Ketepatan VO2 Max Protokol Bruce dalam Kalangan Individu Tidak Terlatih

Ujian treadmill Bruce standard menganggarkan pengambilan oksigen maksimum (VO₂ max)—kadar maksimum tubuh boleh mengambil, mengangkut, dan menggunakan oksigen semasa senaman intensif—daripada jumlah masa sehingga keletihan [3, 4]. Walaupun pengiraan berasaskan durasi berkorelasi kuat dengan pengukuran terus alat metabolik (metabolic cart) merentasi pelbagai populasi, anggaran individu biasanya mempunyai varians sebanyak ±10% hingga 15% [4]. Bagi individu yang tidak terlatih, peningkatan kecerunan yang pantas dalam protokol ini sering menyebabkan penamatan ujian lebih awal akibat keletihan otot kaki setempat berbanding keletihan kardiorespiratori sebenar, sekali gus memesongkan pengiraan skor berasaskan masa [6, 8].

Struktur Protokol Bruce

Pada asalnya dibangunkan untuk menyaring pesakit klinikal bagi penyakit arteri koronari dan aritmia, protokol Bruce standard mengikut reka bentuk pelbagai peringkat yang tegar [6, 8]. Ujian ini berkembang melalui peringkat 3 minit, bermula pada Peringkat 1 dengan kelajuan berjalan 1.7 mph (2.7 km/j) pada kecerunan curam 10% (keamatan kira-kira 3 hingga 4.7 setara metabolik, atau MET) [3, 6, 16]. Beban kerja meningkat setiap 3 minit dengan meningkatkan kelajuan secara serentak dan menambah 2% pada kecerunan treadmill, mencecah 6.0 mph pada kecerunan 22% menjelang Peringkat 7 (kira-kira 20 hingga 21 MET) dan sehingga 7.0 mph pada kecerunan 26% dalam Peringkat 9 [3, 6, 11, 16].

Apabila alat metabolik nafas demi nafas tidak digunakan untuk mengukur gas pernafasan secara langsung, VO₂ max dianggarkan daripada jumlah tempoh ujian ($T$, dalam minit) menggunakan formula regresi yang telah ditetapkan [4, 6]:

• Formula 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]
• Lelaki: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Lelaki 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 alat metabolik ($r=0.85$ hingga $0.95$) dengan ralat piawai anggaran sekitar 3.0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Walau bagaimanapun, oleh kerana persamaan tersebut mengandaikan bahawa jumlah durasi mencerminkan kapasiti aerobik secara langsung, sebarang faktor yang memendekkan atau memanjangkan masa treadmill secara buatan akan memperkenalkan ralat ke dalam skor yang dikira [15, 16].

Kecerunan Curam dan Keletihan Otot Setempat

Bermula pada kecerunan 10% dan meningkat 2% setiap peringkat menghasilkan profil biomekanik yang berbeza daripada larian di permukaan rata [6, 8]. Berjalan di atas kecerunan mengubah mekanik anggota bawah: ia memendekkan panjang langkah, mengurangkan kadens, meningkatkan durasi fasa sokongan dan fasa sokongan ganda (double-stance), menganjakkan pusat tekanan ke hadapan dan ke sisi, serta mengurangkan daya tindak balas tanah menegak dan momen abduksi lutut dalaman berbanding larian rata [19, 20].

Walaupun mengurangkan daya impak sendi, kecerunan yang curam memberikan beban setempat yang berat pada otot anggota bawah [8, 19]. Dalam kalangan peserta yang sihat tetapi tidak terlatih, berjalan mendaki bukit yang tidak biasa dilakukan sering mencetuskan keletihan kaki akut, kekejangan, atau ketidakselesaan seperti klaudikasi sebelum had kardiopulmonari pusat dicapai [6, 8]. Kriteria penamatan ujian bagi protokol Bruce termasuk keletihan otot yang teruk, kekejangan kaki, dan klaudikasi [6]. Apabila seseorang menamatkan ujian lebih awal disebabkan oleh rasa terbakar pada otot kaki setempat dan bukannya keletihan pusat, jumlah durasi treadmill dipendekkan, menghasilkan anggaran VO₂ max yang rendah secara tidak tepat [8].

Kajian pertukaran gas secara langsung mengesahkan bahawa protokol ini boleh mengehadkan pengerahan fisiologi maksimum. Dalam satu ujian rawak silang yang membandingkan protokol Bruce dengan protokol kendalian atlet dalam 29 peserta (22 daripadanya tidak mempunyai pengalaman ujian larian maksimum sebelum ini), pengukuran VO₂ max langsung adalah hampir sama (46.8 ± 10.7 lwn. 47.0 ± 9.1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearman $r=0.93$) [1]. Walau bagaimanapun, kadar denyutan jantung maksimum adalah jauh lebih rendah pada protokol Bruce standard (179.7 ± 8.7 bpm) berbanding protokol kendalian atlet (182.8 ± 10.5 bpm), menunjukkan bahawa reka bentuk ujian ini boleh berakhir sebelum pengerahan puncak kardiovaskular sebenar berlaku [1].

Lompatan Peringkat yang Besar dan Isu Kawalan Rentak

Tidak seperti protokol tanjakan (ramp) yang meningkatkan beban kerja secara berterusan atau dalam kenaikan kecil 1 minit, peringkat 3 minit protokol Bruce menghasilkan lonjakan beban kerja yang besar dan mendadak yang mewujudkan tekanan fisiologi akut [12]. Tambahan pula, individu sedentari dan tidak terlatih sering bergelut dengan peralihan biomekanik daripada berjalan curam kepada berlari yang diperlukan dalam Peringkat 3 dan 4 (bermula pada 3.4 mph dan 4.2 mph pada kecerunan 14% dan 16%) [2, 6].

Satu kajian perbandingan yang menilai protokol treadmill baharu—yang memulakan kelajuan lebih tinggi dengan kecerunan lebih rendah dan menggunakan kenaikan 1 minit—menunjukkan bahawa peserta mencapai nilai VO₂ max yang setara (bias Bland-Altman lwn. Bruce = 0.824 ± 3.163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, peratusan ralat mutlak min < 10%) dalam masa keletihan yang jauh lebih singkat sambil mengelakkan kegagalan otot kaki setempat lebih awal [8].

Kesan Pengeliru daripada Sokongan Pemegang Tangan

Individu tidak terlatih yang berasa tidak stabil pada kecerunan curam sering memegang pemegang tangan treadmill [15, 16]. Sokongan pemegang tangan memesongkan durasi ujian dan pengiraan VO₂ max yang terhasil secara ketara [15, 16]:

• Memegang pemegang tangan hadapan mengurangkan kos metabolik beban kerja sebanyak 10% hingga 20% [16].
• Pengurangan permintaan metabolik ini memanjangkan jumlah masa treadmill ($T$) secara buatan, menyebabkan formula regresi mengira VO₂ max yang terlebih tinggi [15, 16].
• Mengehadkan sentuhan kepada hujung dua jari pada satu tangan mengurangkan perbezaan durasi ini pada lelaki sihat, namun pemanjangan masa yang ketara kekal berlaku dalam kalangan wanita dan pesakit klinikal [15].

Untuk memastikan skor VO₂ max yang dikira kekal sah, ujian mesti dilakukan tanpa bersandar atau memegang sokongan pemegang tangan [15, 16].

Alternatif untuk Individu Tidak Terlatih dan Sedentari

Bagi mengurangkan lonjakan awal yang curam dalam ujian standard, ujian senaman klinikal sering menggunakan protokol yang diubah suai:

• Protokol Bruce Diubah Suai (Modified Bruce Protocol): Menambah dua peringkat beban kerja rendah permulaan selama 3 minit sebelum mencapai Peringkat 1 standard: Peringkat 0/1 pada 1.7 mph dan kecerunan 0% (~2.3 MET), diikuti oleh Peringkat 0.5/2 pada 1.7 mph dan kecerunan 5% (~3.5 MET) [4, 6]. Peningkatan beransur-ansur ini menyesuaikan individu sedentari atau warga emas sebelum memperkenalkan kecerunan 10% [4, 6].
• Protokol Berjalan Sahaja dengan Kecerunan Tinggi: Bagi individu yang tidak dapat berlari, protokol berjalan kelajuan malar (seperti 3.6 mph dengan peningkatan kecerunan 5% setiap 3 minit sehingga kecerunan 25%, mencapai kira-kira 3.88 W/kg) menghasilkan nilai VO₂ max sebenar yang tidak berbeza secara signifikan daripada keputusan Bruce standard ($44.97\pm 7.71$ lwn. $45.99\pm 7.57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0.95$), dengan 93% titik data berada dalam lingkungan ±4.5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ pada analisis Bland-Altman [2].
• Protokol Tanjakan (Ramp): Protokol dengan peringkat yang lebih pendek (biasanya 1 minit atau peningkatan berterusan) menyediakan kemajuan yang lebih lancar, mengurangkan keletihan setempat yang mendadak, serta membolehkan pengenalpastian ambang metabolik dan dataran (plateau) oksigen yang lebih jelas [8, 12].