Точност на протокола на Брус за определяне на VO2 max при нетренирани

Стандартният тест на Брус на бягаща пътека оценява максималната кислородна консумация (VO₂ max) — максималния темп, с който тялото може да усвоява, транспортира и използва кислород по време на интензивно натоварване — на базата на общото време до изтощение [3, 4]. Въпреки че изчисленията, базирани на продължителността, корелират силно с директните измервания чрез метаболитна количка при различни популации, индивидуалните оценки обикновено имат вариация от ±10% до 15% [4]. При нетренирани лица бързото увеличаване на наклона в протокола често води до преждевременно прекратяване на теста поради локална умора в краката, а не поради истинско кардиореспираторно изтощение, което изкривява изчисленията, базирани на времето [6, 8].

Структура на протокола на Брус

Първоначално разработен за клиничен скрининг на пациенти за коронарна артериална болест и аритмии, стандартният протокол на Брус следва строг многостепенен дизайн [6, 8]. Тестът преминава през 3-минутни етапи, започвайки на Етап 1 със скорост на ходене от 1,7 мили/ч (2,7 км/ч) при стръмен наклон от 10% (интензивност от приблизително 3 до 4,7 метаболитни еквивалента, или METs) [3, 6, 16]. Натоварването нараства на всеки 3 минути чрез едновременно увеличаване на скоростта и добавяне на 2% към наклона на пътеката, достигайки 6,0 мили/ч при 22% наклон на Етап 7 (приблизително 20 до 21 METs) и до 7,0 мили/ч при 26% наклон на Етап 9 [3, 6, 11, 16].

Когато не се използват метаболитни колички за директно измерване на дихателните газове в реално време, стойността на VO₂ max се изчислява от общата продължителност на теста ($T$, в минути) чрез утвърдени регресионни формули [4, 6]:

• Обща формула: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Мъже: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Млади мъже: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Жени: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ или $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Тези регресионни модели корелират добре с измерванията от метаболитни колички ($r=0.85$ до $0.95$) със стандартна грешка на оценката около 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Въпреки това, тъй като уравненията предполагат, че общата продължителност отразява директно аеробния капацитет, всеки фактор, който изкуствено скъсява или удължава времето на бягащата пътека, внася грешка в изчисления резултат [15, 16].

Стръмни наклони и локална мускулна умора

Започването с 10% наклон и покачването му с 2% на всеки етап създава биомеханичен профил, който се различава значително от бягането на равен терен [6, 8]. Ходенето под наклон променя механиката на долните крайници: то скъсява дължината на крачката, намалява каданса, увеличава продължителността на фазата на опора и двойна опора, измества центъра на налягането напред и латерално и намалява вертикалните сили на реакция на опората и вътрешните моменти на абдукция в коляното в сравнение с бягането на равно [19, 20].

Въпреки че намаляват ударните сили върху ставите, стръмните наклони натоварват изключително много мускулатурата на долните крайници [8, 19]. При здрави, но нетренирани участници, непривичното ходене по наклон често предизвиква остра умора в краката, крампи или дискомфорт, наподобяващ клаудикация, преди да бъдат достигнати централните кардиопулмонални лимити [6, 8]. Критериите за прекратяване на теста по протокола на Брус включват тежка мускулна умора, крампи в краката и клаудикация [6]. Когато дадено лице прекрати теста преждевременно поради локално парене в краката, а не поради централно изтощение, общото време на пътеката се съкращава, което води до изкуствено занижена оценка на VO₂ max [8].

Проучвания с директен газов анализ потвърждават, че протоколът може да ограничи максималното физиологично усилие. В рандомизирано кръстосано проучване, сравняващо протокола на Брус с протокол, воден от темпото на атлета, при 29 участници (22 от които нямат предишен опит с максимални тестове за бягане), директните измервания на VO₂ max са почти идентични (46,8 ± 10,7 спрямо 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Спиърман $r=0.93$) [1]. Максималният сърдечен ритъм обаче е значително по-нисък при стандартния протокол на Брус (179,7 ± 8,7 уд./мин) в сравнение с протокола, воден от атлета (182,8 ± 10,5 уд./мин), което показва, че дизайнът на теста може да доведе до прекратяване преди настъпването на истинско пиково сърдечносъдово натоварване [1].

Големи стъпки между етапите и проблеми с темпото

За разлика от рамп протоколите, които увеличават натоварването непрекъснато или с малки стъпки от по 1 минута, 3-минутните етапи на протокола на Брус водят до големи, резки скокове в натоварването, предизвикващи остър физиологичен стрес [12]. Освен това хората с уседнал начин на живот и нетренираните често се затрудняват с биомеханичния преход от стръмно ходене към бягане, изискван в Етапи 3 и 4 (започващи съответно при 3,4 мили/ч и 4,2 мили/ч при наклони от 14% и 16%) [2, 6].

Сравнително проучване, оценяващо нов протокол за бягаща пътека — стартиращ с по-високи скорости, по-ниски наклони и 1-минутни стъпки — показва, че участниците достигат еквивалентни стойности на VO₂ max (отклонение по Bland-Altman спрямо Брус = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, средна абсолютна процентна грешка < 10%) за значително по-кратко време до изтощение, като същевременно избягват преждевременния локален мускулен отказ в краката [8].

Изкривяващ ефект от хващането за ръкохватките

Нетренираните лица, които се чувстват нестабилни при стръмни наклони, често се хващат за ръкохватките на бягащата пътека [15, 16]. Опората на ръцете значително изкривява продължителността на теста и получените изчисления за VO₂ max [15, 16]:

• Държането за предната ръкохватка намалява метаболитната цена на натоварването с 10% до 20% [16].
• Това намалено метаболитно изискване изкуствено удължава общото време на пътеката ($T$), което кара регресионните формули да изчислят завишен VO₂ max [15, 16].
• Ограничаването на контакта само до върховете на два пръста на едната ръка намалява тази разлика във времето при здрави мъже, но значителното изкуствено удължаване се запазва при жените и клиничните пациенти [15].

За да бъдат изчислените стойности на VO₂ max валидни, тестът трябва да се изпълнява без облягане или хващане за ръкохватките [15, 16].

Алтернативи за нетренирани и водещи заседнал начин на живот лица

За да се смекчи стръмният първоначален скок на стандартния тест, клиничните тестове с натоварване често използват модифицирани протоколи:

• Модифициран протокол на Брус: Добавя два предварителни 3-минутни етапа с ниско натоварване преди достигането на стандартния Етап 1: Етап 0/1 при 1,7 мили/ч и 0% наклон (~2,3 METs), последван от Етап 0.5/2 при 1,7 мили/ч и 5% наклон (~3,5 METs) [4, 6]. Това плавно въвеждане е подходящо за заседнали или по-възрастни лица, преди да се премине към 10% наклон [4, 6].
• Протоколи само с ходене при голям наклон: За лица, които не могат да бягат, протоколите за ходене с постоянна скорост (като например 3,6 мили/ч с увеличаване на наклона с 5% на всеки 3 минути до достигане на 25%, генериращи около 3,88 W/kg) водят до реални стойности на VO₂ max, които не се различават съществено от резултатите при стандартния Брус ($44.97\pm 7.71$ спрямо $45.99\pm 7.57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0.95$), като 93% от точките попадат в рамките на ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ при анализ по Bland-Altman [2].
• Рамп протоколи: Протоколите с по-кратки етапи (обикновено 1 минута или непрекъснато нарастване) осигуряват по-плавна прогресия, което намалява внезапната локална умора и позволява по-ясно идентифициране на метаболитните прагове и платото в кислородната консумация [8, 12].