Akurasi VO2 Max Protokol Bruce pada Individu yang Tidak Terlatih

Uji treadmill standar protokol Bruce mengestimasi serapan oksigen maksimal (VO₂ max)—laju maksimum tubuh dalam menghirup, mengangkut, dan menggunakan oksigen selama latihan intens—berdasarkan total waktu hingga kelelahan [3, 4]. Meskipun kalkulasi berbasis durasi berkorelasi kuat dengan pengukuran langsung menggunakan metabolic cart di berbagai populasi, estimasi individu umumnya memiliki variasi sebesar ±10% hingga 15% [4]. Bagi individu yang tidak terlatih, peningkatan kemiringan yang cepat pada protokol ini sering kali menyebabkan penghentian tes lebih awal akibat kelelahan otot kaki lokal alih-alih kelelahan kardiorespirasi yang sebenarnya, sehingga mendistorsi kalkulasi skor berbasis waktu [6, 8].

Struktur Protokol Bruce

Awalnya dikembangkan untuk menyaring pasien klinis dari penyakit arteri koroner dan aritmia, protokol Bruce standar mengikuti desain multitahap yang kaku [6, 8]. Tes ini berlangsung melalui tahapan 3 menit, dimulai pada Tahap 1 dengan kecepatan jalan kaki 1,7 mph (2,7 km/jam) pada kemiringan curam 10% (intensitas sekitar 3 hingga 4,7 metabolic equivalent, atau MET) [3, 6, 16]. Beban kerja meningkat setiap 3 menit dengan secara bersamaan menaikkan kecepatan dan menambahkan 2% pada kemiringan treadmill, mencapai 6,0 mph pada kemiringan 22% pada Tahap 7 (sekitar 20 hingga 21 MET) dan hingga 7,0 mph pada kemiringan 26% pada Tahap 9 [3, 6, 11, 16].

Ketika metabolic cart breath-by-breath tidak digunakan untuk mengukur gas pernapasan secara langsung, VO₂ max diestimasi dari total durasi tes ($T$, dalam menit) menggunakan rumus regresi baku [4, 6]:

• Rumus umum: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Pria: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Pria muda: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Wanita: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ atau $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Model regresi ini berkorelasi baik dengan pengukuran metabolic cart ($r=0,85$ hingga $0,95$) dengan kesalahan estimasi standar (standard error of estimate) sekitar 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Namun, karena persamaan ini mengasumsikan bahwa total durasi mencerminkan kapasitas aerobik secara langsung, faktor apa pun yang secara artifisial memperpendek atau memperpanjang waktu di treadmill akan menimbulkan kesalahan pada kalkulasi skor [15, 16].

Kemiringan Curam dan Kelelahan Otot Lokal

Memulai tes pada kemiringan 10% dan naik 2% di setiap tahap menciptakan profil biomekanika yang berbeda dari berlari di bidang datar [6, 8]. Berjalan di tanjakan mengubah mekanika ekstremitas bawah: memperpendek panjang langkah, mengurangi kadens, meningkatkan durasi tumpuan tunggal dan ganda, menggeser pusat tekanan ke depan dan lateral, serta mengurangi gaya reaksi tanah vertikal dan momen abduksi lutut internal dibandingkan dengan berlari di permukaan datar [19, 20].

Meskipun mengurangi gaya benturan sendi, kemiringan yang curam memberikan beban lokal yang berat pada otot-otot ekstremitas bawah [8, 19]. Pada partisipan yang sehat tetapi tidak terlatih, berjalan menanjak yang tidak biasa sering kali memicu kelelahan kaki akut, kram, atau rasa tidak nyaman mirip klaudikasio sebelum batas sentral kardiopulmoner tercapai [6, 8]. Kriteria penghentian tes untuk protokol Bruce mencakup kelelahan otot yang parah, kram kaki, dan klaudikasio [6]. Ketika seseorang mengakhiri tes sebelum waktunya akibat rasa panas terbakar pada otot kaki lokal dan bukan karena kelelahan sentral, total durasi di treadmill terpangkas, sehingga menghasilkan estimasi VO₂ max yang rendah secara artifisial [8].

Studi pertukaran gas langsung memastikan bahwa protokol ini dapat membatasi pengerahan fisiologis maksimal. Dalam uji silang acak (randomized cross-over trial) yang membandingkan protokol Bruce dengan protokol yang dipandu atlet pada 29 partisipan (22 di antaranya belum pernah memiliki pengalaman tes lari maksimal sebelumnya), pengukuran VO₂ max langsung hampir identik (46,8 ± 10,7 vs. 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearman $r=0,93$) [1]. Namun, denyut jantung maksimal secara signifikan lebih rendah pada protokol Bruce standar (179,7 ± 8,7 bpm) dibandingkan dengan protokol yang dipandu atlet (182,8 ± 10,5 bpm), yang mengindikasikan bahwa desain tes dapat berakhir sebelum pengerahan kardiovaskular puncak yang sebenarnya tercapai [1].

Lonjakan Beban Antartahap dan Masalah Pengaturan Kecepatan

Tidak seperti protokol ramp yang meningkatkan beban kerja secara kontinu atau dalam peningkatan kecil tiap 1 menit, tahapan 3 menit pada protokol Bruce menghasilkan lonjakan beban yang besar dan tiba-tiba sehingga memicu stres fisiologis akut [12]. Lebih jauh lagi, individu yang sedenter dan tidak terlatih sering kali kesulitan dengan transisi biomekanika dari berjalan di tanjakan curam ke berlari yang diperlukan pada Tahap 3 dan 4 (dimulai pada kecepatan 3,4 mph dan 4,2 mph pada kemiringan 14% dan 16%) [2, 6].

Sebuah studi komparatif yang mengevaluasi protokol treadmill baru—yang memulai kecepatan lebih tinggi dengan kemiringan lebih rendah dan menggunakan peningkatan tiap 1 menit—menunjukkan bahwa partisipan mencapai nilai VO₂ max yang setara (bias Bland-Altman vs. Bruce = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, mean absolute percent error < 10%) dalam waktu kelelahan yang jauh lebih singkat sekaligus menghindari kegagalan otot kaki lokal prematur [8].

Efek Pembaur dari Penggunaan Pegangan Tangan

Individu yang tidak terlatih dan merasa tidak stabil pada kemiringan curam sering kali memegang pegangan tangan (handrail) treadmill [15, 16]. Bertumpu pada pegangan tangan mendistorsi durasi tes dan hasil kalkulasi VO₂ max secara substansial [15, 16]:

• Memegang pegangan tangan depan mengurangi biaya metabolik dari beban kerja sebesar 10% hingga 20% [16].
• Penurunan kebutuhan metabolik ini secara artifisial memperpanjang total waktu treadmill ($T$), yang menyebabkan rumus regresi menghitung VO₂ max yang terinflasi atau terlalu tinggi [15, 16].
• Membatasi kontak hanya pada ujung dua jari dari satu tangan dapat mengurangi selisih durasi ini pada pria sehat, tetapi pemanjangan waktu yang signifikan tetap terjadi pada wanita dan pasien klinis [15].

Agar skor VO₂ max yang dihitung tetap valid, tes harus dilakukan tanpa bersandar atau memegang penopang tangan [15, 16].

Alternatif untuk Individu yang Tidak Terlatih dan Sedenter

Untuk mengurangi lonjakan beban awal yang curam pada tes standar, pengujian latihan klinis sering kali memanfaatkan protokol yang dimodifikasi:

• Protokol Bruce yang Dimodifikasi (Modified Bruce Protocol): Menambahkan dua tahap pendahuluan berbeban rendah masing-masing 3 menit sebelum memasuki Tahap 1 standar: Tahap 0/1 pada 1,7 mph dan kemiringan 0% (~2,3 MET), diikuti oleh Tahap 0,5/2 pada 1,7 mph dan kemiringan 5% (~3,5 MET) [4, 6]. Peningkatan bertahap ini mengakomodasi individu yang sedenter atau lansia sebelum menghadapi kemiringan 10% [4, 6].
• Protokol Khusus Berjalan dengan Kemiringan Tinggi: Bagi individu yang tidak dapat berlari, protokol berjalan dengan kecepatan konstan (seperti 3,6 mph dengan peningkatan kemiringan 5% setiap 3 menit hingga kemiringan 25%, mencapai sekitar 3,88 W/kg) memicu nilai VO₂ max sebenarnya yang tidak berbeda secara signifikan dari hasil Bruce standar ($44,97\pm 7,71$ vs. $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), dengan 93% titik data berada dalam rentang ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ pada analisis Bland-Altman [2].
• Protokol Ramp: Protokol dengan tahapan yang lebih pendek (biasanya 1 menit atau peningkatan kontinu) memberikan progresi yang lebih mulus sehingga mengurangi kelelahan lokal yang tiba-tiba serta memungkinkan identifikasi ambang batas metabolik dan plateau oksigen yang lebih jelas [8, 12].