Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biochemistry
Click here for the English version

Biochemistry

En raskt inkremet tethered-svømming maksimal protokoll for kardiorespiratorisk vurdering av svømmere

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

I motsetning til måling under gratis svømming, som presenterer iboende utfordringer og begrensninger, kan fastsettelse av viktige parametere for kardiorespiratorisk funksjon for svømmere gjøres ved hjelp av en mer mulig og enklere å administrere tethered-svømming raskt økede protokollen med gassutveksling og ventilatorisk datainnsamling.

Abstract

Inkrementell trening testing er standard middel for å vurdere kardiorespiratorisk kapasitet av utholdenhet idrettsutøvere. Mens maksimal hastighet på oksygenforbruk vanligvis brukes som kriteriemåling i denne forbindelse, to metabolske avbruddspunkter som gjenspeiler endringer i dynamikken i laktatproduksjon / forbruk som arbeidsfrekvensen er økt er kanskje mer relevant for utholdenhet idrettsutøvere fra et funksjonelt synspunkt. Treningsøkonomi, som representerer frekvensen av oksygenforbruk i forhold til ytelse av submaximal arbeid, er også en viktig parameter for å måle for utholdenhet-idrettsutøver vurdering. Rampeinentell tester bestående av en gradvis, men rask økning i arbeidshastighet til grensen for treningstoleranse er nådd er nyttig for å bestemme disse parametrene. Denne typen test utføres vanligvis på en syklus ergometer eller tredemølle fordi det er behov for presisjon med hensyn til arbeidshastighet økning. Men, idrettsutøvere bør testes mens du utfører modus en øvelse som kreves for sin idrett. Følgelig vurderes svømmere vanligvis under frittsvømmende inkrementelle tester der en slik presisjon er vanskelig å oppnå. Vi har nylig foreslått at stasjonær svømming mot en last som gradvis økes (inkrementell tethered svømming) kan tjene som en "svømme ergometer" ved å tillate tilstrekkelig presisjon for å imøtekomme en gradvis, men rask lasting mønster som avslører nevnte metabolske breakpoints og treningsøkonomi. I hvilken grad toppforbruket oppnådde under en slik protokoll, tilnærmer imidlertid maksimal hastighet som måles under fri svømming, gjenstår å bestemme. I den nåværende artikkelen forklarer vi hvordan denne raskt trinnre tethered-svømmeprotokollen kan brukes for å vurdere kardiorespiratorisk kapasitet til en svømmer. Spesielt forklarer vi hvordan vurderingen av en kortdistanse konkurransedyktig svømmer ved hjelp av denne protokollen viste at hans oksygenopptak var henholdsvis 30,3 og 34,8 ml∙min-1∙kg-1BM ved sin gassutvekslingsterskel og luftveiskompensasjonspunkt.

Introduction

En treningstest som innebærer en trinnvis økning i arbeidshastighet (WR) fra lav til maksimal (dvs. trinnvis treningstest; INC) gir gull standard metode for kardiorespiratorisk vurdering for utholdenhet idrettsutøvere. I tillegg til den høyeste WR som utøveren kan oppnå (WRpeak),INC også tillater bestemmelse av den høyeste hastigheten som den enkelte kan konsumere oksygen (O2) for den form for trening (V̇O2peak) hvis gassutveksling og ventilatoring data samles inn under testen1. V̇O2peak representerer kriteriet mål på kardiorespiratorisk fitness. Videre gir analyse av gassutveksling og ventilerende data samlet inn som WR økt en ikke-invasiv måte å identifisere punktet der blodlaktatkonsentrasjon (blod [laktat]) øker over baselineverdien (laktatterskel) og punktet der den begynner å akkumuleres med en akselerert hastighet (laktat punktpunkt)2. Disse metabolske avbruddspunktene er estimert ved å bestemme gassutvekslingsterskelen (GET) og respirasjonskompensasjonspunkt (RCP), henholdsvis3. Viktigere, GET gir et robust estimat av punktet der blod [laktat] i utgangspunktet øker mens "hyperventilering" som karakteriserer RCP er et mer komplekst fenomen som kan initieres ved afferent input annet enn kjemomottak per se. Konklusjoner basert på identifisering av RCP bør derfor gjøres med forsiktighet.

Når trening opprettholdes med en konstant arbeidshastighet (CWR), er det markert forskjellige fysiologiske responsprofiler basert på "treningsintensitetsdomenet" der WR faller4,5. Spesielt er oppnåelse av en V̇O2 og blod [laktat] "steady state" rask i moderat domene, forsinket i det tunge domenet og uoppnåelig i det alvorlige domenet4,5. Det er godt fastslått at hastigheten som O2 kan konsumeres på GET under INC (V̇O2GET)fungerer som metabolsk hastighet som skiller moderat fra tungt domene under CWR3,6. Selv om det er kontroversielt, indikerer en rekke nylige observasjoner lignende ekvivalens mellom hastigheten som O2 kan konsumeres ved RCP (V̇O2RCP)og tung/alvorlig separasjon7,8,9,10. Identifikasjon av V̇O2GET og V̇O2RCP fra data samlet inn under INC kan derfor være nyttig for forskrivning av domenespesifikke treningsregimer for utholdenhetsutøvere via metabolsk hastighet med forbeholdet om at det er mer komplisert å justere en metabolsk rate med en bestemt arbeidsfrekvens enn bare å gjøre det i henhold til V̇O2-arbeidshastighetsforholdet som stammer fra inkrementell test8,11.

Når begrepet testing for å bestemme V̇O2max ble opprinnelig utforsket, forskere hadde utføre utbrudd av spor kjører til grensen for trening toleranse (Tlim) ved økende hastigheter på separate dager1. Forskning fulgte som bekreftet at V̇O2max også kan bestemmes fra lignende anfall utført til Tlim på samme dag med hvileperioder ispedd12. Til slutt ble det vist at en kontinuerlig protokoll med WR økte på en inkrementell måte med bestemte tidsintervaller (f.eks. hver 3 min) viste samme V̇O2peak som de usammenhengende testene13. Følgelig ble disse "graderte treningstestene" standarden for å bestemme dette kriteriet mål på kardiorespiratorisk fitness. Men i 1981 publiserte Whipp og kolleger forskning som indikerte at for formålet med V̇O2max-måling kunne INC også utføres helt i ikke-stabil tilstand; det vil si, med WR øker kontinuerlig som en "glatt funksjon av tid" (RAMP-INC)14. I motsetning til INC med utvidede stadier og relativt store WR øker per trinn, sikrer den gradvise økningen under RAMP-INC at "isocapnic buffering region" som skiller GET og RCP vil bli klart definert15. Videre, mye som INC med stadier, kan RAMP-INC brukes til å vurdere "treningsøkonomi" (dvs. V̇O2 kreves per gitt WR); Men i motsetning til INC med stadier, i dette tilfellet, Det er den inverse av "delta effektivitet" (dvs. skråningen av V̇O2-WR forholdet) som brukes til dette formålet11 med hensyn gitt til det faktum at på grunn av kompleksiteten i V̇O2 svar på arbeidshastigheter over intensitetsspekteret, vil denne parameteren ikke være en uforanderlig funksjon i INC per se (f.eks RAMP-INC initiert fra ulike baseline arbeidshastigheter eller preget av ulike rampe-bakker) bakker eller CWR øvelse 16.

For generell kondisjonstesting utføres INC vanligvis på et benergometer eller tredemølle fordi disse modalitetene er mer tilgjengelige og bensykling og gang/løping er kjent for den gjennomsnittlige personen. Videre krever administrasjon av RAMP-INC muligheten til å øke WR kontinuerlig i små trinn (f.eks. 1 W hver 2 s); derfor er et ergometer (vanligvis bensykling) best egnet for denne typen testing. Men, idrettsutøver vurdering er mer komplisert fordi idrettsutøvere må testes mens du utfører den spesifikke modusen for trening som kreves for sin idrett. For syklister og personer som deltar i idretter som involverer løping, er dette ikke problematisk på grunn av tilgjengeligheten og anvendeligheten til de nevnte testmaskinene. Omvendt er økologisk gyldig testing med gassutveksling og ventilatorisk datainnsamling og gradvis WR-økning som kreves for RAMP-INC, mer utfordrende når man vurderer akvatiske idrettsutøvere.

Før bruk av automatiserte innsamlingssystemer ble gassutvekslingsvurdering av svømmere ofte utført ved hjelp av Douglas-bag-kolleksjon etter en maksimal svømmetur17. Når automatiserte systemer ble utviklet, "real-time" samling fant sted, men ikke under "real-svømming" forhold (f.eks, mens svømmere svømte i en flume som kontrollerte WR)17. Dessverre har den tidligere metoden iboende begrensninger på grunn av forutsetningene om "bakover ekstrapolering" mens sistnevnte reiser bekymringer om i hvilken grad flume svømming endrer teknikk17. Den nåværende toppmoderne innebærer bruk av bærbare pustende innsamlingssystemer som beveger seg med svømmeren langs bassenget under gratis svømming17. Selv om denne typen måling forbedrer økologisk gyldighet, er gradvis WR-økning utfordrende. Faktisk innebærer INC under gratis svømming vanligvis intervaller av innstilt avstand (f.eks. 200 m) ved gradvis økende hastigheter14,15. Dette betyr at en test består av lange stadier med store ulike WR-intervaller. Det er derfor ikke overraskende at bare et enkelt metabolsk avbruddspunkt (vanligvis kalt "anaerob terskel") rapporteres av forskere som bruker denne testen18,19. I stedet har vi nylig vist at både V̇O2GET og V̇O2RCP kan bestemmes fra data samlet inn mens svømmere utførte stasjonær svømming i et basseng mot en last som ble økt gradvis og raskt (dvs. inkrementell tethered svømming)20. Mens det unike pustemønsteret som er tilstede under svømming, kan gjøre de nevnte avbruddspunktene vanskeligere å identifisere sammenlignet med typiske vurderingsmåter (personlig observasjon), tror vi at denne metoden for testing kan være egnet som en "svømmeergometer" som kan brukes til kardiorespiratorisk vurdering av svømmere på en måte som ligner på hvordan en stasjonær syklus brukes til syklister. Faktisk har vi vist at V̇O2GET,V̇O2RCP og treningsøkonomi (som angitt av V̇O2-load slope) kan alle bestemmes fra den raskt trinnre tethered-svømming protokollen som er beskrevet under20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Deltakerne i studien der de representative emnedataene som presenteres nedenfor ble hentet ut20 (n = 11) ble pålagt å gi sitt skriftlige informerte samtykke før initiering av testing etter eksperimentelle prosedyrer, tilhørende risiko og potensielle fordeler ved deltakelse hadde blitt forklart. Det første besøket besto av en forkjentiseringsøkt der svømmerne ble introdusert til begrepet tethered svømming og måleteknikkene som ville være i kraft under selve testingen. En alt-out tethered-svømming test ble utført under andre besøk og raskt trinnred-svømming protokollen ble utført på tredje besøk. Begge testene ble gjort i et semi-OLYMPISK basseng (25 m) med vanntemperatur ved 28 °C.

1. Forberedelse av svømmer

  1. Instruer svømmeren om å unngå anstrengende trening i 24 timer før hver testøkt.
  2. Instruer svømmeren om å ankomme bassenget i en uthvilt og fullt hydrert tilstand ≥ 3 t postprandial.
  3. Instruer svømmeren om å avstå fra å innta sentralstimulerende drikkevarer og alkohol i 24 timer før hver test.

2. All-out bundet-svømming test

  1. Forbered 500 kg lastcelle som skal brukes til å måle den høyeste kraften som svømmeren kan utøve under to studier bestående av 30 s av all-out svømming21.
    1. Åpne N2000PRO Software (Power Din Pro - CEFISE)-programmet på datamaskinen.
    2. Åpne Hjelp-menyen for å bekrefte kommunikasjonskoblingen mellom datamaskinen og lastcelleanalysatoren.
      1. Vær oppmerksom på et grønt signal som indikerer at tilkoblingen til RS232-grensesnittet er godt etablert.
      2. Angi nedtellingen for å starte testen avhengig av omstendighetene.
      3. Angi samplingsvarigheten. Angi hvileintervallet. Still inn rammene per sekund ved 100 Hz.
      4. Angi enheten for kraftmåling på N eller kg avhengig av personlige preferanser. Angi anskaffelsestiden i millisekunder.
    3. Kalibrer lastcellen22 med 0 og 10 kg last med svømmeren utenfor bassenget.
    4. Fest en lastcelle til startblokken via den L-formede flate jernstangen som er designet av CEFISE spesielt for tethered-svømming målinger.
    5. Fest den ene enden av det uelastiske tauet til lastcellen og den andre enden til svømmeren ved hjelp av det spesialdesignede beltet (CEFISE), som har tau festet til begge hofter slik at benspark ikke vil forstyrre kraftmålingen.
  2. Forbered svømmeren for å få utføring av toforsøkstesten.
    1. Gi instruksjoner til svømmeren om riktig ytelse av all-out front-crawl svømming (f.eks. hindre hodet og bagasjerommet fra å stige mens du svømmer så raskt som mulig, konsentrere seg om å sparke med en maksimal hastighet i tillegg til maksimal stroking, etc.).
    2. Instruer svømmeren til å utføre strekking og arm/ ben svinger ved bassenget i forberedelse.
    3. Instruer svømmeren om å gå inn i bassenget og utføre en standard oppvarmingsprotokoll bestående av front-crawl svømming for 800 m med en lysintensitet med forsiktighet tatt for å unngå å skape noen dvelende effekter som kan påvirke resultatene av testen.
    4. La svømmeren gå ut av bassenget og hvile ved bassengkanten i 10 min.
    5. Fest beltet rundt svømmerens midje. Fest den frie enden av det uelastiske tauet til beltet.
    6. Bestem belastningen som kreves for å opprettholde svømmerens kropp horisontalt med en minimumsmengde spenning på målesystemet(lastbase).
    7. Signaliser svømmeren til å starte Prøve #1 av testen.
  3. Overvåk svømmeren under testens ytelse.
    1. Gi verbal oppmuntring til svømmer gjennom 30 s test.
    2. Signaliser svømmeren for å avslutte testen. Løsne svømmeren fra det uelastiske tauet.
    3. Instruer svømmeren om å utføre en standard nedkjølingsprotokoll bestående av front-crawl svømming med lysintensitet.
    4. La svømmeren hvile i 30 min ved bassengkanten.
    5. Fest svømmeren igjen til det uelastiske tauet.
    6. Signaliser svømmeren til å starte Prøve #2 av testen som er identisk med Trial #1 (30 s av all-out svømming).
    7. Signaliser svømmeren for å avslutte testen.
    8. Instruer svømmeren om å utføre en standard nedkjølingsprotokoll bestående av front-crawl svømming med lysintensitet.
    9. La svømmeren gå ut av bassenget.
  4. Analyser dataene som ble samlet inn under toforsøkstesten.
    1. Bruk utjevningsprosessen på dataene ved hjelp av N2000PRO-programvarepakken23.
    2. Beregn toppene av bølgefrekvenssignalet fra krafttid sinusoidal kurve (område, sinus 80 ° -100 °) overlastbase for studier #1 og 2.
    3. Definer de gjennomsnittlige toppene i kraft-tid bølgefrekvenssignal et par første 5 s og hele 30 s, henholdsvis som toppkraften (Fpeak)og gjennomsnittlig kraft (Favg) for hver prøve.
    4. Bruk de høyere verdiene for Fpeak og Favg for videre beregninger.

3. Inkrementell tethered-svømming test

  1. Beregn belastningene som skal brukes til å motstå svømmerens fremoverforskyvning under den trinnvise testen.
    1. Beregn startbelastningen som 30% avF-avg overlastbasen.
    2. Beregn intervallene som skal brukes per 60-s stadium som 5% av Favg overlastbase.
  2. Forbered den automatiserte bærbare metabolske enheten for datainnsamling.
    1. Åpne enhetens programvare.
    2. Kontroller kommunikasjonskoblingen mellom datamaskinen og den automatiserte bærbare metabolske enheten.
    3. Strøm på enheten og la det varmes opp i 45 min. Sørg for at batteriene er fulladet.
    4. Utfør kalibrering av enheten for miljøluft24.
    5. Utfør kalibrering av enheten for referanse O2 (16 %), CO2 (5 %) og N (balanse) konsentrasjoner24.
    6. Utfør kalibrering av tidsforsinkelse for maske24.
    7. Utfør kalibrering av turbin med 3 L sprøyte24.
    8. Angi emnedata, omgivelsestemperatur og fuktighet.
  3. Forbered svømmeren for å få den trinnvise testen til å bli klar.
    1. Installer en ansiktsmaske og en snorkel på svømmeren.
    2. Instruer svømmeren om å hvile ved bassengkanten i 10 min for å samle inn "baseline" gassutveksling og ventilerende data.
    3. Be svømmeren om å gå inn i bassenget og utføre en standard oppvarmingsprotokoll bestående av front-crawl svømming med lysintensitet.
    4. Sikre et belte rundt svømmerens midje. Fest et uelastisk tau til beltet med den andre enden av tauet festet til lastesystemet.
    5. Instruer svømmeren om at når testen begynner å bruke de to markørene på bunnen av bassenget for referansepunkter, noe som gjør at de kan opprettholde en relativt fast posisjon (f.eks. ± 1 m fra ønsket posisjon).
    6. Signaliser svømmeren for å starte testen.
  4. Overvåk svømmeren under utførelsen av den inkrementelle testen.
    MERK: En forskningsassistent som har erfaring med å overvåke denne typen testing, bør holde gassanalyseenheten ved bassengkanten klar til å gjøre det uten å hindre svømmerforskyvning og/eller heve svømmerens hode.
    1. Øk belastningen mens du timing 60 s stadier.
    2. Avslutt testen og registrer tiden for å begrense treningstoleransen når svømmeren ikke lenger er i stand til å opprettholde den nødvendige posisjonen til tross for sterk verbal oppmuntring fra testerne.
    3. Bruk tiden til å begrense treningstoleransen til å beregne faser fullført.
    4. Ta opp laster for hvert trinn og toppbelastning.
    5. Løsne svømmeren fra det uelastiske tauet.
    6. Instruer svømmeren om å utføre en standard nedkjølingsprotokoll bestående av front-crawl svømming med lav til moderat intensitet.
    7. La svømmeren gå ut av bassenget.
  5. Analyser dataene som samles inn under den trinnvise testen.
    1. Glatte, pustende gassutvekslingsdata som ble samlet inn før og under testen ved hjelp av enhetens program.
    2. Eksporter gassutvekslingsdata i etterfølgende 9 s bin gjennomsnitt.
    3. Utfør trepunkts rullerende gjennomsnitt på påfølgende 9 s bin gjennomsnitt for V̇O2.
    4. Rekord høyeste tre-punkts rullende gjennomsnittsverdi som V̇O2peak.
    5. Bruk av endelig trepunkts rullerende gjennomsnittsverdi for hvert fullførte trinn, beregn V̇O2-load-relasjon via lineær regresjon. Ekskluder data fra sluttstadier av testen hvis et V̇O 2-platå ser ut til å være til stede (visuell inspeksjon).
    6. Ved hjelp av etterfølgende 9 s hyllegjennomsnitt, bestem V̇O2GET.
      1. Bestem den første uforholdsmessige økningen i frekvensen av CO2-produksjon (V̇CO2)sammenlignet med V̇O2.
      2. Bestem økningen i forholdet mellom utløpt ventilasjonshastighet (V̇E) til V̇O2 uten økning i forholdet mellom V̇E til V̇CO2.
      3. Bestem økningen i endetidevann O2 spenning uten fall i end-tidal CO2 spenning.
    7. Ved hjelp av etterfølgende 9-s hylle gjennomsnitt, bestemme V̇O2RCP.
      1. Bestem den første uforholdsmessige økningen i V̇E sammenlignet med V̇CO2.
      2. Bestem nedgangen i slutttidal CO2.
    8. Express V̇O2peak, V̇O2GET,V̇O2RCP og V̇O2-load slope in both absolute (L∙min-1) og relative (til kroppsmasse; mL∙min-1∙kg-1) vilkår.
    9. Express V̇O2GET og V̇O2RCP i forhold til forhold ser ut som en prosentandel av V̇O2peak.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Dataene som presenteres i tabell 1 og avbildet i figur 1-4 representerer responsprofilene observert for en mannlig svømmer (alder, 24 år). På tidspunktet for datainnsamling hadde svømmeren trent for konkurransesvømming i 7 år. Hans spesialitet var kortdistanse (dvs. 50 m og 100 m) freestyle.

Den første belastningen på INC ble satt til en belastning som overgikk det som var nødvendig for denne svømmeren å opprettholde kroppsjustering før oppstart av all-out svømme (Fbase) av 30% av forskjellen mellom den gjennomsnittlige kraften målt under all-out svømme og Fbase (ΔF). For denne svømmeren var den lasten 4,17 kg. Belastningen ble deretter økt med 0,7 kg for hver 60-trinns fase (figur 1). Grensen for treningstoleranse for denne svømmeren skjedde på 576 s (trinn 10).

Når pustende V̇O2-data som ble samlet inn under baseline og treningsdeler av INC, i gjennomsnitt ble i gjennomsnitt i etterfølgende 9-s hyller, det høyeste trepunktsrullegjennomsnittet var 3,44 L∙min-1 (40,6 ml∙min-1∙kg-1BM) (figur 2) og V̇O2-lastskråningen var 261 ml∙min-1∙kg-1 (3,1 ml∙min-1∙kg-1BM∙kg-1) (Figur 3). Identifisering av GET og RCP ble gjort av konsensus fra et panel av uavhengige anmeldere med erfaring med å gjøre disse avgjørelsene fra en klynge av målinger. Å være at GET representerer punktet under INC der ventilasjon endres på grunn av metabolsk acidose og den økte V̇CO2 som oppstår som følge av buffering (dvs. passasje av "laktatterskelen"), kan det identifiseres med en økning i forholdet mellom både V̇CO2 og V̇E til V̇O2 som forårsaker end-tidal O2 å øke. For data som samles inn under INC med tilstrekkelig følsomhet, vil imidlertid denne endringen i gassutveksling og ventilerende responsprofil ikke ledsages av en nedgang i slutttidal CO2 fordi økningen i V̇CO2 og V̇E vil være i proporsjon. Følgelig vil det delvise trykket av CO2 i arterielt blod (PaCO2) forbli konstant (dvs. isokapnisk bufring; iso = samme, capnic = CO2) (Figur 4). Faktisk, under rask inkrementell INC, vil nedgangen i PaCO2 og end-tidal CO2 som karakteriserer "respiratorisk kompensasjon" som svar på metabolsk acidose ikke for ≥ 2 ekstra min der arbeids (og metabolsk) rate fortsetter å øke (figur 4)12. For denne svømmeren, metabolske priser karakteriserer disse distinkte endringene i gassutveksling og ventilerende respons drevet av økt bidrag av "anaerob vei" til energietterspørselen skjedde på 75% og 86% av V̇O2topp, henholdsvis (Tabell 1).

Figure 1
Figur 1: Skjematisk representasjon av den raskt trinnre tethered-svømmetesten som kan brukes til å bestemme viktige parametere for kardiorespiratorisk kondisjon for svømmere. Lasteprofilen og tiden til å begrense treningstoleransen som er avbildet er for et representativt, en 24 år gammel svømmer som konkurrerer i kortdistansearrangementer. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: Lunge-O 2-opptaksrespons under den raskt trinnre svømmetesten som ble utført av det representative faget. Den vertikale stiplede linjen representerer punktet der belastningsøkning begynte. De røde sirklene representerer den høyeste trepunkts rullerende gjennomsnittshastigheten på O2-opptaket som ble målt under testen. Vi definerte denne verdien som denne svømmerens V̇O2peak for denne formen for inkrementell trening. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: V̇O 2-belastningskoordinatene for det representative emnet for hvert fullførte stadium av den raskt trinniderte tethered-svømmetesten. Lineær regresjonsanalyse ble brukt til å utlede linjen av best passform som er avbildet. Skråningen av denne linjen brukes som et mål på treningsøkonomi. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: Gassutveksling og ventilerende responser for det representative faget under den raskt trinnre svømmetesten. Fra venstre til høyre er vertikale stiplede linjer på linje med henholdsvis gassutvekslingsterskelen og luftveiskompensasjonspunktet. Horisontale stiplede linjer plasseres på nadir (topp tre grafer) eller apex (nederste graf) av datapunkter. Se tekst for detaljer om hvordan disse metabolske avbruddspunktene ble bestemt av visuell inspeksjon. Med liten endring har dette tallet blitt trykket opp med tillatelse fra de opprinnelige utgiverne20. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Kroppsmasse (kg) 84.7
Vekst (cm) 184
Tid for å begrense treningstoleransen (e) 576
Stadier fullført 9.6
Toppbelastning (kg) 10.5
V̇O2peak (L∙min-1) 3.44
V̇O2peak (mL∙min-1∙kg-1BM) 40.6
V̇O2GET (L∙min-1) 2.57
V̇O2GET (mL∙min-1∙kg-1BM) 30.3
V̇O2GET (% V̇O2peak) 75
V̇O2RCP (L∙min-1) 2.95
V̇O2RCP (mL∙min-1∙kg-1BM) 34.8
V̇O2RCP (% V̇O2peak) 86
V̇O2-load skråning (ml∙min-1∙kg-1) 261
V̇O2-lastskråning (ml∙min-1∙kg-1BM∙kg-1) 3.1

Tabell 1: Kardiorespiratoriske parametre for det representative faget målt under den raskt trinnre tethered-svømmetesten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En treningsutfordring som innebærer å holde ut en trinnvis økning i WR til Tlim er nådd, er en standard testprotokoll for vurdering av utholdenhetsutøvere. Når en slik test utføres med gradvis, men rask økning, er det spesielt nyttig fordi i tillegg til V̇O2max,gassutveksling og ventilatorisk data som samles inn under testen, kan brukes til å skille regionen avgrenset av GET og RCP hvor acidose er tilstede, men arteriell delvis trykk av CO2 (PaCO2) opprettholdes14,15. De metabolske ratene som fungerer som lavere3,6 og øvre7,8,9,10 grenser for denne regionen omtrentlig de som partisjonerer tungintensitetsdomenet under CWR.

Generelt sett er den primære parameteren av interesse avledet fra vurderingen av utholdenhetsutøvere med INC V̇O2max, som brukes til å overvåke utøverens nivå av kardiorespiratorisk kondisjon. Videre brukes V̇O2max ofte som en måte å tildele trening WR når du forskriver treningsprogrammer (dvs. WR angitt som en prosentandel av V̇O2max). Imidlertid bekrefter en voksende mengde forskning at lungegassutvekslingen (og, ved forlengelse, muskelmetabolsk) respons på en lineær økning i WR ikke er lineær, og viktigst av alt varierer egenskapene til denne ikke-lineariteten for forskjellige individer (og for samme person på ulike nivåer av kondisjonering)11. Normalisering av treningsintensitet i henhold til V̇O2max er derfor feil fordi det ikke garanterer et lignende nivå av "metabolsk belastning" for forskjellige individer11,26,27. Omvendt, normalisering intensitet i forhold til intensitetsdomener som gjenspeiler nonlinearity over intensitetspekteret sikrer at en lignende metabolsk utfordring vil bli oppdaget. I motsetning til V̇O2max, er det derfor metabolske priser som bundet treningsintensitetsdomenene som er viktige å vurdere når målet er å foreskrive utholdenhetstrening på en konsekvent måte.

Under CWR, metabolske priser som ligger under V̇O2GET utgjør moderat intensitet domene der en V̇O2 steady state kan oppnås raskt, muskel metabolsk perturbasjon er minimal og trening er bærekraftig for en lengre periode (f.eks~ 4 h)4,5. Innenfor dette domenet, uttømming av muskel [glykogen] og svekkelse i nevromuskulær spenning / overføring har nylig blitt innblandet som årsaker til å nå Tlim5. For metabolske priser over V̇O2GET, men under det som har blitt kalt "kritisk metabolsk e-rate," en jevn tilstand V̇O2 er også oppnåelig; Men i dette tilfellet er oppnåelse forsinket av tilstedeværelsen av en V̇O2 langsom komponent som øker V̇O2 kostnaden for arbeid over det som ville bli spådd av lineær ekstrapolering av V̇O2 kostnaden for trening i moderat intensitet domene28. Under trening innenfor dette domenet, muskel metabolsk perturbasjon (f.eks. redusert [fosforkreain], [ATP], [glykogen] og pH; økt [laktat]) er større og Tlim er markert redusert (f.eks. ~ 45 minutter)5. En V̇O2 langsom komponent er også til stede under CWR som krever metabolske priser over den kritiske metabolske frekvensen (dvs. innenfor alvorlig intensitet domene); I dette tilfellet kan imidlertid ikke en steady state oppnås som V̇O2 stiger ubønnhørlig, V̇O2peak griper inn (hvis trening opprettholdes i lang nok periode), et kritisk nivå av substrat uttømming og / eller metabolittakkumulering er nådd og Tlim er nært forestående i en relativt kort periode (f.eks 2-14 min avhengig av arbeidsfrekvens)5.

Med hensyn til utholdenhetstrening for idrettsutøvere, er det godt akseptert i både teori og praksis at tiden bør vies til trening i hvert av intensitetsdomenene slik at positive tilpasninger som er eksklusive å jobbe utført i hver kan hentes28. En typisk uke for en utholdenhetsutøver kan for eksempel inkludere enkel trening i det moderate domenet, jevn trening i det tunge domenet og tempo- og intervalltrening i det alvorlige domenet29. Med hensyn til forskrivning øvelse på en slik domene-spesifikk måte, erkjennelsen av at V̇O2GET skiller moderat fra tungt domene godt akseptert3,6; Derfor kan moderat intensitet trening foreskrives på en normalisert måte som en prosentandel av V̇O2GET målt på en raskt trinns RAMP-INC. Alternativt eksisterer det kontrovers om den kritiske metabolske hastigheten som etablerer den tunge / alvorlige grensen. Tradisjonelt, fastsettelse av høyeste hastighet eller utgangseffekt som ikke forårsaker en økning av blod [laktat] på > 1 mmol∙L-1 mellom 10 og 30 min under en rekke CWR-kamper (dvs. den "maksimale laktatsteady state;" MLSS) har blitt brukt til dette formålet30,31. Men når faktiske målinger av Tlim er gjort ved å eksvente begrensekapasiteten for arbeid i det alvorlige domenet (W') under en rekke CWR-kamper eller en enkelt all-out bout, det har nylig blitt foreslått at "kritisk kraft" (CP) så avslørt (dvs. asymptote av power-Tlim hyperbola for den tidligere testprotokollen eller slutttestkraften for sistnevnte) kan være større enn utgangsutgangen angitt av MLSS-vurderingen32,33,34 ,35. I dag er det trygt å konkludere med at mens både CP og MLSS-testing gir rimelige estimater av den tunge/alvorlige intensitetsgrensen, kan hver av disse anslagene påvirkes av en rekke faktorer som at kongruens mellom de to ikke alltid er tilstede.

I 2017 hadde Keir et al. forsøkspersonene å utføre en multi-bout CP-testing protokoll og fant at metabolsk elektifikals rate ved CP var statistisk lik RAMP-INC-avledet måling av V̇O2RCP7. Forfatterne konkluderte med at i tillegg til metabolsk ercp, kan V̇O2RCP gi en alternativ måte å bestemme den kritiske metabolske hastigheten som skiller det tunge fra alvorlig domene. Det er imidlertid viktig å erkjenne at hvis avtalen er til stede, er det bare når parametrene uttrykkes som metabolske priser fordi RCP ikke kan knyttes til en bestemt arbeidshastighet36. Videre, gitt at åndedrettskompensasjon kan drives av både trening WR (dvs. intensitet) og tiden da en supra-GET WR opprettholdes, bestemmer GET og RCP som distinkte avbruddspunkter (i motsetning til en enkelt "anaerob terskel" som effektivt melds de to) krever INC med relativt rask økning20. Den klare avgrenseningen mellom de to avbruddspunktene for de representative emnedataene vi har presentert (se figur 4) bekrefter at den raskt trinnre tethered-svømmetesten vi fremmer tilfredsstiller dette kriteriet.

I tillegg til diskrete verdier for V̇O2GET og V̇O2RCP,har vi vist at en raskt trinnred-svømming test kan brukes med tilstrekkeligadvarsler (se ovenfor om hvordan denne verdien vil være spesifikk for en gitt RAMP-INC protokoll og ikke nødvendigvis indikerer svaret som vil være til stede under CWR trening) for å bestemme utøverens treningsøkonomi som angitt av V̇O2-helling belastning under testen20. Dette er en viktig egenskap å vurdere fordi idrettsutøvere som er mer økonomiske er fordelaktig under utholdenhetytelse. For eksempel indikerer tverrsnittsstudier at trente idrettsutøvere har bedre treningsøkonomi37 mens langsgående studier bekrefter at treningsøkonomien forbedrer seg fra trening38. Følgelig, utlede denne parameteren for svømmere fra en raskt trinnred-svømming test kan være nyttig både for å forutsi atletisk potensial før trening og overvåking endringer som oppstår som følge av det. I tillegg til anerkjennelse av spesifisiteten til denne parameteren for RAMP-INC (se ovenfor), er det imidlertid viktig å erkjenne at bare data fra den lineære delen av V̇O2-responsen skal brukes til dette formålet. Omvendt bør alle data som reflekterer et innledende etterslep i V̇O2-responsen (V̇O2 "gjennomsnittlig responstid") og / eller et V̇O2-platå foran Tlim utelukkes fra passformen.

En viktig påminnelse til vår påstand om at den tethered-svømming testen vi har beskrevet kan tjene som en "svømme ergometer" for måling kardiorespiratoriske parametere som er relevante for gratis svømming er at i hvilken grad tethered metodikk endrer teknikk tilstrekkelig til å dissosiere de to krever ytterligere oppklaring. For eksempel, når vi rapporterer den høyeste V̇O2 målt under testen16,er vi tilbakeholdne med å referere til det som V̇O2max fordi vi ikke hadde svømmere også utføre en free-svømming INC i vår studie20. Derfor kan vi ikke bekrefte at V̇O2peak under tethered testen ligner på det som måles ved hjelp av en frisvømmende protokoll. Selv om det er etablert en sammenheng mellom de to verdiene39,40,41, har tidligere forskning som sammenlignet de to returnert tvetydige funn. For eksempel rapporterte Bonen et al. V̇O2peak verdier for gratis og bundet svømming som var lik og innenfor variasjonsområdet som forventes for gjentatt måling av V̇O2max40 mens Magel og Faulkner fant en lavere verdi for bundet sammenlignet med gratis svømming41. Årsakene til disse ulike funnene er/er uklare, men kan gjenspeile det faktum at lokal muskeltretthet og/eller ventilerende nød grep inn før V̇O2max ble nådd for svømmere som ikke var vant til bundet svømming i sistnevnte studie42. Uavhengig av dette skillet, bør fremtidig forskning utformes for å sammenligne V̇O2peak verdier for tethered og gratis svømming under både INC og supramaximal alvorlig intensitet CWR anfall til Tlim som brukes til å bekrefte at en V̇O2peak målt under INC er faktisk den maksimale V̇O2 som kan oppnås (dvs. "verifikasjonanfall")42. På samme måte, i løpet av hele testen, er det mulig at bruk av belastning på en inkrementell måte kan resultere i forskjellige "adaptive strategier" av svømmerne som svar på økningen av intensitet sammenlignet med økende hastighet under gratis svømming. For eksempel kan belastningen nå et nivå utover hvilke biomekaniske endringer som kreves som er i motsetning til de som ville tillate et raskere slagmønster som hastighet økes under gratis svømming. Dette kan påvirke V̇O2-WR-hellingen og/eller estimeringen av V̇O2GET og V̇O2RCP. Mer forskning som sammenligner tethered med gratis svømming er nødvendig for å gi innsikt i denne forbindelse.

I motsetning til hastigheten øker som brukes til å øke WR under free-svømming INC testing, har vi vist at belastningen øker ansatt for bundet svømming tillate en gradvis, men rask økning i WR. Følgelig fremmer vi denne typen testing som et "svømmeergometer" som kan brukes til å bestemme V̇O2GET,V̇O2RCP og treningsøkonomi mye som en syklus ergometer brukes til å utføre en jevn rampe protokoll14. Vi har også brukt denne testen til å måle topp V̇O 2-responsen; Hvordan denne verdien er sammenlignet med V̇O2max som vanligvis vurderes under gratis svømming, gjenstår imidlertid å løses.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen avsløringer å rapportere.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av CIPER-Foundation for Science and Technology (FCT), Portugal (UID/DTP/00447/2019) og finansiert delvis av Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001", og til São Paulo Research Foundation - FAPESP (PROCESS 2016/04544-3 og 2016/17735-1). Forfattere vil gjerne takke João Guilherme S. V. de Oliveira til hjelp i datasampling. Mário A. C. Espada anerkjenner den økonomiske støtten fra 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hill, A. V., Lupton, H. Muscular exercise, lactic acid, and the supply and utilization of oxygen. Quarterly Journal of Medicine. 16 (62), 135-171 (1923).
  2. Davis, H. A., Bassett, J., Hughes, P., Gass, G. C. Anaerobic threshold and lactate turnpoint. European Journal of Applied Physiology Occupational Physiology. 50 (3), 383-392 (1983).
  3. Beaver, W. L., Wasserman, K., Whipp, B. J. A new method for detecting anaerobic threshold by gas exchange. Journal of Applied Physiology. 60 (6), 2020-2027 (1986).
  4. Whipp, B. J., Wasserman, K. Oxygen uptake kinetics for various intensities of constant-load work. Journal of Applied Physiology. 33 (3), 351-356 (1972).
  5. Black, M. I., et al. Muscle metabolic and neuromuscular determinants of fatigue during cycling in different exercise intensity domains. Journal of Applied Physiology. 122 (3), 446-459 (2017).
  6. Whipp, B. J. Dynamics of pulmonary gas exchange. Circulation. 76 (6 Pt 2), V118-V128 (1987).
  7. Keir, D. A., et al. Exercise Intensity Thresholds: Identifying the Boundaries of Sustainable Performance. Medicine and Science in Sports and Exercise. 47 (9), 1932-1940 (2017).
  8. Keir, D. A., Paterson, D. H., Kowalchuk, J. M., Murias, J. M. Using ramp-incremental VO2 responses for constant-intensity exercise selection. Applied Physiology, Nutrition and Metabolism. 43 (9), 882-892 (2018).
  9. Iannetta, D., et al. An equation to predict the maximal lactate steady state from ramp-incremental exercise test data in cycling. Journal of Science and Medicine in Sport. 21 (12), 1274-1280 (2018).
  10. Iannetta, D., Inglis, E. C., Fullerton, C., Passfield, L., Murias, J. M. Metabolic and performance-related consequences of exercising at and slightly above MLSS. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 28 (12), 2381 (2018).
  11. DiMenna, F. J., Jones, A. M. "Linear" Versus "Nonlinear" VO2 Responses to Exercise: Reshaping Traditional Beliefs. Journal of Exercise Science & Fitness. 7 (2), 67-84 (2009).
  12. Mitchell, J. H., Sproule, B. J., Chapman, C. B. The physiological meaning of the maximal oxygen intake test. Journal of Clinical Investigation. 37 (4), 538-547 (1958).
  13. McArdle, W. D., Katch, F. I., Pechar, G. S. Comparison of continuous and discontinuous treadmill and bicycle tests for max VO2. Medicine and Science in Sports and Exercise. 5 (3), 156-160 (1973).
  14. Whipp, B. J., Davis, J. A., Torres, F., Wasserman, K. A test to determine parameters of aerobic function during exercise. Journal of Applied Physiology: Respiratory Environmental and Exercise Physiology. 50 (1), 217-221 (1981).
  15. Whipp, B. J., Davis, J. A., Wasserman, K. Ventilatory control of the 'isocapnic buffering' region in rapidly-incremental exercise. Respiratory Physiology. 76 (3), 357-367 (1989).
  16. Boone, J., Bourgois, J. The oxygen uptake response to incremental ramp exercise: methodogical and physiological issues. Sports Medicine. 42 (6), 511-526 (2012).
  17. Sousa, A., et al. Critical evaluation of oxygen-uptake assessment in swimming. International Journal of Sports Physiology and Performance. 9 (2), 190-202 (2014).
  18. Fernandes, R. J., Sousa, M., Machado, L., Vilas-Boas, J. P. Step length and individual anaerobic threshold assessment in swimming. International Journal of Sports Medicine. 32 (12), 940-946 (2011).
  19. Ribeiro, J., et al. Metabolic and ventilatory thresholds assessment in front crawl swimming. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 55 (7-8), 701-707 (2015).
  20. Pessôa Filho, D. M., et al. A rapidly incremented tethered-swimming test for defining domain-specific training zones. Journal of Human Kinetics. 57 (1), 117-128 (2017).
  21. Dopsaj, M., et al. The relationship between 50m-freestyle results and characteristics of tethered forces in male sprint swimmers: A new approach to tethered swimming test. Physical Education & Sport. 1 (7), 15-22 (2000).
  22. Produtos. , Cefise biotechnologia esportiva. http://www.cefise.com.br/produtos (2019).
  23. N2000 User Manual. , Cefise biotechnologia esportiva. http://www.cefise.com.br/anexos_manuais/90/Manual-N2000.pdf (2019).
  24. Wheatley, C. M., et al. Conducting Maximal and Submaximal Endurance Exercise Testing to Measure Physiological and Biological Responses to Acute Exercise in Humans. Journal of Visualized Experiments. 17 (140), (2018).
  25. Lansley, K. E., DiMenna, F. J., Bailey, S. J., Jones, A. M. A 'new' method to normalise exercise intensity. International Journal of Sports Medicine. 32 (7), 535-541 (2011).
  26. Iannetta, D., et al. A Critical Evaluation of Current Methods for Exercise Prescription in Women and Men. Medicine and Science in Sports and Exercise. , Epub ahead of print (2019).
  27. Scharhag-Rosenberger, F., Meyer, T., Gässler, N., Faude, O., Kindermann, W. Exercise at given percentages of VO2max: heterogeneous metabolic responses between individuals. Journal of Science and Medicine in Sport. 13 (1), 74-79 (2010).
  28. Midgley, A. W., McNaughton, L. R., Jones, A. M. Training to enhance the physiological determinants of long-distance running performance: can valid recommendations be given to runners and coaches based on current scientific knowledge? Sports Medicine. 37 (10), 857-880 (2007).
  29. Jones, A. M., DiMenna, F. J. Cardiovascular Assessment and Aerobic Training Prescription. Strength and Conditioning: Biological Principles and Practical Applications. Cardinale, M., Newton, R., Nosaka, K. , John Wiley & Sons, Ltd. London. 291-304 (2011).
  30. Beneke, R., von Duvillard, S. P. Determination of maximal lactate steady state response in selected sports events. Medicine and Science in Sports and Exercise. 28 (2), 241-246 (1996).
  31. Beneke, R. M., Hütler, M., Leithäuser, R. M. Maximal lactate-steady-state independent of performance. Medicine and Science in Sports and Exercise. 32 (6), 1135-1139 (2000).
  32. Smith, C. G., Jones, A. M. The relationship between critical velocity, maximal lactate steady-state velocity and lactate turnpoint velocity in runners. European Journal of Applied Physiology. 85 (1-2), 19-26 (2001).
  33. Pringle, J. S., Jones, A. M. Maximal lactate steady state, critical power and EMG during cycling. European Journal of Applied Physiology. 88 (3), 214-226 (2002).
  34. Mattioni Maturana, F., Keir, D. A., McLay, K. M., Murias, J. M. Can measures of critical power precisely estimate the maximal metabolic steady-state? Applied Physiology Nutrition and Metabolism. 41 (11), 1197-1203 (2013).
  35. Jones, A. M., Burnley, M., Black, M. I., Poole, D. C., Vanhatalo, A. The maximal metabolic steady state: redefining the 'gold standard'. Physiological Reports. 7 (10), e14098 (2018).
  36. Scheuermann, B. W., Kowalchuk, J. M. Attenuated respiratory compensation during rapidly incremented ramp exercise. Respiratory Physiology. 114 (3), 227-238 (1998).
  37. Morgan, D. W., et al. Variation in the aerobic demand of running among trained and untrained subjects. Medicine and Science in Sports and Exercise. 27 (3), 404-409 (1995).
  38. Franch, J., Madsen, K., Djurhuus, M. S., Pedersen, P. K. Improved running economy following intensified training correlates with reduced ventilatory demands. Medicine and Science in Sports and Exercise. 30 (8), 1250-1256 (1998).
  39. Holmer, I., Lundin, A., Eriksson, B. Maximum oxygen uptake during swimming and running by elite swimmers. Journal of Applied Physiology. 36 (6), 711-714 (1974).
  40. Bonen, A., Wilson, B. A., Yarkony, M., Belcastro, A. N. Maximal oxygen uptake during free, tethered, and flume swimming. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48 (2), 232-235 (1980).
  41. Magel, J. R., Faulkner, J. A. Maximum oxygen uptakes of college swimmers. Journal of Applied Physiology. 22 (5), 929-933 (1967).
  42. Poole, D. C., Jones, A. M. Measurement of the maximum oxygen uptake VO2max: VO2peak is no longer acceptable. Journal of Applied Physiology. 122 (4), 997-1002 (2017).

Tags

Biokjemi Utgave 155 inkrementell treningstesting kardiorespiratorisk vurdering svømmere bundet svømming maksimal oksygenforbruk gassutvekslingsterskel luftveiskompensasjonspunkt treningsøkonomi
En raskt inkremet tethered-svømming maksimal protokoll for kardiorespiratorisk vurdering av svømmere
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pessôa Filho, D. M., Massini,… More

Pessôa Filho, D. M., Massini, D. A., Siqueira, L. O. C., Santos, L. G. A., Vasconcelos, C. M. T., Almeida, T. A. F., Espada, M. A. C., Reis, J. F., Alves, F. B., DiMenna, F. J. A Rapidly Incremented Tethered-Swimming Maximal Protocol for Cardiorespiratory Assessment of Swimmers. J. Vis. Exp. (155), e60630, doi:10.3791/60630 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter