Bruce-protokollens præcision til måling af VO₂ max hos utrænede

Den klassiske Bruce-løbebåndstest estimerer maksimal iltoptagelse (VO₂ max) – den maksimale mængde ilt, kroppen kan optage, transportere og udnytte under intensiv fysisk aktivitet – ud fra den samlede tid til udmattelse [3, 4]. Selvom tidsbaserede beregninger korrelerer stærkt med direkte laboratoriemålinger på tværs af befolkningsgrupper, har individuelle estimater typisk en variation på ±10 % til 15 % [4]. Hos utrænede personer fører protokollens hurtige stigning i hældning ofte til, at testen afbrydes for tidligt på grund af lokal træthed i benene frem for egentlig kardiorespiratorisk udmattelse, hvilket forvrænger de tidsbaserede beregninger [6, 8].

Bruce-protokollens opbygning

Bruce-protokollen blev oprindeligt udviklet til at screene patienter for iskæmisk hjertesygdom og hjerterytmeforstyrrelser i klinisk praksis og følger et fast opbygget flertrinsdesign [6, 8]. Testen skrider frem i trin af 3 minutters varighed og starter på trin 1 med en ganghastighed på 1,7 mph (2,7 km/t) ved en stejl stigning på 10 % (en intensitet svarende til cirka 3 til 4,7 metaboliske ækvivalenter eller METs) [3, 6, 16]. Arbejdsbelastningen øges hvert 3. minut ved samtidigt at øge hastigheden og tilføje 2 % til løbebåndets hældning. På trin 7 når belastningen 6,0 mph ved 22 % hældning (cirka 20 til 21 METs) og helt op til 7,0 mph ved 26 % hældning på trin 9 [3, 6, 11, 16].

Når der ikke anvendes direkte gasskifteanalyse via åndedrætsmaske til at måle udåndingsluften, estimeres VO₂ max ud fra den samlede testvarighed ($T$ i minutter) ved hjælp af etablerede regressionsformler [4, 6]:

• Generel formel: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14,76-(1,379\times T)+(0,451\times T^2)-(0,012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Mænd: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+7,65$ [4, 6]
• Unge mænd: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3,62\times T+3,91$ [4, 6]
• Kvinder: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+3,74$ eller $4,38\times T-3,9$ [4, 6, 16]

Disse regressionsmodeller korrelerer godt med direkte laboratoriemålinger ($r=0,85$ til $0,95$) med en standardestimeringsfejl på omkring 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Men fordi formlerne forudsætter, at den samlede varighed afspejler den aerobe kapacitet direkte, vil enhver faktor, der kunstigt forkorter eller forlænger tiden på løbebåndet, skabe unøjagtigheder i det beregnede resultat [15, 16].

Stejle stigninger og lokal muskeltræthed

At starte på en hældning på 10 % og stige med 2 % for hvert trin skaber en biomekanisk belastningsprofil, der adskiller sig markant fra løb på fladt underlag [6, 8]. Gang på stigninger ændrer benenes bevægemønster: skridtlængden forkortes, skridtfrekvensen falder, standfasen og den dobbelte standfase forlænges, trykcentret flyttes fremad og lateralt, og de vertikale stødabsorberingskræfter samt det indre knæabduktionsmoment reduceres sammenlignet med fladt løb [19, 20].

Selvom stødbelastningen på leddene reduceres, stiller stejle stigninger store lokale krav til muskulaturen i underekstremiteterne [8, 19]. Hos raske, men utrænede deltagere medfører uvant gang op ad bakke ofte akut muskeltræthed i benene, kramper eller claudicatio-lignende smerter, længe før de centrale hjerte-lunge-mæssige begrænsninger nås [6, 8]. Kriterierne for at afbryde en Bruce-test inkluderer udtalt muskeltræthed, lægkramper og claudicatio [6]. Når en person afslutter testen før tid på grund af lokal syredannelse og brændende fornemmelse i benene frem for central udmattelse, forkortes den samlede tid på løbebåndet, hvilket resulterer i et kunstigt for lavt estimat af VO₂ max [8].

Studier med direkte måling af gasskifte bekræfter, at protokollens udformning kan forhindre maksimal fysiologisk udnyttelse. I et randomiseret overkrydsningsstudie med 29 deltagere (hvoraf 22 ikke tidligere havde erfaring med maksimale løbetest), hvor man sammenlignede Bruce-protokollen med en atletstyret protokol, var de direkte målte VO₂ max-værdier stort set identiske ($46,8\pm 10,7$ mod $47,0\pm 9,1$ ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearman $r=0,93$) [1]. Den maksimale puls var dog signifikant lavere under standard Bruce-protokollen ($179,7\pm 8,7$ slag/min) sammenlignet med den atletstyrede protokol ($182,8\pm 10,5$ slag/min), hvilket indikerer, at testens opbygning kan føre til stop, før den reelle kardiovaskulære spidsbelastning opnås [1].

Store spring mellem trin og udfordringer med tempoet

I modsætning til rampeprotokoller, der øger arbejdsbelastningen kontinuerligt eller i små trin på 1 minut, medfører Bruce-protokollens 3-minutters trin store, pludselige stigninger i belastningen, som udløser akut fysiologisk stress [12]. Derudover har stillesiddende og utrænede personer ofte svært ved den biomekaniske overgang fra stejl gang til løb, som kræves i trin 3 og 4 (hvor der startes ved henholdsvis 3,4 mph og 4,2 mph på hældninger på 14 % og 16 %) [2, 6].

Et sammenlignende studie, der evaluerede en ny løbebåndsprotokol – med højere hastigheder, lavere hældninger og trin på 1 minut – viste, at deltagerne opnåede tilsvarende VO₂ max-værdier (Bland-Altman-bias mod Bruce = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, gennemsnitlig absolut procentuel fejl < 10 %) på væsentligt kortere tid til udmattelse, samtidig med at de undgik for tidlig lokal muskelsvigt i benene [8].

Den forstyrrende effekt af støtte på gelænderet

Utrænede personer, der føler sig usikre på de stejle stigninger, tager ofte fat i løbebåndets gelændere eller håndtag [15, 16]. At støtte sig til gelænderet forvrænger testens varighed og de deraf afledte beregninger af VO₂ max markant [15, 16]:

• At holde fast i det forreste gelænder reducerer den metaboliske belastning af arbejdet med 10 % til 20 % [16].
• Denne reducerede metaboliske belastning forlænger den samlede tid på løbebåndet ($T$) kunstigt, hvilket får regressionsformlerne til at beregne et overestimeret VO₂ max [15, 16].
• Hvis støtten begrænses til fingerspidserne af to fingre på én hånd, reduceres denne tidsforlængelse hos raske mænd, men der ses fortsat en betydelig kunstig forlængelse af testtiden blandt kvinder og kliniske patienter [15].

For at de beregnede VO₂ max-værdier forbliver pålidelige, skal testen gennemføres helt uden at læne sig op ad eller holde fast i gelændere [15, 16].

Alternativer til utrænede og inaktive personer

For at afbøde den stejle startbelastning i standardtesten anvender kliniske testmiljøer ofte modificerede protokoller:

• Modificeret Bruce-protokol: Tilføjer to indledende 3-minutters trin med lav belastning forud for det klassiske trin 1: Trin 0/1 ved 1,7 mph og 0 % stigning (~2,3 METs), efterfulgt af trin 0,5/2 ved 1,7 mph og 5 % stigning (~3,5 METs) [4, 6]. Denne gradvise opbygning er mere skånsom for inaktive eller ældre personer, før 10 %-hældningen introduceres [4, 6].
• Rene gangprotokoller med høj stigning: Til personer, der ikke kan løbe, kan gangprotokoller med konstant hastighed (f.eks. 3,6 mph med 5 % stigning hvert 3. minut op til 25 % hældning, svarende til cirka 3,88 W/kg) fremkalde reelle VO₂ max-værdier, der ikke afviger signifikant fra standard Bruce-resultater ($44,97\pm 7,71$ mod $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), hvor 93 % af datapunkterne lå inden for $\pm 4,5$ ml·kg⁻¹·min⁻¹ i Bland-Altman-analysen [2].
• Rampeprotokoller: Protokoller med kortere trin (typisk 1 minut eller kontinuerlig stigning) giver en mere jævn progression, som mindsker pludselig lokal muskeltræthed og gør det lettere at identificere metaboliske tærskler og iltoptagelsesplateauer tydeligt [8, 12].