Ar širdies ritmo rezervo zonos atitinka tikruosius metabolinius slenksčius?

Pagal Karvoneno metodą apskaičiuojamos širdies ritmo rezervo (ŠRR) formulės pateikia apytiksį metabolinio darbo intensyvumo įvertinimą populiacijos lygmeniu, tačiau jos dažnai tiksliai neatitinka individualių ventiliacinių ir kraujo laktato slenksčių [2, 17]. Nors grupių vidurkiai rodo dėsningus modelius, individualus slenkstinis širdies ritmas labai skiriasi priklausomai nuo fizinio pasirengimo, lyties ir sveikatos būklės [8, 11, 19]. Griežtas pasikliovimas standartinėmis ŠRR procentinėmis dalimis dažnai lemia tai, kad sportininkai ir klinikinės populiacijos treniruojasi didesnio arba mažesnio metabolinio intensyvumo zonose, nei buvo planuota [8, 14, 17].

Trijų metabolinių zonų modelis

Ištvermės pratimų fiziologijoje atliekamas darbas skirstomas į tris pagrindines metabolinio intensyvumo zonas, kurias skiria du fiziologiniai ribiniai taškai [19]:

1. Vidutinio intensyvumo zona (angl. Moderate Domain): krūvis, nesiekiantis pirmojo ventiliacinio slenksčio (VT1) arba pirmojo laktato slenksčio (LT1) [19]. Šioje zonoje laktato koncentracija kraujyje išlieka artima pradinei (dažnai apibrėžiama kaip padidėjimas mažiau nei 0,5 mM virš pradinio lygio), o riebalų oksidacija yra suaktyvėjusi [5, 17].
2. Didelio intensyvumo zona (angl. Heavy Domain): krūvis tarp pirmojo metabolinio slenksčio (LT1/VT1) ir antrojo metabolinio slenksčio (LT2/VT2, kritinės galios arba kritinio greičio) [19]. Laktato koncentracija kraujyje pakyla virš pradinio lygio (dažnai nustatoma kaip padidėjimas $\ge$1,5 mM virš bazinio lygio), tačiau tęsiant tolygų krūvį stabilizuojasi, artėdama prie maksimalios laktato pusiausvyros būsenos (MLSS) [3, 17].
3. Labai didelio intensyvumo zona (angl. Severe Domain): krūvis tarp antrojo metabolinio slenksčio ir maksimalaus deguonies suvartojimo ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$), kuriam būdingas nuolatinis laktato augimas ir greitas nuovargis [3, 19].

Elitiniai ištvermės sportininkai paprastai apie 80 % savo treniruočių apimties skiria vidutinio intensyvumo zonai (2 zonai ir žemiau), kad optimizuotų riebalų apykaitą, padidintų mitochondrijų efektyvumą ir tausotų raumenų glikogeną [5].

ŠRR vidurkiai ir individuali variacija

Karvoneno formulė tikslinį širdies susitraukimų dažnį apskaičiuoja pridedant tam tikrą širdies ritmo rezervo dalį prie ramybės būsenos širdies ritmo: $\text{Tikslinis ŠRD}={\text{ŠRD}}_{\text{ramybė}}+\text{intensyvumo dalis}\times ({\text{ŠRD}}_{\text{maks}}-{\text{ŠRD}}_{\text{ramybė}})$ [2]. Ramybės širdies ritmo įtraukimas padeda atspindėti bazinį parasimpatinį tonusą, tačiau standartinės procentinės zonos vis tiek dažnai skiriasi nuo tiesioginių fiziologinių matavimų [2].

Kontroliuojamuose dviračių sporto tyrimuose grupių vidurkiai rodo neblogą ŠRR ir metabolinių rodiklių koreliaciją. Tiriant 33 aerobinį pasirengimą turinčius dviratininkus vyrus (vidutinis $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 62,1 $\pm$ 4,6 ml·kg⁻¹·min⁻¹), fiziologiniai slenksčiai atitiko šias vidutines vertes [3]:

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

Remiantis palaipsniui didinamo krūvio testais (didinant po 25 W·min⁻¹), išskirtos penkios treniruočių zonos: R0 (53–62% ŠRR), R1 (62–71% ŠRR), R2 (74–86% ŠRR), R3 (86–99% ŠRR) ir R3+ (100% ŠRR) [3].

Vis dėlto išsamūs metaanalizių duomenys rodo, kad individualios slenksčių reikšmės labai stipriai skiriasi nuo šių vidurkių [17]. Metaanalizėje, apėmusioje 25 tyrimus ir 412 bėgikų, individualus širdies susitraukimų dažnis ties fiziologiniais slenksčiais pasižymėjo itin dideliu išsibarstymu [17]:

• LT1 diapazonas: nuo 65% iki 90% ŠRR (arba nuo 69% iki 94% ${\text{ŠRD}}_{\text{maks}}$) [17]
• LT2 diapazonas: nuo 73% iki 95% ŠRR (arba nuo 80% iki 98% ${\text{ŠRD}}_{\text{maks}}$) [17]

Dėl tokios sklaidos, parinkus apytikslį tikslą, pavyzdžiui, 75% ŠRR, vienas bėgikas gali saugiai bėgti žemiau LT1 vidutinio intensyvumo zonoje, o kitas atsidurti gerokai virš LT1 – didelio intensyvumo zonoje [17, 19]. Norint be laboratorinių tyrimų turėti 95% tikimybę, kad krūvis bus griežtai žemiau LT1, sportininkas turi neviršyti 65% ŠRR (arba 70% ${\text{ŠRD}}_{\text{maks}}$) [17].

Priežastys, kodėl ŠR formulės nesutampa su metaboliniais slenksčiais

Formulėmis pagrįsti ŠR rezervo modeliai neatitinka realių kraujo laktato ir dujų apykaitos slenksčių dėl kelių veiksnių:

1. Prigimtinė ${\text{ŠRD}}_{\text{maks}}$ vertinimo paklaida

Standartinės pagal amžių nustatomos maksimalaus širdies ritmo lygtys turi $\pm$10–12 k./min paklaidą [2]. 1999 m. Meyer su kolegomis pastebėjo, kad paskyrus krūvį ties fiksuota 85% ${\text{ŠRD}}_{\text{maks}}$ riba, individualus sportininkų krūvio intensyvumas svyravo nuo 87% iki 116% jų individualiai išmatuoto anaerobinio slenksčio [2].

2. Aerobinis pasirengimas ir netolygus slenksčių poslinkis

Ryšys tarp aerobinio pajėgumo ir slenksčio vietos nėra vienodas skirtingo fizinio pasirengimo grupėse [11]. Apibendrintame 863 dalyvių tyrime deguonies suvartojimas ties VT, perskaičiuotas pagal deguonies suvartojimo rezervą (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$), turėjo U formos kreivę [11]. Mažiausia vertė (maždaug 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) buvo asmenų, kurių $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ siekė apie 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹, tuo tarpu dalyvių su mažiausiomis ir didžiausiomis $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ vertėmis vidutinis VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ pakilo iki maždaug 75% [11].

3. Lyčių skirtumai

Fiksuoti tiksliniai slenksčiai moterims ir vyrams pasireiškia nevienodai [19]. 165 bėgikų mėgėjų kohortoje moterims ties LT1 buvo nustatytas reikšmingai didesnis santykinis širdies susitraukimų dažnis, $\dot{V}{\text{O}}_2$ ir bėgimo greitis, palyginti su vyrais ($p<0,001$). Tai rodo, kad vienodi ŠR tikslai netiksliai atspindi metabolinę apkrovą skirtingų lyčių atstovams [19].

4. Klinikinės populiacijos ir chronotropinis nepakankamumas

Fiksuotų ŠR gairių ir fiziologinių slenksčių neatitikimas ypač ryškus klinikinėse grupėse [8, 14]. Tyrime su 350 asmenų nustatyta, kad pagal standartines gaires nustatytos intensyvumo zonos klaidingai priskyrė VT1 dideliam, o ne vidutiniam intensyvumui 67,1% (ankstesnės gairės) ir 79,6% (2020 m. ESC gairės) širdies ligomis sergančių pacientų, nors sveikų sėdimą darbą dirbančių asmenų grupėje atitiktis siekė 90%, o sportininkų – 93,9% [8].

Taip pat 18 pacientų, sergančių lėtiniu širdies nepakankamumu, tikslinis širdies susitraukimų dažnis, apskaičiuotas pagal 40–70% ŠRR, buvo reikšmingai didesnis už išmatuotus slenksčius, todėl kilo rizika paskirti didelį ar labai didelį krūvį virš ventiliacinio slenksčio arba kvėpavimo kompensacijos taško [14]. Šių pacientų išmatuotas ${\text{ŠRD}}_{\text{maks}}$ buvo 12% mažesnis už pagal amžių prognozuotas vertes, net ir pritaikius standartines pataisas dėl beta adrenoblokatorių vartojimo [14].

Praktinės alternatyvos ir atskaitos taškai

Kai nėra galimybės atlikti tiesioginio spiroergometrijos tyrimo (matuojant VT1/VT2) ar kraujo laktato analizės, pritaikyti krūvį pagal realius fiziologinius slenksčius padeda kelios alternatyvos:

• Subjektyviai suvokiamas krūvis (RPE): įvairaus pasirengimo grupėse – nuo mažai fiziškai aktyvių iki gerai treniruotų asmenų – VT nuosekliai nustatomas ties vidutiniu 12,5 $\pm$ 0,93 balo Borgo RPE skale, nepaisant didelių absoliutaus darbo intensyvumo skirtumų [11].
• Širdies ritmo kintamumas (ŠRK): netiesinė ŠRK analizė, taikant pašalintos tendencijos fluktuacijų analizę (DFA $\alpha 1$), fiksuoja fraktalinių koreliacijų pokyčius, kurie mažėja nuo ~1,5 esant mažam krūviui iki 0,75 artėjant prie VT1/LT1 [22, 23]. Elitinių triatlonininkų ir bėgikų vyrų grupėse riba DFA $\alpha 1=0,75$ glaudžiai sutapo su LT1 ir VT1 – vidutiniai skirtumai siekė vos 1,7–2,0 k./min [22, 23].
• Rezultatais pagrįsti atskaitos taškai: bėgikams mėgėjams nustatant LT1 ir LT2 pagal fiksuotą greitį gaunama mažesnė paklaida nei vien pagal širdies ritmą ar RPE, nors maksimalaus greičio prognozavimas, užuot jį išmatavus tiesiogiai, padidina slenksčio nustatymo klaidą [19].