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JoVE Journal Biochemistry
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Biochemistry

Ein schnell inkrementiertes Tethered-Swimming-Maximalprotokoll zur kardiorspiratorischen Beurteilung von Schwimmern

Published: January 28, 2020 doi: 10.3791/60630
Automatic Translation
*1,2, *2, *2, *2, *2, *1,3, *4,5, *3,6, *3, *7,8
1Department of Physical Education, São Paulo State University (UNESP) at Bauru, 2Institute of Bioscience, Graduate Program in Human Development and Technology, São Paulo State University (UNESP) at Rio Claro, 3Ciper, Faculdade de Motricidade Humana, Universidade de Lisboa, 4Department of Science and Technology, School of Education, Polytechnic Institute of Setúbal, 5Quality of Life Research Center, Polytechnic Institute of Santarem, 6Universidade Europeia at Lisbon, 7Division of Endocrinology, Diabetes and Bone Disease, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, 8Department of Biobehavioral Sciences, Teachers College, Columbia University
* These authors contributed equally

Summary

Im Gegensatz zur Messung beim Freischwimmen, die herausforderungen und Einschränkungen mit sich bringt, kann die Bestimmung wichtiger Parameter der kardiorspiratorischen Funktion für Schwimmer durch ein machbareres und einfacheres Tethered-Schwimmen erleichtert werden. schnell inkrementelles Protokoll mit Gasaustausch und Beatmungsdatenerfassung.

Abstract

Inkrementelle Übungstests sind das Standardmittel zur Beurteilung der kardiorespiratorischen Leistungsfähigkeit von Ausdauersportlern. Während die maximale Rate des Sauerstoffverbrauchs in der Regel als Kriterium Messung in dieser Hinsicht verwendet wird, zwei metabolische Haltepunkte, die Veränderungen in der Dynamik der Laktatproduktion / Verbrauch reflektieren, wie die Arbeitsrate erhöht wird, sind vielleicht relevanter für Ausdauersportler aus funktioneller Sicht. Die Übungsökonomie, die die Rate des Sauerstoffverbrauchs im Verhältnis zur Leistung der submaximalen Arbeit darstellt, ist auch ein wichtiger Parameter, um die Beurteilung von Ausdauersportlern zu messen. Rampen-Inkrementaltests, die eine allmähliche, aber rasche Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit umfassen, bis die Grenze der Übungstoleranz erreicht ist, sind nützlich, um diese Parameter zu bestimmen. Diese Art von Test wird in der Regel auf einem Zyklusergometer oder Laufband durchgeführt, da eine Genauigkeit in Bezug auf die Arbeitsrate Inkrementierung erforderlich ist. Jedoch, Athleten sollten getestet werden, während die Art der Übung für ihren Sport erforderlich. Folglich werden Schwimmer in der Regel bei inkrementellen Freischwimmtests bewertet, bei denen eine solche Präzision schwer zu erreichen ist. Wir haben vor kurzem vorgeschlagen, dass stationäres Schwimmen gegen eine Last, die schrittweise erhöht wird (inkrementelles Gebundenes Schwimmen) als "Schwimmergometer" dienen kann, indem sie genügend Präzision ermöglicht, um ein allmähliches, aber schnelles Belastungsmuster aufzunehmen, das die oben genannten metabolischen Haltepunkte und die Übungsökonomie offenbart. Der Grad, in dem die während eines solchen Protokolls erreichte Spitzenrate des Sauerstoffverbrauchs annähernd der maximalen Rate entspricht, die beim freien Schwimmen gemessen wird, muss jedoch noch ermittelt werden. Im vorliegenden Artikel erklären wir, wie dieses schnell inkrementierte Tethered-Schwimmprotokoll verwendet werden kann, um die Kardiorspiratorische Kapazität eines Schwimmers zu beurteilen. Insbesondere erklären wir, wie die Bewertung eines Kurzstreckenschwimmers anhand dieses Protokolls ergab, dass seine Sauerstoffaufnahme rate 30,3 bzw. 34,8 ml-min-1kg-1BM an seiner Gasaustauschschwelle bzw. Atemschutzkompensationsstelle betrug.

Introduction

Ein Übungstest, der eine inkrementelle Erhöhung der Arbeitsrate (WR) von niedrig auf maximal beinhaltet (d. h. inkrementelle Übungstests; INC) bietet die Goldstandardmethode der kardiorespiratorischen Beurteilung für Ausdauersportler. Zusätzlich zu dem höchsten WR, den der Athlet erreichen kann(WR-Spitze),ermöglicht INC auch die Bestimmung der höchsten Rate, mit der der Einzelne Sauerstoff (O2) für diese Form der Übung (V-O2peak) verbrauchen kann, wenn Gasaustausch- und Beatmungsdaten während des Tests1gesammelt werden. Der V-O2peak stellt das Kriterium der kardiorspiratorischen Fitness dar. Darüber hinaus bietet die Analyse der Gasaustausch- und Beatmungsdaten, die mit der Erhöhung von WR erhoben werden, eine nicht-invasive Möglichkeit, den Punkt zu identifizieren, an dem die Blut-Laktat-Konzentration (Blut [Laktat]) über den Ausgangswert (Laktatschwelle) steigt und der Punkt, an dem sie sich mit einer beschleunigten Rate anzusammeln beginnt (Laktat-Drehpunkt)2. Diese metabolischen Haltepunkte werden durch Bestimmung des Gasaustauschschwellens (GET) und des Atemausgleichspunkts (RCP) bzw.3geschätzt. Wichtig ist, dass die GET eine robuste Schätzung des Punktes liefert, an dem Blut [Laktat] zunächst zunimmt, während die "Hyperventilation", die RCP charakterisiert, ein komplexeres Phänomen ist, das durch einen anderen Einfluss als Chemoempfang an sich ausgelöst werden kann. Daher sollten Schlussfolgerungen, die auf der Identifizierung von RCP beruhen, mit Vorsicht gezogen werden.

Wenn die Übung mit einer konstanten Arbeitsgeschwindigkeit (CWR) aufrechterhalten wird, gibt es deutlich unterschiedliche physiologische Reaktionsprofile, die auf der "Übungsintensitätsdomäne" basieren, innerhalb derer der WR4,5fällt. Insbesondere ist die Erreichung eines V-O2 und Blut [Laktat] "stabiler Zustand" schnell in der moderaten Domäne, verzögert in der schweren Domäne und unerreichbar in der schweren Domäne4,5. Es ist allgemein bekannt, dass die Rate, mit derO2 bei GET während INC (V'O2GET) verbraucht werden kann, als Stoffwechselrate dient, die die moderate von schwere Domäne während CWR3,6trennt. Obwohl umstritten, deuten eine Reihe neuerer Beobachtungen auf eine ähnliche Äquivalenz zwischen der Rate hin, mit derO2 bei RCP (V-O2RCP)verbraucht werden kann, und schwerer/schwerer Trennung7,8,9,10. Die Identifizierung von V-O2GET und V-O2RCP aus den während des INC gesammelten Daten könnte daher nützlich sein, um domänenspezifische Trainingsschemas für Ausdauersportler über die Stoffwechselrate mit der Einschränkung zu verschreiben, dass die Ausrichtung einer Stoffwechselrate auf eine bestimmte Arbeitsrate komplexer ist, als dies einfach gemäß der aus dem inkrementellen TestabgeleitetenBeziehung zwischen VO2- Arbeitsrate 8,11.

Als das Konzept der Prüfung zur Bestimmung von V-O2max zunächst erforscht wurde, ließen die Forscher Probanden Anfälle von Gleisläufen bis zur Grenze der Übungstoleranz (Tlim) mit steigenden Geschwindigkeiten an separaten Tagen durchführen1. Es folgten Untersuchungen, die bestätigten, dass v.O. 2max auch aus ähnlichen Kämpfen bestimmt werden kann, die am selben Tag mit Ruhezeiten durchgeführt wurden, die12durchsetzt waren. Schließlich zeigte sich, dass ein kontinuierliches Protokoll mit WR in inkrementell in bestimmten Zeitintervallen (z. B. alle 3 min) den gleichen V-O2peak wie die diskontinuierlichen Tests13anzeigte. Folglich wurden diese "abgestuften Übungstests" zum Standard für die Bestimmung dieses Kriteriums der kardiorespiratorischen Fitness. 1981 veröffentlichten Whipp und Kollegen jedoch Untersuchungen, die darauf hindeuteten, dass INC für den Zweck der Messung von V-O2max auch vollständig im nicht-stabilen Zustand durchgeführt werden konnte; das heißt, mit WR kontinuierlich als "glatte Funktion der Zeit" (RAMP-INC)14. Im Gegensatz zu INC mit verlängerten Stufen und relativ großen WR-Erhöhungen pro Stufe stellt die allmähliche Erhöhung während RAMP-INC sicher, dass der "isokapnische Pufferbereich", der GET und RCP trennt, klar definiert wird15. Darüber hinaus kann RAMP-INC, ähnlich wie INC mit Stufen, zur Bewertung der "Übungsökonomie" (d. h. der pro gegebenem WR erforderlichen V-O2) verwendet werden; im Gegensatz zu INC mit Stufen, in diesem Fall es ist die Umkehrung der "Delta-Effizienz" (d. h. die Steigung derV-O2-WR-Beziehung), die zu diesem Zweck verwendet wird11 unter Berücksichtigung der Tatsache, dass aufgrund der Komplexität der V-O2-Antwort auf Arbeitsraten über das Intensitätsspektrum, dieser Parameter kein unveränderliches Merkmal von INC an sich sein wird (z. B. RAMP-INC, das von unterschiedlichen Ausgangsarbeitsraten initiiert oder durch unterschiedliche Rampenneigungen gekennzeichnet ist) oder CWR-Übung 16.

Für allgemeine Fitnesstests wird INC in der Regel auf einem Beinergometer oder Laufband durchgeführt, da diese Modalitäten mehr verfügbar sind und Beinradfahren und Gehen/Laufen der durchschnittlichen Person vertraut sind. Darüber hinaus erfordert die Verwaltung von RAMP-INC die Fähigkeit, WR kontinuierlich in kleinen Schritten zu erhöhen (z. B. 1 W alle 2 s); Daher eignet sich ein Ergometer (typischerweise Beinradfahren) am besten für diese Art von Tests. Jedoch, Athleten Bewertung ist komplexer, weil Athleten müssen getestet werden, während die Durchführung der spezifischen Art der Übung für ihren Sport erforderlich. Für Radfahrer und Einzelpersonen, die an Sportarten teilnehmen, die laufen, ist dies aufgrund der Zugänglichkeit und Anwendbarkeit der oben genannten Testmaschinen nicht problematisch. Umgekehrt sind ökologisch valide Tests mit Gasaustausch und Beatmungsdatenerfassung und die für RAMP-INC erforderliche schrittweise WR-Inkrementierung bei der Beurteilung von Wassersportlern anspruchsvoller.

Vor dem Aufkommen automatisierter Sammelsysteme wurde die Gasaustauschbewertung von Schwimmern oft mit DerDouglas-Sack-Sammlung nach einem maximalen Schwimmendurchgeführt. Nach der Entwicklung automatisierter Systeme fand die "Echtzeit"-Sammlung statt, aber nicht unter "Real-Schwimm"-Bedingungen (z.B. während Schwimmer in einem Flume schwammen, der WR kontrollierte)17. Leider hat die erste Methode aufgrund der Annahmen der "Rückwärtsextrapolation" inhärente Einschränkungen, während letztere Bedenken hinsichtlich des Grades der Flume-Schwimmtechnik aufwirft17. Der aktuelle Stand der Technik beinhaltet den Einsatz von tragbaren Atem-für-Atem-Sammelsysteme, die sich mit dem Schwimmer neben dem Pool während des Freischwimmens bewegen17. Während diese Art der Messung die ökologische Gültigkeit verbessert, ist die allmähliche WR-Inkrementierung eine Herausforderung. Tatsächlich beinhaltet INC beim freien Schwimmen in der Regel Intervalle von festgelegter Entfernung (z. B. 200 m) bei fortschreitend steigenden Geschwindigkeiten14,15. Dies bedeutet, dass ein Test aus langen Phasen mit großen ungleichen WR-Schritten besteht. Es ist daher nicht verwunderlich, dass nur ein einziger metabolischer Haltepunkt (typischerweise als "anaerobe Schwelle" bezeichnet) von Forschern berichtet wird, die diesen Test18,19verwenden. Stattdessen haben wir vor kurzem gezeigt, dass sowohl v-O2GET als auch V-O2RCP anhand von Daten ermittelt werden können, die gesammelt wurden, während Schwimmer stationäres Schwimmen in einem Pool gegen eine Last durchführten, die allmählich und schnell erhöht wurde (d. h. inkrementelles Tethered-Schwimmen)20. Während das einzigartige Atemmuster, das während des Schwimmens vorhanden ist, die oben genannten Haltepunkte im Vergleich zu typischen Bewertungsmethoden (persönliche Beobachtung) schwieriger zu identifizieren machen könnte, glauben wir, dass diese Testmethode als "Schwimmergometer" geeignet sein könnte, das für die kardiorspiratorische Beurteilung von Schwimmern in ähnlicher Weise wie ein stationärer Zyklus für Radfahrer verwendet werden kann. In der Tat haben wir gezeigt, dass die V-O2GET, V-O2RCP und die Wirtschaftswachstum (wie durch die V-O2-Lastneigungangegeben) alle anhand des schnell inkrementellen Tethered-Schwimmprotokolls bestimmt werden können, das unter20beschrieben wird.

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Protocol

Die Teilnehmer der Studie, aus der die unten dargestellten repräsentativen personenbezogenen Daten extrahiertwurden, 20 (n = 11) mussten vor Beginn der Versuche ihre schriftliche Einwilligung in Kenntnis der Sachlage erteilen, nachdem die experimentellen Verfahren, die damit verbundenen Risiken und die potenziellen Vorteile der Teilnahme erläutert worden waren. Der erste Besuch beinhaltete eine Eingewöhnungssitzung, bei der die Schwimmer mit dem Konzept des gebundenen Schwimmens und den Messtechniken vertraut wurden, die während der eigentlichen Tests in Kraft waren. Während des zweiten Besuchs wurde ein all-out Tethered-Schwimmtest durchgeführt und das schnell inkrementierte Tethered-Schwimmprotokoll wurde beim dritten Besuch durchgeführt. Beide Tests wurden in einem halbolympischen Becken (25 m) mit Wassertemperatur bei 28 °C durchgeführt.

1. Vorbereitung des Schwimmers

  1. Weisen Sie den Schwimmer an, vor jeder Testsitzung 24 Stunden lang anstrengende Übungen zu vermeiden.
  2. Weisen Sie den Schwimmer an, in einem ausgeruhten und voll hydratisierten Zustand am Pool anzukommen.
  3. Weisen Sie den Schwimmer an, vor jedem Test 24 Stunden lang keine stimulierenden Getränke und Alkohol zu sich zu nehmen.

2. All-out-Tethered-Schwimm-Test

  1. Bereiten Sie die 500 kg SchwereZelle vor, mit der die höchste Kraft gemessen wird, die der Schwimmer während zweier Versuche ausüben kann, die 30 s All-out-Schwimmen21umfassen.
    1. Öffnen Sie das Programm N2000PRO Software (Power Din Pro - CEFISE) auf dem Computer.
    2. Öffnen Sie das Hilfemenü, um die Kommunikationsverbindung zwischen dem Computer und dem Wägezellenanalysator zu überprüfen.
      1. Beachten Sie ein grünes Signal, das anzeigt, dass die Verbindung zur RS232-Schnittstelle gut hergestellt ist.
      2. Legen Sie den Countdown fest, um den Test je nach den Umständen zu starten.
      3. Legen Sie die Samplingdauer fest. Legen Sie das Ruheintervall fest. Stellen Sie die Bilder pro Sekunde auf 100 Hz ein.
      4. Stellen Sie die Krafteinheit auf N oder kg je nach persönlichen Vorlieben ein. Legen Sie die Erfassungszeit in Millisekunden fest.
    3. Kalibrieren Sie die Wägezelle22 mit 0 und 10 kg Lasten mit dem Schwimmer Außenbecken.
    4. Befestigen Sie eine Wägezelle am Startblock über die L-förmige abgeflachte Eisenstange, die von CEFISE speziell für Tethered-Schwimmmessungen entwickelt wurde.
    5. Befestigen Sie ein Ende des unelastischen Seils an der Wägezelle und das andere Ende an dem Schwimmer mit Hilfe des speziell entworfenen Gürtels (CEFISE), der Seile an beiden Hüften befestigt hat, so dass das Beintreten die Kraftmessung nicht beeinträchtigt.
  2. Bereiten Sie den Schwimmer auf die Durchführung des Zwei-Test-Tests vor.
    1. Geben Sie dem Schwimmer Anweisungen zur korrekten Leistung des All-Out-Front-Crawl-Schwimmens (z. B. verhindern Sie, dass Kopf und Rumpf beim Schwimmen so schnell wie möglich ansteigen, konzentrieren Sie sich auf das Kicken mit einer maximalen Rate zusätzlich zum maximalen Streicheln usw.).
    2. Weisen Sie den Schwimmer an, in vorbereitung am Pool Dehnungs- und Arm-/Beinschaukeln durchzuführen.
    3. Weisen Sie den Schwimmer an, den Pool zu betreten und ein Standard-Aufwärmprotokoll durchzuführen, das aus Front-Crawl-Schwimmen für 800 m bei einer Lichtintensität besteht, wobei darauf geachtet wird, dass keine anhaltenden Effekte entstehen, die die Ergebnisse des Tests beeinflussen könnten.
    4. Lassen Sie den Schwimmer den Pool verlassen und sich 10 min am Pool ausruhen.
    5. Sichern Sie den Gürtel um die Taille des Schwimmers. Befestigen Sie das freie Ende des unelastischen Seils am Gurt.
    6. Bestimmen Sie die Last, die erforderlich ist, um den Körper des Schwimmers horizontal mit einer minimalen Spannung auf dem Messsystem(Lastbasis)zu halten.
    7. Signalisieren Sie dem Schwimmer, die Prüfung #1 des Tests zu beginnen.
  3. Überwachen Sie den Schwimmer während der Durchführung des Tests.
    1. Bieten Sie dem Schwimmer während des 30-s-Tests verbale Ermutigung.
    2. Signalisieren Sie dem Schwimmer, den Test zu beenden. Lösen Sie den Schwimmer vom unelastischen Seil.
    3. Weisen Sie den Schwimmer an, ein Standard-Abkühlprotokoll durchzuführen, das aus Front-Crawl-Schwimmen mit einer leichten Intensität besteht.
    4. Lassen Sie den Schwimmer für 30 min am Pool ruhen.
    5. Den Schwimmer wieder am unelastischen Seil befestigen.
    6. Signalisieren Sie dem Schwimmer, Trial #2 der Prüfung zu starten, die mit Trial #1 (30 s all-out Schwimmen) identisch ist.
    7. Signalisieren Sie dem Schwimmer, den Test zu beenden.
    8. Weisen Sie den Schwimmer an, ein Standard-Abkühlprotokoll durchzuführen, das aus Front-Crawl-Schwimmen mit einer leichten Intensität besteht.
    9. Erlauben Sie dem Schwimmer, das Becken zu verlassen.
  4. Analysieren Sie die während des Zwei-Test-Tests gesammelten Daten.
    1. Wenden Sie den Glättungsprozess mit dem N2000PRO Softwarepaket23auf die Daten an.
    2. Berechnen Sie die Spitzen des Wellenfrequenzsignals aus der Kraftzeit-Sinuskurve (Bereich, Sinus 80°-100°) über derLastbasis für Versuche #1 und 2.
    3. Definieren Sie die gemittelten Spitzen des Kraftzeit-Wellenfrequenzsignals in den ersten 5 s bzw. ganzen 30 s als Spitzenkraft(F-Spitze) und Durchschnittskraft (Favg) für jede Studie.
    4. Verwenden Sie die höheren Werte für FPeak und Favg für weitere Berechnungen.

3. Inkrementeller Tethered-Schwimmtest

  1. Berechnen Sie die Lasten, die verwendet werden, um der Vorwärtsverschiebung des Schwimmers während des inkrementellen Tests zu widerstehen.
    1. Berechnen Sie die Startlast als 30% der Favg über derLastbasis.
    2. Berechnen Sie die Inkremente, die pro 60-s-Stufe angewendet werden sollen, als 5 % von Favg über derLastbasis.
  2. Bereiten Sie die automatisierte tragbare Stoffwechseleinheit für die Datenerfassung vor.
    1. Öffnen Sie die Software des Geräts.
    2. Überprüfen Sie die Kommunikationsverbindung zwischen dem Computer und der automatisierten tragbaren Stoffwechseleinheit.
    3. Schalten Sie das Gerät ein und lassen Sie sich für 45 min aufwärmen. Stellen Sie sicher, dass die Batterien vollständig geladen sind.
    4. Kalibrierung der Einheit für Umgebungsluft24.
    5. Kalibrierung der Einheit für Referenz O2 (16%), CO2 (5%) und N (Balance) Konzentrationen24.
    6. Führen Sie die Maskenzeitverzögerungskalibrierung24durch.
    7. Kalibrierung der Turbine mit 3 L Spritze24.
    8. Geben Sie die Daten der Person, Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit ein.
  3. Bereiten Sie den Schwimmer auf die Durchführung des inkrementellen Tests vor.
    1. Installieren Sie eine Gesichtsmaske und einen Schnorchel auf dem Schwimmer.
    2. Weisen Sie den Schwimmer an, sich 10 min am Pool auszuruhen, um "Basis"-Gasaustausch- und Beatmungsdaten zu sammeln.
    3. Weisen Sie den Schwimmer an, den Pool zu betreten und ein Standard-Aufwärmprotokoll durchzuführen, das aus Front-Crawl-Schwimmen mit einer leichten Intensität besteht.
    4. Sichern Sie sich einen Gürtel um die Taille des Schwimmers. Befestigen Sie ein unelastisches Seil am Gurt, wobei das andere Ende des Seils am Ladesystem befestigt ist.
    5. Weisen Sie den Schwimmer an, dass, sobald der Test beginnt, die beiden Markierungen auf der Unterseite des Beckens für Referenzpunkte zu verwenden, die es ihnen ermöglichen, eine relativ feste Position beizubehalten (z. B. 1 m von der gewünschten Position entfernt).
    6. Signalisieren Sie dem Schwimmer, den Test zu beginnen.
  4. Überwachen Sie den Schwimmer während der Durchführung des inkrementellen Tests.
    HINWEIS: Ein wissenschaftlicher Mitarbeiter, der Erfahrung in der Überwachung dieser Art von Tests hat, sollte die Gasanalyseeinheit am Pool als bewusst halten, ohne die Verdrängung des Schwimmers zu behindern und/oder den Kopf des Schwimmers zu erhöhen.
    1. Erhöhen Sie die Last beim Timing der 60 s Stufen.
    2. Beenden Sie den Test und zeichnen Sie die Zeit auf, um die Übungstoleranz zu begrenzen, wenn der Schwimmer trotz starker verbaler Ermutigung durch die Tester nicht mehr in der Lage ist, die erforderliche Position zu halten.
    3. Verwenden Sie die Zeit, um die Übungstoleranz zu begrenzen, um abgeschlossene Phasen zu berechnen.
    4. Zeichnen Sie Lasten für jede Stufe und Spitzenlast auf.
    5. Lösen Sie den Schwimmer vom unelastischen Seil.
    6. Weisen Sie den Schwimmer an, ein Standard-Abkühlprotokoll durchzuführen, das aus Front-Crawl-Schwimmen mit einer niedrigen bis mittleren Intensität besteht.
    7. Lassen Sie den Schwimmer den Pool verlassen.
  5. Analysieren Sie die während des inkrementellen Tests gesammelten Daten.
    1. Reibungslose Atem-by-Atmung-Gasaustauschdaten, die vor und während des Tests mit dem Softwareprogramm des Geräts gesammelt wurden.
    2. Exportieren Sie Gasaustauschdaten in aufeinanderfolgenden 9 s Behälter-Durchschnitten.
    3. Führen Sie den Drei-Punkte-Rolling-Durchschnitt für aufeinander folgende 9 s-Bin-Durchschnitte für V-O2aus.
    4. Notieren Sie den höchsten Dreipunkt-Rolling-Durchschnittswert als V-O2peak.
    5. Berechnen Sie die Beziehung zwischen v.O.2-Last über die lineare Regression, indem Sie den endgültigen Dreipunkt-Rolling-Durchschnittswert für jede abgeschlossene Stufe verwenden. Daten von den Endphasen der Prüfung ausschließen, wenn ein V-O2-Plateau vorhanden zu sein scheint (visuelle Inspektion).
    6. Bestimmen Sie anhand aufeinander folgender 9 s-Lagerplatz-Durchschnitte die V-O2GET.
      1. Bestimmen Sie den ersten unverhältnismäßigen Anstieg derCO2-Produktion (V-CO2) im Vergleich zu V-O2.
      2. Bestimmen Sie die Erhöhung des Verhältnisses der abgelaufenen Belüftungsrate (V-E) zu V-O2 ohne Erhöhung des Verhältnisses von V-E zu V-CO2.
      3. Bestimmen Sie die Erhöhung der Endgezeiten-O2-Spannung ohne Sturz der Endgezeiten-CO2-Spannung.
    7. Bestimmen Sie anhand aufeinander folgender 9-s-Behälterdurchschnitte die V-O2RCP.
      1. Bestimmen Sie den ersten unverhältnismäßigen Anstieg derV-E im Vergleich zu V-CO2.
      2. Bestimmen Sie den Rückgangdes Endgezeiten-CO2 .
    8. Express-V-O2peak, V-O2GET, V-O2RCP und V-O2-Lastneigung sowohl in absoluten (L-min-1) und relativ (zur Körpermasse; mL-min-1-kg -1) Begriffe.
    9. Express V-O2GET und V-O2RCP in relativen Begriffen als Prozentsatz von V-O2peak.

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Representative Results

Die in Tabelle 1 dargestellten und in Abbildungen 1-4 dargestellten Daten stellen die Antwortprofile dar, die für einen männlichen Schwimmer beobachtet wurden (Alter, 24 Jahre). Zum Zeitpunkt der Datenerfassung trainierte der Schwimmer sieben Jahre lang für das Wettkampfschwimmen. Seine Spezialität waren Kurzdistanz (d.h. 50 m und 100 m) Freistil.

Die anfängliche Belastung für INC wurde auf eine Last festgelegt, die die Last überstieg, die fürdiesen Schwimmer erforderlich war, um die Körperausrichtung vor Beginn des All-Out-Schwimmens (F-Basis ) um 30 % der Differenz zwischen der durchschnittlichen Kraft, die während des Gesamtendes Schwimmens gemessen wurde, und derF-Basis (F) aufrechtzuerhalten. Für diesen Schwimmer betrug diese Last 4,17 kg. Die Last wurde dann um 0,7 kg pro 60 s Stufe erhöht (Abbildung 1). Die Grenze der Übungstoleranz für diesen Schwimmer trat bei 576 s (Stufe 10) auf.

Wenn die während der Basislinie und der Übungsanteile von INC gesammelten Daten durch den Atem-by-Atem-V-O2-Daten in aufeinander folgenden 9 s-Behältern gemittelt wurden, der höchste Dreipunkt-Walzdurchschnitt betrug 3,44 L-Min-1 (40,6 ml-min-1kg-1BM)(Abbildung 2) und die V-O2-Lastneigungbetrug 261 ml-min-1 -kg-1 (3,1ml-min -1kg -1 B-1BM-kg -1) (Abbildung 3). Die Identifizierung von GET und RCP erfolgte im Konsens von einem Gremium unabhängiger Gutachter, die Erfahrung mit der Erstellung dieser Ermittlungen aus einem Cluster von Messungen hatten. Da GET den Punkt während des INC darstellt, an dem sich die Belüftung aufgrund der metabolischen Azidose ändert, und die erhöhte V-CO2, die sich aus der Pufferung (d. h. durch den Übergang der "Laktatschwelle") abschließt, kann sie durch eine Erhöhung des Verhältnisses von V-CO2 undV-E zu V-O2 identifiziert werden, die zu einer Erhöhung des Endgezeiten-O2 führt. Bei Daten, die während der INC mit ausreichender Empfindlichkeit erhoben werden, geht diese Änderung des Gasaustausch- und Beatmungsreaktionsprofils jedoch nicht mit einem Rückgang desCO2 am Ende der Gezeiten einher, da der Anstieg der V-CO2 undV-E im Verhältnis zu verzeichnen sein wird. Folglich bleibt der Teildruck vonCO2 im arteriellen Blut (PaCO2) konstant (d.h. isokapnische Pufferung; iso = gleich, kaponisch = CO2) (Abbildung 4). Tatsächlich tritt bei schnell-inkrementellem INC der Rückgang von PaCO2 undCo2 am Ende des Gezeitens, das die "Atemkompensation" als Reaktion auf die metabolische Azidose charakterisiert, nicht für 2 zusätzliche Min. auf, während derer die Arbeitsrate (und die metabolische) Rate weiter ansteigt (Abbildung 4)12. Für diesen Schwimmer traten die Stoffwechselraten, die diese deutlichen Veränderungen des Gasaustauschs und der Beatmungsreaktion kennzeichnen, die durch den erhöhten Beitrag des "anaeroben Pfades" zum Energiebedarf angetrieben wurden, bei 75 % bzw. 86 % desV-O-2-Peaks(Tabelle 1).

Figure 1
Abbildung 1: Schematische Darstellung des schnell inkrementierten Tethered-Schwimmtests, der verwendet werden kann, um wichtige Parameter der kardiorespiratorischen Fitness für Schwimmer zu bestimmen. Das Ladeprofil und die Zeit, um die dargestellte Übungstoleranz zu begrenzen, sind für ein repräsentatives Subjekt, einen 24-jährigen Schwimmer, der an Kurzstreckenwettkämpfen teilnimmt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: PulmonaleO2-Aufnahmereaktion während des schnell inkrementellen Tethered-Schwimmtests, der vom repräsentativen Probanden durchgeführt wird. Die vertikale gestrichelte Linie stellt den Punkt dar, an dem die Lastinkrementierung begonnen hat. Die roten Kreise stellen die höchste Dreipunkt-Rolling-Durchschnittsrate derO2-Aufnahme dar, die während des Tests gemessen wurde. Wir haben diesen Wert als den V-O2peak dieses Schwimmers für diese Form der inkrementellen Übung definiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Die V-O2-Lastkoordinatenfür das repräsentative Subjekt für jede abgeschlossene Stufe des schnell inkrementierten Tethered-Schwimmtests. Die lineare Regressionsanalyse wurde verwendet, um die dargestellte Linie der besten Anpassung abzuleiten. Die Steigung dieser Linie wird als Maß für die Ausübungsökonomie verwendet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Gasaustausch und Beatmungsreaktionen für das repräsentative Subjekt während des schnell inkrementierten Tethered-Schwimmtests. Von links nach rechts werden vertikale gestrichelte Linien an der Gasaustauschschwelle bzw. dem Atemausgleichspunkt ausgerichtet. Horizontal gestrichelte Linien werden am Nadir (obere drei Graphen) oder Spitze (unteres Diagramm) von Datenpunkten positioniert. Siehe Text für Details darüber, wie diese metabolischen Haltepunkte durch visuelle Inspektion bestimmt wurden. Mit geringfügiger Änderung wurde diese Zahl mit Genehmigung der ursprünglichen Verlage20nachgedruckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Körpermasse (kg) 84.7
Statur (cm) 184
Zeit zur Begrenzung der Übungstoleranz (s) 576
Abgeschlossene Etappen 9.6
Spitzenlast (kg) 10.5
V-O2-Spitzen (L-Min-1) 3.44
V-O2-Spitze (mL-min-1kg-1BM) 40.6
V-O2GET (L-Min-1) 2.57
V-O2GET (mL-min-1kg-1BM) 30.3
V-O2GET (% V-O2Peak) 75
V-O2RCP (L-Min-1) 2.95
V-O2RCP (mL-min-1kg-1BM) 34.8
V-O2RCP (% V-O2Peak) 86
V-O2-Lastneigung (mL-min-1kg-1) 261
V-O2-Lastneigung (mL-min-1 -kg-1BM-kg -1) 3.1

Tabelle 1: Kardiatoratparameter für das repräsentative Subjekt, gemessen während des schnell inkrementierten Tethered-Schwimmtests.

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Discussion

Eine Übungsherausforderung, bei der eine schrittweise Erhöhung der WR-Menge bis zum Erreichen von Tlim aussteht, ist ein Standard-Testprotokoll für die Beurteilung von Ausdauersportlern. Wenn ein solcher Test mit schrittweiser, aber schneller Inkrementierung durchgeführt wird, ist es besonders nützlich, weil zusätzlich zu den während des Tests gesammelten Gasaustausch- und Beatmungsdaten auch Gasaustausch- und Beatmungsdaten verwendet werden können, um die von GET und RCP umgebene Region zu unterscheiden, in der Azidose vorhanden ist, aber der arterielle Teildruck von CO2 (PaCO2) beibehalten wird14,15. Die Stoffwechselraten, die als untere3,6 und obere7,8,9,10 Grenzen dieser Region dienen, nähern sich denen an, die die Schwerintensitätsdomäne während CWR partitionieren.

Im Allgemeinen ist der primäre Parameter von Interesse, der aus der Bewertung von Ausdauersportlern mit INC abgeleitet wird, der V-O2max, der verwendet wird, um das Niveau der kardiorespiratorischen Fitness des Athleten zu überwachen. Darüber hinaus wird v-O2max häufig als eine Möglichkeit verwendet, Übungs-WR bei der Verschreibung von Trainingsprogrammen zuzuweisen (d. h. WR, der als Prozentsatz von V-O2maxangegeben ist). Jedoch, eine wachsende Zahl von Forschung bestätigt, dass die Pulmonale Gasaustausch (und, durch erweiterung, Muskel metabolische) Reaktion auf eine lineare Zunahme von WR ist nicht linear und, was wichtig ist, die Eigenschaften dieser Nichtlinearität variieren für verschiedene Personen (und für die gleiche Person auf verschiedenen Ebenen der Konditionierung)11. Die Normalisierung der Übungsintensität nach V'O2max ist daher fehlerhaft, da sie kein ähnliches Maß an "metabolischer Belastung" für verschiedene Personen garantiert11,26,27. Umgekehrt stellt die Normalisierung der Intensität in Bezug auf die Intensitätsdomänen, die die Nichtlinearität über das Intensitätsspektrum hinweg widerspiegeln, sicher, dass eine ähnliche metabolische Herausforderung auftritt. Im Gegensatz zu V-O2maxsind es daher die Stoffwechselraten, die die Übungsintensitätsbereiche gebunden haben, die wichtig sind, wenn das Ziel darin besteht, Ausdauertraining in konsistenter Weise zu verschreiben.

Während cWR umfassen die Stoffwechselraten unterhalb von V-O2GET die Domäne mit mittlerer Intensität, in der ein konstanter Zustand von VO2 schnell erreicht werden kann, die Muskelstoffwechselstörung minimal ist und Bewegung über einen längeren Zeitraum (z. B. 4 h)4,5nachhaltig ist. Innerhalb dieses Bereichs wurden Muskelabbau [Glykogen] und Beeinträchtigung der neuromuskulären Erregbarkeit/Transmission in letzter Zeit als Gründe für das Erreichen von Tlim5involviert. Für Stoffwechselraten über V-O2GET, aber unter dem, was als "kritische Stoffwechselrate" bezeichnet wurde, ist auch ein stabiler Zustand V-O2 erreichbar; in diesem Fall wird die Erreichung jedoch durch das Vorhandensein einer langsamen Komponente von V-O2 verzögert, die die Kosten für die Arbeit von V-O2 über die hinaus erhöht, die durch eine lineare Extrapolation der V-O2-Kosten für die Ausübung in der Domäne mit mittlerer Intensität28vorhergesagt würde. Während des Trainings in diesem Bereich ist die muskelmetabolische Störung (z.B. vermindertes [Phosphokreatin], [ATP], [Glykogen] und pH; erhöhtes [Laktat]) größer und Tlim deutlich reduziert (z. B. 45 Minuten)5. Eine langsame Komponente von V-O2 ist auch während CWR vorhanden, die Stoffwechselraten über der kritischen Stoffwechselrate erfordert (d. h. innerhalb des Bereichs mit schwerer Intensität); in diesem Fall kann jedoch kein stabiler Zustand erreicht werden, da v-O2 unaufhaltsam ansteigt,v.O.2peak interveniert (wenn die Übung über einen ausreichend langen Zeitraum anhält), ein kritischer Grad der Substraterschöpfung und/oder Metabolitenakkumulation erreicht wird und Tlim in relativ kurzer Zeit unmittelbar bevorsteht (z. B. 2-14 min je nach Arbeitsgeschwindigkeit)5.

In Bezug auf Ausdauertraining für Athleten, ist es gut akzeptiert, sowohl in der Theorie und Praxis, dass die Zeit sollte Übung in jedem der Intensität Sebereiche gewidmet werden, so dass positive Anpassungen ausschließlich auf die Arbeit in jedem durchgeführt durchgeführt werden kann28. Eine typische Woche für einen Ausdauersportler kann z. B. einfaches Training in der moderaten Domäne, stetiges Training in der schweren Domäne und Tempo- und Intervalltraining in der schweren Domäne29umfassen. In Bezug auf die Verschreibung in einer solchen domänenspezifischen Weise, die Erkenntnis, dass V'O2GET trennt die moderate von schwere Domäne ist gut akzeptiert3,6; Daher kann eine mäßige Intensität sukzessiert als Prozentsatz von V-O2GET vorgeschrieben werden, gemessen an einem schnell inkrementierten RAMP-INC. Alternativ gibt es Kontroversen über die kritische Stoffwechselrate, die die schwere/schwere Grenze festlegt. Traditionell die Bestimmung der höchsten Geschwindigkeit oder Leistung, die nicht zu einem Anstieg des Blutes [Laktat] von > 1 mmol-L-1 zwischen 10 und 30 min während einer Reihe von CWR-Anfällen führt (d. h. der "maximale Laktat-Stabilitätszustand;" MLSS) wurde zu diesem Zweck verwendet30,31. Wenn jedoch tatsächliche Messungen von Tlim durch die Ausnutzung der endlichen Arbeitskapazität in der schweren Domäne (W') während einer Reihe von CWR-Kämpfen oder einem einzigen All-out-Kampf durchgeführt werden, kürzlich wurde vorgeschlagen, dass die so offenbarte "kritische Leistung" (CP) (d. h. die Asymptote der Power-T-lim-Hyperbel für das frühere Testprotokoll oder die Endtestleistung für letztere) größer sein kann als die in der MLSS-Bewertung angegebene Leistung32,33, 34 ,35. Derzeit kann man mit Sicherheit feststellen, dass sowohl CP- als auch MLSS-Tests zwar vernünftige Schätzungen der Grenze mit schwerer/schwerer Intensität liefern, aber jede dieser Schätzungen kann durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst werden, so dass die Übereinstimmung zwischen den beiden nicht immer vorhanden ist.

Im Jahr 2017 ließen Keir et al. Probanden ein Multi-Bout-CP-Testprotokoll durchführen und stellten fest, dass die Stoffwechselrate bei CP statistisch der RAMP-INC-abgeleiteten Messung von V-O2RCP7ähnelte. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass zusätzlich zu der Metabolischen Rate bei CP, V-O2RCP könnte eine alternative Möglichkeit, um die kritische Stoffwechselrate zu bestimmen, die die schwere von schweren Domäne trennt zu bestimmen. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass, wenn eine Vereinbarung vorhanden ist, dies nur dann der Fall ist, wenn die Parameter als Metabolische Raten ausgedrückt werden, da RCP nicht mit einer bestimmten Arbeitsrate36verknüpft werden kann. Da die Atemkompensation sowohl durch Übung WR (d. h. Intensität) als auch durch die Zeit, für die ein supra-GET WR aufrechterhalten wird, angetrieben werden kann, erfordert die Bestimmung von GET und RCP als unterschiedliche Haltepunkte (im Gegensatz zu einer einzigen "anaeroben Schwelle", die die beiden effektiv miteinander verbindet), INC mit relativ schneller Inkrementierung20. Die klare Abgrenzung zwischen den beiden Haltepunkten für die von uns vorgelegten repräsentativen Subjektdaten (siehe Abbildung 4) bestätigt, dass der schnell indiemierte Tethered-Schwimmtest, den wir voranbringen, dieses Kriterium erfüllt.

Zusätzlich zu den diskreten Werten fürv.O. 2GET und V'O2RCPhaben wir gezeigt, dass ein schnell erhöhter Tethered-Schwimmtest mit ausreichenden Einschränkungen verwendet werden kann (siehe oben, wie dieser Wert für ein bestimmtes RAMP-INC-Protokoll spezifisch sein wird und nicht unbedingt auf die Reaktion hindeutet, die während der CWR-Übung vorhanden sein wird), um die Übungsökonomie des Athleten zu bestimmen, wie durch dieV-O 2-Lastneigungwährend des Tests angegeben20. Dies ist ein wichtiges Attribut zu beurteilen, weil Athleten, die wirtschaftlicher sind, während der Ausdauerleistung begünstigt werden. Zum Beispiel zeigen Querschnittsstudien, dass ausgebildete Athleten eine bessere Bewegungsökonomie besitzen37, während Längsschnittstudien bestätigen, dass sich die Bewegungsökonomie ab dem Training verbessert38. Folglich könnte die Ableitung dieses Parameters für Schwimmer aus einem schnell inkrementierten Tethered-Schwimmtest sowohl für die Vorhersage des sportlichen Potenzials vor dem Training als auch für die Überwachung von Veränderungen, die sich daraus ergeben, nützlich sein. Neben der Erkennung der Spezifität dieses Parameters für RAMP-INC (siehe oben) ist es jedoch wichtig zu erkennen, dass für diesen Zweck nur Daten aus dem linearen Anstiegsteil der Antwort von V-O2 verwendet werden sollten. Umgekehrt sollten alle Daten, die eine anfängliche Verzögerung in der Antwort von V-O2 (die "mittlere Antwortzeit" von V-O2) und/oder ein V-O2-Plateau vor Tlim widerspiegeln, von der Anpassung ausgeschlossen werden.

Ein wichtiger Vorbehalt zu unserer Behauptung, dass der von uns beschriebene Tethered-Schwimmtest als "Schwimmergometer" zur Messung von kardiorspiratorischen Parametern dienen kann, die für das freie Schwimmen relevant sind, ist, dass der Grad, in dem sich die angebundene Methode ausreichend verändert, um die beiden zu trennen, eine weitere Aufklärung erfordert. Wenn wir z. B. die höchste V-O2 melden, die während des Tests16gemessen wurde, sind wir zurückhaltend, sie als die V-O2max zu bezeichnen, da wir keine Schwimmer hatten, die in unserer Studie20auch ein Freischwimmen INC durchführen. Folglich können wir nicht bestätigen, dass der V-O2peak während des Tethered-Tests dem ähnelt, der mit einem Freischwimmprotokoll gemessen wird. Obwohl eine Korrelation zwischen den beiden Werten39,40,41festgestellt wurde, haben frühere Forschungen, die die beiden verglichen haben, zweideutige Ergebnisse zurückgegeben. Zum Beispiel berichteten Bonen et al. über 2Spitzenwerte für freies und gefesseltes Schwimmen, die ähnlich waren und innerhalb des Fürdiermessungen von V-O2max40 erwarteten Variationsbereich lagen, während Magel und Faulkner einen niedrigeren Wert für tethered im Vergleich zum Freischwimmen fanden41. Der Grund für diese unterschiedlichen Befunde ist/sind unklar, könnte aber die Tatsache widerspiegeln, dass lokale Muskelermüdung und/oder Beatmungsbeschwerden intervenierten, bevor die V-O2max für Schwimmer erreicht wurde, die in der letztgenannten Studie nicht daran gewöhnt waren, das Schwimmen anzustecken42. Unabhängig von dieser Unterscheidung sollte die zukünftige Forschung so konzipiert werden, dass sie die V-O-2-Spitzenwerte für das gebundene und freie Schwimmen sowohl während des INC- als auch des supramaximalen CWR-Kampfes mit Tlim vergleichen, die zur Bestätigung verwendet werden, dass ein während der INC gemessener V-O2-Spitzenspitzen tatsächlich das maximale V-O2 ist, das erreicht werden kann (d. h. "Verifikationskämpfe")42. Ebenso ist es im Laufe des gesamten Tests möglich, dass die inkrementelle Belastung zu unterschiedlichen "adaptiven Strategien" der Schwimmer führen kann, als Reaktion auf die Steigerung der Intensität im Vergleich zur Erhöhung der Geschwindigkeit beim freien Schwimmen. Beispielsweise kann die Last ein Niveau erreichen, ab dem biomechanische Änderungen erforderlich sind, die im Gegensatz zu denen sind, die ein schnelleres Schlagmuster ermöglichen würden, da die Geschwindigkeit beim freien Schwimmen erhöht wird. Dies könnte sich auf die Steigung von V-O2-WR und/oder die Schätzung von V-O2GET und V-O2RCPauswirken. Mehr Forschung vergleicht mit Freischwimmen ist erforderlich, um Einennachwies in dieser Hinsicht zu geben.

Im Gegensatz zu den Geschwindigkeitserhöhungen, die verwendet werden, um WR während der Freischwimmen INC-Tests zu erhöhen, haben wir gezeigt, dass die Lasterhöhungen für das Tethered-Schwimmen eine allmähliche, aber schnelle Zunahme von WR ermöglichen. Folglich fördern wir diese Art von Tests als "Schwimmergometer", das verwendet werden kann, um zu bestimmen, v'O2GET, V'O2RCP und Übungsökonomie ähnlich wie ein Zyklus Ergometer wird für die Durchführung eines glatten Rampenprotokoll14verwendet. Wir haben diesen Test auch verwendet, um die Peak-V-O2-Antwort zu messen; Es bleibt jedoch zu klären, wie dieser Wert im Vergleich zu dem V-O2max verglichen wird, der typischerweise beim freien Schwimmen bewertet wird.

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Disclosures

Die Autoren haben keine Angaben zu berichten.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde von der CIPER-Stiftung für Wissenschaft und Technologie (FCT), Portugal (UID/DTP/00447/2019) unterstützt und zum Teil von der Coordenao de Aperfeiéoamento de Pesso finanziert. Al de Nével Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001", und an die Forschungsstiftung von Sao Paulo - FAPESP (PROCESS 2016/04544-3 und 2016/17735-1). Die Autoren danken dem Autor für die Unterstützung bei der Datenerhebung. Die finanzielle Unterstützung durch das portugiesische Institut für Sport und Jugend ipDJ – Portuguese Institute of Sports and Youth.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-L syringe Hans Rudolph Calibration device
Aquatrainer COSMED Snorkel system/gas-exchange measurement
K4b2 COSMED Portable CPET unit/gas-exchange measurement
N200PRO Cefise Software program for analysis of force signal
Pacer 2 Swim Kulzer TEC Swimming velocity management/underwater LED line
Tether-system Own design Pulley-Rope system/loading management
Tether attachment CEFISE Bracket for attachment to swimmer

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