Presnosť Bruceovho protokolu pri meraní VO2 max u netrénovaných ľudí

Štandardný Bruceov test na bežeckom páse odhaduje maximálnu spotrebu kyslíka (VO₂ max) – maximálnu mieru, akou telo dokáže prijímať, transportovať a využívať kyslík počas intenzívneho cvičenia – z celkového času do vyčerpania [3, 4]. Hoci výpočty založené na dĺžke trvania testu v rôznych populáciách silno korelujú s priamym meraním pomocou spiroergometrie, individuálne odhady zvyčajne nesú odchýlku ±10 % až 15 % [4]. U netrénovaných jedincov rýchly nárast sklonu v tomto protokole často spôsobuje predčasné ukončenie testu skôr pre lokálnu svalovú únavu nôh než pre skutočné kardiorespiračné vyčerpanie, čo skresľuje výsledné výpočty založené na čase [6, 8].

Štruktúra Bruceovho protokolu

Štandardný Bruceov protokol, pôvodne vyvinutý na skríning pacientov s ischemickou chorobou srdca a arytmiami v klinickej praxi, sa riadi prísnym viacstupňovým dizajnom [6, 8]. Test postupuje v 3-minútových stupňoch, pričom začína 1. stupňom s rýchlosťou chôdze 1,7 mph (2,7 km/h) pri strmom 10 % sklone (intenzita približne 3 až 4,7 metabolických ekvivalentov alebo MET) [3, 6, 16]. Zaťaženie sa stupňuje každé 3 minúty súčasným zvýšením rýchlosti a pridaním 2 % k sklonu bežeckého pásu, pričom v 7. stupni dosahuje 6,0 mph pri 22 % sklone (približne 20 až 21 MET) a v 9. stupni až 7,0 mph pri 26 % sklone [3, 6, 11, 16].

Ak sa na priame meranie dýchacích plynov nepoužíva spiroergometria metódou dych po dychu, hodnota VO₂ max sa odhaduje z celkového času testu ($T$ v minútach) pomocou overených regresných vzorcov [4, 6]:

• Všeobecný vzorec: ${\text{VO}}_2\text{ max }(\text{ml}\cdot {\text{kg}}^{-1}\cdot {\text{min}}^{-1})=14.76-(1.379\times T)+(0.451\times T^2)-(0.012\times T^3)$ [4, 6, 16]
• Muži: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Mladí muži: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Ženy: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ alebo $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Tieto regresné modely dobre korelujú s meraniami spiroergometriou ($r=0,85$ až $0,95$) so štandardnou chybou odhadu okolo 3,0 ml·kg⁻¹·min⁻¹ [4, 16]. Keďže však rovnice predpokladajú, že celkový čas priamo odzrkadľuje aeróbnu kapacitu, akýkoľvek faktor, ktorý umelo skracuje alebo predlžuje čas na bežeckom páse, vnáša do vypočítaného výsledku chybu [15, 16].

Strmé sklony a lokálna svalová únava

Začiatok pri 10 % sklone a jeho zvyšovanie o 2 % v každom stupni vytvára biomechanický profil, ktorý sa výrazne líši od behu po rovine [6, 8]. Chôdza do kopca mení mechaniku dolných končatín: skracuje dĺžku kroku, znižuje kadenciu, predlžuje fázu opory a dvojitej opory, posúva ťažisko tlaku dopredu a do strán a znižuje vertikálne reakčné sily podložky aj vnútorné abdukčné momenty kolena v porovnaní s behom po rovine [19, 20].

Napriek zníženiu nárazových síl na kĺby kladú strmé sklony vysoké lokálne nároky na svalstvo dolných končatín [8, 19]. U zdravých, no netrénovaných účastníkov nezvyčajná chôdza do kopca často vyvoláva akútnu únavu nôh, kŕče alebo bolesť pripomínajúcu klaudikáciu skôr, ako sa dosiahnu centrálne kardiopulmonálne limity [6, 8]. Medzi kritériá na ukončenie Bruceovho protokolu patrí ťažká svalová únava, kŕče v nohách a klaudikácie [6]. Keď jedinec ukončí test predčasne pre lokálne pálenie v nohách namiesto centrálneho vyčerpania, celkový čas na bežeckom páse sa skráti, čo vedie k umelo zníženému odhadu VO₂ max [8].

Štúdie s priamou analýzou výmeny plynov potvrdzujú, že tento protokol môže obmedziť maximálne fyziologické vypätie. V randomizovanej skríženej štúdii porovnávajúcej Bruceov protokol s protokolom riadeným samotným športovcom u 29 účastníkov (z ktorých 22 nemalo predchádzajúce skúsenosti s maximálnym bežeckým testom) boli priame merania VO₂ max takmer identické (46,8 ± 10,7 vs. 47,0 ± 9,1 ml·kg⁻¹·min⁻¹; Spearmanovo $r=0,93$) [1]. Maximálna srdcová frekvencia však bola pri štandardnom Bruceovom protokole významne nižšia (179,7 ± 8,7 bpm) v porovnaní s protokolom riadeným športovcom (182,8 ± 10,5 bpm), čo naznačuje, že testovanie s týmto dizajnom sa môže skončiť skôr, ako nastane skutočné kardiovaskulárne maximum [1].

Veľké skoky medzi stupňami a problémy s tempom

Na rozdiel od rampových protokolov, ktoré zvyšujú záťaž kontinuálne alebo v malých 1-minútových prírastkoch, 3-minútové stupne Bruceovho protokolu vytvárajú veľké a náhle skoky v zaťažení, ktoré vyvolávajú akútny fyziologický stres [12]. Sedaví a netrénovaní jednotlivci navyše často zápasia s biomechanickým prechodom zo strmej chôdze do behu, ktorý sa vyžaduje v 3. a 4. stupni (začínajúcich na rýchlostiach 3,4 mph a 4,2 mph pri 14 % a 16 % sklone) [2, 6].

Porovnávacia štúdia hodnotiaca nový protokol na bežeckom páse – ktorý začínal vyššími rýchlosťami s nižšími sklonmi a využíval 1-minútové prírastky – ukázala, že účastníci dosiahli ekvivalentné hodnoty VO₂ max (skreslenie Bland-Altman oproti Bruceovi = 0,824 ± 3,163 ml·kg⁻¹·min⁻¹, priemerná absolútna percentuálna chyba < 10 %) za podstatne kratší čas do vyčerpania, pričom sa vyhli predčasnému lokálnemu zlyhaniu svalov nôh [8].

Skresľujúci vplyv držania sa madiel

Netrénovaní ľudia, ktorí sa na strmých sklonoch cítia nestabilne, sa často chytajú madiel bežeckého pásu [15, 16]. Opora o madlá výrazne skresľuje čas testu a následné výpočty VO₂ max [15, 16]:

• Držanie predného madla znižuje metabolické nároky daného zaťaženia o 10 % až 20 % [16].
• Táto znížená metabolická náročnosť umelo predlžuje celkový čas na bežeckom páse ($T$), čo spôsobuje, že regresné vzorce vypočítajú nadhodnotenú hodnotu VO₂ max [15, 16].
• Obmedzenie kontaktu len na končeky dvoch prstov jednej ruky znižuje tento rozdiel v trvaní u zdravých mužov, no u žien a klinických pacientov stále pretrváva výrazné predĺženie času [15].

Aby boli vypočítané hodnoty VO₂ max platné, test sa musí vykonávať bez opierania sa o madlá alebo ich držania [15, 16].

Alternatívy pre netrénovaných a sedavých ľudí

Na zmiernenie strmého počiatočného skoku štandardného testu sa v klinickom záťažovom testovaní často využívajú upravené protokoly:

• Modifikovaný Bruceov protokol: Pridáva dva predbežné 3-minútové stupne s nízkou záťažou pred dosiahnutím štandardného 1. stupňa: Stupeň 0/1 pri 1,7 mph a 0 % sklone (~2,3 MET), po ktorom nasleduje Stupeň 0,5/2 pri 1,7 mph a 5 % sklone (~3,5 MET) [4, 6]. Tento postupný nábeh vyhovuje sedavým alebo starším osobám predtým, ako nastúpi 10 % sklon [4, 6].
• Protokoly založené výlučne na chôdzi do strmého kopca: Pre ľudí, ktorí nemôžu behať, protokoly s chôdzou pri konštantnej rýchlosti (napríklad 3,6 mph so zvyšovaním sklonu o 5 % každé 3 minúty až do 25 % sklonu, pričom sa dosiahne približne 3,88 W/kg) vyvolávajú skutočné hodnoty VO₂ max, ktoré sa významne nelíšia od štandardných výsledkov Bruceovho protokolu ($44,97\pm 7,71$ vs. $45,99\pm 7,57$ ml·kg⁻¹·min⁻¹, $R=0,95$), pričom 93 % údajov spadá do rozmedzia ±4,5 ml·kg⁻¹·min⁻¹ podľa Bland-Altmanovej analýzy [2].
• Rampové protokoly: Protokoly s kratšími stupňami (zvyčajne 1 minúta alebo plynulé prírastky) poskytujú plynulejšiu progresiu, ktorá znižuje náhlu lokálnu únavu a umožňuje jasnejšiu identifikáciu metabolických prahov a plató príjmu kyslíka [8, 12].