Μέγιστη πρόληψη οξυγόνου

Η **μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου** (**VO<sub>2</sub> max**), επίσης γνωστή ως **μέγιστη αερόβια ικανότητα** ή **μέγιστη κατανάλωση οξυγόνου**, είναι ο μέγιστος ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου που μπορεί να επιτευχθεί κατά τη διάρκεια της σωματικής άσκησης. Ο όρος προέρχεται από τρεις συντομογραφίες: «V̇» για τον όγκο (η κουκκίδα πάνω από το V δείχνει «ανά μονάδα χρόνου» στη σημειογραφία του Νεύτωνα), «O2» για το οξυγόνο και «max» για το μέγιστο και συνήθως κανονικοποιημένο ανά κιλό σώματος μάζα. Ένα παρόμοιο μέτρο είναι το ανώτατο V̇O2 (ανώτατη κατανάλωση οξυγόνου), η οποία είναι η μετρήσιμη τιμή από μια συνεδρία σωματικής άσκησης, είτε είναι σταδιακή είτε άλλη. Θα μπορούσε να αντιστοιχεί ή να υποτιμήσει το πραγματικό μέγιστο V̇O2. Η σύγχυση μεταξύ των αξιών στην παλαιότερη και δημοφιλή βιβλιογραφία γυμναστικής είναι κοινή. Η ικανότητα του πνεύμονα να ανταλλάσσει οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα περιορίζεται από τον ρυθμό μεταφοράς οξυγόνου του αίματος στον ενεργό ιστό. 

Η μέτρηση του V̇O2 max στο εργαστήριο παρέχει μια ποσοτική τιμή της φυσικής κατάστασης αντοχής για σύγκριση μεμονωμένων αποτελεσμάτων προπόνησης και μεταξύ ατόμων σε προπόνηση αντοχής. Η μέγιστη κατανάλωση οξυγόνου αντανακλά την καρδιοαναπνευστική ικανότητα και την ικανότητα αντοχής στην απόδοση της άσκησης. Οι κορυφαίοι αθλητές, όπως δρομείς μεγάλων αποστάσεων, ποδηλάτες αγώνων ή ολυμπιονίκες χιονοδρομίας αντοχής, μπορούν να επιτύχουν μέγιστες τιμές V̇O2 που υπερβαίνουν τα 90 mL/(kg·min), ενώ ορισμένα ζώα αντοχής, όπως τα χάσκι της Αλάσκας, έχουν μέγιστες τιμές V̇O2 που υπερβαίνουν τα 200 mL/(kg·min).

Στη προπόνηση φυσικής κατάστασης, ειδικά στην ακαδημαϊκή βιβλιογραφία, το V̇O2 max χρησιμοποιείται συχνά ως επίπεδο αναφοράς για τον ποσοτικό προσδιορισμό των επιπέδων άσκησης, όπως το 65% V̇O2 max ως όριο για βιώσιμη άσκηση, που γενικά θεωρείται πιο αυστηρό από τον καρδιακό ρυθμό, αλλά είναι πιο περίπλοκο στη μέτρηση.

## Κανονικοποίηση ανά μάζα σώματος
Το V̇O2 max εκφράζεται είτε ως απόλυτος ρυθμός σε (για παράδειγμα) λίτρα οξυγόνου ανά λεπτό (L/min) είτε ως σχετικός ρυθμός σε (για παράδειγμα) χιλιοστόλιτρα οξυγόνου ανά κιλό σωματικής μάζας ανά λεπτό (π.χ. mL /(kg·min)). Η τελευταία έκφραση χρησιμοποιείται συχνά για τη σύγκριση της απόδοσης των αθλητών αντοχής. Ωστόσο, το V̇O2 max γενικά δεν ποικίλλει γραμμικά με τη μάζα σώματος, είτε μεταξύ ατόμων εντός ενός είδους είτε μεταξύ των ειδών, επομένως οι συγκρίσεις των ικανοτήτων απόδοσης ατόμων ή ειδών που διαφέρουν ως προς το μέγεθος σώματος πρέπει να γίνονται με κατάλληλες στατιστικές διαδικασίες, όπως η ανάλυση συνδιακύμανσης.

## Μέτρηση και υπολογισμός

### Μέτρηση
μικρογραφία| Μέτρηση VO<sub>2</sub> max με χρήση οργάνων σε διάδρομο μεταβολισμού κατά τη διάρκεια μιας διαβαθμισμένης δοκιμασίας άσκησης σε διάδρομο
μικρογραφία| Ανταλλαγή αερίων VO<sub>2</sub> και VCO<sub>2</sub> κατά τη διάρκεια της μέγιστης δοκιμής. Ξεκινήστε για 3 λεπτά στα 60 Watt και προσθέστε 35 Watt κάθε 3 λεπτά μέχρι εξάντλησης.
Η ακριβής μέτρηση του V̇O2 max απαιτεί σωματική προσπάθεια επαρκή σε διάρκεια και ένταση για να επιβαρυνθεί πλήρως το αερόβιο ενεργειακό σύστημα. Σε γενικές κλινικές και αθλητικές δοκιμές, αυτό συνήθως περιλαμβάνει μια διαβαθμισμένη δοκιμασία άσκησης στην οποία η ένταση της άσκησης αυξάνεται προοδευτικά κατά τη μέτρηση:

* αναπνοή και
* συγκέντρωση οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα του εισπνεόμενου και εκπνεόμενου αέρα.

Το V̇O2 max μετράται κατά τη διάρκεια μιας δοκιμασίας καρδιοπνευμονικής άσκησης (τεστ CPX). Η δοκιμή γίνεται σε κυλιόμενο τάπητα ή ποδηλατικό εργόμετρο. Σε απροπόνητα άτομα, το V̇O2 max είναι 10% έως 20% χαμηλότερο όταν χρησιμοποιείται εργόμετρο κύκλου σε σύγκριση με κυλιόμενο τάπητα. Ωστόσο, τα αποτελέσματα των προπονημένων ποδηλατών στο εργόμετρο του κύκλου είναι ίσα ή και υψηλότερα από αυτά που λαμβάνονται στον κυλιόμενο τάπητα.

Το κλασικό V̇O2 max, με την έννοια των Χιλ και Λάπτον (1923), επιτυγχάνεται όταν η κατανάλωση οξυγόνου παραμένει σε σταθερή κατάσταση («πλατό») παρά την αύξηση του φόρτου εργασίας. Η εμφάνιση ενός πλατό δεν είναι εγγυημένη και μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το άτομο και το διάστημα δειγματοληψίας, οδηγώντας σε τροποποιημένα πρωτόκολλα με ποικίλα αποτελέσματα.

### Υπολογισμός: η εξίσωση Φικ
Το V̇O2 μπορεί επίσης να υπολογιστεί από την εξίσωση Φικ (Fick): \ce{\dot VO2} = Q \times\ (C_a\ce{O2} - C_v\ce{O2}), όταν αυτές οι τιμές λαμβάνονται κατά τη διάρκεια της άσκησης με μέγιστη προσπάθεια. Εδώ *Q* είναι η καρδιακή παροχή της καρδιάς, *C<sub>a</sub>*O2 είναι η περιεκτικότητα αρτηριακού οξυγόνου και *C<sub>v</sub>*O2 είναι η περιεκτικότητα σε φλεβικό οξυγόνο. Η *C<sub>a</sub>*O2 – *C<sub>v</sub>*O2 είναι επίσης γνωστή ως η αρτηριοφλεβική διαφορά οξυγόνου.

Η εξίσωση Φικ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του V̇O2 σε βαρέως πάσχοντες ασθενείς, αλλά η χρησιμότητά της είναι χαμηλή ακόμη και σε περιπτώσεις ατόμων που δεν ασκούνται. Η χρήση ενός VO2 που βασίζεται στην αναπνοή για την εκτίμηση της καρδιακής παροχής, από την άλλη πλευρά, φαίνεται να είναι αρκετά αξιόπιστη.

## Εκτίμηση με χρήση υπομέγιστης άσκησης
Η ανάγκη για ένα υποκείμενο να καταβάλει μέγιστη προσπάθεια προκειμένου να μετρηθεί με ακρίβεια το V̇O2 max μπορεί να είναι επικίνδυνη σε άτομα με υποβαθμισμένο αναπνευστικό ή καρδιαγγειακό σύστημα. Έτσι, έχουν αναπτυχθεί υπομέγιστες δοκιμές για την *εκτίμηση* του V̇O2 max.

### Η μέθοδος αναλογίας καρδιακών παλμών
Μια εκτίμηση του V̇O2 max βασίζεται στους μέγιστους καρδιακούς παλμούς και τους καρδιακούς παλμούς ηρεμίας. Στην διατύπωση των Ουθ *et al.* (2004), δίνεται από:

: \ce{\dot VO2}\max \approx \frac{\text{HR}_\max}{\text{HR}_\text{rest}} \times 15.3\text{ mL}/(\text{kg}\cdot\text{minute})

Αυτή η εξίσωση χρησιμοποιεί την αναλογία του μέγιστου καρδιακού παλμού (HR max) προς τον καρδιακό ρυθμό ηρεμίας (HR rest) για να προβλέψει το V̇O2 max. Οι ερευνητές προειδοποίησαν ότι ο κανόνας μετατροπής βασίστηκε σε μετρήσεις μόνο σε καλά προπονημένους άνδρες ηλικίας 21 έως 51 ετών και μπορεί να μην είναι αξιόπιστος όταν εφαρμόζεται σε άλλες υποομάδες. Συμβουλεύτηκαν επίσης ότι ο τύπος είναι πιο αξιόπιστος όταν βασίζεται στην πραγματική μέτρηση του μέγιστου καρδιακού παλμού και όχι σε εκτίμηση που σχετίζεται με την ηλικία.

Ο σταθερός συντελεστής Ουθ 15,3 δίνεται για καλά προπονημένους άνδρες. Μεταγενέστερες μελέτες έχουν αναθεωρήσει τον σταθερό παράγοντα για διαφορετικούς πληθυσμούς. Σύμφωνα με τους Βουτιλάινεν *et al.* το 2020, ο σταθερός παράγοντας θα πρέπει να είναι 14 σε άνδρες περίπου 40 ετών κανονικού βάρους που δεν έχουν καπνίσει ποτέ, χωρίς καρδιαγγειακά νοσήματα, βρογχικό άσθμα ή καρκίνο. Κάθε 10 χρόνια μειώνεται ο συντελεστής κατά μία μονάδα, καθώς και η αλλαγή του σωματικού βάρους από κανονικό βάρος σε παχύσαρκο ή η αλλαγή από μη καπνιστή σε τωρινό καπνιστή. Συνεπώς, το V̇O2 max των 60 ετών παχύσαρκων ανδρών καπνιστών θα πρέπει να εκτιμηθεί πολλαπλασιάζοντας το HRmax στο HRrest επί 10.

### Δοκιμασία Κούπερ
Ο Κένεθ Χ. Κούπερ (Kenneth H. Cooper) πραγματοποίησε μια μελέτη για την Αμερικανική Πολεμική Αεροπορία στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Ένα από τα αποτελέσματα αυτού ήταν η δοκιμασία Κούπερ (τεστ Cooper), στην οποία μετράται η απόσταση που διανύθηκε με τρέξιμο σε 12 λεπτά. Με βάση τη μετρούμενη απόσταση, μια εκτίμηση V̇O2 max [σε mL/(kg·min)] είναι:

: \ce{\dot VO2}\max \approx {d_{12} - 504.9 \over 44.73}

όπου *d* 12 είναι η απόσταση (σε μέτρα) που διανύθηκε σε 12 λεπτά.

Μια εναλλακτική εξίσωση είναι:

: \ce{\dot VO2}\max \approx {(35.97 * d'_{12}) - 11.29}

όπου *d* &#x2032;12 είναι η απόσταση (σε μίλια) που διανύθηκε σε 12 λεπτά.

### Τεστ φυσικής κατάστασης πολλαπλών σταδίων
Υπάρχουν πολλές άλλες αξιόπιστες δοκιμασίες και αριθμομηχανές V̇O2 max για την εκτίμηση του V̇O2 max, κυρίως η δοκιμασία φυσικής κατάστασης πολλαπλών σταδίων (ή τεστ *μπιπ*).

### Τεστ βάδισης φυσικής κατάστασης Rockport
Εκτίμηση του V̇O2 max από ένα χρονομετρημένο περπάτημα διαδρομής ενός μιλίου που ενσωματώνει τη διάρκεια σε λεπτά και δευτερόλεπτα (, π.χ.: 20:35 θα καθοριστεί ως 20,58), το φύλο, την ηλικία, το σωματικό βάρος σε λίβρες () και τον καρδιακό ρυθμό 60 δευτερολέπτων (bpm) () στο τέλος του μιλίου. Η σταθερά  είναι 6,3150 για τους άνδρες και 0 για τις γυναίκες. Το BW είναι σε λίβρες.

: \ce{\dot VO2}\max \approx 132.853 -0.0769\cdot\text{BW} -0.3877\cdot\text{age} -3.2649t -0.1565\cdot\text{HR} +x

## Τιμές αναφοράς
Οι άνδρες έχουν V̇O2 max που είναι 26% υψηλότερο (6,6 mL/(kg·min)) από τις γυναίκες για διάδρομο και 37,9% υψηλότερο (7,6 mL/(kg·min)) από τις γυναίκες για το κυκλοεργόμετρο κατά μέσο όρο. Το V̇O2 max είναι κατά μέσο όρο 22% υψηλότερο (4,5 mL/(kg·min)) όταν μετράται με χρήση κυκλοεργόμετρου σε σύγκριση με διάδρομο.

## Επίδραση της προπόνησης

### Σε μη αθλητές
Ο μέσος μη προπονημένος υγιής άνδρας έχει V̇O2 max περίπου 35–40 mL/(kg·min). Η μέση μη προπονημένη υγιής γυναίκα έχει V̇O2 max περίπου 27–31 mL/(kg·min). Αυτοί οι αριθμοί μπορούν να βελτιωθούν με την προπόνηση και να μειωθούν με την ηλικία, αν και ο βαθμός ικανότητας προπόνησης ποικίλλει επίσης ευρέως.

### Σε αθλητές
Σε αθλήματα όπου η αντοχή είναι σημαντικό στοιχείο στην απόδοση, όπως η ποδηλασία δρόμου, η κωπηλασία, η χιονοδρομία αντοχής, η κολύμβηση και το τρέξιμο μεγάλων αποστάσεων, οι αθλητές παγκόσμιας κλάσης έχουν συνήθως υψηλές τιμές V̇O2 max. Οι ελίτ άνδρες δρομείς μπορούν να καταναλώσουν έως και 85 mL/(kg·min) και οι ελίτ γυναίκες μπορούν να καταναλώσουν περίπου 77 mL/(kg·min).

Υψηλές τιμές σε απόλυτες τιμές για τον άνθρωπο μπορούν να βρεθούν στους κωπηλάτες, καθώς ο μεγαλύτερος όγκος τους αντιπροσωπεύει ελαφρώς χαμηλότερο V̇O2 max ανά βάρος σώματος. Οι ελίτ κωπηλάτες που μετρήθηκαν το 1984 είχαν μέγιστες τιμές V̇O2 6,1±0,6 L/min και κανομικοί κωπηλάτες 4,1±0,4 L/min. Ο Νεοζηλανδός κωπηλάτης Ρομπ Γουόντελ έχει ένα από τα υψηλότερα επίπεδα V̇O2 max που έχουν μετρηθεί ποτέ.

### Σε ζώα
Το V̇O2 max έχει μετρηθεί σε άλλα ζωικά είδη. Κατά τη διάρκεια της κολύμβησης με φορτίο, τα ποντίκια είχαν V̇O2 max περίπου 140 mL/(kg·min). Τα καθαρόαιμα άλογα είχαν V̇O2 max περίπου 193 mL/(kg·min) μετά από 18 εβδομάδες προπόνησης υψηλής έντασης. Τα χάσκι της Αλάσκας που έτρεχαν στο Αγώνα Ελκήθρου Σκύλων του Ίντιταροντ είχαν μέγιστες τιμές V̇O2 έως και 240 mL/(kg·min). Το εκτιμώμενο V̇O 2 max για τις αντιλοκάπρες ήταν τόσο υψηλό όσο 300 mL/(kg·min).

## Περιοριστικοί παράγοντες
Οι παράγοντες που επηρεάζουν το V̇O2 μπορούν να διαχωριστούν σε προσφορά και ζήτηση. Η προσφορά είναι η μεταφορά οξυγόνου από τους πνεύμονες στα μιτοχόνδρια (συνδυάζοντας την πνευμονική λειτουργία, την καρδιακή παροχή, τον όγκο αίματος και την τριχοειδική πυκνότητα του σκελετικού μυός), ενώ η ζήτηση είναι ο ρυθμός με τον οποίο τα μιτοχόνδρια μπορούν να μειώσουν το οξυγόνο στη διαδικασία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Από αυτούς, οι παράγοντες προσφοράς μπορεί να είναι πιο περιοριστικοί. Ωστόσο, έχει επίσης υποστηριχθεί ότι ενώ τα προπονημένα άτομα είναι πιθανώς περιορισμένα στην προσφορά, τα μη προπονημένα άτομα μπορεί πράγματι να έχουν περιορισμό ζήτησης.

Τα γενικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν το V̇O2 max περιλαμβάνουν την ηλικία, το φύλο, τη φυσική κατάσταση και την προπόνηση και το υψόμετρο. Το V̇O2 max μπορεί να είναι κακός δείκτης πρόβλεψης της απόδοσης σε δρομείς λόγω των διακυμάνσεων στην οικονομία τρεξίματος και της αντίστασης στην κόπωση κατά τη διάρκεια παρατεταμένης άσκησης. Το σώμα λειτουργεί ως σύστημα. Εάν ένας από αυτούς τους παράγοντες είναι κατώτερος, τότε η κανονική χωρητικότητα ολόκληρου του συστήματος μειώνεται.

Το φάρμακο ερυθροποιητίνη (EPO) μπορεί να ενισχύσει το V̇O2 max κατά σημαντική ποσότητα τόσο στον άνθρωπο όσο και σε άλλα θηλαστικά. Αυτό κάνει την EPO ελκυστικό για αθλητές σε αθλήματα αντοχής, όπως η επαγγελματική ποδηλασία. Η EPO έχει απαγορευτεί από τη δεκαετία του 1990 ως παράνομη ουσία που βελτιώνει την απόδοση. Αλλά μέχρι το 1998 είχε γίνει ευρέως διαδεδομένο στην ποδηλασία και οδήγησε στην υπόθεση Festina, καθώς επίσης αναφέρθηκε παντού στην έκθεση του 2012 της USADA για την Ομάδα Επαγγελματιών Ποδηλασίας Ταχυδρομείων των ΗΠΑ. Ο Γκρεγκ ΛέΜοντ πρότεινε τη θέσπιση μιας βάσης για το V̇O2 max των ποδηλατών (και άλλα χαρακτηριστικά) για τον εντοπισμό μη φυσιολογικών αυξήσεων απόδοσης.

## Κλινική χρήση για την αξιολόγηση της καρδιοαναπνευστικής ικανότητας και θνησιμότητας
Το V̇O2 max/peak χρησιμοποιείται ευρέως ως δείκτης καρδιοαναπνευστικής ικανότητας (CRF) σε επιλεγμένες ομάδες αθλητών ή, σπάνια, σε άτομα υπό αξιολόγηση για τον κίνδυνο ασθένειας. Το 2016, η Αμερικανική Καρδιολογική Εταιρεία (AHA) δημοσίευσε μια επιστημονική δήλωση που συνιστά να αξιολογείται τακτικά το CRF  ποσοτικοποιήσιμο ως V̇O2 max/peak  και να χρησιμοποιείται ως κλινικό ζωτικό σημείο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί εργομετρία (μέτρηση ισχύος άσκησης) εάν το VO2 δεν είναι διαθέσιμο. Αυτή η δήλωση βασίστηκε σε στοιχεία ότι τα χαμηλότερα επίπεδα φυσικής κατάστασης σχετίζονται με υψηλότερο κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου, θνησιμότητα από όλες τις αιτίες και ποσοστά θνησιμότητας. Εκτός από την αξιολόγηση κινδύνου, η σύσταση της AHA ανέφερε την αξία για τη μέτρηση της φυσικής κατάστασης για την επικύρωση των προτάεων άσκησης, την παροχή συμβουλών για σωματική δραστηριότητα και τη βελτίωση τόσο της διαχείρισης όσο και της υγείας των ατόμων που αξιολογούνται.

Μια μετα-ανάλυση του 2023 μελετών κοόρτης παρατήρησης έδειξε μια αντίστροφη και ανεξάρτητη συσχέτιση μεταξύ του V̇O2 max και του κινδύνου θνησιμότητας από κάθε αιτία. Κάθε μία ισοδύναμη μεταβολική αύξηση στην εκτιμώμενη καρδιοαναπνευστική ικανότητα συσχετίστηκε με μείωση της θνησιμότητας κατά 11%. Το ανώτερο τρίτο των βαθμολογιών V̇O2 max αντιπροσώπευε 45% χαμηλότερη θνησιμότητα στους ανθρώπους σε σύγκριση με το χαμηλότερο τρίτο.

Μέχρι το 2023, το V̇O2 max χρησιμοποιείται σπάνια στην κλινική πρακτική ρουτίνας για την αξιολόγηση της καρδιοαναπνευστικής ικανότητας ή της θνησιμότητας λόγω της σημαντικής ζήτησης για πόρους και κόστος.

## Ιστορία
Ο Βρετανός φυσιολόγος Άρτσιμπαλντ Χιλ εισήγαγε τις έννοιες της μέγιστης πρόσληψης οξυγόνου και του χρέους οξυγόνου το 1922. Ο Χιλ και ο Γερμανός ιατρός Ότο Φριτς Μάγιερχοφ, μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής το 1922 για την ανεξάρτητη εργασία τους σχετικά με τον μεταβολισμό της ενέργειας των μυών. Βασιζόμενοι σε αυτό το έργο, οι επιστήμονες άρχισαν να μετρούν την κατανάλωση οξυγόνου κατά τη διάρκεια της άσκησης. Βασικές συνεισφορές έγιναν από τον Χένρι Τέιλορ στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, τους Σκανδιναβούς επιστήμονες Περ-Όλοφ Όστραντ και Μπενγκτ Σάλτιν τις δεκαετίες του 1950 και του 1960, το Εργαστήριο Κόπωσης του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ, γερμανικά πανεπιστήμια και το Κέντρο Μυϊκής Έρευνας της Κοπεγχάγης.

## Δείτε επίσης
* Αναερόβια άσκηση
* Αρτηριοφλεβική διαφορά οξυγόνου
* Καρδιοαναπνευστική ικανότητα
* Συγκριτική φυσιολογία
* Αναπνευσιμετρία
* Εργοφυσιολογία
* vVO<sub>2</sub>max

## Παραπομπές


Κατηγορία:Βιοχημεία της άσκησης
Κατηγορία:Αθλητική ορολογία
Κατηγορία:Φυσιολογία του αναπνευστικού συστήματος