RU2171620C1 - Method for determining anaerobic threshold - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves determining heart beat rate at every loading stage. Heart beat rate vs. loading power plot is built. The point the dependence grows from linear into non- linear one is considered to correspond to anaerobic threshold. EFFECT: enhanced reliability in testing states characterized by maximum oxygen consumption in healthy and ill people. 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к способам определения анаэробного порога, который является одной из характеристик уровня обмена веществ в организме человека. The invention relates to medicine, namely to methods for determining the anaerobic threshold, which is one of the characteristics of the level of metabolism in the human body.

Анаэробный порог - это момент перехода от аэробного обмена к анаэробному уровню обмена веществ в организме. Он характеризует такой уровень обмена веществ, при котором достигается максимальное потребление кислорода, то есть равенство величин доставляемого и потребляемого кислорода организмом. На его основе базируется верификация резервных возможностей пациента, его физической работоспособности. Anaerobic threshold is the moment of transition from aerobic metabolism to anaerobic metabolic rate in the body. It characterizes such a level of metabolism at which the maximum oxygen consumption is achieved, that is, the equality of the values of oxygen delivered and consumed by the body. Based on it, verification of the reserve capabilities of the patient, his physical performance is based.

Известен способ определения анаэробного порога путем забора венозной крови и обнаружения лактата в сыворотке крови [Wasserman К., Beaver W.L, Whipp B.J. Circulation. - 1990.- Vol. 81, Suppl. 2. - p. 14-30]. Недостатком этого способа является то, что лактат сыворотки крови определяется в среднем раз в минуту, что влияет на скорость и точность определения анаэробного порога. A known method for determining the anaerobic threshold by collecting venous blood and detecting lactate in serum [Wasserman K., Beaver W.L, Whipp B.J. Circulation. - 1990.- Vol. 81, Suppl. 2. - p. 14-30]. The disadvantage of this method is that serum lactate is determined on average once a minute, which affects the speed and accuracy of determining the anaerobic threshold.

Известен способ определения анаэробного порога путем проведения спировелоэргометрии и определения точки пересечения кривых потребления кислорода и выделения углекислого газа [Флоря В.Г., Айдаргалиева Н.Е., Синицын В.Е. и др. Анаэробный порог у пациентов с хронической недостаточностью кровообращения //Кардиология. - 1992. -Т. 32, N 5.- С. 75-79]. Ограничением газового анализа является его малая доступность из-за дорогостоящего оборудования; сложность калибрования, что может влиять на точность измеряемых параметров; задержка во времени в обнаружении анаэробного порога по сравнению с его обнаружением по изменению газов крови. There is a method of determining the anaerobic threshold by conducting spiroergometry and determining the intersection of the curves of oxygen consumption and carbon dioxide [Florya V.G., Aidargalieva N.E., Sinitsyn V.E. et al. Anaerobic threshold in patients with chronic circulatory failure // Cardiology. - 1992. -T. 32, N 5.- S. 75-79]. A limitation of gas analysis is its low availability due to expensive equipment; the complexity of calibration, which may affect the accuracy of the measured parameters; the time delay in detecting the anaerobic threshold compared with its detection by a change in blood gases.

Известен способ определения анаэробного порога, выбранный нами в качестве прототипа, путем проведения нагрузочного тестирования по любой методике и определения максимальной частоты сердечных сокращений (ЧСС), которая является характеристикой анаэробного порога [Nomenclature and criteria for diagnosis of diseases of the heart and great vessels. The Criteria Committee of the New York Heart Association. Little, Brown and Company. Boston / New York / Toronto / London, 1994, 334 p.]. A known method for determining the anaerobic threshold, we have chosen as a prototype, by conducting stress testing by any method and determining the maximum heart rate (HR), which is a characteristic of the anaerobic threshold [Nomenclature and criteria for diagnosis of diseases of the heart and great vessels. The Criteria Committee of the New York Heart Association. Little, Brown and Company. Boston / New York / Toronto / London, 1994, 334 p.].

Недостатком известного способа является практически отсутствие в реальных условиях возможности верификации достижения уровня максимальной ЧСС. Только у спортсменов удается подтвердить достижение максимальной ЧСС за счет стабилизации ее значений несмотря на дальнейшее увеличение нагрузки. The disadvantage of this method is the almost complete absence in real conditions of the possibility of verifying the achievement of the maximum heart rate. Only athletes are able to confirm the achievement of maximum heart rate by stabilizing its values despite a further increase in load.

Задачей изобретения является создание способа определения анаэробного порога, позволяющего проводить исследования у широкого круга лиц, как здоровых, так и больных. The objective of the invention is to provide a method for determining the anaerobic threshold, allowing research in a wide range of individuals, both healthy and sick.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения анаэробного порога путем проведения нагрузочной пробы и регистрации ЧСС согласно изобретению проводят ступенчатую нагрузочную пробу, определяют стабильный уровень ЧСС для каждой ступени нагрузки, строят зависимость ЧСС от мощности нагрузки и точку перехода линейной зависимости в нелинейную считают соответствующей анаэробному порогу. The problem is solved in that in the known method for determining the anaerobic threshold by conducting a stress test and registering heart rate according to the invention, a step-by-step stress test is carried out, a stable heart rate level for each load stage is determined, the heart rate is determined as a function of the load power, and the transition point of linear to non-linear dependence is considered appropriate anaerobic threshold.

Нагрузка заданной мощности определяет соответствующий уровень жизнеобеспечения органов и тканей, который прямо зависит от снабжения их необходимыми субстратами, в первую очередь кислородом. Между системным кровотоком, а также мощностью нагрузки и ЧСС существуют линейные регрессионные связи. Наличие таких связей на основе построения зависимости уровней ЧСС от мощности нагрузки может отражать изменения системного кровотока и доставку кислорода. Линейный характер зависимостей свидетельствует о достаточном кислородном обеспечении организма, а обнаружение нелинейной области рассматривается как включение анаэробного пути обмена веществ. The load of a given power determines the appropriate level of life support of organs and tissues, which directly depends on the supply of necessary substrates, primarily oxygen. Between systemic blood flow, as well as load capacity and heart rate, linear regression relationships exist. The presence of such relationships based on the construction of the dependence of heart rate levels on the load power may reflect changes in systemic blood flow and oxygen delivery. The linear nature of the dependences indicates sufficient oxygen supply to the body, and the detection of a nonlinear region is considered as the inclusion of an anaerobic pathway of metabolism.

Способ осуществляется следующим образом. Проводят нагрузочную пробу на велоэргометре или тредмиле. Проба выполняется по любой методике проведения нагрузочных проб с длительностью ступени нагрузки не менее трех минут, необходимых для стабилизации значений ЧСС на данной ступени мощности нагрузки. В процессе проведения нагрузки наряду с ЭКГ регистрируют ЧСС. Пробу заканчивают по стандартным критериям прекращения пробы. После окончания нагрузочной пробы определяют значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки. Строят зависимость этих значений ЧСС от мощности соответствующей ступени нагрузки, выделяется начальный линейный отрезок и определяется момент перехода линейной зависимости ЧСС к нелинейной любым способом, например как результат пересечения двух прямых линий. Значение ЧСС, соответствующее этому моменту времени, является характеристикой анаэробного порога. The method is as follows. A stress test is carried out on a bicycle ergometer or treadmill. The test is carried out by any method of carrying out stress tests with a duration of the load stage of at least three minutes, necessary to stabilize the heart rate values at a given load power level. During the load, along with the ECG, heart rate is recorded. The sample is completed according to standard criteria for termination of the sample. After the end of the load test, the heart rate values at the end of each load stage are determined. The dependence of these heart rate values on the power of the corresponding load stage is built, the initial linear segment is selected, and the moment of transition of the linear heart rate dependence to non-linear in any way is determined, for example, as a result of the intersection of two straight lines. The heart rate value corresponding to this point in time is a characteristic of the anaerobic threshold.

На фиг. 1 - 5 изображены зависимости уровней ЧСС от мощности нагрузки. In FIG. 1 - 5 show the dependence of heart rate levels on the load power.

Способ иллюстрируется следующими примерами. The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Больной С., 35 лет, с диагнозом: бронхиальная астма и длительностью заболевания три года, была выполнена ступенчато возрастающая нагрузка в положении сидя на велоэргометре 380 В фирмы "Сименс-Элема", со скоростью педалирования 60 об/мин. Мощность начальной ступени 30 Вт с увеличением на 30 Вт для каждой последующей ступени. Длительность каждой ступени - 3 мин. В конце третьей ступени (90 Вт) нагрузка была прекращена в связи с возникновением приступа удушья. Определены значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки и построена зависимость этих значений от соответствующих мощностей нагрузки, которая представлена на фиг. 1. Example 1. Patient S., 35 years old, with a diagnosis of bronchial asthma and a disease duration of three years, a stepwise increasing load was performed in a sitting position on a 380 V bicycle ergometer manufactured by Siemens-Elema, with a pedaling speed of 60 rpm. The power of the initial stage is 30 W with an increase of 30 W for each subsequent stage. The duration of each step is 3 minutes. At the end of the third stage (90 W), the load was stopped due to the occurrence of an asthma attack. The heart rate values were determined at the end of each load stage and the dependence of these values on the corresponding load capacities was constructed, which is shown in FIG. 1.

Крестиками изображены значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки. Пунктирная линия соединяет эти значения ЧСС. Сплошная прямая линия выделяет начальную область линейных изменений ЧСС. Горизонтальной линией снизу показан анаэробный порог, определенный заявляемым способом; горизонтальной линией сверху - положение вентиляционного анаэробного порога, определенного в результате оценки потребления кислорода и выделения углекислого газа. The crosses show the heart rate at the end of each load stage. A dashed line connects these heart rate values. A solid straight line highlights the initial region of linear heart rate changes. The horizontal line below shows the anaerobic threshold determined by the claimed method; the horizontal line above is the position of the ventilation anaerobic threshold determined as a result of the assessment of oxygen consumption and carbon dioxide emissions.

Как следует из полученных данных анаэробный порог, определяемый заявляемым способом, обнаруживается при нагрузке 60 Вт, а вентиляционный анаэробный порог - при нагрузке 90 Вт. Таким образом, предлагаемый нами способ определения анаэробного порога позволяет раньше выявлять кислородную недостаточность организма, чем метод спировелоэргометрии. As follows from the data obtained, the anaerobic threshold determined by the claimed method is detected at a load of 60 watts, and the ventilation anaerobic threshold is detected at a load of 90 watts. Thus, our proposed method for determining the anaerobic threshold allows earlier detection of oxygen deficiency of the body than the spiroloergometry method.

Пример 2. Больным С., 53 лет с диагнозом: ИБС, стенокардия 2 ф.к. и длительностью заболевания семь лет, была выполнена ступенчато возрастающая нагрузка в положении сидя на велоэргометре 380 В фирмы "Сименс-Элема", со скоростью педалирования 60 об/мин. Мощность начальной ступени 50 Вт с увеличением на 25 Вт для каждой последующей ступени. Длительность каждой ступени - 3 мин. В конце третьей ступени (100 Вт) нагрузка была прекращена в связи с возникновением приступа стенокардии и регистрацией на ЭКГ значимой депрессии сегмента ST (> 1 мм горизонтального типа в отведениях V5 и V4). Определены значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки. На фиг. 2 представлена зависимость уровней ЧСС от мощностей ступеней нагрузки у больного С. Крестиками изображены уровни ЧСС. Пунктирная линия соединяет эти значения ЧСС. Сплошной линией выделена начальная область линейных изменений ЧСС. Горизонтальной линией показана точка перехода, начиная с 75 Вт, линейной зависимости ЧСС к нелинейной. Соответствующее значение ЧСС, равное в данном случае 112 уд. /мин, является характеристикой анаэробного порога. Example 2. Patient S., 53 years old, with a diagnosis of CHD, angina pectoris 2 f.k. and the duration of the disease was seven years, a stepwise increasing load was performed in the sitting position on a 380 V bicycle ergometer from Siemens-Elema, with a pedaling speed of 60 rpm. The power of the initial stage is 50 W with an increase of 25 W for each subsequent stage. The duration of each step is 3 minutes. At the end of the third stage (100 W), the load was stopped due to an attack of angina pectoris and a significant ST segment depression (> 1 mm horizontal type in leads V5 and V4) recorded on the ECG. Heart rate values were determined at the end of each load stage. In FIG. 2 shows the dependence of heart rate levels on the power of the load stages in patient C. The crosses show the heart rate levels. A dashed line connects these heart rate values. The solid line marks the initial region of linear changes in heart rate. The horizontal line shows the transition point, starting from 75 W, of a linear dependence of heart rate to non-linear. The corresponding heart rate value, equal in this case is 112 beats. / min, is a characteristic of the anaerobic threshold.

Пример 3. Больным К. , 50 лет с диагнозом: ИБС, стенокардия 1 ф.к. и длительностью заболевания пять лет, была выполнена ступенчато возрастающая нагрузка по методике, описанной в примере 2. В конце пятой ступени (150 Вт) нагрузка была прекращена в связи с возникновением одышки, приступа стенокардии и регистрацией на ЭКГ значимой депрессии сегмента ST (> 1 мм горизонтального типа в отведениях V5 и avF). Определены значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки. На фиг. 3 представлена зависимость уровней ЧСС от мощностей ступеней нагрузки у больного К. Крестиками изображены уровни ЧСС. Сплошная линия соединяет эти значения ЧСС. Выделен начальный линейный отрезок кривой зависимости ЧСС от мощности нагрузки. Горизонтальной линией показана точка перехода, начиная со 100 Вт, линейной зависимости ЧСС к нелинейной. Соответствующее значение ЧСС, равное в данном случае 132 уд./мин, является характеристикой анаэробного порога. Example 3. Patient K., 50 years old, with a diagnosis of coronary heart disease, angina 1 f.k. and the duration of the disease for five years, a stepwise increasing load was performed according to the method described in example 2. At the end of the fifth stage (150 W), the load was stopped due to shortness of breath, an attack of angina pectoris, and significant ST segment depression (> 1 mm) recorded on the ECG horizontal type in assignments of V5 and avF). Heart rate values were determined at the end of each load stage. In FIG. Figure 3 shows the dependence of heart rate levels on the power levels of the patient’s load K. The crosses show heart rate levels. A solid line connects these heart rate values. The initial linear segment of the curve of the heart rate versus load power is highlighted. The horizontal line shows the transition point, starting from 100 W, of a linear dependence of heart rate to non-linear. The corresponding heart rate value, equal in this case to 132 beats / min, is a characteristic of the anaerobic threshold.

Пример 4. Больным Т. , 47 лет с диагнозом: ИБС, стенокардия 1 ф.к. и длительностью заболевания два года, была выполнена ступенчато возрастающая нагрузка по той же методике. В конце седьмой ступени (200 Вт) нагрузка была прекращена в связи с возникновением ощущения нехватки воздуха, приступа стенокардии и регистрацией на ЭКГ значимой депрессии сегмента ST (> 1 мм горизонтального типа в отведении V5). Определены значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки. На фиг. 4 представлена зависимость уровней ЧСС от мощностей ступеней нагрузки у больного Т. Крестиками изображены уровни ЧСС. Сплошная линия соединяет эти значения ЧСС. Выделена начальная область линейных изменений ЧСС. Горизонтальной линией показана точка перехода, начиная со 175 Вт, линейной зависимости ЧСС к нелинейной. Соответствующее значение ЧСС, равное в данном случае 134 уд./мин, является характеристикой анаэробного порога. Example 4. Patient T., 47 years old, with a diagnosis of coronary heart disease, angina 1 f.k. and the duration of the disease for two years, a stepwise increasing load was performed by the same method. At the end of the seventh stage (200 W), the load was stopped due to the sensation of lack of air, an attack of angina pectoris and an ECG recording of a significant ST segment depression (> 1 mm of horizontal type in lead V5). Heart rate values were determined at the end of each load stage. In FIG. Figure 4 shows the dependence of heart rate levels on the power levels of the load in a patient T. Crosses show heart rate levels. A solid line connects these heart rate values. The initial region of linear changes in heart rate is highlighted. The horizontal line shows the transition point, starting from 175 W, a linear dependence of heart rate to non-linear. The corresponding heart rate value, equal in this case to 134 beats / min, is a characteristic of the anaerobic threshold.

Пример 5. Больным В. , 55 лет с диагнозом: ИБС, стенокардия 2 ф.к. и длительностью заболевания четыре года, была выполнена ступенчато возрастающая нагрузка по той же методике. В конце четвертой ступени (125 Вт) нагрузка была прекращена в связи с возникновением приступа стенокардии и регистрацией на ЭКГ значимой депрессии сегмента ST (> 1 мм горизонтального типа в отведениях V4 и V5). Определены значения ЧСС в конце каждой ступени нагрузки. На фиг. 5 представлена зависимость уровней ЧСС от мощностей ступеней нагрузки у больного В. Крестиками изображены уровни ЧСС. Сплошная линия соединяет эти значения ЧСС. Выделена начальная область линейных изменений ЧСС. Горизонтальной линией показана точка перехода, начиная со 100 Вт, линейной зависимости ЧСС к нелинейной. Соответствующее значение ЧСС, равное в данном случае 128 уд./мин, является характеристикой анаэробного порога. Example 5. Patient V., 55 years old, with a diagnosis of coronary heart disease, angina pectoris 2 f.k. and the duration of the disease for four years, a stepwise increasing load was performed by the same method. At the end of the fourth stage (125 W), the load was stopped due to the onset of angina pectoris and the recording of a significant ST segment depression on the ECG (> 1 mm horizontal type in leads V4 and V5). Heart rate values were determined at the end of each load stage. In FIG. Figure 5 shows the dependence of heart rate levels on the power of the load stages in patient B. Crosses show heart rate levels. A solid line connects these heart rate values. The initial region of linear changes in heart rate is highlighted. The horizontal line shows the transition point, starting from 100 W, of a linear dependence of heart rate to non-linear. The corresponding heart rate value, equal in this case to 128 beats / min, is a characteristic of the anaerobic threshold.

Преимуществами предлагаемого способа являются: простота, общедоступность, безопасность, возможность на основе только стандартного нагрузочного тестирования верификации состояний, приводящих к достижению максимума потребления кислорода как у здоровых лиц, так и больных в результате заболеваний сердечно-сосудистой системы и системы органов дыхания. Таким образом, предлагаемый способ стабилен, точен, объективно отражает анаэробный порог и может легко использоваться на практике. The advantages of the proposed method are: simplicity, accessibility, safety, the ability to verify the conditions based on only standard load testing, leading to the maximum oxygen consumption in healthy individuals and patients as a result of diseases of the cardiovascular system and respiratory system. Thus, the proposed method is stable, accurate, objectively reflects the anaerobic threshold and can be easily used in practice.

Claims (1)

Способ определения анаэробного порога путем проведения нагрузочной пробы и регистрации частоты сердечных сокращений (ЧСС), отличающийся тем, что проводят ступенчатую нагрузочную пробу, определяют стабильный уровень ЧСС для каждой ступени нагрузки, строят зависимость ЧСС от мощности нагрузки и точку перехода линейной зависимости к нелинейной считают соответствующей анаэробному порогу. A method for determining the anaerobic threshold by performing a stress test and registering a heart rate (HR), characterized in that a step-by-step stress test is carried out, a stable heart rate is determined for each load stage, a heart rate is plotted against the load power, and the transition point of linear to non-linear is considered appropriate anaerobic threshold.

Images