Yumuşak kalça dış iskeleti, yaşlı yetişkinlerde yokuş yürürken fizyolojik maliyeti ve algılanan ekimeti azaltır

Özet

Bu protokol, hafif yumuşak kalça dış iskeletinin yaşlı yetişkinlerde yokuş yukarı yürüme sırasında fizyolojik stresi azaltmadaki etkinliğini değerlendirir. Rastgele bir crossover tasarımı kullanarak, bu yöntem cihazın yaşlılarda fizyolojik maliyeti ve öznel yorgunluğu önemli ölçüde azalttığını göstermektedir.

Özet

Dağ yürüyüşü ve dağcılık, aktif yaşlıların kardiyovasküler formunu korumak için yaygın aktivitelerdir; ancak bu faaliyetlerin yüksek fizyolojik gereksinimleri genellikle nöromüsküler yorgunluğun başlangıcını hızlandırır. Bu yorgunluk, düşme ve kas-iskelet sistemi zorlanmaları gibi sporla ilgili yaralanmalar için kritik bir risk faktörüdür. Bu çalışma, hafif yumuşak kalça dış iskeletinin bu riskleri azaltıp azaltmayacağını ve simüle edilen dağcılık görevleri sırasında yaşlı yetişkinler için güvenli fiziksel aktiviteyi destekleyip destekleyip destekleyemeyeceğini araştırmayı amaçlamaktadır. Yirmi sağlıklı yaşlı yetişkin (63,45 ± 3,70 yaş), 3,5 km/s hızda %15 eğimli koşu bandında rastgele bir çapraz çalışma yaptı. Katılımcılar üç koşulla 15 dakika yürüdüler: Exoskeleton yok (NO_EXO), Exoskeleton Active (EXO_ON) ve Exoskeleton Pasif (EXO_OFF). Sonuçlar arasında Fizyolojik Maliyet Endeksi (PCI), Zirve Kalp Hızı (HR_Peak) ve Algılanan Eleştiri Derecesi (Borg RPE) yer aldı. Aktif yardım (EXO_ON) Fizyolojik Maliyet Endeksi'ni önemli ölçüde 13,80 ± 1,51'e düşürdü; NO_EXO (14,68 ± 2,11) ve EXO_OFF (15,35 ± 1,83; p = 0.033). Benzer şekilde, aktif yardımda (12,95 ± 1,15) RPE, yardımsız (13,50 ± 1,19) veya pasif (14,00 ± 1,17) koşullara (p = 0,023) göre anlamlı şekilde daha düşüktü. Zirve Kalp Hızı EXO_ON en düşük olsa da (133,65 ± 7,74 bpm), durumlar arasındaki farklar istatistiksel olarak anlamlı değildi (p = 0,267). Cihaz, kendi kütlesinin fizyolojik yükünü etkili bir şekilde dengeler; bu da kardiyovasküler enerjide net bir azalmaya yol açar; bu, düşük PCI ve RPE ile kanıtlanmaktadır. Bu bulgular, yumuşak kalça dış iskeletlerinin yaşlı yetişkinlerde yürüme verimliliğini artırabileceğini ve yokuş yukarı yürürken algılanan eğri azaltabileceğini göstermektedir.

Giriş

Küresel nüfus yaşlandıkça, yaşlı yetişkinlerde işlevsel hareketliliği korumak önemli bir halk sağlığı sorunu^{haline gelmiştir 1}. Düzenli aerobik egzersiz, kardiyovasküler hastalıkları, kas-iskelet dejenerasyonu ve bilişsel geriliği önlemede açık bir koruyucu rol^{oynar 2}. Çeşitli fiziksel aktiviteler arasında, açık hava yürüyüşü ve dağcılık, sosyal etkileşim ve aerobik kondisyon faydalarının birleşimi nedeniyle yaşlı yetişkinler için yaygın olarak benimsenen eğlence^{aktiviteleridir.} Ancak, düz yürüyüşe kıyasla, yokuş yukarı yürümek önemli bir biyomekanik yük oluşturur ve vücudun kütle^{merkezini yükseltmek} için alt uzuv eklemlerinin daha fazla net pozitif çalışma sağlamasını gerektirir.

Yaşlı bireyler için bu artan biyomekanik talep genellikle belirli telafi stratejilerle birlikte gelir. Franz ve Kram tarafından yapılan araştırmalar, yaş ilerledikçe yukarı yürüyüş sırasında güç çıkışının önemli bir "distal-proksimal kayma" gösterdiğini ^{göstermektedir4}. Özellikle, ayak bileği plantar fleksörlerinin itme kapasitesi yaşlı yetişkinlerde azalır ve bu nedenle kalça ekstensorlarına (gluteus maximus ve hamstrings) daha çok ihtiyaç duyar; Kalça tarafından yapılan çalışmaların oranı, genç kontrollere göre anlamlı derecede^{yüksektir 4,5}. Bu telafi mekanizma, yaşa bağlı sarkopeni ve azalmış kardiyopulmoner rezerv üzerine biniştirildiğinde, yaşlı yetişkinlerde yukarı hareket sırasında fizyolojik maliyetin artmasına yol açar ve onları nöromüsküler yorgunluğa karşı yüksek hassaslık^{haline getirir 6}.

Yorgunluk birikimi sadece egzersiz toleransını sınırlamakla kalmaz, aynı zamanda düşme riskinin artmasıyla da yakından^{ilişkilidir 7}. Önceki çalışmalar, alt uzuv kası yorgunluğunun yürüyüş stabilitesini bozduğunu ve minimum parmak boşluğunu azalttığını, böylece takma ve düşme olasılığını önemli^{ölçüde artırdığını göstermiştir 7,8}. Bu nedenle, yorgunluğun başlangıcını geciktirebilen yardımcı teknolojilerin geliştirilmesi, açık hava etkinlikleri sırasında yaşlı yetişkinlerin güvenliğini sağlamak için büyük öneme sahiptir.

Giyilebilir dış iskelet robotikleri, bu sorunu çözmek için potansiyel bir yol^{sunar 9}. Sert dış iskeletler yüksek tork veriminde üstün olsa da, büyük kütleleri genellikle vücudun doğal kinematik özgürlük derecelerini kısıtlar. Bu, cihazı giyerek eklenen fizyolojik maliyetin, yardımdan elde edilen faydaları telafi veya hatta aştığı bir "fizyolojik ceza" anlamına gelebilir^. Browning ve ark. tarafından yapılan araştırmalar, distal alt ekstremitelere 1 kg eklemenin fizyolojik maliyeti önemli ölçüde artırdığını doğruladı; bu, sınırlı fiziksel kapasiteye sahip yaşlı yetişkinler için göz ardı edilmeyen bir^{yüktür. 10}. Bu sınırlamayı aşmak için, esnek tekstil ve Bowden kablo iletimine dayalı "yumuşak exosuitler" ortaya çıkmıştır; bu modeller, insan-makine uyumunu iyileştirerek doğal yürüyüşe müdahaleyi en aza^{indirmek için tasarlanmıştır.}

Genç sağlıklı grupları içeren çalışmalar, kalça yardımının düz yürüyüşün fizyolojik^{maliyetini azaltabileceğini doğrulasa da}, yüksek fizyolojik talep gören eğimli yürüyüş senaryosunda yaşlı yetişkinleri hedefleyen araştırmalar nispeten azdır. Yaşlı yetişkinlerde yokuş yukarı yürüme sırasında kalça çalışmalarına artan^{bağımlılık göz önüne alındığında 4,14}, bu çalışma, hafif yumuşak kalça dış iskeletinin, hassas kalça fleksiyonu yardımcı torku sağlayarak, kendi kütlesinin fizyolojik zararını etkili bir şekilde aşabileceğini, böylece %15 eğimli yürüyüş görevi sırasında yaşlı yetişkinlerin Fizyolojik Maliyet Endeksi (PCI) ve öznel yorgunluğunu (RPE) önemli ölçüde azaltabileceğini öne sürmektedir. Bu hipotezi test etmek için, bu çalışma konu içi rastgele bir çapraz tasarım izlemektedir. İlk denek hazırlığı ve cihaz takımı kör olmayan personel tarafından yapılırken, resmi yürüme değerlendirmesi kör bir değerlendirici tarafından denetlenir.

Protokol

Çalışma protokolü, Zhejiang Üniversitesi Tıp Fakültesi'nin İlk Bağlı Hastanesi Klinik Araştırma Etik Komitesi tarafından onaylandı (Onay No. 2024-Research-022). Tüm deneysel prosedürler Helsinki Bildirgesi'nin ilkelerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir.

Konu seçimi ve taraması
Bu çalışma için, Zhejiang Üniversitesi Tıp^{Fakültesi 15'teki} The First Affiliated Hospital'dan (60–75 yaş arası) sağlıklı yaşlı yetişkin seçildi. Katılımcılar aşağıdaki dahil etme kriterlerine göre tarandı: 60–75 yaş; yardımcı cihazlar olmadan bağımsız yürüme yeteneği; ≥15 dakika boyunca sürekli koşu bandında yürüyebilme yeteneği; ve MMSE puanı ≥24. Kontrolsüz hipertansiyonu olan deekler (dinlenme tansiyonu ≥160/100 mmHg); 6 ay içinde kararsız angina, şiddetli aritmi veya miyokard enfarktüs; felç, Parkinson hastalığı, şiddetli baş dönmesi veya periferik nöropati; 12 ay içinde alt uzuv kırığı veya ortopedi cerrahisi; şiddetli osteoartrit veya romatoid artrit; dış iskelet temas bölgelerinde açık yaralar, ülserler, dermatit, şiddetli varikoz damarlar veya kayış alerjileri; BMI >30 kg/^{m 2}; veya cihaz aralığı dışındaki gövde boyutları hariç tutuldu. Yazılı bilgilendirilmiş onay alındı ve boy, kilo ve dinlenme kalp atış hızı gibi temel antropometrik ölçütler kaydedildi.

Deneysel kurulum
Koşu bandı 3,5 km/s hıza ve %15 eğime ayarlanmıştı. Katılımcının kemerinden koşu bandının otomatik durdurma anahtarına manyetik bir güvenlik ipi bağlandı ve bir denetleyici araştırmacı manuel acil durdurmaya sürekli erişim sağladı. Dış iskelet cihazı test öncesi hazırlanmıştı. Pil şarj seviyesinin %>90 olduğu doğrulandı. Tahrik üniteleri, şanzıman mekanizmalarında kablo dolanışığı, mekanik bağlanma veya aşırı sürtünme olmadığından emin olmak için manuel olarak incelendi. Dış iskelet, 5 yoğunluk seviyesi (18 Nm'ye kadar) olan araziye uyarlanabilir yardım modları (Tırmanma, İniş, Düz) sağladı. Tırmanma Modu, kalça fleksiyon torkunu kullanıcının yürüyüş evresi ile senkronize etmek için yürüyüş öğrenme algoritması ve açı tetikli bir mekanizma (0–90° aralığı) içeriyordu. Yardım büyüklüğü, ağırlıklı olarak 3 veya 4 seviyelerinde, adaptasyon sırasında öznel toleransa kişiselleştirildi. Denekler, sürekli veri kaydı için bir kalp atış hızı monitörü takıldı. Borg RPE ölçeği (6–20) ve VAS ağrı ölçeği (0–10) A4 kağıdına basıldı ve katılımcının net görüş hattına yerleştirilerek test sırasında anında erişilebilirlik sağlandı.

Cihazın takılması ve takılması (Kör olmayan aşama)
Katılımcı boyuna göre uygun bir cihaz boyutu seçildi (Boy için L boyutu >165 cm; Boy için M boyutu ≤165 cm). Katılımcılara omuz kayışlarının takılmasında yardımcı oldu ve arka modül yüksekliği, lateral kalça motor birimlerinin büyük trokanter ile koaksiyel hizalanması için ayarlandı. Manyetik bel tokası sabitlendi ve yan ayar kayışları, cihazı pelvise sağlam bir şekilde sabitlemek ve hareket ettirme sırasında kaymayı önlemek için iliak tepenin üzerinde sıkılaştırıldı. Bacak bağlantıları güvence altına alındı. Uyluk destekleri patellanın yaklaşık 5–10 cm üzerinde hizalanmıştı. Kancalar sabitlendi ve Boa kadranı uyluk kayışlarını sıkımak için saat yönünde döndürüldü. Kayış gerginliği, cilde dik çekildiğinde kayış ile deri arasında yaklaşık 1,0–1,5 cm boşluk tutularak doğrulandı. Katılımcılar, mekanik parazit veya aşırı kablo gerginliği olmamasını doğrulamak için squat ve yüksek bacak kaldırmaları yaptılar (Şekil 1). ¹⁶ numaralı 15 dakikalık bir uyarlama oturumu gerçekleştirildi. Katılımcılar, cihaz olmadan koşu bandında 3,5 km/s hızla ve %15 eğimle 5 dakika yürüdüler. Denekler, güçsüz dış iskeletle (EXO_OFF) 5 dakika yürüdüler. Katılımcılar, güç dış iskeleti (EXO_ON) ile 5 dakika yürürken, yardım yoğunluğu seviye 1'den konunun konfor seviyesine (seviye 3 veya 4) kademeli olarak yükseltildi. Katılımcılar resmi denemelerden önce 20 dakika boyunca oturmuş pozisyonda dinlendiler. 20 dakikalık dinlenme süresi, kalp atış hızının ve algılanan eğmenin¹⁷ temel seviyeye dönmesini sağladı.

Müdahale ve kör etme
Üç deneysel koşulun sırası, öğrenme ve yorgunluk etkilerini en aza indirmek için bilgisayar tarafından oluşturulmuş bir dizi kullanılarak rastgele belirlendi. NO_EXO durumda, denekler standart spor kıyafetleriyle exoskeleton olmadan yürüdüler. EXO_ON durumda, cihaz Tırmanma Modunda aktive edildi ve asist yoğunluğu seviye 3 veya 4'e ayarlandı. Kesin yardım seviyesi, görünür duruş dengesizliği, telafi edici hareketler veya cihaz torkuna karşı bildirilen direnç olmadan sabit bir yürüyüş ritmi doğrulanarak belirlendi. Tüm LED göstergeler (güç ve mod ışıkları) hem EXO_ON hem de EXO_OFF koşullarda görsel körlüğü korumak için siyah elektrik bantıyla kaplanmıştı. Denemeler arasında kalp atış hızı ve yorgunluk seviyelerinin başlangıç seviyesine dönmesi için 40 dakikalık oturma dinlenme süresi sağlandı.

Simüle edilmiş yokuş yürüyüş görevi (Kör değerlendirme)
Katılımcılar 15 dakika boyunca koşu bandında yürüdüler ve güvenlik için gerekmedikçe koralukları tutmadan doğal yürüyüşü sürdürmeleri teşvik edildi. Kalp atış hızı (HR) sürekli kaydedildi. En 12:00–15:00 arasında 1 Hz örnekleme hızında toplanan 180 kalp atış hızı veri noktası, sabit durum kalp atış hızı hesaplamak için ortalama hesaplandı. Görev sırasında kaydedilen mutlak en yüksek kalp atış hızı HR_Peak olarak tanımlandı. En 14'te denekler, Borg RPE ölçeğiyle egzersiz seviyelerini bildirdiler. Görev tamamlandıktan hemen sonra (1 dakika içinde), VAS ölçeği cilt bütünlüğü ve eklem ağrısını değerlendirmek için kullanıldı. Cilt temas bölgeleri eritema, su toplaması veya basınç izleri açısından görsel olarak incelendi. Eklem ağrısı, 0–10 cm VAS ölçeğiyle kaydedildi; burada 0 ağrı olmadığını ve 10 en kötü ağrıyı gösteriyordu. ≥4 puanları klinik açıdan anlamlı bir rahatsızlık olarak kabul edildi ve daha fazla değerlendirme gerektirdi. Fizyolojik Maliyet İndeksi (PCI), MacGregor^18'den uyarlanan formül kullanılarak hesaplandı: PCI = (Yürüyen Kalp Hızı − Dinlenme Kalp Hızı) / Yürüme Hızı, dakikada kilometre/saat başına vuruş (dakika/dakika/km/s) cinsinden ifade edilir.

İstatistiksel analiz

Sonuç değişkenleri ANOVA kullanılarak koşullar arasında karşılaştırıldı ve etki boyutları kısmi eta kare (η²p) olarak bildirildi. Sonradan yapılan çift karşılaştırmalarda Bonferroni düzeltilmiş çift t-testleri kullanıldı ve Cohen'in %95 CI ile dz testi hesaplandı (Ek Tablo 1). Durum sırası dengelendi; denemeler arasında dinlenme dönemleri eklenerek aktarma etkilerini en aza indirdi. Önemlilik p < 0.05 olarak belirlendi.

Sonuçlar

Konu özellikleri

Toplam 20 sağlıklı yaşlı yetişkin (10 erkek, 10 kadın) çalışmayı tamamladı. Katılımcıların ortalama yaşı 63,45 ± 3,70 yaş, boyu 1,65 ± 0,07 m, ağırlığı 60,51 ± 6,59 kg ve Vücut Kütle Indeksi (BMI) 22,13 ± 1,58 kg^{/m 2} (Tablo 1) bulunuyordu. Tüm denekler üç yürüyüş koşullarını (NO_EXO, EXO_ON, EXO_OFF) başarıyla tamamladı ve herhangi bir yan etki bildirilmedi.

Fizyo...

Tartışma

Bu çalışma, hafif, yumuşak kalça ekzoskeletinin yaşlı yetişkinlerde simüle edilen yokuş yürüme sırasında fizyolojik ve psikolojik metrikler üzerindeki etkisini, rastgele, çapraz bir tasarım kullanarak değerlendirdi. Sonuçlar, başlangıç durumu (NO_EXO) ve pasif aşınma durumu (EXO_OFF) ile karşılaştırıldığında, aktif yardım modunun (EXO_ON) PCI ve öznel yorgunluk oranını (RPE) anlamlı şekilde azalttığını göstermektedir. Bu bulgu, hedefli kalça eklemi yardımının yaşlı yetişkinlerde ağır yür...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Borg RPE Ölçeği	N/A	6-20 Ölçeği	Algılanan Egzersiz Zorluğu Değerlendirmesi için standartlaştırılmış ölçek.
GraphPad Prism	GraphPad Software	Sürüm 9.0	Veri görselleştirme ve kutu grafiği oluşturmak için kullanılır.
Medikal Ağırlık/Boy Ölçeği	Meilen	M-C-MSG100	Temel fiziksel özellik ölçümleri (BMI) için kullanılır.
Yumuşak Kalça Ekzoskeleti (GOGO-H)	Hangzhou RoboCT Teknoloji Geliştirme A.Ş.	100189510835	Kalça fleksiyon yardımı sağlayan hafif yumuşak robotik kıyafeti (2.3 kg).
SPSS İstatistik Yazılımı	IBM	Sürüm 26.0	İstatistiksel analiz için kullanılır.
Standart Motorlu Koşu Bandı	YPOO	M5max	%15 eğimde ve 3.5 km/h hızda simüle edilmiş yukarı yürüyüş için kullanılır.
Görsel Analog Ölçek (VAS)	N/A	10 cm çizgi	Alt ekstremite ağrısı ve rahatsızlığının subjektif değerlendirmesi için kullanılır.
Giyilebilir akıllı bant	Xiaomi Communications Co., Ltd.	6932554419790	Gerçek zamanlı kalp atış hızı ve kan oksijen monitörizasyonu için kullanılan giyilebilir akıllı bant.