Stanovení pohybové aktivity na základě výsledků zátěžového vyšetření

Souhrn

Tréninkový program KARD byl vytvořen pro dlouhodobé sledování tréninkového procesu závodních sportovců, zájemců o rekreační pohybové aktivity i pohybovou činnost nemocných. Doporučený tréninkový program vychází z výsledků, získaných při bicyklové či chodníkové ergometrii. Analýza zátěžového testu kardiopulmonálního systému umožňuje při opakovaném vyšetření diagnostikovat účinnost tréninkového procesu či rehabilitace. Na základě výsledků testování umožňuje program vybrat metody dlouhodobé pohybové aktivity, které optimálně vyhovují danému jednotlivci. Program stanoví druh, intenzitu, trvání a frekvenci tréninkových jednotek. Lékař může program modifikovat zejména s přihlédnutím ke zdravotnímu stavu oslabených jedinců. Pacient pak na základě výsledků zátěžového testu a doporučení lékaře může provádět doporučené aktivity v domácím prostředí bez přímého dohledu lékaře např. pouze s měřením tepové frekvence.

Klíčová slova:
počítačový program, stanovení fyzické aktivity, zátěžový test, maximální spotřeba kyslíku, anaerobní práh

Úvod

Zátěžové vyšetření přispívá k diagnostice, léčbě a sekundární prevenci nemocí kardiovaskulárních, bronchopulmonálních, metabolických, pohybového systému zvláště tam, kde pohybová aktivita je řazena k prostředkům léčby těchto chorob. Zátěžová funkční diagnostika pak slouží k upřesnění stadia a závažnosti probíhajícího onemocnění, kontrol vývoje onemocnění a účinnosti léčby. Je základem pro odbornou preskripci vhodné pohybové aktivity jako součásti léčby a optimalizaci pohybového režimu. Nefarmakologická opatření patří neodmyslitelně k opatřením, která mohou zabránit kardiovaskulárním příhodám a úmrtím. Každý rizikový nemocný by měl dostat jednoduché, splnitelné, pravdivé a individualizované doporučení změny životního režimu [1].

Základní cíle změny životního stylu:

1. Obezita - postupné snížení hmotnosti o 7‑10 %.
2. Antiaterogenní dieta - snížit příjem tuků, jednoduchých cukrů a soli, zvýšit příjem NEMK (neestrifikovaných mastných kyselin) a vlákniny.
3. Fyzická aktivita - denní pohybová aktivita, dvakrát týdně přiměřené posilovací cvičení.

Před zahájením tréninkového programu zahrnujícího náročnější formy pohybové aktivity se komplexní tělovýchovné lékařské vyšetření vyžaduje zejména:

• a) u mužů starších 40 let,
• b) u žen starších 50 let,
• c) u každého, u nějž se vyskytují rizikové faktory ICHS či metabolického syndromu,
• d) v případě rizikové rodinné anamnézy.

Toto vyšetření se provádí na bicyklovém nebo chodníkovém ergometru a na základě výsledků je pak stanovena pohybová aktivita, což umožňuje v domácím prostředí – bez přítomnosti lékaře provozovat doporučenou tréninkovou aktivitu s minimálním lékařským přístrojovým vybavením (např. pouze měření tepové frekvence Sporttesterem).

Doporučení pohybové aktivity zahrnují [4]:

• a) formu pohybové aktivity (chůze, nordic walking, joging, běh, turistika, cyklistika, běh či chůze na lyžích, plavání, veslování, aerobik aj.,
• b) frekvenci „tréninků“: 3-5x týdně,
• c) trvání tréninků: 20-30 minut,
• d) intenzitu zatížení: dle výsledků zátěžového testu,
• e) posilovací trénink 2-3x týdně na principu „nižší zátěž – více opakování“.

Metody

Pro stanovení vhodné pohybové aktivity v domácí péči bez přímého dohledu lékaře je nejdříve nutné specializované vyšetření v laboratoři funkční diagnostiky, které se provádí následujícím způsobem:

Protokol podle IBP (International biological program): tři zátěže trvající vždy 3 minuty (stupňovaná intenzita), poté každou půlminutu zvyšující se intenzita až do vyčerpání. Tato vyšetření se provádí na bicyklovém nebo chodníkovém ergometru [8]. Při vyšetření se nastavuje zátěž ve W na bicyklovém ergometru, případně rychlost a sklon na chodníkovém ergometru a snímá se tepová frekvence, měří se ventilace, analyzuje se obsah O₂ a CO₂ ve vydechovaném vzduchu, měří se krevní tlak a snímá se EKG. U sportovců se při opakovaném vyšetření někdy snímá pouze tepová frekvence. V případě, kdy se měří tepová frekvence, ventilační parametry a provádí se analýza vydechovaného vzduchu, jde o spiroergo-metrické vyšetření, pokud se měří pouze tepová frekvence, jde o ergometrické vyšetření. Fotografie z průběhu spiroergometrického vyšetření na bicyklovém a ergometrickém vyšetření na chodníkovém ergometru je na Obr. 1 a Obr. 2. Je nutno poznamenat, že všechny měřené parametry (tepová frekvence, ventilace atd.) se měří v tomto případě specielním zařízením KARDIOSPIROX [9], které je vybaveno senzory pro měření výše uvedených parametrů a naměřené hodnoty se pak přenášejí do personálního počítače, kde jsou zpracovány. Pro tyto účely byl vytvořen program KARD, který umožňuje komunikaci s periferním zařízením KARDIOSPIROX a obsahuje programové moduly pro vyhodnocení vyšetření a také modul TRÉNINK pro stanovení pohybové aktivity. Na Obr. 3 je kopie obrazovky počítače s naměřenými a vypočtenými hodnotami.

V okně zátěžových hodnot se klikne na příkaz TRÉNINK a tím se přejde do programu pro stanovení tréninku. Na Obr. 4 je úvodní okno tohoto programu. Z výsledků zátěžového vyšetření se převezme: VO₂max/kg (spotřeba kyslíku na 1 kg), TF_max (maximální tepová frekvence, která byla při vyšetření dosažena), lékařem vybrané řádky zátěžových hodnot a stresový práh (ANP) s odpovídajícími hodnotami (TF, VO₂/kg a VO₂/TF - kyslíkového tepu na úrovni ANP). Program pak vypočte odpovídající hodnoty METS (metabolické ekvivalenty) a k tomu přiřazené kJ.

Dále se zvolí, zda jde o zdravou nebo nemocnou osobu. V případě zdravé osoby se objeví otázky na druh pohybové aktivity, ze kterých je nutno vybrat jednu možnost. V případě rekreačních pohybových aktivit se objeví další otázka: „Chcete dále zlepšovat svoji výkonnost?“. U aktivního sportovce pak ještě otázka, zda jde o vytrvalostní nebo ostatní sporty a pro dolní a horní hodnoty METS je pak možno zobrazit tabulku činností, Obr. 5.

Z předchozího popisu je vidět, že významnou roli zde hraje stanovení stresového (anaerobního) prahu (ANP). V průběhu zátěžového testu je to časový okamžik, kdy nastane rovnováha mezi tvorbou a odbouráváním laktátu. Při dalším zvýšení zátěže již k rostoucí koncentraci laktátu v krvi [10]. Jde o hranici mezi aerobním a anaerobním krytím energetických nároků organizmu. Je to nejvyšší hodnota zátěže, kterou je organizmus dlouhodobě schopen snášet a je v rozmezí 60 až 90 % maxima v závislosti na trénovanosti osoby. V programu KONSIL je určení anaerobního prahu řešeno několika způsoby, nejpřesnější však je způsob založený na odběru několika vzorků kapilární krve v průběhu vyšetření a její rozbor specielním přístrojem (v našem případě analyzátor Accutrend Lactate firmy Roche). Ze zaznamenaných hodnot zátěže a laktátu je pak metodou nejmenších čtverců chyb stanovena exponenciální křivka. Její derivace v počátečním a koncovém bodě pak určuje směrnici 2 přímek v, jejichž průsečíku je pak bod, ze kterého pak se hledá nejbližší bod na exponenciální křivce. Výsledkem je bod na exponenciální křivce, jehož souřadnice udávají hodnotu zátěže a laktátu ve stresovém prahu, viz Obr. 6. Program pak určí tepovou frekvenci odpovídající zátěži při stresovém prahu.

Exponenciální křivka je dána vztahem (1):

Koeficienty c1, c2 a c3 ve vztahu (5) se určují metodou nejmenších čtverců. Je nutno upozornit na to, že ke stanovení ANP touto metodou je třeba alespoň 3 až 4 hodnot.

Výsledky

Na základě výsledků zátěžového vyšetření provedeného v laboratoři se dle vztahu (2) vypočte doporučená tréninková hodnota VO₂.kg^-1tren [v % VO₂max . kg^-1] a dle (3) tréninková tepová frekvence [13]:

Tréninkové hodnoty tepových frekvencí pro různé hodnoty klidových tepových frekvencí a maximálních tepových frekvencí jsou znázorněny na Obr. 7.

Hodnoty dle (1x) a (2x) mohou být korigovány lékařem, který případně upraví automaticky zvolenou tréninkovou zátěž a dosadí VO₂.kg^-1_tren do vztahů pro výpočet tréninkové zátěže pro běh, příp. chůzi. Tréninkové hodnoty pro tyto dvě aktivity jsou určeny dle (4) a (5) [13]:

Průběhy tréninkových hodnot chůze a běhu v závislosti na VO₂/kg je na Obr. 8. Pro hodnoty VO₂/kg menší než 10 ml se v programu zobrazuje pouze rychlost chůze, pro rychlost chůze větší než 7 km/hod se zobrazuje pouze rychlost běhu. Zároveň se v okénku objeví další typy aktivit seřazené vzestupně podle METs. Horní a dolní hodnota METs byla zadána lékařem (viz Obr. 5).

Na základě naměřených zátěžových hodnot a doporučení lékaře, na kolik % svého maximálního aerobního výkonu by měla osoba trénovat, program stanoví:

• Tréninkovou hodnotu VO₂ .kg^-1
• Tréninkovou TF
• Rychlost běhu nebo chůze po rovině
• Nabídne tabulku dalších aktivit

Na Obr. 9 je kopie obrazovky s výsledným doporučením tréninku a tabulkou vhodných aktivit pro zdravou osobu, trénovaného sportovce. Doporučená tréninková tepová frekvence je 157 tep/min. Tyto údaje lze pak vytisknout včetně návodu na protahovací cvičení zkrácených svalových skupin.

V případě, že se neprovádělo spiroergometrické vyšetření, ale pouze se při zátěži měřila tepová frekvence, stanoví se tréninková tepová frekvence TFtren dle vztahu (6):

Stanovení frekvence tréninku u zdravých osob

V případě žádných nebo dosud pouze rekreačních pohybových aktivit program doporučí trénovat alespoň 3krát týdně pokud chce osoba zlepšovat svoji výkonnost. Pokud už trénuje 3krát týdně, tak 4krát týdně atd., ale nejvýše 6krát týdně. V případě, že jde o aktivního sportovce, dá pouze rámcový návod k tréninku, např.: Pro zlepšování vytrvalosti trénovat 2 až 3x týdně na úrovni stresového prahu 15-20 minut, mezi těmito tréninky alespoň 1 den jinou aktivitu. Vše je podrobněji znázorněno v Tab. 1, kde jsou doporučené frekvence tréninku.

Následující text popisuje příklad návrhu tréninku pro zdravého člověka s rekreačními pohybovými aktivitami (nejsou zde uvedeny další možnosti pohybových aktivit z tabulky):

Pro zlepšení Vaší kondice na základě absolvovaného zátěžového testu doporučuji 3x týdně 30 minut jednu z těchto aktivit:

• chůzi 6 km/h
• jízda na kole 16 km/h
• běh 8 km/h
• plavání 2 km/h

Denně 10 minut kompenzační cvičení (protahování zkrácených flexorů kolenního kloubu) a posilování břišních svalů (dle návodu).

Vaše tréninková TF by měla být alespoň 150/min.

Program je však určen i pro nemocné osoby. Postup stanovení pohybové aktivity je následující:

Nemocné osoby

Lékař musí stanovit VO_2max symptomy limitovanou. Program odvodí další parametry:

VO_2max/kg, VO_2max/TF, MET, TF_max - vše symptomy limitované. Dle vztahu (6) pak systém vypočte tréninkovou tepovou frekvenci (místo TF_max program dosadí TF_max symptomy limitovanou), ke které se přiřadí odpovídající údaj horní hodnoty METs. Kardiaka program dále zařadí do skupiny NYHA dle Tab. 2. U nemocného je v systému zabudována ještě pojistka ve formě ANP. Pokud by doporučená aktivita vyšla nad ANP, systém zareaguje a upozorní lékaře na tuto skutečnost větou:

Opravdu chcete stanovit pohybovou aktivitu u tohoto nemocného nad úrovní ANP?

Dolní hodnota METs pro doporučené pohybové aktivity je programem automaticky stanovena jako horní hodnota METs - 10 %, lékař ji však může upravit. Na Obr. 10 je kopie obrazovky s výsledným doporučením tréninku pro kardiaka.

Příklad návrhu pohybové aktivity pro nemocného člověka

Váš zdravotní stav dovoluje zátěž běžného života: práce v domácnosti, chůze, lehčí práce na zahradě (hrabání listí, sekání trávy sekačkou, nikoli však rytí). Pro zlepšení Vaší kondice na základě absolvovaného zátěžového testu doporučuji 3x týdně 30 minut jednu z těchto aktivit:

• chůzi po rovině 5 km/h
• jízdu na kole po rovině 12 km/h
• plavání 1.2 km/h

Denně 15 minut kompenzační cvičení (protahování zkrácených flexorů kolenního kloubu, prsních a zádových svalů) a posilování břišních svalů (dle návodu). Nezadržovat dech!

Vaše tréninková TF by měla být 115/min. Svoji aktivitu ihned přerušte při bolestech na hrudi a dušnosti! I když budete bez potíží, přerušte svoji aktivitu při dosažení TF 140/min.

Při změně Vašeho zdravotního stavu a změně léčby se mohou změnit i doporučení pro pohybovou aktivitu. Konsultujte proto Vašeho lékaře nebo přímo naše pracoviště.

Diskuze

Vztahy pro stanovení pohybových aktivit, matematické vztahy fyziologických závislostí a tabulky aktivit byly získány dlouhodobými testy skupin vybraných osob (bylo provedeno více než 1500 vyšetření). Na druhé straně, každá vyšetřovaná osoba má své individuální vlastnosti a je proto možné, že za určitých okolností nemusí být tyto vztahy přesné. Proto je vhodný individuální přístup a finální doporučení pohybové aktivity konkrétní osobě se provádí na základě výsledků spiroergometrického vyšetření, popsaného programu a rozhodnutí lékaře.

Závěr

Komplexní tělovýchovně lékařské vyšetření by mělo každému zájemci o aktivní pohybovou aktivitu dát poměrně přesné informace, jakou formu si zvolit, jak často, jak dlouho a jakou intenzitou pohybovou aktivitu provádět. Zjištěné hodnoty podílu tukové tkáně, krevního tlaku a kardiorespirační kapacity mohou být motivací k jejich zlepšení na optimální úroveň Při opakovaném vyšetření lze porovnat dosahované parametry navzájem a jednak objektivizovat odezvu na tréninkové zatížení jednak případně posoudit třeba i negativní trendy, k nimž za uplynulé období došlo. Zátěžové vyšetření na ergometru může případně odhalit rizika, s nimiž se může sportující jedinec setkat, a stanovením určitých limitů předejít někdy i závažným poruchám zdravotního stavu.

Na základě zátěžového vyšetření pak může lékař pomocí popsaného programu předat zdravé i nemocné osobě přehled doporučených pohybových aktivit a návod, jak v domácím prostředí bez přímého dohledu lékaře tyto aktivity kontrolovat, aby nedošlo k překročení stanovených limitů.

Dodatek

způsob výpočtu základních spiroergometrických údajů

VE(BT) -minutová ventilace korigovaná faktorem BTPS

VE(BT) = V * BTPS [l.min^-!] (D1)

VO₂/l - spotřeba kyslíku v l.min^-1

VO₂/l = (V * STPD * O2%) / 100[l.min^-!, %] (D2)

VO₂/kg -spotřeba kyslíku na 1 kg hmotnosti v ml. min^-1. Tato hodnota patří k nejdůležitějším funkčním ukazatelům zátěžového vyšetření. U nemocných bývá podstatně nižší.

VO₂/kg = 1000 * (VO2/l) / hmotnost [ml. min^-!.kg-1, l.min^-!,kg] (D3)

R -respirační kvocient, R = CO₂% / O2% (D4)

VO₂/FH -tepový kyslík. Množství O₂ dodaného tkáním jedním tepem ml. tep^-1

VO₂/FH = 1000 * (VO₂/l) / FH [ml..tep^-1,l.min^-!,tep.min^-!] (D5)

VEO₂ -ventilační ekvivalent pro O₂ VEO₂ = V * BTPS / (VO₂/l) [-,l.min^-1] (D6)

VECO₂ -ventilační ekvivalent pro CO₂ VECO₂ = V * BTPS / (VCO2/l)[-,l.min-1] (D7)  kde VCO₂/l = (V * STPD * CO2%) / 100 [l.min-!, %] (D8)

BTPS -korekční faktor, jímž se přepočítává objem na podmínky v těle (Body temperature, pressure, saturated) a určí se z tabulek podle teploty a tlaku v ordinaci při vyšetření.

STPD -korekční faktor, který umožňuje srovnávat výsledky v různých časech převedením na standardní (standard temperature, pressure, dry), vyhledá se též v tabulkách.

Poděkování

Milan Štork byl při práci na tomto úkolu podporován katedrou aplikované elektroniky a telekomunikací Západočeské univerzity v Plzni a grantovým projektem GAČR č. 102/07/0147.

Milan Štork

e-mail: stork@kae.zcu.cz