在运动和认知双重任务条件下，年龄对步态参数的影响

《Journal of Bodywork and Movement Therapies》：Impact of Age on Gait Parameters Under Motor and Cognitive Dual-Task Conditions

本研究开发了一款自动化疼痛压力阈值测量装置，用于消除人工施压的误差。通过对41名健康运动员（男性30人，女性11人）的测试，发现男性疼痛阈值显著高于女性（p<0.05），且设备具有高可靠性（ICC=0.91）。该装置通过标准化施压速度（0.05 m/s）和角度（90度），实现了精准、可重复的疼痛阈值测量，为运动医学和康复提供了新工具。

　　本研究由一群科学家共同完成，他们来自加拿大卡尔加里大学运动科学学院的人体表现实验室。团队成员包括Shahab Alizadeh、Emad Sharifi、Mohammad Hossein Alizadeh、Mahda Shabani、Ramin Arghadeh、Niloofar Tajali、Abbas Ali Gaeini以及David G. Behm。该研究旨在开发一种新型的自动化压力测量设备，以更精确、标准化的方式评估疼痛压力阈值（Pain Pressure Threshold, PPT）。疼痛压力阈值是临床和科研中常用的一个指标，用于评估个体对压力刺激的敏感性，尤其是在康复和诊断过程中。传统的测量方法通常依赖于手持式或模拟/数字式痛觉计，但这些设备在操作过程中容易受到人为因素的影响，例如施加压力的速度、角度以及操作者的反应差异，从而导致测量结果的不一致。

为了克服这些局限性，研究团队设计了一种自动化设备，能够以设定的速度和角度施加压力，使受试者可以自主决定何时停止施压。这种设备不仅减少了人为误差，还提高了测量的一致性和可重复性。设备的结构包括四个钢制杆件，用于支撑和引导机械臂的运动，确保其平稳且精确地进行压力施加。机械臂通过一种螺杆机制连接至一个NEMA 42步进电机，该电机将旋转运动转化为线性运动，从而实现对压力的精准控制。此外，设备还配备了一个负载传感器，用于测量施加的压力，并通过HX711模拟-数字转换器将数据记录下来。负载传感器在每次测试前都会进行校准，以确保测量的准确性。

设备的核心控制系统基于Arduino Uno微控制器，这是一种开源电子平台，能够通过编程实现对机械部件的精确控制。Arduino通过CNC Shield与步进电机进行通信，使用G代码指令来执行复杂的运动控制。步进电机的微步进驱动器确保了电机能够以极高的精度进行运动，例如每转最多可以完成51,200个步骤，从而实现对压力的精细调节。这种高度精确的运动控制是设备能够提供一致压力施加的关键因素之一。

为了确保测试的标准化，研究团队在实验设计中采取了多项措施。首先，所有受试者在测试前24小时内避免剧烈运动，以减少肌肉紧张和疲劳对测试结果的影响。在测试过程中，受试者被要求平躺于测试台上，使他们的主导腿完全伸展并放松。主导腿的确定方式是通过询问受试者：“你通常用哪条腿来踢球时力量和准确性最强？”这一方法有助于确保测试部位的一致性。随后，研究团队根据SENIAM（表面肌电图非侵入式肌肉评估）指南，在主导腿的股四头肌中找到一个标准的测试区域，即前上棘与髌骨上缘连线的中点。该位置被标记为测试点，以确保所有受试者在进行压力测试时都能保持一致的探针放置。

在测试过程中，受试者需要完成一个5分钟的标准热身活动，包括轻度的动态拉伸运动，以减少肌肉僵硬并为测试做好准备。热身结束后，设备被精确对准标记的测试区域，以设定恒定的施压速度（0.05米/秒）和90度的施压角度。这一设定确保了所有受试者在相同的条件下接受测试，从而提高数据的可比性。在测试过程中，受试者被要求按下手持停止按钮，以标记当压力感觉转变为疼痛的瞬间。整个测试过程重复两次，两次测试之间有5分钟的休息时间，以防止肌肉疲劳对结果造成干扰。

测试结果表明，该设备在测量疼痛压力阈值方面具有极高的可靠性。通过使用组内相关系数（Intra-Class Correlation, ICC）评估设备的重复性，研究发现ICC值为0.91，95%置信区间为[0.84, 0.95]，且p值小于0.001。这一结果表明，设备能够提供高度一致的测量数据，其重复性远超传统手持式痛觉计的平均水平（通常在0.59至0.89之间）。此外，测量误差的标准差为0.43，进一步验证了设备在实际应用中的稳定性。

在性别差异方面，研究发现男性运动员的疼痛压力阈值显著高于女性运动员。在第一次测试中，男性的平均PPT为15.3±5.3千克，而女性为12.4±3.2千克，两者之间的效应量为r=0.5，表明存在显著的差异。在第二次测试中，男性的平均PPT为14.2±2.2千克，女性为12.1±2.2千克，效应量为r=0.41。这种性别差异可能与多种因素有关，包括生理、激素和心理因素。从生理角度来看，男性通常具有更大的肌肉体积，这可能使他们对压力刺激的耐受性更强。此外，激素水平，如雌激素，可能在女性体内增强疼痛感知，从而导致更低的疼痛压力阈值。心理和社会因素同样不可忽视，例如性别角色和社会期望可能影响个体对疼痛的表达和感知，女性可能更倾向于报告疼痛，而男性则可能低估或延迟报告。

研究还指出，疼痛压力阈值的性别差异对运动科学和康复实践具有重要意义。由于女性在某些慢性疼痛疾病中的患病率更高，且在流行病学研究中报告的疼痛症状频率也更高，因此在运动训练和康复过程中，性别差异可能需要被纳入考虑。自动化设备能够客观地测量这些差异，从而为制定个性化的训练和康复方案提供依据。

尽管研究结果令人鼓舞，但该研究也存在一定的局限性。首先，样本量相对较小，且主要由年轻、健康的运动员组成，这可能限制了结果的普遍适用性。未来的研究应扩大样本范围，包括非运动员和不同年龄段的个体，以验证设备在更广泛人群中的有效性。其次，本研究仅测试了股四头肌区域，而该设备在其他肌肉群中的表现尚未得到验证。因此，未来的研究应探索设备在不同肌肉部位的应用情况，以确保其在临床环境中的适用性。此外，研究还提到，设备的设置可能会引入与操作者相关的差异，因此在未来的实验设计中，需要进一步评估这种差异的大小，并采取相应的措施加以控制。

总体而言，这项研究开发了一种新型的自动化痛觉计，为疼痛压力阈值的测量提供了更精确和标准化的方法。该设备不仅提高了测量的可靠性，还揭示了性别差异在疼痛感知中的重要性。未来的研究可以进一步优化设备的设计，扩大其应用范围，并探索其在不同肌肉群和人群中的表现。自动化痛觉计的出现，标志着疼痛评估技术的一个重要进展，有望在临床和科研领域发挥更大的作用，尤其是在需要精确和一致数据的康复和运动科学研究中。