Чи відповідають зони резерву пульсу реальним метаболічним порогам?

Формули резерву пульсу (HRR), розраховані за методом Карвонена, дають приблизну популяційну оцінку метаболічної потужності роботи, але вони часто не збігаються з індивідуальними вентиляційними та лактатними порогами [2, 17]. Хоча середні показники груп демонструють закономірні тенденції, індивідуальні порогові значення частоти серцевих скорочень (ЧСС) суттєво відрізняються залежно від рівня тренованості, статі та стану здоров'я [8, 11, 19]. Суворе дотримання стандартних відсотків HRR часто призводить до того, що атлети та клінічні популяції тренуються у вищих або нижчих метаболічних доменах, ніж передбачалося [8, 14, 17].

Тридоменна метаболічна модель

Фізіологія вправ на витривалість поділяє виконувану роботу на три основні домени метаболічної інтенсивності, які розділені двома фізіологічними межами [19]:

1. Помірний домен (Moderate Domain): Інтенсивність роботи нижче першого вентиляційного порогу (VT1) або першого лактатного порогу (LT1) [19]. У цьому домені рівень лактату в крові залишається близьким до вихідного рівня (часто визначається як підвищення менш ніж на 0,5 мМ вище базового), а окиснення жирів підвищене [5, 17].
2. Важкий домен (Heavy Domain): Інтенсивність роботи між першим метаболічним порогом (LT1/VT1) і другим метаболічним порогом (LT2/VT2, критична потужність або критична швидкість) [19]. Рівень лактату в крові зростає вище базового (часто емпірично визначається як підвищення на $\ge$1,5 мМ вище базового), але стабілізується під час тривалого навантаження, наближаючись до максимального стаціонарного стану лактату (MLSS) [3, 17].
3. Граничний домен (Severe Domain): Інтенсивність роботи між другим метаболічним порогом і максимальним споживанням кисню ($\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$), що характеризується невпинним зростанням рівня лактату та швидким настанням втоми [3, 19].

Елітні спортсмени на витривалість зазвичай виділяють приблизно 80% свого тренувального обсягу на помірний домен (Зона 2 і нижче), щоб оптимізувати жировий обмін, покращити ефективність мітохондрій і заощадити глікоген у м'язах [5].

Середні значення HRR та індивідуальна варіативність

Формула Карвонена обчислює цільовий пульс шляхом додавання частки резерву пульсу до пульсу в стані спокою: $\text{Цільова ЧСС}={\text{ЧСС}}_{\text{спокою}}+\text{частка інтенсивності}\times ({\text{ЧСС}}_{\text{макс}}-{\text{ЧСС}}_{\text{спокою}})$ [2]. Врахування пульсу в стані спокою допомагає відобразити базовий парасимпатичний тонус, проте стандартні відсоткові зони часто розходяться з прямими фізіологічними вимірюваннями [2].

У контрольованих дослідженнях на велоергометрах середні показники груп свідчать про прийнятне узгодження між HRR та метаболічними маркерами. У когорті з 33 аеробно тренованих велосипедистів-чоловіків (середній $\dot{V}{\text{O}}_2\text{max}$: 62,1 $\pm$ 4,6 мл·кг⁻¹·хв⁻¹) фізіологічні орієнтири відповідали таким середнім значенням [3]:

• VT1: 184 $\pm$ 36 Вт (66 $\pm$ 9% HRR) [3]
• MLSS (підгрупа з $n=14$): 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 основі тестів із ступеневим навантаженням (інкремент 25 Вт·хв⁻¹) було виділено п'ять тренувальних зон: R0 (53–62% HRR), R1 (62–71% HRR), R2 (74–86% HRR), R3 (86–99% HRR) та R3+ (100% HRR) [3].

Проте масштабні дані метааналізів демонструють, що індивідуальні значення порогів мають величезний розкид навколо цих середніх величин [17]. У метааналізі, що охопив 25 досліджень і 412 бігунів, індивідуальні показники ЧСС на рівні фізіологічних порогів варіювалися у широких межах [17]:

• Діапазон LT1: від 65% до 90% HRR (або від 69% до 94% ${\text{ЧСС}}_{\text{макс}}$) [17]
• Діапазон LT2: від 73% до 95% HRR (або від 80% до 98% ${\text{ЧСС}}_{\text{макс}}$) [17]

Через такий розкид призначення довільної цілі, наприклад 75% HRR, може для одного бігуна гарантувати перебування безпечно нижче LT1 у помірному домені, тоді як іншого виведе далеко за межі LT1 у важкий домен [17, 19]. Щоб із 95% упевненістю тренуватися суворо нижче LT1 без лабораторного тестування, спортсмен повинен залишатися нижче 65% HRR (або нижче 70% ${\text{ЧСС}}_{\text{макс}}$) [17].

Причини невідповідності між формулами ЧСС та метаболічними порогами

Невідповідність між моделями резерву ЧСС на основі формул та реальними порогами лактату крові й газообміну пояснюється кількома факторами:

1. Похибка оцінки ${\text{ЧСС}}_{\text{макс}}$

Стандартні вікові формули для розрахунку максимальної ЧСС мають похибку оцінки в межах $\pm$10–12 уд/хв [2]. У 1999 році Мейєр та колеги виявили, що призначення навантаження на фіксованому рівні 85% від ${\text{ЧСС}}_{\text{макс}}$ призводило до того, що індивідуальна інтенсивність спортсменів коливалася від 87% до 116% від їхнього індивідуально виміряного анаеробного порогу [2].

2. Рівень аеробної підготовки та нелінійні зміщення порогів

Зв'язок між аеробною витривалістю та положенням порогу не є однаковим для різних категорій тренованості [11]. У зведеному дослідженні за участю 863 учасників споживання кисню на рівні VT відносно резерву споживання кисню (VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$) продемонструвало U-подібну криву [11]. Найнижча точка припадала приблизно на 43% $\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ у людей із $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ близько 40 мл·кг⁻¹·хв⁻¹, тоді як середній VT%$\dot{V}{\text{O}}_2\text{R}$ зростав приблизно до 75% в учасників із найнижчими та найвищими значеннями $\dot{V}{\text{O}}_2\text{peak}$ [11].

3. Статеві відмінності

Фіксовані цільові пороги працюють по-різному у чоловіків і жінок [19]. У когорті з 165 бігунів-аматорів жінки демонстрували значно вищу відносну ЧСС, $\dot{V}{\text{O}}_2$ та швидкість бігу на рівні LT1 порівняно з чоловіками ($p<0.001$), що свідчить про те, що універсальні цільові показники ЧСС спотворюють реальне метаболічне напруження залежно від статі [19].

4. Клінічні популяції та хронотропна недостатність

Розбіжність між рекомендаціями щодо фіксованих цільових зон ЧСС та фізіологічними порогами особливо виражена у клінічних групах [8, 14]. У дослідженні за участю 350 осіб стандартні рекомендації щодо зон інтенсивності помилково класифікували VT1 як високу інтенсивність замість помірної у 67,1% (попередні настанови) та 79,6% (настанови ESC 2020 року) пацієнтів із серцево-судинними захворюваннями, тоді як у здорових нетренованих людей відповідність становила 90%, а у спортсменів — 93,9% [8].

Аналогічно, у 18 пацієнтів із хронічною серцевою недостатністю цільовий пульс, розрахований як 40–70% HRR, був значно вищим за фактично виміряні пороги, що створювало ризик призначення важкого або граничного навантаження вище вентиляційного порогу або точки респіраторної компенсації [14]. Виміряна ${\text{ЧСС}}_{\text{макс}}$ у цих пацієнтів була на 12% нижчою за розрахункові вікові норми навіть після врахування стандартних коригувань на прийом бета-блокаторів [14].

Практичні альтернативи та орієнтири

Коли немає можливості провести пряме газоаналітичне тестування (вимірювання VT1/VT2) або аналіз рівня лактату в крові, кілька альтернативних методів дозволяють прив'язатися до реальних фізіологічних переходів:

• Шкала сприйняття напруження (RPE): У когортах із різним рівнем підготовки — від нетренованих осіб до висококласних атлетів — VT стабільно фіксується близько середнього показника RPE за шкалою Борга 12,5 $\pm$ 0,93, незважаючи на велику різницю в абсолютній потужності роботи [11].
• Варіабельність серцевого ритму (ВСР / HRV): Нелінійний аналіз ВСР за допомогою детрендованого флуктуаційного аналізу (DFA $\alpha 1$) фіксує зміни властивостей фрактальної кореляції, які знижуються від ~1,5 за низької інтенсивності до 0,75 поблизу VT1/LT1 [22, 23]. У елітних триатлетів та бігунів поріг DFA $\alpha 1=0.75$ продемонстрував високу узгодженість із LT1 та VT1 із середньою різницею лише від 1,7 до 2,0 уд/хв [22, 23].
• Орієнтири продуктивності: У бігунів-аматорів розрахунки на основі фіксованої швидкості дають меншу похибку для визначення LT1 та LT2 порівняно з використанням лише ЧСС або RPE, хоча розрахункова оцінка максимальної швидкості замість її прямого вимірювання збільшує похибку визначення порогів [19].