Brūsa protokola VO2 max precizitāte netrenētiem cilvēkiem

Standarta Brūsa (Bruce) skrejceliņa tests nosaka maksimālo skābekļa patēriņu (VO₂ max) — maksimālo ātrumu, ar kādu organisms spēj uzņemt, transportēt un izmantot skābekli intensīvas slodzes laikā —, balstoties uz kopējo laiku līdz spēku izsīkumam [3, 4]. Lai gan uz ilgumu balstītie aprēķini vispārējā populācijā uzrāda ciešu korelāciju ar tiešajiem gāzu analīzes mērījumiem, individuālajiem aprēķiniem parasti ir ±10% līdz 15% kļūdas robeža [4]. Netrenētiem cilvēkiem protokola straujais slīpuma pieaugums bieži izraisa priekšlaicīgu testa pārtraukšanu lokāla kāju muskuļu noguruma dēļ, nevis patiesa kardiorespiratorā spēku izsīkuma dēļ, tādējādi izkropļojot aprēķinātos rezultātus [6, 8].

Brūsa protokola uzbūve

Standarta Brūsa protokols sākotnēji tika izstrādāts klīniskiem pacientiem koronāro artēriju slimību un aritmiju skrīningam, un tas seko stingrai daudzpakāpju shēmai [6, 8]. Tests norit 3 minūšu posmos, sākot ar 1. posmu: iešana ar ātrumu 1,7 jūdzes stundā (2,7 km/h) stāvā 10% slīpumā (intensitāte aptuveni 3 līdz 4,7 metaboliskie ekvivalenti jeb MET) [3, 6, 16]. Slodze pieaug ik pēc 3 minūtēm, vienlaikus palielinot gan ātrumu, gan pievienojot skrejceliņam 2% slīpumu, līdz 7. posmā tiek sasniegts 6,0 jūdžu stundā ātrums ar 22% slīpumu (aptuveni 20 līdz 21 MET) un līdz pat 7,0 jūdzēm stundā ar 26% slīpumu 9. posmā [3, 6, 11, 16].

Ja netiek izmantota tiešā elpceļu gāzu analīze, VO₂ max tiek aprēķināts no kopējā testa ilguma ($T$, minūtēs), izmantojot empīriskās regresijas formulas [4, 6]:

• Vispārīgā 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]
• Vīriešiem: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+7,65$ [4, 6]
• Jauniem vīriešiem: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3,62\times T+3,91$ [4, 6]
• Sievietēm: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2,94\times T+3,74$ vai $4,38\times T-3,9$ [4, 6, 16]

Šie regresijas modeļi labi korelē ar tiešajiem gāzu mērījumiem ($r=0,85$ līdz $0,95$) ar standarta novērtējuma kļūdu ap 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Tomēr, tā kā vienādojumos tiek pieņemts, ka kopējais ilgums tieši atspoguļo aerobo kapacitāti, jebkurš faktors, kas mākslīgi saīsina vai pagarina laiku uz skrejceliņa, ievieš kļūdu aprēķinātajā rādītājā [15, 16].

Stāvs slīpums un lokāls muskuļu nogurums

Testa sākšana ar 10% slīpumu un tā palielināšana par 2% katrā posmā rada biomehānisko profilu, kas būtiski atšķiras no skriešanas pa līdzenu virsmu [6, 8]. Iešana slīpumā maina apakšējo ekstremitāšu mehāniku: saīsinās soļa garums, samazinās kadence, pagarinās atbalsta un divsoļu atbalsta fāze, spiediena centrs nobīdās uz priekšu un laterāli, kā arī samazinās vertikālais atbalsta reakcijas spēks un ceļa iekšējais abdukcijas moments, salīdzinot ar skriešanu pa horizontālu virsmu [19, 20].

Lai gan locītavu triecienslodze samazinās, stāvs kāpums rada ievērojamu lokālu slodzi kāju muskulatūrai [8, 19]. Veseliem, bet netrenētiem dalībniekiem neierasta iešana pret kalnu bieži izraisa akūtu kāju nogurumu, krampjus vai mijklibošanai līdzīgu diskomfortu, pirms vēl tiek sasniegts kardiopulmonālo spēju limits [6, 8]. Brūsa protokola testa pārtraukšanas kritēriji ietver izteiktu muskuļu nogurumu, kāju krampjus un klaudikāciju [6]. Ja cilvēks pārtrauc testu priekšlaicīgi lokālas kāju dedzināšanas, nevis vispārēja spēku izsīkuma dēļ, kopējais laiks uz skrejceliņa samazinās, kā rezultātā aprēķinātais VO₂ max tiek mākslīgi pazemināts [8].

Pētījumi ar tiešu gāzu apmaiņas mērīšanu apstiprina, ka protokola uzbūve var ierobežot maksimālas fizioloģiskās slodzes sasniegšanu. Randomizētā krusteniskā pētījumā, kurā Brūsa protokols tika salīdzināts ar paša sportista regulētu protokolu 29 dalībniekiem (22 no tiem iepriekš nebija veikuši maksimālās slodzes skriešanas testus), tieši izmērītais VO₂ max bija gandrīz identisks (46,8 ± 10,7 pret 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spīrmena $r=0,93$) [1]. Tomēr maksimālais sirdsdarbības ātrums standarta Brūsa protokolā bija ievērojami zemāks (179,7 ± 8,7 sitieni/min) salīdzinājumā ar sportista regulēto protokolu (182,8 ± 10,5 sitieni/min), kas norāda, ka testa specifika var izraisīt tā beigšanos, pirms sasniegts patiess kardiovaskulārais maksimums [1].

Lieli soļi starp posmiem un tempa pielāgošana

Atšķirībā no rampas protokoliem, kuros slodze tiek palielināta vienmērīgi vai ar nelieliem 1 minūtes soļiem, Brūsa protokola 3 minūšu posmi rada lielus un pēkšņus slodzes lēcienus, izraisot akūtu fizioloģisku stresu [12]. Turklāt mazkustīgiem un netrenētiem cilvēkiem bieži vien ir grūti veikt biomehānisko pāreju no stāvas iešanas uz skriešanu, kas nepieciešama 3. un 4. posmā (sākot ar 3,4 un 4,2 jūdzēm stundā pie 14% un 16% slīpuma) [2, 6].

Salīdzinošā pētījumā, kurā tika vērtēts jauns skrejceliņa protokols (ar lielāku sākuma ātrumu, mazāku slīpumu un 1 minūtes posmiem), dalībnieki sasniedza līdzvērtīgas VO₂ max vērtības (Blanda-Altmana novirze pret Brūsa protokolu = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, vidējā absolūtā procentuālā kļūda < 10%) ievērojami īsākā laikā līdz spēku izsīkumam, izvairoties no priekšlaicīga kāju muskuļu noguruma [8].

Atbalstīšanās pret margām kropļojošā ietekme

Netrenēti cilvēki, kuri uz stāva slīpuma jūtas nestabili, bieži mēdz pieķerties pie skrejceliņa margām [15, 16]. Turēšanās pie margām būtiski ietekmē testa ilgumu un aprēķinātos VO₂ max rādītājus [15, 16]:

• Turēšanās pie priekšējās margas samazina slodzes metabolisko piepūli par 10% līdz 20% [16].
• Samazinātais metaboliskais pieprasījums mākslīgi pagarina kopējo laiku uz skrejceliņa ($T$), kā rezultātā regresijas formulas uzrāda nepamatoti paaugstinātu VO₂ max [15, 16].
• Pieskaršanās tikai ar divu vienas rokas pirkstu galiem samazina šo ilguma starpību veseliem vīriešiem, taču sievietēm un klīniskajiem pacientiem joprojām saglabājas ievērojama laika pārvērtēšana [15].

Lai aprēķinātie VO₂ max rezultāti būtu precīzi, tests jāveic, neatbalstoties un nepieturoties pie margām [15, 16].

Alternatīvas netrenētiem un mazkustīgiem cilvēkiem

Lai mazinātu standarta testa stāvo sākotnējo slodzi, klīniskajā praksē bieži izmanto modificētus protokolus:

• Modificētais Brūsa protokols: pirms standarta 1. posma pievieno divus 3 minūšu zemas intensitātes ievadposmus: posmu 0/1 ar ātrumu 1,7 jūdzes stundā pie 0% slīpuma (~2,3 MET), kam seko posms 0.5/2 ar ātrumu 1,7 jūdzes stundā pie 5% slīpuma (~3,5 MET) [4, 6]. Šis pakāpeniskais ievads palīdz mazkustīgiem vai gados vecākiem cilvēkiem sagatavoties pirms 10% slīpuma sasniegšanas [4, 6].
• Tikai soļošanas protokoli ar lielu slīpumu: cilvēkiem, kuri nespēj skriet, nemainīga ātruma soļošanas protokoli (piemēram, 3,6 jūdzes stundā ar 5% slīpuma pieaugumu ik pēc 3 minūtēm līdz pat 25% slīpumam, sasniedzot aptuveni 3,88 W/kg) uzrāda patiesas VO₂ max vērtības, kas būtiski neatšķiras no standarta Brūsa testa rezultātiem ($44,97\pm 7,71$ pret $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), kur 93% Blanda-Altmana analīzes datu punktu iekļaujas ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ robežās [2].
• Rampas protokoli: protokoli ar īsākiem posmiem (parasti 1 minūte vai nepārtraukts slodzes pieaugums) nodrošina vienmērīgāku slodzes kāpumu, kas mazina pēkšņu lokālo nogurumu un ļauj precīzāk noteikt metabolos sliekšņus un skābekļa patēriņa plato [8, 12].