Funkčná diagnostika je spôsob vyšetrovania reakcie a adaptácie kardiovaskulárnych, ventilačnorespiračných, metabolických a iných funkcií počas zaťaženia a v priebehu zotavenia. Využíva sa na sledovanie telesnej zdatnosti obyvateľstva, pri výbere pohybovo talentovanej mládeže, pri zisťovaní účinnosti tréningu, vo vnútornom lekárstve na sledovanie účinku liečby a rehabilitácie, v pracovnom a v posudkovom lekárstve, v rehabilitácii. Záťažové testy dávajú informácie o telesnej výkonnosti, pomáhajú odhaliť latentné patologické zmeny, pomáhajú určiť optimálny diagnostický a liečebný režim. Záťažové testy sú v súčasnosti všeobecne dostupné, výhodné z medicínskeho i ekonomického hľadiska. Cena vyšetrenia závisí od rozsahu sledovaných parametrov, od používanej techniky (ergometer, bežiaci pás, monitorovanie tlaku krvi a EKG, a i.). Potrebné je ale, aby sa dodržiavali základné zásady : bezpečnosť testov, ich účelnosť a hospodárnosť. Medzi diagnostické indikácie patria posúdenie funkčného stavu jednotlivých systémov, posúdenie schopnosti k pohybovej aktivite a posúdenie vhodnosti pre zdravých a chorých jedincov. Ďalšou indikáciou je doplnenie informácií o zjavných symptómoch a ochoreniach, ako je angina pektoris, klaudikačné bolesti, diabetes mellitus, obezita, poruchy neuromuskulárneho systému.V neposlednom rade je to diagnostika asymtomatickýcch ochorení (hypertenzia, ischemická choroba srdca, ischemická choroba dolných končatín). Medzi kontrolné indikácie patria hodnotenie vplyvu pohybovej aktivity, posudzovanie vplyvu liečby invazívnej i neinvazívnej, kontrola rehabilitačnej liečby. Nakoniec sú to prognostické indikácie na posúdenie priebehu a prognózy ochorenia, predpoveď fyzickej výkonnosti s posúdením schopnosti k výkonu povolania, športovej aktivity, k absolvovaniu rehabilitačného programu. Medzi najrozšírenejšie testovanie vo funkčnej diagnostike srdcovocievneho a dýchacieho systému patrí ergometria. Súčasné ergometre pracujú na princípe elektromagnetického brzdenia, kedy je výkon daný počtom otáčok a odporom brzdovej sily. Na starších ergometroch sa telesné zaťaženie vyjadrovalo v kpm.s-1 , na novších ergometroch sa vyjadruje vo wattoch . 1W-1J.s-1. Bežné ergometre pre vyšetrovanie aeróbnych schopností pracujú v režime 0 - 600 až 900 wattov, pre vyšetrenie alaktátového anaeróbneho výkonu v izokinetickom režime sa používajú ergometre schopné registrovať výkon až 3 000 wattov. Výhodou je reprodukovateľnosť vyšetrenia, možnosť postupného zvyšovania intenzity záťaže, priestorová nenáročnosť, nízkohlučná prevádzka, malé pohyby trupu a horných končatín. Ergometre je potrebné pravidelne kalibrovať. Nevýhodou je skorá lokálna svalová únava pred dosiahnutím predpokladaného maximálneho zaťaženia. Najrozšírenejším ergometrom je bicyklový ergometer, ktorý používame prevažne na zaťaženie dolných končatín v sede alebo zriedkavejšie v leže a polosede. Viacúčeľové ergometre možno prestavať na záťaž horných končatín tzv. kľukovým ergometrom. Vo funkčnej diagnostike sa používajú tzv. hyperbolické ergometre s konštantne nastaviteľným výkonom nezávislým na frekvencii otáčok (obyčajne v určitom rozmedzí , napr. 40 - 110 otáčok za minútu). Ergometer s izokinetickým princípom (režim s konštantnými otáčkami) pracuje na spätnoväzobnej regulácii odporovej sily, ktorá udržiava konštantné otáčky bez ohľadu na silu pôsobiacu na pedál. To znamená, že sme schopní merať silu pri anaeróbnej práci, kedy s dĺžkou práce svalová sila klesá. Takýto typ ergometra sa dá využiť v detekcii a kvantifikácii funkčného deficitu svalov dolnej končatiny, pri testovani alaktátových a laktátových anaeróbnych schopností (Wingate test). Bežiaci pás (treadmill) je výhodný pre testovanie športovcov , u ktorých je hlavnou charakteristikou bežecká aktivita (športové hry, atletika, lyžovanie). Záťaž sa upravuje zmenou rýchlosti pohybu pásu a zmenou sklonu pásu. Zaťaženie na páse vyžaduje nacvičenie techniky pohybu, používa sa najviac u zdravých osôb, ale možno ho použiť napr. v angiológii
na určovanie klaudikačnej vzdialenosti u pacientov s periférnymi cievnymi ochoreniami. Rýchlosť pásu býva bežne do 20 km.h-1, u špeciálnych atletických pásov viac ako 30kmh-1. Sklon pásu býva v rozsahu 0 - 40%. Výkon vyšetrovanej osoby je daný jej hmotnosťou, rýchlosťou a sklonom pásu. Pri vyšetrovaní na páse sa získavajú cca o 10 – 15 % vyššie hodnoty maximálnej spotreby kyslíka (VO2max) ako na bicyklovom ergometri, nakoľko pri práci je zapojených viac svalových skupín. Nevýhodou takéhoto vyšetrenia je častý svalový tremor a tým nekvalitný EKG záznam a problematické meranie tlaku krvi pri vyššom úsilí. Ďalšími nevýhodami sú cenová náročnosť, priestorové požiadavky, hlučnosť, získanie menej kvalitného EKG záznamu, výrazná potreba koordinácie pohybu. Výhodou je prirodzený pohyb s možnosťou priebežného zvyšovania záťaže, dynamická záťaž relatívne veľkej skupiny svalov, možnosť dosiahnuť skutočných maximálnych hodnôt spotreby kyslíka.
Obr.Spiroergometria na bežiacom páse Okrem týchto univerzálnych ergometrov sa v praxi používajú špeciálne ergometre (simulátory), kde je záťaž napodobňovaná tak, aby sa čo najvernejšie približovala skutočnej športovej aktivite. Takými sú napríklad vesliarske ergometre, kanoistický trenažér, trenažér behu na lyžiach, plavecký trenažér alebo plavecký kanál.
Obr. Vesliarsky ergometer Concept II Dôležitým typom záťaže je podávanie farmakologických prípravkov, ktoré vyvolávajú v určitých prípadoch podobnú reakciu ako zaťaženie fyzické. Tento typ záťaže možno aplikovať u osôb , ktoré nie sú schopné z nejakých dôvodov absolvovať fyzickú záťaž. Je
potlačená závislosť na spolupráci s vyšetrovanou osobou. Príkladom je aplikácia dobutaminu a jemu podobných látok pri diagnostike ICHS, atropinu, dipiridamolu alebo izoprenalinu. V diagnostike bronchospazmu sa využíva aplikácia bronchodilatancií (fenoterol, salbutamol, ternutalin) a bronchokonstrikčných látok (histamin, acetylcholin). Ďalšími typmi záťaže je chladová záťaž vyvolaná ponorením časti tela do studenej vody, čo vyvolá vazokonstrikciu so vzostupom TK, zvýšenie práce srdcového svalu a zvýšené nároky na dodávku kyslíka do svalov. Inou možnosťou je podávanie hypoxickej zmesi, hlavne v súvislosti s posúdením možnosti využitia hypoxického tréningu pri zvyšovaní výkonnosti a aeróbneho metabolizmu. Počas záťaže sa používa pri sledovaní EKG krivky modifikovaný spôsob uloženia elektród podľa Masona a Likara. Súčasťou dokumentácie by mal byť písomný súhlas vyšetrovanej osoby s vyšetrením, pokojové EKG, vyšetrovací protokol a anamnestickými údajmi, pokojovými hodnotami tlaku krvi a srdcovej frekvencie a po vyšetrení informácia o použitom protokole, sledované hodnoty, EKG záznamy a príčiny ukončenia záťaže, hodnotenie EKG zmien a celkový záver. Pri záťažových testoch možno použiť tri formy svalovej práce : Izometrická (statická) záťaž sa realizuje svalovou kontrakciou pri určitej polohe, pričom sa nemení dĺžka svalu. Príkladom je tzv. handgrip, kedy v ruke stláčame predmet (lopta, dynamometer). Takáto záťaž je tlakovým preťažením pre ľavú komoru a minútový objem stúpa menej ako pri izotonickej práci. Možno ju využiť napr. pri detekcii hypertenzie. Izotonická (dynamická) záťaž sa realizuje svalovou kontrakciou spojenou s pohybom a pre ľavú komoru predstavuje objemové preťaženie. Kardiovaskulárna odpoveď je úmerná intenzite záťaže. Rezistovaná záťaž je kombináciou predošlých dvoch typov zaťaženia. Podľa použitej záťaže rozoznávame záťaž maximálnu, submaximálnu, supramaximálnu, symptómami limitovanú a záťaž do rovnovážneho stavu (steady state záťaž). Pri maximálnej záťaži vyšetrovaná osoba dosahuje maximálnu hodnotu pulzovej frekvencie a plateau spotreby kyslíka. Aplikuje sa viac v športovej praxi. Pri submaximálnej záťaži vyšetrovaná osoba dosahuje cca 85 % maximálnej pulzovej frekvencie pre daný vek. Tento typ záťaže sa používa v kardiológii. Supramaximálna záťaž používaná v telovýchovnej praxi sa aplikuje pri testovaní anaeróbnych schopností a pulzová frekvencia môže prekročiť hodnotu maximálnej pulzovej frekvencie nameranú pri stúpajúcej záťaži. Symptómami limitovaná záťaž je najvyššia tolerovaná záťaž, kedy je práca vyšetrovanej osoby prerušená pre prítomnosť indikácií na prerušenie záťaže (stenokardia, klaudikácia, zmeny tlaku krvi, EKG ischemické zmeny, dýchavica, strata koordinácie pohybov a i.). Maximálnu pulzovú frekvenciu (Pfmax) možno odhadnúť podľa vzorca Pfmax = (220 – vek), submaximálnu podľa vzorca PFsubmax = (180 – vek) v rokoch. Ich hodnoty teda úzko súvisia s vekom. Počas telesnej záťaže sa zvyšujú nároky na metabolizmus a dodávku kyslíka. Nie sú uspokojené okamžite, ale po rôzne dlhom čase v závislosti na intenzite zaťaženia, pričom následne sa vytvorí akási rovnováha medzi potrebami a dodávkou kyslíka . Podľa intenzity zaťaženia to trvá 1 - 5 minút a takýto stav sa potom nazýva rovnovážny stav a vzniká iba pri záťažiach nižších ako submaximálna intenzita. Takouto maximálnou intenzitou je úroveň anaeróbneho prahu, kedy nachádzame rovnováhu v tvorbe a odbúravaní kyseliny mliečnej na úrovni približne 4 mmol.l-1. Čo sa týka druhov zaťaženia rozoznávame zaťaženia jednostupňové (steady state) a viacstupňové (s prestávkami, kontinuálne plynulé – rampa, stupňovité ) Časové trvanie jednotlivých stupňov býva od 1 do 6 minút pri aeróbnych testovaniach, pri steady state záťažiach môžu trvať až 45minút. Existuje mnoho protokolov pre ergometre a bežiace páse v závislosti na diagnostických potrebách (Bruce, Balke, IBP). Základným
kritériom pre testy na určenie maximálnych hodnôt by malo byť časové trvanie 8 – 12 minút. Pri trvaní kratšom alebo dlhšom sa nedosiahne maximálna hodnota spotreby kyslíka. Podľa predpokladaného výkonu vyšetrovanej osoby a typu testu je potrebné určiť optimálnu hodnotu záťaže jednotlivých stupňov a časové trvanie. Dôležitou otázkou je štandardizácia vyšetrení. Patrí sem kalibrácia ergometrov, životospráva pred vyšetrením, odstránenie rušivých momentov, štandardizácia podmienok vo vyšetrovacom priestore – teplota, vlhkosť, oblečenie vyšetrovanej osoby, oboznámenie s vyšetrením. Dôležité je dodržať indikácie a kontraindikácie záťažových vyšetrení, indikácie prerušenia zaťažovania.
Spiroergometria Je to funkčné vyšetrenie s ergometrickou záťažou so súčasným sledovaním ventilačných ukazovateľov (frekvencia dýchania, veľkosť dychového objemu, minútová ventilácia), respiračných ukazovateľov (spotreba kyslíka a výdaj oxidu uhličitého), ukazovateľov cirkulácie (tlak krvi, pulzová frekvencia a EKG krivka), ukazovateľov metabolizmu (tvorba krvného laktátu, zmeny acidobázickej rovnováhy, zmena ďalších biochemických parametrov).
Sledované parametre: Telesná (pohybová) výkonnosť je schopnosť organizmu podať a opakovať určitý výkon v špecializovanej činnosti, ktorý je možné kvantitatívne a kvalitatívne hodnotiť. V záťažovej diagnostike je to dôležitý ukazovateľ, s ktorým je spojené hodnotenie testov. Telesná zdatnosť je súhrn predpokladov (telesných, funkčných, pohybových a psychických) vykonávať akúkoľvek pohybovú činnosť a optimálne reagovať na vplyvy vonkajšieho prostredia. Výkon určovaný pri ergometrii s použitím zdroja zaťaženia sa vyjadruje vo wattoch a wattoch prepočítaných na kilogram hmotnosti. Pri hodnotení je potrebné rešpektovať vek, pohlavie, hmotnosť vyšetrovanej osoby a prípadne stupeň trénovanosti resp. ochorenia. Pracovná kapacita je najvyšší pracovný výkon, ktorý vyšetrovaná osoba dosiahla pred objavením sa subjektívnych pocitov a objektívnych príznakov, ktoré nedovoľujú ďalšie pokračovanie v telesnom zaťažení. Sú to náhle zníženie tlaku krvi o viac ako 20 torrov alebo zvýšenie tlaku krvi nad hodnoty 250/130 torrov, ischemická bolesť (stenokardia, klaudikácia), EKG zmeny v zmysle ischémie, porúch tvorby a prevodu vzruchov v myokarde. Z hľadiska rôznych druhov metabolizmu a ich testovania rozlišujeme maximálny anaeróbny alaktátový výkon (vyšetrenie na výskokovom ergometri) , maximálny anaeróbny laktátový výkon (vyšetrenie na izokinetickom ergometri) a maximálny výkon Wmax (vyšetrenie pri kontinuálnom resp. stupňovitom zaťažení na bicyklovom ergometri alebo bežiacom pási). V minulosti sa vyhodnocovala pracovná kapacita W170, čo je výkon dosiahnutý pri srdcovej frekvencii 170.min-1. Metodika testovania spočívala vo vykonaní troch stupňov stredného až submaximálneho zaťaženia v trvaní 4 – 6 minút a následne grafickou extrapoláciou k nameranej srdcovej frekvencii. Frekvencia 170 pulzov za minútu sa považuje u zdravých osôb za frekvenciu, kedy sa dosahuje optimálny minútový objem srdca. Závisí od veku, pohlavia, zdravotného stavu a trénovanosti.
-1
-1
Priemerné hodnoty Wmax, Wmax.kg , W170 a W170.kg zdravej československej populácie (Seliger, V. a kol., 1977)
vek
Wmax muži
12 15 18 25 35 45 55
163 246 278 283 264 242
ženy 142 186 190 185 174 164
220
154
Wmax.kg muži 4,4 4,2 4,1 3,8 3,4 3,1 2,7
W170.kg
-1
ženy 3,5 3,4 3,3 3,1 2,7 2,4 2,1
W170 muži 93 152 178 193 195 195 195
-
1
ženy 67 95 103 109 115 121
muži 2,5 2,6 2,6 2,6 2,5 2,5
ženy 1,6 1,7 1,8 1,8 1,8 1,8
127
2,4
1,7
Obr. Priemerné hodnoty Wmax, Wmax.kg-1, W170 a W170.kg-1 zdravej československej populácie (Seliger, V. a kol., 1977).
Maximálna spotreba kyslíka (V02max) je najvyššie dosiahnutá hodnota spotreby kyslíka počas stupňujúceho testu pre konkrétny typ záťaže. Pre dosiahnutie maximálnej hodnoty je nevyhnutné zaťažiť čo najväčšie množstvo svalových skupín v trvaní 5 - 15 minút. Niekedy sa nazýva táto hodnota ako maximálna aeróbna kapacita. Je závislá na spôsobe zaťaženia, veku, pohlaví a telesnej hmotnosti. Prítomnosť plateau pri testovaní je ukazovateľom skutočnej maximálnej hodnoty spotreby kyslíka. U zdravých osôb je vzostup z pokojovej hodnoty, čo závisí aj od polohy tela a telesnej konštitúcie, 250 - 500 ml/min na hodnoty asi 2500 ml.min-1 u žien a asi 3500 ml.min-1 a závisí od spôsobu záťaže, trénovanosti a životného štýlu. Dôležitými faktormi vplývajúcimi na hodnotu maximálnej spotreby kyslíka sú faktory dedičnosti, pomeru svalových vlákien a veku. Tréningom možno zvýšiť hodnotu maximálnej spotreby kyslíka o 5 až 30 %, všeobecne možno povedať, že výraznejšie percentuálne zlepšenie dosahujú osoby nižšou východzou hodnotou spotreby kyslíka. Z hľadiska objektívneho posúdenia dosiahnutia maximálnej hodnoty spotreby kyslíka sa využívajú tieto ukazovatele : dosiahnutie maximálnej pulzovej frekvencie podľa veku, dosiahnutie plateau spotreby kyslíka a dosiahnutie hodnoty RER 1,10 - 1,15. Moderné prístroje dokážu analyzovať zmeny parametrov metódou dych – po –dychu. Nevýhodou je variabilita niektorých ukazovateľov, preto sa hodnoty priemerujú za krátke časové úseky, napr. 10 sekúnd. Hodnoty spotreby kyslíka sa udávajú v absolútnych hodnotách (litre alebo mililitre za minútu) alebo v relatívnych hodnotách (prepočet na kilogramy hmotnosti). Športovci dosahujú vyššie hodnoty maximálnej spotreby kyslíka ako netrénované osoby.Aj medzi jednotlivými druhmi športov treba rozlišovať, nakoľko rôzne športové špecializácie kladú nerovnaké nároky na organizmus. V športových disciplínach vytvalostného charakteru s objemovým preťažením cirkulácie a ventilácie možno namerať hodnoty VO2max viac ako 6 l.min-1 alebo 70 - 90 ml.kg-1.min-1 u mužov a 4,5 l.min-1 alebo 60 - 75 ml.kg-1.min-1 u žien. Horolezci slovenskej expedície na Mt.Everest v roku 1986 dosahovali pri testoch pred expedíciou hodnoty maximálnej spotreby kyslíka 74 – 82 ml .kg-1.min-1 .
Hodnoty maximálnej spotreby kyslíka v závislosti od veku a pohlavia v ml.kg-1 vek
20-29
40-49
60+
ženy
35 - 38
31 - 34
26 - 29
muži 43 – 47
38 - 42
32 - 35
Obr. Hodnoty spotreby kyslíka v závislosti od pohlavia a veku
Stanovenie anaeróbneho prahu Anaeróbny prah je charakterizovaný ako intenzita záťaže, pri ktorej sa udržiava dynamická rovnováha medzi tvorbou a odstraňovaním laktátu. Intenzita zaťaženia na úrovni anaeróbneho prahu sa považuje za dôležitý prostriedok rozvoja vytrvalostných aeróbnych schopností. Hodnoty spotreby kyslíka a intenzity zaťaženia v oblasti anaeróbneho prahu lepšie odrážajú vplyv adaptácie na vytrvalostný tréning ako samotná hodnota maximálnej spotreby kyslíka. Aeróbny prah je charakterizovaný ako intenzita zaťaženia, pri ktorom sa energia pre svalovú prácu získava oxidáciou cukrov a tukov a hladina laktátu dosahuje hodnotu 2 mmol.l-1 . Táto intenzita sa využíva pre rozvoj aeróbnych schopností a základnej vytrvalosti, pre zaťaženia v prevencii kardiovaskulárnych komplikácií. Intenzita zaťaženia v tejto oblasti predstavuje približne 30 % maximálnej spotreby kyslíka. Ventilačná metóda Počas stúpajúceho zaťaženia ventilácia narastá. V období ľahkej a strednej záťaže paralelne s výdajom CO2, v období maximálnej záťaže stúpa strmo a existuje bod, kedy sa z paralelného priebehu odchyľuje. Tento bod je označený ako ventilačný prah a možno ho identifikovať začiatkom definitívneho narastania ventilačného equivalentu pre oxid uhličitý (EQCO2) a zmenou koncovovýdychových parciálnych tlakov O2 a CO2 (PETO2 a PETCO2) alebo zmenou sklonu krivky výdaju oxidu uhličitého (VCO2) ku ventilácii (VE) pri narušení linearity priebehu. Pri stúpaní záťaže nastáva aktivácia anaeróbneho metabolizmu a zvýšená produkcia laktátu. V tomto období definitívne z minimálnej hodnoty začne stúpať ventilačný ekvivalent pre kyslík (EQO2), tvoriaci sa laktát je pufrovaný bikarbonátovým systémom a tak je udržovaná laktátová rovnováha. Ak sa táto poruší a nastáva akumulácia laktátu, definitívne začne narastať EQCO2, ktorý bol dovtedy v plateau. Stúpa hodnota ventilácie a respiračného kvocientu . Tento bod sa nazýva anaeróbny prah a je dôležitým ukazovateľom vytrvalostných schopností. Obyčajne spotreba kyslíka v tomto bode predstavuje 40 - 55% maximálnej spotreby kyslíka . Hodnoty nižšie poukazujú na možnosť kardiálneho poškodenia, prítomnosti anémie, metabolickej acidózy alebo cievneho poškodenia. Vyššie hodnoty pozorujeme u vytrvalostne trénovaných športovcov, kde dosahujú až 90 % VO2max. U týchto možno zistiť vyšetrením svalov vysoký podiel červených svalových vlákien..
Laktátová metóda Inou metódou stanovenia anaeróbneho prahu je metóda laktátová. Využíva sa zmena produkcie a odbúrania kyseliny mliečnej počas stúpajúcej záťaže. Krvná vzorka na vyšetrovanie laktátu sa všeobecne odoberá z necvičiacej končatiny, hodnota z arteriálnej vzorky býva väčšia ako z venóznej alebo kapilárnej, ktoré sa ale odoberajú jednoduchšie. Vzorka sa odoberá zvyčajne v 2 -5 minúte po skončení jednotlivého stupňa zaťaženia. Minimálne musíme urobiť tri merania na konštrukciu krivky. Pokojové hodnoty sa pohybujú v rozsahu 0,5 - 2,2 mmol.l-1 .Krivka má typický exponenciálny priebeh a vplyvom rozvoja vytrvalostných schopností sa posúva doprava. Vplyvom lepšej trénovanosti sa dosahuje rovnaká hladina laktátu pri vyššej intenzite záťaže. Zostrojenie krivky pomáha určovať primeranú intenzitu zaťaženia, objektivizovať vplyv tréningového úprocesu.Krivka Maximálna hodnota laktátu pri záťaži okrem vôľových vlastností vyšetrovanej osoby ( resp. ochoty trpieť pri vznikajúcej acidóze) závisí od zásob glykogénu vo svaloch, stupňa a druhu trénovanosti (vytrvalostný proti silovorýchlostnému tréningu). Pri stúpajúcej záťaži po úroveň aeróbneho prahu hladina laktátu stúpa minimálne a dosahuje hodnotu 2,0 mmol.l-1. U bežnej populácie rovnováha sa udržuje pri hladine asi 4 mmol.l-1. Táto hodnota sa často používa pri zostrojovaní laktátovej krivky (závislosť intenzity zaťaženia a koncentrácie laktátu). U jedincov s výraznou aeróbnou úrovňou sa rovnováha posúva smerom k nižžím hladinám (vytrvalci bežci 2,5 mmol.l-1) a u rychlostno-silových športovcov naopak k vyšším hodnotá laktátu. Maximálne hodnoty laktátu sú vyššie u rýchlostne trénovaných osôb, dosahujú hodnoty do 30 mmol.l-1. Hodnoty laktátu je nutné interpretovať spolu s nameranou hodnotou VO2max a anaeróbneho prahu.
Respiračný kvocient (RER, RQ, respiratory quotient) V angličtine udávaný ako Respiratory Exchange Ratio (RER) je pomer výdaju CO2 a spotreby O2 meraný zo vzorky vzduchu pri ústach. Je to parameter meraný počas stúpajúcej záťaže, môže kolísať v každom dychu v závislosti na fyziologických okolnostiach. Treba oddeliť od parametru respiračný kvocient RQ, ktorý je stanovovaný za rovnovážnych podmienok spotreby kyslíka a výdaju oxidu uhličitého. RER je aplikovaný na celé telo, RQ môže byť aplikovaný na celé telo alebo jednotlivé orgány. Vtedy jeho hodnota odráža spaľovaný substrát. Hodnota 1,0 ukazuje na spaľovanie cukrov a hodnota 0,7 na spaľovanie tukov. Typická hodnota RER v pokoji je 0,7 - 0,95 a poukazuje na to, že metabolizmus využíva zmiešané zdroje energie. Bežná osoba pri hladovaní asi 4 hodiny pred vyšetrením bude mať hodnotu 0,85, pri dlhšom hladovaní poklesne, zatiaľ čo ak nedávno jedla, jej hodnota stúpne na 1,0. Na začiatku stúpajúceho zaťaženia hodnota RER klesá, neskôr po dosiahnutí anaeróbneho prahu stúpa, strmejšie hlavne po využití pufrovacej schopnosti bikarbonátov. Na úrovni anaeróbneho prahu by mala byť hodnota RER menej ako 1,0. Vôlová hyperventilácia môže hodnotu RER zvýšiť (napr.po naložení masky vyšetrovanej osobe). Príčinou hyperventilácie môže byť tiež metabolická acidóza rôznej príčiny. Svalový respiračný kvocient (RQmus) Počas stúpajúcej záťaže je RQmus charakterizovaný zvýšením produkcie CO2 vo svale v pomere k súčasne sa zvyšujúcej spotrebe kyslíka. RQmus sa vypočítavá zo sklonu VCO2 ku VO2 po oblasť anaeróbneho prahu. Zo vzťahu vyplýva, že nemá jednotku. U zdravých osôb
dosahuje hodnoty okolo 1,0 a to poukazuje na metabolické využívanie cukrov do obdobia, kedy sa pri stúpajúcej záťaži začne zvýšene využívať glykogén v anaeróbnom metabolizme. Hladovaním s depléciou glykogénu, tvrdým tréningom s nedostatočným prívodom cukrov sa RQmus mení a znižuje sa k hodnote 0,7, čo predstavuje respiračný kvocient pri spalovaní tukov. Parameter je znížený napr. pri McArdleho chorobe, kde porucha fosforilácie spôsobuje poruchu využitia glykogénu.
Svalový respiračný kvocient RQmus
výdaj oxidu uhličitého
0,8 0,7 3
0,6
1
2 1 y = 0,8306x + 0,0432
0,5
prvé vyšetrenie
0,4 0,3
2
y = 0,6827x + 0,0551 druhé vyšetrenie
3
y = 0,8758x + 0,0612 tretie vyšetrenie
0,2 0,1 0 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
spotreba kyslíka
Obr. Zmeny RQmus u pacientky s únavovým syndrómom. Znížená hodnota RQmus pred záťažou (1) ukazuje na podiel tukov v metabolizme, druhá hodnota (2) ukazuje na depléciu glykogénu po maximálne tolerovanej záťaži a tretia hodnota (3) na neschopnosť obnoviť ani štyri dni po záťaži zásoby glykogénu. Dif.dg. metabolická myopatia Maximálna pulzová frekvencia (PFmax,HRmax ) Opísať zo skrípt str.39 Pulzový kyslík ( 02P) Je to pomerné číslo, ktoré udáva koľko kyslíka sa spotrebuje pri jednej srdcovej kontrakcii. Závisí od veku, pohlavia , polohy pri vyšetrovaní a trénovanosti. Pokojové hodnoty u netrénovaných mužov sú 4,0-4,5 a u žien 3,0-3,5 ml, u športovcov sú hodnoty o 20 -30 % vyššie. Maximálne hodnoty u netrénovaných mužov sú 15-16 a u žien 8-11 ml, hlavne u vytrvalostných športovcovsú vyššie, dosahujú až hodnoty 30 ml na jeden srdcový cyklus. Parameter sa považuje za ukazovateľ ekonomiky práce transportného systému a výkonnosti. Po úroveň anaeróvneho prahu nepriamo odráža veľkosť razového objemu srdca, ako vyplýva z Fickovej rovnice : Qc/PF = SV. avDO2 a zo správania sa razového objemu počas stúpajúcej záťaže.
Minútový srdcový výdaj (Qc) Súčin pulzovej fekvencie a pulzového objemu predstavuje minútový srdcový výdaj. Pre človeka s hmotnosťou 7O kg a s povrchom tela 1,73m2 je približne 5,5 litra za minútu. Na štandardizáciu sa používa srdcový index , čo je pomer Qc/povrch tela, ktorý sa mení podľa veku a u mladého človeka je asi 3 l za minútu na m2 telesného povrchu. Maximálne hodnoty u netrénovaných osôb dosahujú 20 l.min-1 , ušportovcov boli namerané hodnoty aj viac ako 40 l.min-1 Razový, vývrhový objem (SV) Normálna hodnota vývrhového objemu je asi 70 ml. Je to objem krvi vyvrhnutý ľavou alebo pravou komorou pri jednej kontrakcii. Hodnota sa vyjadruje v miliitroch. Počas stúpajucej záťaže sa objem zväčšuje ako následok zväčšovania venózneho návratu a sympatickej aktivácie myokardiálnej kontraktility. Spočiatku sa objem zväčšuje tak, že dosahuje plateu pri asi 50 % maximálneho minútového výdaja resp. asi pri 40 % maximálnej spotreby kyslíka. U netrénovaných osôb dosahuje hodnoty 100 - 120 ml, zatial čo hlavne u vytrvalostne trénovaných športovcov sú to hodnoty aj vyše 200 ml . Ventilácia (VE) Dychový objem ( VT) Dychová frekvencia ( df) Tieto parametre sa počas záťaže menia podľa metabolických potrieb organizmu. V priebehu kontinuálne stupňovanej záťaže sa zvýšené požiadavky na ventiláciu uspokojujú v období prevažne aeróbneho metabolizmu hlavne zvyšovaním dychového objemu. Tento dosahuje svoje maximum asi 60 - 66% hodnoty vitálnej kapacity v oblasti anaeróbneho prahu. Narastanie dychovej frekvencie je malé. Po dosiahnutí plateau sa veľkosť dychového objemu výrazne nemení, je pravda, že môže narastať , klesať alebo byť nezmenená pri maximálnej záťaži. Závisí to od trénovanosti dýchacieho systému, zdravotného stravu. U horšie trénovaných nastáva postupný pokles hodnoty dychového objemu, u výborne trénovaných, hlavne vytrvalostne môže prísť i k finálnemu zvýšeniu dychového objemu pri maximálnej záťaži. Zvýšené požiadavky na ventiláciu pri vyšších záťažiach sa hradia zvyšovaním dychovej frekvencie. Pri záťaži sa z pokojových hodnôt 8 - 16 litrov za minútu sa ventilácia zvyšuje asi 8 -10krát u bežnej populácie, u dobre trénovaných osôb dosahuje hodnoty až 240 litrov za minútu. Hodnoty dychovej frekvencie dosahujú pri optimálnej hodnote dychového vzoru cca 60 % vitálnej kapacity 35 - 45 dychov za minútu, pri poklese dychového objemu pri maximálnej záťaži stúpajú na 6O dychov za minútu (zhoršená funkcia bránice, deformity hrudníka), ovšem na úkor efektivity ventilácie, lebo pri poklese dychového objemu stúpa podiel ventilácie mŕtveho priestoru a nastáva pokles parciálneho tlaku kyslíka v alveolárnom vzduchu. Následne zmenšenie alveolo - arteriálneho rozdielu spôsobí pokles spotreby kyslíka pri maximálnej záťaži. U dobre trénovaných vytvalostných športovcov výkonnosť dýchacieho svalstva umožní udržať vysoké dychové frekvencie pri udržaní optimálnej veľkosti dychového objemu a tak následne dosiahnuť vysoké hodnoty ventilácie a spotreby kyslíka. Dychový vzor vysoká dychová frekvencia a nízky dychový objem pozorujeme často u slabo trénovaných jedincov, mladistvých športovcov, chorých osôb (chronická obštrukčná choroba pľúc, intersticiálne pneumopatie), kde tento dýchací vzor pri čo najmenšej dychovej práci umožňuje udržať relatívne dostatočnú úroveň ventilácie pri daných metabolických potrebách. .
Kyslíkový dych (VO2/DF) Kyslíkový dych je mierou efektivity dýchacieho systému počas záťaže. Udáva metabolickú hodnotu (spotreba kyslíka) prerátanú na jeden dych. Podobne ako kyslíkový pulz je nepriamou hodnotou minútového srdcového výdaja, tak kyslíkový dych je mierou alveolárneho dychového objemu, čo je objem vzduchu, v ktorom dochádza k výmene plynov. Meriame ho počas stúpajúcej záťaže a získavame tak informáciu o efektivite dýchania a jej zmenách v priebehu záťaže. Túto hodnotu vyrátame delením spotreby kyslíka a dychovej frekvencie. Pokojové hodnoty pre bežnú populáciu 10 - 20 ml na jeden dych sa zvyšujú na 80-100 ml na jeden dych v oblasti anaeróbneho prahu a následne klesajú smerom k maximálnej záťaži. Pokles je miernejší u dobre trénovaných osôb. U športovcov je možno pozorovať vyššie maximálne hodnoty tohto parametra pri vyššej záťaži ( 140-160 ml na jeden dych). Samozrejme veľkosť parametra závisí tak ako väčšina spirometrických hodnôt od telesnej výšky . Pacienti s OVP a RVP dosahujú nižšie hodnoty pri nižšej záťaži a súčasne výraznejší pokles smerom k maximálne tolerovanej záťaži. DYCHOVÝ KYSLÍK V0 2/df
dychový kyslík
120,0 100,0
3
80,0 60,0
2
1
40,0
1 trénovaný 19 roč. bežec na lyžiach 2 netrénovaná žena 46 roč. 3 trénovaný vesliar 26 roč.
20,0 0,0 0
200 400 600 intenzita záťaže vo wattoch
Graf Priebeh dychového objemu pri záťaži na bežiacom páse u rôzne trénovaných osoôb rôzneho veku a typu fyzickej aktivity Dychové ekvivalenty (VE/VO2 = EQO2, VE/VCO2 = EQCO2) Sú to ukazovatele dychovej účinnosti stanovované vzťahom ventilácie k spotrebe kyslíka a výdaju oxidu uhličitého. V pokojových podmienkach ich hodnota kolíše medzi 30-60 (parametre nemajú jednotku). Počas stúpajúcej záťaže ich hodnota klesá a po dosiahnutí minima opäť stúpa. Je to dané správaním sa ventilácie, minútového krvného obehu a metabolických nárokov na záťaž. Najnižšia hodnota pomeru VE/VO2, po ktorej nasleduje definitívny vzostup, indikuje aeróbny prah a najnižšia hodnota VE/VCO2, po ktorej nasleduje definitívny vzostup, indikuje anaeróbny prah. Hodnota ventilačných ekvivalentov je ovplyvňovaná podielom fyziologického mŕtveho priestoru, preto s vekom ich hodnota stúpa.
33 31 29 27 25 23 21 19 17 15
anaeróbny prah aeróbny prah
0
50
100
150
200
250
33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 300
EQCO2
EQO2
Priebeh EQO2 a EQCO2
EQO2 EQCO2
záťaž w
Obr. Priebeh ventilačných kvocientov počas stúpajúcej záťaže do maxima s identifikáciou ventilačne stanovených prahov.
