Summary

Um protocolo máximo de natação amarrada rapidamente incrementado para avaliação cardiorrespiratória dos nadadores

Published: January 28, 2020
doi:

Summary

Ao contrário da medição durante a natação gratuita, que apresenta desafios e limitações inerentes, a determinação de parâmetros importantes da função cardiorrespiratória para os nadadores pode ser feita usando uma natação mais viável e mais fácil de administrar natação amarrada protocolo rapidamente incrementado com troca de gás e coleta de dados ventilatórios.

Abstract

O teste incremental de exercícios é o meio padrão de avaliar a capacidade cardiorrespiratória dos atletas de resistência. Embora a taxa máxima de consumo de oxigênio seja tipicamente utilizada como medida de critério nesse sentido, dois breakpoints metabólicos que refletem mudanças na dinâmica da produção/consumo de lactantes à medida que a taxa de trabalho é aumentada são talvez mais relevantes para atletas de resistência do ponto de vista funcional. A economia de exercícios, que representa a taxa de consumo de oxigênio em relação ao desempenho do trabalho submáximo, também é um parâmetro importante para medir para a avaliação do atleta de resistência. Testes incrementais em rampa que compreendem um aumento gradual, mas rápido da taxa de trabalho até que o limite de tolerância ao exercício seja alcançado são úteis para determinar esses parâmetros. Este tipo de teste é normalmente realizado em um erômetro de ciclo ou esteira porque há a necessidade de precisão em relação à incrementação da taxa de trabalho. No entanto, os atletas devem ser testados durante a realização do modo de exercício necessário para o seu esporte. Consequentemente, os nadadores são tipicamente avaliados durante testes incrementais de natação livre onde tal precisão é difícil de alcançar. Sugerimos recentemente que a natação estacionária contra uma carga que é progressivamente aumentada (natação incremental amarrada) pode servir como um “erômetro de natação” permitindo precisão suficiente para acomodar um padrão de carregamento gradual, mas rápido, que revela os quebra-pontos metabólicos acima mencionados e a economia de exercícios. No entanto, o grau em que a taxa máxima de consumo de oxigênio alcançada durante tal protocolo aproxima a taxa máxima medida durante a natação gratuita permanece a ser determinada. No presente artigo, explicamos como esse protocolo de natação amarrado rapidamente incrementado pode ser empregado para avaliar a capacidade cardiorrespiratória de um nadador. Especificamente, explicamos como a avaliação de um nadador competitivo de curta distância usando este protocolo revelou que sua taxa de captação de oxigênio foi de 30,3 e 34,8 mL-1kg-1BM no limite de troca de gás e ponto de compensação respiratória, respectivamente.

Introduction

Um teste de exercícios que envolve um aumento incremental da taxa de trabalho (WR) de baixa para máxima (ou seja, teste incremental de exercícios; Inc) fornece o método padrão-ouro de avaliação cardiorrespiratória para atletas de resistência. Além do maior WR que o atleta pode alcançar(picoWR), a INC também permite a determinação da taxa mais alta em que o indivíduo pode consumir oxigênio (O2) para essa forma de exercício (ViO2peak) se os dados de troca de gás e ventilatório forem coletados durante o teste1. O Vique2peak representa a medida critério de aptidão cardiorrespiratória. Além disso, a análise dos dados de troca de gás e ventilatório coletados à medida que o WR é aumentado fornece uma maneira não invasiva de identificar o ponto em que a concentração de lactato de sangue (sangue [lactato]) aumenta acima do valor da linha de base (limiar de lactato) e o ponto em que começa a se acumular a uma taxa acelerada (ponto de virada de lactato)2. Esses breakpoints metabólicos são estimados determinando o limiar de troca de gás (GET) e o ponto de compensação respiratória (RCP), respectivamente3. É importante ressaltar que o GET fornece uma estimativa robusta do ponto em que o sangue [lactato] aumenta inicialmente, enquanto a “hiperventilação” que caracteriza rcp é um fenômeno mais complexo que pode ser iniciado por entrada afável além da quimiorecepção em si. Consequentemente, conclusões baseadas na identificação da RCP devem ser feitas com cautela.

Quando o exercício é mantido a uma taxa constante de trabalho (CWR), há perfis de resposta fisiológica marcadamente diferentes baseados no “domínio de intensidade de exercício” dentro do qual o WR cai4,5. Especificamente, a realização de um Vao2 e sangue [lactate] “estado estável” é rápida no domínio moderado, atrasada no domínio pesado e inatingível no domínio severo4,5. Está bem estabelecido que a taxa em que o O2 pode ser consumido na GET durante a INC (VitO2GET) serve como a taxa metabólica que separa o moderado do domínio pesado durante o CWR3,6. Embora controverso, uma série de observações recentes indicam equivalência semelhante entre a taxa em que o O2 pode ser consumido na RCP (ViO2RCP) e a separação pesada/grave7,8,9,10. A identificação de VitO2GET e VitO2RCP a partir de dados coletados durante a INC pode, portanto, ser útil para prescrever regimes de treinamento específicos de domínio para atletas de resistência via taxa metabólica com a ressalva de que alinhar uma taxa metabólica com uma taxa de trabalho específica é mais complexo do que simplesmente fazê-lo de acordo com a relação vito2-taxa de trabalho derivada do teste incremental8,11.

Quando o conceito de teste para determinar vao2max foi inicialmente explorado, os pesquisadores tiveram os sujeitos realizando ataques de corrida de pista até o limite de tolerância ao exercício (Tlim) em velocidades crescentes em dias separados1. Seguiu-se uma pesquisa que confirmou que vio2max também pode ser determinado a partir de ataques semelhantes realizados a Tlim no mesmo dia com períodos de descanso intercalados12. Eventualmente, mostrou-se que um protocolo contínuo com WR aumentou de forma incremental em intervalos de tempo específicos (por exemplo, a cada 3 minutos) revelou o mesmo Vio2peak que os testes descontínuos13. Consequentemente, esses “testes de exercícios classificados” tornaram-se o padrão para determinar essa medida critério de aptidão cardiorrespiratória. No entanto, em 1981, Whipp e colegas publicaram pesquisas que indicavam que, para fins de mediçãoVitO 2max, a INC também poderia ser realizada inteiramente no estado não estável; ou seja, com o WR aumentando continuamente como uma “função suave do tempo” (RAMP-INC)14. Ao contrário da INC com estágios estendidos e aumentos relativamente grandes do WR por etapa, o aumento gradual durante o RAMP-INC garante que a “região de buffering isocapônico” que separa GET e RCP será claramente definida15. Além disso, assim como a INC com etapas, o RAMP-INC pode ser usado para avaliar a “economia de exercícios” (ou seja, o VitO2 exigido por determinado WR); no entanto, ao contrário da INC com etapas, neste caso, é o inverso da “eficiência delta” (ou seja, a inclinação da relação VitO2-WR) que é usada para este fim11 com consideração dada ao fato de que devido às complexidades da resposta VitO2 às taxas de trabalho em todo o espectro de intensidade, este parâmetro não será uma característica imutável da INC em si (por exemplo, ramp-INC iniciado a partir de diferentes taxas de trabalho de linha de base ou caracterizado por diferentes encostas de rampa) ou exercício CWR 16.

Para testes gerais de aptidão, o INC geralmente é realizado em um erômetro ou esteira da perna, pois essas modalidades são mais disponíveis e o ciclismo das pernas e caminhada/corrida são familiares para a pessoa média. Além disso, a administração do RAMP-INC requer a capacidade de aumentar o WR continuamente em pequenos incrementos (por exemplo, 1 W a cada 2 s); portanto, um erômetro (tipicamente ciclismo de perna) é mais adequado para este tipo de teste. No entanto, a avaliação do atleta é mais complexa porque os atletas devem ser testados durante a realização do modo específico de exercício necessário para o seu esporte. Para ciclistas e indivíduos que participam de esportes que envolvem corrida, isso não é problemático devido à acessibilidade e aplicabilidade das máquinas de teste acima mencionadas. Por outro lado, testes ecologicamente válidos com troca de gás e coleta de dados ventilatórios e a incrementação gradual de WR necessária para ramp-inc é mais desafiador na avaliação de atletas aquáticos.

Antes do advento dos sistemas automatizados de coleta, a avaliação da troca de gás dos nadadores era frequentemente realizada usando a coleção Douglas-bag após um nado máximo17. Uma vez desenvolvidos sistemas automatizados, a coleta em tempo real ocorreu, mas não condições de natação real (por exemplo, enquanto os nadadores nadavam em um flume que controlava wr)17. Infelizmente, o método anterior tem limitações inerentes devido às premissas de “extrapolação retrógrada”, enquanto este último levanta preocupações quanto ao grau em que a natação flume muda a técnica17. O estado atual da arte envolve o uso de sistemas portáteis de coleta de respiração por respiração que se movem com o nadador ao lado da piscina durante a natação gratuita17. Embora esse tipo de medição melhore a validade ecológica, a incrementação gradual do WR é desafiadora. De fato, a INC durante a natação gratuita normalmente envolve intervalos de distância definida (por exemplo, 200 m) em velocidades progressivamente crescentes14,15. Isso significa que um teste consiste em estágios longos com grandes incrementos DEsiguais de WR. Portanto, não surpreende que apenas um único ponto de ruptura metabólica (tipicamente chamado de “limiar anaeróbico”) seja relatado por pesquisadores que empregam este teste18,19. Em vez disso, mostramos recentemente que tanto vago2GET quanto VitO2RCP podem ser determinados a partir de dados coletados enquanto nadadores realizavam natação estacionária em uma piscina contra uma carga que foi aumentada gradual e rapidamente (ou seja, nado amarrado incremental)20. Embora o padrão de respiração único presente durante a natação possa tornar os quebra-pontos acima mencionados mais difíceis de identificar em comparação com os modos típicos de avaliação (observação pessoal), acreditamos que esse método de teste pode ser adequado como um “erômetro de natação” que pode ser usado para avaliação cardiorrespiratória dos nadadores de forma semelhante à forma como um ciclo estacionário é usado para ciclistas. De fato, mostramos que vao2GET, V5O2RCP e economia de exercícios (como indicado pela inclinação Vio2-carga) podem ser todos determinados a partir do protocolo de natação amarrado rapidamente incrementado que é descrito abaixo de20.

Protocol

Os participantes do estudo, a partir do qual foram explicados os dados do objeto representativo abaixo,20 (n = 11) para dar seu consentimento informado por escrito antes do início dos testes após os procedimentos experimentais, foram explicados riscos associados e potenciais benefícios de participação. A primeira visita foi composta por uma sessão de familiarização durante a qual os nadadores foram introduzidos ao conceito de natação amarrada e às técnicas de medição que est…

Representative Results

Os dados apresentados na Tabela 1 e retratados nos Números 1-4 representam os perfis de resposta observados para um nadador do sexo masculino (idade, 24 anos). Na época da coleta de dados, o nadador vinha treinando para a natação competitiva há 7 anos. Sua especialidade foi de curta distância (ou seja, 50 m e 100 m) eventos de estilo livre. A carga inicial na INC foi definida em uma carga …

Discussion

Um desafio de exercício que envolve suportar um aumento incremental no WR até que tlim seja atingido é um protocolo padrão de teste para avaliação de atletas de resistência. Quando tal teste é realizado com incrementação gradual, mas rápida, é particularmente útil porque além do V°O2max, a troca de gás e os dados ventilatórios coletados durante o teste podem ser usados para distinguir a região delimitada pela GET e RCP onde a acidose está presente, mas a pressão parcial arterial …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho contou com o apoio da CIPER-Foundation for Science and Technology (FCT), Portugal (UID/DTP/00447/2019) e financiado em parte pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código financeiro 001″, e pela Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo – FAPESP (PROCESSO 2016/04544-3 e 2016/17735-1). Os autores agradecem a João Guilherme S. V. de Oliveira a assistência na amostragem de dados. Mário A. C. Espada reconhece o apoio financeiro do IPDJ – Instituto Português de Esportes e Juventude.

Materials

3-L syringe Hans Rudolph Calibration device
Aquatrainer COSMED Snorkel system/gas-exchange measurement
K4b2 COSMED Portable CPET unit/gas-exchange measurement
N200PRO Cefise Software program for analysis of force signal
Pacer 2 Swim Kulzer TEC Swimming velocity management/underwater LED line
Tether-system Own design Pulley-Rope system/loading management
Tether attachment CEFISE Bracket for attachment to swimmer

References

  1. Hill, A. V., Lupton, H. Muscular exercise, lactic acid, and the supply and utilization of oxygen. Quarterly Journal of Medicine. 16 (62), 135-171 (1923).
  2. Davis, H. A., Bassett, J., Hughes, P., Gass, G. C. Anaerobic threshold and lactate turnpoint. European Journal of Applied Physiology Occupational Physiology. 50 (3), 383-392 (1983).
  3. Beaver, W. L., Wasserman, K., Whipp, B. J. A new method for detecting anaerobic threshold by gas exchange. Journal of Applied Physiology. 60 (6), 2020-2027 (1986).
  4. Whipp, B. J., Wasserman, K. Oxygen uptake kinetics for various intensities of constant-load work. Journal of Applied Physiology. 33 (3), 351-356 (1972).
  5. Black, M. I., et al. Muscle metabolic and neuromuscular determinants of fatigue during cycling in different exercise intensity domains. Journal of Applied Physiology. 122 (3), 446-459 (2017).
  6. Whipp, B. J. Dynamics of pulmonary gas exchange. Circulation. 76 (6 Pt 2), V118-V128 (1987).
  7. Keir, D. A., et al. Exercise Intensity Thresholds: Identifying the Boundaries of Sustainable Performance. Medicine and Science in Sports and Exercise. 47 (9), 1932-1940 (2017).
  8. Keir, D. A., Paterson, D. H., Kowalchuk, J. M., Murias, J. M. Using ramp-incremental VO2 responses for constant-intensity exercise selection. Applied Physiology, Nutrition and Metabolism. 43 (9), 882-892 (2018).
  9. Iannetta, D., et al. An equation to predict the maximal lactate steady state from ramp-incremental exercise test data in cycling. Journal of Science and Medicine in Sport. 21 (12), 1274-1280 (2018).
  10. Iannetta, D., Inglis, E. C., Fullerton, C., Passfield, L., Murias, J. M. Metabolic and performance-related consequences of exercising at and slightly above MLSS. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 28 (12), 2381 (2018).
  11. DiMenna, F. J., Jones, A. M. “Linear” Versus “Nonlinear” VO2 Responses to Exercise: Reshaping Traditional Beliefs. Journal of Exercise Science & Fitness. 7 (2), 67-84 (2009).
  12. Mitchell, J. H., Sproule, B. J., Chapman, C. B. The physiological meaning of the maximal oxygen intake test. Journal of Clinical Investigation. 37 (4), 538-547 (1958).
  13. McArdle, W. D., Katch, F. I., Pechar, G. S. Comparison of continuous and discontinuous treadmill and bicycle tests for max VO2. Medicine and Science in Sports and Exercise. 5 (3), 156-160 (1973).
  14. Whipp, B. J., Davis, J. A., Torres, F., Wasserman, K. A test to determine parameters of aerobic function during exercise. Journal of Applied Physiology: Respiratory Environmental and Exercise Physiology. 50 (1), 217-221 (1981).
  15. Whipp, B. J., Davis, J. A., Wasserman, K. Ventilatory control of the ‘isocapnic buffering’ region in rapidly-incremental exercise. Respiratory Physiology. 76 (3), 357-367 (1989).
  16. Boone, J., Bourgois, J. The oxygen uptake response to incremental ramp exercise: methodogical and physiological issues. Sports Medicine. 42 (6), 511-526 (2012).
  17. Sousa, A., et al. Critical evaluation of oxygen-uptake assessment in swimming. International Journal of Sports Physiology and Performance. 9 (2), 190-202 (2014).
  18. Fernandes, R. J., Sousa, M., Machado, L., Vilas-Boas, J. P. Step length and individual anaerobic threshold assessment in swimming. International Journal of Sports Medicine. 32 (12), 940-946 (2011).
  19. Ribeiro, J., et al. Metabolic and ventilatory thresholds assessment in front crawl swimming. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 55 (7-8), 701-707 (2015).
  20. Pessôa Filho, D. M., et al. A rapidly incremented tethered-swimming test for defining domain-specific training zones. Journal of Human Kinetics. 57 (1), 117-128 (2017).
  21. Dopsaj, M., et al. The relationship between 50m-freestyle results and characteristics of tethered forces in male sprint swimmers: A new approach to tethered swimming test. Physical Education & Sport. 1 (7), 15-22 (2000).
  22. Wheatley, C. M., et al. Conducting Maximal and Submaximal Endurance Exercise Testing to Measure Physiological and Biological Responses to Acute Exercise in Humans. Journal of Visualized Experiments. 17 (140), (2018).
  23. Lansley, K. E., DiMenna, F. J., Bailey, S. J., Jones, A. M. A ‘new’ method to normalise exercise intensity. International Journal of Sports Medicine. 32 (7), 535-541 (2011).
  24. Iannetta, D., et al. A Critical Evaluation of Current Methods for Exercise Prescription in Women and Men. Medicine and Science in Sports and Exercise. , (2019).
  25. Scharhag-Rosenberger, F., Meyer, T., Gässler, N., Faude, O., Kindermann, W. Exercise at given percentages of VO2max: heterogeneous metabolic responses between individuals. Journal of Science and Medicine in Sport. 13 (1), 74-79 (2010).
  26. Midgley, A. W., McNaughton, L. R., Jones, A. M. Training to enhance the physiological determinants of long-distance running performance: can valid recommendations be given to runners and coaches based on current scientific knowledge?. Sports Medicine. 37 (10), 857-880 (2007).
  27. Jones, A. M., DiMenna, F. J., Cardinale, M., Newton, R., Nosaka, K. Cardiovascular Assessment and Aerobic Training Prescription. Strength and Conditioning: Biological Principles and Practical Applications. , 291-304 (2011).
  28. Beneke, R., von Duvillard, S. P. Determination of maximal lactate steady state response in selected sports events. Medicine and Science in Sports and Exercise. 28 (2), 241-246 (1996).
  29. Beneke, R. M., Hütler, M., Leithäuser, R. M. Maximal lactate-steady-state independent of performance. Medicine and Science in Sports and Exercise. 32 (6), 1135-1139 (2000).
  30. Smith, C. G., Jones, A. M. The relationship between critical velocity, maximal lactate steady-state velocity and lactate turnpoint velocity in runners. European Journal of Applied Physiology. 85 (1-2), 19-26 (2001).
  31. Pringle, J. S., Jones, A. M. Maximal lactate steady state, critical power and EMG during cycling. European Journal of Applied Physiology. 88 (3), 214-226 (2002).
  32. Mattioni Maturana, F., Keir, D. A., McLay, K. M., Murias, J. M. Can measures of critical power precisely estimate the maximal metabolic steady-state?. Applied Physiology Nutrition and Metabolism. 41 (11), 1197-1203 (2013).
  33. Jones, A. M., Burnley, M., Black, M. I., Poole, D. C., Vanhatalo, A. The maximal metabolic steady state: redefining the ‘gold standard’. Physiological Reports. 7 (10), e14098 (2018).
  34. Scheuermann, B. W., Kowalchuk, J. M. Attenuated respiratory compensation during rapidly incremented ramp exercise. Respiratory Physiology. 114 (3), 227-238 (1998).
  35. Morgan, D. W., et al. Variation in the aerobic demand of running among trained and untrained subjects. Medicine and Science in Sports and Exercise. 27 (3), 404-409 (1995).
  36. Franch, J., Madsen, K., Djurhuus, M. S., Pedersen, P. K. Improved running economy following intensified training correlates with reduced ventilatory demands. Medicine and Science in Sports and Exercise. 30 (8), 1250-1256 (1998).
  37. Holmer, I., Lundin, A., Eriksson, B. Maximum oxygen uptake during swimming and running by elite swimmers. Journal of Applied Physiology. 36 (6), 711-714 (1974).
  38. Bonen, A., Wilson, B. A., Yarkony, M., Belcastro, A. N. Maximal oxygen uptake during free, tethered, and flume swimming. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48 (2), 232-235 (1980).
  39. Magel, J. R., Faulkner, J. A. Maximum oxygen uptakes of college swimmers. Journal of Applied Physiology. 22 (5), 929-933 (1967).
  40. Poole, D. C., Jones, A. M. Measurement of the maximum oxygen uptake VO2max: VO2peak is no longer acceptable. Journal of Applied Physiology. 122 (4), 997-1002 (2017).

Play Video

Cite This Article
Pessôa Filho, D. M., Massini, D. A., Siqueira, L. O. C., Santos, L. G. A., Vasconcelos, C. M. T., Almeida, T. A. F., Espada, M. A. C., Reis, J. F., Alves, F. B., DiMenna, F. J. A Rapidly Incremented Tethered-Swimming Maximal Protocol for Cardiorespiratory Assessment of Swimmers. J. Vis. Exp. (155), e60630, doi:10.3791/60630 (2020).

View Video