Andrzej Magiera 1(A,B,C,D,E,F), Zbigniew Janczak 2(A,B), Agnieszka Niemierzycka 2(A,B), Anna Cabak 2(A,B), Agnieszka Zdrodowska 2(A,B) 1

Transkrypt

1 ARTYKU ORYGINALNY / ORIGINAL ARTICLE Zaanga owanie Autorów A Przygotowanie projektu badawczego B Zbieranie danych C Analiza statystyczna D Interpretacja danych E Przygotowanie manuskryptu F Opracowanie piœmiennictwa G Pozyskanie funduszy Author s Contribution A Study Design B Data Collection C Statistical Analysis D Data Interpretation E Manuscript Preparation F Literature Search G Funds Collection Medycyna Sportowa MEDSPORTPRESS, 2006; 5(6); Vol. 22, Andrzej Magiera 1(A,B,C,D,E,F), Zbigniew Janczak 2(A,B), Agnieszka Niemierzycka 2(A,B), Anna Cabak 2(A,B), Agnieszka Zdrodowska 2(A,B) 1 Katedra Biologicznych Podstaw Rehabilitacji, Wydzia³ Rehabilitacji Akademii Wychowania Fizycznego, Warszawa 2 Katedra Fizjoterapii, Wydzia³ Rehabilitacji Akademii Wychowania Fizycznego, Warszawa OCENA PROGU PRZEMIAN BEZTLENOWYCH W WARUNKACH LABORATORYJNYCH PORÓWNANIE METOD ESTIMATION OF ANAEROBIC THRESHOLD IN CONDITIONSES OF LABORATORY COMPARISON OF METHODS S³owa kluczowe: próg przemian beztlenowych, diagnostyka, fizjologia wysi³ku Key words: anaerobic threshold, diagnostics, physiology of effort Summary Word count: 1824 Tables: 2 Figures: 4 References: 6 Background. In the estimation of effort tolerance more and more often the ability of its realization in the condition of anaerobic transformations is taken into consideration. The anaerobic threshold (AT) is most frequently defined as an ability to hold the highest effort intensities, at which the production of the lactic acid will be equal to its metabolism (3,5-4,0 mm/l). Material and methods. The research was carried out in 2003/04, on a group of 21 students from Academy of Physical Education, not actively practising sport, years of age. The purpose of the effort provocation in the research was to achieve the threshold of anaerobic transformations by the examined. There was an interval effort applied with an ankle bone increase of charge (foot cycloergometer). Time of effort did not exceeded 20 min. Immediately after the end of it, the examined rested in a lying position. There were a constant registration of the heart rate frequency (HR [1/min]), gasometric and ventilating data (VO2 [L/min], VCO2 [L/min], Ve [L/min]) as well as post-effort concentrations of lactic acid in blood [mm/l] conducted before the effort, while its duration and for 30 minutes after its completion. The frequency of heart rate was registered by means of POLAR SportTester device. The ventilating and gasometric data was measured by means of portable MES Start 2000M ergogasometer. For marking the lactic acid concentration, the examined were taken blood from the earlobe in 3 minutes after the effort. The measurement was carried out by the LOX-PAP method, using Doctor Lange equipment. Results. The results of measured parameters achieved by the examined at end of the effort provocation, do not differ from those of other research [1,2,3,4,6]. Just in case of the comparison of methods: the analysis of respiratory quotient RQ (VCO2/VO2) and one of the ventilating threshold (Ve/VO2), the essential statistic difference during the AT attaining was obtained; the average data of the heart rate frequency, measured at the moment of AT attaining, in each method do not show statistical differences the compared methods equally precisely enable us to specify the beginning of intensification of anaerobic transformations. Conclusions. The presented indirect methods of a estimation of attaining threshold of anaerobic transformations give similar results. The easiest method to apply is the one with the ventilating threshold; the most affordable one is the method of the analysis of the growth change of the heart rate frequency depending on the increase of charge. Adres do korespondencji / Address for correspondence Dr Andrzej Magiera Wydzia³ Rehabilitacji AWF, Katedra Biologicznych Podstaw Rehabilitacji, Zak³ad Fizjologii Warszawa, ul. Marymoncka 34, tel./fax: (0-22) w. 594, andrzej.magiera@awf.edu.pl Otrzymano / Received r. Zaakceptowano / Accepted r. 262

2 Wstêp Dla oceny wydolnoœci ogólnej zazwyczaj wykorzystuje siê ocenê zdolnoœci do maksymalnego poboru tlenu (VO2max). Jednak w ocenie tolerancji wysi³ku coraz czêœciej brana jest pod uwagê zdolnoœæ jego realizacji w warunkach przemian beztlenowych. Próg przemian beztlenowych (PPB) najczêœciej definiowany jest jako zdolnoœæ do utrzymywania jak najwy szej intensywnoœci wysi³ku (okreœlanej wysi³kow¹ czêstoœci¹ skurczów serca HRw), przy której produkcja kwasu mlekowego bêdzie równa jego metabolizowaniu. Wiêkszoœæ autorów okreœla PPB jako koncentracjê LA we krwi powy ej 3,5-4,0 mm/l [1,2,3,4]. Chocia niewystarczaj¹cy dowóz tlenu do pracuj¹cych miêœni mo e powodowaæ nadprodukcjê mleczanu, to obecnie brak jest wystarczaj¹cych dowodów na to, e wysi³ek fizyczny powoduj¹cy produkcjê LA powy ej PPB wynika tylko ze zbyt ma³ego dostarczania tlenu [2]. Zale y to równie od indywidualnego progu przemian beztlenowych, progu wentylacyjnego, intensywnoœci wysi³ku i szybkoœci jego narastania. Wykorzystywane metody oceny PPB ró ni¹ siê miêdzy sob¹ stopniem skomplikowania, rodzajem stosowanej aparatury, a co za tym idzie, kosztem wykonania badania. W niniejszym opracowaniu przedstawiamy zestawienie niektórych z poœrednich metod oceny PPB, g³ównie pod k¹tem porównywalnoœci uzyskiwanych wyników. 1. Powszechnie znane jest zjawisko liniowego i proporcjonalnego wzrostu czêstoœci skurczów serca (HR) do poch³aniania tlenu (VO2), przy nasilaj¹cym siê wysi³ku, w zakresie przemian aerobowych. Za- ³amanie tej proporcji przy przejœciu w zakres przemian anaerobowych wyznacza pocz¹tek nasilania siê przemian beztlenowych. Pozwoli³o to zaproponowaæ nieinwazyjn¹ metodê okreœlaj¹c¹ próg przemian beztlenowych (PPB), bez koniecznoœci oznaczania poziomu kwasu mlekowego (LA) we krwi. Badanie polega na okreœleniu zale noœci HR od intensywnoœci realizowanego wysi³ku (P) [1,2,4,5]. Narastaj¹ca intensywnoœæ wysi³ku powoduje w pocz¹tkowej fazie badania liniowy wzrost czêstoœci skurczów serca. Po osi¹gniêciu pewnej wartoœci mocy nastêpuje zmiana liniowego charakteru narastania HR; prosta charakterystyka funkcji HR (P) ulega za³amianiu. Punkt za³amania (deflection point) wyznacza PPB (1) (Ryc. 1 i 2). Ryc. 1. Przyrosty czêstoœci skurczów serca w zale noœci od obci¹ enia Fig. 1. Increases of heart rate in dependences from charges Ryc. 2. Metoda HR/Watt Fig. 2. Method HR/Watt 263

3 Ryc. 3. Metoda VCO2/VO2 Fig. 3. Method VCO2/VO2 Ryc. 4. Metoda Ve/VO2 Fig. 4. Method Ve/VO2 2. Druga z zastosowanych metod badawczych polega³a na analizie uzyskanych w czasie wysi³ku testowego danych gazometrycznych. Przed osi¹gniêciem progu przemian beztlenowych, przy wzrastaj¹cym obci¹ eniu, obserwuje siê za³amanie liniowego narastania poch³aniania tlenu oraz intensywniejsz¹ produkcjê CO2 (wzrost wartoœci wspó³czynnika oddechowego RQ) (Ryc. 3). 3. Ostatnia z prezentowanych metod wykorzystuje fakt przekroczenia progu wentylacyjnego (VE/ VO2) po osi¹gniêciu PPB (Ryc. 4). W spoczynku stosunek ten wynosi ok. 20, w maksymalnym wysi³ku mo e przekraczaæ 30. Najdok³adniejsz¹, a zarazem najtrudniejsz¹ do przeprowadzenia prób¹ oceniaj¹c¹ PPB jest bezpoœrednia ocena koncentracji LA we krwi. Mimo du ej dok³adnoœci tej metody, nie mo na idealnie okreœliæ punktu osi¹gniêcia zakwaszenia granicznego w miêœniach, poniewa oceniana maksymalna zawartoœæ LA we krwi pojawia siê (z uwzglêdnieniem ró nic osobniczych) po oko³o 2 do 5 minut po zakoñczeniu wysi³ku. Celem pracy by³o okreœlenie najdogodniejszego, z przedstawionych powy ej, sposobu poœredniego okreœlania progu przemian beztlenowych w warunkach laboratoryjnych. Materia³ i metody Badania przeprowadzono w latach 2003/2004 na grupie 21 studentów AWF w wieku lat, którzy nie uprawiali czynnie sportu (x=22.4, SD=2,34). Œrednia wysokoœci cia³a badanych wynosi³a 180,10 cm (SD= 6,9), œrednia masa cia³a 77,36 kg (SD=5,2). Za³o eniem prowokacji wysi³kowej w prowadzonych badaniach by³o osi¹gniêcie przez badanych progu przemian beztlenowych. Nieinwazyjna metoda po- 264

4 zwalaj¹ca okreœliæ PPB, bez koniecznoœci oznaczania poziomu kwasu mlekowego we krwi, powinna pozwalaæ na wyznaczenie poziomu najwy szej intensywnoœci obci¹ enia fizycznego, jaka mo e byæ kontynuowana przez d³u szy czas, w warunkach pracy tlenowej. W praktyce stosowany by³ interwa³owy wysi³ek realizowany ze skokowym przyrostem obci¹ enia. Narastaj¹ca intensywnoœæ wysi³ku powodowa³a w pocz¹tkowej fazie badania liniowy wzrost czêstoœci skurczów serca i wentylacji minutowej (Ve) oraz zu ycia tlenu (VO2). Badani poddawani byli wzrastaj¹cemu wysi³kowi submaksymalnemu na cykloergometrze no nym. Badania wykonywano zawsze w godzinach przedpo³udniowych. Obci¹ enie startowe wynosi³o 50W a docelowe (maksymalne) 3,5W/kg masy cia³a. Obci¹ enie narasta³o liniowo. Rytm peda³owania wynosi³ obrotów na minutê. Maksymalny czas wysi³ku wynosi³ 20 min. Badanie przerywano wczeœniej w sytuacji wyst¹pienia symptomów osi¹gniêcia progu przemian beztlenowych. Bezpoœrednio po zakoñczeniu wysi³ku badani wypoczywali w pozycji le ¹cej. Przed wysi³kiem, w trakcie jego trwania i przez 30 minut po jego zakoñczeniu prowadzono ci¹g³¹ rejestracjê: 1. czêstoœci skurczów serca (HR [1/min]), 2. oznaczeñ gazometrycznych i wentylacyjnych: a. VO2 [L/min], b. VCO2 [L/min], c. Ve [L/min], 3. powysi³kowego stê enia kwasu mlekowego we krwi [mmoli/litr]. Czêstoœæ skurczów serca rejestrowano za pomoc¹ urz¹dzenia POLAR SportTester. Wartoœci wentylacyjne i gazometryczne mierzone by³y ergospirometrem przenoœnym MES Start 2000M. Dla oznaczenia koncentracji kwasu mlekowego, badanym pobierano krew z p³atka usznego w 3 minucie po wysi³ku. Pomiary wykonywane by³y metod¹ LOX-PAP przy u yciu zestawów firmy Dr Lange. Wyniki W Tab. 1 przedstawiono czasy osi¹gania PPB oznaczone z wykorzystaniem wymienionych metod (VCO2/ VO2, HR/Watt, próg wentylacyjny) oraz odpowiadaj¹ce im czêstoœci skurczów serca (HR1-3). Dodatkowo podano poziom koncentracji mleczanu w 3 minucie po wysi³ku. Pomimo wystêpuj¹cych ró nic w czasach osi¹gania PPB w prezentowanych metodach, uzyskiwane wielkoœci czêstoœci skurczów serca nie wykazuj¹ ró - nic statystycznie istotnych (Tab. 1). Osi¹gane wartoœci HR s¹ charakterystyczne dla pocz¹tku nasilania siê komponenty beztlenowej w metabolizmie wysi³kowym. Wykresy przedstawiaj¹ graficzne wyznaczanie PPB u konkretnego badanego wed³ug trzech omówionych wczeœniej metod. Wyniki oceny istotnoœci ró nic miêdzy czasami osi¹gania PPB w ró nych metodach przedstawione s¹ w Tabeli 2. Tab. 1. Czasy uzyskiwania progu przemian beztlenowych w stosowanych metodach Tab. 1. Times of obtaining of anaerobic threshold in practical methods Tab. 2. Istotnoœæ ró nic miêdzy czasami osi¹gania PPB w ró nych metodach Tab. 2. Differences between at times of attaining AT in different methods 265

5 Ró nica statystycznie znamienna dotyczy tylko porównania metod Ve/VO2 VCO2/VO2; oceniane w zastosowanych metodach wartoœci HR nie wykazuj¹ ró nic (Tab. 2). Dyskusja Wartoœci wyników ocenianych parametrów uzyskiwanych przez badanych przy koñcu prowokacji wysi³kowej nie odbiegaj¹ wielkoœci¹ od wyników uzyskiwanych w innych badaniach (HR~190 ud./min, Ve~100L/min, VO2~40 ml/min/kg) [1,2,3,4,6]. Osi¹gniêcie PPB dawa³o sygna³ do zaprzestania pracy. Punkt ten wystêpuje najczêœciej w okolicy HR=180 ud./min i od tego momentu, po wzroœcie HR o ok. 20 ud./min, ustala siê osobnicza wartoœæ Hrmax. W naszych badaniach poœrednio okreœlany PPB wystêpowa³ czêsto przy wy szych wartoœciach HR (ok. 190 ud./min), co t³umaczyæ mo na charakterem wysi³ku (obci¹ anie poprzez koñczyny dolne na cykloergometrze rowerowym a nie na bie ni) nie wszystkie zespo³y dynamiczne mog³y uczestniczyæ w jego realizacji, tak jak w przypadku biegu. Tym faktem, a tak e pozycj¹ przyjmowan¹ w czasie wysi³ku (silna stabilizacja klatki piersiowej) t³umaczy siê uzyskiwanie nieco ni szych od opisywanych wartoœci Ve i VO2. Opisan¹ sytuacjê zdaj¹ siê potwierdzaæ uzyskiwane wy - sze wyniki koncentracji LA (pow. 9 mmoli/litr) i d³u - sza od przewidywanej restytucja. D³u szy czas powrotu do stanu wyjœciowego dotyczy wszystkich ocenianych parametrów po 30-minutowym odpoczynku ich wartoœci nadal pozostawa³y na poziomie wy - szym ni spoczynkowy (HR>90 ud./min, Ve>10L/min, VO2>7 ml/min/kg). Analizuj¹c uzyskane wyniki nale y zauwa yæ, e tylko w przypadku porównania dwóch metod, analizy wspó³czynnika oddechowego RQ (VCO2/VO2) i progu wentylacyjnego (Ve/VO2), uzyskano istotn¹ statystycznie ró nicê w czasie osi¹gania PPB. Pomimo to wartoœci œrednie czêstoœci skurczów serca oznaczane w momencie dochodzenia do kresu przemian tlenowych w poszczególnych metodach nie wykazuj¹ ró nic statystycznie znamiennych. Na tej podstawie mo na domniemywaæ, e porównywane metody równie dok³adnie pozwalaj¹ okreœlaæ pocz¹tek nasilania siê przemian beztlenowych. Uzyskane wyniki koncentracji kwasu mlekowego we krwi istotnie przekraczaj¹ progi przemian beztlenowych prezentowanych w piœmiennictwie [1,2,6], jednak fakt ten t³umaczyæ nale y zmniejszeniem siê buforuj¹cej funkcji p³uc w pierwszych minutach po wysi³ku i zwiêkszaniem niekorzystnego stosunku VCO2/VO2. Wnioski 1. Prezentowane poœrednie metody oceny osi¹gania progu przemian beztlenowych daj¹ podobne wyniki. 2. Ze wzglêdów interpretacyjnych naj³atwiejsz¹ do stosowania jest metoda oceny progu wentylacyjnego, najtañsz¹ zaœ jest metoda analizy zmiany narastania czêstoœci skurczów serca w zale noœci od przyrostu obci¹ enia. Piœmiennictwo 1. Conconi F, Ferrari M, Ziglio P et al. Determination of the anaerobic threshold by a noninvasive field test for runners. J Appl Pysiol 1982; 4: Hofmann P, Gaisl D u. a. Computergestützts Auswertung des modifizierten Conconi-Test am Fahrradergometer. Leistungssport 1989; 3: Raczek J. Test Conconiego. Sport Wyczynowy 1989; 7-8: Sozañski H, Kosmol A, Koziñski E, Perkowski K, Œledziewski D. Kontrola treningu na podstawie reakcji uk³adu kr¹ enia. [W:] Obci¹ enia treningowe; technologia i opracowywanie danych. Sozañski H, Œledziewski D. (Red.) Biblioteka Trenera RCMSKFiT, Warszawa 1995; Magiera A. Nieinwazyjna metoda oceny progu przemian beztlenowych w warunkach laboratoryjnych. Sport Wyczynowy 1997; XXXV, Svedahl K, MacIntosh BR. Anaerobic threshold: the concept and methods of measurement. Can J Appl Physiol 2003; 28 (2): Praca wykonana zosta³a w ramach badañ statutowych AWF Warszawa (Ds.-41) G. 266