Точность протокола Брюса для оценки МПК у нетренированных людей

Стандартный тест на беговой дорожке по протоколу Брюса оценивает максимальное потребление кислорода (МПК, VO₂ max) — предельную скорость, с которой организм способен поглощать, транспортировать и утилизировать кислород во время интенсивной нагрузки, — на основе общего времени до отказа [3, 4]. Хотя расчеты по длительности теста в популяционных выборках тесно коррелируют с прямыми измерениями с помощью газоанализатора, индивидуальная погрешность обычно составляет ±10–15% [4]. У нетренированных людей быстрое увеличение угла наклона нередко приводит к преждевременному прекращению теста из-за локального утомления мышц ног, а не истинного кардиореспираторного истощения, что искажает расчетные показатели [6, 8].

Structure of the Bruce Protocol

Изначально разработанный для клинического скрининга ишемической болезни сердца и аритмий, стандартный протокол Брюса имеет жесткую ступенчатую структуру [6, 8]. Тест состоит из 3-минутных ступеней и начинается на 1-й ступени со скорости ходьбы 1,7 мили/ч (2,7 км/ч) при крутом уклоне 10% (интенсивность около 3–4,7 метаболического эквивалента, или МЕТ) [3, 6, 16]. Нагрузка возрастает каждые 3 минуты за счет одновременного увеличения скорости и прибавления 2% к углу наклона полотна, достигая 6,0 миль/ч при уклоне 22% на 7-й ступени (примерно 20–21 МЕТ) и до 7,0 миль/ч при уклоне 26% на 9-й ступени [3, 6, 11, 16].

Если для прямого анализа выдыхаемых газов газоанализатор не используется, МПК рассчитывается по общей продолжительности теста ($T$, в минутах) с помощью стандартных формул регрессии [4, 6]:

• Общая формула: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Мужчины: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Молодые мужчины: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Женщины: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ или $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Эти регрессионные модели хорошо коррелируют с измерениями газоанализатора ($r=0,85$–$0,95$) со стандартной ошибкой оценки около 3,0 мл·кг⁻¹·мин⁻¹ [4, 16]. Однако, поскольку формулы исходят из предположения, что общая длительность напрямую отражает аэробную производительность, любой фактор, искусственно сокращающий или продлевающий время на дорожке, вносит погрешность в расчетный результат [15, 16].

Steep Inclines and Local Muscular Fatigue

Старт с уклона в 10% и его увеличение на 2% на каждом этапе формируют биомеханический профиль, существенно отличающийся от бега по ровной поверхности [6, 8]. Ходьба в гору меняет механику работы нижних конечностей: она укорачивает шаг, снижает частоту шагов, увеличивает продолжительность фазы опоры и двойной опоры, смещает центр давления вперед и латерально, а также снижает вертикальные силы реакции опоры и внутренние моменты приведения в коленном суставе по сравнению с бегом по горизонтали [19, 20].

Несмотря на снижение ударной нагрузки на суставы, крутые уклоны создают высокую локальную нагрузку на мускулатуру нижних конечностей [8, 19]. У здоровых, но нетренированных людей непривычная ходьба в подъем часто провоцирует острое утомление мышц ног, судороги или дискомфорт по типу перемежающейся хромоты еще до того, как будут достигнуты центральные кардиопульмональные пределы [6, 8]. Критерии прекращения теста по протоколу Брюса включают выраженное мышечное утомление, судороги в ногах и перемежающуюся хромоту [6]. Когда человек завершает тест раньше времени из-за локального жжения в ногах, а не общего истощения, общее время на дорожке сокращается, что приводит к искусственно заниженной оценке МПК [8].

Исследования с прямым газоанализом подтверждают, что данный протокол может ограничивать достижение максимального физиологического напряжения. В рандомизированном перекрестном исследовании, где сравнивали протокол Брюса с протоколом с саморегуляцией темпа у 29 участников (22 из которых ранее не проходили тестов с максимальной беговой нагрузкой), прямые измерения МПК оказались практически идентичными (46,8 ± 10,7 против 47,0 ± 9,1 мл·кг⁻¹·мин⁻¹; коэффициент Спирмена $r=0,93$) [1]. Однако максимальная частота сердечных сокращений при стандартном протоколе Брюса была достоверно ниже (179,7 ± 8,7 уд/мин), чем при протоколе с саморегуляцией (182,8 ± 10,5 уд/мин), что указывает на возможность завершения теста до достижения истинного пика сердечно-сосудистой нагрузки [1].

Large Stage Jumps and Pacing Issues

В отличие от рамп-протоколов, где нагрузка растет непрерывно или небольшими 1-минутными шагами, 3-минутные ступени протокола Брюса приводят к резким скачкам нагрузки, вызывающим острый физиологический стресс [12]. Кроме того, малоподвижным и нетренированным людям часто тяжело дается биомеханический переход от ходьбы под крутой уклон к бегу, который требуется на 3-й и 4-й ступенях (начиная со скорости 3,4 и 4,2 мили/ч при уклоне 14% и 16%) [2, 6].

Сравнительное исследование нового протокола для беговой дорожки — с более высокой начальной скоростью, меньшим уклоном и 1-минутными ступенями — показало, что участники достигали сопоставимых значений МПК (смещение по Бланду — Альтману относительно Брюса = 0,824 ± 3,163 мл·кг⁻¹·мин⁻¹, средняя абсолютная процентная ошибка < 10%) за существенно меньшее время до отказа и без преждевременного локального утомления ног [8].

The Confounding Effect of Handrail Support

Нетренированные люди, испытывая неустойчивость на крутом уклоне, часто держатся за поручни дорожки [15, 16]. Опора на поручни существенно искажает продолжительность теста и итоговые расчеты МПК [15, 16]:

• Хват за передний поручень снижает метаболическую стоимость выполняемой нагрузки на 10–20% [16].
• Снижение метаболической нагрузки искусственно увеличивает общее время на дорожке ($T$), из-за чего регрессионные формулы выдают завышенное значение МПК [15, 16].
• Ограничение контакта лишь кончиками двух пальцев одной руки уменьшает эту разницу во времени у здоровых мужчин, однако у женщин и пациентов клинических групп сохраняется значительное завышение длительности [15].

Чтобы расчетные показатели МПК оставались достоверными, тест должен выполняться без опоры на поручни и хвата за них [15, 16].

Alternatives for Untrained and Sedentary Individuals

Чтобы сгладить резкий начальный подъем стандартного теста, в клиническом тестировании физической работоспособности часто используют модифицированные протоколы:

• Модифицированный протокол Брюса: добавляет две предварительные 3-минутные ступени с низкой нагрузкой перед стандартной 1-й ступенью: ступень 0/1 со скоростью 1,7 мили/ч при уклоне 0% (~2,3 МЕТ), затем ступень 0.5/2 со скоростью 1,7 мили/ч при уклоне 5% (~3,5 МЕТ) [4, 6]. Такое плавное втягивание подходит малоподвижным или пожилым людям до выхода на 10%-й уклон [4, 6].
• Протоколы только для ходьбы с большим уклоном: для людей, не способных бежать, протоколы ходьбы с постоянной скоростью (например, 3,6 мили/ч с увеличением уклона на 5% каждые 3 минуты вплоть до 25%, достигая мощности около 3,88 Вт/кг) позволяют зафиксировать истинные значения МПК, статистически не отличающиеся от стандартного протокола Брюса ($44,97\pm 7,71$ против $45,99\pm 7,57$ мл·кг⁻¹·мин⁻¹, $R=0,95$), при этом 93% точек укладываются в диапазон ±4,5 мл·кг⁻¹·мин⁻¹ по анализу Бланда — Альтмана [2].
• Рамп-протоколы: протоколы с более короткими ступенями (обычно по 1 минуте или с непрерывным приростом) обеспечивают более плавное повышение нагрузки, что снижает риск внезапного локального утомления и позволяет точнее определить метаболические пороги и плато потребления кислорода [8, 12].