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

Riepilogo

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.

Introduzione

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-O_2peak) se i dati di scambio di gas e ventilatorio vengono raccolti durante il test¹. Il_2peak 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 cade^4,5. 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 grave^4,5. È ben noto che la velocità con cui O₂ può essere consumata a GET durante l'INC (V .O_2GET) serve come tasso metabolico che separa il moderato dal dominio pesante durante CWR^3,6. Anche se controverse, una serie di osservazioni recenti indicano un'equivalenza simile tra il tasso al quale O₂ può essere consumato presso rcP (V-O_2RCP) e la separazione pesante/grave^7,8,9,10. 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 tasso_metabolico con l'avvertenza che allineare un tasso_metabolico a un tasso di lavoro specifico è più complesso del semplice fatto in base al rapporto del tasso di lavoro V -O₂derivato dal test incrementale^8,11.

Quando è stato inizialmente esplorato il concetto di test per determinare il V -O_2max, i ricercatori hanno fatto eseguire adescrittori di corsa in pista fino al limite della tolleranza all'esercizio fisico (T_lim)ad aumentare la velocità in giorni separati¹. La ricerca è stata condotta che ha confermato che il V-O_2max può essere determinato anche da simili bout eseguiti a T_lim 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-O_2peak 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-O_2max, 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 crescente^14,15. 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 test^18,19. Al contrario, abbiamo recentemente dimostrato che sia V'O_2GET che V'O_2RCP 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'O_2GET, il V'O_2RCP 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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Protocollo

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 la_base 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 (F_avg) per ogni prova.
   4. Utilizzare i valori più alti per il_picco F e F_avg 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 F_avg sopra la_basedi carico .
   2. Calcolare gli incrementi da applicare per fase di 60 s come 5% di F_avg sopra la_basedi 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-O_2peak.
   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 (Ve_E) e il valore di V-O_2, senza alcun aumento del rapporto tra V e_E e V.CO_2.
      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.O_2RCP.
      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'O_2peak, V'O_2GET, V, O_2RCP e V,₂-load pendenza sia in termini assoluti (L ,min^-1) che relativi (alla massa corporea; mL^{-min -1}-kg^-1).
   9. Esprimere Vo_2GET e V ,O_2RCP in termini relativi come percentuale di V-O_2peak.

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Risultati

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 ...

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Discussione

Una sfida di esercizio che comporta un aumento incrementale di WR fino a quando T_lim 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-O_2max, 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 parzia...

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Materiali

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