โซน Heart Rate Reserve ตรงกับจุดตัดทางเมแทบอลิซึมจริงหรือไม่?

สูตร Heart Rate Reserve (HRR) ที่คำนวณผ่านวิธี Karvonen ให้ค่าประมาณอัตราการทำงานของเมแทบอลิซึมในระดับประชากรคร่าวๆ ได้ แต่บ่อยครั้งมักไม่ตรงกับจุดตัดการระบายอากาศ (Ventilatory Threshold) และจุดตัดกรดแลกเตตในเลือด (Blood Lactate Threshold) ของแต่ละบุคคล [2, 17] แม้ค่าเฉลี่ยระดับกลุ่มจะแสดงรูปแบบที่คาดการณ์ได้ แต่อัตราการเต้นของหัวใจ ณ จุดตัดของแต่ละคนกลับมีความแปรปรวนอย่างมากตามระดับความฟิต เพศ และสถานะสุขภาพ [8, 11, 19] การพึ่งพาเปอร์เซ็นต์ HRR มาตรฐานเพียงอย่างเดียวจึงมักทำให้นักกีฬาและประชากรทางคลินิกฝึกซ้อมในขอบเขตเมแทบอลิซึมที่สูงหรือต่ำกว่าเป้าหมายที่ตั้งใจไว้ [8, 14, 17]

แบบจำลองเมแทบอลิซึมสามขอบเขต

สรีรวิทยาการออกกำลังกายแบบคาร์ดิโอแบ่งปริมาณงานออกเป็นสามขอบเขตความหนักทางเมแทบอลิซึมหลัก โดยคั่นด้วยจุดแบ่งเขตทางสรีรวิทยาสองจุด [19]:

1. Moderate Domain (ขอบเขตปานกลาง): อัตราการทำงานต่ำกว่าจุดตัดการระบายอากาศจุดที่หนึ่ง (VT1) หรือจุดตัดแลกเตตจุดที่หนึ่ง (LT1) [19] ในขอบเขตนี้ ระดับแลกเตตในเลือดยังคงใกล้เคียงกับค่าพื้นฐาน (มักนิยามว่าเพิ่มขึ้นไม่เกิน 0.5 mM จากค่าพื้นฐาน) และมีการออกซิเดชันของไขมันในระดับสูง [5, 17]
2. Heavy Domain (ขอบเขตหนัก): อัตราการทำงานระหว่างจุดตัดทางเมแทบอลิซึมจุดที่หนึ่ง (LT1/VT1) และจุดตัดทางเมแทบอลิซึมจุดที่สอง (LT2/VT2, Critical Power หรือ Critical Velocity) [19] แลกเตตในเลือดจะสูงขึ้นเกินค่าพื้นฐาน (มักใช้เกณฑ์คร่าวๆ คือเพิ่มขึ้น $\ge$1.5 mM จากค่าพื้นฐาน) แต่จะคงที่เมื่อออกแรงต่อเนื่อง จนเข้าสู่สภาวะ maximal lactate steady state (MLSS) [3, 17]
3. Severe Domain (ขอบเขตรุนแรง): อัตราการทำงานระหว่างจุดตัดทางเมแทบอลิซึมจุดที่สองไปจนถึงอัตราการใช้ออกซิเจนสูงสุด ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$) ซึ่งมีลักษณะเด่นคือการพุ่งสูงขึ้นของแลกเตตอย่างต่อเนื่องจนไม่สามารถรักษาระดับการออกแรงไว้ได้ และเกิดความล้าอย่างรวดเร็ว [3, 19]

นักกีฬาความทนทานระดับหัวแถวมักจัดสรรปริมาณการฝึกซ้อมประมาณ 80% ให้อยู่ในขอบเขตปานกลาง (Zone 2 และต่ำกว่า) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผลาญไขมัน เสริมสร้างการทำงานของไมโทคอนเดรีย และสงวนไกลโคเจนในกล้ามเนื้อ [5]

ค่าเฉลี่ย HRR กับความแปรปรวนระดับบุคคล

สูตร Karvonen คำนวณอัตราการเต้นของหัวใจเป้าหมายโดยการบวกสัดส่วนของ Heart Rate Reserve เข้ากับอัตราการเต้นของหัวใจขณะพัก: $\text{Target HR}={\text{HR}}_{\text{rest}}+\text{intensity fraction}\times ({\text{HR}}_{\text{max}}-{\text{HR}}_{\text{rest}})$ [2] การนำอัตราการเต้นของหัวใจขณะพักมาคำนวณช่วยสะท้อนการทำงานของระบบประสาทพาราซิมพาเทติกพื้นฐานได้ แต่โซนเปอร์เซ็นต์มาตรฐานก็ยังมักคลาดเคลื่อนจากการวัดทางสรีรวิทยาโดยตรง [2]

ในการทดลองการปั่นจักรยานแบบควบคุม ค่าเฉลี่ยของกลุ่มแสดงให้เห็นความสอดคล้องที่สมเหตุสมผลระหว่าง HRR และตัวบ่งชี้ทางเมแทบอลิซึม ในกลุ่มตัวอย่างนักปั่นชายที่ผ่านการฝึกฝนแบบแอโรบิก 33 คน (ค่าเฉลี่ย $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 62.1 $\pm$ 4.6 ml·kg⁻¹·min⁻¹) จุดสำคัญทางสรีรวิทยาสัมพันธ์กับค่าเฉลี่ยดังต่อไปนี้ [3]:

• VT1: 184 $\pm$ 36 W (66 $\pm$ 9% HRR) [3]
• MLSS (กลุ่มย่อย $n=14$): 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]

จากการทดสอบสมรรถภาพแบบเพิ่มความหนักเป็นขั้น (ramp 25 W·min⁻¹) ทำให้ได้โซนการฝึกซ้อม 5 โซน: R0 (53–62% HRR), R1 (62–71% HRR), R2 (74–86% HRR), R3 (86–99% HRR) และ R3+ (100% HRR) [3]

อย่างไรก็ตาม ข้อมูลการวิเคราะห์อภิมาน (meta-analysis) ในวงกว้างแสดงให้เห็นว่าตำแหน่งจุดตัดของแต่ละบุคคลกระจายตัวออกจากค่าเฉลี่ยเหล่านี้อย่างมาก [17] ในการวิเคราะห์อภิมานที่ครอบคลุม 25 การศึกษาและนักวิ่ง 412 คน อัตราการเต้นของหัวใจของแต่ละบุคคล ณ จุดตัดทางสรีรวิทยาครอบคลุมช่วงที่กว้างมาก [17]:

• ช่วงของ LT1: 65% ถึง 90% HRR (หรือ 69% ถึง 94% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]
• ช่วงของ LT2: 73% ถึง 95% HRR (หรือ 80% ถึง 98% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

เนื่องจากการกระจายตัวนี้ การกำหนดเป้าหมายแบบตายตัว เช่น 75% HRR อาจทำให้นักวิ่งคนหนึ่งอยู่ในระดับต่ำกว่า LT1 ในขอบเขตปานกลางได้อย่างปลอดภัย แต่กลับทำให้อีกคนหนึ่งอยู่สูงกว่า LT1 เข้าสู่ขอบเขตหนัก [17, 19] หากต้องการความมั่นใจ 95% ว่ากำลังออกกำลังกายต่ำกว่า LT1 อย่างแท้จริงโดยไม่มีผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการ นักกีฬาจะต้องคุมให้อยู่ต่ำกว่า 65% HRR (หรือต่ำกว่า 70% ${\text{HR}}_{\text{max}}$) [17]

สาเหตุของความคลาดเคลื่อนระหว่างสูตร HR กับจุดตัดทางเมแทบอลิซึม

ปัจจัยหลายประการอธิบายว่าเหตุใดแบบจำลอง HR reserve ที่อิงตามสูตรจึงไม่ตรงกับจุดตัดกรดแลกเตตในเลือดและการแลกเปลี่ยนก๊าซแบบเรียลไทม์:

1. ความคลาดเคลื่อนแต่กำเนิดจากการประมาณค่า ${\text{HR}}_{\text{max}}$

สมการทำนายอัตราการเต้นของหัวใจสูงสุดตามอายุมาตรฐานมีความคลาดเคลื่อนในการประมาณค่าอยู่ที่ $\pm$10 ถึง 12 bpm [2] ในปี 1999 Meyer และคณะสังเกตว่าการกำหนดการออกกำลังกายที่ 85% คงที่ของ ${\text{HR}}_{\text{max}}$ ส่งผลให้ความหนักในการออกกำลังกายของแต่ละคนกระจัดกระจายตั้งแต่ 87% ถึง 116% ของ anaerobic threshold ที่วัดได้จริงของนักกีฬา [2]

2. ความฟิตแบบแอโรบิกและการเลื่อนตำแหน่งของจุดตัดแบบไม่เป็นเส้นตรง

ความสัมพันธ์ระหว่างความจุแอโรบิกและตำแหน่งของจุดตัดไม่ได้สม่ำเสมอกันในทุกระดับความฟิต [11] ในการศึกษารวบรวมข้อมูลผู้เข้าร่วม 863 คน การใช้ออกซิเจนที่ VT สัมพัทธ์กับ oxygen uptake reserve (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) แสดงกราฟเป็นรูปตัว U [11] จุดต่ำสุดเกิดขึ้นที่ประมาณ 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ ในกลุ่มที่มี $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ ใกล้เคียง 40 ml·kg⁻¹·min⁻¹ ในขณะที่ค่าเฉลี่ย VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 75% ในกลุ่มผู้เข้าร่วมที่มีค่า $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ ต่ำที่สุดและสูงที่สุด [11]

3. ความแตกต่างระหว่างเพศ

จุดตัดเป้าหมายแบบคงที่ไม่ได้แสดงผลเหมือนกันระหว่างเพศ [19] ในกลุ่มตัวอย่างนักวิ่งเพื่อสุขภาพ 165 คน นักวิ่งหญิงแสดงอัตราการเต้นของหัวใจสัมพัทธ์, $\dot{V}{\text{O}}_2$ และความเร็วในการวิ่ง ณ จุด LT1 สูงกว่านักวิ่งชายอย่างมีนัยสำคัญ ($p<0.001$) ซึ่งเน้นย้ำว่าการใช้เป้าหมาย HR เดียวกันไม่ได้สะท้อนความเครียดทางเมแทบอลิซึมที่เท่ากันระหว่างเพศ [19]

4. กลุ่มประชากรทางคลินิกและภาวะ Chronotropic Incompetence

ความแตกต่างระหว่างแนวทางเป้าหมาย HR แบบคงที่กับจุดตัดทางสรีรวิทยาจะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นในกลุ่มประชากรทางคลินิก [8, 14] ในการศึกษาในผู้เข้าร่วม 350 คน ขอบเขตความหนักตามแนวทางมาตรฐานจัดประเภท VT1 ผิดพลาดเป็นความหนักระดับสูงแทนที่จะเป็นความหนักระดับปานกลางในผู้ป่วยโรคหัวใจถึง 67.1% (แนวทางเดิม) และ 79.6% (แนวทาง 2020 ESC) ในขณะที่ความสอดคล้องอยู่ที่ 90% ในกลุ่มคนสุขภาพดีที่ไม่ออกกำลังกาย และ 93.9% ในนักกีฬาเพื่อการแข่งขัน [8]

ในทำนองเดียวกัน ในผู้ป่วยภาวะหัวใจล้มเหลวเรื้อรัง 18 คน อัตราการเต้นของหัวใจเป้าหมายที่คำนวณจาก 40–70% HRR สูงกว่าจุดตัดที่วัดได้จริงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเสี่ยงต่อการสั่งการออกกำลังกายที่หนักหรือรุนแรงเกินไปจนเหนือกว่า ventilatory threshold หรือ respiratory compensation point [14] ค่า ${\text{HR}}_{\text{max}}$ ที่วัดได้จริงในผู้ป่วยเหล่านี้ต่ำกว่าค่าที่ทำนายตามอายุถึง 12% แม้ว่าจะหักลบผลของยากลุ่มเบต้าบล็อกเกอร์ตามมาตรฐานแล้วก็ตาม [14]

ทางเลือกและเกณฑ์อ้างอิงในทางปฏิบัติ

เมื่อไม่สามารถตรวจ metabolic cart โดยตรง (เพื่อวัด VT1/VT2) หรือตรวจวิเคราะห์แลกเตตในเลือดได้ ทางเลือกหลายวิธีสามารถช่วยเทียบเคียงกับจุดเปลี่ยนทางสรีรวิทยาจริงได้:

• อัตราการรับรู้ความเหนื่อย (RPE): ในทุกระดับความฟิตตั้งแต่กลุ่มที่มีความฟิตต่ำไปจนถึงกลุ่มที่ผ่านการฝึกฝนมาอย่างดี VT จะเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอรอบค่าเฉลี่ย Borg RPE ที่ 12.5 $\pm$ 0.93 แม้ว่าอัตราการทำงานจริงจะแตกต่างกันอย่างมากก็ตาม [11]
• ความแปรปรวนของอัตราการเต้นของหัวใจ (HRV): การวิเคราะห์ HRV แบบไม่เป็นเส้นตรงโดยใช้ detrended fluctuation analysis (DFA $\alpha 1$) จะติดตามการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติความสัมพันธ์แบบแฟร็กทัล ซึ่งจะลดลงจาก ~1.5 ที่อัตราการทำงานต่ำ ลงมาสู่ 0.75 ใกล้กับ VT1/LT1 [22, 23] ในกลุ่มนักไตรกีฬาระดับแนวหน้าและกลุ่มนักวิ่งชาย จุดตัด DFA $\alpha 1=0.75$ แสดงความสอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับ LT1 และ VT1 โดยมีความแตกต่างเฉลี่ยเพียง 1.7 ถึง 2.0 bpm เท่านั้น [22, 23]
• เกณฑ์อ้างอิงจากประสิทธิภาพ (Performance Anchors): ในกลุ่มนักวิ่งเพื่อสุขภาพ การประมาณค่าจากความเร็วคงที่ให้ระดับความคลาดเคลื่อนในการระบุ LT1 และ LT2 ต่ำกว่าการใช้อัตราการเต้นของหัวใจหรือ RPE เพียงอย่างเดียว แม้ว่าการประมาณความเร็วสูงสุดแทนการวัดโดยตรงจะเพิ่มความคลาดเคลื่อนของจุดตัดก็ตาม [19]