Nowy wzór na wyznaczenie tętna maksymalnego (HR max) dla osób aktywnych fizycznie
Tekst opracowano na podstawie artykułu opublikowanego w międzynarodowym czasopiśmie Frontiers in Phisiology.
Na wstępie dołączamy się do gratulacji dla całego zespołu badawczego, szczególnie dla SPECJALISTÓW PRZYCHODNI SPORTSLAB! Duże brawa dla dr Szczepan Wiecha, prof. Marek Postuła i dr Jacek Lach.
Po długich analizach i kilku miesiącach pracy opublikowaliśmy badania naukowe w prestiżowym czasopiśmie 'Frontiers in Phisiology’ określające nowe równanie HRmax.
Jego zweryfikowana dokładność jest na chwilę obecną najdokładniejsza dla osób rekreacyjnie i wyczynowo trenujących dyscypliny wytrzymałościowe.
Dodatkowo zweryfikowaliśmy czy skład ciała, wytrenowanie i płeć mają jakieś znaczenie dla uzyskiwanych wartości HR max.
Poniżej przytaczamy skróconą wersję artykułu.
WPROWADZENIE – Dlaczego warto znać HRmax?
HR czyli częstość akcji serca, jest powszechnie mierzonym parametrem, często stosowanym w sporcie, praktyce klinicznej czy w badaniach naukowych. Możemy go zmierzyć w łatwy sposób, przy użyciu prostego sprzętu. Wraz ze wzrostem wysiłku fizycznego HR wzrasta liniowo, aż do osiągnięcia maksimum, zwanego potocznie HRmax (tętnem maksymalnym).
HRmax z kolei jest przydatnym 'narzędziem’ do wyznaczania m.in. poziomów wysiłku w treningu sportowym, jak również do wykonywania elektrokardiogramu (EKG) czy testów wysiłkowych ECHO.
Jak zatem określić wartość maksymalną HR? Najdokładniejszym sposobem określenia HRmax jest tzw. stopniowany test wysiłkowy (powszechnie nazywany badaniem wydolnościowym). Zwykle pomiaru dokonujemy za pomocą odpowiedniego testu na bieżni lub rowerze, aż do osiągnięcia maksymalnego wysiłku. Istnieje kilka powszechnie stosowanych protokołów testowych, w zależności od doświadczenia kliniki lub typu pacjenta (np. sportowcy czy pacjenci z chorobami układu krążenia). Wykonując odpowiedni test, zwykle wykorzystujemy stopniowy wzrost prędkości/watów. Ale możemy również zróżnicować długość trwania obciążenia. Wszystkie te różnice utrudniają dokładne porównanie wyników różnych badań dotyczących maksymalnych parametrów wysiłku. Ponieważ określenie rzeczywistego HRmax danej osoby (za pomocą maksymalnego testu wysiłkowego) jest trudne i nie zawsze możliwe lub wskazane, często HRmax jedynie szacujemy, korzystając z opracowanych wzorów.
Najprostszym i najszerzej stosowanym jest wzór oparty na schemacie: 220 – wiek w latach.
Wzór jest prosty ale charakteryzuje się wysokim błędem standardowym (SEE), na poziomie aż ~7–12 uderzeń na minutę (bpm)!
Nieco później, opisano nową formułę: 208–0,7∗wiek.
Ta nowa formuła dawała nieco mniejszy błąd, na poziomie 10 bpm, ale wciąż dokładność szacowań pozostawia wiele do życzenia.
Dlaczego HRmax tak trudno dokładnie zmierzyć za pomocą wzoru? Skąd tak spora rozbieżność wyliczonych wartości względem rzeczywistego HRmax (średnio 10 uderzeń na minutę)? Składa się na to wiele czynników. Przede wszystkim tempo spadku HRmax wraz z wiekiem jest nieliniowe. Tempo spadku jest znacząco różne w różnych grupach wiekowych, niższe w młodszej populacji i wyższe w starszej populacji, a jego charakter jest krzywoliniowy. Dodatkowo udowodniono, że wiek stanowi aż 70–75% wariancji (rozproszenia) HRmax! Prócz wieku zidentyfikowano również inne czynniki różnicujące HRmax: płeć, poziom sprawności, rodzaj używanego ergometru, kontynent zamieszkania i wyścig. W badaniu nie brano jednak pod uwagę składu ciała ani BMI, a poziom sprawności określony był jedynie na podstawie kilku kategorii (jako siedzący tryb życia, aktywny lub sportowiec).
Dokładność powszechnie stosowanych wzorów HRmax jest bardzo zróżnicowana w różnych grupach, często powodując błędy większe niż 10 uderzeń na minutę, a to z kolei wpływa na adekwatność treningu i klinicznych testów wysiłkowych.
Niewiele badań ocenia trafność czy precyzję aktualnie dostępnych wzorów do obliczania HRmax u osób aktywnych fizycznie. Ponadto bardzo rzadko uwzględniano inne czynniki niż wiek, (np. sposób treningu czy skład ciała).
Postanowiliśmy wypełnić tą lukę, stawiając za cel nie tylko opracowanie dokładniejszego wzoru, ale przede wszystkim porównanie dokładności aktualnie stosowanych równań i ocenę, jak dodanie innych zmiennych, takich jak BMI, skład ciała czy maksymalny pobór tlenu (VO2max), wpływają na precyzję obliczeń. Postanowiliśmy również zaprojektować optymalną formułę za pomocą wielokrotnej regresji liniowej.
HIPOTEZA1:
Ze względu na różnice w proporcjach tkanki tłuszczowej/mięśniowej – Skład ciała może mieć wpływ na HRmax, jak wykazały ostatnie badania dla VO2max i punktu kompensacji oddechowej
HIPOTEZA2:
Wyższa wydolność tlenowa może wpływać na HRmax, co może być podyktowane adaptacją mięśnia sercowego do treningu
HIPOTEZA3:
Dokładność niektórych testów może być gorsza u bardziej aktywnych, młodszych osób.
Uczestnicy
W badaniach wzięli udział klienci kliniki Sportslab (w latach 2013–2019), głównie biegacze, rowerzyści czy triathloniści reprezentujący różny poziom wytrenowania. Uczestnicy badania wykonywali najpierw analizę składu ciała, a następnie testy wysiłkowe krążeniowo-oddechowe, czyli innymi słowy – badanie wydolnościowe. Podczas testów mierzono m.in. tętno (HR) czy pobór tlenu (VO2). Warto podkreślić, że analizę przeprowadzono na próbce liczącej aż 3374 przypadków (co czyni ją unikalną na skalę światową!).
Szczegółowe kryteria określające dobór próbki, oraz metodologię znajdziecie tutaj (sekcja: „Materials and Methods”).
Analiza danych
Próbkę podzieliliśmy na 4 grupy wiekowe, oddzielnie dla kobiet i mężczyzn (w sumie powstało osiem grup). Za pomocą odpowiednich narzędzi analitycznych wyszczególniliśmy 6 różnych zmiennych mających potencjalny wpływ na wielkość HRmax: wiek, VO2max, masa ciała, BMI, poziom tkanki tłuszczowej oraz poziom wytrenowania.
Następnie, na podstawie analizy różnych modeli statystycznych (wielokrotna regresja liniowa, regresja krokowa, regresja LASSO i regresja grzbietowa) określiliśmy w jaki sposób wpływają one na HRmax.
Nie będziemy przytaczać tutaj szczegółów przeprowadzonych analiz, zainteresowanych zachęcamy do zapoznania się z tekstem źródłowym.
Wyniki
Przechodzimy do najciekawszej części 🙂 Liniowa zależność HRmax od wieku, na podstawie przebadanej próbki, wyniosła:
HRmax = 202,5–0,53∗wiek
Otrzymaliśmy najlepszą predykcję wzoru z najniższym średnim błędem (mean error) na świecie? ALE!!! Sama predykcja, pomimo tak dokładnych analiz i modeli matematycznych, ma DUUUUUUŻY błąd. Okazało się bowiem że wiek odpowiada jedynie za 20% wyjaśnialności HRmax (R2 = 19,18), a różnice wartości faktycznych do kalkulowanych są na poziomie +/- 7,04 uderzeń na minutę.
Dokładniejsze formuły, uwzględniające inne zmienne, oparliśmy na tzw. regresji krokowej:
229–0.64* age–0.23* body mass −0.38 * VO2max + 0.33* body fat + 0.44* fitness level + 8.74* sex + 0.97 * testing modality
Uwzględniając nowe zmienne uzyskaliśmy wyjaśnialność HRmax na poziomie 22% (R2=22). Co to znaczy? A mianowicie, w modelu oprócz wieku istotne znaczenie miały też inne czynniki (takie jak BMI, płeć, wytrenowanie czy % tłuszczu w ciele) ale ich udział w ogólnym modelu był bardzo niewielki! (R2 na poziomie 0.01-0.0001), co w praktyce oznacza, że można pomijać te zmienne w predykcji HRmax ?
Podsumowując, HRmax lepiej mierzyć metodą bezpośrednią (jeśli oczywiście nie ma do tego przeciwskazań). Opieranie wyliczeń HR max na prostych wzorach (220-wiek) dla naszej populacji daje błąd na poziomie aż 9 uderzeń!
Dalsze analizy już trwają, m.in. co do kalkulacji i weryfikacji tzw. stref tętna i progów metabolicznych czy różnic pomiędzy badaniami kolarskimi i biegowymi dla triathlonistów.
Jednoczynnikowa regresja liniowa tętna maksymalnego (HRmax) i wieku (202,5–0,53 * wiek; R2 = 0,198)
