A preliminary model for estimating mass-specific oxygen uptake during manual wheelchair propulsion from mechanical power and heart rate.

چکیده اصلی

Manual wheelchair users may have reduced physical activity and total energy expenditure, while wearable devices may not adequately capture external mechanical demand during wheelchair propulsion. This pilot study examined whether wheel-level mechanical power combined with heart rate could estimate mass-specific oxygen uptake (V̇O2/kg) during manual wheelchair propulsion. Ten long-term manual wheelchair users aged 29-38 years completed 3-min trials under three progressively loaded conditions on a wheelchair ergometer. Wheel velocity and braking torque were measured, mechanical power was calculated from trial-mean torque and angular velocity, and metabolic variables were assessed using a wearable respiratory gas analyzer. A two-predictor linear regression model was developed, with participant-clustered standard errors and leave-one-participant-out cross-validation (LOPO-CV) for internal evaluation. V̇O2/kg increased across conditions despite lower velocity under the highest load. The final model was V̇O2/kg = 5.5738 + 0.2444P + 0.03587HR. Mechanical power (95% CI: 0.1330-0.3558) and heart rate (95% CI: 0.01342-0.05833) were significant positive predictors. The model explained 72.2% of the variance (R2 = 0.722; adjusted R2 = 0.701). LOPO-CV yielded an RMSE of 1.128 mL O2·kg-1·min-1, an MAE of 0.917 mL O2·kg-1·min-1, and R2 = 0.575. Repeated-measures Bland-Altman analysis of LOPO-CV predictions showed a mean bias of -0.156 mL O2·kg-1·min-1 (95% CI: -0.6259 to 0.2022), with limits of agreement from -2.389 (95% CI: -3.1667 to -1.7711) to 2.077 mL O2·kg-1·min-1 (95% CI: 1.6096 to 2.6636). Mechanical power and heart rate may provide complementary information for estimating metabolic demand during manual wheelchair propulsion. However, the model was developed in a small exploratory sample, was only internally evaluated, and requires external validation before practical application.

ترجمه فارسی چکیده

کاربران ویلچر دستی ممکن است فعالیت بدنی و مصرف انرژی کل کاهش یابند، در حالی که دستگاه‌های قابل پوشش ممکن است درک درست از تقاضای مکانیکی خارجی را در هنگام پیشران‌سازی ویلچر نداشته باشند. این مطالعه اولیه بررسی کرد که آیا توان مکانیکی سطح چرخ در کنار ضربان قلب می‌تواند مصرف اکسیژن مخصوص جرم (V̇O2/kg) را در هنگام پیشران‌سازی ویلچر دستی برآورد کند. ده کاربر ویلچر دستی بلندمدت با سن ۲۹-۳۸ سال در سه آزمایش ۳ دقیقه‌ای تحت شرایط بارگذاری متوالی در یک ارومتر ویلچر شرکت کردند. سرعت چرخ و گشتاور ترمز اندازه‌گیری شد، توان مکانیکی از میانگین گشتاور و سرعت زاویه‌ای آزمایش محاسبه شد و متغیرهای متابولیک با استفاده از آنالیزور گاز تنفسی قابل پوشش ارزیابی شد. یک مدل رگرسیون خطی با دو پیش‌بینی‌کننده توسعه یافت، با خطاهای استاندارد خوشه‌ای شرکت‌کننده و اعتبارسنجی متقاطع خروج یک شرکت‌کننده (LOPO-CV) برای ارزیابی داخلی. V̇O2/kg در شرایط افزایش یافت، هرچند سرعت در بارگذاری بالاتر کمتر بود. مدل نهایی V̇O2/kg = 5.5738 + 0.2444P + 0.03587HR بود. توان مکانیکی و ضربان قلب پیش‌بینی‌کننده‌های مثبت معناداری بودند. مدل ۷۲.۲٪ از واریانس را توضیح داد. LOPO-CV خطای میانگین مربع‌ها (RMSE) ۱.۱۲۸، خطای میانگین مطلق (MAE) ۰.۹۱۷ و R2 = ۰.۵۷۵ را نشان داد. تحلیل Bland-Altman نشان‌دهنده یک سوگیری میانگین -۰.۱۵۶ بود. مدل در یک نمونه اکتشافی کوچک توسعه یافته و فقط ارزیابی داخلی شده است و نیاز به اعتبارسنجی خارجی برای کاربرد عملی دارد.

متن کامل اصلی