关注脑震荡：卡尔加里适应性臂力计（CARE）运动测试的研制——一种替代卡尔加里脑震荡循环测试的生理学评估方法

《Experimental Physiology》：CARE-ing for concussions: Development of the Calgary Adapted aRm Ergometer (CARE) exertion test: A physiological alternative to the Calgary Concussion Cycle Test

　　摘要

有氧运动测试有助于促进脑震荡后的恢复。目前的测试方案（卡尔加里脑震荡自行车测试：CCCT）不适用于有下肢功能障碍的运动员（例如残障运动员）。本研究将一种新型的上肢曲柄测试——卡尔加里适应性aRm测力计（CARE）测试的生理参数与CCCT进行了比较。20名非残疾成年人（10女：10男，年龄18-51岁）完成了CCCT和CARE测试，直至自愿疲劳。在整个运动过程中，持续测量了大脑中动脉速度（MCAv）、心率（HR）、平均动脉压（MAP）和呼气末二氧化碳分压（PaCO2）。使用Bland-Altman方法计算95%的一致性界限（LoA）、平均差异和效应量测量以及组内相关性（ICC），在25%、50%、75%和100%的测试强度水平上比较了CCCT和CARE的结果。两种测试的持续时间相当（P = 0.86）。CCCT和CARE之间的心率平均差异在25%时为2次/分钟（P = 0.45），在100%时为8次/分钟（P < 0.05）（效应量较小）。MCAv的平均差异从25%时的1.5厘米/秒（P = 0.45）增加到100%时的5.4厘米/秒（P < 0.05）（效应量较小）。MAP保持稳定：25%时为4.1毫米汞柱（P = 0.11），100%时为4.8毫米汞柱（P = 0.076）（效应量较小）。PaCO2的平均差异在75%的测试强度时增加（2.4至4.9 Torr，P < 0.05，效应量中等到较大）。所有测量的ICC都处于良好到中等水平，且随着测试强度的增加，95%的一致性界限也有所扩大。CARE测试作为一种替代传统下肢运动测试的方法显示出良好的前景，其生理反应与CCCT具有中等程度的可比性。CARE与CCCT之间的差异可能源于上肢和下肢参与的总肌肉质量不同。

**研究的核心问题是什么？这种新型的上肢特异性卡尔加里适应性aRm测力计（CARE）脑震荡运动测试与非残疾成年人在增强脑震荡后运动测试的可及性方面，与经过验证的卡尔加里脑震荡自行车测试（CCCT）相比，能引发怎样的生理反应？主要发现及其重要性是什么？CARE测试在心率、脑血流量和呼吸参数方面产生了稳健且生理上相当的反应，特别是在临床脑震荡评估中使用的运动强度下。这些发现支持将其作为首个上肢特异性的脑震荡后运动方案，提高了无法完成传统下肢测试的个体（例如残障运动员）的康复包容性和公平性。**

**1 引言**

运动相关脑震荡（SRC）是一种轻度创伤性脑损伤，由头部、颈部或身体的直接或间接撞击引起，在进行体育活动时力量传递到大脑（Patricios等人，2023年）。据估计，北美每年大约发生300万至400万例SRC；然而，由于报告不足，实际数字可能更高（Harmon等人，2013年）。SRC通常表现为认知、前庭和行为症状的混合体，人们在受伤后常常会出现运动不耐受（Haider等人，2022年）。虽然成人SRC的临床症状通常在10-14天内恢复，但约有三分之一的患者恢复时间延长，症状持续超过30天（Makdissi等人，2017年）。尽管历史上SRC的治疗方法是完全休息直至症状消失（McCrory等人，2013年），但现在已明确，患者在相对休息24-48小时后尽早恢复到亚症状阈值的有氧运动可以减少大约5天或更长时间的恢复时间（Leddy等人，2023年），并降低30天后持续脑震荡后症状（PPCS）的可能性（Mn等人，2021年）。此外，脑震荡后运动不耐受的人恢复时间更长，尤其是在青少年女性中（Neill等人，2025年；R. Orr等人，2021年）。因此，评估运动耐受性并根据症状制定运动建议对于改善恢复和结果至关重要（Leddy等人，2017年，2023年；Patricios等人，2023年）。临床医生经常使用渐进式运动测试来帮助评估SRC的症状特征，并制定安全的个性化运动强度计划以促进恢复（Leddy等人，2018年，2023年）。这些运动测试旨在逐渐增加心率（HR）、血压和脑血流量，同时监测脑震荡症状的加重情况（使用11点李克特量表）（Leddy等人，2018年，2023年）。当运动测试期间总体脑震荡症状增加3分或更多时，达到心率阈值（HRt）（Leddy等人，2023年）。这一阈值用于指导SRC后的有氧运动训练建议，预期运动可以在症状没有明显加重的情况下进行（Leddy等人，2023年）。布法罗脑震荡跑步机测试（BCTT）是首个用于确定SRC后HRt的测试（Leddy & Willer，2013年）。此后，开发并验证了一种生理上可比较的自行车测力计测试——卡尔加里脑震荡自行车测试（CCCT）（Miutz等人，2024年）。BCTT和CCCT是适用于行动自如个体的有效运动测试；然而，目前尚无针对有下肢功能障碍个体的验证方案。此外，尽管残障运动员的SRC风险相似甚至更高（Patricios等人，2023年；Singh等人，2024年；Sobry等人，2022年；Weiler等人，2021年），但在SRC文献中他们的代表性显著不足。残障冰球运动中，尤其是下肢有功能障碍的运动员，受伤率很高，每1000次运动暴露中有4.5例脑震荡（Sobry等人，2022年）。这明显高于青少年站立式冰球（每1000次运动暴露中有1.2例脑震荡）和大学校队站立式冰球（女性为1.18例/1000次运动暴露，男性为0.95例/1000次运动暴露）（Pfister等人，2016年；Schick & Meeuwisse，2003年；Sobry等人，2022年）。由于行动能力受限，许多残障和残疾运动员在SRC后无法完成现有的运动测试，如BCTT或CCCT（Patricios等人，2023年；Weiler等人，2021年）。因此，目前还没有针对有下肢功能障碍的运动员的验证运动测试来指导亚症状阈值下的运动处方。上肢曲柄测力计（ACE）是一种有前景的测试方法，因为它仅涉及上肢。ACE是下肢功能障碍者最常进行的有氧运动形式之一，可以安全有效地提高心血管健康（Chiou等人，2022年）。关于ACE与自行车测力计运动相比的生理反应，峰值氧气消耗量（VO2peak）、峰值心率（HRpeak）和峰值每分钟通气量（VEpeak）通常较低，而峰值运动感知强度（RPE）在不同运动强度下相当（Hill等人，2019年；J. L. Orr等人，2013年；Schneider等人，2002年）。此外，在相同的绝对功率输出下，ACE引起的VO2peak、HR和RPE增加，这是由于上肢（ACE）与下肢（自行车）运动中参与的主动肌肉质量有很大差异（Hill等人，2019年；J. L. Orr等人，2013年；Schneider等人，2002年）。然而，在广泛使用ACE作为脑震荡有氧运动治疗手段之前，必须开发并验证一种独特的运动测试方法，以符合当前的脑震荡运动测试方案（Patricios等人，2023年）。因此，本研究的目的是量化健康非残疾个体在新型渐进式运动测试——卡尔加里适应性aRm测力计（CARE）测试与CCCT期间的生理和代谢反应。我们想探讨CARE是否能在类似的时间内引发生理和代谢参数的增加，并且能否像CCCT一样完成。**

**2 方法**

2.1 伦理批准

本研究获得了卡尔加里大学联合健康与研究伦理委员会的批准（REB21-1517），所有程序和实验方案均遵循《赫尔辛基宣言》中规定的指南（世界医学协会，2013年）。在数据收集之前，获得了书面知情同意，所有参与者都完成了体力活动准备问卷（PARQ+）。

2.2 参与者和研究设计

招募了20名年龄在18-51岁之间的健康成年人（10女，10男）作为方便样本。参与者被询问了他们的生理性别和自我认同的性别。所有参与者均被认定为顺性别。因此，所有数据均按照生理性别进行分析和讨论。如果参与者有妨碍达到最大运动强度的心肺和/或脑血管疾病，或在过去6个月内遭受过脑震荡，则被排除在测试之外（Lapointe等人，2021年）。没有参与者因这些参数而被排除。参与者被要求在测试前至少8小时内避免摄入咖啡因、酒精、吸电子烟、吸烟和运动，以减少这些物质对脑血管和心血管系统的干扰（Ainslie等人，2007年；Burma等人，2021年；Burma, Copeland等人，2020年，2020年）。此外，先前的研究发现，在运动测试期间，脑血流量（CBv）指标在月经周期中的可靠性良好到优秀，使女性参与者可以在月经周期的任何阶段参与这项研究（Johnson等人，2023年）。

2.3 协议

所有运动测试都在卡尔加里大学的脑血管脑震荡实验室进行，海拔高度为1111米。参与者进行了两次最大运动测试（CARE测试和CCCT），两次测试之间至少间隔24小时（平均：10±12天）。测试顺序通过随机生成器随机分配。通过自我报告收集年龄和性别（表1）。在测试前测量了身高和体重，并计算了体质指数（BMI）（表1）。

表1. 完成了CARE测试和CCCT的参与者的个体和组别特征（n = 20，10女：10男），以及每个人在CARE测试和CCCT中的瓦数增加和完成的阶段数。

| 参与者 | 性别 | 年龄（岁） | 身高（厘米） | 体重（千克） | BMI（千克/平方米） | 瓦数增加 | 完成的阶段数 |
|-------|------|--------|---------|-----------|-----------|------------|
| 1 | 女 | 22 | 161.0 | 84.0 | 32.4 | 5 | 16 |
| 2 | 女 | 23 | 160.3 | 68.6 | 26.7 | 3 |
| 3 | 女 | 22 | 159.5 | 59.8 | 23.5 | 4 |
| 4 | 女 | 23 | 156.6 | 68.7 | 28.0 | 2 |
| 5 | 女 | 24 | 165.5 | 70.7 | 25.8 | 3 |
| 6 | 女 | 21 | 168.2 | 66.6 | 23.5 | 3 |
| 7 | 女 | 25 | 71.4 | 22.4 | 3 | 9 |
| 8 | 女 | 21 | 164.0 | 69.2 | 25.7 | 3 |
| 9 | 女 | 21 | 164.0 | 63.5 | 23.0 | 5 |
| 10 | 女 | 22 | 166.0 | 63.5 | 23.0 | 5 |
| 11 | 男 | 22 | 176.4 | 77.0 | 24.7 | 6 |
| 12 | 男 | 26 | 182.5 | 81.9 | 24.6 | 4 |
| 13 | 男 | 18 | 179.3 | 75.3 | 23.4 | 5 |
| 14 | 男 | 21 | 185.3 | 74.6 | 21.7 | 5 |
| 15 | 男 | 29 | 178.5 | 101.0 | 31.7 | 8 |
| 16 | 男 | 23 | 192.0 | 80.5 | 21.8 | 5 |
| 17 | 男 | 27 | 177.5 | 84.5 | 26.8 | 4 |
| 18 | 男 | 25 | 12 | 21 | 177.5 | 71.9 | 22.8 |
| 19 | 男 | 28 | 186.3 | 87.5 | 25.2 | 7 |
| 20 | 男 | 26 | 170.0 | 77.5 | 26.8 | 7 |
| 21 | 男 | 25 | 11 | 25 | 13 | 24 |
| 22 | 男 | 24 | 170.0 | 77.5 | 26.8 | 7 |
| 23 | 男 | 21 | 13 | 24 | 17 | 25 |
| 24 | 男 | 26 | 170.0 | 77.5 | 26.8 | 7 |
| 25 | 男 | 25 | 11 | 25 | 17 | 24 |
| 26 | 男 | 27 | 17 | 20 | 177.5 | 84.5 |
| 27 | 男 | 20 | 186.3 | 87.5 | 25.2 | 7 |
| 28 | 男 | 21 | 13 | 24 | 26 |
| 29 | 男 | 26 | 170.0 | 77.5 | 26.8 | 7 |

2.4 CCCT

CCCT是一种分级运动测试，在Lode自行车测力计（Corival cpet型号，荷兰格罗宁根）上进行（Miutz等人，2024年）。该测试旨在与行业标准的BCTT（Leddy & Willer，2013年）进行生理比较，允许使用更广泛的运动方式来进行SRC有氧运动测试。根据CCCT协议，参与者根据他们的体重开始测试，以考虑性别在相对肌肉质量上的差异（Miutz等人，2024年）。因此，女性从0.11 W/kg的体重开始测试，男性从0.14 W/kg开始，每个阶段的瓦数增加量根据个体差异进行调整（Miutz等人，2024年）。CCCT的每个阶段持续1分钟，直到参与者达到自愿疲劳。参与者被要求保持每分钟70到90转（rpm）的节奏（Miutz等人，2024年）。参与者还被指导调整座椅高度，使其处于一个舒适的位置，以便在骑行时能够完全伸展双腿。

2.5 卡尔加里改编的aRm测力计（CARE）测试

这种新型的CARE测试是在Lode ACE（Angio CPET模型，荷兰格罗宁根）上进行的分级运动测试。CARE测试的方案是在一个由16名年龄在20至29岁之间的健康受试者组成的独立样本中进行了初步测试和开发的（6名女性，10名男性；数据未发表）。为了确定该方案，参与者在至少24小时的时间间隔内完成了CCCT和最大强度的ACE测试，且这两项测试都在同一周内进行。初步测试的数据被用来开发CARE方案，该方案根据二头肌弯举运动的10次最大重复次数（RM）来确定起始功率以及随后每分钟的功率增加量（见补充材料）。选择二头肌弯举的10次RM作为体重的替代指标，因为残障运动员（例如脊柱裂、肌肉萎缩症和单腿或双腿截肢）的情况会导致体重变化；因此，二头肌弯举的10次RM既能够反映上半身的肌肉耐力，也能考虑到体重的差异，使得CARE测试方案适用于许多人。尽管有人担心抗阻训练可能会加剧脑震荡症状（Neill等人，2024年），但最近在脑震荡后群体中使用抗阻训练的研究并未报告任何不良影响，这表明适度进行抗阻训练可能是安全的（Hutchison等人，2023年）。此外，在进行10次RM二头肌弯举时，如果症状加重，可能会减少使用的重量，从而降低训练强度，这有助于更好地调整对训练敏感度较高的人的训练耐受性，尽管这一点在SRC之后尚未得到证实。CARE测试的起始功率为每增加6.7磅（3公斤）体重增加1瓦特（附录表A1），并且每分钟以相同的功率增加，直到受试者出现自愿疲劳。参与者的位置被调整，使得曲轴与肩关节的水平对齐。座椅距离可以自行调节，以便在手臂完全伸展时肘部有轻微的弯曲。在整个测试过程中，参与者被要求坐直，背部靠在座椅上，双脚平放在身前的地板上，以确保姿势的一致性。由于已知ACE的节奏对...有影响（P. M. Smith等人，2001年），参与者被要求保持每分钟70到90转的节奏。

2.6 仪器设备

平均动脉压（MAP）、心率（HR）、大脑中动脉速度（MCAv）和呼气末二氧化碳分压（）在整个运动测试过程中持续测量。在每个阶段的结束时，使用Borg 6-20量表（Borg，1982年）记录RPE。Polar HR监测器（Polar H10，芬兰Kempele）连续记录心率。使用固定在上臂的手指光电容积描记法来评估从右手中指测得的心率，并校正到心脏水平（Finometer NOVA；Finapres Medical Systems，荷兰阿姆斯特丹）。参与者被指导避免挤压自行车测力计和ACE上的把手，以减少对光电容积描记信号的干扰。使用经颅多普勒（TCD）超声（DWL USA, Inc.，美国加利福尼亚州圣胡安卡皮斯特拉诺）对双侧大脑中动脉（MCA）进行超声检查，以量化CBv作为这些动脉中脑血流的指标（Skow等人，2022年）。两个2-MHz的超声探头被放置在颞部声窗上，并使用定制的固定头架固定到位（DWL USA, Inc.）。在测试前，确认左右MCAv之间的差异在10%以内，并通过颈动脉压迫进行验证（Willie等人，2011年）。每个参与者在第一次测试后记录MCA的深度和速度，并将其作为第二天测试的参考值，以最大化MCAv评估的日间可靠性（Smirl等人，2015年）。具体来说，在每个运动方案中持续获取双侧MCAv信号，并手动检查信号质量。对于每个参与者，选择用于分析的MCA信号是那个显示出最稳定的波形形态、最小运动相关伪影以及在记录中生理上最合理、无伪影的心跳比例的那一侧（Weston等人，2023年）。如果可能的话，第二次测试也会使用第一次测试中选择的同一侧MCA，以最大化参与者内部的一致性，并减少MCAv反应的潜在侧别差异（Smirl等人，2015年；Weston等人，2023年）。如果在第二次测试中由于技术限制或过多的伪影导致最初选择的侧别信号质量较差，则选择对侧的MCA信号。和分别从混合室和每次呼吸中测量，使用口件、气流计、鼻夹和两个独立的内联气体分析仪（ML206；ADInstruments，美国科罗拉多州科罗拉多斯普林斯）。在每次数据收集之前，使用两点校准（室内空气：78%氮气，21%氧气和0.04%二氧化碳；已知气体浓度：5%二氧化碳和16%氧气）和带有3升注射器的气流计进行校准。所有生理数据（、HR、MAP和MCAv）以1000 Hz的频率收集，并使用商业可用软件（LabChart Pro版本8，ADInstruments）离线存储。

2.7 数据处理

在LabChart Pro中提取了每次60秒阶段最后20秒内每个生理结果变量的数据平均值，用于两项运动测试（CARE和CCCT）的每个阶段，并用于统计分析。由于特别是在CARE测试的高强度阶段，光电容积描记法的运动伪影过多和信号质量较低，只有10名参与者的MAP数据被纳入最终分析。本研究中使用的完整数据集已包含在支持信息部分（支持信息）。

2.8 统计分析

所有统计分析都在Stata（版本18.0；StataCorp，美国德克萨斯州大学站）中进行，并由生物统计学家（J.M.G.）进行了确认。所有测量参数都按照测试完成的百分比进行了标准化，以考虑CARE测试和CCCT之间完成的阶段数量的个体差异。因此，比较了参与者休息阶段（基线）、测试完成25%、50%、75%和100%时的HR、MCAv、MAP等的平均值（图1和图5）。计算了95%置信区间（CI）的平均差异、组内相关性（ICC）和伪Cohen's d效应大小，以评估两项测试之间生理反应的可比性（图1和图5，表2和表3）。还计算了所有变量的Bland–Altman图，显示了基线、25%、50%、75%和100%运动测试的平均偏差及其上下95%一致性限（LoA）（图2-4，6-8）。使用Shapiro–Wilk检验确认了差异的正态性，并使用线性回归评估了差异值与平均分数之间的关联（Bland & Altman，1986）。由于生理学文献中对使用二元P值分析结果的担忧日益增加，推断是基于95% CI、P值、95% LoA、ICC和Cohen's d效应大小的组合（Amrhein等人，2019）。优秀的、良好的、中等的和较差的ICC值分别评估为>0.90、0.75–0.90、0.50–0.75和<0.50（Koo & Li，2016）。可忽略的、小的、中等的和大的Cohen's d效应大小分别评估为<0.20、0.20–0.50、0.50–0.80和>0.80（Lakens，2013）。为了产生平均差异、ICC和伪Cohen's d，对于所有结果都采用了混合效应模型，并使用了限制最大似然和Kenward–Rodger自由度，以考虑集群数量较少的情况（Rabe-Hesketh & Skrondal，2022）。该模型包括了表示CCCT或CARE与阶段完成百分比的交互项（基线、25%、50%、75%和100%），以及独立的残差结构，也是按阶段完成百分比进行的，以产生ICC。为了模拟Cohen's d，通过阶段/条件特定的平均值除以汇总模型标准差（按阶段）得出。最后，使用贝叶斯信息准则（BIC）评估了性别的调节作用，通过将性别添加到双向项中，有效地产生了三向交互作用，同时也产生了独立于阶段、条件和性别的残差结构。图1在图形查看器中打开

左侧的图表显示了10名男性和10名女性参与者在完成两次运动测试会话期间，CCCT和CARE测试中MCAv、和MAP反应的比较。数据是所有20名参与者的平均值±95% CI。右侧的图表显示了CCCT和CARE测试之间MCAv、和MAP的平均差异。CARE测试，卡尔加里改编的aRm测力计测试；CCCT，卡尔加里脑震荡自行车测试；MCAv，大脑中动脉血流速度；MAP，平均动脉压；，呼气末二氧化碳分压。*显著性（P < 0.05）。表2. 完成了CARE测试和CCCT的20名参与者（10F:10M）的MCAv、MAP和的平均值和平均差异。条件平均值（SD）

参数
CCCT
CARE测试
平均差异
下95%
上95%
P
ICC
ICC水平
Cohen's d
Cohen's d水平

MCAv（cm/s）
基线
68.1 (16.2)
68.7 (16.9)
-0.6
-3.5
2.4
0.705
0.927
优秀
0.032
可忽略

25%
76.8 (19.3)
75.3 (17.4)
1.5
-2.4
5.4
0.450
0.876
良好
0.084
可忽略

50%
82.3 (20.0)
77.4 (18.0)
4.9
0.7
9.1
0.022*
0.859
良好
0.272
小

75%
84.2 (18.5)
75.4 (18.2)
8.8
4.3
13.3
<0.001*
0.841
良好
0.485
小

100%
76.0 (16.3)
70.6 (18.7)
5.4
0.9
9.8
0.018*
0.845
良好
0.296
小

MAP（mmHg）
基线
86.2 (10.0)
83.0 (7.6)
3.2
-2.9
9.3
0.301
0.448
较差
0.303
小

25%
91.4 (10.5)
87.3 (6.5)
4.1
-0.9
9.0
0.106
0.577
中等
0.434
小

50%
101.9 (10.4)
96.9 (6.9)
5.0
0.2
9.8
0.040*
0.590
中等
0.544
中等

75%
110.0 (11.2)
105.5 (6.7)
4.5
-0.7
9.6
0.088
0.571
中等
0.478
小

100%
117.6 (10.3)
112.8 (7.2)
4.8
-0.5
10.2
0.076
0.532
中等
0.497
小

数据根据测试完成的百分比进行了标准化，以考虑CARE测试和CCCT之间测试持续时间的差异。*显著性（P < 0.05）。CARE测试，卡尔加里改编的aRm测力计测试；CCCT，卡尔加里脑震荡自行车测试；ICC，组内相关性；MAP，平均动脉压；MCAv，大脑中动脉血流速度；，呼气末二氧化碳分压。表3. 完成了CARE测试和CCCT的20名参与者（10F:10M）的HR、相对和的平均值和平均差异。条件均值（标准差）
均值差异

参数
CCCT
CARE测试
均值差异
下限95%
上限95%
P值
ICC
ICC水平
Cohen's d
Cohen's d水平

心率（bpm）
基线
82（13）
80（11）
2
?2
7
0.317
0.685
中等
0.178
可忽略不计

25%
108（14）
106（16）
2
?3
7
0.454
0.627
中等
0.145
可忽略不计

50%
136（14）
129（19）
7
1
14
0.023*
0.531
中等
0.494
较小

75%
162（14）
154（17）
8
2
14
0.009*
0.561
中等
0.549
中等

相对氧耗量（mL/kg/min）
基线
7.0（3.0）
6.0（2.3）
1.0
?0.7
2.7
0.236
0.519
中等
0.260
较小

25%
15.6（3.4）
11.9（2.3）
3.7
2.7
4.7
<0.001*
0.744
中等
1.138
较大

50%
22.8（5.5）
16.4（3.3）
6.5
4.8
<0.001*
0.508
中等
1.642
较大

75%
31.7（6.3）
22.3（4.5）
9.4
7.3
11.5
<0.001*
0.408
较差
2.128
较大

分钟通气量（L/min）
基线
20.0（7.4）
18.4（4.0）
1.7
?2.1
5.4
0.381
0.441
较差
0.211
较小

25%
31.8（12.2）
26.0（4.4）
5.8
1.0
10.6
0.017*
0.316
较差
0.622
中等

50%
47.4（16.7）
36.9（7.5）
10.5
4.4
16.6
0.001*
0.222
较差
0.940
较大

相对体积氧耗量（mL/kg/min）
基线
20.0（7.0）
6.0（2.3）
1.0
?0.7
2.7
0.236
0.519
中等
0.260
较小

25%
15.6（3.4）
11.9（2.3）
3.7
2.7
4.7
<0.001*
0.744
中等
1.138
较大

50%
22.8（5.5）
16.4（3.3）
6.5
4.8
<0.001*
0.508
中等
1.642
较大

75%
31.7（6.3）
22.3（4.5）
9.4
7.3
11.5
<0.001*
0.408
较差
2.128
较大

（L/min）
基线
20.0（7.4）
18.4（4.0）
1.7
?2.1
5.4
0.381
0.441
较差
0.211
较小

25%
31.8（12.2）
26.0（4.4）
5.8
1.0
10.6
0.017*
0.316
较差
0.622
中等

50%
47.4（16.7）
36.9（7.5）
10.5
4.4
16.6
0.001*
0.222
较差
0.940
较大

（L/min）
基线
20.0（7.4）
18.4（4.0）
1.7
?2.1
5.4
0.381
0.441
较差
0.211
较小

25%
31.8（12.2）
26.0（4.4）
5.8
1.0
10.6
0.017*
0.316
较差
0.622
中等

50%
47.4（16.7）
36.9（7.5）
10.5
4.4
16.6
0.001*
0.222
较差
0.940
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（L/min）
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20.0（7.4）
18.4（4.0）
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25%
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0.001*
0.222
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0.940
较大

数据已根据测试完成百分比进行标准化，以考虑CARE测试和CCCT测试之间测试持续时间的差异。*显著性（P < 0.05）。CARE测试：卡尔加里适应性aRm测力计测试；CCCT：卡尔加里脑震荡循环测试；ICC：类内相关性；HR：心率；相对氧耗量：相对氧消耗量；分钟通气量：每分钟通气量。

Bland–Altman图显示了卡尔加里脑震荡循环测试（CCCT）和卡尔加里适应性aRm测力计（CARE）测试之间中脑动脉速度（MCAv，cm/s）的95%一致性界限。女性用蓝色三角形表示，男性用红色正方形表示。

Bland–Altman图显示了卡尔加里脑震荡循环测试（CCCT）和卡尔加里适应性aRm测力计（CARE）测试之间平均动脉压（MAP，mmHg）的95%一致性界限。女性用蓝色三角形表示，男性用红色正方形表示。

Bland–Altman图显示了卡尔加里脑震荡循环测试（CCCT）和卡尔加里适应性aRm测力计（CARE）测试之间呼气末二氧化碳分压（PaCO2，Torr）的95%一致性界限。女性用蓝色三角形表示，男性用红色正方形表示。

3 结果
二十名健康成年人（10名女性，10名男性；年龄18–51岁）参与了本次研究的运动测试（表1）。所有参与者都完成了两项运动测试，并被纳入分析。表1总结了参与者的基本信息。平均完成阶段数为CARE测试24 ± 5（女性22 ± 5；男性26 ± 4），CCCT测试24 ± 4（女性23 ± 5；男性25 ± 4；表1），两种测试之间没有显著差异（t = ?0.14，P = 0.89）。此外，每次运动测试完成100%时的平均RPE分别为女性19，CCCT测试为20；男性在CARE和CCCT测试中均为20。在测试前比较基线生理值时未观察到显著差异（表2和表3）。差异分布大多呈正态分布，且与各阶段内的平均分数无关。然而，分钟通气量在阶段1–4之间存在显著差异（P < 0.005），并且在阶段2–5的Shapiro–Wilk检验中也显示出显著差异（P < 0.017）。性别作为调节因素对心率（HR）有显著影响，但对其他指标影响较小，为了简洁性和一致性，性别因素未被保留。

3.1 生理参数（MCAv、MAP等）
CARE和CCCT测试之间MCAv的平均差异随着测试完成的百分比逐渐增加，在测试完成25%时为1.5 cm/s（95%置信区间：?2.4, 5.4；P = 0.022，ICC = 0.859 [良好]，Cohen's d = 0.272 [较小]），在测试完成75%时达到峰值8.8 cm/s（95%置信区间：4.3, 13.3；P < 0.001，ICC = 0.841 [良好]，Cohen's d = 0.485 [较小]（图1，表2）。在测试完成100%时，CCCT和CARE测试之间MCAv的平均差异为5.4 cm/s（95%置信区间：0.9, 9.8；P = 0.018，ICC = 0.845 [良好]，Cohen's d = 0.296 [较小]（表2）。在整个测试过程中，MCAv的ICC和Cohen's d值始终处于良好且较小的范围内（表2）。Bland–Altman分析显示，从测试完成25%到75%，95%一致性界限分别从?19.7 cm/s扩大到?22.7 cm/s和?13.3 cm/s（图2）。在测试完成100%时，一致性界限较75%时更窄：?13.2 cm/s到?23.9 cm/s（图2）。两种测试过程中MAP的平均差异在测试完成25%时为4.1 mmHg（95%置信区间：?0.9, 9.0；P = 0.106，ICC = 0.577 [中等]，Cohen's d = 0.434 [较小]），在测试完成50%时为5.0 mmHg（95%置信区间：0.2, 9.8；P = 0.040，ICC = 0.590 [中等]，Cohen's d = 0.544 [中等]），在测试完成100%时为4.8 mmHg（95%置信区间：?0.5, 10.2；P = 0.076，ICC = 0.532，Cohen's d = 0.497 [较小]（图1，表2）。ICC始终处于中等水平，而Cohen's d在测试完成50%时也被评估为中等水平，其他比较均评估为较小（表2）。Bland–Altman分析还显示，随着测试完成的百分比增加，MAP的95%一致性界限从?13.9 mmHg扩大到?23.2 mmHg（图3）。

3.2 代谢参数（HR等）
CARE和CCCT测试之间HR的平均差异随着运动强度的增加而逐渐增加，在测试完成25%时为2 bpm（95%置信区间：?3, 7；P = 0.45，ICC = 0.63 [中等]，Cohen's d = 0.15 [可忽略不计]），在测试完成75%时达到8 bpm（95%置信区间：3, 13；P = 0.004，ICC = 0.61 [中等]，Cohen's d = 0.57 [中等]（图5和表3）。所有强度水平下HR的ICC均处于中等水平，而Cohen's d效应量从可忽略不计到中等不等（表3）。Bland–Altman分析显示，从测试完成25%到75%，95%一致性界限分别从?22 bpm扩大到?26 bpm和?25 bpm，然后在测试完成100%时缩小到?7 bpm（图6）。

3.2.1 生理参数（MCAv、MAP等）
CARE和CCCT测试之间MCAv的平均差异在测试完成25%时为1.5 cm/s（95%置信区间：?2.4, 5.4；P = 0.022，ICC = 0.859 [良好]，Cohen's d = 0.272 [较小]），在测试完成75%时达到峰值8.8 cm/s（95%置信区间：4.3, 13.3；P < 0.001，ICC = 0.841 [良好]，Cohen's d = 0.485 [较小]（图1，表2）。在测试完成100%时，CCCT和CARE测试之间MCAv的平均差异为5.4 cm/s（95%置信区间：0.9, 9.8；P = 0.018，ICC = 0.845 [良好]，Cohen's d = 0.296 [较小]（表2）。在整个测试过程中，MCAv的ICC和Cohen's d值始终处于良好且较小的范围内（表2）。Bland–Altman分析显示，从测试完成25%到75%，95%一致性界限分别从?19.7 cm/s扩大到?22.7 cm/s和?13.3 cm/s（图2）。在测试完成100%时，一致性界限较75%时更窄：?13.2 cm/s到?23.9 cm/s（图2）。两种测试过程中MAP的平均差异在测试完成25%时为4.1 mmHg（95%置信区间：?0.9, 9.0；P = 0.106，ICC = 0.577 [中等]，Cohen's d = 0.434 [较小]），在测试完成50%时为5.0 mmHg（95%置信区间：0.2, 9.8；P = 0.040，ICC = 0.590 [中等]，Cohen's d = 0.544 [中等]），在测试完成100%时为4.8 mmHg（95%置信区间：?0.5, 10.2；P = 0.076，ICC = 0.532，Cohen's d = 0.497 [较小]（图1，表2）。ICC始终处于中等水平，而Cohen's d在测试完成50%时被评估为中等水平，其他比较均评估为较小（表2）。Bland–Altman分析还显示，随着测试完成的百分比增加，MAP的95%一致性界限在测试完成25%、75%和100%时分别从?13.9 mmHg扩大到?23.2 mmHg、?12.8 mmHg和?14.0 mmHg（图3）。

3.2.2 代谢参数（HR等）
CARE和CCCT测试之间HR的平均差异随着运动强度的增加而逐渐增加，在测试完成25%时为2 bpm（95%置信区间：?3, 7；P = 0.45，ICC = 0.63 [中等]，Cohen's d = 0.15 [可忽略不计]），在测试完成100%时为8 bpm（95%置信区间：3, 13；P = 0.004，ICC = 0.61 [中等]，Cohen's d = 0.57 [中等]（图5和表3）。所有强度水平下HR的ICC均处于中等水平，而Cohen's d效应量从可忽略不计到中等不等（表3）。Bland–Altman分析显示，从测试完成25%（?22 to 26 bpm）到50%（?25 to 40 bpm），95%一致性界限逐渐扩大，然后在测试完成100%时缩小到?7 to 24 bpm（图6）。

4 讨论
本研究将一种新型ACE运动测试（CARE）与先前验证的脑震荡管理自行车运动测试（CCCT）的生理反应进行了比较。在较低运动强度（测试完成25%和50%）下，CARE和CCCT测试在心率（HR）、中脑动脉速度（MCAv）、平均动脉压（MAP）等方面的生理反应最为相似，随着参与者达到自愿疲劳，差异变得更加明显（图1和图2，表2和表3）。Bland–Altman分析进一步揭示了生理反应的个体差异，特别是在运动强度增加时（图2-4，图6-8）。尽管两种测试使用相同的技术进行评估，但对不同运动测试的生理反应的异质性与更广泛的运动生理学文献一致（K. J. Smith & Ainslie, 2017; W.D. McArdle et al., 2010）。先前的研究发现，ACE测试下的相对氧耗量（）较低，心率峰值（HRpeak）较低，在运动强度增加时差异更加明显（Hill et al., 2019; J. L. Orr et al., 2013）（图5，表3）。这种差异主要归因于上肢运动（CARE）与下肢运动（CCCT）的代谢成本差异，因为上肢运动涉及的瘦肌肉质量远小于下肢（J. L. Orr et al., 2013）。此外，过去的研究还发现ACE测试比自行车运动能更多地激活II型肌纤维（J. L. Orr et al., 2013; Schneider et al., 2002）。据作者所知，目前尚无研究比较ACE和自行车运动之间的MCAv反应（图1，表2）。在本样本中，我们发现ACE测试下的MCAv增加幅度小于自行车运动（表2，图2）。然而，CARE测试引发了预期的MCAv响应曲线，这是在自行车测力计上进行自愿疲劳测试时的典型特征（K. J. Smith & Ainslie, 2017; Tan et al., 2014）（图1）。尽管CARE测试下的MCAv增加幅度较小，但在轻度至中等负荷下，ACE仍能增加MCAv，这对于评估脑震荡运动测试和制定临床管理策略非常重要（Burma et al., 2023; Haider et al., 2022; Johnson et al., 2023; Tan et al., 2014）（图1）。CARE测试是基于CCCT（一种与BCTT生理学比较的方法；Leddy & Willer, 2013）开发并调整的，该方法通过使用特定于性别的公式来调整增量工作负荷，从而考虑了生物性别和体重（公斤）（Miutz等人，2024年）。CARE测试在此基础上进行了改进，根据10次最大重复次数（10-RM）的二头肌弯举测试所达到的重量来定制个性化的功率增加（附录表A1）。二头肌弯举作为CARE中上肢力量和耐力的指标，它根据个人的具体能力来调整工作负荷，而不是基于体重的、生理学信息较少的替代指标。这与CCCT相比，产生了相似的测试持续时间和完成的阶段，表明10-RM协议很好地考虑了个体间上肢肌肉耐力的差异。此外，由于残障运动员报告的体重因个体情况（如缺少一条或两条下肢）而存在很大差异，因此使用体重作为工作负荷增加的指标是不可行的，因为它可能无法代表他们的力量和耐力能力。

4.1 CARE测试与CCCT的生理学和代谢学比较

虽然在匹配的强度水平下比较CARE和CCCT时观察到了生理学和代谢学值的差异（表2和表3），但在两种运动模式下，每个参数都引发了稳健的反应曲线（图1和图2）。值得注意的是，从基线值到测试完成25%，以及从25%到50%的测试完成过程中，CARE和CCCT的心率（HR）都有类似的增加（图5，表3），95%的置信区间（LoA）变得更宽，这突显了不同协议之间的个体反应差异（图6）。当运动强度超过测试完成的50%时，HR差异变得更加明显，CARE测试中的参与者平均HR峰值低8次每分钟（bpm），这与先前的文献一致（Hill等人，2019年；J. L. Orr等人，2013年）（表3）。这一点很重要，因为目前心率测量是脑震荡后运动处方的基石，像BCTT这样的协议依赖于这一指标来确定脑震荡症状加剧的心率（Leddy等人，2018年，2023年；Mn等人，2021年）。HRt用于开具有氧运动处方，这已被发现有助于生理恢复（Leddy等人，2018年，2023年）。CARE测试期间观察到的HR反应，特别是在低到中等强度下与CCCT的相似性，这些强度是在脑震荡管理的早期阶段制定运动处方的，支持了CARE测试作为确定残障运动员HRt的包容性和可访问性方法的潜力（图5）。此外，CARE和CCCT的平均动脉压（MAP）相似，平均差异和95%的LoA在整个测试过程中保持相对较小且稳定（图1和图3，表2）。有充分的证据表明脑震荡后自主神经系统功能受损（Pelo等人，2025年）。运动可以改善脑震荡后的异常自主神经系统功能，因此令人欣慰的是，在ACE和骑行运动中MAP反应相似（图1和图3，表2）。此外，脑震荡后脑血管调节受到干扰（Neill等人，2024年），这与运动不耐受和恢复时间延长有关（Clausen等人，2016年）。因此，临床运动测试必须对脑血管提供足够的稳态挑战。虽然CARE和CCCT都观察到了稳健的MCAv反应曲线，但在每个比较水平上的值在CARE测试中略低，这与之前观察到的降低值一致（K. J. Smith & Ainslie，2017年）（图1，2和4，表2）。二氧化碳是一种强效的血管扩张剂，通常是运动期间MCAv反应的主要贡献者（K. J. Smith & Ainslie，2017年；Tan等人，2014年）。与脑震荡相关的是，二氧化碳的增加与运动强度不成比例，导致在轻度到中度运动中MCAv升高，这可能与症状加剧和运动不耐受有关，而在未受伤的个体中则没有观察到这种情况（Leddy等人，2018年；Siedlecki等人，2018年）。虽然ACE在运动期间产生的MCAv反应和反应不如骑行运动明显，但作者认为这些反应足以诱导脑震荡后运动相关的MCAv增加，以评估运动不耐受（Leddy等人，2018年）（图1，2和4，表2）。ACE也可能对有严重运动相关症状加剧或持续症状的非残疾个体有益（Haider等人，2021年），使他们能够以之前因骑行或跑步机运动中观察到的MCAv和增加而受限的强度进行有氧运动（图2和4）。与先前的研究结果一致，CARE测试在所有比较点上都引发了较低的相对MCAv和HR（Hill等人，2019年；J. L. Orr等人，2013年）（图5，7和8，表3）。这些结果是预期的，因为ACE引起的氧气利用增加较小，生物力学效率较低，并且招募的主动肌肉质量较少（Hill等人，2019年；J. L. Orr等人，2013年；Schneider等人，2002年）。Bland–Altman分析强调了CARE和CCCT之间反应的个体差异，随着测试强度的增加，个体差异通常变得更加明显（95%的LoA变宽）。鉴于ACE期间招募的肌肉质量较小，以及参与者对上肢耐力运动的熟悉程度有限，这种差异是可以预期的。个体反应的差异强调了个体化解释脑震荡后运动测试数据的重要性，这与广泛认识到脑震荡症状、受伤后的运动能力和恢复在个体间存在很大差异是一致的。总的来说，尽管随着运动强度的增加，ACE和骑行运动的生理反应差异越来越大，但在轻度到中等强度运动（大约测试完成的25%和50%）期间观察到的稳健反应和相对相似的生理轨迹突显了CARE作为脑震荡后运动测试的可行选项的潜力，特别是在无法进行下肢运动的人群中。

4.2 临床意义和未来方向

目前，还没有一种脑震荡后运动测试能够敏感地检测到无法进行下肢运动的运动员的损伤和限制。因此，目前需要一种基于生理学的、针对上肢的具体运动测试，以接近传统的脑震荡运动测试（BCTT、CCCT）。CARE测试填补了脑震荡研究中的这一重要空白，标志着向更可访问、更具包容性和公平性的脑震荡护理和运动损伤研究迈出了关键一步。随着参与适应性运动的比率持续增长，脑震荡的风险和发生率也可能上升，再加上缺乏针对残障运动员的运动损伤和脑震荡预防研究（Weiler等人，2021年）。因此，CARE测试作为一种工具，对于识别那些传统下肢测试可能不可行的个体的运动不耐受和症状加剧阈值具有有希望的临床效用。重要的是，这种可访问的协议还可以帮助指导个性化的有氧运动处方，这些处方基于生理学信息，以促进残障运动员、同时有下肢损伤的个体或经历头晕或症状诱发的个体的恢复（Leddy等人，2018年）。鉴于CARE和CCCT之间观察到的个体间生理反应差异（图2-4，6-8）以及脑震荡恢复的个体化特性，临床解释应针对每个参与者的独特生理和症状反应曲线进行定制。这在残障运动员的背景下尤为重要，因为损伤特定的考虑可能会进一步影响生理反应曲线和恢复轨迹，尽管还需要进一步的工作来评估这一点（Patricios等人，2023年；Weiler等人，2021年）。因此，在CARE测试的临床应用之前，未来的研究应该探索在具有更强上肢耐力训练的个体（例如划船运动员、游泳运动员）中是否存在类似的生理反应和差异模式，并比较残障运动员和非残疾参与者之间的差异。这样的工作将提高CARE测试的普遍性和临床效用，并帮助确定其在更广泛的脑震荡管理策略中的作用。本研究代表了朝着促进更包容和公平的脑震荡后恢复策略迈出的必要第一步，为未来的研究提供了坚实的基础，以确保SRC研究能够代表更大体育社区中的多样性。

4.3 限制

本研究的样本量相对较小（n = 20）；然而，测试的男性和女性数量相等，并且在每个参与者中比较了结果，因为他们都完成了两种运动测试。此外，之前脑震荡后运动测试的验证，如CCCT（Miutz等人，2024年）和Buffalo Concussion Bike Test（Haider等人，2019年）使用的参与者数量也相似（分别为n = 17和n = 20），支持了当前研究样本量的适当性。此外，样本主要由年轻人/青年人（<30岁）组成，其中包括两名超过50岁的参与者。虽然这些参与者的加入只是适度提高了普遍性，但未来需要使用该年龄段的代表性样本来验证CARE测试在中老年人群中的适用性。此外，未来的研究需要包括更多样化的队列，特别是青少年运动员、残障运动员、具有更强上肢耐力的参与者以及脑震荡参与者，以确认当前发现并支持CARE测试在更广泛人群中的临床效用。还需要将残障运动员的生理反应与非残疾运动员的生理反应进行比较，以提高CARE测试在不同年龄、损伤和健康水平上的普遍性。这些差异可能会影响一般运动测试的生理反应，并可能影响CARE和CCCT之间的一致性。当前研究的另一个限制是在CARE测试中使用手指光电容积描记法测量MAP。虽然手指光电容积描记法可以在运动期间收集，当手指可以保持相对稳定的位置时（跑步机和自行车运动）（Burkart等人，2024年；Miutz等人，2024年），但在ACE期间使用它受到连续上肢骑行运动引起的信号干扰的限制。在本研究中，10名参与者在CARE测试期间的MAP记录因信号干扰而无法进行。此外，本研究中使用经颅多普勒（TCD）作为脑血流指标受到技术假设的限制（Skow等人，2022年）。由于TCD无法量化血管直径，MCAv的测量是在假设血管直径恒定的情况下进行的（Ainslie & Hoiland，2014年）。虽然在约8 Torr的呼气状态下血管直径变化很小（Ainslie & Hoiland，2014年），但在本研究中，两种测试的后期阶段（接近自愿疲劳）血管直径的变化超过了8 Torr的呼气状态，这可能导致脑血流的轻微低估。尽管如此，许多研究仍然使用TCD来测量运动对脑血管的反应，因为它在时间上的优越性和对运动伪影的鲁棒性（Burkart等人，2024年；Miutz等人，2024年；Willie等人，2011年）。虽然要求参与者避免摄入咖啡因、酒精和尼古丁，但没有明确收集习惯性使用的信息。因此，这些混杂因素的长期影响或戒断可能会影响结果（Murray等人，2018年）。本研究的另一个限制是使用10次最大重复次数（10-RM）的二头肌弯举来确定工作负荷。熟悉抗阻训练可能会提高10-RM评估的表现，从而导致工作负荷增加。相反，对上肢抗阻训练的熟悉程度也可能提高ACE的表现。因此，这种方法可能最适合调整运动强度。尽管如此，对于10-RM二头肌弯举重量较低的参与者（<15磅），CARE测试的持续时间比CCCT短（表1）。对于其中一些参与者，CARE测试的持续时间可能比CCCT长（表1）。这些较小的工作负荷增加可能会延长脑震荡运动员的运动测试持续时间，导致与测试阶段相关的症状增加减弱（Imhoff等人，2017年）。此外，参与者对骑行运动的熟悉程度可能影响了研究结果，可能由于参与者在更熟悉的骑行协议（CCCT）中表现出更高的神经肌肉效率和更一致的生理反应，而在不太熟悉的ACE协议（CARE）中则不然（Waldron等人，2016年）。最终，阶段内平均数差异和分钟通气量差异之间的分布违反了使用Bland–Altman分析的假设。尽管如此，为了保持一致性，分钟通气量仍被纳入分析中，并且由于进行了评估ICCs（一致性系数）的收敛统计分析，从而提供了跨多种统计技术的稳健且收敛的评估结果。

4.4 结论

我们发现，CARE测试引发的心率（HR）、平均每分钟通气量（MCAv）等生理反应低于CCCT测试，且个体差异通常随着运动强度的增加而增大。尽管如此，在CARE测试中使用ACE（一种药物）可能引发了足以加剧脑震荡症状的生理反应，并有助于评估运动耐受性。这项研究标志着一个验证过程的开始，旨在开发并实施一种基于生理学的上肢特定运动方案，以帮助评估和康复脑震荡后的残障运动员及下肢功能障碍者。未来该方案将应用于更多不同的人群。补充材料。

作者贡献

Jonathan D. Smirl和Joshua J. Burkart构思并设计了这项研究。Jonathan D. Smirl、Joshua J. Burkart、Matthew G. Neill、Elizabeth K. S. Fletcher、Joel S. Burma和Nathan E. Johnson进行了实验。Jonathan D. Smirl、Joshua J. Burkart、Joel S. Burma和Jean-Michel Galarneau负责数据分析。Jonathan D. Smirl和Joshua J. Burkart撰写了手稿。Matthew G. Neill、Elizabeth K. S. Fletcher、Joel S. Burma、Nathan E. Johnson、Jean-Michel Galarneau、John J. Leddy、Mohammad N. Haider、William M. Adams、Cheri Blauwet、Chantel T. Debert和Carolyn A. Emery参与了手稿的编辑和修订工作。所有作者均批准了手稿的最终版本，并同意对工作的所有方面负责，确保与工作任何部分的准确性或完整性相关的问题得到适当调查和解决。所有参与贡献的作者均符合作者资格要求，所有符合条件的作者均被列入名单。

致谢

感谢参与研究的参与者。

利益冲突

无利益冲突声明。

附录

表A1：卡尔加里改良aRm测力计（CARE）脑震荡运动测试方案，显示了参与者二头肌弯举最大重复次数（10-RM）增加时每阶段的瓦特数（Watt/Stage）变化情况。

10-RM二头肌弯举（磅）
下限
上限
瓦特/阶段

0
6.7
1
6.8
13.4
2
13.5
20.1
3
20.2
26.8
4
26.9
33.5
5
33.6
40.2
6
40.3
46.9
7
47.0
53.6
8
53.7
60.3
9
60.4
67.0

对于参与者10-RM二头肌弯举重量每增加6.7磅（3公斤），CARE测试方案建议增加1瓦特的功率。CARE测试的每个阶段持续时间为1分钟。

数据可用性声明

如需获取文章中的数据，可向相应作者提出合理请求。