Введение

Максимальная скорость потребления кислорода, измеренная во время возрастающей физической нагрузки, – это максимальная скорость потребления кислорода, достижимая при физических нагрузках. Обозначение происходит от трех аббревиатур: "V̇" для объема (точка над V указывает "в единицу времени" в обозначениях Ньютона), "O2" для кислорода и "max" для максимального значения, обычно нормируемого на килограмм массы тела. Схожим показателем является V̇O2 пик (пиковое потребление кислорода) – измеримое значение, полученное в ходе сеанса физических упражнений, будь то возрастающие или иные. Оно может соответствовать фактическому V̇O2 max или быть ниже его. Смешение этих значений часто встречается в старой и популярной литературе о фитнесе. Способность легких обмениваться кислородом и углекислым газом ограничена скоростью транспорта кислорода кровью к работающим тканям. Измерение V̇O2 max в лабораторных условиях предоставляет количественную оценку выносливости для сравнения индивидуальных эффектов тренировок и уровня подготовки разных людей. Максимальное потребление кислорода отражает кардиореспираторную подготовленность и выносливость при выполнении физических упражнений. Высококвалифицированные спортсмены, такие как бегуны на длинные дистанции, велогонщики или лыжники-гонщики, могут достигать значений V̇O2 max, превышающих 90 мл/(кг·мин), в то время как некоторые выносливые животные, например, аляскинские хаски, имеют значения V̇O2 max, превышающие 200 мл/(кг·мин). В физической подготовке, особенно в научной литературе, V̇O2 max часто используется в качестве ориентира для количественной оценки интенсивности нагрузки, например, 65% V̇O2 max в качестве порога для поддержания упражнений, которые обычно считаются более интенсивными, чем при определении по частоте сердечных сокращений, хотя их измерение более сложно.

Нормализация на массу тела

V̇O2 max выражается как абсолютная величина (например, литры кислорода в минуту (л/мин)) или как относительная величина (например, миллилитры кислорода на килограмм массы тела в минуту (мл/(кг·мин))). Последнее выражение часто используется для сравнения показателей спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость. Однако V̇O2 max обычно не изменяется линейно с массой тела, как среди особей одного вида, так и среди разных видов, поэтому сравнение функциональных возможностей особей или видов, различающихся по размеру тела, должно проводиться с использованием соответствующих статистических методов, таких как анализ ковариации. При этом результаты, полученные у тренированных велосипедистов на велоэргометре, оказываются равными или даже выше, чем при тестировании на беговой дорожке. Классический V̇O2 max, в понимании Хилла и Луптона (1923), достигается, когда потребление кислорода стабилизируется на постоянном уровне ("плато"), несмотря на увеличение нагрузки. Наличие плато не гарантировано и может варьироваться в зависимости от человека и интервала измерения, что приводит к разработке модифицированных протоколов с различными результатами. С другой стороны, оценка сердечного выброса на основе анализа выдыхаемого воздуха представляется достаточно надежной.

Оценка с использованием испытаний на субмаксимальную нагрузку

Необходимость для испытуемого прилагать максимальные усилия для точного измерения максимального потребления кислорода (V̇O2 max) может быть опасна для людей с ослабленной дыхательной или сердечно-сосудистой системой; поэтому были разработаны субмаксимальные тесты для оценки V̇O2 max.

Метод соотношения сердечных сокращений

Оценка V̇O2 max основана на максимальной и resting частоте сердечных сокращений. В формулировке Ут и др. (2004) она выражается следующим образом:

Это уравнение использует отношение максимальной частоты сердечных сокращений (HRmax) к resting частоте сердечных сокращений (HRrest) для прогнозирования V̇O2 max. Исследователи предостерегли, что эмпирическое правило основано исключительно на измерениях у хорошо тренированных мужчин в возрасте от 21 до 51 года и может быть ненадежным при применении к другим подгруппам. Они также рекомендовали, что формула наиболее достоверна при использовании фактического измерения максимальной частоты сердечных сокращений, а не возрастного прогноза. Константа Утха, равная 15,3, приведена для хорошо тренированных мужчин. Каждые 10 лет возраста снижают коэффициент на единицу, как и увеличение веса от нормального до ожирения, или переход от никогда не курившего к курящему. Следовательно, V̇O2 max у 60-летних мужчин, страдающих ожирением и курящих, следует оценивать, умножив отношение HRmax к HRrest на 10.

Многоступенчатое испытание на пригодность

Существует несколько других надежных тестов и калькуляторов V̇O2 max для оценки максимального потребления кислорода, наиболее известным из которых является многоступенчатый фитнес-тест (или бип-тест).

Тест на ходьбу в Rockport

Оценка V̇O2 max по результатам пройденной за время одной мили ходьбы, измеренной в десятичных минутах (t, например, 20:35 указывается как 20.58), пол, возраст в годах, вес тела в фунтах (BW, lbs) и частота сердечных сокращений (HR, bpm) в течение 60 секунд в конце мили. Константа x равна 6.3150 для мужчин и 0 для женщин.

Не спортсмены

У здорового нетренированного мужчины максимальное потребление кислорода (V̇O2 max) составляет примерно 35–40 мл/(кг·мин). У здоровой нетренированной женщины максимальное потребление кислорода (V̇O2 max) составляет примерно 27–31 мл/(кг·мин).

Спортсмены

В видах спорта, где выносливость является важным компонентом производительности, таких как шоссейный велоспорт, гребля, лыжные гонки, плавание и бег на длинные дистанции, спортсмены мирового класса обычно демонстрируют высокие значения V̇O2 max. Элитные бегуны-мужчины могут потреблять до 85 мл/(кг·мин), а элитные бегуньи – около 77 мл/(кг·мин). Высокие абсолютные значения у людей часто встречаются у гребцов, поскольку их большая масса тела компенсирует несколько более низкий V̇O2 max на килограмм веса. У элитных гребцов, измеренных в 1984 году, V̇O2 max составлял 6,1±0,6 л/мин, а у гребчих – 4,1±0,4 л/мин. У новозеландского академического гребца Роба Уодделла один из самых высоких абсолютных уровней V̇O2 max, когда-либо зарегистрированных.

Животные

V̇O2 max измерялся у других видов животных. Во время плавания с нагрузкой у мышей V̇O2 max составлял около 140 мл/(кг·мин). У чистокровных лошадей V̇O2 max достигал примерно 193 мл/(кг·мин) после 18 недель высокоинтенсивных тренировок. У аляскинских хаски, участвующих в гонке на собачьих упряжках Iditarod Trail, значения V̇O2 max достигали 240 мл/(кг·мин). Оценочный V̇O2 max для вилорогов составлял до 300 мл/(кг·мин).

Ограничивающие факторы

Факторы, влияющие на V̇O2, можно разделить на доставку и потребление. Доставка – это транспорт кислорода от легких к митохондриям (включающий функцию легких, сердечный выброс, объем крови и плотность капилляров скелетных мышц), а потребление – скорость, с которой митохондрии способны восстанавливать кислород в процессе окислительного фосфорилирования. Общие факторы, влияющие на V̇O2 max, включают возраст, пол, уровень физической подготовки и тренированность, а также высоту над уровнем моря. V̇O2 max может быть неточным предиктором результатов у бегунов из-за различий в экономичности бега и устойчивости к утомлению при длительных нагрузках. Организм работает как единая система. Если один из этих факторов недостаточно развит, общая работоспособность системы снижается. Это делает ЭПО привлекательным для спортсменов в видах спорта на выносливость, таких как профессиональный велоспорт. ЭПО запрещено с 1990-х годов как средство, незаконно повышающее спортивные результаты. Однако к 1998 году оно получило широкое распространение в велоспорте, что привело к скандалу Festina и многочисленным упоминаниям в отчете USADA 2012 года о профессиональной велосипедной команде U.S. Postal Service. Грег Лемонд предложил установить базовый уровень V̇O2 max (и других показателей) для велосипедистов, чтобы выявлять аномальное повышение производительности.

Клиническое использование для оценки сердечно- респираторной пригодности и смертности

V̇O2 max/peak широко используется как показатель кардиореспираторной пригодности (КРП) у отдельных групп спортсменов или, реже, у людей, проходящих обследование на предмет риска заболеваний. В 2016 году Американская кардиологическая ассоциация (AHA) опубликовала научное заявление, рекомендующее регулярно оценивать и использовать КРП, количественно определяемую как V̇O2 max/peak, в качестве клинически важного показателя; эргометрия (измерение мощности нагрузки) может быть использована при недоступности данных VO2. Это заявление основано на данных о том, что более низкий уровень физической подготовки связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, смертности от всех причин и уровня смертности. По состоянию на 2023 год V̇O2 max редко применяется в рутинной клинической практике для оценки кардиореспираторной пригодности или прогноза смертности из-за значительных затрат ресурсов и стоимости.

История

Британский физиолог Арчибальд Хилл ввел понятия максимального потребления кислорода и кислородного долга в 1922 году. Хилл и немецкий врач Отто Мейерхоф разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1922 году за их независимые исследования в области энергетического обмена в мышцах. Опираясь на эти работы, ученые начали измерять потребление кислорода во время физической нагрузки. Значительный вклад внесли Генри Тейлор из Университета Миннесоты, скандинавские ученые Пер Олоф Астранд и Бенгт Салтин в 1950-х и 1960-х годах, Гарвардская лаборатория по изучению усталости, немецкие университеты и Копенгагенский центр исследований мышц.