Przydatność zmodyfikowanego testu Conconiego do wyznaczania progu beztlenowego

Wstęp

Procesy tlenowe odgrywają znaczącą rolę we wszystkich olimpijskich konkurencjach kajakowych. Dlatego też w treningu kajakarzy w dużej mierze dąży się do podniesienia potencjału tlenowego mięśni i poprawy funkcjonowania układów krążenia i oddechowego. Opracowano wiele metod oceny wydolności tlenowej, jednak wymagają one pobierania krwi lub posiadania skomplikowanej aparatury pomiarowej. Sprawia to, że ich dostępność jest dla większości zawodników wciąż ograniczona. Alternatywą dla tych metod może być prosta próba wysiłkowa oparta na analizie zmian częstości skurczów serca (HR) w stopniowanym wysiłku, znana jako test Conconiego. Już dawno zauważono, że zmiany HR w funkcji mocy lub prędkości, czyli ogólnie biorąc intensywności wysiłku, mają przebieg sigmoidalny (tzn. przypominający literę S). Można w nim wyróżnić trzy fazy: 1) pierwsza faza wolnego przyrostu, 2) liniowa faza szybkiego przyrostu i 3) druga faza wolnego przyrostu (ryc. 1). Conocni i wsp. wykazali, że intensywność, przy której kończy się druga, a zaczyna trzecia faza, tzw. deflection point (DP) odpowiada intensywności progowej, wyznaczanej na podstawie stężenia mleczanu we krwi. W ten sposób istnieje możliwość nieinwazyjnego określania progu beztlenowego, który jest nie tylko kryterium adaptacji do wysiłków tlenowych, ale również dostarcza ważnych informacji dla indywidualnego doboru intensywności treningu. Ta niebywale atrakcyjna metoda musiała, rzecz jasna, wzbudzić zainteresowanie wielu badaczy, którzy testowali jej trafność i powtarzalność. Wielu z nich nie potwierdziło jednak istnienia zależności opisywanej przez Conconiego i wsp. twierdząc nawet, że DP jest jedynie artefaktem. Być może przyczyn niepowodzeń w zastosowaniu omawianej metody należy doszukiwać się w tym, że badacze ci, co prawda, stosowali wysiłki stopniowane, ale były one wykonywane w stałym tempie, a jak wiadomo, tak u człowieka, jak i u zwierząt, zwiększenie prędkości lokomocyjnej związane jest ze zwiększeniem frekwencji ruchów. Ponadto, jak wykazywali inni badacze, istnieje okresowa synchronizacja pomiędzy rytmem wykonywania pracy, a HR i rytmem oddechowym. Pozwala to przypuszczać, że zmiany przebiegu zależności moc/HR mogą być związane ze zmianami rytmu wykonywania pracy. Dla weryfikacji tej hipotezy przeprowadzono badania, które miały na celu analizę przebiegów wzajemnych zależności pomiędzy mocą (PO), HR i tempem wiosłowania (SR) w stopniowanym wysiłku na ergometrze kajakowym. Dodatkowym celem było ustalenie, czy intensywność wyznaczana w oparciu o powyższe zależności odpowiada intensywności odnoszącej się do progu beztlenowego.

Ryc. 1. Zależność pomiędzy rozwijaną mocą a częstością skurczów serca w stopniowanym wysiłku. 1) pierwsza faza wolnego przyrostu, 2) liniowa faza szybkiego przyrostu i 3) druga faza wolnego przyrostu.

Badani i metody

W badaniach wzięło dobrowolny udział 12 kajakarzy z WTW, Spójni Warszawa i Toba Canoe & Kayak Club, Winnipeg. Ich wiek, wysokość i masa ciała oraz staż zawodniczy wynosiły odpowiednio: 21± 3 lat, 183± 5 cm, 84.6± 4.5 kg, 8± 2 lata. W ciągu 5-8 dni, każdy z zawodników uczestniczył, w kolejności losowej, w czterech sesja badawczych (A-D), podczas których wykonywał wysiłki na hamowanym powietrzem ergometrze kajakowym - K1 ERGO. Każdy z badanych był zaznajomiony z techniką wiosłowania na tym ergometrze.

Sesja A Stopniowany test do odmowy, w którym 3-min wysiłki oddzielone były 30-s przerwami. W przerwach tych pobierano krew włośniczkową dla oznaczenia stężenia mleczanu (LA). W pierwszym wysiłku, zadana moc wynosiła 0.5 W·kg^-1, a w kolejnych była zwiększana o 0.25 W·kg^-1. W oparciu o zmodyfikowaną metodę Dmax oraz w odniesieniu do stałej wartości 4 mmol·l-1 LA (AT4), wyznaczano próg beztlenowy.

Sesja B Zmodyfikowany test Conconiego (CT) poprzedzony 15 min rozgrzewką, podczas której HR utrzymywano na poziomie 110-130 sk/min. Test rozpoczynano od mocy 0.5 W·kg^-1 i co minutę zwiększano o 0.125 W·kg^-1. Punkt odchylenia (DP) ustalano w przebiegach następujących zależności: moc/częstość skurczów serca (PO/HR), moc/tempo wiosłowania (PO/SR) i tempo wiosłowania/częstość skurczów serca (SR/HR) (ryc.2). Po dwuipółgodzinnej przerwie badani wykonywali 2-min wysiłek, w którym mieli za zadanie wykonać możliwie największą ilość pracy (tzw. wysiłek all-out). Wysiłek ten był poprzedzony był 10-min, indywidualną rozgrzewką.

Sesja C Trzydziestominutowy wysiłek (PET), wykonywany z intensywnością odpowiadającą mocy rozwijanej przy DP. W przypadku liniowego przebiegu zależności PO/HR, moc dla PET wyznaczano z zależności PO/SR i SR/HR. Wysiłek poprzedzała 5-min rozgrzewka z intensywnością stanowiącą ok. 50% mocy przewidzianej w teście. Przed wysiłkiem oraz w 30-s przerwach – bezpośrednio po 10, 20, a także po 30 min pracy - pobierano krew włośniczkową dla oznaczenia LA. Jako kryterium maksymalnej równowagi mleczanowej (MLSS) przyjęto przyrost LA mniejszy niż 0.5 mmol·l-1 w ostatnich 10 min testu. Po 2 godzinach i 30 minutach od zakończenia PET, badani wykonywali 10-min wysiłek all-out, który poprzedzony był 5-min rozgrzewką.

Sesja D Dwudziestominutowy wysiłek all-out, poprzedzony 5-min rozgrzewką.

W oparciu o 2-, 10- i 20-min wysiłki all-out, wykonywane w sesjach B, C i D, wyznaczano moc krytyczną (CP), która, tak jak próg beztlenowy, jest powszechnie uznawanym wskaźnikiem zdolności do wysiłków tlenowych.

We wszystkich testach PO i SR rejestrowano za pomocą oprogramowania będącego standardowym wyposażeniem ergometru, natomiast HR za pomocą urządzeń Vantage NV, Polar Electro. SR było dowolnie i spontanicznie dobierane przez samych zawodników, którzy nie byli świadomi znaczenia tej zmiennej w prowadzonym eksperymencie.

Testy rozpoczynano zawsze o tej samej godzinie (w porze przedpołudniowej), jednak nie wcześniej niż po 2 godzinach po lekkim śniadaniu. Temperaturę i wilgotność powietrza w laboratorium utrzymywano w możliwie stałym zakresie tj. odpowiednio 19-23°C i 30-40%. W przerwach pomiędzy testami zapewniano badanym stosowne uzupełnienie płynów.

	Ryc. 2. Zasady wyznaczania progu beztlenowego w teście Conconiego na ergometrze kajakarskim. W arkuszu MS Excel należy utworzyć wykresy xy dla trzech zależności moc/HR, moc/tempo wiosłowania i tempo wiosłowania/ HR, używając do tego uśrednionych wartości z każdej minuty testu.
	Na wykresie moc/HR należy odszukać liniową fazę badanej zależności i zaznaczyć ją linią prostą. Następnie znaleźć punkt odchylenia (DP), tj. punkt, od którego następuje zwolnienie przyrostu HR i odczytaj odpowiadające mu wartości mocy i HR. Punkt ten zaznaczony jest tu wypełnieniem.
	Na następnych wykresach należy odszukać punkty łączące dwa segmenty badanych zależności i odczytać odpowiadające im wartości.. Na koniec należy porównać uzyskane wartości.

Wyniki badań

Moc, HR i SR odnoszące się do DP, a także etapy (czasy) występowania załamań w zależnościach PO/HR, PO/SR i SR/HR przedstawiono w Tabeli 1. Brak możliwości ustalenia punku załamania w przebiegu zależności PO/HR stwierdzono u dwóch zawodników (nr 2 i 6), natomiast w zależności PO/SR u jednego (nr 9). W przeciwieństwie do tego, u wszystkich badanych zaobserwowano DP w zależności SR/HR. U zawodnika nr 7 wszystkie trzy zależności wykazywały odwrotny przebieg do tego, jaki był obserwowany u pozostałych. Czasy występowania DP w wymienionych zależnościach nie różniły się istotnie między sobą. Było to obserwowane zarówno wówczas, gdy do analizy włączano tylko wyniki tych zawodników, u których DP występował we wszystkich trzech zależnościach, jak również, gdy brakujące dane zastępowano indywidualnymi średnimi, obliczanymi jako przeciętny czas występowania DP dwóch innych zależnościach.

Tabela 1

Moc (PO [W]), częstość skurczów serca (HR [sk·min-1]) i tempo wiosłowania (SR [p·min-1]) przy punktach załamania (DP) oraz etapy (czasy) testu, przy których obserwowano DP w przebiegach badanych zależności .

(a) – tylko pełne dane, (b) – brakujące dane zastąpione średnimi

Zmiany LA i średnie PO w kolejnych etapach PET przedstawiono, na ryc. 3. Nie stwierdzono istotnego zróżnicowania PO w kolejnych fazach testu, która też nie różniła się od wartości zadanej. Intensywność PET, wyznaczana u zawodników nr 2 i 6 na podstawie zależności PO/SR i SR/HR, w podobnym stopniu jak u pozostałych osób przewyższała intensywności przy MLSS.

Ryc. 3. Zmiany stężenia mleczanu w 30-min teście wykonywanym z mocą progową wyznaczaną w CT. Grubą linią zaznaczono wyniki zawodników, u których moc progową wyznaczano na podstawie zależności PO/SR i SR/HR.

Moc krytyczną oraz moc odnoszącą się do Dmax, AT4 i DP przedstawiono w Tabeli 2. Różnice pomiędzy średnimi nie były istotne statystycznie.

Tabela 2

Moc krytyczna (CP [W]) i moc progowa (PO [W]) wyznaczana za pomocą metod opartych na analizie stężenia mleczanu we krwi (Dmax, AT4) oraz moc progowa, wyznaczana w zmodyfikowanym teście Conconiego (CT).

Chociaż średnie różnice w mocy progowej wyznaczanej różnymi metodami były stosunkowo niewielkie (od 0.8 do -5.4 W), to jednak w pojedynczych przypadkach przekraczały 20 W (Tabela 3). Niemniej jednak metoda oparta na analizie DP wykazywała zgodność z innymi metodami (trzy górne wiersze), która była porównywalna do tej, jaka istniała w obrębie tychże metod (trzy dolne wiersze).

Tabela 3

Średnie różnice oraz górne i dolne przedziały zgodności pomiędzy porównywanymi metodami wyznaczania mocy progowej. W nawiasach zamieszczono wartości procentowe.

Dyskusja

Najważniejsze, co udało się ustalić w tych badaniach, jest, że w stopniowanym wysiłku na ergometrze kajakowym, wykonywanym w dowolnym SR, obserwuje się nie tylko załamanie w przebiegu zależności PO/HR, ale też, równolegle występujące z nim, załamania w przebiegach zależności PO/SR i SR/HR. W zależności SR/HR, DP występował u wszystkich zawodników, co wydaje się potwierdzać hipotezę, że DP jest, przynajmniej częściowo, związany ze zmianami rytmu wykonywania pracy.
Zwiększanie intensywności wysiłku związane było z przyrostem tempa wiosłowania. Jednak u większości zawodników stwierdzono, że powyżej pewnych wartości mocy, zależność ta przybierała bardziej stromy przebieg. Być może większy od spodziewanego przyrost SR jest reakcją na zmęczenie i obniżenie możliwości rozwijania siły w pojedynczym pociągnięciu (SF). Utrzymywanie zadanej mocy, poprzez zwiększenie SR (i obniżenie SF), prowadzi do minimalizacji rekrutacji szybko męczących się włókien typu II i zwiększa przepływ krwi przez mięśnie, a tym samym chroni organizm przed wyczerpaniem. Jednak z drugiej strony, może być to związane z większym przyrostem stężenia potasu we krwi, który, jak się postuluje, może odpowiadać za występowanie załamania w przebiegu zależności PO/HR. Odmienna reakcja układu krążenia, jaką obserwowano u zawodnika nr 7, była wcześniej opisywana przez innych autorów. Warte zauważenia jest jednak to, że odwrotny przebieg wykazywały u niego także inne zależności (PO/SR i SR/HR), a mimo to, wszystkie trzy DP wystąpiły na tych samych etapach testu. Mogłoby to stanowić dodatkowe potwierdzenie naszych przypuszczeń, dotyczących wpływu SR na HR w stopniowanych wysiłkach. Należy jednak pamiętać, że inni autorzy obserwowali DP także w testach, w których zakładano stałe tempo wykonywania pracy i stąd fizjologiczne podłoże tego zjawiska pozostaje wciąż niewyjaśnione.
Chociaż intensywność PET przewyższała intensywność, przy której osiągany jest stan maksymalnej równowagi mleczanowej (przyrost LA w ostatnich 10 min wysiłku < 0.5 mmol·l^-1), to jednak wszyscy kajakarze byli w stanie ukończyć cały wysiłek. Odmienne wyniki uzyskali belgijscy badacze, którzy wcześniej podobny eksperyment przeprowadzili u wioślarzy. Zaledwie czterech, spośród dziesięciu zawodników, było w stanie wykonać cały, 30-min test, przy czym u tylko jednego z nich obserwowano stały poziom LA. W innych badaniach na ośmiu wysokiej klasy zawodnikach w sportach niepełnosprawnych (PP) oraz na ośmiu aktywnych fizycznie studentach (NH), weryfikowano moc progową, wyznaczaną w teście Conconiego na hamowanym elektrycznie ergometrze ręcznym. Sześciu PP i pięciu NH musiało przerwać test przed jego zakończeniem. U pozostałych zawodników, dynamika LA wskazywała na to, że MLSS została przekroczona. Powysiłkowe stężenia tego metabolitu sięgały od ok. 6.5 do ok. 10 mmol·l^-1 i były nawet wyższe od tych, jakie w naszych badaniach zanotowano u kajakarzy po zakończeniu całego PET (5.3 - 9.1 mmol·l^-1). Ocena tych wyników, powinna jednak uwzględniać fakt, że wysiłki wykonywane kończynami górnymi są w większym stopniu oparte na metabolizmie węglowodanów i dlatego prowadzą do większego uwalniania LA niż wysiłki o takiej samej intensywności względnej (%VO2max), wykonywane kończynami dolnymi. Ponadto, jak wynika z badań przeprowadzonych przez różnych autorów MLSS w wysiłkach kończyn górnych może występować przy znacznie wyższych stężeniach mleczanu, sięgając nawet 6-7 mmol·l^-1. Biorąc pod uwagę, że przyrost LA w ostatnich 10 min PET wynosił u kajakarzy średnio 0.9± 0.3 mmol·l^-1, można przyjąć, że moc wyznaczana w zmodyfikowanym teście Conconiego, była wyższa od mocy przy MLSS, (która uważana jest za najpewniejsze kryterium progu beztlenowego) tylko w umiarkowanym stopniu.
Brak istotnych różnic pomiędzy mocą przy DP a mocą krytyczną i mocą przy Dmax i 4 mmol·l-1 mogłaby sugerować, że przy ocenie zdolności do wysiłków tlenowych nie ma znaczenia, którą z metod się wykorzystuje. Z drugiej strony, granice zgodności pomiędzy metodami sięgają ok. 20 W i dlatego nie powinno się ich stosować zamiennie.
Odrębną kwestią pozostaje jednak, czy w obrębie tych powszechnie akceptowanych metod uzyskiwane są zbieżne ze sobą wyniki. Relacje pomiędzy MLSS, AT4, CP i Dmax opisywane były przez różnych autorów. I tak na przykład spośród dziesięciu wioślarzy wykonujących wysiłek z mocą odpowiadającą AT4, czterech, ze względu na silne zmęczenie, musiało przerwać test przed jego zakończeniem, a względna równowaga stężenia mleczanu widoczna była u pięciu. W innych badaniach moc krytyczna była wyższa niż moc przy AT4 i moc przy MLSS, ale w jeszcze innych wykazywała zbieżność z MLSS. Podobnie z resztą jak Dmax z MLSS.
Chociaż w naszych badaniach różnice pomiędzy mocą progową wyznaczaną w zmodyfikowanym teście Conconiego, a mocą krytyczną i mocą progową, wyznaczaną w oparciu o stężenia LA, sięgały w indywidualnych przypadkach 20 W, to jednak różnice te były porównywalne do tych, jakie występowały pomiędzy tymi trzema, powszechnie uznawanymi metodami.
Uzyskane wyniki mogą potwierdzać hipotezę mówiącą o tym, że zmiany w przebiegu zależności pomiędzy intensywnością wysiłku a HR, obserwowane w teście Conconiego jako punkt odchylenia, są związane ze spontanicznymi zmianami rytmu wykonywania pracy. Brak istotnego zróżnicowania pomiędzy czasami występowania DP w zależnościach PO/HR, PO/SR i SR/HR pozwala na łatwe i nieinwazyjne wyznaczenie AT nawet wówczas, gdy klasyczna zależność PO/HR wykazuje całkowicie liniowy przebieg. Moc wyznaczana za pomocą przedstawionej metody jest nieco wyższa od mocy odnoszącej się do MLSS, ale może być utrzymywana, co najmniej przez 30 min. Trafność wyznaczania progu beztlenowego w oparciu o analizę trzech DP w stopniowanym wysiłku wydaje się być porównywalna do tej, jaką uzyskuje się przy wykorzystaniu AT4, Dmax i CP.

Piśmiennictwo u autorów.

Uwagi praktyczne

Proponowany test, dzięki swej prostocie, może być z powodzeniem przeprowadzany nawet przez samych trenerów. Dowodem na to są wyniki zebrane podczas dotychczasowych badań, wykonanych u kajakarzy juniorów, juniorek i seniorek. Test ten ma być włączony do Związkowego systemu kontroli rozwoju sportowego kajakarzy, którego funkcjonowanie jest uzależnione, między innymi, od wprowadzenia wystandaryzowanych procedur badawczych. Umożliwią one porównywanie wyników niezależnie od miejsca testowania zawodników.

Podziękowanie

Uprzejmie dziękujemy wszystkim zawodnikom uczestniczącym w badaniach za ich życzliwość i entuzjazm.

D. Sitkowski i J. Starczewska-Czapowska*
*Instytut Sportu w Warszawie, Zakład Fizjologii

DODATEK

Procedura wykonania testu Conconiego

Każdy zawodnik powinien posiadać aktualne badania lekarskie, stwierdzające zdolność do uprawiania kajakarstwa.

1. Objaśnienie zawodnikom celu badań i procedury testu
    
2. Dane zawodnika:
   • Imię i nazwisko
   • Data urodzenia
   • Masa ciała
   • Wysokość ciała
   • Klub sportowy (+ew. SMS)
   • Staż zawodniczy
      
3. Rozgrzewka
   Gimnastyka i 10-15’ lekkiej rozgrzewki na ergometrze (HR ok. 110-130 sk/min).
    
4. Przygotowanie sprzętu
   Rejestrator HR (Polar): zmoczyć elektrody wodą, założyć pasek i zaciągnąć go, aby zabezpieczyć przed zsuwaniem się podczas testu, na rejestratorze sprawdzić, czy transmisja danych przebiega bez zakłóceń (dla pewności można jeden rejestrator założyć zawodnikowi na rękę, a drugi przyczepić na plecach tak, aby badający mógł obserwować zapis).
   Ergometr (Dansprint): włączyć komputer (zgodne z instrukcją), wpisać wymagane dane, ustawić przysłonę obciążnika, czas wysiłku ustawić na 1500 sekund, ustawić odległość siedzenia od podnóżka, wypróbować czy zawodnik jest właściwie usadowiony.
    
5. Rozpoczęcie testu
   Przed rozpoczęciem testu określić obciążenia, które badany ma utrzymywać podczas jego trwania. Rozpocząć od 0.5 W× kg^-1, a następnie zwiększać moc o 0.125 W× kg^-1 (u kajakarzy), 0.100 W× kg^-1 (u kajakarek), lub o 0.075 W× kg^-1 (u kanadyjkarzy).
   Następnie włączyć rejestrację HR, ustawić zawodnika w pozycji startowej i wraz z pierwszym przeciągnięciem wiosłem wcisnąć czerwony przyciski RST, znajdujący się na wyświetlaczu ergometru. W czasie, gdy jeden zawodnik wykonuje test, drugi może się rozgrzewać.
    
6. Przebieg testu
   W początkowej fazie testu często informować zawodnika o dokładności utrzymywania przez niego zadanej mocy, przypominać też, aby tempo wiosłowania było jak najbardziej spontaniczne, kontrolować czas i przy każdym nowym stopniu podawać, jaka moc powinna być aktualnie rozwijana. W końcowej fazie testu zachęcać zawodnika do możliwie długiego kontynuowania wysiłku. Test zakończyć (wciskając RST, najlepiej w pełnej minucie danego obciążenia), gdy zawodnik nie będzie w stanie utrzymywać zadanej mocy.
    
7. Archiwacja danych
   Zebrane dane (HR i mechanika wiosłowania wraz z danymi osobowymi) zapisać na komputerze i zrobić kopie zapasowe, a następnie wyznaczyć próg (zgodnie z podaną instrukcją).