Assessment of Aerobic Capacity A Novel Rating Scale and Further Development of an Exercise Test including Analysis of Gas Exchange

Abstract

Different methods are proposed to assess the aerobic capacity. A novel scale, rating of perceived capacity (RPC) based on metabolic equivalents (METs) from 1 to 20, is presented. Selected MET values are linked to physical activities. Comparison of the rating with an exercise test in a group of women revealed that a correction based on age more accurately predicted the maximal exercise capacity. An incremental exercise test, including a constant work rate for four minutes, was introduced and combined with breath-by-breath measurements of gas exchange. Data collected every ten seconds were digitally filtered to determine selected variables. Fits of polynomials were utilised to determine the increasing contribution of the anaerobic metabolism, reflected by V'CO2, at three different thresholds. Equations were utilised to assess the time constant of V'O2 (Tau V'O2) (reflecting the time required to reach steady state) and the change in V'O2 corresponding to a specific change in work rate (delta V'O2/delta W). The repeatability of measures of the aerobic capacity (V'O2max, the three thresholds, V' O2 and delta V' O2/delta W) and of variables at rest, at sub-maximal and maximal levels was investigated. Considerable variations were found, which could mainly be explained by biological variation. Reference values for aerobic capacity were generated based on values from 25 healthy women (22–44 years) at low or moderate activity levels, and 41 healthy men (18–48 years) at moderate capacity. The results show that several variables and parameters can be determined in a single exercise test, which together describe the aerobic profile in a comprehensive manner.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Aerob kapacitet, i dagligt tal konditionen, är den maximala förmågan att utföra ett fysiskt arbete karaktäriserat av den maximala syreförbrukningen (V'O2max). Detta maximala arbete kan endast utföras en begränsad tid, till stor del beroende på en tilltagande anaerob metabolism, vilken bl.a. avspeglas som en ökning av utvädrat CO2 i lungorna. Längre tids arbete kan emellertid utföras vid en lägre intensitet; det finns en funktionell kapacitet som kan detekteras via gasutbytet i lungorna (mätning av ”trösklar”). Den tid det tar för kroppen att anpassa sig till en viss arbetsintensitet och effektiviteten att utnyttja energi är andra parametrar som speglar den aeroba profilen. I denna avhandling presenteras nya och vidareutvecklade metoder som ger en samlad bild av den aeroba kapaciteten tillsammans med repeterbarhet och referensvärden för dessa parametrar. En skala för skattning av upplevd aerob kapacitet (rating of perceived capacity, RPC) har utvecklats. Olika, noggrant utvalda, aktiviteter länkades till motsvarande energikostnader uttryckta som metabola ekvivalenter (METs) och listades i en progressivt ökande skala från 1–20. Genom att använda RPC-skalan kan man få en kvantifiering av skattad kapacitet. I en grupp kvinnor (n=81) som genomförde cykelergometertest jämfördes skattad kapacitet med uppmätt kapacitet, vilket visade att den skattade kapaciteten generellt sett var lägre än den uppmätta. Med hjälp av multipel linjär regression erhölls ett samband som korrigerar för ålder och att kvinnorna skattar sin kapacitet lägre än det uppmätta värdet; detta samband gav en god överensstämmelse mellan skattat och uppmätt värde. Metoder för datoriserad bearbetning av data från gasutbyte vid arbetsprov på ergometercykel har vidareutvecklats. I de modifierade ramparbetsprov som utförts inom ramarna för våra studier stegrades belastningen gradvis i små steg (5 W/30 s för kvinnor, 5 W/20 s för män) – en 4 minuters mellanperiod med konstant belastning inkluderades också in i proven. Rådata breath-by-breath hämtades från gasanalysapparaten (Oxycon Champion, Jaeger, Höchberg, Germany) som tidsbaserade medelvärden var 10e sekund och filtrerades för att eliminera variationer i det höga frekvensområdet. Filtrering av bl.a. V'O2, V'CO2 användes vid bestämning av vilo-, submaximala och maximala värden. Den tilltagande anaeroba metabolismen under arbetsprovets gång avspeglas i gasutbytet och olika ”trösklar” kan detekteras. Registrerade värden för koldioxidelimination (V'CO2) och syreupptag (V'O2) avsatt mot tid under ett ramptest ger en mätpunkt (point of crossing, PX) där V'CO2/V'O2=1.0, d.v.s. den sista mätpunkten innan V'CO2 fortsättningsvis blir större än V'O2. Anpassning av högregradspolynom till rådata från gasanalys och derivering av detta medger att lutningsförändringar kan detekteras. Den punkt där V'CO2 ökar i relation till V'O2 kan därmed bestämmas (derivative of crossing, DX). På samma sätt kan punkten där ventilationen ökar i förhållande till V'CO2 bestämmas genom anpassning av polynom till EQCO2 (Equivalent of V'CO2= V'E/ V'CO2) och derivering (point of EQCO2, PQ). Tidskonstanten för syreupptag (Tau V'O2), som är ett mått på den tid det tar för syreupptaget att anpassas till det ökade kravet vid arbete, och mängden syre som åtgår per belastning (delta V'O2/delta W) bestämdes under ramptestet med en differentialekvation (anpassad till PX). Ekvationen baserades på antagandet att V'O2 vid varje tidpunkt strävar efter att nå det ”steady state”-värde som motsvarar den för ögonblicket inställda belastningen. Repeterbarheten av olika karakteristika för den aeroba kapaciteten (V'O2max, DX, PX, PQ, Tau V'O2 och delta V'O2/delta W) studerades i en grupp män (n=19) med 5–6 v mellan testerna och i en grupp kvinnor, dels dag-till-dag (n=10) och dels med 4 veckor mellan testerna (n=8). Upprepbarheten av V'O2, HR och RPE i vila, vid submaximalt och maximalt arbete studerades också i samtliga grupper. En avsevärd variation sågs för alla variabler och parametrar, vilken sannolikt till stor del betingas av biologisk variation. Referensvärden för den aeroba kapaciteten sammanställdes för 25 friska kvinnor (22–44 år) med en aktivitetsnivå motsvarande låg och medel, samt för 41 friska män (18–48 år) med en kapacitet motsvarande medel. V'O2max minskade med ökad ålder hos dessa män, men inte hos kvinnorna. Tau V'O2 ökade med åldern hos båda könen. Inga ålderssamband sågs för DX, PX, PQ och delta V'O2/delta W. Kvinnorna hade ett lägre V'O2max och lägre absolutvärden för DX, PX och PQ (uttryckt i % av V'O2max högre) än motsvarande värden för männen. Flera olika variabler och parametrar som karakteriserar den aeroba kapaciteten kan med de nya metoderna bestämmas från ett arbetsprov på cykel med gasanalys. Detta ger en utökad och förfinad uppfattning om den aeroba profilen.

• author: Wisén, Anita
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Jansson, Eva
• organization: Human Movement: health and rehabilitation (research group)
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Physiotherapy
• keywords: kinesitherapy, revalidation, rehabilitation, Rehabilitering (medicinsk och social), Physical medicine, Time constant of V'O2, Cycle ergometer, Perceived Capacity, Perceived exertion, Heart rate, Oxygen uptake, Reference values, Oxygen kinetics, Repeatability, Thresholds
• pages: 154 pages
• defense location: Assembly Hall, Lund University Hospital
• defense date: 2004-06-11 10:15:00
• ISBN: 91-628-5999-4
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I Wisén AGM, Farazdaghi RG, Wohlfart B. A novel rating scale to predict maximal exercise capacity. Eur J Appl Physiol 2002; 87: 350–57. Article: II Wergel-Kolmert U, Wisén AGM, Wohlfart B. Repeatability of measurements of oxygen consumption, heart rate and Borg’s scale in men during ergometer cycling. Clin Physiol Func Im 2002; 22: 261–65. Article: III Wisén AGM, Wohlfart B. A refined technique for determining the respiratory gas exchange responses to anaerobic metabolism during progressive exercise – repeatability in a group of healthy men. Clin Physiol Func Im 2004; 24: 1–9. Article: IV Wisén AGM, Wohlfart B. Determination of both the time constant of O2 and D O2/DW from a single incremental exercise test – validation and repeatability. (Accepted for publication in Clin Physiol Func Im.) Article: V Wisén AGM, Wohlfart B. Aerobic and functional capacity in a group of healthy women – reference values and repeatability. Clin Physiol Func Im (submitted). The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Division of Physiotherapy (Closed 2012) (013042000)
• id: 3169d47c-c2a0-4169-a138-fece7061b498 (old id 467024)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:56:39
• date last changed: 2018-11-21 21:08:06