JoVE Journal > Biochemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Biochemistry

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

Published: January 28, 2020
doi:
10.3791/60630
, , , , , , , , ,
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

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.

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…

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…

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) opprettholdes<sup c…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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. 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).
  23. 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).
  24. Iannetta, D., et al. A Critical Evaluation of Current Methods for Exercise Prescription in Women and Men. Medicine and Science in Sports and Exercise. , (2019).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Jones, A. M., DiMenna, F. J., Cardinale, M., Newton, R., Nosaka, K. Cardiovascular Assessment and Aerobic Training Prescription. Strength and Conditioning: Biological Principles and Practical Applications. , 291-304 (2011).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Scheuermann, B. W., Kowalchuk, J. M. Attenuated respiratory compensation during rapidly incremented ramp exercise. Respiratory Physiology. 114 (3), 227-238 (1998).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Magel, J. R., Faulkner, J. A. Maximum oxygen uptakes of college swimmers. Journal of Applied Physiology. 22 (5), 929-933 (1967).
  40. 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

Tethered SwimmingCardiorespiratory AssessmentIncremental ExerciseLoad CellForce MeasurementFront-crawl SwimmingWarm-up ProtocolLoad ProgressionRespiratory Compensation PointGas-exchange Threshold

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image