Bruce-protokollens nøyaktighet for VO2-maks hos utrente

Standard Bruce-tredemølletest estimerer maksimalt oksygenopptak (VO₂-maks) – den maksimale hastigheten kroppen kan ta opp, transportere og utnytte oksygen på under hard fysisk anstrengelse – basert på total tid til utmattelse [3, 4]. Selv om tidsbaserte beregninger korrelerer sterkt med direkte målinger via gassanalysator på tvers av populasjoner, har individuelle estimater vanligvis et avvik på ±10 % til 15 % [4]. For utrente personer fører protokollens raske økning i stigning ofte til at testen avbrytes for tidlig på grunn av lokal tretthet i beina i stedet for reell kardiorespiratorisk utmattelse, noe som forvrenger de tidsbaserte beregningene [6, 8].

Oppbyggingen av Bruce-protokollen

Bruce-protokollen ble opprinnelig utviklet for å undersøke kliniske pasienter for koronarsykdom og arytmier, og følger en rigid flertrinnsstruktur [6, 8]. Testen går gjennom 3-minutters trinn, med start på trinn 1 i en gåhastighet på 1,7 mph (2,7 km/t) med en bratt stigning på 10 % (en intensitet på omtrent 3 til 4,7 metabolske ekvivalenter, eller MET) [3, 6, 16]. Arbeidsbelastningen økes hvert 3. minutt ved at både hastigheten økes og stigningen på tredemøllen økes med 2 %, og når 6,0 mph ved 22 % stigning på trinn 7 (omtrent 20 til 21 MET) og opptil 7,0 mph ved 26 % stigning på trinn 9 [3, 6, 11, 16].

Når man ikke bruker pust-for-pust-gassanalysatorer til å måle respirasjonsgasser direkte, estimeres VO₂-maks fra den totale testvarigheten ($T$, i minutter) ved hjelp av etablerte regresjonsformler [4, 6]:

• Generell formel: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Menn: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Unge menn: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Kvinner: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ eller $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Disse regresjonsmodellene korrelerer godt med direkte gassmålinger ($r=0,85$ til $0,95$) med en standard estimatfeil på rundt 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Men fordi formlene forutsetter at total varighet reflekterer aerob kapasitet direkte, vil enhver faktor som forkorter eller forlenger tiden på tredemøllen kunstig, introdusere feil i det beregnede resultatet [15, 16].

Bratt stigning og lokal muskeltretthet

Å starte på 10 % stigning og øke med 2 % for hvert trinn skaper en biomekanisk profil som er svært ulik flatløping [6, 8]. Gange i motbakke endrer bevegelsesmønsteret i underekstremitetene: det forkorter steglengden, reduserer stegfrekvensen, øker tiden i støttefasen og dobbelstøttefasen, forskyver trykksenteret fremover og lateralt, og reduserer vertikale bakkereaksjonskrefter og indre kneadduksjonsmomenter sammenlignet med flatløping [19, 20].

Til tross for redusert leddbelastning stiller bratte stigninger store lokale krav til muskulaturen i beina [8, 19]. Hos friske, men utrente deltakere fører uvant motbakkegange ofte til akutt tretthet i beina, kramper eller claudicatio-lignende ubehag før sentrale kardiopulmonale begrensninger nås [6, 8]. Kriteriene for å avbryte en Bruce-test inkluderer alvorlig muskeltretthet, beinkramper og claudicatio [6]. Når en person avslutter testen for tidlig på grunn av lokal svie og tretthet i beina snarere enn sentral utmattelse, blir den totale tiden på møllen forkortet, noe som resulterer i et kunstig lavt estimert VO₂-maks [8].

Studier med direkte gassutveksling bekrefter at protokollen kan begrense maksimal fysiologisk anstrengelse. I en randomisert overkryssingsstudie som sammenlignet Bruce-protokollen med en utøverstyrt protokoll hos 29 deltakere (hvorav 22 ikke hadde erfaring med maksimale løpetester fra før), var direkte målte VO₂-maks-verdier nesten identiske (46,8 ± 10,7 vs. 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearmans $r=0,93$) [1]. Imidlertid var maksimal hjertefrekvens signifikant lavere under standard Bruce-protokoll (179,7 ± 8,7 slag/min) sammenlignet med den utøverstyrte protokollen (182,8 ± 10,5 slag/min), noe som indikerer at testdesignen kan føre til at testen avsluttes før reell kardiovaskulær toppbelastning er nådd [1].

Store trinnvise hopp og tempojustering

I motsetning til rampeprotokoller, som øker belastningen kontinuerlig eller i små 1-minutters intervaller, gir Bruce-protokollens 3-minutters trinn store, brå hopp i arbeidsbelastning som skaper akutt fysiologisk stress [12]. I tillegg sliter stillesittende og utrente personer ofte med den biomekaniske overgangen fra bratt gange til løping, som kreves på trinn 3 og 4 (starter på 3,4 mph og 4,2 mph med 14 % og 16 % stigning) [2, 6].

En sammenlignende studie som evaluerte en ny tredemølleprotokoll – med høyere starthastighet, lavere stigning og 1-minutters økninger – viste at deltakerne nådde likeverdige VO₂-maks-verdier (Bland-Altman-avvik vs. Bruce = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, gjennomsnittlig absolutt prosentvis feil < 10 %) med betydelig kortere tid til utmattelse, samtidig som de unngikk prematur lokal muskelsvikt i beina [8].

Den forstyrrende effekten av å holde i rekkverket

Utrente personer som føler seg ustabile i bratt stigning, griper ofte tak i rekkverket på tredemøllen [15, 16]. Å støtte seg på rekkverket forvrenger testvarigheten og de påfølgende VO₂-maks-beregningene betydelig [15, 16]:

• Å holde i det fremre rekkverket reduserer den metabolske kostnaden ved arbeidsbelastningen med 10 % til 20 % [16].
• Dette reduserte metabolske kravet forlenger den totale tiden på møllen ($T$) kunstig, noe som fører til at regresjonsformlene beregner en for høy VO₂-maks [15, 16].
• Å begrense kontakten til fingertuppene på to fingre på én hånd reduserer denne tidsforskjellen hos friske menn, men en betydelig kunstig forlengelse av testtiden vedvarer hos kvinner og kliniske pasienter [15].

For at beregnede VO₂-maks-verdier skal være gyldige, må testen gjennomføres uten å lene seg på eller holde i rekkverk eller sidestøtter [15, 16].

Alternativer for utrente og stillesittende personer

For å dempe det bratte starthoppet i standardtesten benytter klinisk fysiologisk testing ofte modifiserte protokoller:

• Modifisert Bruce-protokoll: Legger til to innledende 3-minutters trinn med lav belastning før standard trinn 1: Trinn 0/1 på 1,7 mph og 0 % stigning (~2,3 MET), etterfulgt av trinn 0,5/2 på 1,7 mph og 5 % stigning (~3,5 MET) [4, 6]. Denne gradvise opptrappingen tilrettelegger for stillesittende eller eldre personer før 10 % stigning introduseres [4, 6].
• Gåprotokoller med høy stigning: For personer som ikke kan løpe, vil gåprotokoller med konstant hastighet (slik som 3,6 mph med 5 % økning i stigning hvert 3. minutt opp til 25 %, som tilsvarer omtrent 3,88 W/kg) fremkalle reelle VO₂-maks-verdier som ikke skiller seg signifikant fra standard Bruce-resultater ($44,97\pm 7,71$ vs. $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), hvor 93 % av datapunktene faller innenfor ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ i Bland-Altman-analyse [2].
• Rampeprotokoller: Protokoller med kortere trinn (vanligvis 1 minutt eller kontinuerlig økning) gir jevnere progresjon som reduserer akutt lokal tretthet og gjør det lettere å identifisere metabolske terskler og oksygenplatåer [8, 12].