בדיקות מאמץ
Rationale for Exercise Testing Cardiopulmonary measurements obtained at rest may not estimate functional capacity reliably.
Clinical Exercise Tests 6-min walk test Submaximal Shuttle walk test Incremental, maximal, symptom-limited Exercise bronchoprovocation Exertional oximetry Cardiac stress test (Stress ECG) CPET
מה "מרוויח" הספורטאי ממערך בדיקות?
:ןומיאה לש תיתומכ הכרעה שופיחב יתלב קסופ רופישל עוציבה םנשי םיסרוגה םינומיא אלל לובג לכו הברמה.ךבושמ םנשי םג הלא םיכחמה םויסל הנועה שפוחלו אלמה ץחלמ םינומיאה דע תליחתל הנועה.האבה םג הלא םגו הלא םיחוטב תליחת יכ הנועה האבה אצמית םתוא תורישכב תילמיטפוא תדוקנלו קוניז השדח תרפושמו. ינשב םירקמה ונכתי "תוליפנ" רשאכ הלא םיפחודה םילולע אוצמל םמצע םיגוסנ םהיעוציבב ןכו םג הלא םיחנה ואצמי םמצע םיליחתמ תדוקנמ החיתפ הדורי אלש רשפאת תגשה.םיילמיטפוא םיעוציב
גורמים רבים חוברים ליצירת ספורטאי עילית או ביצוע אופטימלי. החשוב שבהם הוא הגורם התורשתי. * גורם זה כולל לא רק מרכיבים אנטרופומטרים ופיסיולוגיים אלא גם את היכולת להשתפר בעטיו של אימון. * המדען אינו יכול להשפיע על התורשה אך יכול לעזור במימושה על-ידי מעקב ובקרה של האימון והתאמתו על פי המצב והדרישות.
איתור חזקות וחסרונות רלוונטיים לענף The main purpose of testing is to establish where an individual's strengths and weaknesses lie. This involves identifying the major components of fitness in the sport and then conducting tests that.1 measure those components. A training program that is geared toward the development of the individual can then be prescribed.
היזון חוזר רציף.2 במהלך העונה ומתמשך By repeating appropriate tests at regular intervals, the coach can obtain a guide to the effectiveness of the prescribed training program. A "one-shot" testing experience provides very little benefit either for the athlete or the coach and is strongly discouraged.
3. דחיפה מוטיבציונית The feedback of a specific test score often provides the incentive for an athlete to improve in a particular area, as he or she knows that the test will be repeated at a later date.
4. מכשיר עזר חינוכי/לימודי A testing program can provide coaches and athletes with a better understanding of the demands of the sport and the attributes that are required to be success-ful. This facilitates systematic planning of athlete development programs.
5. חיזוי ביצועים ואיתור כישרונות Many nations have experienced some success at identifying individuals who may be suitable for sports that depend on certain anthropometric characteristics and physiological capacities. These characteristics and capacities can be identified only through appropriate and accurate testing.
מה לא יקבל הספורטאי ממערך בדיקות? 1. הבדיקה איננה מטרה לשמה אלא אמצעי לשיפור. 2. מגבלות טכניות בהדמיית ענפים מסוימים )במעבדה(. 3. מגבלות בעיקר בענפים טכניים וקבוצתיים.
מדידת כוח והספק שרירי * מטרת בדיקות אלה לבחון ולמדוד יכולתם המרבית של שרירים לייצר כוח. * מודדים התנהגות קבוצות שרירים בתנאי ביצוע מגוונים )ממהירות גבוהה בטווח תנועה גדול ועד מאמץ איזומטרי(. * תנאי ביצוע שונים מכתיבים תגובות פיסיולוגיות שונות ולכן מסקנות תואמות.
מדידת הפוטנציאל האנרגטי * מטרת בדיקות אלה למדוד את הקיבולת המרבית של מגוון מנגנוני ייצור ה- ATP. * תכנון בדיקות בקטגוריה זו מכתיב תבחינים שבהם דומיננטיות למסלול האנרגיה הנבדק.
בדיקת הקבולת האירובית )צ.ח.מ.( קצב המטבוליזם האירובי וההספק המכני )ביצוע( הנובע ממנו תלוי בשני גורמים: 1( יכולת השרירים לקלוט ולנצל חמצן לצורך ביצוע התהליכים האירוביים. 2( יכולת המערכות המרכזיות )נשימה, לב, כלי דם( לתמוך ולבצע תהליכי הסעת החמצן מהאטמוספירה לתאי השריר. המטרה העיקרית, וגם הקושי הגדול, בבדיקות אירוביות במעבדה לקבוע את הקבולת האירובית מחד, ואת הגורם/ים המגביל )חוליה חלשה( מאידך. הגדרת ה-צ.ח.מ. והשמות השונים והדרכים לתיאור )אבסולוטי ויחסי(. החלק הגנטי במרכיב זה ובכמה ניתן לשפרו על-ידי אימון )השיפור נובע הן משינויים מרכזיים )קרדיופולמונריים( והן משינויים פריפריים )ווסקולריים וביוכימיים (. * *
* הסף האנאירובי * הערכת הקיבולת האירובית איננה מסבירה את כל התכונות האירוביות הנדרשות להצלחה בביצועים אירוביים תחרותיים. עקב התלות ההדדית בין שלושת מסלולי האנרגיה בכל ביצוע גופני קיימת מעורבות אנאירובית רלוונטית גם בביצועים אירוביים. הערכת המעורבות הזו ברמות שונות של מאמץ אירובי מאפשרת הגדרת כשירות גופנית ספציפית - סבולת אירובית. * רמת חומצת החלב בדם איננה פונקציה בלעדית של רמת ייצורה בשריר, אלא שילוב מורכב של קצב הייצור, קצב היציאה מהשריר, מידת אגירתה בכבד ושל קצב ניצולה כמקור אנרגיה בחלקי גוף ספציפיים. כלומר, רמת חומצת החלב בדם משקפת למעשה את חוסר שיווי המשקל שבין קצב ייצור חומצת החלב בשריר, לבין קצב פרוקה ו/או ניצולה ברקמות השונות. * הגדרת הסף האנאירובי - השמות השונים, דרכי קביעתו )כולל,OBLA וסף נשימתי(, מה מגביל ביצוע מתחת ומעל הסף האנאירובי וכמה זמן שעות, מעל הסף-כשעה, ב-צ.ח.מ.- 7-8 דקות(. * החשיבות של צ.ח.מ ו- AT לביצועים שונים. )מתחת-ללא הגבלה, בסף-כמה
הרציונל לבדיקת הקיבולת והסבולת האירובית הרציונל לבדיקות אלה מעוגן בהנחה כי הבדלים ביכולות אלה )וביכולת האנאירובית( הנובעים מהבדלי תורשה, גיל, מין, הנם בלתי תלויים אחד בשני, עשויים להשתפר בעטיו של תהליך אימוני וחשיבותם שונה לענפי ספורט שונים. הערכת היכולות הנ"ל עשויה לסייע לספורטאי במישורים הבאים: 1. התאמתו ומוכנותו של הספורטאי לביצוע ספורטיבי נתון. 2. מידת ההשקעה הנדרשת באימון אירובי. 3. סוג האימון האירובי הדרוש. 4. תזמון השינוי בהדגשי האימון. 5. מידת השינוי שחל בגין תוכנית האימון. 6. כשירותו הבריאותית של הספורטאי )תזונה, גדילה ואימון-יתר(.
ישנם בדיקות )מדדים( אירוביים נוספים מלבד ה- וה-.AT צ.ח.מ. למשל יעילות מטבולית ו/או מכנית )מאמץ תת-מרבי( או בדיקות המגדירות "כישורים" משולבי יכולות אירוביות ואנאירוביות הרלוונטים לענפי ספורט ספציפיים.
רלוונטיות הבדיקות האירוביות לפי ענפי ספורט * אופי הספורט ואסטרטגית ניצול האנרגיה בענפי הספורט השונים יכתיבו את סוגי ואופי הבדיקות הרלוונטיות לענף. * הליך פענוח הממצאים ודיווחם חייב להתייחס למירב הגורמים המשפיעים על הספורטאי וביצועיו )מצבו לפני האימון, אופי ומתכונת אימוניו, גורמים סוציאלים, אקונומיים ופסיכולוגיים(.
מהו מערך בדיקות אפקטיבי? 1. הפרמטרים במעקב )בבדיקות( רלוונטיים לספורט. 2. הבדיקות מהימנות ותקפות. 3. הפרוטוקולים ספציפיים ורלונטיים לספורט. 4. הביצוע קפדני ומדויק. 5. הבדיקות מתוכננות בעיתוי מתאים וחוזרות במרווחים רצויים )מעקב(. 6. הממצאים מנותחים בשיתוף מלא עם המאמן והספורטאי. 7. זכויות הנבדקים נשמרות בקפדנות.
Criteria for Selecting Tests Relevance: In order to obtain valid results, it is important for athletes to respond positively to fitness tests. Their immediate recognition of the relevance of the particular test to their sport is therefore critical. The test should be selected in accordance with the known energy requirements of the sport.
For example, a pursuit cyclist is involved in a maximal effort for 4-4.5 minutes. Maximal explosive and sustained power using both aerobic and anaerobic energy pathways should be measured. In addition, some assessment of mechanical efficiency and the lactate threshold would be appropriate. By the same token, a field hockey player requires both speed and endurance with energy supplied in both an intermittent and continuous manner.
Hence, a short sprint (to assess both acceleration and speed), a series of interval sprints (to determine a fatigue index), and a longer run such as 20 m shuttle runs (to estimate maximum aerobic power) would provide a useful guide to the major fitness components for field hockey.
Specificity: Fitness tests should address the performance capabilities of the muscle groups and muscle fiber types actually involved in the sport. For example, strength testing should relate not only to the specific muscle groups involved in the activity but also to the patterns and speeds of movement followed. Also, distance runs or treadmill tests should be used for measuring endurance in running sports, and cycle, kayak, swimming, and rowing ergometers should be used for assessing explosive and sustained power in the specific sports for which they were designed.
Practicality: The concept of practicality is also an important consideration when choosing which tests to administer. Factors such as the location and availability of both the subjects and the venue as well as the duration and cost of the tests need to be taken into account when determining the suitability of a test battery.
An appropriate fitness test should measure what it claims to measure. That is, the test should be valid. The degree of validity can be gauged from close inspection of its content. For example, if a test is measuring aerobic fitness, it should be of sufficient duration to test the power of this energy system. A test lasting longer than 5 minutes places sufficient emphasis on the aerobic energy pathways for it to be called an aerobic fitness test. Tests of shorter duration, while still placing stress on the aerobic system, require a significant anaerobic energy contribution and therefore lack sufficient content validity to be called aerobic fitness tests.
Cardiopulmonary Exercise Testing
Karlman Wasserman
Coupling of External Ventilation and Cellular Metabolism
General Mechanisms of Exercise Limitation Pulmonary Ventilatory Respiratory muscle dysfunction Impaired gas exchange Cardiovascular Reduced stroke volume Abnormal HR response Circulatory abnormality Blood abnormality Peripheral Inactivity Atrophy Neuromuscular dysfunction Reduced oxidative capacity of skeletal muscle Malnutrition Perceptual Motivational Environmental
What is CPET? Symptom-limited exercise test Measure airflow, SpO 2, and expired oxygen and carbon dioxide Allows calculation of peak oxygen consumption, anaerobic threshold
Components of Integrated CPET Symptom-limited ECG HR Measure expired gas Oxygen consumption CO 2 production Minute ventilation SpO 2 or PO 2 Perceptual responses Breathlessness Leg discomfort
CPET Methodology Cardiopulmonary exercise testing is a method for an objective evaluation of exercise tolerance and for differential diagnosis of unclear exercise limitation. Wasserman K, Hansen J, Sue D, Stringer W, Whipp B Principles of Exercise Testing and Interpretation. Fourth Edition. Publ.: Lippincott Williams & Wilkins 2005. Chapter 6, p.134.
Conventional Variables of Exercise Testing Measurement Abbreviation Dimension ECG Blood Pressure BP mmhg Heart Rate HR /min Heart Rate Reserve HRR /min Work Rate WR Watt Blood Gases PaO2 / PaCO2 mmhg
Metabolic Variables of Exercise Testing Measurement Abbreviation Dimension Oxygen-Uptake VO 2 ml/min Carbon dioxid-output VCO 2 ml/min Respir. Exchange Ratio RER /min Oxygen-Pulse VO 2 /HR /min Aerobic Capacity DVO 2 /DWR ml/watt/min
Ventilatory Variables of Exercise Testing Measurement Abbreviation Dimension Tidal Volume V T l Respiratory Rate RR /min Minute Ventilation V E l/min Breathing Reserve BR /min Ventilat. Equivalent O 2 V E /VO 2 - Ventilat. Equivalent CO 2 V E /VCO 2 - End Tidal PO 2 PETO 2 mmhg End Tidal PCO 2 PETCO 2 mmhg Ventilatory Efficiency V E vs VCO 2 -Slope -
Modified Borg CR-10 Scale
Indications for CPET Evaluation of dyspnea Distinguish cardiac vs pulmonary vs peripheral limitation vs other Detection of exercise-induced bronchoconstriction Detection of exertional desaturation Pulmonary rehabilitation Exercise intensity/prescription Response to participation Pre-op evaluation and risk stratification Prognostication of life expectancy Disability determination Fitness evaluation Diagnosis Assess response to therapy
הארגומטרים
Exercise Modality Advantages of cycle ergometer: Cheaper Safer Less danger of fall/injury Can stop anytime Direct power calculation Independent of weight Holding bars has no effect Little training needed Easier BP recording, blood draw Requires less space Less noise Advantages of treadmill Attain higher VO 2 More functional
Cycle Ergometer Vs. Treadmill TREADMILL CYCLE FEATURE Muscle mass involved ++ + Peak VO 2 + -- Peak HR and VE + + Skill required + -- Quantification of external work -- + Quality of signals (ECG, BP) -- + + Ease of obtaining blood gases -- + + Safety -- + Availability for supine position -- + Cost -- + Portability -- +
TEST PROTOCOLS
What Protocol??? Max or Sub-max? Bike or Treadmill? Exercise Duration? Ramp or Steps? Workload?
MAX or SUBMAX For cardio-pulmonary diagnostic purposes, MAXIMAL tests are performed. We aim to stress the cardio-resp system until we identify the factor which limits exercise capacity. Sub max test are more common in athletics training, rehabilitation etc.
CONSTANT LOAD PROTOCOLS
VO 2 response to submaximal constant exercise 2.5 2 VO 2 (L. min -1 ) 1.5 1 Untrained Trained 0.5 0 0 60 120 180 240 300 360 Time (secs)
INCREMENTAL PROTOCOLS
Incremental vs Ramp Exercise Test Protocol INCREMENTAL RAMP WORK WORK TIME TIME
Differences in workload adjustments according to exercise test protocol
Selecting the Work Rate (Bicycle) Severe impairment (e.g. patient who is confined to home or walks only short Moderate impairment (e.g. patient who walks one or two city blocks before Mild impairment or sedentary older atient Sedentary younger patient Active younger patient (regular sports, physical exercise) Athletic and fit (competitive sports) Extremely fit (highly competitive) 5 Watts/min distances) 10 Watts/min symptoms) 15 Watts/min 20 Watts/min 25 Watts/min 30 Watts/min 40 Watts/min Chris Cooper, MD.. Harbor UCLA Medical
Treadmill Ideal Protocol: Exercise portion of test lasts 8-12 minutes. Ramp or Step Slope
גבר סדנטרי )לא פעיל( פעיל גופנית חולה שמן בריא חובב ספורטאי תחרותי מעל גיל 45 מתחת גיל 45 מעל גיל 45 מתחת גיל 45 מעל גיל 45 מתחת גיל 45 ענפי כוח ענפי סבולת 1.5 % 10 קמ ש 2.5 % 10 קמ ש 2 % 6.5 קמ ש 2 % 5.3 קמ ש 2 % 5 קמ ש 1 % 4.3 קמ ש 45 מעל גיל 45 מתחת גיל פעילה ספורטאית ענבר ושו"ת, "הרפואה", 1987 אישה
WHAT DO WE MEASURE?
Metabolic - Oxygen consumption (VO 2 ) - Carbon dioxide production (VCO 2 ) - Respiratory exchange ratio (RER) - Blood lactate concentration (Bla) - Anaerobic threshold (AT) - ΔVO 2 /ΔWR
VO2 MAX or PEAK?? VO2 MAX is only achieved if VO 2 plateaus. Peak VO 2 is the highest VO 2 achieved without the plateau. Not stated as MAX because the subject could have done better.
Maximal - Stop (1) Exercise criteria for exhaustion (1): 1. Gas exchange VO2 - plateau RER > 1.1-1.2 Breathing equivalent EQO2 > 35 PETCO 2 Down sloping 2. Metabolic Lactate: 6-12 mmol/l ph-value < 7.2 (< 7.0)
Stop Criteria Indications for load-stop: (Symptom limited) Angina Pectoris ST-decrease more than 0.25 mv (horizontal or descending) Dysrhythmia according to Lown IIIa or IV (polytop extrasystols or volleys) AV block of degree II or III Decrease of O 2 -uptake, HR, and/or O 2 -pulse during exercise
Physiological Measurements Obtained During an Exercise Test (cont.) Cardiovascular - ECG - Heart rate - Heart rate reserve (Pred. HRmax-HRmax) - Blood pressure - Oxygen pulse (VO 2 /heart rate) as an index of stroke volume
רישום הפעילות החשמלית של הלב Electrocardiogram (E.C.G)
Heart Rate
HR VS. VO2 - Normal
Low Fitness
HR and VO 2 Normal Response: Linear, max pred VO2 and HR. COPD: Linear, reduced max VO2 and HR. CAD: Non-linear, red VO2, Max HR.
Heart Rate Reserve How much heart rate capacity we have in reserve, expressed as number of beats. maximum predicted HR is 180 bpm current HR is 160 bpm HRR of 20 beats.
Heart-Rate-Reserve Predicted HRmax (220-age) HR, b/min Measured HRmax HRR =(pred HRmax - meas HRmax) MAX Work rate, watts
Blood Pressure
Blood Pressure Baseline SBP + 10 mmhg DBP (+/- 10mmHg) Double Product: HR x SBP Estimate of Myocardial Work
Oxygen Pulse
THE OXYGEN PULSE By the term oxygen pulse we mean the amount of oxygen consumed by the body from the blood of one systolic discharge of the heart. Its value is calculated by dividing the amount of oxygen absorbed by the individual per minute, by the number of heart beats in the minute. (Henderson and Prince (1914))
SIGNIFICANCE OF THE OXYGEN-PULSE. (E.M. Radloff (1930) The oxygen-pulse is a somewhat tantalizing function. It is obtainable with precision, since both its factors, the pulse rate and the respiratory oxygen consumption of the body, are readily and accurately determinable. It brings us fairly close to a measurement of the output of the heart per beat, or stroke volume. Yet in the absence of one additional factor it leaves the stroke volume unrevealed. The additional factor needed is the arterio-venous oxygen difference.
CLASS I Ca-vO2 (Vol %) 9 14 CLASS II 12 6 3 CLASS III CLASS IV 10 8 6 I CLASS CLASS II CLASS III CLASS IV 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 % VO2 max % VO2 max
O 2 pulse Grading of typical O 2 pulse trending phenomena Upsloping - high = 10 Normal - Upsloping - low = 8 Flat = 5 Downsloping = 3 VO 2 Inbar et al. 1998
Respiratory Parameters
Pulmonary - Minute ventilation (VE) - Breathing pattern (tidal volume and frequency) (V T, B F ) - Ventilatory equivalent for oxygen ( VE/VO 2 ) And for carbon dioxide (VE/VCO 2 )) Breathing reserve (VEmax/MVV ratio) - Saturation in arterial blood -
Normal Response
High VS. Low Fitness
Disease State
Breathing Reserve How much Ventilation we have in reserve. Percent of MVV MVV = 125 L/min Current VE = 100 L/min 25 L/min reserve = 20% e.g.
Ventilatory Equivalents
Ventilatory Equivalents How many litres of air we need to breathe to exchange 1 litre of gas. VE/vO 2 of 50 means that one needs to breathe 50 litres to extract 1 litre of oxygen VE/vCO 2 of 30 means that one needs to breathe 30 litres to expel 1 litre of CO 2.
Ventilatory Equivalents (Efficiency of ventilation) 40 VE/VCO 2 20 VE/VO 2 AT RC 0 Normal values at AT: VE/VO2: 25 (22-27) VE/VCO2: 28 (26-30)
Ventilatory Equivalents
Gas Exchange
Gas exchange: End tidal O 2 and CO 2 (P ETO2, P ETCO2 ) - - Physiological dead-space to tidal volume ratio (Vd/Vt)
End-Tidal Gases CO2 (mmhg) 40 40 0 CO2 (mmhg) 0
VD/VT Calculation Look at the difference between: Mixed expired CO2/ETCO2 Estimate how much of the gas was involved in gas exchange, compared to how much was not. Therefore estimate VD/Vt
VD/VT 0.4 VA/Q mismatch 0.3 0.2 0.1 Normal Work
Psychomotor and symptoms: - RPE (6-20 or 0-10 scale) - Angina (+1 to +4) - Breathlessness (+1 to +4)
For whom these tests are
INDICATIONS Diagnostic: Lung diseases (including Exercise-Induced Asthma) Heart deseases (improve diagnostic power) Peripheral vascular disease (PVD) McArdle`s syndrome Functional: Assessment of exercise tolerance (causes, potential limiting factors) Assessment of occupational suitability Assessment of disability Assessment of treatment efficacy (medication, rehabilitation) Pre- and post-operative assessment (including heart transplantation) Exercise prescription (for rehabilitation and health-fitness)
אוכלוסיות היעד בירור קליני בירור בתחום העבודה והתעסוקה אישורים והכוונה בתחום הספורט והפעילות הגופנית ילדים בתחום הקרדיאלי והרספירטורי הערכה תפקודית והתאמה למטלות לפעילות גופנית בריאותית והישגית איתור והכוונה
הבדיקה החלק הקליני החלק הפיזיולוגי קרדיאלי רספירטורי הערכה תפקודית בתחום התעסוקתי ופעילות גופנית בריאותית הערכה תפקודית בתחום ההישגי ספורטיבי