Frontiers in Physiology

Introduction

Training intensity and volume are predictors of performance in marathon runners (Schmid et al., 2012). Een dagelijkse taak in het kader van training is om op een optimale intensiteit te lopen om zo de gewenste fysiologische adaptaties uit te lokken, zoals een verhoogde snelheid bij anaerobe drempel en maximale zuurstofopname (Lepers en Stapley, 2016). Als de intensiteit onvoldoende is, ontbreekt de stimulans voor deze adaptaties. Aan de andere kant, als de intensiteit het optimale niveau overschrijdt, neemt het risico op overtraining toe (O’Connor, 2007). Het is dus belangrijk om de inspanningsintensiteit nauwkeurig te beoordelen, wat berust op objectieve maten zoals hartslag (HR), zuurstofopname en lactaat, en subjectieve methoden zoals rate of perceived exertion (Foster et al., 2017). Wanneer HR wordt gebruikt als maat voor de intensiteit, wordt deze meestal uitgedrukt als een functie van de maximale HR (HRmax) (Vesterinen et al., 2017).

HRmax kan worden gemeten met behulp van een graded exercise test (GXT), hetzij in een laboratorium of in het veld (Cleary et al., 2011; Nikolaidis, 2015). Soms is het echter niet wenselijk om een GXT uit te voeren (bijvoorbeeld om de vermoeidheid te vermijden die wordt veroorzaakt door een maximale inspanningstest vlak voor een wedstrijd of de bijbehorende financiële kosten). In dat geval is het een alternatief om de HRmax te voorspellen aan de hand van een op leeftijd gebaseerde vergelijking, rekening houdend met de omgekeerd evenredige relatie tussen leeftijd en HRmax. De meest gebruikte formules zijn die van Fox, Naughton en Haskell (Fox-HRmax = 220 – leeftijd) (Fox et al., 1971) en van Tanaka, Monahan en Seals (Tanaka-HRmax = 208 – 0,7 × leeftijd) (Tanaka et al., 2001). Deze vergelijkingen zijn uitgebreid onderzocht in specifieke categorieën van volwassen bevolking, zoals gezonde (Nes et al., 2012), sedentaire (Sarzynski et al., 2013), overgewicht (Franckowiak et al., 2011) en atleten (Faff et al., 2007).

Hoewel de bovengenoemde studies veel kwesties hebben behandeld met betrekking tot de geldigheid van deze populaire vergelijkingen van HRmax, zijn er enkele aspecten die verder onderzoek vereisen. Zo zijn duursporters (b.v. marathonlopers) en vooral master atleten ondervertegenwoordigd in dit onderzoek. Een vergelijking van atleten en niet-atleten had een lagere gemeten HR-max in de eerste groep aangetoond (Lester et al., 1968). In een recente studie werd aangetoond dat de gemeten HRmax van snelheids- en krachtsportatleten vergelijkbaar was met die van duursportatleten en dat beide waarden lager waren dan die van ongetrainde atleten (Kusy en Zielinski, 2012). De afname van de HRmax door duurtraining zou verklaard kunnen worden door de bijbehorende plasmavolume-expansie, een verbeterde baroreflexfunctie, verandering van de elektrofysiologie van de sinoatriale knoop en een afname van het aantal en de dichtheid van bèta-adrenerge receptoren (Zavorsky, 2000). Aangezien hun gemeten HRmax verschilt, is het redelijk om aan te nemen dat dezelfde vergelijking van HRmax niet kan passen bij zowel atleten als niet-atleten. Dit verschil tussen atleten en niet-atleten benadrukt de noodzaak om de populaire voorspellingsvergelijkingen verder te onderzoeken in meer steekproeven van atleten. Gezien het toenemende aantal deelnemers aan marathonwedstrijden (Jokl et al., 2004), heeft de kennis van de geldigheid van de populaire op leeftijd gebaseerde vergelijkingen een praktische toepassing voor een groot aantal recreatieve marathonlopers. Bovendien is de op leeftijd gebaseerde voorspelling van HRmax van groot belang voor inspanningsfysiologen bij het toedienen van een GXT, waarbij het behalen van een bepaald percentage van de voorspelde HRmax noodzakelijk kan zijn om de eindwaarden als maximaal te kunnen beschouwen (Schaun, 2017). Daarom was het doel van het huidige onderzoek om de validiteit van Fox-HRmax en Tanaka-HRmax te onderzoeken in een grote steekproef van recreatieve marathonlopers. De onderzoekshypothese was dat deze vergelijkingen, die waren ontwikkeld bij niet-atleten, de HRmax zouden overschatten bij recreatieve marathonlopers vanwege hun verwachte lagere HRmax in vergelijking met niet-atleten (Lester et al, 1968; Zavorsky, 2000; Kusy en Zielinski, 2012).

Materialen en Methoden

Study Design and Participants

Honderdvijfentachtig recreatieve marathonlopers voornamelijk uit de omgeving van Athene meldden zich vrijwillig voor deelname aan deze studie, die was geadverteerd via populaire websites voor duurlopers. In september en oktober 2017 bezochten de deelnemers het laboratorium waar ze een GXT uitvoerden op een loopband. Deze studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de aanbevelingen van de Institutional Review Board van Exercise Physiology Laboratory Nikaia met schriftelijke geïnformeerde toestemming van alle deelnemers. Alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki. Het protocol werd goedgekeurd door de Institutional Review Board van het Laboratorium voor inspanningsfysiologie Nikaia. Een deelnemer trok zich terug uit de studie tijdens de GXT, terwijl vier deelnemers niet de criteria van VO2max bereiken, en bijgevolg hun gegevens uitgesloten van verdere analyse. Daarom hebben we 180 deelnemers uit de oorspronkelijke steekproef opgenomen. Wat hun sportervaring betreft, was de mediaan van het aantal in het verleden afgelegde marathons 3 en de interkwartielafstand 2-6. Het persoonlijke record was 4:09 ± 0:45 h:min.

Protocollen en apparatuur

Anthropometrie

Grootte, lichaamsmassa, en huidplooien werden gemeten met deelnemers in minimale kleding en op blote voeten. Een elektronische weegschaal (HD-351; Tanita, Arlington Heights, IL, USA) werd gebruikt voor het meten van de lichaamsmassa (tot op 0.1 kg nauwkeurig), een draagbare stadiometer (SECA Leicester, UK) voor de lichaamslengte (0.001 m), en een schuifmaat (Harpenden, West Sussex, UK) voor de huidplooien (0.2 mm). De body mass index werd berekend als het quotiënt van de lichaamsmassa (kg) en de lengte in het kwadraat (m2), en het lichaamsvet (BF) werd geschat op basis van de huidplooien (Parizkova, 1978).

Graded Exercise Test

Een aangepaste versie van de Conconi-test werd gebruikt om de VO2max te bepalen (Conconi et al., 1982). Kort gezegd, na een warming-up van 20 minuten met jogging- en strekoefeningen, voerden de deelnemers een GXT uit op een loopband met een helling van +1%. De beginsnelheid was ingesteld op 8 km/u en werd elke minuut met 1 km/u verhoogd tot uitputting (Chrismas et al., 2017). Tijdens de late fasen van de test werden de deelnemers krachtig toegejuicht, zodat ze maximale inspanning leverden. De gemeten HRmax werd gedefinieerd als de hoogste waarde die tijdens de test werd bereikt. De HR werd tijdens de test continu geregistreerd door Team2 Pro (Polar Electro Oy, Kempele, Finland). Minuutventilatie en VO2 werden geregistreerd door een gasanalysator (Fitmate Pro, Cosmed, Rome, Italië). De anaerobe drempel werd bepaald op basis van de ventilatoire drempel, d.w.z. de verhouding tussen de minuutventilatie en de zuurstofopname. Plateau van VO2 (primair criterium), bloedlactaat, leeftijdsafhankelijke HRmax en RPE (secundaire criteria) werden gebruikt als criteria voor VO2max (Howley et al., 1995). Gewenste RPE was ≥8 in de 0-10 van Borg schaal (Borg, 1988). Bloedmonsters werden genomen 5 min na beëindiging van de test, en lactaatconcentratie werd geanalyseerd (Accutrend, Roche, Duitsland). Lactaatconcentratie werd gebruikt als criterium voor het bereiken van VO2max (geaccepteerde waarden > 9 mmol/L) (Todd et al., 2017). De voorspelde maximale hartfrequentie werd berekend met de formule van Tanaka (Tanaka et al., 2001) – aangezien de formule van Fox de HRmax mogelijk overschat (Nikolaidis, 2015) – en werd gebruikt als criterium voor het bereiken van VO2max (geaccepteerde waarden gemeten HRmax ≥ 95% van Tanaka-HRmax).

Statistische analyses

Statistische analyses werden uitgevoerd met IBM SPSS v.20.0 (SPSS, Chicago, IL, VS). Normaliteit werd onderzocht met behulp van Kolmogorov-Smirnov test en visuele inspectie van normale Q-Q plots. De gegevens werden uitgedrukt als gemiddelde en standaardafwijking (SD). Een onafhankelijke t-test onderzocht de sekseverschillen in antropometrische en fysiologische kenmerken. One-way repeated measures analysis of variance (ANOVA) en een daaropvolgende Bonferroni post-hoc test (indien er verschillen waren tussen de groepen) werden gebruikt om de verschillen tussen gemeten en voorspelde HRmax te onderzoeken. 95% betrouwbaarheidsintervallen (CI) van de gemiddelde verschillen werden berekend. Om ES voor statistische verschillen in de ANOVA te interpreteren, gebruikten we eta kwadraat geclassificeerd als klein (0,010 < η2 ≤ 0,059), middelgroot (0,059 < η2 ≤ 0,138), en groot (η2 > 0,138) (Cohen, 1988). Bland-Altman analyse werd gebruikt om de nauwkeurigheid en variabiliteit van de voorspellingsvergelijkingen te onderzoeken (Bland en Altman, 1986). Associaties tussen gemeten HRmax en leeftijd werden bepaald met behulp van Pearson’s product moment correlatie coëfficiënt (r). De correlatiecoëfficiënten werden als triviaal beschouwd als r ≤ 0.10, klein als 0.10 ≤ r < 0.30, matig als 0.30 ≤ r < 0.50, groot als 0.50 ≤ r < 0.70, zeer groot als 0.70 ≤ r < 0.90, bijna perfect als r ≥ 0.90, en perfect als r = 1.00 (Batterham and Hopkins, 2006). Bovendien gebruikten we lineaire regressie om de voorspelling van HRmax uit leeftijd te modelleren in de totale steekproef en in elk geslacht. De lineaire regressie werd voor deze analyse gekwalificeerd in plaats van niet-lineaire regressie, omdat minimale verschillen tussen lineaire, kwadratische en polynomiale vergelijkingen zijn aangetoond (Ozemek et al., 2017). Het significantieniveau werd gesteld op α = 0,05.

Resultaten

Tabel 1. Beschrijvende kenmerken van de deelnemers.

Figuur 1. Verband tussen de gemeten maximale hartslag en de leeftijd.

Figuur 2. Bland-Altman plots van de gemeten maximale snelheid vergeleken met de formule van Fox.

Figuur 3. Bland-Altman plots van de gemeten maximale snelheid vergeleken met de formule van Tanaka.

Discussie

De huidige studie behandelde de vraag of de veelgebruikte op leeftijd gebaseerde voorspellingsvergelijkingen van HRmax, Fox’s 220-leeftijd of Tanaka’s 208-0.7 × leeftijd, geldig zijn bij recreatieve marathonlopers, aangezien dit onderwerp nog niet eerder in een studie is onderzocht. Wij veronderstelden dat deze vergelijkingen de HRmax in onze steekproef zouden overschatten, wegens hun verwachte lagere HRmax in vergelijking met niet-atleten (Zavorsky, 2000). De belangrijkste bevindingen waren dat (a) Fox-HRmax en Tanaka-HRmax de HRmax overschatten met ~5 spm bij vrouwen, (b) Fox-HRmax de HRmax onderschatte met ~3 spm bij mannen, (c) Tanaka-HRmax vergelijkbaar was met gemeten-HRmax bij mannen, en (d) het hoofdeffect van beoordelingsmethoden op HRmax groter was bij vrouwen dan bij mannen.

De overschatting van HRmax bij vrouwen door leeftijdsgebaseerde voorspelde vergelijkingen was in overeenstemming met eerdere bevindingen (Esco et al, 2015). Zo gaven Fox en Tanaka formules significant hogere schattingen met 7-13 bpm in vergelijking met waargenomen HR max bij vrouwelijke collegiale atleten (Esco et al., 2015). Gezien het feit dat de keuze van de beoordelingsmethode een grotere omvang had bij vrouwen dan bij mannen, is de overschatting van HRmax bij vrouwelijke marathonlopers een probleem dat toekomstig onderzoek moet aanpakken en sportspecifieke voorspellingsvergelijking moet ontwikkelen.

De overeenstemming tussen gemeten en Tanaka waargenomen bij mannen marathonlopers was in overeenstemming met eerder onderzoek bij jonge lichamelijk actieve mannen (Barboza et al., 2016), maar niet met een onderzoek bij sedentaire volwassenen waaruit bleek dat Fox en Tanaka-HRmax de HRmax bij sedentaire volwassenen met 2-4 bpm overschatten (Camarda et al., 2008). Camarda et al. (2008) vonden dat Tanaka-HRmax de HRmax slechts met 1 spm overschatte bij mannen. Tanaka-HRmax leverde waarden op die dichter bij HRmax lagen dan Fox-HRmax bij volwassenen met overgewicht (Franckowiak et al., 2011) en jonge lichamelijk actieve mensen (Barboza et al., 2016). Aan de andere kant onderschatte Fox-HRmax de HRmax bij oudere volwassenen (Whaley et al., 1992). Bij mannelijke volwassenen onderschatte Tanaka-HRmax de HRmax met 5 bpm, terwijl er geen verschil was tussen Fox-HRmax en gemeten-HRmax (Nikolaidis, 2015). Verschillen tussen de bevindingen van de huidige studie en die van eerder onderzoek moeten worden toegeschreven aan de chronische fysiologische aanpassingen van recreatieve marathonlopers aan duurtraining. Zavorsky (2000) benadrukte dat duurtraining resulteert in afname van HRmax als gevolg van extrinsieke/autonomische (bijv. plasma volume expansie) en intrinsieke/niet-autonomische factoren (bijv. verandering van de elektrofysiologie van de sinoatriale knoop).

De matige geslacht × beoordelingsmethode interactie op HRmax gaf aan dat geslacht moet worden overwogen bij het voorspellen van HRmax. Vrouwelijke marathonlopers waren 3,6 jaar jonger en hadden een 4,1 bpm lagere gemeten HRmax dan mannen, wat wijst op een relatief lagere HRmax als de geslachten op leeftijd werden gematcht. Deze observatie was in overeenstemming met een eerdere studie die verschil in HRmax tussen de seksen aantoonde (Hakki et al., 1983).

De gemeten HRmax is in overeenstemming met eerdere bevindingen bij leeftijdsgematchte mensen (Arena et al., 2016); niettemin was de variatie in onze steekproef kleiner, wat moet worden toegeschreven aan de homogeniteit van de steekproef. Anderzijds suggereerden de hellingen van de lineaire regressies dat de HRmax sneller afneemt bij mannen dan bij vrouwen, wat in tegenspraak was met een eerdere studie bij gezonde volwassenen die de tegenovergestelde trend liet zien (Shargal et al., 2015). Een verklaring voor deze discrepantie zou kunnen liggen in de verschillende karakteristieken van de steekproeven (leeftijd en sport).

Een beperking van de huidige studie was dat deze zich richtte op de voorspelling van HRmax alleen op basis van leeftijd, waarbij andere parameters die de nauwkeurigheid van de voorspelling zouden kunnen verbeteren, buiten beschouwing werden gelaten. Barboza et al. (2017) raadden bijvoorbeeld een vergelijking aan inclusief leeftijd en HR bij 150 W opgewekt tijdens een GXT op een fietsergometer bij gezonde jongvolwassen mannen. In een andere studie waren wijze van inspanning, fitnessniveau, continent en leeftijd voorspellers van HRmax (Londeree en Moeschberger, 1982). Bovendien is voorzichtigheid geboden om de waarden verkregen in de GXT in het laboratorium te generaliseren naar andere settings, bijvoorbeeld veldtesten, training en competitie, aangezien deze laatste hogere waarden zouden kunnen induceren (Coutinho et al., 2017). Desalniettemin was de kracht van de huidige studie de nieuwigheid ervan, omdat het de eerste was die werd benaderd bij recreatieve marathonlopers. Gezien het toenemende aantal deelnemers aan marathonwedstrijden, zijn onze bevindingen van grote praktische waarde voor doeleinden van testen en training. Ondanks de verschillende settings in laboratorium en veld, hebben vergelijkende studies geen (Krautgasser et al., 2011; Alemdaroglu et al., 2012) of praktisch verwaarloosbaar verschil (Meyer et al., 2003) waargenomen in HRmax tussen deze twee condities. Daarom kunnen de bevindingen van de huidige studie zowel in laboratorium- als veldopstellingen worden toegepast, bv. hardlooptrainingen in de buitenlucht. Bovendien zouden inspanningsfysiologen die inspanningstests uitvoeren van dergelijke kennis moeten profiteren om HR correct te evalueren als criterium voor het bereiken van VO2max.

Conclusies

Op basis van de huidige bevindingen bevelen wij het verdere gebruik van Tanaka’s formule aan bij mannen recreatieve marathonlopers met vergelijkbare trainingskenmerken als die van de deelnemers aan de huidige studie. Bovendien moeten inspanningsfysiologen en sportwetenschappers rekening houden met de waargenomen verschillen tussen verschillende beoordelingsmethoden bij het uitvoeren van inspanningstesten of het voorschrijven van trainingsprogramma’s op basis van HR.

Author Contributions

PN voerde de laboratoriumanalyses en de statistische analyses uit en stelde het manuscript op; TR en BK hielpen bij het opstellen van het manuscript.

Conflict of Interest Statement

BK was werkzaam bij Medbase St. Gallen Am Vadianplatz.

De andere auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd in de afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.