Bruce'i testi VO2 max täpsus treenimata inimestel

Standardne Bruce'i jooksulinditest hindab maksimaalset hapnikutarbimist (VO₂ max) – organismi maksimaalset suutlikkust intensiivse pingutuse ajal hapnikku omastada, transportida ja tarbida – kogu kurnatuseni kulunud aja põhjal [3, 4]. Kuigi kestusel põhinevad arvutused korreleeruvad erinevates populatsioonides tugevalt otseste gaasianalüsaatori mõõtmistega, esineb individuaalsetes hinnangutes tavaliselt ±10% kuni 15% varieeruvust [4]. Treenimata inimestel põhjustab protokolli kiire kaldenurga tõus sageli testi enneaegset katkestamist lokaalse jalalihaste väsimuse, mitte tõelise kardiorespiratoorse kurnatuse tõttu, mis moonutab ajapõhist tulemust [6, 8].

Bruce'i protokolli ülesehitus

Algselt südame isheemiatõve ja arütmiate skriinimiseks välja töötatud standardne Bruce'i protokoll järgib ranget astmelist ülesehitust [6, 8]. Test koosneb 3-minutilistest astmetest, alustades 1. astmel kõnnikiirusega 1,7 mph (2,7 km/h) järsu 10% kalde all (intensiivsus umbes 3 kuni 4,7 metaboolset ekvivalenti ehk MET-i) [3, 6, 16]. Koormus tõuseb iga 3 minuti järel samaaegse kiiruse tõstmise ja kaldenurga 2% suurendamise teel, jõudes 7. astmeks kiiruseni 6,0 mph ja 22% kaldenurgani (ligikaudu 20 kuni 21 MET-i) ning 9. astmel kuni 7,0 mph kiiruseni 26% kalde juures [3, 6, 11, 16].

Kui hingamisgaaside otseseks mõõtmiseks ei kasutata gaasianalüsaatorit, hinnatakse VO₂ max väärtust testi kogukestuse ($T$, minutites) põhjal välja töötatud regressioonivalemite abil [4, 6]:

• Üldvalem: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14,76-(1,379\times T)+(0,451\times T^2)-(0,012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Mehed: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+7,65$ [4, 6]
• Noored mehed: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3,62\times T+3,91$ [4, 6]
• Naised: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+3,74$ või $4,38\times T-3,9$ [4, 6, 16]

Need regressioonimudelid korreleeruvad hästi gaasianalüsaatori mõõtmistega ($r=0,85$ kuni $0,95$), kusjuures hinnangu standardviga on ligikaudu 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Kuna valemid eeldavad, et kogukestus peegeldab otseselt aeroobset võimekust, tekitab iga tegur, mis jooksulindil oldud aega kunstlikult lühendab või pikendab, arvutatud tulemuses vea [15, 16].

Järsud kaldenurgad ja lokaalne lihasväsimus

Alustamine 10% kaldega ning selle tõstmine 2% võrra igal astmel tekitab biomehhaanilise koormuse, mis erineb oluliselt tasasel pinnal jooksmisest [6, 8]. Tõusul kõndimine muudab alajäsemete mehaanikat: see lühendab sammu pikkust, vähendab kadentsi, pikendab toefaasi ja topelttoefaasi kestust, nihutab rõhukeset ette ja küljele ning vähendab vertikaalseid maapinna reaktsioonijõude ja põlve siseseid abduktsioonimomente võrreldes tasasel pinnal jooksmisega [19, 20].

Vaatamata liigeste löögikoormuse vähendamisele tekitavad järsud tõusud alajäsemete lihastele suure lokaalse koormuse [8, 19]. Tervetel, kuid treenimata osalejatel põhjustab harjumatu ülesmäge kõndimine sageli ägedat jalgade väsimust, krampe või vahelduva lonkamisega sarnanevat ebamugavustunnet enne tsentraalse kardiopulmonaarse piirini jõudmist [6, 8]. Bruce'i protokolli katkestamiskriteeriumide hulka kuuluvad tugev lihasväsimus, jalakrambid ja vahelduv lonkamine [6]. Kui inimene katkestab testi enneaegselt jalgade lokaalse põletustunde, mitte üldise kurnatuse tõttu, jääb jooksulindi koguaeg lühemaks, mille tulemuseks on kunstlikult madalam VO₂ max hinnang [8].

Otsesed gaasivahetusuuringud kinnitavad, et protokoll võib piirata maksimaalset füsioloogilist pingutust. Randomiseeritud ristuvuuringus, kus võrreldi Bruce'i protokolli sportlase juhitud protokolliga 29 osalejal (kellest 22-l puudus varasem maksimaalse jooksutesti kogemus), olid otsesed VO₂ max mõõtmistulemused peaaegu identsed (46,8 ± 10,7 vs. 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearmani $r=0,93$) [1]. Maksimaalne südame löögisagedus oli standardse Bruce'i protokolli puhul aga oluliselt madalam (179,7 ± 8,7 l/min) võrreldes sportlase juhitud protokolliga (182,8 ± 10,5 l/min), mis näitab, et test võib lõppeda enne tõelise kardiovaskulaarse tippkoormuse saavutamist [1].

Suured koormushüpped ja tempo hoidmise probleemid

Erinevalt rampprotokollidest, mis suurendavad koormust pidevalt või väikeste 1-minutiliste sammudega, tekitavad Bruce'i protokolli 3-minutilised astmed suuri ja äkilisi koormushüppeid, mis põhjustavad ägedat füsioloogilist stressi [12]. Lisaks valmistab väheliikuvatele ja treenimata inimestele sageli raskusi biomehaaniline üleminek järsult kõnnilt jooksule, mis on vajalik 3. ja 4. astmel (alates kiirustest 3,4 mph ja 4,2 mph vastavalt 14% ja 16% kalde juures) [2, 6].

Võrdlusuuring, milles hinnati uudset jooksulindiprotokolli – kus alustati suurema kiiruse ja väiksema kaldega ning kasutati 1-minutilisi samme –, näitas, et osalejad saavutasid samaväärsed VO₂ max väärtused (Blandi-Altmani nihe vs. Bruce = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, keskmine absoluutne protsentuaalne viga < 10%) oluliselt lühema ajaga, vältides jalgade enneaegset lokaalset kurnatust [8].

Käsipuudest kinnihoidmise eksitav mõju

Treenimata inimesed, kes tunnevad end järsul kaldel ebastabiilselt, võtavad sageli kinni jooksulindi käsipuudest [15, 16]. Käsipuudele toetumine moonutab oluliselt testi kestust ja sellest tulenevaid VO₂ max arvutusi [15, 16]:

• Eesmisest käsipuust kinni hoidmine vähendab koormuse metaboolset hinda 10% kuni 20% [16].
• Vähenenud metaboolne nõudlus pikendab kunstlikult jooksulindil oldud koguaega ($T$), mille tõttu regressioonivalemid arvutavad tegelikust kõrgema VO₂ max näitaja [15, 16].
• Ainult kahe ühe käe sõrmeotsaga toetumine vähendab seda kestuse erinevust tervetel meestel, kuid naistel ja patsientidel püsib aja märkimisväärne pikenemine endiselt [15].

Et arvutatud VO₂ max tulemused oleksid usaldusväärsed, tuleb test läbi viia ilma käsipuudele toetumata või neist kinni hoidmata [15, 16].

Alternatiivid treenimata ja väheliikuvatele inimestele

Standardtesti järsu alguse leevendamiseks kasutatakse koormustestides sageli kohandatud protokolle:

• Modifitseeritud Bruce'i protokoll: lisab enne standardset 1. astet kaks 3-minutilist madala koormusega eelasendit: aste 0/1 kiirusel 1,7 mph ja 0% kaldega (~2,3 MET-i), millele järgneb aste 0,5/2 kiirusel 1,7 mph ja 5% kaldega (~3,5 MET-i) [4, 6]. See sujuv üleminek sobib väheliikuvatele või eakatele inimestele enne 10% kaldenurga rakendamist [4, 6].
• Ainult kõnnil põhinevad suure kaldega protokollid: inimestel, kes ei suuda joosta, annavad püsiva kiirusega kõnniprotokollid (näiteks 3,6 mph kalde tõusuga 5% iga 3 minuti järel kuni 25% kaldenurgani, saavutades umbes 3,88 W/kg) reaalsed VO₂ max väärtused, mis ei erine oluliselt standardse Bruce'i tulemustest ($44,97\pm 7,71$ vs. $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), kusjuures 93% andmepunktidest jääb Blandi-Altmani analüüsis vahemikku ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [2].
• Rampprotokollid: lühemate astmetega protokollid (tavaliselt 1 minut või pidev koormuse tõus) tagavad sujuvama progressiooni, mis vähendab äkilist lokaalset väsimust ning võimaldab paremini tuvastada metaboolseid lävesid ja hapnikutarbimise platoosid [8, 12].