Точність визначення VO2 max за протоколом Брюса у нетренованих людей

Стандартний біговий тест за протоколом Брюса оцінює максимальне споживання кисню (VO₂ max) — максимальну швидкість, з якою організм здатний поглинати, транспортувати та утилізувати кисень під час інтенсивних навантажень, — на основі загального часу до настання виснаження [3, 4]. Хоча розрахунки на основі тривалості тісно корелюють із прямими вимірюваннями на метаболографі в популяційних вибірках, індивідуальні оцінки зазвичай мають похибку в межах ±10–15% [4]. У нетренованих людей швидке наростання кута нахилу часто спричиняє передчасне припинення тесту через локальне втомлення м'язів ніг, а не через справжнє кардіореспіраторне виснаження, що спотворює результати розрахунків на основі часу [6, 8].

Структура протоколу Брюса

Стандартний протокол Брюса, розроблений початково для клінічного обстеження пацієнтів з ішемічною хворобою серця та аритміями, має жорстку багатоступеневу структуру [6, 8]. Тест складається з 3-хвилинних ступенів і розпочинається на 1-му ступені з ходьби зі швидкістю 1,7 милі/год (2,7 км/год) під крутим нахилом 10% (інтенсивність приблизно від 3 до 4,7 метаболічних еквівалентів, або MET) [3, 6, 16]. Навантаження зростає кожні 3 хвилини за рахунок одночасного збільшення швидкості та додавання 2% до кута нахилу доріжки, досягаючи швидкості 6,0 миль/год за нахилу 22% на 7-му ступені (приблизно 20–21 MET) і до 7,0 миль/год за нахилу 26% на 9-му ступені [3, 6, 11, 16].

Якщо газоаналізатор для прямого покадрового аналізу дихальних газів не використовується, VO₂ max розраховують за загальною тривалістю тесту ($T$, у хвилинах) за допомогою загальноприйнятих регресійних рівнянь [4, 6]:

• Загальна 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]
• Чоловіки: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+7.65$ [4, 6]
• Молоді чоловіки: ${\text{VO}}_2\text{ max}=3.62\times T+3.91$ [4, 6]
• Жінки: ${\text{VO}}_2\text{ max}=2.94\times T+3.74$ або $4.38\times T-3.9$ [4, 6, 16]

Ці регресійні моделі добре корелюють із вимірюваннями на метаболографі ($r=0,85$–$0,95$) зі стандартною похибкою оцінки близько 3,0 мл·кг⁻¹·хв⁻¹ [4, 16]. Проте, оскільки ці рівняння базуються на припущенні, що загальна тривалість безпосередньо відображає аеробну витривалість, будь-який фактор, що штучно скорочує або подовжує час перебування на доріжці, вносить похибку в розрахований результат [15, 16].

Круті кути нахилу та локальне м'язове втомлення

Старт із нахилу 10% і подальше збільшення на 2% на кожному ступені створюють біомеханічний патерн, який істотно відрізняється від бігу рівною поверхнею [6, 8]. Ходьба під нахилом змінює механіку рухів нижніх кінцівок: вона вкорочує довжину кроку, знижує каденс, збільшує тривалість фази опори та подвійної опори, зміщує центр тиску вперед і латерально, а також зменшує вертикальні сили реакції опори та внутрішні абдукційні моменти в колінному суглобі порівняно з бігом по рівній поверхні [19, 20].

Попри зменшення ударного навантаження на суглоби, круті кути нахилу висувають підвищені локальні вимоги до мускулатури нижніх кінцівок [8, 19]. У здорових, але нетренованих учасників незвична ходьба вгору часто викликає гостре втомлення ніг, судоми або відчуття, схоже на переміжну кульгавість, ще до того, як буде досягнуто центральних кардіопульмональних лімітів [6, 8]. Критерії припинення тесту за протоколом Брюса включають виражене м'язове втомлення, судоми в ногах і біль через кульгавість [6]. Якщо людина завершує тест передчасно через локальне печіння в ногах, а не через центральне виснаження, загальний час на доріжці скорочується, що призводить до штучно заниженої оцінки VO₂ max [8].

Дослідження з прямим вимірюванням газообміну підтверджують, що специфіка протоколу може обмежувати досягнення максимального фізіологічного напруження. У рандомізованому перехресному дослідженні, де порівнювали протокол Брюса з адаптивним протоколом під керівництвом спортсмена серед 29 учасників (22 з яких не мали попереднього досвіду максимальних бігових тестів), прямі вимірювання VO₂ max були майже ідентичними (46,8 ± 10,7 проти 47,0 ± 9,1 мл·кг⁻¹·хв⁻¹; коефіцієнт Спірмена $r=0,93$) [1]. Однак максимальна частота серцевих скорочень була значно нижчою під час тесту за стандартним протоколом Брюса (179,7 ± 8,7 уд/хв) порівняно з адаптивним протоколом (182,8 ± 10,5 уд/хв), що вказує на ймовірність припинення тесту до досягнення справжнього серцево-судинного піка [1].

Різкі перепади навантаження між ступенями та темп

На відміну від рамп-протоколів, де навантаження збільшується безперервно або невеликими кроками щохвилини, 3-хвилинні ступені протоколу Брюса створюють значні раптові стрибки навантаження, що призводить до гострого фізіологічного стресу [12]. Крім того, людям із сидячим способом життя та нетренованим особам часто важко дається біомеханічний перехід від ходьби під крутим нахилом до бігу, необхідний на 3-му та 4-му ступенях (які починаються зі швидкості 3,4 милі/год і 4,2 милі/год за нахилу 14% і 16%) [2, 6].

Порівняльне дослідження нового бігового протоколу — з вищою початковою швидкістю, меншими кутами нахилу та 1-хвилинними інтервалами збільшення навантаження — показало, що учасники досягали еквівалентних значень VO₂ max (зсув за Блендом-Альтманом відносно Брюса = 0,824 ± 3,163 мл·кг⁻¹·хв⁻¹, середня абсолютна відсоткова похибка < 10%) за значно менший час до настання виснаження, уникаючи передчасної локальної відмови м'язів ніг [8].

Вплив тримання за поручні на точність результатів

Нетреновані люди, відчуваючи невпевненість на крутих нахилах, часто хапаються за поручні бігової доріжки [15, 16]. Опора на поручні істотно спотворює тривалість тесту та подальші розрахунки VO₂ max [15, 16]:

• Тримання за передній поручень знижує метаболічну вартість навантаження на 10–20% [16].
• Це зниження метаболічного запиту штучно подовжує загальний час на доріжці ($T$), що змушує регресійні формули завищувати розрахунковий показник VO₂ max [15, 16].
• Обмеження контакту лише кінчиками двох пальців однієї руки зменшує цю різницю в тривалості у здорових чоловіків, проте значне завищення часу все одно зберігається серед жінок і клінічних пацієнтів [15].

Щоб розрахункові показники VO₂ max залишалися валідними, тест має виконуватися без спирання на поручні чи тримання за них [15, 16].

Альтернативи для нетренованих людей і при сидячому способі життя

Щоб уникнути занадто різкого початкового навантаження стандартного тесту, у клінічному тестуванні часто застосовують модифіковані протоколи:

• Модифікований протокол Брюса: додає два попередні 3-хвилинні ступені низької інтенсивності перед початком стандартного 1-го ступеня: ступінь 0/1 зі швидкістю 1,7 милі/год і нахилом 0% (~2,3 MET), а потім ступінь 0,5/2 зі швидкістю 1,7 милі/год і нахилом 5% (~3,5 MET) [4, 6]. Таке плавне наростання допомагає адаптуватися людям похилого віку або тим, хто веде малорухливий спосіб життя, перед виходом на нахил 10% [4, 6].
• Протоколи виключно з ходьбою під високим нахилом: для осіб, не здатних бігати, протоколи ходьби з постійною швидкістю (наприклад, 3,6 милі/год зі збільшенням нахилу на 5% кожні 3 хвилини аж до 25%, що дає потужність близько 3,88 Вт/кг) дозволяють отримати справжні значення VO₂ max, які суттєво не відрізняються від результатів стандартного протоколу Брюса ($44,97\pm 7,71$ проти $45,99\pm 7,57$ мл·кг⁻¹·хв⁻¹, $R=0,95$), причому 93% точок даних потрапляють у межі ±4,5 мл·кг⁻¹·хв⁻¹ за аналізом Бленда-Альтмана [2].
• Рамп-протоколи: тестування з коротшими ступенями (зазвичай по 1 хвилині або з безперервним приростом) забезпечує плавнішу прогресію, що знижує ризик раптової локальної втоми та полегшує чітке визначення метаболічних порогів і виходу споживання кисню на плато [8, 12].