Točnost Bruceovog protokola za VO2 max kod netreniranih osoba

Standardni Bruceov test na traci za trčanje procjenjuje maksimalni primitak kisika (VO₂ max) — maksimalnu brzinu kojom tijelo može primiti, prenijeti i iskoristiti kisik tijekom intenzivnog vježbanja — na temelju ukupnog vremena do iscrpljenosti [3, 4]. Iako izračuni temeljeni na trajanju snažno koreliraju s izravnim mjerenjima metaboličkim analizatorom plinova u različitim populacijama, pojedinačne procjene obično nose odstupanje od ±10 % do 15 % [4]. Kod netreniranih pojedinaca, brz porast nagiba u protokolu često uzrokuje preuranjeni prekid testa zbog lokalnog umora nogu, a ne zbog stvarnog kardiorespiratornog iscrpljenja, što narušava točnost izračuna rezultata temeljenih na vremenu [6, 8].

Structure of the Bruce Protocol

Prvotno razvijen za klinički probir pacijenata na koronarnu arterijsku bolest i aritmije, standardni Bruceov protokol slijedi kruti višestupanjski dizajn [6, 8]. Test napreduje kroz trominutne stupnjeve, počevši od 1. stupnja brzinom hodanja od 1,7 mph (2,7 km/h) pri strmom nagibu od 10 % (intenzitet od približno 3 do 4,7 metaboličkih ekvivalenata ili MET-a) [3, 6, 16]. Opterećenje raste svake 3 minute istovremenim povećanjem brzine i dodavanjem 2 % nagiba trake, dosežući 6,0 mph pri nagibu od 22 % u 7. stupnju (otprilike 20 do 21 MET) te do 7,0 mph pri nagibu od 26 % u 9. stupnju [3, 6, 11, 16].

Kada se respiracijski plinovi ne mjere izravno udah po udah metaboličkim analizatorom plinova, VO₂ max se procjenjuje iz ukupnog trajanja testa ($T$, u minutama) pomoću utvrđenih regresijskih formula [4, 6]:

• Opća formula: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Muškarci: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Mlađi muškarci: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Žene: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ ili $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Ovi regresijski modeli dobro koreliraju s mjerenjima metaboličkim analizatorom plinova ($r=0,85$ do $0,95$) uz standardnu pogrešku procjene od oko 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Međutim, budući da jednadžbe pretpostavljaju da ukupno trajanje izravno odražava aerobni kapacitet, svaki čimbenik koji umjetno skraćuje ili produljuje vrijeme na traci unosi pogrešku u izračunati rezultat [15, 16].

Steep Inclines and Local Muscular Fatigue

Početak s nagibom od 10 % i porast od 2 % u svakom stupnju stvara biomehanički profil bitno drugačiji od trčanja po ravnom terenu [6, 8]. Hodanje po uzbrdici mijenja mehaniku donjih ekstremiteta: skraćuje duljinu koraka, smanjuje kadencu, povećava trajanje faze oslonca i dvostrukog oslonca, pomiče centar pritiska prema naprijed i bočno te smanjuje vertikalne sile reakcije podloge i unutarnje momente abdukcije koljena u usporedbi s trčanjem po ravnom [19, 20].

Iako smanjuju udarne sile na zglobove, strmi nagibi nameću visoke lokalne zahtjeve muskulaturi donjih ekstremiteta [8, 19]. Kod zdravih, ali netreniranih ispitanika, nenaviknuto hodanje uzbrdo često izaziva akutni umor nogu, grčeve ili nelagodu nalik klaudikaciji prije nego što se dosegnu središnja kardiopulmonalna ograničenja [6, 8]. Kriteriji za prekid Bruceovog testa uključuju jak mišićni umor, grčeve u nogama i klaudikaciju [6]. Kada pojedinac prerano završi test zbog lokalnog osjećaja pečenja u nogama, a ne zbog središnje iscrpljenosti, ukupno trajanje na traci se skraćuje, što rezultira umjetno sniženom procjenom VO₂ max [8].

Ispitivanja s izravnim mjerenjem izmjene plinova potvrđuju da ovaj protokol može ograničiti postizanje maksimalnog fiziološkog napora. U randomiziranom križnom ispitivanju koje je uspoređivalo Bruceov protokol s protokolom koji su vodili sami sportaši na 29 ispitanika (od kojih 22 nisu imali prethodnog iskustva s maksimalnim testovima trčanja), izravna mjerenja VO₂ max bila su gotovo identična (46,8 ± 10,7 naspram 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearmanov $r=0,93$) [1]. Međutim, maksimalna srčana frekvencija bila je značajno niža na standardnom Bruceovom protokolu (179,7 ± 8,7 otkucaja/min) u usporedbi s protokolom koji su vodili sportaši (182,8 ± 10,5 otkucaja/min), što ukazuje na to da dizajn testa može dovesti do prekida prije nego što dođe do pravog kardiovaskularnog vršnog napora [1].

Large Stage Jumps and Pacing Issues

Za razliku od ramp protokola koji kontinuirano ili u malim jednominutnim koracima povećavaju opterećenje, trominutni stupnjevi Bruceovog protokola stvaraju velike, nagle skokove opterećenja koji izazivaju akutni fiziološki stres [12]. Nadalje, sjedilački i netrenirani pojedinci često se muče s biomehaničkim prijelazom sa strmog hodanja na trčanje, što se zahtijeva u 3. i 4. stupnju (počevši od 3,4 mph i 4,2 mph pri nagibima od 14 % i 16 %) [2, 6].

Komparativna studija koja je procjenjivala novi protokol na traci za trčanje — koji je započinjao većim brzinama s manjim nagibima i koristio jednominutna povećanja — pokazala je da su ispitanici postigli ekvivalentne vrijednosti VO₂ max (Bland-Altmanovo odstupanje u odnosu na Brucea = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, srednja apsolutna postotna pogreška < 10 %) u znatno kraćem vremenu do iscrpljenosti, uz izbjegavanje preuranjenog lokalnog otkaza nogu [8].

The Confounding Effect of Handrail Support

Netrenirani pojedinci koji se osjećaju nestabilno na strmim nagibima često se drže za rukohvate trake za trčanje [15, 16]. Pridržavanje za rukohvat znatno iskrivljuje trajanje testa i posljedične izračune VO₂ max [15, 16]:

• Držanje za prednji rukohvat smanjuje metabolički trošak opterećenja za 10 % do 20 % [16].
• Ova smanjena metabolička potražnja umjetno produljuje ukupno vrijeme na traci ($T$), zbog čega regresijske formule izračunavaju prenapuhanu vrijednost VO₂ max [15, 16].
• Ograničavanje kontakta na vrhove dva prsta jedne ruke smanjuje ovu razliku u trajanju kod zdravih muškaraca, no značajno umjetno produljenje vremena i dalje perzistira kod žena i kliničkih bolesnika [15].

Kako bi izračunate vrijednosti VO₂ max ostale valjane, test se mora provesti bez naslanjanja ili držanja za rukohvate [15, 16].

Alternatives for Untrained and Sedentary Individuals

Kako bi se ublažio strmi početni skok standardnog testa, u kliničkom testiranju opterećenjem često se koriste modificirani protokoli:

• Modificirani Bruceov protokol: Dodaje dva uvodna trominutna stupnja niskog opterećenja prije postizanja standardnog 1. stupnja: stupanj 0/1 pri brzini od 1,7 mph i 0 % nagiba (~2,3 MET-a), nakon čega slijedi stupanj 0,5/2 pri 1,7 mph i 5 % nagiba (~3,5 MET-a) [4, 6]. Ovaj postupni uvod prilagođen je sjedilačkim ili starijim osobama prije uvođenja nagiba od 10 % [4, 6].
• Protokoli samo s hodanjem uz visoki nagib: Za osobe koje ne mogu trčati, protokoli hodanja stalnom brzinom (kao što je 3,6 mph s povećanjem nagiba od 5 % svake 3 minute do 25 % nagiba, postižući otprilike 3,88 W/kg) izazivaju stvarne vrijednosti VO₂ max koje se značajno ne razlikuju od standardnih rezultata Bruceovog testa ($44,97\pm 7,71$ naspram $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), pri čemu 93 % podataka pada unutar ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ prema Bland-Altmanovoj analizi [2].
• Ramp protokoli: Protokoli s kraćim stupnjevima (obično 1 minuta ili kontinuirana povećanja) pružaju ravnomjerniju progresiju koja smanjuje nagli lokalni umor i omogućuje jasnije prepoznavanje metaboličkih pragova i platoa primitka kisika [8, 12].