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JoVE Journal Biochemistry
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Biochemistry

Un protocollo massimo tethered-swimming rapidamente incrementato per la valutazione cardiorespiratoria dei nuotatori

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

A differenza della misurazione durante il nuoto libero, che presenta sfide e limitazioni intrinseche, la determinazione di importanti parametri di funzione cardiorespiratoria per i nuotatori può essere effettuata utilizzando un più fattibile e più facile da somministrare il nuoto legato protocollo in rapida incremento con lo scambio di gas e la raccolta dei dati di ventilazione.

Abstract

Il test di esercizio incrementale è il mezzo standard per valutare la capacità cardiorespiratoria degli atleti di resistenza. Mentre il tasso massimo di consumo di ossigeno è tipicamente utilizzato come la misura del criterio a questo proposito, due punti di interruzione metabolici che riflettono i cambiamenti nella dinamica della produzione / consumo di lattato come il tasso di lavoro è aumentato sono forse più rilevanti per gli atleti di resistenza da un punto di vista funzionale. L'economia dell'esercizio fisico, che rappresenta il tasso di consumo di ossigeno rispetto alle prestazioni del lavoro submassimo, è anche un parametro importante da misurare per la valutazione della resistenza-atleta. I test incrementali di rampa che comprendono un aumento graduale ma rapido della velocità di lavoro fino al raggiungimento del limite di tolleranza di esercizio sono utili per determinare questi parametri. Questo tipo di test viene in genere eseguito su un ergometro di ciclo o tapis roulant perché è necessaria una precisione per quanto riguarda l'incremento della velocità di lavoro. Tuttavia, gli atleti devono essere testati durante l'esecuzione della modalità di esercizio necessaria per il loro sport. Di conseguenza, i nuotatori sono in genere valutati durante i test incrementali di free-swimming in cui tale precisione è difficile da raggiungere. Recentemente abbiamo suggerito che il nuoto stazionario contro un carico che viene progressivamente aumentato (nuoto legato incrementale) può servire come un "ergometro di nuoto" consentendo una precisione sufficiente per ospitare un modello di carico graduale ma rapido che rivela i punti di interruzione metabolici di cui sopra ed economia dell'esercizio. Tuttavia, il grado in cui il picco di consumo di ossigeno raggiunto durante tale protocollo si avvicina il tasso massimo che viene misurato durante il nuoto libero rimane da determinare. Nel presente articolo, spieghiamo come questo protocollo di nuoto legato rapidamente incrementato possa essere impiegato per valutare la capacità cardiorespiratoria di un nuotatore. In particolare, spieghiamo come la valutazione di un nuotatore competitivo a breve distanza utilizzando questo protocollo ha rivelato che il suo tasso di assorbimento di ossigeno è stato di 30,3 e 34,8 mL - min-1kg-1BM alla sua soglia di scambio di gas e punto di compensazione respiratoria, rispettivamente.

Introduction

Un test di esercizio che comporta un aumento incrementale del tasso di lavoro (WR) dal basso al massimo (cioè, test di esercizio incrementale; INC) fornisce il metodo gold standard di valutazione cardiorespiratoria per gli atleti di resistenza. Oltre al WR più alto che l'atleta può raggiungere(piccoWR), INC consente anche di determinare il più alto tasso al quale l'individuo può consumare ossigeno (O2) per quella forma di esercizio (V-O2peak) se i dati di scambio di gas e ventilatorio vengono raccolti durante il test1. Il2peak rappresenta la misura del criterio della forma cardiorespiratoria. Inoltre, l'analisi dei dati di scambio di gas e di ventilazione raccolti come WR è aumentata fornisce un modo non invasivo per identificare il punto in cui la concentrazione di lattato di sangue (sangue [lattato]) aumenta al di sopra del valore di base (soglia di lattazione) e il punto in cui inizia ad accumularsi ad un ritmo accelerato (punto di cambio lattate)2. Questi punti di interruzione metabolici sono stimati determinando la soglia di cambio di gas (GET) e il punto di compensazione respiratoria (RCP), rispettivamente3. È importante sottolineare che il GET fornisce una stima robusta del punto in cui il sangue [lattato] inizialmente aumenta, mentre l'"iperventilazione" che caratterizza RCP è un fenomeno più complesso che può essere avviato da input afferente diverso dalla chemoreception di per sé. Di conseguenza, le conclusioni basate sull'identificazione di RCP dovrebbero essere fatte con cautela.

Quando l'esercizio viene mantenuto a un ritmo costante di lavoro (CWR), ci sono profili di risposta fisiologica notevolmente diversi in base al "dominio di intensità dell'esercizio" all'interno del quale il WR cade4,5. In particolare, il raggiungimento di uno "stato stabile]e di un "lattato] è rapido nel dominio moderato, ritardato nel dominio pesante e irraggiungibile nel dominio grave4,5. È ben noto che la velocità con cui O2 può essere consumata a GET durante l'INC (V .O2GET) serve come tasso metabolico che separa il moderato dal dominio pesante durante CWR3,6. Anche se controverse, una serie di osservazioni recenti indicano un'equivalenza simile tra il tasso al quale O2 può essere consumato presso rcP (V-O2RCP) e la separazione pesante/grave7,8,9,10. L'identificazione dei dati raccolti durante l'INC potrebbe quindi essere utile per prescrivere regimi di allenamento specifici per il dominio per gli atleti di resistenza attraverso il tassometabolico con l'avvertenza che allineare un tassometabolico a un tasso di lavoro specifico è più complesso del semplice fatto in base al rapporto del tasso di lavoro V -O2derivato dal test incrementale8,11.

Quando è stato inizialmente esplorato il concetto di test per determinare il V -O2max, i ricercatori hanno fatto eseguire adescrittori di corsa in pista fino al limite della tolleranza all'esercizio fisico (Tlim)ad aumentare la velocità in giorni separati1. La ricerca è stata condotta che ha confermato che il V-O2max può essere determinato anche da simili bout eseguiti a Tlim lo stesso giorno con periodi di riposo intervallati12. Alla fine, è stato dimostrato che un protocollo continuo con WR è aumentato in modo incrementale a intervalli di tempo specifici (ad esempio, ogni 3 min) ha rivelato lo stesso V-O2peak come i test discontinui13. Di conseguenza, questi "test di esercizio graduati" sono diventati lo standard per determinare questa misura del criterio di fitness cardiorespiratorio. Tuttavia, nel 1981, Whipp e colleghi hanno pubblicato ricerche che indicavano che, ai fini della misurazione di V-O2max, l'INC potrebbe essere eseguita interamente nello stato non stabile; cioè, con WR che aumenta continuamente come "funzione liscia del tempo" (RAMP-INC)14. A differenza di INC con fasi estese e aumenti di WR relativamente grandi per fase, l'aumento graduale durante RAMP-INC assicura che la "regione di buffering isocapnico" che separa GET e RCP sia chiaramente definita15. Inoltre, proprio come l'INC con le fasi, ramp-INC può essere utilizzato per valutare "esercizio economico" (cioè, il V-O2 richiesto per dato WR); tuttavia, a differenza dell'INC con le fasi, in questo caso, è l'inverso di "efficienza delta" (cioè, la pendenza della relazione V-O2-WR) che viene utilizzata a questo scopo11 tenendo conto del fatto che a causa della complessità della risposta V-O2 alle velocità di lavoro in tutto lo spettro di intensità, questo parametro non sarà una caratteristica immutabile dell'INC di per sé (ad esempio, RAMP-INC avviato da diversi tassi di base o caratterizzato da diverse pendenze di rampa) o Esercizio CWR 16.

Per i test di fitness generali, INC è di solito eseguita su un ergometro di gamba o tapis roulant perché queste modalità sono più disponibili e il ciclismo delle gambe e camminare / corsa sono familiari alla persona media. Inoltre, la somministrazione di RAMP-INC richiede la capacità di aumentare il WR continuamente in piccoli incrementi (ad esempio, 1 W ogni 2 s); quindi, un ergometro (tipicamente leg cycling) è più adatto per questo tipo di test. Tuttavia, la valutazione degli atleti è più complessa perché gli atleti devono essere testati durante l'esecuzione della modalità specifica di esercizio richiesto per il loro sport. Per i ciclisti e gli individui che partecipano a sport che coinvolgono la corsa, questo non è problematico a causa dell'accessibilità e dell'applicabilità delle suddette macchine di prova. Al contrario, il test ecologicamente valido con lo scambio di gas e la raccolta dei dati di ventilazione e l'incremento graduale del WR richiesto per RAMP-INC è più impegnativo quando si valutano gli atleti acquatici.

Prima dell'avvento dei sistemi di raccolta automatizzati, la valutazione dello scambio di gas dei nuotatori veniva spesso eseguita utilizzando la raccolta Douglas-bag a seguito di una nuotata massima17. Una volta sviluppati i sistemi automatizzati, la collezione "in tempo reale" ha avuto luogo, ma non in condizioni di "nuoto reale" (ad esempio, mentre i nuotatori nuotavano in un flume che controllava WR)17. Purtroppo, il primo metodo ha limitazioni intrinseche dovute alle ipotesi di "estrapolazione all'indietro" mentre il secondo solleva preoccupazioni circa il grado in cui il nuoto flume cambia tecnica17. Lo stato attuale dell'arte prevede l'uso di sistemi di raccolta respiro per respiro portatili che si muovono con il nuotatore lungo la piscina durante il nuoto libero17. Mentre questo tipo di misurazione migliora la validità ecologica, l'incremento graduale del WR è impegnativo. Infatti, inC durante il nuoto libero in genere comporta intervalli di distanza impostata (ad esempio, 200 m) a velocità progressivamente crescente14,15. Ciò significa che un test è costituito da fasi lunghe con grandi incrementi di WR diseguali. Non sorprende quindi che solo un singolo punto di interruzione metabolico (tipicamente chiamato "soglia anaerobica") sia segnalato dai ricercatori che impiegano questo test18,19. Al contrario, abbiamo recentemente dimostrato che sia V'O2GET che V'O2RCP possono essere determinati dai dati raccolti mentre i nuotatori eseguivano il nuoto fermo in una piscina contro un carico che è stato aumentato gradualmente e rapidamente (cioè, il nuoto incrementale con tethered)20. Mentre il modello di respirazione unico che è presente durante il nuoto potrebbe rendere i punti di interruzione di cui sopra più difficile da identificare rispetto alle modalità tipiche di valutazione (osservazione personale), riteniamo che questo metodo di test potrebbe essere adatto come un "ergometro nuotatore" che può essere utilizzato per la valutazione cardiorespiratoria dei nuotatori in un modo simile a come un ciclo stazionario viene utilizzato per i ciclisti. Infatti, abbiamo dimostrato che il V'O2GET, il V'O2RCP e l'economia degli esercizi (come indicato dalla pendenza del carico V-O2)possono essere tutti determinati dal protocollo di nuoto con incremento rapido descritto al di sotto di20.

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Protocol

I partecipanti allo studio da cui sono stati estratti i dati rappresentativi-soggetti presentati di seguito20 (n n n. 11) sono stati tenuti a dare il loro consenso informato scritto prima dell'avvio dei test dopo le procedure sperimentali, erano stati spiegati i rischi associati e i potenziali benefici della partecipazione. La prima visita comprendeva una sessione di familiarizzazione durante la quale i nuotatori sono stati introdotti al concetto di nuoto legato e le tecniche di misurazione che sarebbero state in vigore durante i test effettivi. Durante la seconda visita è stato eseguito un test di nuoto a tutto tondo e la terza visita è stato eseguito il protocollo di nuoto legato rapidamente incrementato. Entrambi i test sono stati effettuati in una piscina semi-olimpionica (25 m) con temperatura dell'acqua a 28 gradi centigradi.

1. Preparazione del nuotatore

  1. Indicare al nuotatore di evitare un esercizio faticoso per 24 h prima di ogni sessione di test.
  2. Istruire il nuotatore di arrivare alla piscina in uno stato riposato e completamente idratato al posto di 3 h.
  3. Istruire il nuotatore ad astenersi dall'ingerire di bevande stimolanti e alcol per 24 h prima di ogni test.

2. Test di nuoto legato all-out

  1. Preparare la cella di carico 500 kg che verrà utilizzata per misurare la forza più alta che il nuotatore può esercitare durante due prove che comprendono 30 s di nuoto a tutto campo21.
    1. Aprire il programma N2000PRO Software (Power Din Pro - CEFISE) sul computer.
    2. Aprire il menu Guida per verificare il collegamento di comunicazione tra il computer e l'analizzatore delle celle di carico.
      1. Osservare un segnale verde che indica che la connessione all'interfaccia RS232 è ben stabilita.
      2. Impostare il conto alla rovescia per avviare il test a seconda delle circostanze.
      3. Impostare la durata del campionamento. Impostare l'intervallo di riposo. Impostare i fotogrammi al secondo a 100 Hz.
      4. Impostare l'unità di misura della forza su N o kg a seconda delle preferenze personali. Impostare il tempo di acquisizione in millisecondi.
    3. Calibrare la cella di carico22 con carichi da 0 e 10 kg con il nuotatore piscina esterna.
    4. Collegare una cella di carico al blocco di partenza tramite la barra di ferro appiattita a forma di L progettata da CEFISE specificamente per le misurazioni legate del nuoto.
    5. Fissare un'estremità della corda anelastica alla cella di carico e l'altra estremità al nuotatore per mezzo della cintura su misura (CEFISE), che ha corde attaccate a entrambi i fianchi in modo che il calcio delle gambe non interferisca con la misurazione della forza.
  2. Preparare il nuotatore per le prestazioni del test a due prove.
    1. Fornire istruzioni al nuotatore per quanto riguarda le prestazioni corrette del nuoto all-out front-crawl (ad esempio, evitare che la testa e il tronco si alzono mentre nuotano il più rapidamente possibile, concentrarsi sul calcio ad un tasso massimo oltre al massimo accarezzamento, ecc.).
    2. Istruire il nuotatore a eseguire lo stiramento e oscillazioni braccio / gamba a bordo piscina in preparazione.
    3. Istruire il nuotatore a entrare in piscina ed eseguire un protocollo di riscaldamento standard composto da nuoto front-crawl per 800 m ad un'intensità di luce con attenzione per evitare di generare effetti persistenti che potrebbero influenzare i risultati del test.
    4. Lasciare che il nuotatore esca dalla piscina e si riposino a bordo piscina per 10 min.
    5. Fissare la cintura intorno alla vita del nuotatore. Fissare l'estremità libera della corda anelastica alla cintura.
    6. Determinare il carico necessario per mantenere il corpo del nuotatore orizzontalmente con una quantità minima di tensione sul sistema di misurazione(basedi carico).
    7. Segnalare al nuotatore di iniziare la prova #1 del test.
  3. Monitorare il nuotatore durante le prestazioni del test.
    1. Fornire incoraggiamento verbale al nuotatore durante il test di 30 s.
    2. Segnalare al nuotatore di terminare il test. Staccare il nuotatore dalla corda anelastica.
    3. Istruire il nuotatore a eseguire un protocollo di raffreddamento standard composto da nuoto front-crawl ad un'intensità di luce.
    4. Lasciare riposare il nuotatore per 30 min a bordo piscina.
    5. Riattaccare il nuotatore alla corda anelastica.
    6. Segnalare al nuotatore di iniziare la prova #2 del test che è identico a Trial #1 (30 s di nuoto all-out).
    7. Segnalare al nuotatore di terminare il test.
    8. Istruire il nuotatore a eseguire un protocollo di raffreddamento standard composto da nuoto front-crawl ad un'intensità di luce.
    9. Consentire al nuotatore di uscire dalla piscina.
  4. Analizzare i dati raccolti durante il test a due prove.
    1. Applicare il processo di levigatura ai dati utilizzando il pacchetto software N2000PRO23.
    2. Calcolare i picchi del segnale onda-frequenza dalla curva sinusoidale tempo di forza (gamma, sinusoio 80-100) sopra labase di carico per le prove #1 e 2.
    3. Definire i picchi medi del segnale di frequenza d'onda in fase di forza nei primi 5 s e interi 30 s, rispettivamente, come la forza di picco(piccoF ) e la forza media (Favg) per ogni prova.
    4. Utilizzare i valori più alti per ilpicco F e Favg per ulteriori calcoli.

3. Test di nuoto legato incrementale

  1. Calcolare i carichi che verranno utilizzati per resistere allo spostamento in avanti del nuotatore durante il test incrementale.
    1. Calcolare il carico iniziale come 30% della Favg sopra labasedi carico .
    2. Calcolare gli incrementi da applicare per fase di 60 s come 5% di Favg sopra labasedi carico .
  2. Preparare l'unità metabolica portatile automatizzata per la raccolta dei dati.
    1. Aprire il software dell'unità.
    2. Verificare il collegamento di comunicazione tra il computer e l'unità metabolica portatile automatizzata.
    3. Accendere l'unità e lasciare riscaldare per 45 min. Assicurarsi che le batterie siano completamente cariche.
    4. Eseguire la calibrazione dell'unità per l'aria ambientale24.
    5. Eseguire la calibrazione dell'unità per il riferimento O2 (16%), CO2 (5%) e N (saldo) concentrazioni24.
    6. Eseguire la calibrazione del ritardo del tempo della maschera24.
    7. Eseguire la calibrazione della turbina con siringa da 3 L24.
    8. Immettere i dati dell'oggetto, la temperatura ambiente e l'umidità.
  3. Preparare il nuotatore per le prestazioni del test incrementale.
    1. Installare una maschera per il viso e uno snorkeling sul nuotatore.
    2. Istruire il nuotatore a riposare a bordo piscina per 10 min per raccogliere "baseline" dati di scambio di gas e ventilatori.
    3. Istruire il nuotatore a entrare in piscina ed eseguire un protocollo di riscaldamento standard composto da nuoto front-crawl ad un'intensità di luce.
    4. Fissare una cintura intorno alla vita del nuotatore. Fissare una corda anelastica alla cintura con l'altra estremità della corda attaccata al sistema di carico.
    5. Istruire il nuotatore che una volta che il test inizia a utilizzare i due marcatori sul fondo della piscina per i punti di riferimento, che permettono loro di mantenere una posizione relativamente fissa (ad esempio, 1 m dalla posizione desiderata).
    6. Segnalare al nuotatore di iniziare il test.
  4. Monitorare il nuotatore durante le prestazioni del test incrementale.
    NOTA: Un assistente di ricerca esperto nel monitoraggio di questo tipo di test dovrebbe tenere l'unità di analisi del gas a bordo piscina che è consapevole di farlo senza ostacolare lo spostamento del nuotatore e/o elevare la testa del nuotatore.
    1. Aumentare il carico durante la cronometratizzazione dei 60 s stadi.
    2. Terminare il test e registrare il tempo per limitare la tolleranza di esercizio quando il nuotatore non è più in grado di mantenere la posizione necessaria nonostante il forte incoraggiamento verbale da parte dei tester.
    3. Utilizzare il tempo per limitare la tolleranza di esercizio per calcolare le fasi completate.
    4. Registrare i carichi per ogni fase e il carico di picco.
    5. Staccare il nuotatore dalla corda anelastica.
    6. Istruire il nuotatore a eseguire un protocollo di raffreddamento standard composto da nuoto front-crawl ad un'intensità da bassa a moderata.
    7. Lasciare che il nuotatore esca dalla piscina.
  5. Analizzare i dati raccolti durante il test incrementale.
    1. Dati fluidi di scambio di gas respiro dopo il respiro che sono stati raccolti prima e durante il test utilizzando il programma software dell'unità.
    2. Esportare i dati di scambio di gas in medie di bidoni consecutivi 9 s.
    3. Eseguire la media rotante di tre punti su medie di bidoni da 9 s consecutive per V .O2.
    4. Registrare il valore di media rolling di tre punti più alto come il V-O2peak.
    5. Utilizzando il valore finale della media mobile a tre punti per ogni fase completata, calcolare la relazione di carico V-O2tramite regressione lineare. Escludere i dati dalle fasi finali del test se sembra essere presente un altopiano di V-O2 (ispezione visiva).
    6. Utilizzando medie di bin consecutive 9s, determinare V
      1. Determinare il primo aumento sproporzionato del tasso di produzione di CO2 (V-CO2) rispetto a v.O2.
      2. Determinare l'aumento del rapporto tra il tasso di ventilazione scaduto (VeE) e il valore di V-O2, senza alcun aumento del rapporto tra V eE e V.CO2.
      3. Determinare l'aumento della tensione di O2 fine marea senza alcuncalo nella tensione di CO 2 end-tidal.
    7. Utilizzando medie di bin consecutive a 9 s, determinare V.O2RCP.
      1. Determinare il primo aumento sproporzionato di V.E rispetto a V .CO2.
      2. Determinare la diminuzione del CO 2 di marea fine.
    8. Express V'O2peak, V'O2GET, V, O2RCP e V,2-load pendenza sia in termini assoluti (L ,min-1) che relativi (alla massa corporea; mL-min -1-kg-1).
    9. Esprimere Vo2GET e V ,O2RCP in termini relativi come percentuale di V-O2peak.

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Representative Results

I dati presentati nella tabella 1 e illustrati nella figura 1-4 rappresentano i profili di risposta osservati per un nuotatore maschio (età, 24 anni). Al momento della raccolta dei dati, il nuotatore si allenava per il nuoto agonistico da 7 anni. La sua specialità erano gli eventi freestyle a breve distanza (cioè 50 m e 100 m).

Il carico iniziale sull'INC è stato fissato ad un carico che ha superato quello richiesto per questo nuotatore per mantenere l'allineamento del corpo prima dell'inizio della nuotata all-out(baseF) del 30% della differenza tra la forza media misurata durante la nuotata all-out e labase F .F. Per questo nuotatore, quel carico era di 4,17 kg. Il carico è stato quindi aumentato di 0,7 kg per ogni stadio di 60 s (Figura 1). Il limite di tolleranza di esercizio per questo nuotatore si è verificato a 576 s (fase 10).

Quando i dati respiro per respiro V-O2 raccolti durante la linea di base e le parti di esercizio dell'INC sono stati mediati in bidoni consecutivi da 9 s, la media di rotolamento a tre punti più alta è stata di 3,44 L-min-1 (40,6 ml -min-1kg-1BM) (Figura 2) e la pendenza di carico di V -O2era di 261 ml .min-1kg-1 (3,1 ml ì min-1kg-1BM-1 ) ( Figura3). L'identificazione di GET e RCP è stata effettuata per consenso da parte di un gruppo di revisori indipendenti esperti nel fare queste determinazioni da un gruppo di misurazioni. Essendo che GET rappresenta il punto durante l'INC in cui i cambiamenti di ventilazione a causa dell'acidosi metabolica e l'aumento di V-CO2 che si verifica conseguente al suo buffering (cioè, il passaggio della "soglia lattata"), può essere identificato da un aumento del rapporto sia tra V-CO2 che perV. Tuttavia, per i dati raccolti durante l'INC con sufficiente sensibilità, questa variazione nel profilo di risposta allo scambio di gas e alla ventilazione non sarà accompagnata da un calo della CO2 di end-tidal, perché l'aumento di V-CO2 eV-E sarà in proporzione. Di conseguenza, la pressione parziale della CO2 nel sangue arterioso (PaCO2) rimarrà costante (cioè, buffering isocapnico; iso , stesso, capnic , CO2) (Figura 4). Infatti, durante l'INC rapido-incrementale, il declino del PaCO2 e del CO2 di fine marea che caratterizza la "compensazione respiratoria" in risposta all'acidosi metabolica non si verificherà per 2 ulteriori min durante i quali il tasso di lavoro (e metabolico) continua ad aumentare (Figura 4)12. Per questo nuotatore, i tassi metabolici che caratterizzano questi distinti cambiamenti nello scambio di gas e nella risposta al ventilatore spinti dall'aumento del contributo della "via anaerobica" alla domanda di energia si sono verificati rispettivamente al 75% e all'86% delpiccodi V-O2(tabella 1).

Figure 1
Figura 1: Rappresentazione schematica del test di nuoto legato rapidamente incrementato che può essere utilizzato per determinare importanti parametri di fitness cardiorespiratorio per i nuotatori. Il profilo di carico e il tempo per limitare la tolleranza di esercizio che sono raffigurati sono per un soggetto rappresentativo, un nuotatore di 24 anni che compete in eventi a breve distanza. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Risposta di assorbimento polmonare O2 durante la prova di nuoto con incremento rapido eseguita dal soggetto rappresentativo. La linea tratteggiata verticale rappresenta il punto in cui è iniziato l'incremento del carico. I cerchi rossi rappresentano il più alto tasso di media di rotolamento a tre punti di assorbimento di O2 misurato durante il test. Abbiamo definito quel valore come il V-O2peak di questo nuotatore per questa forma di esercizio incrementale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Le coordinate di carico V-O2per il soggetto rappresentativo per ogni fase completata della prova di nuoto con incremento rapido. L'analisi di regressione lineare è stata utilizzata per ricavare la linea di adattamento migliore che viene raffigurata. La pendenza di questa linea viene utilizzata come misura dell'economia dell'esercizio fisico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Scambio di gas e risposte di ventilazione per il soggetto rappresentativo durante la prova di nuoto legato rapidamente incrementata. Da sinistra a destra, le linee tratteggiate verticali sono allineate rispettivamente alla soglia di scambio del gas e al punto di compensazione respiratoria. Le linee tratteggiate orizzontali sono posizionate in corrispondenza del nadir (primi tre grafici) o dell'apice (grafico inferiore) dei punti dati. Vedere il testo per informazioni dettagliate su come questi punti di interruzione metabolici sono stati determinati dall'ispezione visiva. Con una leggera modifica, questa cifra è stata ristampata con il permesso degli editori originali20. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Massa corporea (kg) 84.7
Statura (cm) 184
Tempo per limitare la tolleranza di esercizio (s) 576
Fasi completate 9.6
Carico di picco (kg) 10.5
Il2picco (Lì min-1) 3.44
V'O2peak (mL -min-1kg-1BM) 40.6
V'O2GET (L'min-1) 2.57
(mL -min-1kg-1BM) 30.3
(% V-O2picco) 75
(L' -1) 2.95
(mL -min-1kg-1BM) 34.8
(% V-O2picco) 86
Pendiiva per il carico di Vo2(mL -min-1kg-1) 261
Pendica a carico(mL-min-1kg-1BM-kg -1) 3.1

Tabella 1: Parametri cardiorespiratori per il soggetto rappresentativo misurati durante il test di nuoto in rapida incremento.

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Discussion

Una sfida di esercizio che comporta un aumento incrementale di WR fino a quando Tlim è un protocollo di test standard per la valutazione degli atleti di resistenza. Quando un test di questo tipo viene eseguito con incremento graduale, ma rapido, è particolarmente utile perché, oltre al V-O2max, lo scambio di gas e i dati di ventilazione raccolti durante il test possono essere utilizzati per distinguere la regione delimitata da GET e RCP dove l'acidosi è presente, ma la pressione arteriosa parziale di CO2 (PaCO2) è mantenuta14,15. I tassi metabolici che servono come inferiori3,6 e superiore7,8,9,10 confini di questa regione approssimano quelli che dividano il dominio ad alta intensità durante CWR.

In generale, il parametro primario di interesse derivato dalla valutazione degli atleti di resistenza con INC è il V-O2max, che viene utilizzato per monitorare il livello di fitness cardiorespiratorio dell'atleta. Inoltre, il V-O2max è spesso usato come un modo per assegnare l'esercizio WR quando si prescrivono programmi di allenamento (cioè WR specificati come percentuale di V-O2max). Tuttavia, un corpo crescente di ricerca conferma che lo scambio di gas polmonare (e, per estensione, metabolico muscolare) risposta ad un aumento lineare di WR non è lineare e, soprattutto, le caratteristiche di questa non linearità variano per individui diversi (e per lo stesso individuo a diversi livelli di condizionamento)11. La normalizzazione dell'intensità dell'esercizio in base a V -O2max è quindi difettosa perché non garantisce un livello simile di "ceppo metabolico" per diversi individui11,26,27. Al contrario, la normalizzazione dell'intensità in relazione ai domini di intensità che riflettono la non linearità attraverso lo spettro di intensità assicura che si incontri una sfida metabolica simile. A differenza del V -O2max, sono, quindi, i tassi metabolici che legavano i domini di intensità dell'esercizio che sono importanti da considerare quando l'obiettivo è quello di prescrivere l'allenamento di resistenza in modo coerente.

Durante il CWR, i tassi metabolici situati al di sotto del periodo di intensità moderatacomprende il dominio a intensità moderata in cui è possibile raggiungere rapidamente uno stato stabile di V-O2, la perturbazione metabolica muscolare è minima e l'esercizio fisico è sostenibile per un periodo prolungato (ad esempio, 4 h)4,5. All'interno di questo dominio, l'esaurimento del muscolo [glicogeno] e la compromissione in esitabilità /trasmissione neuromuscolare sono stati recentemente implicati come motivi per raggiungere Tlim5. Per i tassi metabolici al di sopra di V -O2GET, ma al di sotto di quello che è stato definito il "tasso metabolico critico", è anche possibile un costante stato V-O2; tuttavia, in questo caso, il raggiungimento è ritardato dalla presenza di un componente lento di V-O2 che aumenta il costo del lavoro di V-O2 al di sopra di quello che sarebbe previsto dall'estrapolazione lineare delcosto dell'esercizio nel dominio a intensità moderata28. Durante l'esercizio all'interno di questo dominio, la perturbazione metabolica muscolare (ad esempio, la diminuzione [phosphocreatine], [ATP], [glicogeno] e il pH; aumento [lattato]) è maggiore e Tlim è notevolmente ridotto (ad esempio, 45 minuti)5 . Durante il CWR è presente anche un componente lento di V-O2 che richiede tassi metabolici superiori al tasso metabolico critico (cioè, all'interno del dominio di grave intensità); tuttavia, in questo caso, non è possibile raggiungere uno stato stabile, dato che il V-O2 aumenta inesorabilmente, che il V-O2picco interviene (se l'esercizio è sostenuto per un periodo di tempo sufficientemente lungo), un livello critico di esaurimento del substrato e/o accumulo di metaboliti e la Tlim è imminente in un periodo di tempo relativamente breve (ad esempio, 2-14 min a seconda del tasso di lavoro)5.

Per quanto riguarda l'allenamento di resistenza per gli atleti, è ben accettato sia in teoria che in pratica che il tempo dovrebbe essere dedicato all'esercizio in ciascuno dei domini di intensità in modo che gli adattamenti positivi esclusivi al lavoro eseguito in ciascuno possano essere ottenuti28. Ad esempio, una settimana tipica per un atleta di resistenza potrebbe includere un facile allenamento nel dominio moderato, un allenamento costante nel dominio pesante e l'allenamento di tempo e intervallo nel dominio grave29. Per quanto riguarda l'esercizio di prescrizione in modo specifico per il dominio, il riconoscimento che V'O2GET separa il dominio moderato da quello pesante è ben accettato3,6; quindi, l'esercizio a intensità moderata può essere prescritto in modo normalizzato come percentuale di V ,O2GET come misurato su un RAMP-INC in rapido incremento. In alternativa, esiste una controversia per quanto riguarda il tasso metabolico critico che stabilisce il confine pesante/grave. Tradizionalmente, la determinazione della massima velocità o potenza che non causa un aumento di sangue [lattato] di > 1 mmols - L-1 tra 10 e 30 min durante una serie di bout CWR (cioè, lo "massimo lattato stato costante;" MLSS) è stato utilizzato a questo scopo30,31. Tuttavia, quando le misurazioni effettive di Tlim vengono effettuate spendendo la capacità finita di lavorare nel dominio grave (W') durante una serie di bout CWR o un singolo incontro all-out, è stato recentemente suggerito che la "potenza critica" (CP) così rivelata (cioè l'asintote dell'iperboledi potenza-T per il precedente protocollo di prova o la potenza di test finale per quest'ultimo) può essere maggiore dell'uscita di potenza indicata dalla valutazione MLSS32,33,34 ,35. Attualmente, è sicuro concludere che, sebbene sia la CP che la MLSS forniscano stime ragionevoli del limite di intensità pesante/grave, ciascuna di queste stime può essere influenzata da una serie di fattori tali che la congruenza tra i due non è sempre presente.

Nel 2017, Keir e altri avevano soggetti eseguire un protocollo di test CP multi-bout e ha scoperto che il tassometabolicoa CP era statisticamente simile alla misurazione derivata da RAMP-INC di V . Gli autori hanno concluso che, oltre al tasso metabolico a CP, V'O2RCP potrebbe fornire un modo alternativo per determinare il tasso metabolico critico che separa il pesante dal dominio grave. Tuttavia, è importante riconoscere che se è presente un accordo, è solo quando i parametri sono espressi come tassi metabolici perché RCP non può essere collegato a un tasso di lavoro specifico36. Inoltre, dato che la compensazione respiratoria può essere guidata sia dall'esercizio WR (cioè dall'intensità) sia dal tempo per cui un SUpra-GET WR è sostenuto, determinare GET e RCP come punti di interruzione distinti (al contrario di una singola "soglia anaerobica" che fonde efficacemente i due) richiede INC con incremento relativamente rapido20. La chiara delineazione tra i due punti di interruzione per i dati del soggetto rappresentativo che abbiamo presentato (vedi Figura 4) verifica che la prova di nuoto con incremento rapido che stiamo avanzando soddisfi questo criterio.

Oltre ai valori discreti per V'O2GET e V'O2RCP, abbiamo dimostrato che una prova di nuoto legato rapidamente incrementata può essere utilizzata con sufficienti avvertimenti (vedere sopra come questo valore sarà specifico per un determinato protocollo RAMP-INC e non necessariamente indicativo della risposta che sarà presente durante l'esercizio CWR) per determinare l'economia di esercizio dell'atleta come indicato dalla pendenza di carico v.O2durante il test20. Questo è un attributo importante da valutare perché gli atleti che sono più economici sono avvantaggiati durante le prestazioni di resistenza. Ad esempio, studi trasversali indicano che gli atleti allenati possiedono una migliore economia di esercizio37 mentre gli studi longitudinali confermano che l'economia dell'esercizio miglioradall'allenamento 38. Di conseguenza, derivare questo parametro per i nuotatori da un test di nuoto con incremento rapido potrebbe essere utile sia per prevedere il potenziale atletico prima dell'allenamento che per il monitoraggio dei cambiamenti che si verificano come risultato di esso. Tuttavia, oltre al riconoscimento della specificità di questo parametro per RAMP-INC (vedi sopra), è importante riconoscere che solo i dati della parte lineare della risposta V-O2 dovrebbero essere utilizzati a questo scopo. Al contrario, tutti i dati che riflettono un ritardo iniziale nella rispostaV-O 2 (il "tempo di risposta medio") e/o un altopiano di V-O2 che precede Tlim dovrebbe essere escluso dall'impedimento.

Un importante avvertimento alla nostra tezione che il tethered-swimming test che abbiamo descritto può servire come un "ergometro di nuoto" per misurare i parametri cardiorespiratori che sono rilevanti per il nuoto libero è che il grado in cui la metodologia legato altera tecnica sufficientemente per dissociare i due richiede un ulteriore chiarimento. Ad esempio, quando si dichiara il più alto V-O2 misurato durante il test16, siamo reticenti a riferirlo come il V -O2max perché non abbiamo avuto nuotatori eseguire anche un INC free-swimming nel nostro studio20. Di conseguenza, non possiamo confermare che il V-O2peak durante la prova di tethered è simile a quello che viene misurato utilizzando un protocollo di nuoto libero. Sebbene sia stata stabilita una correlazione tra i due valori39,40,41, una precedente ricerca che ha confrontato i due ha restituito risultati equivoci. Ad esempio, Bonen et al. hanno segnalato valori di2picco per il nuoto libero e legato che erano simili e all'interno della gamma di variazione prevista per la misurazione ripetuta di V .O2max40, mentre Magel e Faulkner hanno trovato un valore inferiore per il nuoto libero rispetto al nuoto libero41. Il motivo/i di questi risultati disparati non è/sono chiari, ma potrebbe riflettere il fatto che la fatica muscolare locale e/o il disagio di ventilazione sono intervenuti prima che fosse stato raggiunto il V -O2max per i nuotatori che non erano abituati al nuoto legato nel secondo studio42. Indipendentemente da questa distinzione, la ricerca futura dovrebbe essere progettata per confrontare i valori di2picco per il nuoto legato e libero sia durante l'INC che gli attacchi CWR di forte intensità sovramaxima a Tlim che vengono utilizzati per confermare che un V-O2peak misurato durante l'INC è infatti il massimo V-O2 che può essere raggiunto (cioè, "verifiche bouts")42. Allo stesso modo, nel corso dell'intero test, è possibile che l'applicazione del carico in modo incrementale possa portare a diverse "strategie adattive" da parte dei nuotatori in risposta all'aumento di intensità rispetto all'aumento della velocità durante il libero nuoto. Ad esempio, il carico potrebbe raggiungere un livello superiore al quale sono necessari cambiamenti biomeccanici che sono diversi da quelli che consentirebbero un modello di corsa più rapido come velocità è aumentata durante il nuoto libero. Ciò potrebbe influenzare la pendenza V-O2-WR e/o la stima della V.O2GET e di V-O2RCP. Ulteriori ricerche che confrontano le tethered con il nuoto libero sono necessarie per fornire informazioni a questo proposito.

A differenza degli aumenti di velocità utilizzati per incrementare il WR durante i test INC a nuoto libero, abbiamo dimostrato che gli aumenti di carico impiegati per il nuoto legato consentono un aumento graduale, ma rapido del WR. Di conseguenza, avanziamo questo tipo di test come un "swim ergometer" che può essere utilizzato per determinare V 'O2GET, V 'O2RCP ed economia di esercizio molto simile a un ergometro ciclo viene utilizzato per l'esecuzione di un protocollo rampa liscia14. Abbiamo anche usato questo test per misurare il picco di risposta V -O2; Tuttavia, il modo in cui questo valore si confronta con il V-O2max che viene in genere valutato durante il nuoto libero rimane da risolvere.

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Disclosures

Gli autori non hanno alcuna divulgazione da segnalare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto da CIPER-Foundation for Science and Technology (FCT), Portugal (UID/DTP/00447/2019) e finanziato in parte dal Coordenao de Aperfei-oamento de P essoal de N'vel Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001", e alla Fondazione Ricerca San Paolo - FAPESP (PROCESS 2016/04544-3 e 2016/17735-1). Gli autori desiderano ringraziare Joo Guilherme S. V. de Oliveira per l'assistenza nel campionamento dei dati. Espada riconosce il sostegno finanziario di IPDJ – Istituto Portoghese di Sport e Gioventù.

Materials

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

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