دقة بروتوكول بروس لقياس VO2 Max لدى غير المتدربين

يقدّر اختبار بروس القياسي على جهاز المشي الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (VO₂ max) — وهو أقصى معدل يمكن للجسم من خلاله استيعاب الأكسجين ونقله واستخدامه أثناء المجهود الشديد — استناداً إلى الوقت الإجمالي حتى الإنهاك [3, 4]. ورغم أن الحسابات المعتمدة على المدة ترتبط بقوة بالقياسات المباشرة لأجهزة تحليل الغازات التنفسية عبر مجموعات سكانية مختلفة، فإن التقديرات الفردية تنطوي عادةً على تباين يتراوح بين ±10% و15% [4]. وبالنسبة لغير المتدربين، غالباً ما يتسبب التدرج السريع في الانحدار بإنهاء الاختبار مبكراً نتيجة الإجهاد العضلي الموضعي في الساقين بدلاً من الإنهاك القلبي التنفسي الفعلي، مما يؤدي إلى تشويه نتائج الحسابات القائمة على الوقت [6, 8].

هيكل بروتوكول بروس

صُمم بروتوكول بروس القياسي في الأصل لفحص المرضى سريرياً للكشف عن مرض الشريان التاجي واضطرابات النظم القلبي، وهو يتبع تصميماً صارماً متعدد المراحل [6, 8]. يتدرج الاختبار عبر مراحل مدة كل منها 3 دقائق، بدءاً من المرحلة الأولى بسرعة مشي تبلغ 1.7 ميل/ساعة (2.7 كم/ساعة) عند انحدار حاد بنسبة 10% (بشدة تعادل تقريباً 3 إلى 4.7 مكافئ أيضي، أو METs) [3, 6, 16]. ويتصاعد عبء الجهد كل 3 دقائق من خلال زيادة السرعة وإضافة 2% إلى انحدار جهاز المشي في الوقت نفسه، ليصل إلى 6.0 ميل/ساعة عند انحدار 22% بحلول المرحلة السابعة (حوالي 20 إلى 21 METs) وحتى 7.0 ميل/ساعة عند انحدار 26% في المرحلة التاسعة [3, 6, 11, 16].

عندما لا تُستخدم أجهزة تحليل الغازات التنفسية المباشرة نفساً بنَفَس، يُقدَّر الـ VO₂ max من إجمالي مدة الاختبار ($T$، بالدقائق) باستخدام معادلات الانحدار المعتمدة [4, 6]:

• المعادلة العامة: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• الرجال: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• الشباب: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• النساء: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ أو $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

ترتبط نماذج الانحدار هذه ارتباطاً جيداً بقياسات عربة التمثيل الغذائي ($r=0.85$ إلى $0.95$) مع خطأ معياري في التقدير يبلغ حوالي 3.0 مل·كجم⁻¹·دقيقة⁻¹ [4, 16]. ومع ذلك، نظراً لأن المعادلات تفترض أن المدة الإجمالية تعكس السعة الهوائية بشكل مباشر، فإن أي عامل يقصر وقت جهاز المشي أو يطيله بشكل مصطنع يُدخل خطأً في النتيجة المحسوبة [15, 16].

الانحدارات الحادة والإجهاد العضلي الموضعي

يخلق البدء عند انحدار بنسبة 10% والزيادة بنسبة 2% في كل مرحلة نمطاً ميكانيكياً حيوياً يختلف عن الركض على أرض مستوية [6, 8]. يغير المشي على المنحدرات ميكانيكا الأطراف السفلية: فهو يقصر طول الخطوة، ويقلل من معدل الخطوات (cadence)، ويزيد من مدة الارتكاز والارتكاز المزدوج، ويزيح مركز الضغط إلى الأمام والجانب، ويقلل من قوى رد فعل الأرض العمودية وعزوم إبعاد الركبة الداخلية مقارنة بالركض المستوي [19, 20].

على الرغم من تقليل قوى التأثير على المفاصل، تفرض الانحدارات الحادة متطلبات موضعية ثقيلة على عضلات الأطراف السفلية [8, 19]. وفي المشاركين الأصحاء ولكن غير المتدربين، غالباً ما يؤدي المشي صعوداً غير المعتاد إلى إجهاد حاد في الساقين، أو تقلصات عضلية، أو انزعاج شبيه بالعرج المتقطع قبل الوصول إلى الحدود القلبية الرئوية المركزية [6, 8]. وتشمل معايير إنهاء اختبار بروتوكول بروس الإجهاد العضلي الشديد، وتشنجات الساقين، والعرج [6]. وعندما ينهي الفرد الاختبار مبكراً بسبب الشعور بالحرقة الموضعية في الساقين بدلاً من الإرهاق المركزي، تتقلص المدة الإجمالية على جهاز المشي، مما ينتج عنه تقدير منخفض بشكل زائف للـ VO₂ max [8].

تؤكد دراسات التبادل الغازي المباشر أن هذا البروتوكول يمكن أن يحد من الوصول إلى أقصى جهد فسيولوجي. ففي تجربة عشوائية متقاطعة قارنت بروتوكول بروس ببروتوكول يقوده الرياضي نفسه لدى 29 مشاركاً (22 منهم لم تكن لديهم خبرة سابقة في اختبارات الركض الأقصى)، كانت قياسات الـ VO₂ max المباشرة متطابقة تقريباً (46.8 ± 10.7 مقابل 47.0 ± 9.1 مل·كجم⁻¹·دقيقة⁻¹؛ معامل سبيرمان $r=0.93$) [1]. ومع ذلك، كان أقصى معدل لضربات القلب أقل بشكل ملحوظ في بروتوكول بروس القياسي (179.7 ± 8.7 نبضة في الدقيقة) مقارنة بالبروتوكول الموجه من الرياضي (182.8 ± 10.5 نبضة في الدقيقة)، مما يشير إلى أن تصميم الاختبار قد ينتهي قبل حدوث أقصى جهد قلبي وعائي فعلي [1].

القفزات الكبيرة بين المراحل وصعوبات تنظيم الجهد

على عكس بروتوكولات التدرج الخطي المستمر (ramp) التي تزيد من عبء العمل باستمرار أو بزيادات صغيرة كل دقيقة، تؤدي مراحل بروتوكول بروس التي تبلغ مدتها 3 دقائق إلى قفزات مفاجئة وكبيرة في العبء التدريبي مما يولد ضغطاً فسيولوجياً حاداً [12]. علاوة على ذلك، غالباً ما يواجه الأفراد الخاملون وغير المتدربين صعوبة في الانتقال الميكانيكي الحيوي من المشي الحاد إلى الركض المطلوب في المرحلتين 3 و4 (بدءاً من 3.4 ميل/ساعة و4.2 ميل/ساعة عند انحدار 14% و16%) [2, 6].

أظهرت دراسة مقارنة لتقييم بروتوكول جديد على جهاز المشي — بدأ بسرعات أعلى وانحدار أقل واستخدم زيادات كل دقيقة — أن المشاركين وصلوا إلى قيم مكافئة للـ VO₂ max (انحياز بلاند-ألتمان مقابل بروس = 0.824 ± 3.163 مل·كجم⁻¹·دقيقة⁻¹، ومتوسط النسبة المئوية للخطأ المطلق < 10%) في وقت أقل بكثير حتى الإنهاك مع تجنب الفشل العضلي الموضعي المبكر في الساقين [8].

التأثير المضلل للإمساك بالمقابض

غالباً ما يمسك غير المتدربين الذين يشعرون بعدم الاستقرار على المنحدرات الحادة بمقابض جهاز المشي [15, 16]. ويؤدي استخدام المقابض إلى تشويه مدة الاختبار وحسابات الـ VO₂ max الناتجة عنها بشكل جوهري [15, 16]:

• يؤدي الإمساك بالمقبض الأمامي إلى تقليل التكلفة الأيضية لعبء العمل بنسبة 10% إلى 20% [16].
• يؤدي هذا الانخفاض في الطلب الأيضي إلى إطالة إجمالي وقت جهاز المشي ($T$) بشكل مصطنع، مما يدفع صيغ الانحدار إلى حساب قيمة مبالغ فيها للـ VO₂ max [15, 16].
• يقلل حصر التلامس على أطراف إصبعين من يد واحدة من هذا الفارق الزمني لدى الرجال الأصحاء، لكن تضخم الوقت يظل ملحوظاً بين النساء والمرضى السريريين [15].

للحفاظ على صحة نتائج الـ VO₂ max المحسوبة، يجب إجراء الاختبار دون الاتكاء على المقابض أو الإمساك بها [15, 16].

بدائل لغير المتدربين والخاملين

للتخفيف من القفزة الأولية الحادة للاختبار القياسي، غالباً ما تعتمد الاختبارات السريرية على بروتوكولات معدلة:

• بروتوكول بروس المعدل: يضيف مرحلتين تمهيديتين بجهد منخفض مدة كل منهما 3 دقائق قبل الوصول إلى المرحلة الأولى القياسية: المرحلة 0/1 بسرعة 1.7 ميل/ساعة وانحدار 0% (~2.3 METs)، تليها المرحلة 0.5/2 بسرعة 1.7 ميل/ساعة وانحدار 5% (~3.5 METs) [4, 6]. يتيح هذا التدرج التدريجي استيعاب الأفراد الخاملين أو كبار السن قبل مواجهة انحدار الـ 10% [4, 6].
• بروتوكولات المشي فقط على انحدار عالٍ: بالنسبة للأفراد غير القادرين على الركض، فإن بروتوكولات المشي بسرعة ثابتة (مثل 3.6 ميل/ساعة مع زيادة الانحدار بنسبة 5% كل 3 دقائق حتى تصل إلى 25%، محققة حوالي 3.88 واط/كجم) تستخرج قيم VO₂ max حقيقية لا تختلف بشكل ذي دلالة إحصائية عن نتائج بروس القياسية ($44.97\pm 7.71$ مقابل $45.99\pm 7.57$ مل·كجم⁻¹·دقيقة⁻¹، $R=0.95$)، مع وقوع 93% من نقاط البيانات ضمن نطاق ±4.5 مل·كجم⁻¹·دقيقة⁻¹ في تحليل بلاند-ألتمان [2].
• بروتوكولات التدرج الخطي المستمر (Ramp): توفر البروتوكولات ذات المراحل الأقصر (عادة دقيقة واحدة أو زيادات مستمرة) تدرجات أكثر سلاسة تقلل من الإجهاد الموضعي المفاجئ وتسمح بتحديد أوضح للعتبات الأيضية وثبات معدل استهلاك الأكسجين (oxygen plateaus) [8, 12].