Evaluation of physical performance by rectangular-triangular bicycle ergometry and computer-assisted ergospirometry

Summary

A great deal of information about physical adjustment to work can be obtained from quantitative stress testing. Maximal stress limited by symptoms of exertional intolerance is the concept of the 2 min duration work increment test (rectangular-triangular exercise test). Compared to steady-state work tests strict observation of the standardized procedure- and computer assisted evaluation of ergospirometric parameters offer innovatory opportunities: (1) the test is of short duration (8–14 min), (2) the subjects recover rapidly, even from an exhausting test, (3) one is more likely to be able to observe plateauing of$\dot V_{O_2 }$, should determination of maximal$\dot V_{O_2 }$ be desired, (4) adaptation to increasing work rates and maximal work capacity is assessable, (5) computer technics provide on-line assessment of aerobic and anaerobic power in quantitative terms, (65) measurements proved to be highly reproducible, (7) the relationship between variables such as increments of heart rate and systolic blood pressure, respiratory minute volume, oxygen uptake during the early phase of the nonsteady-state condition and the index of anaerobic power, and the influence of factors such as work load and work output, has been studied to derive standard values.

Soft-ware programs have been designed to estimate deviation of parameters actually measured from standard values in terms of multiples of the standard deviation of the standard regression line. In particular, evaluating oxygen uptake during short time-intervals (0.5 min) provides information about adequate adaptational forces of the cardio-circulatory system. Energy that is not accounted for by reactions involving the$\dot V_{O_2 }$ measured is computed by substracting the caloric equivalent of oxygen uptake during work exceeding the steady-state level during rest from the energy demand to sustain a given work load aerobically. This index of anaerobic power is defined in kcal, cal/kg body wt., and as a percentage of the total amount of energy required (moderately trained athletes 350–500 cal/kg; sedentary people 200–300 cal/kg). A close relationship to parameters of metabolic acidosis (base excess) exists.

It is concluded that the physical performance of sedentary people, athletes and patients with impaired cardio-pulmonary function can be more precisely qualified in quantitative terms by means of computer assisted rectangulartriangular ergospirometry. Results obtained in patients with diseased conditions must be carefully interpreted, their condition suggesting the use of more invasive investigations to reveal the pathophysiologic mechanism.

Zusammenfassung

Mittels standardisierter rektangulär-triangulärer Fahrradergometrie können neue Aspekte für leistungsphysiologische Untersuchungen gewonnen werden. Im Gegensatz zu Belastungstests mit Steady-state-Bedingungen wird bei diesem Testverfahren zu jeder zweiten Minute die Belastungsintensität erhöht, bis der Proband symptomlimitert ausbelastet ist. Neben der Analyse einfacher Parameter (tolerierte Belastungsstufe, Herzfrequenz, Blutdruck, Ekg, Ermüdungsgrad und subjektive Beschwerden) ergeben sich durch die rechnerunterstützte Auswertung und Bewertung von ergospirometrischen Meßwerten unter rektangulär-triangulärer Belastung folgende Vorteile: 1. Der Test ist von kurzer Dauer (8–14 min), 2. auch nach erschöpfender Belastung erholen sich die Probanden rasch, 3. die Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme wird wahrscheinlich, da die Abflachung der$\dot V_{O_2 }$-Kurve beobachtet werden kann, 4. das Verhalten kardio-respiratorischer Parameter unter einer ansteigenden Belastung wird einer Bewertung zugänglich (Adaptation), 5. bereits während des Arbeitsversuches können die Anteile der aeroben und anaeroben Energiebereitstellung quantitativ erfaßt werden, 6. die Untersuchungsergebnisse sind ausgezeichnet reproduzierbar, und 7. Normalwertsbereiche für die Beziehungen zwischen dem Anstieg der Herzfrequenz und des systolischen Blutdruckes, dem Atemminutenvolumen, der Sauerstoffaufnahme und der anaeroben Energiebereitstellung und der Belastungsintensität bzw. geleisteten Arbeit wurden erstellt.

Software-Programme wurden entwickelt, um Abweichungen gemessener Parameter vom Sollwertsbereich als Vielfaches der Standardabweichung der jeweiligen Regressionsgeraden on line zu erfassen. Im besonderen erlaubt die kontinuierliche Messung der O₂-Aufnahme über halbminütige Perioden eine Aussage über die Anpassung des kardiozirkulatorischen Systems an eine ansteigende Belastung.

Aus der Differenz des Energiebedarfes für die durch zwei Minuten aerob zu tolerierende Belastungsstufe und der aktuellen Sauerstoffaufnahme über dem Ruhebedarf wird ein Index für die anaerobe Energiebereitstellung und derem prozentueller Anteil am gesamten Energiebedarf am Ende jeder Belastungsstufe kumulativ errechnet (untrainierte Normalpersonen: 200–300 cal/kg KG; Sportler 350–500 cal/kg KG). Der Basen-Überschußwert als Parameter der metabolen Azidose weist eine enge Beziehung zu diesem unblutig und noch während der Untersuchung bestimmbaren Index der anaeroben Energiebereitstellung auf.

Mit Hilfe der rechnerunterstützten Analyse ergospirometrischer Meßwerte unter rektangulär-triangulärer Belastung ergeben sich neue Möglichkeiten, die körperliche Leistungsfähigkeit und deren limitierende Faktoren bei Normalpersonen, Trainierten und Patienten umfassend zu beschreiben. Der Untersuchungsleiter wird die anfallenden Daten mit seiner persönlichen Erfahrung in ein Feedback-System zur Steuerung der Belastung integrieren, wodurch auch bei Risikopatienten der Untersuchungsablauf sicher gestaltet werden kann.