Frontiers in Physiology

Bevezetés

A maximális oxigénfelvétel (VO2max) a tüdő, a szív- és érrendszer, valamint az izomrendszer maximális integrált kapacitásaként határozható meg az O2 felvételére, szállítására és felhasználására (Poole et al., 2008). Általában futópadon vagy kerékpár-ergométeren végzett inkrementális terheléses teszttel mérik, a VO2max teszt a fizikai terheléssel kapcsolatos klinikai és alkalmazott élettan egyik sarokkövévé vált. Alkalmazásai számosak, az élsportolóktól kezdve a különböző kóros állapotú egyénekig (Mancini és mtsai., 1991; Bassett és Howley, 2000). Annak ellenére, hogy körülbelül egy évszázada tanulmányozzák, a VO2max-szal kapcsolatos kérdések még mindig viták és nézeteltérések forrása a szakirodalomban (Noakes, 1998; Bergh et al., 2000; Levine, 2008; Ekblom, 2009; Noakes és Marino, 2009; Spurway et al., 2012). Különösen a VO2max mérési módszereinek vizsgálata az évek során kihívást jelentő kutatási terület (Midgley et al., 2007, 2008). A közelmúltban közzétett érdekes eredmények (Beltrami et al., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012) további vitát hoznak a valódi VO2max érték mérésével és annak korlátozó/szabályozó mechanizmusaival kapcsolatban. Ebben a cikkben röviden ismertetjük a jelenlegi vizsgálati módszereket és a VO2max limitációs/szabályozási mechanizmusait, és megvitatjuk a két közelmúltbeli tanulmány új eredményeit és azok lehetséges következményeit a területen.

A jelenlegi mérés és a VO2max limitációs/szabályozási mechanizmusai

Az egyik legnépszerűbb fogalom, amelyet a VO2max értékének meghatározására használnak egy inkrementális terheléses teszt során, a plató előfordulása. Ennek a fogalomnak az eredete Hill és Lupton (1923) 90 évvel ezelőtti vizsgálataiban gyökerezik, amelyben Hill és Lupton (1923) egy olyan egyéni edzésintenzitás létezését javasolta, amelyen túl a VO2 nem növekszik, ami a kardiorespiratorikus kapacitás határát jelenti. A plató előfordulásának szükségessége a VO2max meghatározásához azonban korlátokat jelent, amint ellentmond annak a ténynek, hogy előfordulása nem általános (Doherty és mtsai., 2003; Astorino és mtsai., 2005). Azzal a céllal, hogy megoldják ezt a problémát és biztosítsák, hogy az egyének mindig “maximális” állapotot érjenek el egy inkrementális terheléses vizsgálat végére, valódi VO2max értékeket produkálva, népszerűvé vált a fiziológiai paraméterek használata a terheléses vizsgálat megszakításának kritériumaként a légzéscsere-arány, a maximális pulzusszám és a vér laktátkoncentrációja alapján (Poole et al., 2008). Ezek a paraméterek azonban, ha a VO2max meghatározásának kritériumaként használják, akár 26%-kal is alulbecsülhetik a ténylegesen mért értéket (Poole et al., 2008). Végül, a VO2max meghatározására javasolt jelenlegi megoldás, amikor a plató nem következik be, a VO2-csúcs használata, amely konzisztens VO2max-indexnek tűnik, amennyiben az inkrementális teszt után egy állandó szupramaximális terheléses vizsgálatot végeznek, amelyet “verifikációs fázisnak” neveznek (Day et al., 2003; Midgley és Carroll, 2009).

A szakirodalomban jelenleg két fő elméleti modellt tárgyalnak, amelyek célja a VO2max korlátozásának és/vagy szabályozásának mechanizmusainak magyarázata. A klasszikus modell azt javasolja, hogy a VO2max-ot a szív maximális kapacitása korlátozza az izmok O2-ellátására, vagyis amikor valaki eléri a VO2max-ot, a kardiovaszkuláris rendszer a határán dolgozik (Ekblom, 2009). Alternatívaként a másik modell azt állítja, hogy a kardiovaszkuláris rendszer soha nem éri el a munka határát, és a VO2max-ot nem korlátozza, hanem az edző végtagokban rekrutált motoros egységek száma szabályozza, ami mindig szubmaximális (Noakes és Marino, 2009). Ez a modell tehát azt javasolja, hogy mindig van egy fiziológiai tartalék, mind a kardiovaszkuláris, mind a neuromuszkuláris, miután az aktív izmok által az edzés során rekrutált motoros egységek számát az agy szabályozza, hogy megelőzze a testi rendszerek katasztrofális meghibásodását (Noakes és Marino, 2009).

Az általunk mért VO2max valóban maximális?

A VO2max-ot korlátozó/szabályozó mechanizmusoktól függetlenül (Ekblom, 2009; Noakes és Marino, 2009) úgy vélik, hogy az inkrementális terheléses vizsgálat során meghatározott kritériumok végrehajtása, mint időtartam (Midgley et al., 2008), az “ellenőrző fázis” jelenléte (Day és mtsai., 2003; Midgley és Carroll, 2009) és a VO2-mintavétel sebessége (Astorino, 2009), valódi VO2max értékeket kapunk. Két közelmúltbeli tanulmány azonban megkérdőjelezi ezeket a hiedelmeket.

Az első tanulmány (Mauger és Sculthorpe, 2012) egy hagyományos inkrementális edzéspróbát (azaz rögzített terhelési lépésekkel az önkéntes kimerülésig) hasonlított össze egy maximális, saját tempójú inkrementális edzéspróbával, amelyet az erőfeszítés egyéni érzékelése szabályozott. Ez utóbbi teljes időtartama 10 perc volt, 5, egyenként 2 perces szakaszra osztva, amelyekben az egyének minden egyes pillanatban szabályozták az edzés intenzitását annak érdekében, hogy a 15 pontos Borg-skálán 11, 13, 15, 17 és 20-as egyéni erőkifejtést érjenek el. Érdekes módon ez a maximális, saját tempójú inkrementális teszt szignifikánsan magasabb VO2max-ot (≈8%; 1A. ábra) eredményezett a hagyományos inkrementális terheléses teszt során talált értékekhez képest (Mauger és Sculthorpe, 2012).

A második vizsgálatban (Beltrami et al., 2012) egy hagyományos inkrementális terheléses vizsgálatot hasonlítottak össze egy dekrementális protokollal (azaz az idővel csökkenő terhelésintenzitási szintekkel). Ez a dekrementális protokoll az inkrementális teszt “ellenőrző fázisa” során alkalmazott sebességgel indult, ami azt jelenti, hogy 1 km h-1-gyel gyorsabban, mint a hagyományos terheléses teszt során teljesített utolsó szakasz. Ezt az intenzitást az alanyok által az “ellenőrző fázis” során elviselhető egyéni idő 60%-áig tartották, majd ezt követően 30 másodpercig 1 km h-1 sebességcsökkenés, majd egymást követő 0,5 km h-1 sebességcsökkenések következtek, amelyekben az egyes szakaszokat 30, 45, 60, 90 és 120 másodpercig tartották. A maximális saját tempójú inkrementális teszthez (Mauger és Sculthorpe, 2012) hasonlóan a javasolt decrementális teszt szignifikánsan magasabb VO2max-ot (≈4,4%; 1B ábra) eredményezett a hagyományos inkrementális edzésteszthez képest (Beltrami et al, 2012).

A szerzők által javasolt fő magyarázat az első vizsgálatban (Mauger és Sculthorpe, 2012) talált eredményekre az, hogy az önálló tempójú protokoll jellege nagyobb teljesítményt tett lehetővé ugyanolyan szintű erőfeszítés vagy kellemetlenség érzékelése mellett, ami nagyobb VO2max-hoz vezetett az önkéntes kimerülés előtt. Ez annak ellenére következett be, hogy a pulzusszám, a ventiláció és a légzéscsere-arány értékei hasonlóak voltak a hagyományos protokollhoz. További javaslatok, mint az oxigénfüggő 1-es típusú rostok nagyobb relatív hozzájárulása, és ennek következtében a teszt anaerob komponensének csökkenése, és/vagy az oxigénigény és -felhasználás növekedése az önálló tempójú inkrementális teszt utolsó szakaszának nagy teljesítménykibocsátása miatt szintén hozzájárulhatott a nagyobb VO2max-hoz (Mauger és Sculthorpe, 2012). Érdemes megjegyezni, hogy ezzel a vizsgálattal kapcsolatban már kritikákat fogalmaztak meg (Chidnok és mtsai., 2013). Ugyanakkor a második tanulmány szerzői (Beltrami és mtsai., 2012) azt sugallják, hogy a protokollok anticipatív terhelésérzékelésének különbségei – a hagyományos inkrementális tesztben növekvő, a dekrementális tesztben csökkenő – hatással lehettek a szimpatikus vagy paraszimpatikus hajtásokra, és eltérő metabolikus válaszokat eredményezhettek a terhelésre és a nagyobb VO2max-ra. Meglepő módon mindkét vizsgálat azt mutatta, hogy akár edzetlen (Mauger és Sculthorpe, 2012), akár edzett (Beltrami et al., 2012) egyének a nagyobb VO2max értékeket szubmaximális terhelés során érték el, megkérdőjelezve azt a hagyományos elképzelést, hogy a VO2max a maximális terhelésnél következik be.

Az új eredmények következményei

Mivel felismerték és tovább erősítették, hogy a jelenlegi VO2max mérési módszerek (ill, hagyományos inkrementális edzésprotokoll) valójában szubmaximális értékeket szolgáltatnak, milyen következményekkel járnának az újonnan talált valódi VO2max értékek (Beltrami et al., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012) az e területre vonatkozó meglévő ismeretekre? Véleményünk szerint a szisztematikus hiba megléte miatt a tudományos ismeretek jelentős része enyhén érintett lenne. Például a konkrét beavatkozások VO2max-ra gyakorolt hatásának ellenőrzésére irányuló tanulmányok eredményeiben már most is VO2max-alulbecslések vannak aggregálva. Mivel a beavatkozás előtti és utáni értékeket ugyanazzal a protokollal mérik, a beavatkozás VO2max értékekre gyakorolt hatását a VO2max valódi értékének alulbecslése ellenére is helyesen mérnék. Ezzel szemben a VO2max százalékos értékén alapuló vizsgálatok, mint például a kardiorespiratorikus fittség aerob edzési zónája, amely általában a VO2max 50 és 85%-a körül változik, intervallumtartománya jobbra tolódna. Hasonlóképpen felül kellene vizsgálni a VO2max becslésére szolgáló közvetett egyenleteket, mivel azok olyan VO2max referenciaértékeket használnak, amelyek az új eredmények szerint (Beltrami et al., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012) szubmaximálisak. Mindazonáltal, ismerve a VO2max alulbecslésének nagyságát a hagyományos inkrementális protokollok által, a matematikai egyenletek képesek lennének utólagos korrekciókat biztosítani, csökkentve/korrigálva ezeket a pontatlanságokat.

A fent leírt viszonylag csekély hatással ellentétben, a hagyományos inkrementális terheléses tesztek során általában tapasztaltnál nagyobb VO2max értékek megállapítása ellentmond a korlátozó/szabályozó mechanizmusok magyarázatára javasolt elméleti modelleknek (Ekblom, 2009; Noakes és Marino, 2009). Ha a hagyományos inkrementális tesztek során eddig talált VO2max értékeket a szív maximális kapacitása korlátozza az izmok O2-ellátására (Ekblom, 2009), akkor hogyan magyarázható ez a növekedés (Beltrami és mtsai., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012)? Két lehetőséget azonosítunk. Az elméleti modell továbbra is helytálló lehet, vagyis a VO2max-ot valóban a szív maximális kapacitása korlátozza, azonban a hagyományos inkrementális tesztek során talált VO2max értékek nem igazán maximálisak, és alternatív protokollok képesek lennének növelni azt. Ezzel szemben lehet, hogy a modell téved, amikor azt állítja, hogy a VO2max-ot elsősorban a szív kapacitása korlátozza, és más mechanizmus is létezhet a korlátozás/szabályozás magyarázatára. A másik elméleti modell (Noakes és Marino, 2009) viszont szintén ellentmond az eredményeknek. Ha az agy szabályozza a terhelés során rekrutált motoros egységek számát, hogy megelőzze a testi rendszerek katasztrofális meghibásodását, és így szabályozza az elérhető VO2max-ot, akkor miért engedné meg az agy, hogy az egyének e két új protokoll (Beltrami és mtsai., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012) során nagyobb VO2max értékeket érjenek el, mint a hagyományos inkrementális tesztek során? Az agy a különböző rendszerekből érkező afferens visszajelzések alapján nem szabályozná-e hasonló módon a rekrutált motoros egységek számát, függetlenül az elvégzett edzésprotokolltól?

A legújabb eredmények lehetséges magyarázata visszanyúlhat Jones és Killian (2000) javaslatához, akik áttekintették a bizonyítékokat, hogy az oxigénszállító mechanizmusok kapacitásán alapuló korlátozások helyett a kardiorespiratorikus és edzéskorlátozások inkább tünetalapúak. Ezek a szerzők, figyelembe véve a perifériás és centrális érzékelésű erőkifejtési adatokat, felvetették annak fontosságát, hogy ezeket a tüneteket korlátozó tényezőként vegyük figyelembe a fizikai teljesítmény és a VO2max mérésekor (Jones és Killian, 2000). Egy újabb elméleti modell tovább hangsúlyozza az erőfeszítés kiemelkedő jelentőségét az állóképességi edzés teljesítményének szabályozásában és toleranciájában (Marcora és Staiano, 2010; Smirmaul et al., 2013). Az elért magasabb VO2max értékek (Beltrami et al., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012) az alkalmazott protokollok különbségei miatt megváltozott észlelési reakciókkal járhattak együtt. Ez a lehetőség azonban spekulatív marad.

Következtetés

A hagyományos inkrementális edzésvizsgálatok során általánosan tapasztaltnál nagyobb VO2max értékeket eredményező különböző edzésprotokollok javaslatai érdekelhetik az edzés- és sportfiziológiai közösséget. Ugyanakkor, hogy az ilyen eredmények enyhén befolyásolják az ismeretek jelentős részét, megkérdőjelezik például a VO2max korlátozásának/szabályozásának magyarázatára szolgáló elméleti modelleket. Mégis, azt az elképzelést is megkérdőjelezik, hogy a VO2max a maximális terhelésnél következik be. Míg a közelmúltban végzett munkák azt mutatták, hogy az egyének munkaterhelésének csökkentésével, azaz szubmaximális munka során 15 percig fenn lehet tartani a hagyományos VO2max platót (Petot et al., 2012; Billat et al., 2013), nem ismert, hogy ugyanez lehetséges-e a talált magasabb VO2max értékek esetében (Beltrami et al., 2012; Mauger és Sculthorpe, 2012). Vonzó az a felvetés, hogy a VO2max értékek feladatfüggőek, és hogy a hagyományos inkrementális terheléses teszt nem ad valódi maximális értékeket. Annak megértése azonban, hogy ezek az új edzésprotokollok hogyan eredményeznek magasabb VO2max értékeket, a különböző protokollok hatása az észlelési válaszokra és a VO2max mérésére, a teljes körű következmények és alkalmazások meghatározása, valamint a VO2maxot alátámasztó specifikus korlátozó/szabályozó mechanizmusok új távlatokat jelentenek, amelyeket a sport- és edzéskutatók vizsgálhatnak.