Zátěžové testy – některé patofyziologické aspekty a jejich důsledky pro volbu testu a interpretaci J.Radvanský Klinika tělovýchovného lékařství UK - 2.LF
Tepové rozpětí (tepová rezerva) pacienta • HRmax (dosažitelná) - HR klidová • HRmax NORMA: 220-věk , 2 SD cca 15 tepů (!) • Adaptací na zátěž klesá HR klidová • Betablokátory: zásadní roli hraje jejich farmakokinetika. Lineární vztah zátěž - HR zůstává, ale HR má méně strmý vzestup, závislý na momentální hladině BB
Problematika HRmax a úskalí interpretace • U mladých v naprosté většině případů lze bez rizika dosáhnout „true“ maximální zátěže. S věkem stoupá četnost těch kteří ukonči zátěž pro patologické symptomy „SLE“ • S věkem významně stoupá i chronotropní inkompetence SA uzlu (ischemická i farmakologická z betablokátorů) • Při HRmax SLE : W170 i W 170 ztrácejí jakoukoliv výpovědní hodnotu • Interpretaci významně pomůže analýza výměny dých. plynů: byl RER > 1,1 ?. VO2max ?
Fyziologicky versus symptomaticky limitovaná zátěž (SLE) • Zdravý dospělý končí pro kombinaci svalové únavy a emočně nepříliš negativně vnímaného zadýchání. • SLE: zátěž ukončena pro symptomy jiné. • Udávejme vždy příčinu SLE + oběhové parametry v době ukončení zátěže.
Ukončení zátěžového testu pro symptomy udané pacientem • oprese, palpitace • dušnost - pro dif. Dg. vhodný pulzní oxymetr a monitorace výměny dých. plynů • porucha hybného systému (některé typy poruch vedou k vyšší SLE na běhátku) • nevolnost, závrať • „nevůle pokračovat“.
Ukončení zátěže z objektivních příčin: patologie na EKG • Progredující těžká porucha repolarizační fáze EKG. ( ad ST deprese: každá unifikace je příliš simplifikující; senzitivita a specificita testu JE funkcí zkušenosti hodnotitele). • Zátěží indukované závažné poruchy srdečního rytmu. (např. progrese AV bloku, vznik komorové nebo supraventrikulární tachykardie, prudké zvýšení počtu KES a jejich přechod uniformních na polymorfní.)
Ukončení zátěže z objektivních příčin: patologie mimo EKG - Vzestup systolického TK nad rozumné meze..( hodnocení relativního vzestupu proti klidu > 35 mmHg na každý 1W/kg zátěže a ne pouze absolutně 240 mmHg). - Pokles STK při vyšším stupni zátěže proti stupni předchozímu o více než 30 mmHg. - Dezorientace pacienta během zátěže. - Prudký pokles saturace Hb pod 80 %. - Spotřeba kyslíku klesá při stoupající zátěži.
Anaerobní, stresový práh • 1973 Anaerobní práh (AT) - nejvyšší intenzita zátěže
v rovnovážném stavu, na které se ještě neobjevuje metabolická acidóza a biochemické změny + změny ve výměně dých. plynů s tím spojené. Klíčovou úlohu při vzniku SP hraje centrální redistribuce krve v neprospěch jater.
• Zatímco vytrvalostní sportovec při překročení AT riskuje pouze předčasné vyčerpání, pacient s ICHS riskuje při několikaminutovém překročení AT život ohrožující arytmii. • Paradoxem výbavy zátěžových laboratoří je to, že u kardiologů je analyzátor výměny dýchacích plynů raritou, u sportovců samozřejmostí
Pacient se sníženou koron. rezervou s omezením srd. výdeje v zátěži: pro zátěž nad AT oproti zátěži pod AT platí: • V ischemických oblastech proarytmogenní situace: anaerobní glykolýza + acidóza přitékající krve. • Laktacidémie stoupá vysoko nad 4 mmol/l. • Nouzová redistribuce u něj nastává velmi brzy, takže AT má v nápadně nízkém procentu své „teoretické“ (ne symptomaticky limitované) tepové rezervy. • HRmax SLE může mít po čase pod i nad AT. Kardiální příčina SLE sníží AT více než třeba artróza kolene. • Pokud HRmax SLE > HR v AT , ale blízko sebe: pacient v běžném životě často nad AT. Riziko: arytmie, únavnost, neschopnost odhadnout mezní zátěž
Ergometr vs. běhátko • E+ méně EKG artefaktů z pohybu, méně kardiálních příhod i úrazů, výsledky jsou reproducibilnější, snáze se měří TK. • E- zapojení menšího množství svalových skupin • E- nelze při artrózách kolene, chodit ještě lze • E- pohybový stereotyp, na který část pacientů není zvyklá, nelze použít u malých dětí • Normy z ergometru nelze použít na běhátko a naopak. Např. HRmax, VO2max jsou na ergometru o cca 5 - 15% nižší (neplatí to pro sportovce - cyklisty)
Základní typ ergometrického protokolu normálně zdatní - schopni rychlé chůze 3,5 2,5 zátěž 1,5 (W/kg) 0,5 -0,5 délka jednoho stupně 150 a více sec, vždy do steady state
Kombinovaný protokol pro VO2max + AT zátěž pro čtyřicátníky méně zdatný muž nebo zdatnější žena
4 3,5 3 zátěž 2,5 2 (W/kg) 1,5 1 0,5 0 0
3 čas (min)
6
9
Méně obvyklé laboratorní formy zátěže u kardiologického pacienta • Dynamická zátěž: běhátko, klikový ergometr • Statická zátěž: dynamometrie – nejčastěji handgrip, 1/3 nebo 1/2 max. volní kontrakce do vyčerpání • Ortostatický test na sklopném lůžku. • Farmakologická zátěž – Dobutamin, dipyridamolový test a.j. • HRV: „short term“ příliš závislá na momentálním ladění pacienta. Věrohodnější výsledky z Holteru
Ruční dynamometr - handgrip
• Zejména u hypertoniků s ambicemi na fyzickou práci horními končetinami (rytí, nošení břemen, stavební práce, windsurfing, silové sporty) • Typ handgripu a volba protokolu ovlivní výdrž, tlak méně • Jen malý rozdíl reakce TK vsedě a vleže • !! V žádném případě neměřit TK až po uvolnění stisku. • Na rozdíl od ergometrie dává validní diastolický TK • Hraniční DTK 120 mmHg adolesc.,dospělí 130 mmHg. • Hraniční STK 200 mmHg u dospělých. • Jen raritně nalezneme pacienta s hypertonickou reakcí systolického tlaku na handgrip a normotonickou reakcí na dynamickou zátěž.
VO2max „true“, skutečné nelimitované symptomaticky Spotřeba kyslíku už dále nestoupala, ačkoliv zátěž ještě dále stoupala, nebo spotřeba vytvořila plató délky > 60 sec u velmi rychlého analyzátoru. • V době dosažení této hodnoty byl výdej CO2 vyšší než spotřeba kyslíku, takže respirační výměnný koeficient RER (poměr vydaného CO2 a přijatého O2 ) byl vyšší než 1,1. RER stoupá i při neurotické hyperventilaci. S touto výjimkou je RER nedostižným markerem dosažení skutečného maxima. • U pacientů s větší limitací srdečního výdeje je ale i VO2max závislý na zátěžovém protokolu.
Problematika zdatnosti seniorů • Nedělají se populační normy zdravých takoví senioři jsou výjimečně zdatní • „Devastating decondition of senior“ • Na 6 stupňové škále zdatnosti se při běžném infektu senior propadne o 3 stupně, takže jen 2 nejvyšší skupiny jsou soběstačné již v rekonvalescenci. • Skupiny s vyšší zdatností mají méně pádů.
Maximální spotřeba kyslíku nebo její ekvivalent v podobě maximální dosažené zátěže u seniora • jsou zřejmě nejlepší a v podstatě jediné exaktní prediktory mortality starších osob zjištěné opakovaně z více studií. • Každý 1 MET maximální spotřeby kyslíku (zvýšení spotřeby kyslíku o 3,5 ml/kg/min) snižuje mortalitu v následujících letech o 11 - 18 procent. • Zdatnost seniora se tak stává nejspolehlivějším celkovým markerem zdraví vůbec.
Vyšetření zdatnosti seniora má tři základní roviny • Symptomatickou: zdatnost limitována symptomaticky (SLE) – nejčastěji bolestí z poruchy hybného systému, či lokální ischémie pracujících svalů, stenokardie, dušností původu kardiálního i plicního, patologickou únavou při nízkém srdečním výdeji v zátěži • Funkčně - metabolickou: ta je pouze u vybraných pacientů zjistitelná standardním vyšetřením stupňovanou zátěží do „true“ maxima • Volní: zdatnost limitována volními vlastnostmi Jestliže je pacient limitován nejistotou, negativní zkušeností s intenzivní zátěží, nebude ochoten tolerovat laboratorní test až do maxima.
34
32
30
28
věk (r.)
35 ,4 35 ,16 34 ,92 34 ,6 8 34 ,44 34 ,2 33 ,96 33 ,72 33 ,48 33 ,24 33
36 ,26 35 ,83
40 ,5 40 ,1
39
39 ,56
56 ,14
58 ,71
60 ,74 61 ,46 62 ,2 61 ,51 60 ,79 60 ,1
60
59 ,4
58 ,81
57 ,99
57 ,59
57 ,3 56 ,72
56 ,4
55 ,56 54 ,98 54 ,4 53 ,82 53 ,2 4 52 ,66 52 ,08 51 ,5 50 ,81 50 ,12 49 ,43 48 ,74 48 ,0 5 47 ,36 46 ,67 45 ,98 45 ,29 44 ,6 44 ,04 43 ,48 42 ,9 2 42 ,36 41 ,8 41 ,24 40 ,68 40 ,12
39 ,7 39 ,27 38 ,84 38 ,41 37 ,98 37 ,5 5 37 ,12 36 ,69
41 ,7 41 ,3
42 ,1
42 ,5
42 ,9
51 ,8
54
40 ,9
44 43 ,7 43 ,3
44 ,51
45 ,33
46 ,96
46 ,14
47 ,77
49 ,4
48 ,59
50 ,2
51
50 ,27
56
28 ,78 28 ,5 6 28 ,34 28 ,12 27 ,9 27 ,73 27 ,56 27 ,39 27 ,22 27 ,0 5 26 ,88 26 ,71 26 ,54 26 ,37 26 ,2 26 ,28 26 ,36 26 ,4 4 26 ,52 26 ,6 26 ,68 26 ,76 26 ,84 26 ,92 27
36
30 ,1 29 ,88 29 ,66 29 ,44 29 ,22 29
40
31 ,95
46
31 ,03
33 ,82
48
34 ,75
38 36 ,6
42
38 ,94
43 ,6
50 48 ,73
52
41 ,26
41 ,73
47 ,2
58
39 ,87
60
35 ,67
38
62
32 ,88
-1
VO2max/kg (ml*min /kg) +/- 2SD
Max. spotřeba kyslíku - muži
26 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Závěr • Původní dominantní indikace zátěžového testu - diagnostika stavů se sníženou koronární rezervou pomocí zátěžového EKG - se postupně přesouvá směrem k hodnocení prognózy, efektu léčby a k terapii pohybem. • Dobrá znalost zátěžové fyziologie zůstává nutnou podmínkou interpretace testů i léčebného úspěchu pohybové terapie..
48 ,7
31 ,1
32 ,4 6 32 ,1 2 31 ,7 8 31 ,4 4
32 ,8
26 ,7 26 ,6 6 26 ,6 2 26 ,5 8 26 ,5 4 26 ,5 26 ,4 6 26 ,4 2 26 ,3 8 26 ,3 4 26 ,3
27 ,3 1
27 ,9 2
28 ,5 3
29 ,1 4
29 ,7 5
30 ,3 6
30 ,9 7
7 3 ,5 ,2 2 29 1 ,9 29 ,6 28 ,3 28 3 28 ,9 6 ,5 27 9 ,1 27 2 ,8 27 5 ,4 26 8 26 ,0 1 ,7 26 4 ,3 25 7 ,9 25 ,6 24 24
34 ,5 34 ,16 33 ,82 33 ,48 33 ,14
35 ,8
35 ,15
37 ,1
36 ,45
38 ,4
37 ,75
39 ,7
39 ,05
41 40 ,35
31 ,5 8
38 ,5
39 ,1
64 56 3 57 ,7 ,3 ,4 0, 30 30, 30, 30,5 ,19 8 30 30 3 30 29,8
32 ,1 9
35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18
45 ,3 45 ,27 45 ,24 45 ,21 45 ,19 45 ,16 45 ,13 45 ,1 44 ,69 44 ,28 43 ,87 43 ,46 43 ,05 42 ,64 42 ,23 41 ,82 41 ,41
46 ,44
47 ,56
49 ,49
51 ,1 50 ,31
40 ,7 40 ,3 7 40 ,0 3 39 ,7
52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36
37 ,9 37 ,7 3 37 ,5 6 37 ,3 9 37 ,2 1 37 ,0 4 36 ,8 7 36 ,7 36 ,3 1 35 ,9 2 35 ,5 3 35 ,1 4 34 ,7 5 34 ,3 6 33 ,9 7 33 ,5 8 33 ,1 9 32 ,8
-1
VO2max/kg (ml*min /kg) +/-2SD
Max. spotřeba kyslíku - ženy
3 ,0 24
6 ,4 23
9 ,8 22
2 ,3 22
5 ,7 21
8 ,1 21
1 ,6 20
4 ,5 98 ,2 21 6 0,72 20, 21 4 , 4 2 0 2 ,0 8 94 0, 2 7 2 6 9, 2 20 ,4 6 9,4 19, 1 1 , 19 ,9 9 1 18 1
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
věk (r.)
14 5
14 6
150 14 8
věk (r.)
15 0
15 2
15 3
155 15 6
16 3 16 3 16 2
16 0
16 3 16 3
17 1
17 5
19 7
19 8 19 8
200
17 2
17 3
17 7 17 6
17 9 17 8
18 1
18 2
18 3 18 3
19 5 19 5 19 6 19 6 19 5 19 5 19 4 19 4 19 3 19 3 19 2 19 2 19 1 19 1 19 1 19 1 19 0 19 0 19 0 18 9 18 9 18 8 18 8 18 7 18 6 18 6 18 5 18 5 18 4
185
15 5
160 15 9
165 16 4 16 5 16 4
17 3
190
16 1 16 2
16 6
17 0
17 1
17 2 17 1
17 4
17 6 17 5
17 9 17 9
19 3
195
16 5
16 8
170
20 2
20 0
20 0
20 1 20 1
20 4 20 3
20 5 20 4
20 6
20 3 20 5
21 1 21 2 21 1 21 1 21 1 21 1 21 0 21 1 21 0 21 1 21 0 21 1 21 1 21 2 21 2 21 2 21 3 21 2 21 3 21 2 21 1 21 0
20 9 20 9
20 7 20 7
20 9 20 9
20 7
210
18 1 18 1 18 0
18 1
19 0
215
16 8 16 7
175 17 7 17 7
180 17 9
18 8
205
17 3 17 5
Tfm a x +/-2SD (m in -1 )
HRmax na ergometru - muži
145 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
věk (r.) 16
2
16 1 16 2 16 2 16 2
1 16 1
16
1 16 1 16 1 16 1 16 1
16
3
16
165 16
4
16
5
16
7
170 16
8
17
0
0
1
2
17
2
17
17
3
4
5
7
18
0
0
18
9
0
18
18 9
17
8
17 8 17 7 6
5
17
17
4
17 17
3
17
17
17
17
2
2
18
18 1
2
18
19
19
19 4
9
9
2
21
21
21
21
4
18
18 4
18
18
4
7
7
18 7
18 6 18 5
4
18
8
9
9
18
19
19 1
0
1
19
19
2
3
3
19
19
5
19 5
7
7
19
19 6
19
8
9
9
9
9 19
19
19
2
20
1
1 20 2
20
20
20 3
20 4 20 3
20 4 20 4 20 4
20
5
20
6
20
7
20 7
20
8
20
9
21
0
21
1
2
21
3
4
21
19
19
0
19 19
7
21
18
19
9 19 9 19 9
3
2
18 18
1
18
190
4 21 4 21 4 21 4 21 4 21 4
4
19 5
205
4 18 4 18 4 18 4 18 4 18 4
18
18
18 3
2
185
18
200
18
18 0
20 8 20 7
20 9 20 9
210
17
195
19 3 19 3 19 3 19 3
215
17
17
17
175 8 17 9
180
7 17 7
17
Tfmax +/-2SD (min-1)
HRmax na ergometru - ženy
160 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Populační hodnoty Wmax, Wmax/kg, W170 Věk Wmax [roky] [W]
Wmax/kg [W/kg]
W170 [W]
18 25 35 45 55
M 278 283 264 242 220
Ž 190 185 174 164 154
M 4,1 3,8 3,4 3,1 2,7
Ž 3,3 3,1 2,7 2,4 2,1
M 178 193 195 195 195
Ž 103 109 115 121 127
SD
38
31
0,5
0,5
50
29
Nomogram k určení náležitého výkonu – problém zátěžové fyziologie ..lze 75 procent průměru považovat za „individuálně OK“ ?
Srovnání klikového a bicyklového ergometru při přepočtu „poloviční zátěž na horní ¨konč. vyvolá podobnou odezvu“ [rumpál 0,25 - 0,5 - 0,75 W/kg - max] [ ergometr 0,5 - 1,0 - 1,5 W/kg - max] - tepová frekvence: SF-KE
Graf č.2
SF [tep/min]
SF-BE
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
1.st
2.st
3.st Zátěž
max
Srovnání klikového a bicyklového ergometru při premise „poloviční zátěž na horní končetiny vyvolá podobnou odezvu“ - systolický krevní tlak Graf č.3a
TKs-KE
TKs [mmHg]
TKs-BE
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
1.st
2.st
3.st Zátěž
max
Srovnání klikového a bicyklového ergometru při premise „poloviční zátěž na horní končetiny vyvolá podobnou odezvu“ - spotřeba kyslíku Graf č.4
V O 2-KE V O 2-BE
VO2/kg [ml/min]
50 40 30 20 10 0
1.st
2.st
3.st Zátěž
m ax
Vztah zdatnosti k pracovní kapacitě: příklad I • žena 50 kg a muž 100 kg, zdraví, mají každý nést do kopce náklad, vyžadující energ. výdej ekvivalentní spotřebě kyslíku 2000 ml/min: ke klidové spotřebě cca 5 ml/kg/min přidá žena 2000/50 tedy 40.. požadovaný energetický výdej bude ekvivalentní spotřebě 45 ml/kg/min, tedy nad hranicí jejích možností. Muž přidá ke svým 5 ml/kg/min klidové spotřeby 2000/100 tedy 20 ml/kg/min. Jeho spotřeba kyslíku 25 ml/kg/min bude u zdravého vnímána jako střední intenzita zátěže. • Rozdíl hodnocení fyzikálně identické práce je biologicky dán zejména množstvím svalové hmoty, věkem a méně rozdílem pohlaví (+ faktory zdravotní, psychologické, sociálně – motivační).
Vybrané termíny zátěžové fyziologie pro interpretaci testů:
Typy zátěže s dominancí anaerobní glykolýzy • První polovina iniciální fáze zátěže.. cca 2 minuty po začátku každého dalšího stupně • Práce nad anaerobním prahem v rovnovážném stavu: mezi AT a maximem stoupá jak aerobní tak anaerobní glykolýza • Supramaximální zátěž (anaerobní glykolýza stoupá, spotřeba kyslíku nikoliv) • Kontinuální statická zátěž fázických svalů horních končetin
Zátěžový protokol pro ergometrii bez analýzy výměny dýchacích plynů • 1W/kg odpovídá běžné rychlejší chůzi • Podle odhadu zdatnosti pacienta začínáme od subjektivně lehké intenzity, obvykle 0,5 - 1 W/kg hmotnosti, se zvyšováním po 0,25 až 1,0 Wattu na kilogram hmotnosti na každý zátěžový stupeň. • Dobrý odhad protokolu dávkovaného dle hmotnosti zcela kompenzuje pohlavní rozdíly ve zdatnosti. • Stupňů má být nejméně 3 nejvíce 6. Na nižších stupních zátěže je možno zvýšit intenzitu vždy po dosažení rovnovážného stavu (!)
Zátěžový protokol pro test s analýzou výměny dýchacích plynů • Výbava: rychlý analyzátor výměny dýchacích plynů + pulzní oxymetr + EKG + ergometr • nejvhodnější protokol s dvěma stupni zátěže podle hmotnosti pacienta, následovaný kontinuálně zvyšovanou zátěží do maxima. První stupeň do rovnovážného stavu má pacient subjektivně hodnotit jako zátěž lehkou, tedy obvykle 0,5 až 1W/kg. • druhý stupeň délky tří minut má být pro pacienta nastaven na úroveň subjektivně středně těžké zátěže. • Místo třetího stupně zvyšujeme kontinuálně zátěž do maxima během dalších 2 až 6 minut.
K čemu spiroergometrie proti ergometrii • Na protokolu méně závislé stanovení zdatnosti, možnost stanovit AT a tedy optimální tréninkovou zátěž pro pohybovou terapii. • S moderními analyzátory lze lépe zjisti podíl postižení plic na dušnosti pacienta. • VO2max vyjadřuje maximální schopnost aerobně produkovat makroergní fosfáty, je globálním ukazatelem výkonnosti celého transportu dýchacích plynů od zevního prostředí až po mitochondrie. Vyjadřuje zároveň také schopnost pacienta zapojit najednou co nejvíce motorických jednotek a vzdorovat ochrannému inhibičnímu reflexu - únavě.
