokusert på den fysiske belastningen av hjul mobilitet. Selv om det er avgjørende i datatolkning og forståelse8,20, var forestillinger om ekstern utgangseffekt begrenset til observasjon av de interne metabolske kostnadene når du utfører ulike aktiviteter på forskjellige overflater. I dag kan målehjul brukes til å måle utgangseffekt29,30 og ned-tester på kysten31,32 kan utføres for å utlede friksjonstapene under fremdrift og dermed utgangseffekt.
Ulike laboratoriebaserte teknologier ble utviklet for rullestolspesifikk treningstesting33,alt fra en rekke ergometre til forskjellig størrelse og merker av tredemøller. Tredemøller anses å være nærmest overground testing i form av gyldighet34 og har blitt brukt siden 1960-tallet for rullestol trening testing35,36. Før testing må tredemøllens helling og hastighet kontrolleres regelmessig. Selv tredemøller fra samme merke og gjøre kan variere betydelig og endring i deres atferd over tid37. For fastsettelse av ekstern utgangseffekt, brukes en dratest20,36 for den individuelle rullestolbrukerkombinasjonens totale rullende og interne drakraft38. Kraftsensoren for dragtesten må også periodisk kalibreres. For eksperimentell individualisering av protokollen i form av generell ekstern belastning av wheeling over tid og mellom, har et trinssystem (Figur 2) blitt utformet som et alternativ for tidligere hellingsavhengige gradienter av lasting36.
Et annet alternativ for standardisert rullestol trening testing har vært bruk av stasjonære ergometre33, fra enkle off-the hylle ergometer løsninger39 mot høyt spesialiserte databaserte og instrumenterte ergometre40. Svært få er kommersielt tilgjengelige. Det enorme mangfoldet i ergometerteknologi og mekaniske egenskaper introduserer store ukjente grader av variasjon blant testresultatene33. Ergometre og rullestoler må kobles til eller iboende smeltet sammen av design. Luftfriksjon er ikke tilstede og oppfattet inerti er begrenset til den simulerte inertia på hjulene, og bevegelse opplevd i bagasjerommet, hodet og armene under fremdrift, mens rullestolbrukeren er i hovedsak stasjonær. Ergometeret tillater sprint eller anaerob testing samt isometrisk testing, hvis hjulene kan være tilstrekkelig blokkert.
En grunnleggende metodikk for manuell hjulmobilitetsforskning i laboratoriebaserte studier presenteres. Et kort syn på feltbasert rullestolforskningsmetodikk og potensielle resultater er også gitt. Det sentrale fokuset er å kontrollere og måle ekstern effekt (W) i både felt- og laboratoriebaserte eksperimenter. Fastsettelsen av intern utgangseffekt gjennom spirometri er også lagt til, da dette ofte brukes til å bestemme grov mekanisk effektivitet. Bortsett fra gjennomføringen av god praksis, er målet å produsere diskusjoner om eksperimentell standardisering og internasjonal informasjonsutveksling. Den nåværende studien vil primært adressere handrim rullestol fremdrift og målingen derav fordi det er den mest fremtredende formen for manuelt hjul mobilitet i vitenskapelig litteratur. Men forestillinger som diskuteres nedenfor er like gyldige for andre rullestolfremdriftsmekanismer (f.eks. spaker, sveiv41).
Gjeldende protokoll beskriver standardisering og måling av utgangseffekt under overground, tredemølle og rullestol ergometer-basert testing under steady-state fremdrift på 1,11 m / s. Som et eksempel vil rullende friksjon først bli bestemt i overground testing med en coast-down test. Ved hjelp av dette estimatet av friksjon, vil utgangseffekter bli satt i tredemølle og ergometer tester ved hjelp av tilgjengelige protokoller fra forskningslitteraturen. For tredemølletester bestemmes friksjon med en dragtest, og utgangseffekten justeres ved hjelp av et trinssystem. For ergometertester brukes et datastyrt ergometer til å matche ekstern utgangseffekt med overground-testen.
I de forrige avsnittene ble det presentert en tilgjengelig metodikk for å bestemme og standardisere utgangseffekten for ulike laboratoriebaserte modaliteter. I tillegg ble det gjort en sammenligning mellom innstilt utgangseffekt og målt utgangseffekt under jevn statlig fremdrift. Selv om systematiske feil var til stede så vel som litt variasjon, er verktøyene som presenteres bedre enn alternativet: ikke standardisering i det hele tatt. Disse resultatene ligner på en annen studie som rapporterte målt utgangseffekt og satt utgangseffekt50. Videre var enighet mellom forholdene dårlig til moderat, noe som indikerer at ekstra oppmerksomhet bør betales ved sammenligning av studier ved hjelp av ulike modaliteter. Som forventet presenterte ergometertilstanden det enkleste miljøet for å standardisere fra operatørens perspektiv. Ergometeren presterte bedre i høyfriksjonsinnstillingene. Blokkene (3 x 4 min) innenfor en modalitet viste god til utmerket og moderat til utmerket avtale. Interessant, ergometer utført verre over tid, muligens på grunn av sensor drift. Derfor kan det være klokt å kalibrere ergometeret mellom hver blokk. Vær oppmerksom på at disse resultatene er for lavintensitets steady-state trening og kan variere for ulike protokoller.
Mindre mekaniske eller ergonomiske endringer i rullestolbrukerkombinasjonen kan ha stor innvirkning på eksperimentelle utfall12,51. Materialvedlikehold og full bevissthet om kjøretøy mekaniske prinsipper er avgjørende for ytelsesresultater og gyldigheten av eksperimentet. Bilmekanikerne (f.eks. masse-, hjulstørrelser, dekktype og trykk, justering) og passform (f.eks. posisjon, masse, masse, frontplanet) av rullestolbrukerkombinasjon vil bestemme rullende og luftdra i kombinasjon med miljøforhold. Massen og orienteringen av midten av massen vil påvirke rullende drag med hensyn til de større bakhjulene og de mindre hjul hjulene foran. Et sammendrag av faktorer som påvirker rullende friksjon presenteres i tabell 2. Videre er rullestolen ofte individualisert. Bortsett fra intervensjonsforholdene (f.eks. bilmekanikere eller grensesnitt) ved hver test, må rullestolforholdene også være konstante og dets bilmekanikere, inkludert ramme, sete og dekk bør kontrolleres. Dekkene må være på et fast trykk over tester og blant enkeltpersoner. Viktige sjekkpunkter52 er mulige friksjonspunkter, bakre hjulposisjon og potensielle endringer i hjuljustering36,53,54,55.
Overground testing krever også ambulant teknologi for hver av indikatorene for kardiopulmonal belastning, kinematikk, eller kinetikk utfall. Dette kan oppfylles, men det praktiske ved komplekse målinger er begrenset i et ikke-forskningsmiljø. Coast-down tester er spesifikke for den enkelte rullestol-bruker kombinasjon og rullende overflate. De er imidlertid statiske, så de fanger kanskje ikke opp alle egenskapene til rullestolbrukerkombinasjonen56. De er spesielt følsomme for endringer i sentrum av massen, noe som kan forklare de små forskjellene mellom nedadundertesten og den målte overjordiske utgangseffekten. Disse begrensningene finnes også i drag test og ergometer kalibrering, som også påtar seg en statisk posisjon av rullestolbrukeren.
Dratesten måler de motstridende kreftene til rullende og intern dra av hver enkelt rullestolbrukerkombinasjon. Det er tydelig følsomt for bilmekanikere av rullestolen, men også posisjon og kroppsorientering av brukeren. En standardisert prosedyre er viktig20,36, hvor ved en konstant beltehastighet, bruker-rullestol kombinasjonen trekkes over beltet blir koblet til en endimensjonal kalibrert krafttransduser på rammen av tredemøllen i en rekke skråningvinkler (Figur 2). En tredemølleadapter for lastceller som kan justeres til høyden på rullestolens midtakse er nødvendig. Ved hjelp av lineær regresjonsanalyse gir et statisk estimat av gjennomsnittlig drakraft på tredemøllebeltet ved null helling for en gitt rullestolbrukerkombinasjon, noe som gir gjennomsnittlig ekstern utgangseffekt med produktet av beltehastighet og drakraft. Dratesten er robust med hensyn til små forskjeller i utførelsen av testen av ulike operatører (f.eks. tauets posisjon)37.
Selv om noen ganger antatt en tilsynelatende enkel test, krever hver av testelementene i dragtesten forståelse av den underliggende teorien og opplæringen på alle detaljene i prosedyrene8. I likhet med ned-testen, er denne testen spesielt følsom for endringer i sentrum av masse. Videre atferd og følsomhet av belastningmåler-baserte krafttransdusere, deres konsekventkalibrering (dvs. presisjon av kalibreringvekter, sekvens av montering)20,36,37, samt noen av prosedyrene for drag test som er følsomme for endringer i hastighet eller tilbøyelighet vinkel av tredemøllen alle må vurderes. Dette betyr at tredemøllen selv må kontrolleres og kalibreres i tillegg37. Konsekvent bevissthet om slike støygenererende fenomener må spores og utføres i den daglige eksperimenteringen.
Presisjon en effektbasert simuleringer og deres resultater er fullt avhengig av standardisering, praksis og opplæring av de som utfører eksperimentene. Mangfold av tredemøller, ergometre eller andre elektronisk motordrevne enheter kan være et problem, som vist av De Groot et al.51. I bytte av befolkningsbaserte data bør man være klar over den potensielle rollen til slike forskjeller på testresultatene. I ethvert rullestoleksperiment bør en riktig forklaring på testforholdene og åpen presentasjon av de faktiske verdiene for hastighet, motstand og utgangseffekt presenteres for enhver undergruppe eller måletilstand.
I rullestoleksperimentering er heterogenitet en testprøve vanskelig å unnslippe fra når du fokuserer på de faktiske rullestolbrukerne. Blant dem er personer med ryggmargsskade oftest gjenstand for forskning, fordi de har en tendens til å ha en stabil ryggmargslesjon for resten av livet. Lesjonsnivå, fullstendighet, kjønn, alder, talent og treningsstatus bestemmer heterogeniteten til slike studiegrupper57. Å øke antall deltakere gjennom multisentersamarbeid er en viktig måte å omgå dette på og øke kraften i eksperimentering57– selv i de tidlige stadiene av rehabiliteringen. Denne artikkelen er forhåpentligvis en stepping-stone til en bred diskusjon om rullestol eksperimentering i rehabilitering og adaptive idrettsmiljøer som forhåpentligvis fører til internasjonalt samarbeid og kunnskaputveksling gjennom eksisterende og nye nettverk av forskere. Tilgjengeligheten av tilstrekkelig testinfrastruktur gir konsekvent overvåking og evaluering av fremgang i klinisk rehabilitering, adaptiv sport og utover.
The authors have nothing to disclose.
Utarbeidelsen av dette manuskriptet ble økonomisk støttet av et stipend fra Samenwerkingsverbog Noord-Nederland (OPSNN0109) og ble co-finansiert av PPP-kvoten til Toppkonsortia for kunnskap og innovasjon av Departementet for økonomiske anliggender.
'coast_down_test' software | University Medical Center Groningen | – | Custom made |
ADA3 software | University Medical Center Groningen | – | Custom made |
Angle sensor | Mitutoyo | Pro 360 | |
Calibration weights (0-10kg in 1kg increments) | University Medical Center Groningen | – | Custom made |
Drag test force sensor (20kg) | AST | KAP-E/Z | |
Extra wide treadmill | Motek-forcelink | 14-890-0387 | |
IMU sensor set | X-IO Technologies | NGIMU | |
Inertial dummy | Max Mobility | Optipush | |
Lightweight rope | – | – | Custom made |
Lode Ergometry Manager | Lode | LEM 10 | |
Measurement wheel | Max Mobility | Optipush | |
Pulley system | University Medical Center Groningen | – | Custom made |
Spirometer | COSMED | K-5 | |
Stopwatch | Oneplus | 6T | Phone stopwatch |
Tachometer | Checkline | CDT-2000HD | |
Treadmill attachment for drag test | University Medical Center Groningen | – | Custom made |
Weights for pulley (0-2kg in 5g increments) | University Medical Center Groningen | – | Custom made |
Wheelchair | Küsschall | K-series | |
Wheelchair roller ergometer | Lode | Esseda |