Соответствуют ли пульсовые зоны по резерву ЧСС реальным метаболическим порогам?

Формулы расчета резерва частоты сердечных сокращений (HRR) по методу Карвонена дают лишь приблизительную оценку метаболической нагрузки на популяционном уровне, но часто не совпадают с индивидуальными вентиляторными и лактатными порогами [2, 17]. Хотя средние значения по группам демонстрируют предсказуемые закономерности, пульс на уровне порогов у конкретных людей сильно различается в зависимости от уровня тренированности, пола и состояния здоровья [8, 11, 19]. Строгое следование стандартным процентам HRR часто приводит к тому, что спортсмены и пациенты в клинической практике тренируются в более высокой или более низкой метаболической зоне, чем планировалось [8, 14, 17].

Трехзонная метаболическая модель

В физиологии упражнений на выносливость интенсивность работы делят на три основные метаболические зоны (домена), разделенные двумя физиологическими пограничными точками [19]:

1. Умеренная зона (Moderate Domain): интенсивность ниже первого вентиляторного порога (VT1) или первого лактатного порога (LT1) [19]. В этой зоне уровень лактата в крови остается близким к исходному (обычно определяется как прирост менее чем на 0,5 ммоль/л от базового уровня), а окисление жиров повышено [5, 17].
2. Тяжелая зона (Heavy Domain): интенсивность между первым метаболическим порогом (LT1/VT1) и вторым метаболическим порогом (LT2/VT2, критическая мощность или критическая скорость) [19]. Концентрация лактата в крови поднимается выше базового уровня (часто ориентируются на прирост $\ge$1,5 ммоль/л), но стабилизируется при непрерывной нагрузке, приближаясь к максимальному устойчивому состоянию по лактату (MLSS) [3, 17].
3. Критическая зона (Severe Domain): интенсивность между вторым метаболическим порогом и максимальным потреблением кислорода ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$), характеризующаяся непрерывным нарастанием лактата и быстрым утомлением [3, 19].

Элитные спортсмены на выносливость обычно отводят около 80% тренировочного объема на работу в умеренной зоне (Зона 2 и ниже), чтобы оптимизировать жировой обмен, увеличить плотность митохондрий и экономить мышечный гликоген [5].

Средние значения резерва ЧСС и индивидуальные различия

Формула Карвонена рассчитывает целевую ЧСС путем прибавления доли резерва сердечного ритма к ЧСС покоя: $\text{Целевая ЧСС}={\text{ЧСС}}_{\text{покоя}}+\text{доля интенсивности}\times ({\text{ЧСС}}_{\text{макс}}-{\text{ЧСС}}_{\text{покоя}})$ [2]. Учет пульса в покое помогает отразить базовый парасимпатический тонус, однако стандартные процентные зоны все равно часто расходятся с прямыми физиологическими измерениями [2].

В контролируемых тестах на велоэргометре групповые средние значения демонстрируют неплохое соответствие между HRR и метаболическими маркерами. В группе из 33 тренированных велосипедистов-мужчин (средний $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 62,1 $\pm$ 4,6 мл·кг⁻¹·мин⁻¹) физиологические ориентиры соответствовали следующим средним значениям [3]:

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

На основе ступенчатых нагрузочных тестов (с шагом 25 Вт·мин⁻¹) было выделено пять тренировочных зон: R0 (53–62% HRR), R1 (62–71% HRR), R2 (74–86% HRR), R3 (86–99% HRR) и R3+ (100% HRR) [3].

Однако масштабные метааналитические данные показывают, что индивидуальные пороговые значения сильно рассеяны вокруг этих средних цифр [17]. В метаанализе, объединившем 25 исследований и 412 бегунов, индивидуальный пульс на физиологических порогах варьировался в широких пределах [17]:

• Диапазон LT1: от 65% до 90% HRR (или от 69% до 94% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]
• Диапазон LT2: от 73% до 95% HRR (или от 80% до 98% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

Из-за такого разброса назначение произвольной цели, например 75% HRR, для одного бегуна будет означать безопасную работу ниже LT1 в умеренной зоне, а другого выведет далеко за пределы LT1 в тяжелую зону [17, 19]. Чтобы с 95%-й вероятностью оставаться строго ниже LT1 без лабораторного тестирования, спортсмен должен тренироваться ниже 65% HRR (или ниже 70% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17].

Причины несовпадения формул ЧСС и метаболических порогов

Существует несколько факторов, объясняющих, почему формулы резерва ЧСС не совпадают с реальными порогами по лактату и газоанализу:

1. Погрешность в оценке ${\text{HR}}_{\text{max}}$

Стандартные формулы расчета максимальной ЧСС по возрасту имеют погрешность в пределах $\pm$10–12 уд/мин [2]. В 1999 году Майер и коллеги обнаружили, что назначение нагрузки на фиксированном уровне 85% от ${\text{HR}}_{\text{max}}$ приводило к тому, что реальная интенсивность у участников колебалась от 87% до 116% от их индивидуально измеренного анаэробного порога [2].

2. Аэробная подготовленность и нелинейный сдвиг порогов

Взаимосвязь между аэробной мощностью и положением порога не является одинаковой для людей с разным уровнем подготовки [11]. В сводном исследовании 863 участников потребление кислорода на уровне VT относительно резерва потребления кислорода (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) продемонстрировало U-образную кривую [11]. Минимальное значение находилось на уровне около 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ у людей с $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ около 40 мл·кг⁻¹·мин⁻¹, тогда как у участников с самыми низкими и самыми высокими значениями $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ средний VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ возрастал примерно до 75% [11].

3. Различия между полами

Фиксированные пороговые ориентиры работают неодинаково у мужчин и женщин [19]. В исследовании с участием 165 бегунов-любителей у женщин на уровне LT1 относительные показатели ЧСС, $\dot{V}{\text{O}}_2$ и скорости бега были достоверно выше, чем у мужчин ($p<0,001$). Это подтверждает, что единые нормативы ЧСС искажают реальную метаболическую нагрузку у разных полов [19].

4. Клинические группы и хронотропная недостаточность

Расхождение между фиксированными целевыми зонами ЧСС и физиологическими порогами особенно выражено в клинической практике [8, 14]. В исследовании с участием 350 человек стандартные протоколы ошибочно классифицировали VT1 как высокую интенсивность вместо умеренной у 67,1% (предыдущие рекомендации) и у 79,6% (рекомендации ESC 2020 года) кардиологических пациентов, тогда как совпадение составило 90% у здоровых нетренированных людей и 93,9% у действующих спортсменов [8].

Аналогично у 18 пациентов с хронической сердечной недостаточностью целевая ЧСС, рассчитанная как 40–70% HRR, оказалась значительно выше измеренных порогов, что создавало риск назначения тяжелой или критической нагрузки выше вентиляторного порога или точки респираторной компенсации [14]. Измеренная ${\text{HR}}_{\text{max}}$ у этих пациентов была на 12% ниже расчетной по возрасту даже после внесения стандартных поправок на прием бета-блокаторов [14].

Практические альтернативы и ориентиры

Если нет возможности провести газоанализ (для измерения VT1/VT2) или забор лактата крови, откалибровать интенсивность относительно реальных физиологических переходов помогают другие методы:

• Шкала воспринимаемого напряжения (RPE): у людей с самым разным уровнем подготовки — от нетренированных до профессионалов — VT стабильно наступает при среднем значении по шкале Борга 12,5 $\pm$ 0,93, несмотря на огромную разницу в абсолютной мощности [11].
• Вариабельность сердечного ритма (HRV): нелинейный анализ вариабельности ритма методом флуктуационного анализа без тренда (DFA $\alpha 1$) отслеживает изменения фрактальных свойств корреляции, которые снижаются с ~1,5 при низкой нагрузке до 0,75 в районе VT1/LT1 [22, 23]. У элитных триатлетов и тренированных бегунов порог DFA $\alpha 1=0,75$ показал точное совпадение с LT1 и VT1 со средней разницей всего в 1,7–2,0 уд/мин [22, 23].
• Ориентиры по результативности: у бегунов-любителей расчетные значения на основе скорости дают меньшую погрешность при определении LT1 и LT2 по сравнению с использованием только пульса или RPE, хотя оценка максимальной скорости по формулам (вместо прямого замера) увеличивает ошибку [19].