التقييم الدقيق والموحد لخرج الطاقة الخارجية أمر بالغ الأهمية في تقييم الإجهاد الفسيولوجي والميكانيكي الحيوي والمتصورة، والضغط، والقدرة في الدفع اليدوي على الكراسي المتحركة. تقدم المقالة الحالية طرقًا مختلفة لتحديد ومراقبة إنتاج الطاقة أثناء دراسات دفع الكراسي المتحركة في المختبر وخارجه.
استخدام كرسي متحرك يدوي أمر بالغ الأهمية ل1٪ من سكان العالم. وقد نضجت إلى حد كبير بحوث التنقل بعجلات تعمل بالطاقة البشرية، مما أدى إلى تحسين تقنيات البحث التي أصبحت متاحة على مدى العقود الماضية. لزيادة فهم أداء التنقل بعجلات، والرصد، والتدريب، واكتساب المهارات، وتحسين واجهة الكراسي المتحركة المستخدم في إعادة التأهيل، والحياة اليومية، والرياضة، والمزيد من التوحيد القياسي للقياسات و التحليلات مطلوبة. نقطة انطلاق حاسمة هو القياس الدقيق وتوحيد الناتج الطاقة الخارجية (تقاس في واتس)، وهو أمر محوري لتفسير ومقارنة التجارب التي تهدف إلى تحسين ممارسة إعادة التأهيل، وأنشطة الحياة اليومية، والرياضة التكيفية. يتم عرض المنهجيات والمزايا المختلفة لتحديد ناتج الطاقة بدقة أثناء الاختبار فوق الأرض وحلقة مفرغة ومقياس الإرغومتر ومناقشتها بالتفصيل. يوفر الدفع فوق الأرض الوضع الأكثر صلاحية من الخارج للاختبار ، ولكن التوحيد القياسي يمكن أن يكون مزعجًا. الدفع حلقة مفرغة يشبه ميكانيكيا إلى الدفع فوق الأرض، ولكن تحول وتسريع غير ممكن. مقياس ergometer هو الأكثر تقييدا والتوحيد القياسي سهل نسبيا. والهدف من ذلك هو حفز الممارسات الجيدة والتوحيد القياسي لتسهيل المزيد من تطوير النظرية وتطبيقها بين مرافق البحوث والعلوم السريرية والرياضية التطبيقية في جميع أنحاء العالم.
مع ما يقدر بنحو 1٪ من سكان العالم الذين يعتمدون على التنقل بعجلات اليوم1،2، يظهر تدفق ثابت من العمل البحثي الدولي بشكل متزايد في المجلات الدولية التي يستعرضها الأقران في مجالات متنوعة مثل إعادة التأهيل1،3، الهندسة4، والعلوم الرياضية5،6. وهذا يؤدي إلى قاعدة معرفية متزايدة وفهم تعقيدات هذا النمط الشائع من الانالكثير من البشر. ومع ذلك، ومن أجل التطوير والتنفيذ المستمرين في ممارسات إعادة التأهيل والتكيف الرياضية، هناك حاجة إلى مزيد من التبادل والتعاون الدوليين في مجال البحوث. وجزء لا يتجزأ من هذه الشبكات التعاونية هو تحسين توحيد الإجراءات التجريبية وإجراءات القياس والتكنولوجيا. وعلاوة على ذلك، فإن التنفيذ المتسق للرصد الدقيق لأداء مجموعة مستخدمي الكراسي المتحركة في المختبر و/أو في الميدان أمر مهم للأداء الفردي الأمثل والمشاركة في حين يتم الحفاظ على نمط حياة صحي ونشط على مدى عمر الفرد7و8و9.
تجريبيا، دفع كرسي متحرك يدوي خلال حالة ثابتة أو ذروة ممارسة الظروف10،وغالبا ما اقترب11 كما حركة الجسم العلوي الدورية لأغراض فحص واجهة كرسي متحرك المستخدم12،13،تحميل العضلات والعظام14،15،16،والتعلم الحركي واكتساب المهارات17،18. المفاهيم الميكانيكية الحيوية والفسيولوجية مجتمعة من الحركات الدورية تسمح باستخدام “توازن السلطة”، وهو نهج النمذجة التي أدخلت في البداية من قبل فان إنجين شيناو19 للتزلج السريع وركوب الدراجات، وعرض في وقت لاحق في التنقل بعجلات يدوية8،20،21. يوضح الشكل 1 رسمًا تخطيطيًا لتوازن القوة للدفع اليدوي على الكراسي المتحركة. وهو يتلاقى من مجموعة مختارة من العوامل الحاسمة لتحديد الأداء لمزيج من الكراسي المتحركة ومكوناتها المركزية الثلاثة (الكرسي المتحرك والمستخدم وواجهتها) ، في الجانب الأيسر في تخطيط المقامات والمعادلات الميكانيكية والفسيولوجية (الحيوية) للقوة.
إنتاج الطاقة هو معلمة نتيجة هامة في سياقات الرياضة والحياة اليومية حيث يمكن أن يمثل ذروة إنتاج الطاقة كلا من زيادة الأداء في الرياضة المكيفة أو سهولة الأداء أثناء الأنشطة في الحياة اليومية22. وعلاوة على ذلك، في تركيبة مع استهلاك الطاقة يمكن استخدامه لتقييم الأداء من حيث الكفاءة الميكانيكية الإجمالية17،18،23 (أي، حيث الفرد أكثر مهارة سوف تتطلب طاقة داخلية أقل لإنتاج نفس الكمية من انتاج الطاقة الخارجية). من منظور تجريبي ، فإن إنتاج الطاقة هو معلمة تحتاج إلى التحكم فيها بإحكام أثناء الاختبار ، لأن التغييرات في إنتاج الطاقة لها تأثير مباشر على جميع نتائج الأداء مثل وقت الدفع ، وقت الاسترداد24، والكفاءة الميكانيكية25. وبالتالي، فإن التحكم في إنتاج الطاقة والإبلاغ عنه أمر ضروري لجميع الدراسات المتعلقة بالدفع اليدوي للكراسي المتحركة.
الاختبار فوق الأرض هو معيار الذهب من حيث الصلاحية (أي الجمود ، واحتكاك الهواء ، والتدفق البصري ، والحركة الديناميكية)26، ومع ذلك فإن توحيد خرج الطاقة الخارجية والسرعة والظروف البيئية المرتبطة به أكثر صعوبة ، والتكرار مع مرور الوقت يعاني. بدأت الدراسات المتعلقة بالكراسي المتحركة فوق الأرض في 1960s27,28 وركزت على الإجهاد المادي للتنقل بعجلات. على الرغم من أهمية في تفسير البيانات وفهم8،20، وتقتصر المفاهيم على انتاج الطاقة الخارجية لمراقبة التكلفة الأيضية الداخلية عند تنفيذ أنشطة مختلفة على أسطح مختلفة. في الوقت الحاضر، يمكن استخدام عجلات القياس لقياس انتاج الطاقة29،30 والساحل لأسفل الاختبارات31،32 يمكن أن يؤديها لاستنتاج الخسائر الاحتكاكية أثناء الدفع وبالتالي انتاج الطاقة.
تم تطوير تقنيات مختلفة تعتمد على المختبرات لاختبار التمارين الخاصة بالكراسي المتحركة33، بدءًا من العديد من مقاييس الأرغومتر إلى أنواع مختلفة من أجهزة المشي والعلامات التجارية. تعتبر أجهزة المشي لتكون الأقرب إلى الاختبار فوق الأرض من حيث الصلاحية34 وقد استخدمت منذ 1960s لاختبار ممارسة الكراسي المتحركة35،36. قبل الاختبار ، يجب فحص منحدر وسرعة جهاز المشي بانتظام. حتى المطاحن من نفس العلامة التجارية وجعل قد تختلف اختلافا كبيرا وتغيير في سلوكهم مع مرور الوقت37. لتحديد انتاج الطاقة الخارجية، يتم استخدام اختبار السحب20،36 لمزيج الفردية الكراسي المتحركة المستخدم مجموع المتداول والداخلية قوة السحب38. جهاز استشعار القوة لاختبار السحب يجب أيضًا معايرته بشكل دوري. لإضفاء الطابع الفردي التجريبي على البروتوكول من حيث الحمل الخارجي الشامل للعجلات مع مرور الوقت وبين الموضوعات ، تم تصميم نظام بكرة(الشكل 2)كبديل للتدرجات السابقة التي تعتمد على المنحدر للتحميل36.
وكان بديل آخر لاختبار ممارسة كرسي متحرك موحدة استخدام ergometers ثابتة33، من بسيطة خارج الجرف ergometer حلول39 نحو المتخصصة للغاية الكمبيوتر القائم على أجهزة القياسوالأجهزة 40. وهناك عدد قليل جدا من المتاحة تجاريا. التنوع الهائل في تكنولوجيا مقياس إرغومتر والخصائص الميكانيكية يدخل درجات كبيرة غير معروفة من التباين بين نتائج الاختبار33. يجب توصيل مقاييس الإرغومتر والكراسي المتحركة أو دمجها بطبيعتها حسب التصميم. احتكاك الهواء غير موجود والقصور الذاتي المتصور يقتصر على الجمود محاكاة على العجلات، والحركة من ذوي الخبرة في الجذع والرأس والذراعين أثناء الدفع، في حين أن المستخدم كرسي متحرك هو أساسا ثابتة. لا يسمح مقياس الإطارات للسباق أو الاختبار اللاهوائي وكذلك اختبار متساوي القياس، إذا كان يمكن حظر العجلات بشكل كاف.
يتم تقديم منهجية أساسية لأبحاث التنقل اليدوي بعجلات في الدراسات القائمة على المختبر. كما يتم تقديم نظرة موجزة حول منهجية البحث الميداني على الكراسي المتحركة ونتائجها المحتملة. وينصب التركيز الرئيسي على التحكم في إنتاج الطاقة الخارجي (W) وقياسه في كل من التجارب الميدانية والمختبرية. كما يتم إضافة تحديد إنتاج الطاقة الداخلية من خلال قياس التنفس ، حيث يستخدم هذا غالبًا لتحديد الكفاءة الميكانيكية الإجمالية. وإلى جانب تنفيذ الممارسات الجيدة، يتمثل الهدف في إجراء مناقشات بشأن التوحيد التجريبي وتبادل المعلومات على الصعيد الدولي. وستتناول الدراسة الحالية في المقام الأول دفع الكراسي المتحركة يدويا ً وقياسه لأنه أبرز شكل من أشكال التنقل يدوياً في الأدبيات العلمية. ومع ذلك ، فإن المفاهيم التي تمت مناقشتها أدناه صالحة بنفس القدر لآليات الدفع الأخرى على الكراسي المتحركة (على سبيل المثال ، العتلات ، السواعد41).
ويصف البروتوكول الحالي توحيد وقياس إنتاج الطاقة أثناء الاختبار فوق الأرض، والمطحنة، ومقياس الكراسي المتحركة القائم على مقياس الترمطاع أثناء الدفع الثابت عند 1.11 م/س. على سبيل المثال، سيتم أولاً تحديد الاحتكاك المتداول في الاختبار فوق الأرض مع اختبار الساحل إلى الأسفل. باستخدام هذا التقدير للاحتكاك ، سيتم تعيين مخرجات الطاقة في اختبارات جهاز المشي ومقياس التسارع باستخدام البروتوكولات المتاحة من الأدبيات البحثية. بالنسبة لاختبارات المطحنة، سيتم تحديد الاحتكاك من خلال اختبار السحب، وسيتم تعديل خرج الطاقة باستخدام نظام البكرات. بالنسبة لاختبارات مقياس الإرغومتر، يتم استخدام مقياس ergometer الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر لمطابقة خرج الطاقة الخارجي مع الاختبار فوق الأرض.
وفي الفروع السابقة، عُرضت منهجية يسهل الوصول إليها لتحديد وتوحيد ناتج الطاقة لمختلف الطرائق المختبرية. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء مقارنة بين إنتاج الطاقة المحددة وناتج الطاقة المقيس أثناء الدفع الثابت. وفي حين أن الخطأ المنهجي كان موجوداً فضلاً عن بعض التباين، فإن الأدوات المعروضة أفضل من البديل: ألا وهي عدم توحيد المعايير على الإطلاق. هذه النتائج مماثلة لدراسة أخرى التي ذكرت قياس انتاج الطاقة وتعيين انتاج الطاقة50. وعلاوة على ذلك، فإن الاتفاق بين الشروط ضعيف إلى معتدل، مما يشير إلى أنه ينبغي إيلاء اهتمام إضافي عند مقارنة الدراسات باستخدام طرائق مختلفة. كما هو متوقع ، فإن حالة مقياس ergometer تقدم أسهل بيئة للتوحيد من منظور المشغل. كان أداء مقياس الإرغومتر أفضل في إعدادات الاحتكاك العالية. وأظهرت الكتل (3 × 4 دقيقة) ضمن طريقة واحدة اتفاق جيد إلى ممتاز ومعتدل إلى ممتاز. ومن المثير للاهتمام ، وأداء ergometer أسوأ مع مرور الوقت ، وربما بسبب الانجراف الاستشعار. لذلك ، قد يكون من الحكمة إعادة معايرة مقياس إرجومتر بين كل كتلة. لاحظ أن هذه النتائج هي لممارسة حالة ثابتة منخفضة الكثافة ويمكن أن تختلف لبروتوكولات مختلفة.
يمكن أن يكون للتغييرات الميكانيكية أو المريحة الطفيفة في تركيبة الكراسي المتحركة ومستخدمي هاوية الكراسي المتحركة تأثير كبير على النتائج التجريبية12و51. صيانة المواد والوعي الكامل بالمبادئ الميكانيكية للمركبات أمران أساسيان لنتائج الأداء وصحة التجربة. آليات السيارة (على سبيل المثال، كتلة، أحجام العجلات، نوع الإطارات والضغط، المحاذاة) وتناسب (على سبيل المثال، موقف قدم، مركز الكتلة، كتلة، الطائرة الأمامية) من مزيج الكراسي المتحركة المستخدم، وسوف تحدد السحب المتداول والهواء في تركيبة مع الظروف البيئية. سوف تؤثر كتلة واتجاه مركز الكتلة السحب المتداول فيما يتعلق العجلات الخلفية أكبر وعجلات الخروع أصغر في الجبهة. ويرد في الجدول 2موجز للعوامل التي تؤثر على الاحتكاك المتداول . وعلاوة على ذلك، غالباً ما يكون الكرسي المتحرك فردياً. وبصرف النظر عن ظروف التدخل (مثل ميكانيكا المركبات أو الواجهة) في كل اختبار، يجب أن تكون ظروف الكرسي المتحرك ثابتة أيضًا ويجب فحص ميكانيكا المركبات الخاصة بها، بما في ذلك الإطار والمقعد والإطارات. الإطارات تحتاج إلى أن تكون في ضغط ثابت على الاختبارات وبين الأفراد. نقاط التفتيش الهامة52 هي نقاط الاحتكاك المحتملة، وموقف العجلات الخلفية، والتغيرات المحتملة في محاذاة العجلات36،53،54،55.
يتطلب الاختبار فوق الأرض أيضًا تقنية الاتصالات لكل مؤشر من مؤشرات الإجهاد القلبي الرئوي أو الحركية أو نتائج الحركية. ويمكن تحقيق ذلك، ولكن التطبيق العملي للقياسات المعقدة محدود في بيئة غير بحثية. اختبارات الساحل إلى أسفل محددة لمزيج الفردية الكراسي المتحركة المستخدم وسطح المتداول. ومع ذلك ، فهي ثابتة ، لذلك قد لا تلتقط جميع خصائص تركيبة الكراسي المتحركة المستخدم56. فهي حساسة بشكل خاص للتغيرات في وسط الكتلة ، مما قد يفسر الاختلافات الصغيرة بين اختبار الساحل لأسفل وناتج الطاقة فوق الأرض المقيس. وتوجد هذه القيود أيضا في اختبار السحب ومعايرة مقياس الأرغومتر، والتي تفترض أيضا وضع ثابت للمستخدم كرسي متحرك.
يقيس اختبار السحب القوى المقاومة للسحب المتداول والداخلي لكل مجموعة من مستخدمي الكراسي المتحركة الفردية. ومن الواضح أنها حساسة لميكانيكا السيارة من كرسي متحرك، ولكن أيضا موقف واتجاه الجسم للمستخدم. إجراء موحد ضروري20،36، حيث في سرعة حزام ثابت ، يتم سحب تركيبة المستخدم إلى كرسي متحرك فوق الحزام الذي يتم توصيله إلى محول قوة معايرة أحادية الأبعاد على إطار حلقة مفرغة في سلسلة من زوايا المنحدر(الشكل 2). مطلوب محول حلقة مفرغة لخلايا الحمل التي يمكن تعديلها إلى ارتفاع محور مركز الكرسي المتحرك. باستخدام تحليل الانحدار الخطي يوفر تقدير ثابت لقوة السحب المتوسطة على حزام حلقة مفرغة في الميل صفر لمزيج معين من الكراسي المتحركة المستخدم، والذي يوفر إنتاج الطاقة الخارجية المتوسطة مع المنتج من سرعة الحزام وقوة السحب. اختبار السحب قوي فيما يتعلق بالاختلافات الصغيرة في تنفيذ الاختبار من قبل مشغلين مختلفين (على سبيل المثال ، موقف الحبل)37.
على الرغم من أن يفترض في بعض الأحيان اختبار بسيط على ما يبدو ، كل عنصر من عناصر الاختبار لاختبار السحب يتطلب فهم النظرية الأساسية والتدريب على جميع تفاصيل الإجراءات8. على غرار اختبار الساحل إلى أسفل، وهذا الاختبار حساس بشكل خاص للتغيرات في وسط الكتلة. وعلاوة على ذلك، فإن سلوك وحساسية محولات القوة القائمة على قياس السلالة، ومعايرتها المتسقة (أي دقة أوزان المعايرة، وتسلسل التركيب)20،36،37،وكذلك أي من إجراءات اختبار السحب التي هي حساسة للتغيرات في السرعة أو زاوية الميل من حلقة مفرغة يجب أن تؤخذ في الاعتبار. وهذا يعني أن حلقة مفرغة نفسها تحتاج إلى فحص ومعايرة وكذلك37. ويجب تتبع الوعي المستمر بهذه الظواهر المولدة للضوضاء وتنفيذه في التجارب اليومية.
تعتمد دقة المحاكاة القائمة على مخرجات الطاقة ونتائجها اعتمادًا كاملًا على توحيد وممارسة وتدريب أولئك الذين يجرون التجارب. يمكن أن يكون تنوع أجهزة المشي أو مقاييس الأرغومتر أو أي جهاز آخر مدفوع بمحرك إلكتروني مشكلة ، كما هو موضح في De Groot et al.51. ومقابل تبادل البيانات السكانية، ينبغي للمرء أن يدرك الدور المحتمل لهذه الاختلافات في نتائج الاختبار. في أي تجربة على كرسي متحرك ، يجب تقديم شرح مناسب لظروف الاختبار والعرض المفتوح للقيم الفعلية للسرعة والمقاومة وانتاج الطاقة لأي مجموعة فرعية أو حالة قياس.
في تجارب الكراسي المتحركة ، من الصعب الهروب من عدم تجانس عينة الاختبار عند التركيز على مستخدمي الكراسي المتحركة الفعليين. من بين هؤلاء ، الأشخاص الذين يعانون من إصابة في الحبل الشوكي هم في أغلب الأحيان عرضة للبحث ، لأنهم يميلون إلى الإصابة بآفة الحبل الشوكي مستقرة لبقية حياتهم. مستوى الآفة والاكتمال والجنس والعمر والموهبة وحالة التدريب تحدد عدم تجانس مجموعات الدراسة هذه57. زيادة عدد المشاركين من خلال التعاون متعدد المراكز هو وسيلة هامة للتحايل على هذا وزيادة قوة التجريب57، حتى في المراحل المبكرة من التأهيل10. ونأمل أن تكون هذه الورقة نقطة انطلاق لمناقشة واسعة النطاق حول تجربة الكراسي المتحركة في مجتمعات إعادة التأهيل والتكيف الرياضية التي نأمل أن تؤدي إلى التعاون الدولي وتبادل المعرفة من خلال الشبكات الحالية والجديدة للباحثين. يتيح توافر البنية التحتية الكافية للاختبار الرصد والتقييم المستمرين للتقدم المحرز في إعادة التأهيل السريري والرياضة التكيفية وما بعدها.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم إعداد هذه المخطوطة مالياً بمنحة من Samenwerkingsand Noord-Nederland (OPSNN0109) وشارك في تمويلها بدل تعادل القوة الشرائية لأعلى اتحادات المعرفة والابتكار التابعة لوزارة الشؤون الاقتصادية.
'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 |