Přesnost Bruceova protokolu pro odhad VO2 max u netrénovaných jedinců

Standardní Bruceův test na běžeckém pásu odhaduje maximální spotřebu kyslíku (VO₂ max) – maximální rychlost, jakou tělo dokáže přijímat, transportovat a využívat kyslík během intenzivního cvičení – z celkového času do vyčerpání [3, 4]. Ačkoli výpočty založené na době trvání napříč populacemi silně korelují s přímým měřením pomocí spiroergometrie, individuální odhady obvykle vykazují odchylku ±10 % až 15 % [4]. U netrénovaných jedinců rychlý nárůst sklonu v protokolu často způsobuje předčasné ukončení testu kvůli lokální svalové únavě nohou spíše než kvůli skutečnému kardiorespiračnímu vyčerpání, což zkresluje výpočet výsledného skóre založeného na čase [6, 8].

Struktura Bruceova protokolu

Standardní Bruceův protokol, původně vyvinutý pro screening pacientů s ischemickou chorobou srdeční a arytmiemi v klinické praxi, má striktní vícestupňový design [6, 8]. Test probíhá ve tříminutových fázích a začíná v 1. fázi rychlostí chůze 1,7 mph (2,7 km/h) při strmém 10% sklonu (intenzita zhruba 3 až 4,7 metabolických ekvivalentů neboli MET) [3, 6, 16]. Zátěž se stupňuje každé 3 minuty současným zvýšením rychlosti a přidáním 2 % ke sklonu pásu, přičemž v 7. fázi dosahuje 6,0 mph při 22% sklonu (přibližně 20 až 21 MET) a v 9. fázi až 7,0 mph při 26% sklonu [3, 6, 11, 16].

Pokud se k přímému měření dýchacích plynů nepoužívá spiroergometrie, odhaduje se VO₂ max z celkové doby trvání testu ($T$, v minutách) pomocí zavedených regresních rovnic [4, 6]:

• Obecný vzorec: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Muži: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Mladí muži: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Ženy: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ nebo $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Tyto regresní modely dobře korelují s přímým měřením spiroergometrií ($r=0,85$ až $0,95$) se standardní chybou odhadu kolem 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Protože však tyto rovnice předpokládají, že celková doba trvání přímo odráží aerobní kapacitu, jakýkoli faktor, který čas na běžeckém pásu uměle zkrátí nebo prodlouží, vnáší do vypočteného skóre chybu [15, 16].

Strmý sklon a lokální svalová únava

Zahájení testu při 10% sklonu a jeho navyšování o 2 % v každé fázi vytváří zcela odlišný biomechanický profil než běh po rovině [6, 8]. Chůze do kopce mění mechaniku dolních končetin: zkracuje délku kroku, snižuje kadenci, prodlužuje dobu trvání fáze opory i dvojí opory, posouvá těžiště tlaku dopředu a do stran a ve srovnání s během po rovině snižuje vertikální reakční síly podložky a vnitřní abdukční momenty kolene [19, 20].

I když strmý sklon snižuje rázové zatížení kloubů, klade vysoké lokální nároky na svalstvo dolních končetin [8, 19]. U zdravých, ale netrénovaných účastníků nezvyklá chůze do kopce často vyvolává akutní únavu nohou, křeče nebo klaudikační diskomfort ještě předtím, než je dosaženo limitů centrálního kardiopulmonálního systému [6, 8]. Mezi kritéria pro ukončení Bruceova protokolu patří těžká svalová únava, křeče v nohách a klaudikace [6]. Pokud jedinec ukončí test předčasně kvůli lokálnímu pálení v nohou spíše než kvůli celkovému vyčerpání, celková doba na běžeckém pásu se zkrátí, což vede k uměle sníženému odhadu VO₂ max [8].

Studie přímé analýzy výměny plynů potvrzují, že tento protokol může omezit dosažení maximálního fyziologického vypětí. V randomizované zkřížené studii porovnávající Bruceův protokol s protokolem řízeným sportovcem u 29 účastníků (z nichž 22 nemělo žádné předchozí zkušenosti s maximálním běžeckým testem) byla přímo naměřená hodnota VO₂ max téměř identická (46,8 ± 10,7 vs. 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearmanovo $r=0,93$) [1]. Maximální tepová frekvence však byla u standardního Bruceova protokolu významně nižší (179,7 ± 8,7 tepů/min) v porovnání s protokolem řízeným sportovcem (182,8 ± 10,5 tepů/min), což naznačuje, že design testu může vést k jeho ukončení před dosažením skutečného kardiovaskulárního maxima [1].

Velké skoky mezi fázemi a problémy s tempem

Na rozdíl od rampových protokolů, které zvyšují zátěž plynule nebo v malých jednominutových intervalech, tříminutové fáze Bruceova protokolu vytvářejí velké a náhlé skoky v zátěži způsobující akutní fyziologický stres [12]. Sedaví a netrénovaní jedinci mají navíc často potíže s biomechanickým přechodem z prudké chůze do běhu, který je vyžadován ve 3. a 4. fázi (začínající na 3,4 mph a 4,2 mph při sklonu 14 % a 16 %) [2, 6].

Srovnávací studie hodnotící nový běhátkový protokol – který začínal vyšší rychlostí s menším sklonem a využíval jednominutové navyšování – prokázala, že účastníci dosáhli ekvivalentních hodnot VO₂ max (Bland-Altmanovo zkreslení vs. Bruce = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, průměrná absolutní procentuální chyba < 10 %) za podstatně kratší dobu do vyčerpání, přičemž se vyhnuli předčasnému lokálnímu selhání nohou [8].

Zkreslující vliv přidržování se madel

Netrénovaní jedinci, kteří se na strmém sklonu cítí nestabilně, se často chytají madel běžeckého pásu [15, 16]. Opora o madla však zásadním způsobem zkresluje dobu trvání testu i výsledné výpočty VO₂ max [15, 16]:

• Držení se předního madla snižuje metabolickou náročnost zátěže o 10 % až 20 % [16].
• Tato snížená metabolická náročnost uměle prodlužuje celkový čas na běžeckém pásu ($T$), v důsledku čehož regresní vzorce vypočítají nadhodnocenou hodnotu VO₂ max [15, 16].
• Omezení kontaktu na pouhé konečky dvou prstů jedné ruky sice tento časový rozdíl u zdravých mužů snižuje, u žen a klinických pacientů však významné nadhodnocení času přetrvává [15].

Aby byly vypočtené hodnoty VO₂ max platné, musí být test prováděn bez opírání se o madla nebo jejich přidržování [15, 16].

Alternativy pro netrénované a sedavé jedince

Pro zmírnění prudkého počátečního skoku standardního testu se v klinickém zátěžovém testování často využívají modifikované protokoly:

• Modifikovaný Bruceův protokol: Přidává před standardní 1. fázi dvě přípravné tříminutové fáze s nízkou zátěží: fázi 0/1 při rychlosti 1,7 mph a 0% sklonu (~2,3 MET), následovanou fází 0,5/2 při 1,7 mph a 5% sklonu (~3,5 MET) [4, 6]. Tento postupný náběh vyhovuje sedavým nebo starším osobám ještě předtím, než nastoupí 10% sklon [4, 6].
• Protokoly pouze s chůzí při vysokém sklonu: U jedinců neschopných běhu vyvolávají protokoly s chůzí konstantní rychlostí (např. 3,6 mph se zvyšováním sklonu o 5 % každé 3 minuty až do 25% sklonu, při dosažení zhruba 3,88 W/kg) skutečné hodnoty VO₂ max, které se významně neliší od výsledků standardního Bruceova protokolu ($44,97\pm 7,71$ vs. $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), přičemž 93 % datových bodů spadá v Bland-Altmanově analýze do rozmezí ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [2].
• Rampové protokoly: Protokoly s kratšími fázemi (obvykle 1 minuta nebo kontinuální navyšování) nabízejí plynulejší progresi, která snižuje náhlou lokální únavu a umožňuje přesnější identifikaci metabolických prahů a plató spotřeby kyslíku [8, 12].