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 snabbt ökat Tjudrade-Simning Maximal protokoll för Cardiorespiratory Bedömning av simmare

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 motsats till mätning under fri simning, som presenterar inneboende utmaningar och begränsningar, kan bestämning av viktiga parametrar för cardiorespiratory funktion för simmare göras med hjälp av en mer genomförbar och lättare att administrera uppbundna-simning snabbt ökas protokoll med gasutbyte och ventilatory datainsamling.

Abstract

Inkrementell auttestering är standardsättet att bedöma cardiorespiratory kapacitet uthållighetsidrottare. Medan den maximala syreförbrukningen används vanligtvis som kriteriummätning i detta avseende, två metaboliska brytpunkter som återspeglar förändringar i dynamiken i laktatproduktion / konsumtion som arbetstakten ökar är kanske mer relevant för uthållighetsidrottare från en funktionell synvinkel. Motion ekonomi, som representerar graden av syreförbrukning i förhållande till prestanda submaximalt arbete, är också en viktig parameter att mäta för uthållighet-idrottsman bedömning. Rampinkrementella tester som omfattar en gradvis men snabb ökning av arbetstakten tills gränsen för motionstolerans har uppnåtts är användbara för att fastställa dessa parametrar. Denna typ av test utförs vanligtvis på en cykelergometer eller löpband eftersom det finns ett behov av precision med avseende på ökning av arbetstakt. Idrottare bör dock testas när de utför det träningssätt som krävs för sin sport. Följaktligen bedöms simmare vanligtvis under inkrementella tester av fri simning där sådan precision är svår att uppnå. Vi har nyligen föreslagit att stillastående simning mot en last som successivt ökas (inkrementell atored simning) kan fungera som en "simma ergometer" genom att tillåta tillräcklig precision för att rymma en gradvis men snabb lastning mönster som avslöjar ovannämnda metaboliska brytpunkter och motion ekonomi. I vilken utsträckning den högsta syreförbrukningsom uppnåddes under ett sådant protokoll approximerar dock den maximala hastighet som mäts under fri simning. I den nuvarande artikeln förklarar vi hur detta snabbt ökat uppbundna simning protokoll kan användas för att bedöma cardiorespiratory kapacitet en simmare. Närmare bestämt förklarar vi hur bedömningen av en kortdistanskonkurrenskraftig simmare med hjälp av detta protokoll visade att hans syreupptag var 30,3 respektive 34,8 ml-1kg-1BM vid hans gas-utbyteströskel respektive andningskompensationspunkt.

Introduction

Ett övningstest som innebär en stegvis ökning av arbetshastigheten (WR) från låg till maximal (dvs. inkrementellt träningstest. INC) ger guldstandard metod cardiorespiratory bedömning för uthållighetsidrottare. Förutom den högsta WR som idrottaren kan uppnå (WRtopp),inc möjliggör också bestämning av den högsta hastighet med vilken individen kan konsumera syre (O2) för denna form av motion (V̇O2peak) om gasutbyte och ventilatory data samlas in under provningen1. V̇O2peak representerar kriteriet mått på cardiorespiratory fitness. Dessutom ger analys av gasutbyte och ventilatorydata som samlats in som WR ökas ett icke-invasivt sätt att identifiera den punkt där blodlaktatkoncentrationen (blod [laktat]) ökar över utgångsvärdet (laktattröskel) och den punkt där den börjar ackumuleras med en accelererad hastighet (laktatvändpunkt)2. Dessa metaboliska brytpunkter uppskattas genom att bestämma gas-utbyteströskeln (GET) och respiratoriska-kompensationspunkt (RCP), respektive3. Viktigt är att GET ger en robust uppskattning av den punkt där blod [laktat] initialt ökar medan "hyperventilation" som kännetecknar RCP är ett mer komplext fenomen som kan initieras av afferent ingång än chemoreception i sig. Följaktligen bör slutsatser som grundar sig på identifiering av rcp göras med försiktighet.

När träningen bibehålls i konstant arbetstakt (CWR) finns det markant olika fysiologiska svarsprofiler baserade på "träningsintensitetsdomänen" inom vilken WR faller4,5. Närmare bestämt är uppnåendet av en V̇O2 och blod [laktat] "steady state" snabb i den måttliga domänen, försenad i den tunga domänen och ouppnåelig i den svåra domänen4,5. Det är väl etablerat att den hastighet med vilken O2 kan konsumeras vid GET under INC (V̇O2GET)fungerar som den ämnesomsättning som skiljer måttlig från tung domän under CWR3,6. Även om det är kontroversiellt tyder ett antal nyligen genomförda observationer på liknande likvärdighet mellan den hastighet med vilken O2 kan konsumeras vid RCP (V̇O2RCP)och tung/svår separation7,8,9,10. Identifiering av V̇O2GET och V̇O2RCP från data som samlats in under INC kan därför vara användbart för förskrivning av domänspecifika träningsregimer för uthållighetsidrottare via ämnesomsättning med förbehållet att anpassa en ämnesomsättning med en specifik arbetstakt är mer komplex än att bara göra det enligt Förhållandet mellan V̇O2-arbetstaktsom härrör från det inkrementella testet8,11.

När begreppet testning för att fastställa V̇O2max ursprungligen utforskades, hade forskare ämnen utföra anfall av spår som löper till gränsen för motion tolerans (Tlim)vid ökande hastigheter på separata dagar1. Forskning följde som bekräftade att V̇O2max också kan bestämmas från liknande anfall som utförs till Tlim på samma dag med viloperioder varvat12. Så småningom visades det att ett kontinuerligt protokoll med WR ökade på ett stegvis sätt med specifika tidsintervall (t.ex. var 3 min) visade samma V̇O2peak som de diskontinuerliga testerna13. Följaktligen blev dessa "graderade träningstester" standarden för att fastställa detta kriterium mått på cardiorespiratory fitness. 1981 publicerade Dock Whipp och kollegor forskning som visade att INC i syfte att mäta V̇O2max också kunde utföras helt i det icke-stadiga tillståndet. det vill ansatt med WR som ökar kontinuerligt som en "jämn funktion av tid" (RAMP-INC)14. Till skillnad från INC med utökade stadier och relativt stora WR ökar per steg, den gradvisa ökningen under RAMP-INC säkerställer att "isokapiska buffring region" som skiljer GET och RCP kommer att definieras tydligt15. Dessutom kan RAMP-INC användas ungefär som INC med etapper för att bedöma "motionsekonomi" (dvs. V̇O2 som krävs per given WR). Till skillnad från INC med etapper, i detta fall, Det är inversen till "delta effektivitet" (dvs lutningen på V̇O2-WRförhållandet) som används för detta ändamål11 med hänsyn till det faktum att på grund av komplexiteten i V̇O2 svar på arbetshastigheter över intensitetspektrumet, kommer denna parameter inte vara en oföränderlig funktion i INC i sig (t.ex. RAMP-INC initieras från olika baslinje arbetshastigheter eller kännetecknas av olika ramp sluttningar) eller CWR motion 16.

För allmän konditionstestning utförs INC vanligtvis på ett ben ergometer eller löpband eftersom dessa former är mer tillgängliga och ben cykling och promenader / kör är bekanta för den genomsnittliga personen. Dessutom kräver administrering av RAMP-INC förmågan att öka WR kontinuerligt i små steg (t.ex. 1 W var 2 s). därför är en ergometer (vanligtvis bencykling) bäst lämpad för denna typ av testning. Men idrottare bedömning är mer komplex eftersom idrottare måste testas när de utför det specifika träningssättet som krävs för sin sport. För cyklister och individer som deltar i sport som innebär att köra, är detta inte problematiskt på grund av tillgänglighet och tillämplighet av ovannämnda testmaskiner. Omvänt är ekologiskt giltiga tester med gasutbyte och ventilatory datainsamling och den gradvisa WR ökning som krävs för RAMP-INC mer utmanande när man bedömer vattenlevande idrottare.

Före tillkomsten av automatiserade insamlingssystem utfördes gasutbytesbedömning av simmare ofta med Douglas-bag-kollektion efter en maximal simtur17. När automatiserade system har utvecklats, "realtid" insamling ägde rum, men inte under "real-simning" villkor (t.ex. medan simmare simmade i en flume som kontrollerade WR)17. Tyvärr har den tidigare metoden inneboende begränsningar på grund av antaganden om "bakåt extrapolering" medan den senare väcker oro för i vilken utsträckning flume simning förändringar teknik17. Den nuvarande toppmodern innebär användning av bärbara breath-by-breath samlingssystem som rör sig med simmaren vid sidan av poolen under fri simning17. Även om denna typ av mätning förbättrar den ekologiska giltigheten, är gradvis WR ökning utmanande. Inc under fri simning innebär vanligtvis intervall ersätter avstånd (t.ex. 200 m) vid successivt ökande hastigheter14,15. Detta innebär att ett test består av långa stadier med stora ojämlika WR steg. Det är därför inte förvånande att endast en enda metabolisk brytpunkt (vanligtvis kallas "anaerob tröskel") rapporteras av forskare som använder detta test18,19. Istället har vi nyligen visat att både V̇O2GET och V̇O2RCP kan bestämmas från data som samlats in medan simmare utförde stillastående simning i en pool mot en belastning som ökadegradvis och snabbt (dvs. inkrementell tjudrade simning)20. Medan den unika andning mönster som finns under simning kan göra ovannämnda brytpunkter svårare att identifiera jämfört med typiska former för bedömning (personlig observation), tror vi att denna metod för testning kan vara lämplig som en "simma ergometer" som kan användas för cardiorespiratory bedömning av simmare på ett sätt som liknar hur en stationär cykel används för cyklister. Vi har faktiskt visat att V̇O2GET, V̇O2RCP och motionsekonomi (vilket indikeras av V̇O 2-belastningsbacken) alla kan bestämmas från det snabbt ökade uppbundna simningsprotokollet som beskrivs under20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Deltagarna i studien från vilken de representativa ämnesdata som presenteras nedan extraherades20 (n = 11) var skyldiga att ge sitt skriftliga informerade samtycke innan de experimentella förfarandena inleddes, därmed förknippade risker och potentiella fördelar med deltagande hade förklarats. Det första besöket bestod av en förtrogenhet sett under vilken simmarna introducerades till begreppet uppbundna simning och mättekniker som skulle gälla under själva provningen. En all-out uppbundna simning test utfördes under det andra besöket och snabbt ökat uppbundna simning protokoll utfördes på det tredje besöket. Båda testerna gjordes i en semi-olympisk pool (25 m) med vattentemperatur vid 28 °C.

1. Förberedelse av simmare

  1. Instruera simmaren att undvika ansträngande motion i 24 timmar före varje testsession.
  2. Instruera simmaren att komma fram till poolen i ett utvilat och helt hydrerad tillstånd ≥3 h postprandial.
  3. Instruera simmaren att avstå från intag av stimulerande drycker och alkohol i 24 timmar före varje test.

2. Helt utbundna simning test

  1. Förbered den 500 kg lastcell som kommer att användas för att mäta den högsta kraft som simmaren kan utöva under två försök bestående av 30 s all-out simning21.
    1. Öppna Programmet N2000PRO (Power Din Pro - CEFISE) på datorn.
    2. Öppna hjälpmenyn för att verifiera kommunikationslänken mellan datorn och belastningscellsanalysatorn.
      1. Observera en grön signal som anger att anslutningen till RS232-gränssnittet är väl etablerad.
      2. Ställ in nedräkningen så att testet startas beroende på omständigheterna.
      3. Ställ in samplingstiden. Ställ in vilointervallet. Ställ in bildrutorna per sekund på 100 Hz.
      4. Ställ in kraftenhetens mätning vid N eller kg beroende på personliga preferenser. Ställ in anskaffningstiden i millisekunder.
    3. Kalibrera lastcellen22 med 0 och 10 kg last med simmaren utanför poolen.
    4. Fäst en lastcell i startblocket via den L-formade tillplattade järnstången som är konstruerad av CEFISE speciellt för tjudrade simningsmätningar.
    5. Fäst den ena änden av det oelastiska repet på lastcellen och den andra änden till simmaren med hjälp av det specialdesignade bältet (CEFISE), som har rep fästa vid båda höfterna så att bensparkar inte stör kraftmätningen.
  2. Förbered simmaren för att utföra tvåprovstestet.
    1. Ge instruktioner till simmaren om korrekt prestanda för all-out front-crawl simning (t.ex. förhindra huvudet och stammen från att stiga medan du simmar så snabbt som möjligt, koncentrera sig på att sparka i maximal takt förutom maximal strök, etc.).
    2. Instruera simmaren att utföra stretching och arm / ben gungor vid poolen i förberedelse.
    3. Instruera simmaren att komma in i poolen och utföra en standard uppvärmning protokoll bestående av front-crawl simning för 800 m vid en ljusintensitet med försiktighet för att undvika att framkalla eventuella kvardröjande effekter som kan påverka resultaten av testet.
    4. Låt simmaren lämna poolen och vila vid poolen i 10 min.
    5. Fäst bältet runt simmarens midja. Fäst den fria änden av det oelastiska repet på bältet.
    6. Bestäm den belastning som krävs för att hålla simmarens kropp horisontellt med en minsta spänning på mätsystemet(belastningsbas).
    7. Signalera simmaren att börja Trial #1 av testet.
  3. Övervaka simmaren under testets prestanda.
    1. Ge verbal uppmuntran till simmare under hela 30-talet test.
    2. Signalera simmaren att avsluta testet. Lossa simmaren från det oelastiska repet.
    3. Instruera simmaren att utföra ett standardcool-down-protokoll som består av front-crawl simning med ljusintensitet.
    4. Låt simmaren vila i 30 min vid poolen.
    5. Sätt tillbaka simmaren på det oelastiska repet.
    6. Signalera simmaren att starta Trial #2 av testet som är identisk med Trial #1 (30 s all-out simning).
    7. Signalera simmaren att avsluta testet.
    8. Instruera simmaren att utföra ett standardcool-down-protokoll som består av front-crawl simning med ljusintensitet.
    9. Låt simmaren lämna poolen.
  4. Analysera de data som samlats in under tvåutvärderingstestet.
    1. Använd utjämningsprocessen på data med hjälp av N2000PRO-programvarupaketet23.
    2. Beräkna topparna på vågfrekvenssignalen från den force-time sinusoidal kurvan (intervall, sinus 80°-100°) överbelastningsbasen för försök #1 och 2.
    3. Definiera de genomsnittliga topparna för vågfrekvenssignalen krafttid under de första 5 s respektive hela 30-talet som toppkraft(F-topp)och medelkraft (Favg)för varje provperiod.
    4. Använd de högre värdena förF-topp ochF-avg för ytterligare beräkningar.

3. Inkrementellt uppbundna simning stest

  1. Beräkna de laster som kommer att användas för att motstå simmarens framåtförskjutning under det inkrementella testet.
    1. Beräkna startbelastningen som 30 % avF-avg ovanförbelastningsbasen.
    2. Beräkna de steg som ska tillämpas per 60-s-steg som 5% av Favg överbelastningsbasen.
  2. Förbered den automatiserade bärbara metaboliska enheten för datainsamling.
    1. Öppna enhetens programvara.
    2. Kontrollera kommunikationslänken mellan datorn och den automatiserade bärbara metaboliska enheten.
    3. Strömmen på enheten och låt värmas upp i 45 min. Se till att batterierna är fulladdade.
    4. Utför kalibrering av enheten för miljöluft24.
    5. Utför kalibrering av enheten för referens O2 (16%), CO2 (5%) och N-koncentrationer (balans)24.
    6. Utför kalibrering av masktidsfördröjning24.
    7. Utför kalibrering av turbin med 3 L-spruta24.
    8. Ange ämnesdata, omgivningstemperatur och luftfuktighet.
  3. Förbered simmaren för prestanda av det inkrementella testet.
    1. Installera en ansiktsmask och en snorkel på simmaren.
    2. Instruera simmaren att vila vid poolen i 10 min för att samla in "baslinje" gasutbyte och ventilatory data.
    3. Instruera simmaren att komma in i poolen och utföra ett standarduppvärmningsprotokoll som består av front-crawl simning med ljus intensitet.
    4. Fäst ett bälte runt simmarens midja. Fäst ett oelastiskt rep på bältet med den andra änden av repet fäst vid lastsystemet.
    5. Instruera simmaren att när testet börjar använda de två markörerna på poolens undersida för referenspunkter, vilket gör det möjligt för dem att behålla ett relativt fast läge (t.ex. ± 1 m från önskat läge).
    6. Signalera simmaren att börja testet.
  4. Övervaka simmaren under prestanda när det inkrementella testet prestanda.
    OBS: En forskningsassistent som har erfarenhet av att övervaka denna typ av tester bör hålla gasanalysenheten vid poolen är medveten om att göra det utan att hindra simmare förskjutning och / eller upphöja simmarens huvud.
    1. Öka belastningen medan du tajmar 60-talets steg.
    2. Avsluta testet och registrera tiden för att begränsa motiontolerans när simmaren inte längre kan behålla den position som krävs trots stark verbal uppmuntran från testarna.
    3. Använd tiden för att begränsa träningstoleransen för att beräkna slutförda steg.
    4. Spela in laster för varje steg och toppbelastning.
    5. Lossa simmaren från det oelastiska repet.
    6. Instruera simmaren att utföra ett standardcool-down-protokoll som består av front-crawl simning med låg till måttlig intensitet.
    7. Låt simmaren lämna poolen.
  5. Analysera de data som samlas in under det inkrementella testet.
    1. Smidig aandningsgasutbytesdata som samlades in före och under testet med hjälp av enhetens program.
    2. Exportera gasbytesdata i på varandra följande 9 s bin genomsnitt.
    3. Utför trepunktsrullande medelvärde på varandra följande 9 s bin medelvärden för V̇O2.
    4. Rekordhögsta trepunktsvalsmedelvärdet som V̇O2peak.
    5. Beräkna V̇O 2-belastningsrelation med hjälp avdet slutliga trepunktsvärdet för rullande medelvärde för varje etapp som är färdigt, genom linjär regression. Exkludera data från teststadier om en V̇O 2-platå verkar vara närvarande (visuell inspektion).
    6. Bestäm V̇O2GETmed hjälp av följande lagerbinmedelvärden.
      1. Bestäm den första oproportionerliga ökningen av co2-produktionen (V̇CO2) jämfört med V̇O2.
      2. Bestäm ökningen av förhållandet mellan den utgångna ventilationshastigheten (V̇E)till V̇O2 utan ökning av förhållandet mellan V̇E och V̇CO2.
      3. Bestäm ökningen av sluttids-O2-spänning utan fall i end-tidal CO2 spänning.
    7. Bestäm V̇O2RCPmed hjälp av 9-s bin-medelvärden med 9-s bin .
      1. Bestäm den första oproportionerliga ökningen av V̇E jämfört med V̇CO2.
      2. Bestäm minskningen av end-tidal CO2.
    8. Express V̇O2peak, V̇O2GET, V̇O2RCP och V̇O2-lastlutning i både absoluta (L-min-1) och relativa (till kroppsmassa; ml-min -1kg-1) termer.
    9. Express V̇O2GET och V̇O2RCP i relativa termer i procent av V̇O2peak.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De uppgifter som presenteras i tabell 1 och som avbildas i figurerna 1-4 representerar de svarsprofiler som observerats för en manlig simmare (ålder, 24 år). Vid tidpunkten för datainsamlingen hade simmaren tränat för tävlingssimning i 7 år. Hans specialitet var kortdistans (dvs. 50 m och 100 m) freestyle händelser.

Den initiala belastningen på INC sattes till en last som översteg det som krävdes för denna simmare att upprätthålla kroppens anpassning innan den all-out simma (Fbas)med 30% av skillnaden mellan den genomsnittliga kraft som uppmättes under all-out simma och Fbas (ΔF). För denna simmare var den lasten 4,17 kg. Lasten höjdes sedan med 0,7 kg för varje 60-tal steg(figur 1). Gränsen för motionstolerans för denna simmare inträffade på 576 s (steg 10).

När V̇O2-data som samlats in under baslinjen och motionsdelarna av INC i genomsnitt var i genomsnitt 9-s-behållare, det högsta trepunktsvalssnittet var 3,44 L-min -1 (40,6ml-min -1kg-1BM) (figur 2) och V̇O 2-lastlutningen var 261 ml-min -1kg-1 (3,1ml-min -1kg -1 kg-1BM–1 ) (figur 3). Identifiering av GET och RCP gjordes genom konsensus från en panel av oberoende granskare som upplevdes på att göra dessa bestämningar från ett kluster av mätningar. Att vara att GET representerar den punkt under INC där ventilationen förändras på grund av metabolisk acidos och den ökade V̇CO2 som uppstår som leder till dess buffring (dvs. passage av "laktattröskeln"), kan den identifieras genom en ökning av förhållandet mellan både V̇CO2 och V̇E till V̇O2 som orsakar sluttida O2 att öka. För data som samlats in under INC med tillräcklig känslighet kommer dock denna förändring av gasutbyte och ventilatorysvarsprofil inte att åtföljas av en minskning av end-tidal CO2, eftersom ökningen av V̇CO2 och V̇E kommer att vara i proportion. Följaktligen kommer det partiella trycket av CO2 i arteriellt blod (PaCO2) att förbli konstant (dvs. isokapnic buffring; iso = samma, kapiska = CO2) (figur 4). Faktum är att under snabb inkrementell INC kommer minskningen av PaCO2 och end-tidal CO2 som kännetecknar "andningskompensation" som svar på metabolisk acidos inte att inträffa i ≥ 2 ytterligare min under vilken arbetet (och ämnesomsättningen) fortsätter att öka (figur 4)12. För denna simmare, ämnesomsättningen som kännetecknar dessa distinkta förändringar i gas-utbyte och ventilatory svar drivs av det ökade bidraget från "anaeroba vägen" till efterfrågan på energi inträffade på 75% och 86% av V̇O2topp, respektive (Tabell 1).

Figure 1
Figur 1: Schematisk representation av det snabbt inkrerade uppbundna simningstestet som kan användas för att bestämma viktiga parametrar för cardiorespiratory fitness för simmare. Lastprofilen och tiden för att begränsa motionstoleransen som avbildas är för ett representativt ämne, en 24-årig simmare som tävlar i kortdistansevenemang. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Pulmonell O2 upptag svar under snabbt ökat uppförsena-simning test utförs av den representativa ämnet. Den vertikala streckade linjen representerar den punkt där belastningsökningen började. De röda cirklarna representerar den högsta trepunktsrullande genomsnittliga graden av O2-upptag som mättes under provningen. Vi definierade detta värde som denna simmares V̇O2peak för denna form av inkrementell motion. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: V̇O 2-belastningskoordinaterna för det representativa ämnet för varje färdigt skede av det snabbt inkrerade uppskrinade simningstestet. Linjär regressionsanalys användes för att härleda den linje av bästa passform som avbildas. Lutningen på denna linje används som ett mått på motion sekonomi. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: Gasutbyte och ventilatory svar för det representativa ämnet under det snabbt stegsamma upptjudrade simningstestet. Från vänster till höger är vertikala streckade linjer i linje med gasutbyteströskeln respektive andningskompensationspunkten. Vågräta streckade linjer placeras vid nadir (topp tre grafer) eller apex (nedre diagrammet) av datapunkter. Se text för detaljer om hur dessa metaboliska brytpunkter bestämdes av visuell inspektion. Med liten ändring har denna siffra omtryckts med tillstånd från de ursprungliga förlagen20. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Kroppsvikt (kg) 84.7
Resning (cm) 184
Tidsfrist för att begränsa motionstolerans (er) 576
Slutförda steg 9.6
Topplast (kg) 10.5
V̇O2peak (L-min-1) 3.44
V̇O2peak (ml-min -1kg-1BM) 40.6
V̇O2GET (L-min-1) 2.57
V̇O2GET (ml-min -1kg-1BM) 30.3
V̇O2GET (% V̇O2peak) 75
V̇O2RCP (L-min-1) 2.95
V̇O2RCP (ml-min -1kg-1BM) 34.8
V̇O2RCP (% V̇O2peak) 86
V̇O2-lastlutning (ml-min -1kg-1) 261
V̇O2-lastlutning (ml-min -1kg-1BM kg-1) 3.1

Tabell 1: Cardiorespiratory parametrar för den representativa personen mätt under den snabbt stegs bundna-simning test.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

En övning utmaning som innebär bestående en stegvis ökning av WR tills Tlim nås är en standard testprotokoll för bedömning av uthållighetsidrottare. När ett sådant test utförs med gradvis, men snabb ökning, är det särskilt användbart eftersom det utöver V̇O2max,gasutbyte och ventilatorydata som samlats in under testet kan användas för att särskilja den region som avgränsas av GET och RCP där acidos förekommer, men arteriellt partiellt tryck på CO2 (PaCO2) upprätthålls14,15. De ämnesomsättningsvärden som fungerar som lägre3,6 och övre7,8,9,10 gränser i denna region approximera de som partitionerar den tunga intensitetsdomänen under CWR.

Generellt sett är den primära parametern av intresse som härrör från bedömningen av uthållighetsidrottare med INC V̇O2max, som används för att övervaka idrottarens nivå av cardiorespiratory fitness. Dessutom används V̇O2max ofta som ett sätt att tilldela motion WR vid förskrivning av utbildningsprogram (dvs WR anges som en procentandel av V̇O2max). En växande mängd forskning bekräftar dock att lunggasutbytet (och, i förlängningen, muskelmetabolisk) svar på en linjär ökning av WR inte är linjär och, viktigast av allt, egenskaperna hos denna icke-linjäritet varierar för olika individer (och för samma individ på olika nivåer av konditionering)11. Normalisera motionsintensitet enligt V̇O2max är därför bristfällig eftersom det inte garanterar en liknande nivå av "metabolisk stam" för olika individer11,26,27. Omvänt säkerställer normaliseringsintensiteten i förhållande till intensitetsdomänerna som återspeglar icke-linjäriteten över intensitetsspektrumet att en liknande metabolisk utmaning kommer att stötapås. I motsats till V̇O2maxär det därför de ämnesomsättningshastigheter som begränsar de träningsintensiva domäner som är viktiga att tänka på när målet är att förskriva uthållighetsträning på ett konsekvent sätt.

Under CWR, ämnesomsättning en under V̇O2GET omfattar måttlig intensitet domän där en V̇O2 steady state kan uppnås snabbt, muskel metabolisk störning är minimal och motion är hållbar under en längre period (t.ex. ~ 4 h)4,5. Inom detta område, utarmning av muskler [glykogen] och nedskrivningar i neuromuskulär retbarhet / överföring har nyligen varit inblandade som skäl för att nå Tlim5. För ämnesomsättning över V̇O2GET men under vad som har kallats "kritisk ämnesomsättning," en steady state V̇O2 är också möjligt; I detta fall försenas dock uppnåendet av förekomsten av en Långsam V̇O2-komponent som ökar V̇O2-arbetskostnaden över det som skulle förutsägas genom linjär extrapolering av V̇O2-kostnaden för motion i den måttliga domänen28. Under träning inom detta område är muskelmetabolisk störning (t.ex. minskad [foskreatin], [ATP], [glykogen] och pH; ökad [laktat]) är större och Tlim reduceras markant (t.ex. ~ 45 minuter)5. En V̇O2 långsam komponent finns också under CWR kräver ämnesomsättning över den kritiska ämnesomsättningen (dvs. inom svårintensiv domän); I detta fall kan dock ett stabilt tillstånd inte uppnås eftersom V̇O2 stiger obönhörligt, V̇O2peak ingriper (om utövandet upprätthålls under tillräckligt lång tid), en kritisk nivå av substratutarmning och/eller metabolitackumulering uppnås och Tlim är nära förestående på relativt kort tid (t.ex. 2–14 min beroende på arbetstakt)5.

När det gäller uthållighetsträning för idrottare är det väl accepterat i både teori och praktik att tiden bör ägnas åt motion i var och en av intensitetsområdena så att positiva anpassningar som är exklusiva för arbete som utförs i varje kan plockas28. Till exempel kan en typisk vecka för en uthållighetsidrottare inkludera enkel träning i den måttliga domänen, stadig träning i den tunga domänen och tempo och intervallträning i den svåra domänen29. När det gäller förskrivning på ett sådant domänspecifikt sätt är erkännandet att V̇O2GET skiljer måttlig från tung domän väl accepterad3,6. Därför kan måttlig intensitet motion ordineras på ett normaliserat sätt som en procentandel av V̇O2GET mätt på en snabbt ökad RAMP-INC. Alternativt finns kontroverser om den kritiska ämnesomsättningen som fastställer den tunga/ allvarliga gränsen. Traditionellt, bestämning av högsta hastighet eller uteffekt som inte orsakar en ökning av blod [laktat] av > 1 mmol ≤ L-1 mellan 10 och 30 min under en serie CWR anfall (dvs. den "maximal laktat steady state;" MLSS) har använts för detta ändamål30,31. Men när faktiska mätningar av Tlim görs genom att uthålla den ändliga arbetskapaciteten i den svåra domänen (W)under en serie CWR-anfall eller en enda all-out-match, Det har nyligen föreslagits att den "kritiska effekten" (CP) så avslöjade (dvs. asymptoten av power-Tlim hyperbola för det tidigare testprotokollet eller sluttesteffekten för det senare) kan vara större än den uteffekt som anges i MLSS-bedömningen32,33,34 ,35. För närvarande är det säkert att dra slutsatsen att även om både CP- och MLSS-testning ger rimliga uppskattningar av den tunga/allvarliga gränsen, kan var och en av dessa uppskattningar påverkas av ett antal faktorer som att kongruens mellan de två inte alltid förekommer.

Under 2017 hade Keir et al. patienter utför ett multi-bout CP-testprotokoll och fann att ämnesomsättningen vid CP var statistiskt lik RAMP-INC-härledda mätning av V̇O2RCP7. Författarna drog slutsatsen att förutom ämnesomsättningen vid CP, V̇O2RCP kan ge ett alternativt sätt att bestämma den kritiska ämnesomsättning en som skiljer den tunga från svår domän. Det är dock viktigt att inse att om det finns en överenskommelse är det först när parametrarna uttrycks som ämnesomsättning eftersom RCP inte kan kopplas till en viss arbetstakt36. Med tanke på att andningskompensation kan drivas av både motion WR (dvs. intensitet) och den tid för vilken en supra-GET WR upprätthålls, vilket bestämmer GET och RCP som tydliga brytpunkter (i motsats till en enda "anaerob tröskel" som effektivt smälter samman de två) kräver INC med relativt snabb ökning20. Den tydliga avgränsningen mellan de två brytpunkterna för de uppgifter som är representativa ämne sett till (se figur 4)kontrollerar att det snabbt ökat uppskrinade simningstest som vi går vidare på uppfyller detta kriterium.

Förutom diskreta värden för V̇O2GET och V̇O2RCPhar vi visat att ett snabbt ökat uppandningsprov kan användas med tillräckliga förbehåll (se ovan om hur detta värde kommer att vara specifikt för ett visst RAMP-INC-protokoll och inte nödvändigtvis vägledande för det svar som kommer att finnas under CWR-övningen) för att bestämma idrottarens träningsekonomi enligt V̇O 2-lastlutningunder testet20. Detta är ett viktigt attribut att bedöma eftersom idrottare som är mer ekonomiska är gynnade under uthållighet prestanda. Till exempel, tvärsnittsstudier visar att utbildade idrottare har bättre motion ekonomi37 medan longitudinella studier bekräftar att motion ekonomi förbättras från utbildning38. Följaktligen kan härleda denna parameter för simmare från en snabbt ökat uppbundna simning test vara användbart både för att förutsäga atletisk potential före utbildning och övervakning förändringar som sker som ett resultat av det. Förutom att erkännandet av denna parameters specificitet för RAMP-INC (se ovan) är det dock viktigt att inse att endast data från den linjära ökningen av V̇O2-svaret bör användas för detta ändamål. Omvänt bör alla data som återspeglar en inledande fördröjning i V̇O2-svaret (V̇O2"genomsnittlig svarstid)) och/eller en V̇O2-platå föreT-lim uteslutas från passformen.

En viktig varning till vårt påstående att uppbundna simning test vi har beskrivit kan fungera som en "simma ergometer" för att mäta cardiorespiratory parametrar som är relevanta för fri simning är att den grad i vilken den bundna metoden förändrar tekniken tillräckligt för att skilja de två kräver ytterligare klargörande. Till exempel, när man rapporterar den högsta V̇O2 mätt under testet16,är vi förtegen att hänvisa till det som V̇O2max eftersom vi inte hade simmare också utföra en fri-simning INC i vår studie20. Följaktligen kan vi inte bekräfta att V̇O2peak under det bundna testet liknar den som mäts med hjälp av ett frisimningsprotokoll. Även om ett samband mellan de två värdena har fastställts39,40,41, tidigare forskning som jämförde de två har återvänt tvetydiga resultat. Till exempel rapporterade Bonen et al. V̇O2peak värden för fri och bundna simning som var liknande och inom det intervall av variation förväntas för upprepad mätning av V̇O2max40 medan Magel och Faulkner hittade ett lägre värde för bundna jämfört med fri simning41. Orsaken till dessa olika resultat är/är oklara men kan återspegla det faktum att lokal muskeltrötthet och/eller ventilatorynöd ingrep innan V̇O2max nåddes för simmare som inte var vana vid uppbundna simning i den senare studien42. Oavsett denna distinktion bör framtida forskning utformas för att jämföra V̇O2peak värden för bundna och fria simning under både INC och supramaximal svår intensitet CWR anfall till Tlim som används för att bekräfta att en V̇O2peak mätt under INC är verkligen den maximala V̇O2 som kan uppnås (dvs., "kontroll anfall")42. På samma sätt, under loppet av hela testet, är det möjligt att tillämpa belastning på ett inkrementellt sätt kan resultera i olika "adaptiva strategier" av simmarna som svar på ökningen av intensitet jämfört med ökande hastighet under fri simning. Till exempel kan belastningen nå en nivå över vilken biomekaniska förändringar krävs som är till skillnad från dem som skulle möjliggöra en snabbare stroke mönster som hastighet ökas under fri simning. Detta kan påverka V̇O2-WRlutning och/eller uppskattning av V̇O2GET och V̇O2RCP. Mer forskning jämföra bundna med fri simning krävs för att ge insikt i detta avseende.

Till skillnad från de hastighetsökningar som används för att öka WR under fri-simning INC testning, har vi visat att belastningen ökar används för bundna simning möjliggöra en gradvis, men snabb ökning av WR. Därför avancerar vi denna typ av testning som en "swim ergometer" som kan användas för att bestämma V̇O2GET, V̇O2RCP och motion ekonomi ungefär som en cykel ergometer används för att utföra en smidig ramp protokoll14. Vi har också använt detta test för att mäta topp V̇O2 svar; Hur detta värde kan jämföras med V̇O2max som normalt bedöms under fri simning återstår dock att lösa.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inga avslöjanden att rapportera.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av CIPER-Foundation for Science and Technology (FCT), Portugal (UID/DTP/00447/2019) och finansierades delvis av Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001". och till São Paulo Research Foundation - FAPESP (PROCESS 2016/04544-3 och 2016/17735-1). Författarna vill tacka João Guilherme S. V. de Oliveira till hjälp med dataprovtagning. Mário A. C. Espada erkänner det ekonomiska stödet från IPDJ – Portugisiska institutet för idrott och ungdomsfrågor.

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

Biokemi inkrementell motion testning cardiorespiratory bedömning simmare bundna simning maximal syreförbrukning gasutbyte tröskel andningskompensation punkt motion ekonomi
En snabbt ökat Tjudrade-Simning Maximal protokoll för Cardiorespiratory Bedömning av simmare
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