क्या हार्ट रेट रिज़र्व ज़ोन वास्तविक मेटाबॉलिक थ्रेशोल्ड से मेल खाते हैं?

कार्वोनेन (Karvonen) विधि से गणना किए जाने वाले हार्ट रेट रिज़र्व (HRR) फॉर्मूले, मेटाबॉलिक कार्य दरों का जनसंख्या-स्तर पर एक मोटा अनुमान प्रदान करते हैं, लेकिन वे अक्सर व्यक्तिगत वेंटिलेटरी और ब्लड लैक्टेट थ्रेशोल्ड के साथ सटीक रूप से मेल खाने में विफल रहते हैं [2, 17]। यद्यपि समूह के औसत अनुमानित पैटर्न दिखाते हैं, फिर भी व्यक्तिगत थ्रेशोल्ड हार्ट रेट फिटनेस स्तर, लिंग और स्वास्थ्य स्थितियों के अनुसार काफी भिन्न होते हैं [8, 11, 19]। केवल मानक HRR प्रतिशत पर निर्भर रहने से एथलीट और क्लिनिकल आबादी अक्सर अपने इच्छित स्तर की तुलना में उच्च या निम्न मेटाबॉलिक डोमेन में प्रशिक्षण करने लगते हैं [8, 14, 17]।

थ्री-डोमेन मेटाबॉलिक मॉडल

एंड्यूरेंस एक्सरसाइज़ फिजियोलॉजी कार्य आउटपुट को दो शारीरिक सीमा बिंदुओं द्वारा विभाजित तीन प्राथमिक मेटाबॉलिक तीव्रता डोमेन में बांटती है [19]:

1. मॉडरेट डोमेन: पहले वेंटिलेटरी थ्रेशोल्ड (VT1) या पहले लैक्टेट थ्रेशोल्ड (LT1) से नीचे की कार्य दरें [19]। इस डोमेन में, ब्लड लैक्टेट बेसलाइन के करीब रहता है (अक्सर बेसलाइन से 0.5 mM से कम की वृद्धि के रूप में परिभाषित), और फैट ऑक्सीडेशन बढ़ा हुआ होता है [5, 17]।
2. हेवी डोमेन: पहले मेटाबॉलिक थ्रेशोल्ड (LT1/VT1) और दूसरे मेटाबॉलिक थ्रेशोल्ड (LT2/VT2, क्रिटिकल पावर, या क्रिटिकल वेलोसिटी) के बीच की कार्य दरें [19]। ब्लड लैक्टेट बेसलाइन से ऊपर बढ़ जाता है (अक्सर बेसलाइन से $\ge$1.5 mM की वृद्धि के रूप में माना जाता है) लेकिन निरंतर प्रयासों के दौरान स्थिर हो जाता है, जो मैक्सिमल लैक्टेट स्टेडी स्टेट (MLSS) के करीब पहुंचता है [3, 17]।
3. सीवियर डोमेन: दूसरे मेटाबॉलिक थ्रेशोल्ड और मैक्सिमल ऑक्सीजन अपटेक ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$) के बीच की कार्य दरें, जिनकी विशेषता लैक्टेट में लगातार वृद्धि और तेजी से थकान होना है [3, 19]।

कुलीन (एलीट) एंड्यूरेंस एथलीट आमतौर पर फैट मेटाबॉलिज्म को अनुकूलित करने, माइटोकॉन्ड्रियल दक्षता बढ़ाने और मांसपेशियों के ग्लाइकोजन को बचाने के लिए अपने कुल प्रशिक्षण का लगभग 80% हिस्सा मॉडरेट डोमेन (ज़ोन 2 और उससे नीचे) में आवंटित करते हैं [5]।

औसत HRR मान बनाम व्यक्तिगत भिन्नता

कार्वोनेन फॉर्मूला रेस्टिंग हार्ट रेट में हार्ट रेट रिज़र्व का एक हिस्सा जोड़कर लक्षित हृदय गति (टारगेट हार्ट रेट) की गणना करता है: $\text{Target HR}={\text{HR}}_{\text{rest}}+\text{intensity fraction}\times ({\text{HR}}_{\text{max}}-{\text{HR}}_{\text{rest}})$ [2]। रेस्टिंग हार्ट रेट को शामिल करने से बेसलाइन पैरासिम्पेथेटिक टोन को दर्शाने में मदद मिलती है, फिर भी मानक प्रतिशत ज़ोन अक्सर प्रत्यक्ष शारीरिक मापों से भिन्न होते हैं [2]।

नियंत्रित साइक्लिंग परीक्षणों में, समूह के औसत HRR और मेटाबॉलिक मार्करों के बीच उचित तालमेल का सुझाव देते हैं। 33 एरोबिक रूप से प्रशिक्षित पुरुष साइकिल चालकों (औसत $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 62.1 $\pm$ 4.6 ml·kg⁻¹·min⁻¹) के एक समूह में, शारीरिक लैंडमार्क निम्नलिखित औसत मानों के अनुरूप थे [3]:

• VT1: 184 $\pm$ 36 W (66 $\pm$ 9% HRR) [3]
• MLSS ($n=14$ का उपसमूह): 256 $\pm$ 31 W [3]
• VT2: 298 $\pm$ 36 W (88 $\pm$ 6% HRR) [3]
• $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 390 $\pm$ 34 W (100% HRR) [3]

ग्रेडेड एक्सरसाइज़ टेस्ट (25 W·min⁻¹ रैंप) के आधार पर पांच प्रशिक्षण ज़ोन सामने आए: R0 (53–62% HRR), R1 (62–71% HRR), R2 (74–86% HRR), R3 (86–99% HRR), और R3+ (100% HRR) [3]।

हालाँकि, व्यापक मेटा-विश्लेषण डेटा से पता चलता है कि व्यक्तिगत थ्रेशोल्ड स्थान इन औसत मानों के इर्द-गिर्द नाटकीय रूप से बिखरे हुए हैं [17]। 25 अध्ययनों और 412 धावकों को शामिल करने वाले एक मेटा-विश्लेषण में, शारीरिक थ्रेशोल्ड पर व्यक्तिगत हृदय गति की बहुत विस्तृत श्रृंखला देखी गई [17]:

• LT1 रेंज: 65% से 90% HRR (या 69% से 94% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]
• LT2 रेंज: 73% से 95% HRR (या 80% से 98% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

इस फैलाव के कारण, 75% HRR जैसा कोई मनमाना लक्ष्य निर्धारित करने से एक धावक सुरक्षित रूप से मॉडरेट डोमेन में LT1 के नीचे रह सकता है, जबकि दूसरा हेवी डोमेन में LT1 से काफी ऊपर पहुंच सकता है [17, 19]। प्रयोगशाला परीक्षण के बिना पूरी तरह से LT1 के नीचे व्यायाम करने की 95% निश्चितता प्राप्त करने के लिए, एक एथलीट को 65% HRR (या 70% ${\text{HR}}_{\text{max}}$ से नीचे) से कम पर ही रहना होगा [17]।

HR फॉर्मूलों और मेटाबॉलिक थ्रेशोल्ड के बीच बेमेल होने के स्रोत

कई कारक बताते हैं कि फॉर्मूला-आधारित HR रिज़र्व मॉडल रीयल-टाइम ब्लड लैक्टेट और गैस-एक्सचेंज थ्रेशोल्ड से मेल खाने में क्यों विफल रहते हैं:

1. ${\text{HR}}_{\text{max}}$ अनुमान में अंतर्निहित त्रुटि

उम्र के आधार पर अधिकतम हृदय गति का अनुमान लगाने वाले मानक समीकरणों में $\pm$10 से 12 bpm तक की त्रुटि होती है [2]। 1999 में, मेयर और उनके सहयोगियों ने पाया कि ${\text{HR}}_{\text{max}}$ के निश्चित 85% पर व्यायाम निर्धारित करने से एथलीटों की व्यक्तिगत व्यायाम तीव्रता उनके व्यक्तिगत रूप से मापे गए एनारोबिक थ्रेशोल्ड के 87% से 116% के बीच बिखर गई [2]।

2. एरोबिक फिटनेस और गैर-रेखीय थ्रेशोल्ड बदलाव

एरोबिक क्षमता और थ्रेशोल्ड की स्थिति के बीच का संबंध सभी फिटनेस श्रेणियों में एक समान नहीं होता है [11]। 863 प्रतिभागियों के एक संयुक्त अध्ययन में, ऑक्सीजन अपटेक रिज़र्व के सापेक्ष VT पर ऑक्सीजन अपटेक (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) ने U-आकार का वक्र प्रदर्शित किया [11]। लगभग 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹ के $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ वाले व्यक्तियों में सबसे निचला बिंदु लगभग 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ पर था, जबकि सबसे कम और उच्चतम $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ मान वाले प्रतिभागियों में औसत VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ बढ़कर लगभग 75% हो गया [11]।

3. लिंग आधारित अंतर

निश्चित लक्ष्य थ्रेशोल्ड दोनों लिंगों में एक समान व्यवहार नहीं करते हैं [19]। 165 मनोरंजक धावकों के समूह में, महिला धावकों ने पुरुष धावकों की तुलना में LT1 पर काफी अधिक सापेक्ष हृदय गति, $\dot{V}{\text{O}}_2$ और दौड़ने की गति प्रदर्शित की ($p<0.001$), जो यह रेखांकित करता है कि एक समान HR लक्ष्य दोनों लिंगों के बीच मेटाबॉलिक तनाव को गलत रूप से प्रस्तुत करते हैं [19]।

4. क्लिनिकल आबादी और क्रोनोट्रोपिक अक्षमता

निश्चित HR लक्ष्य दिशानिर्देशों और शारीरिक थ्रेशोल्ड के बीच का विचलन क्लिनिकल समूहों में विशेष रूप से स्पष्ट होता है [8, 14]। 350 व्यक्तियों के एक अध्ययन में, मानक दिशानिर्देश-आधारित तीव्रता डोमेन ने हृदय रोगियों में 67.1% (पिछले दिशानिर्देश) और 79.6% (2020 ESC दिशानिर्देश) मामलों में VT1 को मध्यम तीव्रता के बजाय उच्च तीव्रता के रूप में गलत वर्गीकृत किया, जबकि स्वस्थ गतिहीन व्यक्तियों में यह अनुरूपता 90% और प्रतिस्पर्धी एथलीटों में 93.9% थी [8]।

इसी तरह, 18 क्रोनिक हार्ट फेलियर के रोगियों में, 40–70% HRR से प्राप्त लक्ष्य हृदय गति मापे गए थ्रेशोल्ड से काफी अधिक थी, जिससे वेंटिलेटरी थ्रेशोल्ड या रेस्पिरेटरी कंपंसेशन पॉइंट से ऊपर भारी या गंभीर व्यायाम निर्धारित होने का जोखिम था [14]। इन रोगियों में मापी गई ${\text{HR}}_{\text{max}}$ मानक बीटा-ब्लॉकर कटौती लागू करने के बाद भी उम्र-अनुमानित मानों की तुलना में 12% कम थी [14]।

व्यावहारिक विकल्प और एंकर

जब प्रत्यक्ष मेटाबॉलिक कार्ट परीक्षण (VT1/VT2 मापना) या ब्लड लैक्टेट विश्लेषण उपलब्ध न हो, तो कई विकल्प वास्तविक शारीरिक परिवर्तनों के विरुद्ध अंशांकन (कैलिब्रेशन) प्रदान करते हैं:

• परसीव्ड एग्जर्शन (RPE): कम फिट समूहों से लेकर उच्च प्रशिक्षित व्यक्तियों तक के विभिन्न फिटनेस स्तरों में, पूर्ण कार्य दर में व्यापक अंतर के बावजूद VT लगातार 12.5 $\pm$ 0.93 के औसत बोर्ग RPE के आसपास होता है [11]।
• हार्ट रेट वेरिएबिलिटी (HRV): डिट्रेंडेड फ्लक्चुएशन एनालिसिस (DFA $\alpha 1$) का उपयोग करने वाला नॉन-लीनियर HRV विश्लेषण फ्रैक्टल सहसंबंध गुणों में परिवर्तनों को ट्रैक करता है, जो कम कार्य दर पर ~1.5 से घटकर VT1/LT1 के पास 0.75 की ओर आ जाते हैं [22, 23]। कुलीन ट्रायथलीटों और पुरुष धावकों के समूहों में, DFA $\alpha 1=0.75$ थ्रेशोल्ड ने LT1 और VT1 के साथ निकट सहमति दिखाई, जिसमें केवल 1.7 से 2.0 bpm का औसत अंतर दिखा [22, 23]।
• परफॉर्मेंस एंकर: मनोरंजक धावकों में, गति-व्युत्पन्न निश्चित अनुमान अकेले हृदय गति या RPE की तुलना में LT1 और LT2 की पहचान के लिए कम त्रुटि परिमाण प्रदान करते हैं, हालांकि अधिकतम गति को सीधे मापने के बजाय उसका अनुमान लगाने से थ्रेशोल्ड त्रुटि बढ़ जाती है [19]।