Frontiers in Physiology

Introduction

Intensywność i objętość treningu są predyktorami wydajności u maratończyków (Schmid et al., 2012). Codziennym zadaniem w kontekście treningu jest bieganie z optymalną intensywnością w celu wywołania pożądanych adaptacji fizjologicznych, takich jak zwiększenie prędkości na progu beztlenowym i maksymalnego poboru tlenu (Lepers i Stapley, 2016). Jeśli intensywność jest nieodpowiednia, brakuje bodźca dla tych adaptacji. Z drugiej strony, jeśli intensywność przekracza optymalny poziom, wzrasta ryzyko przetrenowania (O’Connor, 2007). Dlatego ważna jest dokładna ocena intensywności ćwiczeń, która opiera się na obiektywnych miarach, takich jak częstość akcji serca (HR), pobór tlenu i mleczan, oraz subiektywnych metodach, takich jak wskaźnik postrzeganego wysiłku (Foster i in., 2017). Kiedy HR jest używane jako miara intensywności, zwykle jest wyrażane jako funkcja maksymalnego HR (HRmax) (Vesterinen i in., 2017).

HRmax może być mierzone przy użyciu stopniowanego testu wysiłkowego (GXT) albo w laboratorium, albo w terenie (Cleary i in., 2011; Nikolaidis, 2015). Jednakże, czasami nie jest pożądane wykonanie GXT (np. aby uniknąć zmęczenia wywołanego przez maksymalne testy wysiłkowe w pobliżu wyścigu lub związanych z tym kosztów finansowych). W takim przypadku alternatywą jest przewidywanie HRmax na podstawie równania opartego na wieku, uwzględniającego odwrotnie proporcjonalną zależność między wiekiem a HRmax. Najczęściej stosowanymi wzorami są wzory Foxa, Naughtona i Haskella (Fox-HRmax = 220 – wiek) (Fox et al., 1971) oraz Tanaki, Monahana i Sealsa (Tanaka-HRmax = 208 – 0,7 × wiek) (Tanaka et al., 2001). Równania te były szeroko badane w określonych kategoriach populacji osób dorosłych, takich jak osoby zdrowe (Nes i wsp., 2012), prowadzące siedzący tryb życia (Sarzynski i wsp., 2013), osoby z nadwagą (Franckowiak i wsp., 2011) oraz sportowcy (Faff i wsp., 2007).

O ile w wyżej wymienionych badaniach poruszono wiele kwestii dotyczących ważności tych popularnych równań HRmax, istnieją pewne aspekty, które wymagają dalszych badań. Na przykład, sportowcy uprawiający dyscypliny wytrzymałościowe (np. maratończycy), a zwłaszcza mistrzowie sportu, są niedostatecznie reprezentowani w tych badaniach. Porównanie sportowców i osób nie uprawiających sportu wykazało niższy pomiar-HRmax w tej pierwszej grupie (Lester i in., 1968). W ostatnim badaniu wykazano, że sportowcy dyscyplin szybkościowo-siłowych mieli podobne wartości zmierzonego HRmax jak sportowcy dyscyplin wytrzymałościowych i w obu przypadkach wartości te były niższe niż u osób niewytrenowanych (Kusy i Zieliński, 2012). Obniżenie HRmax wywołane treningiem wytrzymałościowym można tłumaczyć towarzyszącą ekspansją objętości osocza, wzmocnieniem funkcji baroreceptorów, zmianą elektrofizjologii węzła sino-sercowego oraz zmniejszeniem liczby i gęstości receptorów beta-adrenergicznych (Zavorsky, 2000). Ponieważ mierzone u nich HRmax różni się, można założyć, że to samo równanie HRmax nie pasuje zarówno do sportowców, jak i osób nie uprawiających sportu. Ta różnica między sportowcami i nie-sportowcami podkreśla potrzebę dalszego badania popularnych równań predykcyjnych na większej liczbie prób sportowców. Biorąc pod uwagę rosnącą liczbę osób biorących udział w wyścigach maratońskich (Jokl i in., 2004), wiedza na temat ważności popularnych równań opartych na wieku ma praktyczne zastosowanie dla dużej liczby rekreacyjnych maratończyków. Ponadto, oparta na wieku predykcja HRmax jest głównym przedmiotem zainteresowania fizjologów wysiłku podczas podawania GXT, gdzie osiągnięcie określonego procentu przewidywanego HRmax może być konieczne, aby uznać wartości końcowe za maksymalne (Schaun, 2017). Dlatego celem niniejszej pracy było zbadanie ważności Fox-HRmax i Tanaka-HRmax w dużej próbie rekreacyjnych maratończyków. Hipoteza badawcza zakładała, że te równania, które zostały opracowane u nie-sportowców, będą przeszacowywać HRmax u rekreacyjnych maratończyków ze względu na ich spodziewane niższe HRmax w porównaniu z nie-sportowcami (Lester i in., 1968; Zavorsky, 2000; Kusy i Zielinski, 2012).

Materiały i metody

Projekt badania i uczestnicy

Stu osiemdziesięciu pięciu rekreacyjnych maratończyków głównie z obszaru Aten zgłosiło się na ochotnika do udziału w tym badaniu, które zostało ogłoszone za pośrednictwem popularnych stron internetowych dla biegaczy wytrzymałościowych. W ciągu września i października 2017 roku uczestnicy odwiedzili laboratorium, gdzie wykonali GXT na bieżni. Badanie to zostało przeprowadzone zgodnie z zaleceniami Institutional Review Board of Exercise Physiology Laboratory Nikaia z pisemną świadomą zgodą wszystkich uczestników. Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę zgodnie z Deklaracją Helsińską. Protokół badania został zatwierdzony przez Institutional Review Board of Exercise Physiology Laboratory Nikaia. Jeden uczestnik wycofał się z badania w trakcie GXT, natomiast czterech uczestników nie spełniło kryteriów osiągnięcia VO2max, w związku z czym ich dane zostały wyłączone z dalszej analizy. W związku z tym do badania włączono 180 uczestników z próby wyjściowej. Jeśli chodzi o doświadczenie sportowe, mediana liczby ukończonych w przeszłości maratonów wynosiła 3, a zakres międzykwartylowy 2-6. Osobisty rekord wynosił 4:09 ± 0:45 h:min.

Protokoły i sprzęt

Antropometria

Wzrost, masa ciała i fałdy skórne były mierzone przy uczestnikach w minimalnym ubraniu i boso. Elektroniczną wagę (HD-351; Tanita, Arlington Heights, IL, USA) wykorzystano do pomiaru masy ciała (z dokładnością do 0,1 kg), przenośny stadiometr (SECA Leicester, UK) do pomiaru wzrostu (0,001 m), a suwmiarkę (Harpenden, West Sussex, UK) do pomiaru grubości fałdów skórnych (0,2 mm). Wskaźnik masy ciała obliczono jako iloraz masy ciała (kg) i wzrostu podniesionego do kwadratu (m2), a zawartość tkanki tłuszczowej (BF) oszacowano na podstawie grubości fałdów skórnych (Parizkova, 1978).

Graded Exercise Test

Zmodyfikowana wersja testu Conconiego została wykorzystana do oceny VO2max (Conconi i wsp., 1982). W skrócie, po 20-minutowej rozgrzewce obejmującej jogging i ćwiczenia rozciągające, uczestnicy wykonywali GXT na bieżni o nachyleniu +1%. Początkowa prędkość została ustalona na 8 km/h i była zwiększana co minutę o 1 km/h aż do wyczerpania (Chrismas i wsp., 2017). W późnych fazach testu uczestnicy byli energicznie dopingowani, tak aby podejmowali maksymalny wysiłek. Zmierzone HRmax zostało zdefiniowane jako najwyższa wartość osiągnięta podczas testu. HR było rejestrowane w sposób ciągły podczas testu przez Team2 Pro (Polar Electro Oy, Kempele, Finlandia). Minutowa wentylacja i VO2 były rejestrowane przez analizator gazów (Fitmate Pro, Cosmed, Rzym, Włochy). Próg anaerobowy określono na podstawie progu wentylacyjnego, tj. zależności pomiędzy wentylacją minutową a poborem tlenu. Plateau VO2 (kryterium główne), mleczan we krwi, przewidywane dla wieku HRmax i RPE (kryteria drugorzędne) zostały użyte jako kryteria VO2max (Howley i in., 1995). Pożądane RPE wynosiło ≥8 w skali 0-10 Borga (Borg, 1988). Próbki krwi pobierano 5 min po zakończeniu testu, a następnie analizowano stężenie mleczanów (Accutrend, Roche, Niemcy). Stężenie mleczanu przyjęto jako kryterium osiągnięcia VO2max (akceptowane wartości > 9 mmol/L) (Todd i wsp., 2017). Predicted maximal heart rate was calculated using Tanaka’s formula (Tanaka et al., 2001)- as Fox’s formula might overestimate HRmax (Nikolaidis, 2015)- and was employed as a criterion of VO2max achievement (accepted values measured HRmax ≥ 95% of Tanaka-HRmax).

Analizy statystyczne

Statistical analyses were performed using IBM SPSS v.20.0 (SPSS, Chicago, IL, USA). Normalność badano za pomocą testu Kołmogorowa-Smirnowa i wizualnej inspekcji normalnych wykresów Q-Q. Dane wyrażono jako średnią i odchylenie standardowe (SD). Niezależnym testem t badano różnice płci w cechach antropometrycznych i fizjologicznych. Jednoczynnikowa analiza wariancji (ANOVA), a następnie test post-hoc Bonferroniego (jeśli istniały różnice między grupami) zostały użyte do zbadania różnic między zmierzonym i przewidywanym HRmax. Obliczono 95% przedziały ufności (CI) dla średnich różnic. Do interpretacji ES dla różnic statystycznych w ANOVA zastosowano eta kwadrat klasyfikowane jako małe (0,010 < η2 ≤ 0,059), średnie (0,059 < η2 ≤ 0,138) i duże (η2 > 0,138) (Cohen, 1988). W celu zbadania dokładności i zmienności równań predykcyjnych zastosowano analizę Blanda-Altmana (Bland i Altman, 1986). Zależności pomiędzy zmierzonym HRmax a wiekiem określono za pomocą współczynnika korelacji momentu produktowego Pearsona (r). Wielkość współczynników korelacji uznano za trywialną, jeśli r ≤ 0,10, małą, jeśli 0,10 ≤ r < 0,30, umiarkowaną, jeśli 0,30 ≤ r < 0,50, dużą, jeśli 0,50 ≤ r < 0,70, bardzo dużą, jeśli 0,70 ≤ r < 0,90, prawie doskonałą, jeśli r ≥ 0,90, i doskonałą, jeśli r = 1,00 (Batterham i Hopkins, 2006). Dodatkowo zastosowaliśmy regresję liniową do modelowania predykcji HRmax na podstawie wieku w próbie całkowitej i w każdej płci. Regresja liniowa została zakwalifikowana do tej analizy zamiast regresji nieliniowej, ponieważ wykazano minimalne różnice pomiędzy równaniami liniowymi, kwadratowymi i wielomianowymi (Ozemek i in., 2017). Poziom istotności ustalono na α = 0,05.

Wyniki

Tabela 1. Charakterystyka opisowa uczestników.

Rysunek 1. Zależność między zmierzoną maksymalną częstością akcji serca a wiekiem.

Rysunek 2. Wykresy Blanda-Altmana zmierzonej prędkości maksymalnej w porównaniu z formułą Foxa.

Rysunek 3. Wykresy Blanda-Altmana zmierzonego tempa maksymalnego w porównaniu z formułą Tanaki.

Dyskusja

W niniejszym badaniu podjęto próbę odpowiedzi na pytanie, czy szeroko stosowane równania predykcji HRmax oparte na wieku, 220-wiek Foxa lub 208-0,7 × wiek Tanaki, są ważne u maratończyków rekreacyjnych, ponieważ żadne badanie wcześniej nie zbadało tego tematu. Postawiliśmy hipotezę, że te równania mogą zawyżać HRmax w naszej próbie, ze względu na oczekiwane niższe HRmax w porównaniu z nie-sportowcami (Zavorsky, 2000). Główne ustalenia były takie, że (a) Fox-HRmax i Tanaka-HRmax zawyżały HRmax o ~5 bpm u kobiet, (b) Fox-HRmax zaniżał HRmax o ~3 bpm u mężczyzn, (c) Tanaka-HRmax był podobny do zmierzonego-HRmax u mężczyzn, oraz (d) główny efekt metod oceny na HRmax był większy u kobiet niż u mężczyzn.

Zawyżanie HRmax u kobiet przez równania predykcyjne oparte na wieku było zgodne z wcześniejszymi ustaleniami (Esco i in., 2015). Na przykład wzory Foxa i Tanaki dostarczyły znacząco wyższych oszacowań o 7-13 bpm w porównaniu z obserwowanym HR max u kobiet sportowców kolegialnych (Esco i wsp., 2015). Biorąc pod uwagę, że wybór metody oceny miał większe znaczenie u kobiet niż u mężczyzn, przeszacowanie HRmax u kobiet maratończyków jest kwestią, którą przyszłe badania powinny się zająć i opracować specyficzne dla danej dyscypliny sportu równania predykcyjne.

Zgodność pomiędzy zmierzonymi i Tanaka obserwowanymi u mężczyzn maratończyków była zgodna z wcześniejszymi badaniami u młodych aktywnych fizycznie mężczyzn (Barboza i in., 2016), ale nie z badaniami na osobach dorosłych prowadzących siedzący tryb życia, które wykazały, że Fox i Tanaka-HRmax przeszacowały HRmax u dorosłych prowadzących siedzący tryb życia o 2-4 bpm (Camarda et al., 2008). Camarda et al. (2008) stwierdzili, że Tanaka-HRmax przeszacował HRmax tylko o 1 bpm u mężczyzn. Tanaka-HRmax zapewniał wartości bliższe HRmax niż Fox-HRmax u dorosłych z nadwagą (Franckowiak i wsp., 2011) i młodych aktywnych fizycznie (Barboza i wsp., 2016). Z drugiej strony, Fox-HRmax niedoszacował HRmax u starszych dorosłych (Whaley i wsp., 1992). U dorosłych mężczyzn Tanaka-HRmax niedoszacował HRmax o 5 bpm, podczas gdy nie było różnicy między Fox-HRmax a zmierzonym-HRmax (Nikolaidis, 2015). Różnice między wynikami obecnego badania a wynikami wcześniejszych badań należy przypisać przewlekłym fizjologicznym adaptacjom rekreacyjnych maratończyków do treningu wytrzymałościowego. Zavorsky (2000) podkreślił, że trening wytrzymałościowy powoduje zmniejszenie HRmax z powodu czynników zewnątrz-/autonomicznych (np. rozszerzenie objętości osocza) i wewnątrz/nieautonomicznych (np. zmiana elektrofizjologii węzła sinoatralnego).

Umiarkowana interakcja płeć × metoda oceny na HRmax wskazała, że płeć powinna być brana pod uwagę w przewidywaniu HRmax. Kobiety maratończycy były młodsze o 3,6 roku i miały o 4,1 bpm niższą zmierzoną HRmax niż mężczyźni, co wskazuje na względnie niższą HRmax, jeśli płcie były dopasowane wiekowo. Obserwacja ta była zgodna z wcześniejszym badaniem wykazującym różnicę w HRmax między płciami (Hakki et al., 1983).

Zmierzona HRmax jest zgodna z wcześniejszymi ustaleniami dotyczącymi dopasowanych wiekowo ludzi (Arena et al., 2016); niemniej jednak zmienność w naszej próbie była mniejsza, co należy przypisać homogeniczności próby. Z drugiej strony, nachylenia regresji liniowej sugerowały, że HRmax zmniejsza się szybciej u mężczyzn niż u kobiet, co było w niezgodzie z poprzednim badaniem na zdrowych dorosłych wykazującym przeciwny trend (Shargal i in., 2015). Wyjaśnieniem tej rozbieżności może być różna charakterystyka próbek (wiek i uprawiany sport).

Ograniczeniem obecnego badania było to, że koncentrowało się ono na przewidywaniu HRmax tylko na podstawie wieku z pominięciem innych parametrów, które mogłyby poprawić dokładność predykcji. Na przykład Barboza i wsp. (2017) zalecili równanie obejmujące wiek i HR przy 150 W elicytowane podczas GXT na ergometrze rowerowym u zdrowych młodych dorosłych mężczyzn. W innym badaniu tryb ćwiczeń, poziom sprawności fizycznej, kontynent i wiek były predyktorami HRmax (Londeree i Moeschberger, 1982). Ponadto, należy zachować ostrożność przy uogólnianiu wartości uzyskanych w GXT w laboratorium na inne warunki, np. badania terenowe, treningi i zawody, ponieważ te ostatnie mogą indukować wyższe wartości (Coutinho et al., 2017). Niemniej jednak, mocną stroną niniejszego badania była jego nowość, jako że było ono pierwszym, z którym zetknięto się na rekreacyjnych maratończykach. Biorąc pod uwagę rosnącą liczbę osób uczestniczących w wyścigach maratońskich, nasze wyniki mają dużą wartość praktyczną dla celów testowych i szkoleniowych. Pomimo różnych warunków w laboratorium i w terenie, w badaniach porównawczych nie zaobserwowano (Krautgasser i in., 2011; Alemdaroglu i in., 2012) lub praktycznie nieistotną różnicę (Meyer i in., 2003) w HRmax pomiędzy tymi dwoma warunkami. Dlatego też wyniki badań mogą być zastosowane zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i terenowych, np. w treningach biegowych na świeżym powietrzu. Ponadto, fizjolodzy wysiłku fizycznego wykonujący próby wysiłkowe powinni korzystać z tej wiedzy w celu prawidłowej oceny HR jako kryterium osiągnięcia VO2max.

Wnioski

Na podstawie niniejszych wyników zalecamy dalsze stosowanie formuły Tanaki u mężczyzn rekreacyjnie uprawiających maraton, o podobnej charakterystyce treningu jak uczestnicy niniejszego badania. Ponadto fizjolodzy wysiłku fizycznego i naukowcy zajmujący się sportem powinni rozważyć obserwowane różnice pomiędzy różnymi metodami oceny podczas wykonywania testów wysiłkowych lub zalecania programu treningowego opartego na HR.

Wkład Autorów

PN wykonał analizy laboratoryjne, analizy statystyczne i zredagował manuskrypt; TR i BK pomogli w zredagowaniu manuskryptu.

Oświadczenie o konflikcie interesów

BK był zatrudniony przez Medbase St. Gallen Am Vadianplatz.

Pozostali autorzy oświadczają, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych powiązań, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

.