Czy strefy rezerwy tętna odpowiadają rzeczywistym progom metabolicznym?

Formuły oparte na rezerwie tętna (HRR), wyliczane metodą Karvonena, stanowią zgrubne oszacowanie metabolicznej intensywności wysiłku na poziomie populacyjnym, jednak często nie pokrywają się precyzyjnie z indywidualnymi progami wentylacyjnymi i mleczanowymi [2, 17]. Choć średnie grupowe wykazują przewidywalne wzorce, indywidualne wartości tętna progowego różnią się znacznie w zależności od poziomu wytrenowania, płci i stanu zdrowia [8, 11, 19]. Ścisłe poleganie na standardowych wartościach procentowych HRR często prowadzi do sytuacji, w której sportowcy oraz pacjenci trenują w wyższych lub niższych domenach metabolicznych, niż zamierzano [8, 14, 17].

Trzydomenowy model metaboliczny

Fizjologia wysiłku wytrzymałościowego dzieli intensywność pracy na trzy główne domeny metaboliczne, rozdzielone dwoma fizjologicznymi punktami granicznymi [19]:

1. Domena umiarkowana (Moderate Domain): Intensywności poniżej pierwszego progu wentylacyjnego (VT1) lub pierwszego progu mleczanowego (LT1) [19]. W tej domenie stężenie mleczanu we krwi pozostaje zbliżone do wartości spoczynkowych (często definiowane jako wzrost o mniej niż 0,5 mM powyżej poziomu wyjściowego), a utlenianie tłuszczów jest podwyższone [5, 17].
2. Domena ciężka (Heavy Domain): Intensywności pomiędzy pierwszym progiem metabolicznym (LT1/VT1) a drugim progiem metabolicznym (LT2/VT2, moc krytyczna lub prędkość krytyczna) [19]. Stężenie mleczanu we krwi wzrasta powyżej poziomu wyjściowego (często przyjmowane heurystycznie jako wzrost o $\ge$1,5 mM powyżej wartości wyjściowej), lecz stabilizuje się podczas wysiłków ciągłych, zbliżając się do maksymalnego stanu równowagi mleczanowej (MLSS) [3, 17].
3. Domena skrajna (Severe Domain): Intensywności pomiędzy drugim progiem metabolicznym a maksymalnym poborem tlenu ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$), charakteryzujące się niestabilnym, ciągłym wzrostem stężenia mleczanu i szybkim narastaniem zmęczenia [3, 19].

Sportowcy dyscyplin wytrzymałościowych światowej klasy przeznaczają zazwyczaj około 80% objętości treningowej na domenę umiarkowaną (strefa 2 i poniżej), aby zoptymalizować metabolizm tłuszczów, rozwijać wydajność mitochondrialną i oszczędzać glikogen mięśniowy [5].

Średnie wartości HRR a zmienność indywidualna

Formuła Karvonena oblicza docelowe tętno poprzez dodanie określonej części rezerwy tętna do tętna spoczynkowego: $\text{Tętno docelowe}={\text{HR}}_{\text{rest}}+\text{ułamek intensywności}\times ({\text{HR}}_{\text{max}}-{\text{HR}}_{\text{rest}})$ [2]. Uwzględnienie tętna spoczynkowego pozwala odzwierciedlić wyjściowe napięcie przywspółczulne, jednak standardowe strefy procentowe często odbiegają od bezpośrednich pomiarów fizjologicznych [2].

W kontrolowanych badaniach kolarskich średnie grupowe sugerują zadowalającą korelację między HRR a wskaźnikami metabolicznymi. W grupie 33 wytrenowanych tlenowo kolarzy (średni $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 62,1 $\pm$ 4,6 ml·kg⁻¹·min⁻¹) punkty fizjologiczne odpowiadały następującym wartościom średnim [3]:

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

Na podstawie testów stopniowanych (rampy 25 W·min⁻¹) wyodrębniono pięć stref treningowych: R0 (53–62% HRR), R1 (62–71% HRR), R2 (74–86% HRR), R3 (86–99% HRR) oraz R3+ (100% HRR) [3].

Jednak obszerne dane metaanalityczne wskazują, że indywidualne położenie progów jest niezwykle mocno rozproszone wokół tych średnich [17]. W metaanalizie obejmującej 25 badań i 412 biegaczy indywidualne wartości tętna na progach fizjologicznych obejmowały bardzo szerokie zakresy [17]:

• Zakres LT1: od 65% do 90% HRR (lub od 69% do 94% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]
• Zakres LT2: od 73% do 95% HRR (lub od 80% do 98% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

Z powodu tak dużego rozrzutu wyznaczenie arbitralnego celu, np. 75% HRR, może u jednego biegacza oznaczać bezpieczny bieg poniżej LT1 w domenie umiarkowanej, podczas gdy innego wprowadzi głęboko powyżej LT1 w domenę ciężką [17, 19]. Aby uzyskać 95% pewności, że wysiłek odbywa się ściśle poniżej LT1 bez badań laboratoryjnych, sportowiec musiałby utrzymać tętno poniżej 65% HRR (lub poniżej 70% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17].

Źródła rozbieżności między formułami tętna a progami metabolicznymi

Kilka czynników tłumaczy, dlaczego modele oparte na rezerwie tętna wyliczanej ze wzorów nie pokrywają się z rzeczywistymi progami mleczanowymi i wymiany gazowej:

1. Błąd szacowania ${\text{HR}}_{\text{max}}$

Standardowe równania szacujące tętno maksymalne na podstawie wieku są obarczone błędem rzędu $\pm$10 do 12 bpm [2]. W 1999 roku Meyer i współpracownicy zaobserwowali, że zalecenie wysiłku na stałym poziomie 85% ${\text{HR}}_{\text{max}}$ skutkowało indywidualną intensywnością rozproszoną w przedziale od 87% do 116% indywidualnie zmierzonego progu beztlenowego zawodników [2].

2. Wydolność tlenowa a nieliniowe przesunięcia progów

Zależność między wydolnością tlenową a położeniem progu nie jest jednolita dla różnych poziomów wytrenowania [11]. W zbiorczym badaniu z udziałem 863 uczestników pobór tlenu na progu wentylacyjnym w odniesieniu do rezerwy poboru tlenu (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) przyjął kształt krzywej U-kształtnej [11]. Wartość najniższa wystąpiła przy około 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ u osób z $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ w okolicach 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹, podczas gdy średnie VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ wzrastało do około 75% u uczestników o najniższych oraz najwyższych wartościach $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ [11].

3. Różnice międzypłciowe

Sztywne wartości progowe nie zachowują się identycznie u obu płci [19]. W grupie 165 biegaczy rekreacyjnych kobiety wykazywały istotnie wyższe względne tętno, $\dot{V}{\text{O}}_2$ oraz prędkość biegu na progu LT1 w porównaniu z mężczyznami ($p<0,001$), co podkreśla, że jednolite cele tętna błędnie odzwierciedlają obciążenie metaboliczne u różnych płci [19].

4. Populacje kliniczne i niewydolność chronotropowa

Rozbieżność między wytycznymi opartymi na stałych wartościach tętna a progami fizjologicznymi jest szczególnie wyraźna w grupach klinicznych [8, 14]. W badaniu z udziałem 350 osób strefy intensywności wyznaczone na podstawie standardowych zaleceń błędnie zaklasyfikowały VT1 jako wysoką zamiast umiarkowanej intensywności u 67,1% (poprzednie wytyczne) oraz 79,6% (wytyczne ESC z 2020 r.) pacjentów kardiologicznych, podczas gdy zgodność wynosiła 90% u zdrowych osób nieaktywnych i 93,9% u sportowców wyczynowych [8].

Podobnie w grupie 18 pacjentów z przewlekłą niewydolnością serca docelowe tętno wyliczone z 40–70% HRR było znacznie wyższe niż zmierzone progi, co stwarzało ryzyko zalecenia ciężkiego lub skrajnego wysiłku powyżej progu wentylacyjnego lub punktu kompensacji oddechowej [14]. Zmierzone ${\text{HR}}_{\text{max}}$ u tych pacjentów było o 12% niższe od wartości szacowanych na podstawie wieku, nawet po uwzględnieniu standardowych korekt związanych z przyjmowaniem beta-blokerów [14].

Praktyczne alternatywy i punkty odniesienia

Gdy bezpośrednie badanie ergospirometryczne (pomiar VT1/VT2) lub analiza stężenia mleczanu we krwi są niedostępne, kilka metod alternatywnych umożliwia kalibrację względem rzeczywistych przejść fizjologicznych:

• Subiektywna ocena wysiłku (RPE): Na różnych poziomach wytrenowania – od osób o niskiej sprawności po osoby wysoce wytrenowane – VT stale przypada w okolicach średniej wartości 12,5 $\pm$ 0,93 w skali RPE Borga, pomimo dużych różnic w bezwzględnej intensywności pracy [11].
• Zmienność rytmu zatokowego (HRV): Nieliniowa analiza HRV za pomocą analizy fluktuacji po usunięciu trendu (DFA $\alpha 1$) śledzi zmiany we fraktalnych właściwościach korelacji, które spadają z poziomu ~1,5 przy niskiej intensywności do około 0,75 w okolicach VT1/LT1 [22, 23]. U wyczynowych triathlonistów i biegaczy próg DFA $\alpha 1=0,75$ wykazał ścisłą zgodność z LT1 i VT1, wykazując średnie różnice wynoszące zaledwie od 1,7 do 2,0 bpm [22, 23].
• Wskaźniki oparte na wynikach (tempo): U biegaczy rekreacyjnych szacunki oparte na stałym tempie generują mniejszy błąd w identyfikacji LT1 i LT2 w porównaniu z samym tętnem lub wskaźnikiem RPE, choć szacowanie prędkości maksymalnej zamiast jej bezpośredniego pomiaru zwiększa błąd wyznaczenia progu [19].