Frontiers in Physiology

Introducere

Capacitatea maximă de absorbție a oxigenului (VO2max) poate fi definită ca fiind capacitatea maximă integrată a sistemelor pulmonar, cardiovascular și muscular de a absorbi, transporta și, respectiv, utiliza O2 (Poole et al., 2008). Măsurat, de obicei, prin testul de efort incremental pe banda de alergare sau pe ciclul ergometru, testul VO2max a devenit o piatră de temelie în fiziologia clinică și aplicată care implică exercițiul fizic. Aplicațiile sale sunt numeroase, variind de la atleții de elită la persoanele cu mai multe afecțiuni patologice (Mancini et al., 1991; Bassett și Howley, 2000). Deși sunt studiate de aproximativ un secol, întrebările referitoare la VO2max sunt încă sursă de dezbateri și dezacorduri în literatura de specialitate (Noakes, 1998; Bergh et al., 2000; Levine, 2008; Ekblom, 2009; Noakes și Marino, 2009; Spurway et al., 2012). În special, studiul metodelor de măsurare a VO2max este un domeniu de investigație care a reprezentat o provocare de-a lungul anilor (Midgley et al., 2007, 2008). Descoperirile intrigante publicate recent (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012) aduc dezbateri suplimentare cu privire la măsurarea adevăratei valori VO2max și a mecanismelor de limitare/reglare a acesteia. În acest articol descriem pe scurt metodele actuale de testare și mecanismele de limitare/reglare a VO2max și discutăm noile constatări ale acestor două studii recente și posibilele lor implicații în domeniu.

Măsurarea actuală și mecanismele de limitare/reglare a VO2max

Unul dintre cele mai populare concepte utilizate pentru a obține VO2max în timpul unui test de efort incremental este apariția platoului. Originea acestui concept a avut la bază studiile lui Hill și Lupton (1923) de acum 90 de ani, în care aceștia au propus existența unei intensități individuale de exercițiu dincolo de care nu există o creștere a VO2, reprezentând limita capacității cardiorespiratorii. Cu toate acestea, necesitatea apariției platoului pentru determinarea VO2max prezintă limitări, odată ce intră în conflict cu faptul că apariția acestuia nu este universală (Doherty et al., 2003; Astorino et al., 2005). Cu scopul de a rezolva această problemă și de a se asigura că indivizii ating întotdeauna condiții „maxime” la sfârșitul unui test de efort incremental, producând adevărate valori VO2max, a devenit populară utilizarea parametrilor fiziologici ca și criterii de întrerupere a testului de efort pe baza raportului de schimb respirator, a frecvenței cardiace maxime și a concentrațiilor de lactat în sânge (Poole et al., 2008). Acești parametri, însă, atunci când sunt utilizați ca criterii pentru determinarea VO2max, pot subestima valoarea reală măsurată cu până la 26% (Poole et al., 2008). În cele din urmă, soluția actuală propusă pentru determinarea VO2max, atunci când nu apare platoul, este utilizarea vârfului VO2, care pare a fi un indice VO2max consistent, atâta timp cât după testul incremental se face un test de efort supramaximal constant, numit „faza de verificare” (Day et al., 2003; Midgley și Carroll, 2009).

În prezent, în literatura de specialitate sunt discutate două modele teoretice principale care au ca scop explicarea mecanismelor de limitare și/sau reglare a VO2max. Modelul clasic propune că VO2max este limitat de capacitatea maximă a inimii de a furniza O2 mușchilor, ceea ce înseamnă că, atunci când se atinge VO2max, sistemul cardiovascular lucrează la limită (Ekblom, 2009). Alternativ, celălalt model susține că sistemul cardiovascular nu atinge niciodată o limită de lucru și că VO2max este reglementat, mai degrabă decât limitat, de numărul de unități motorii recrutate în membrele care fac exerciții, care este întotdeauna submaximal (Noakes și Marino, 2009). Astfel, acest model propune că există întotdeauna o rezervă fiziologică, atât cardiovasculară, cât și neuromusculară, odată ce numărul de unități motorii recrutate de mușchii activi în timpul exercițiului este reglat de creier pentru a preveni eșecul catastrofal al sistemelor corporale (Noakes și Marino, 2009).

Este VO2max pe care îl măsurăm cu adevărat maximal?

Independent de mecanismele de limitare/reglare a VO2max (Ekblom, 2009; Noakes și Marino, 2009), se consideră că implementarea unor criterii specifice în timpul testului de efort incremental ca durată (Midgley et al., 2008), prezența „fazei de verificare” (Day et al., 2003; Midgley și Carroll, 2009) și rata de achiziție a probelor de VO2 (Astorino, 2009), se obțin adevăratele valori VO2max. Cu toate acestea, două studii recente contestă astfel de convingeri.

Primul studiu (Mauger și Sculthorpe, 2012) a comparat un test de exerciții incrementale convențional (adică cu creșteri fixe ale sarcinii până la epuizare voluntară) cu un test de exerciții incrementale maxime în ritm propriu, reglat de percepția individuală a efortului. Durata totală a acestuia din urmă a fost de 10 min, distribuită în 5 etape de câte 2 min fiecare, în care indivizii au controlat intensitatea exercițiului în fiecare moment pentru a obține percepții individuale ale efortului de 11, 13, 15, 17 și, respectiv, 20, în scala Borg cu 15 puncte. În mod interesant, acest test incremental maxim în ritm propriu a dus la un VO2max semnificativ mai mare (≈8%; Figura 1A) în comparație cu valorile găsite în timpul testului de exerciții incrementale convenționale (Mauger și Sculthorpe, 2012).

Cel de-al doilea studiu (Beltrami et al., 2012) a comparat un test de efort incremental convențional cu un protocol decremental (adică cu niveluri de intensitate a exercițiului în scădere în timp). Acest protocol decremental a început în viteza utilizată în timpul „fazei de verificare” a testului incremental, ceea ce înseamnă, cu 1 km h-1 mai repede decât ultima etapă realizată în timpul testului de efort convențional. Această intensitate a fost menținută timp de 60% din timpul individual pe care subiecții au putut să îl tolereze în timpul „fazei de verificare”, cu o reducere ulterioară a vitezei de 1 km h-1 timp de 30 s și reduceri consecutive de 0,5 km h-1, în care fiecare etapă a fost menținută timp de 30, 45, 60, 90 și, respectiv, 120 s. În mod similar cu testul incremental maximal în ritm propriu (Mauger și Sculthorpe, 2012), testul decremental propus a dus la un VO2max semnificativ mai mare (≈4,4%; Figura 1B) în comparație cu testul de exerciții incrementale convenționale (Beltrami et al, 2012).

Principala explicație sugerată de autori pentru rezultatele găsite în primul studiu (Mauger și Sculthorpe, 2012) este că este posibil ca natura protocolului în ritm propriu să fi permis o putere de ieșire mai mare pentru același nivel de percepție a efortului sau a disconfortului, ceea ce a dus la un VO2max mai mare înainte de epuizarea voluntară. Acest lucru s-a întâmplat în ciuda faptului că valorile ritmului cardiac, ventilației și raportului de schimb respirator au fost similare cu cele ale protocolului convențional. Sugestii suplimentare, cum ar fi o contribuție relativă mai mare a fibrelor de tip 1 dependente de oxigen, cu o reducere consecventă a componentei anaerobe a testului, și/sau o creștere a cererii și a utilizării oxigenului datorită puterii de ieșire ridicate în ultima etapă a testului incremental în ritm propriu, ar fi putut, de asemenea, să contribuie la un VO2max mai mare constatat (Mauger și Sculthorpe, 2012). Este demn de remarcat faptul că au fost deja formulate critici la adresa acestui studiu (Chidnok et al., 2013). În același timp, autorii celui de-al doilea studiu (Beltrami et al., 2012) sugerează că diferențele în ceea ce privește percepția anticipativă a sarcinii de lucru din protocoale, crescând în testul incremental convențional și reducându-se în testul decremental, ar fi putut avea un impact asupra acționărilor simpatice sau parasimpatice și ar fi putut duce la răspunsuri metabolice diferite la exerciții și la VO2max mai mare. În mod surprinzător, ambele studii au arătat că fie indivizii neantrenați (Mauger și Sculthorpe, 2012), fie cei antrenați (Beltrami et al., 2012) au atins valorile mai mari ale VO2max în timpul sarcinilor de lucru submaximale, punând la îndoială conceptul tradițional conform căruia VO2max apare la sarcina de lucru maximă.

Implicații ale noilor constatări

După ce s-a recunoscut și s-a coroborat în continuare că metodele actuale de măsurare a VO2max (de ex, protocolul convențional de exerciții incrementale) furnizează, de fapt, valori submaximale, care ar fi implicațiile noilor valori adevărate de VO2max constatate (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012) asupra ansamblului existent de cunoștințe referitoare la acest domeniu? În opinia noastră, o parte considerabilă a cunoștințelor științifice ar fi ușor afectată, din cauza existenței unei erori sistematice. De exemplu, studiile care au ca scop verificarea efectului unor intervenții specifice asupra VO2max au deja subestimări ale VO2max agregate în rezultatele lor. Întrucât valorile pre- și post-intervenție sunt măsurate prin același protocol, efectele intervenției asupra valorilor VO2max ar fi în continuare măsurate corect, în ciuda subestimării valorii reale a VO2max. În schimb, studiile bazate pe procente de VO2max, cum ar fi, de exemplu, zona de antrenament aerobic pentru condiția fizică cardiorespiratorie, care variază în mod obișnuit în jurul a 50 și 85% din VO2max, ar avea intervalul de interval deplasat spre dreapta. De asemenea, ar fi necesar să se revizuiască ecuațiile indirecte de estimare a VO2max, deoarece acestea utilizează valori de referință ale VO2max care, conform noilor constatări (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012), sunt submaximale. Cu toate acestea, cunoscând magnitudinea subestimării VO2max de către protocoalele incrementale convenționale, ecuațiile matematice ar fi capabile să ofere corecții a posteriori, reducând/corecând astfel de inexactități.

Contrariu impactului relativ minor descris mai sus, constatările privind un VO2max mai mare decât cel întâlnit în mod obișnuit în timpul testelor de exerciții incrementale convenționale intră în conflict cu modelele teoretice propuse pentru a explica mecanismele de limitare/reglare a acestuia (Ekblom, 2009; Noakes și Marino, 2009). Dacă valorile VO2max constatate până în prezent în timpul testelor incrementale convenționale sunt limitate de capacitatea maximă a inimii de a furniza O2 mușchilor (Ekblom, 2009), cum se poate explica o astfel de creștere (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012)? Noi identificăm două posibilități. Modelul teoretic poate fi în continuare corect, adică VO2max este într-adevăr limitat de capacitatea maximă a inimii, deși, valorile VO2max găsite în timpul testelor incrementale convenționale nu sunt cu adevărat maxime, iar protocoalele alternative ar fi capabile să o crească. În opoziție, modelul ar putea fi greșit atunci când afirmă că VO2max este limitat în primul rând de capacitatea cardiacă și ar putea exista un alt mecanism care să explice limitarea/reglarea sa. Celălalt model teoretic (Noakes și Marino, 2009), la rândul său, intră, de asemenea, în conflict cu constatările. Dacă creierul reglează numărul de unități motorii recrutate în timpul exercițiului pentru a preveni eșecul catastrofal al sistemelor corporale, reglând astfel VO2max realizabil, de ce ar permite creierul ca indivizii în timpul acestor două noi protocoale (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012) să atingă valori ale VO2max mai mari decât în timpul testelor incrementale convenționale? Nu ar putea creierul, pe baza feedback-ului aferent de la diverse sisteme, să regleze numărul de unități motorii recrutate într-un mod similar, independent de protocolul de exerciții fizice efectuat?

O posibilă explicație pentru descoperirile recente poate fi găsită ajungând până la propunerea lui Jones și Killian (2000), care au analizat dovezile pentru a arăta că, mai degrabă decât limitările bazate pe capacitatea mecanismelor de furnizare a oxigenului, limitările cardiorespiratorii și ale exercițiilor fizice sunt bazate pe simptome. Acești autori, luând în considerare datele privind percepția periferică și centrală a efortului, au ridicat importanța considerării acestor simptome ca factori limitativi atunci când se măsoară performanța la efort și VO2max (Jones și Killian, 2000). Un model teoretic recent subliniază și mai mult importanța primordială a efortului asupra reglării și toleranței performanței exercițiilor de anduranță (Marcora și Staiano, 2010; Smirmaul et al., 2013). Este posibil ca valorile mai mari de VO2max obținute (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012) să fi fost asociate cu răspunsuri perceptuale modificate din cauza diferențelor dintre protocoalele utilizate. Cu toate acestea, această posibilitate rămâne speculativă.

Concluzie

Propunerile diferitelor protocoale de exerciții care au ca rezultat valori VO2max mai mari decât cele întâlnite în mod obișnuit în timpul testelor de exerciții incrementale convenționale ar trebui să intereseze comunitatea de fiziologie a exercițiilor fizice și a sportului. În același timp în care astfel de constatări au un impact ușor asupra unei părți considerabile a cunoștințelor, ele pun la îndoială, de exemplu, modelele teoretice pentru a explica limitarea/reglarea VO2max. Totuși, ele contestă, de asemenea, conceptul că VO2max apare la sarcina de lucru maximă. În timp ce lucrări recente au arătat că este posibil să se mențină un platou VO2max convențional până la 15 min prin scăderea volumului de muncă al indivizilor, adică în timpul muncii submaximale (Petot et al., 2012; Billat et al., 2013), nu se știe dacă același lucru este posibil pentru valorile superioare ale VO2max constatate (Beltrami et al., 2012; Mauger și Sculthorpe, 2012). Sugestia că valorile VO2max depind de sarcină și că testul de efort incremental convențional nu produce valori maxime reale este atractivă. Cu toate acestea, înțelegerea modului în care aceste noi protocoale de exerciții fizice produc valori mai mari ale VO2max, influențele diferitelor protocoale asupra răspunsurilor perceptuale și a măsurării VO2max, determinarea implicațiilor și aplicațiilor sale complete, precum și a mecanismelor specifice de limitare/reglare care stau la baza VO2max, sunt noi orizonturi pe care cercetătorii din domeniul sportului și al exercițiilor fizice le pot explora.