A Bruce-protokoll VO2 max pontossága edzetlen egyéneknél

A standard Bruce-futópados teszt a maximális oxigénfelvételt (VO₂ max) – vagyis azt a maximális sebességet, amellyel a szervezet intenzív terhelés során képes oxigént felvenni, szállítani és felhasználni – a kimerülésig eltelt teljes időből becsüli meg [3, 4]. Bár az időtartamon alapuló számítások populációs szinten szorosan korrelálnak a közvetlen gázcserés laboratóriumi mérésekkel, az egyéni becslések általában ±10–15%-os hibahatárt hordoznak [4]. Edzetlen egyéneknél a protokoll meredek emelkedési üteme gyakran a lábizomzat lokális fáradása miatt vezet a teszt korai megszakításához a valódi keringési-légzési kimerülés helyett, ami torzítja az időalapú pontszámok kalkulációját [6, 8].

A Bruce-protokoll felépítése

Az eredetileg koszorúér-betegség és ritmuszavarok klinikai szűrésére kifejlesztett standard Bruce-protokoll merev, többlépcsős felépítést követ [6, 8]. A teszt 3 perces szakaszokban halad előre, az 1. szakaszban 1,7 mph (2,7 km/h) gyaloglósebességgel és meredek, 10%-os emelkedővel kezdve (ez nagyjából 3–4,7 metabolikus ekvivalensnek, azaz MET-nek felel meg) [3, 6, 16]. A terhelés 3 percenként növekszik a sebesség egyidejű emelésével és a dőlésszög 2%-os növelésével, a 7. szakaszra elérve a 6,0 mph-s sebességet és a 22%-os dőlésszöget (körülbelül 20–21 MET), a 9. szakaszban pedig akár a 7,0 mph-t és a 26%-os meredekséget [3, 6, 11, 16].

Ha nem használnak légzésről légzésre mérő metabolikus mérőállomást a légzési gázok közvetlen elemzésére, a VO₂ max értékét a teljes tesztidőtartamból ($T$, percekben kifejezve) becsülik meg elterjedt regressziós képletek segítségével [4, 6]:

• Általános képlet: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14,76-(1,379\times T)+(0,451\times T^2)-(0,012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Férfiak: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+7,65$ [4, 6]
• Fiatal férfiak: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3,62\times T+3,91$ [4, 6]
• Nők: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+3,74$ vagy $4,38\times T-3,9$ [4, 6, 16]

Ezek a regressziós modellek jól korrelálnak a gázcserés mérésekkel ($r=0,85$–$0,95$), a becslés standard hibája pedig 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ körül alakul [4, 16]. Mivel azonban az egyenletek feltételezik, hogy a teljes időtartam közvetlenül tükrözi az aerob kapacitást, minden olyan tényező, amely mesterségesen lerövidíti vagy meghosszabbítja a futópadon töltött időt, hibát visz a kiszámított értékbe [15, 16].

Meredek emelkedők és lokális izomfáradtság

A 10%-os emelkedővel való kezdés és a szakaszonkénti 2%-os emelés a síkfutástól eltérő biomechanikai profilt hoz létre [6, 8]. Az emelkedőn történő gyaloglás megváltoztatja az alsó végtag mechanikáját: lerövidíti a lépéshosszt, csökkenti a lépésfrekvenciát, növeli a támaszfázis és a kettős támasz időtartamát, előre és oldalirányba tolja a nyomásközéppontot, valamint csökkenti a vertikális talajreakciós erőket és a belső térdabdukciós nyomatékot a síkfutáshoz képest [19, 20].

Bár mérsékli az ízületeket érő ütközési erőket, a meredek lejtőszög komoly lokális igénybevételt ró az alsó végtag izomzatára [8, 19]. Egészséges, de edzetlen résztvevőknél a szokatlan hegynek felfelé gyaloglás gyakran okoz heveny lábfáradtságot, görcsöket vagy claudicatiószerű kellemetlenséget, mielőtt a központi kardiopulmonális határokat elérnék [6, 8]. A Bruce-protokoll leállítási kritériumai közé tartozik a súlyos izomfáradtság, a lábgörcs és a claudicatio is [6]. Ha valaki a lábában jelentkező égő érzés és lokális kifáradás miatt szakítja meg idő előtt a tesztet a keringési kimerülés helyett, a futópadon eltöltött teljes idő lerövidül, ami mesterségesen alacsony becsült VO₂ max értéket eredményez [8].

A közvetlen gázcsere-vizsgálatok megerősítik, hogy a protokoll korlátozhatja a maximális élettani erőkifejtést. Egy randomizált, keresztezett vizsgálatban, amely a Bruce-protokollt hasonlította össze egy sportoló által vezérelt protokollal 29 résztvevőnél (akik közül 22-nek nem volt korábbi tapasztalata maximális futótesztekkel), a közvetlenül mért VO₂ max értékek szinte azonosak voltak (46,8 ± 10,7 vs. 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearman $r=0,93$) [1]. A maximális pulzusszám azonban szignifikánsan alacsonyabb volt a standard Bruce-protokoll során (179,7 ± 8,7 bpm) a sportoló által vezérelt protokollhoz képest (182,8 ± 10,5 bpm), ami arra utal, hogy a tesztkialakítás miatt a terhelés a valódi kardiovaszkuláris csúcs elérése előtt véget érhet [1].

Nagy terhelésugrások és iramproblémák

Szemben a rámpaprotokollokkal, amelyek folyamatosan vagy apró, 1 perces lépésekben növelik a munkaterhelést, a Bruce-protokoll 3 perces szakaszai nagy, hirtelen ugrásokat eredményeznek a terhelésben, ami akut fiziológiai stresszt vált ki [12]. Ráadásul az ülő életmódot folytató és edzetlen egyének számára gyakran nehézséget okoz a meredek gyaloglásból futásba való biomechanikai átmenet, amely a 3. és 4. szakaszban szükséges (3,4 mph-tól és 4,2 mph-tól indulva, 14%-os és 16%-os meredekség mellett) [2, 6].

Egy új futópados protokollt értékelő összehasonlító tanulmány – amely nagyobb sebességről, alacsonyabb dőlésszögről indult és 1 perces lépcsőket alkalmazott – kimutatta, hogy a résztvevők azonos VO₂ max értékeket értek el (Bland-Altman-torzítás a Bruce-hoz képest = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, átlagos abszolút százalékos hiba < 10%) lényegesen rövidebb kimerülési idő alatt, miközben elkerülték a lábizomzat korai lokális kimerülését [8].

A kapaszkodás zavaró hatása

A meredek emelkedőkön bizonytalanságot érző, edzetlen egyének gyakran megkapaszkodnak a futópad korlátjában [15, 16]. A kapaszkodás jelentősen torzítja a teszt időtartamát és az ebből számított VO₂ max értékeket [15, 16]:

• Az elülső kapaszkodó tartása 10–20%-kal csökkenti a munkaterhelés metabolikus költségét [16].
• Ez a csökkent energiaigény mesterségesen meghosszabbítja a futópadon töltött teljes időt ($T$), aminek hatására a regressziós képletek felülbecsült VO₂ max értéket számolnak [15, 16].
• Ha a kontaktus csupán az egyik kéz két ujjhegyére korlátozódik, az mérsékli ezt az időbeli eltérést egészséges férfiaknál, a tesztidő jelentős túlzása azonban megmarad nőknél és klinikai pácienseknél [15].

A számított VO₂ max pontszámok érvényességének megőrzése érdekében a tesztet a kapaszkodókra való támaszkodás vagy fogás nélkül kell elvégezni [15, 16].

Alternatívák edzetlen és inaktív személyek számára

A standard teszt meredek kezdeti ugrásának enyhítésére a klinikai terheléses vizsgálatok gyakran módosított protokollokat alkalmaznak:

• Módosított Bruce-protokoll: Két előzetes, 3 perces, alacsony terhelésű szakaszt iktat be a standard 1. szakasz elé: a 0/1. szakaszt 1,7 mph sebességgel és 0%-os emelkedővel (~2,3 MET), amelyet a 0,5/2. szakasz követ 1,7 mph-val és 5%-os dőlésszöggel (~3,5 MET) [4, 6]. Ez a fokozatos felépítés kíméletesebb az ülő életmódot folytató vagy idős személyek számára a 10%-os emelkedő bevezetése előtt [4, 6].
• Kizárólag gyalogló, meredek emelkedős protokollok: Futásra képtelen személyeknél az állandó sebességű gyaloglóprotokollok (például 3,6 mph sebesség, 3 percenként 5%-os emelkedőnöveléssel egészen 25%-ig, elérve a nagyjából 3,88 W/kg terhelést) valódi VO₂ max értékeket váltanak ki, amelyek nem térnek el szignifikánsan a standard Bruce-eredményektől ($44,97\pm 7,71$ vs. $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), a Bland-Altman-elemzés szerint az adatpontok 93%-a pedig a ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ tartományba esik [2].
• Rámpaprotokollok: A rövidebb szakaszokat alkalmazó tesztek (jellemzően 1 perces vagy folyamatos emelések) egyenletesebb terhelésnövekedést biztosítanak, ami csökkenti a hirtelen lokális fáradtságot, és lehetővé teszi a metabolikus küszöbök, valamint az oxigénplató pontosabb azonosítását [8, 12].