DD252457A1 - Verfahren zur extrapolativen bestimmung der maximalen sauerstoffaufnahme - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme eines menschlichen oder tierischen Organismus unter den Bedingungen submaximaler Belastungen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur indirekten extrapolativen Ermittlung der individuellen maximalen Sauerstoffaufnahme zu schaffen, bei der auf gebraeuchliche Parameter zur Ermittlung der allgemeinen Leistungsfaehigkeit zurueckgegriffen wird und ein prozeszgekoppelter Digitalrechner benutzt wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz zur Bestimmung des Sauerstoffaufnahmemaximums die Gasstoffwechselgroeszen Sauerstoff 02 und Kohlendioxid CO2 mittels Meszwertaufnehmer erfaszt und ueber rechnerinterne Transformations-Regressionseinrichtungen durch nichtlineare Funktionen beschrieben und zur Extrapolation angewendet werden. Die Erfindung kann in der Medizin und in der Biologie eingesetzt werden; sie stellt eine technische Loesung dar, die durch die Auswertung von Meszwertsignalen objektive Aussagen ueber die Leistungsfaehigkeit eines Probanden liefert.{ON-LINE bzw. OFF-LINE-prozeszgekoppelter Digitalrechner; Meszwertaufnehmer; Ausgleichsfunktionsbildner; Ruecktransformationseinrichtung; Extrapolationseinrichtung; Gasstoffwechselgroeszen 02 und CO2}
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme eines menschlichen oder tierischen Organismus' unter den Bedingungen submaximaler Belastungen.
Das Verfahren ist für die Anwendung in der Medizin und der Biologie zur Untersuchung der allgemeinen physischen Leistungsfähigkeit eines Organismus' vorgesehen.
Die physische Leistungsfähigkeit eines Organismus' als Gesamtheit der quantitativen und qualitativen anwendungsbereiten Fähigkeiten zu motorischen Handlungen wird durch einen multifaktoriellen Ursachenkomplex determiniert. Die Prinzipien der Bestimmung der allgemeinen körperlichen Leistungsfähigkeit gehen auf die Messung von Beanspruchungsreaktionen des kardio-pulmonalen bzw. metabolischen Systems anhand aussagekräftiger Parameter bei definierten körperlichen Belastungen
zurück. '
Die hinsichtlich Objektivität und Reproduzierbarkeit am besten geeignete Belastungsform ist die positiv-dynamische Kurbelarbeit auf einem Fahrradergometer (HOLLMANN et al.: Vergleichende spiroergometrische Untersuchungen über den Effekt und die Aussagekraft von Laufband-und Fahrradergometerbelastungen. Sportarzt und Sportmedizin 22 [1971], 123—
Bezüglich der meßbaren Beanspruchungsreaktionen gibt es ein breites Spektrum an aussagefähigen Parametern, wie z. B. das Herzschlagfrequenzverhalten (Arbeitspulsfrequenz, Ruhepulsfrequenz, Leistungspulsindex, Physical Working Capacity etc.), das Herzvolumen, der Säure/Basen-Status und der Sauerstoffverbrauch.
Insbesondere die maximale Sauerstoffaufnahme stellt eines der am häufigsten verwendeten Kriterien zur Bestimmung der aeroben Kapazität eines Organismus'dar (ISRAEL et al.: Die Beziehung zwischen Körpergewicht und Sauerstoff auf nähme. Med.
Sport 5 [1965], 90-92).
Dieser Parameter weist im Gegensatz zu anderen der o.g. Größen relativ geringe intraindividuelle Streuungen auf und gibt die momentane körperliche Ausdauerleistungsfähigkeit mit großer Objektivität wieder.
Eine Voraussetzung zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme beim zu untersuchenden Individuum ist eine Vita-Maxima-Belastung.
Dieses Erfordernis schränkt den Anwendungsbereich der Methode ein, da es insbesondere bei älteren oder kranken Probanden nicht möglich ist, das gesamte Belastungsspektrum des Organismus' zu untersuchen.
Aus diesem Grunde gibt es Versuche, die maximale Sauerstoffaufnahme V02(max) eines Organismus' auch mit Hilfe submaximaler Belastungsuntersuchungen festzustellen.
Die heute angewendeten Methoden gehen i. allg. auf ein nomographisches Verfahren nach ASTRAND und RHYMING (A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during submaximal work. J. Appl. Physiol. 7 [1954], 218-221) zurück. Seine Nachteile sind dadurch bedingt, daß von einem nicht mit der Sauerstoffaufnahme unmittelbar verbundenen Parameter (Herzschlagfrequenz) auf diese rückgeschlossen wird. Dadurch überträgt sich die volle intra- und interindividuelle Variationsbreite des Herzschlagfrequenzverhaltens auf den Schätzwert der V02(max).
Darüber hinaus ist das ASTRAND/RHYMING'sche Nomogramm ohnehin nur für jugendliche Erwachsene zutreffend, da seine Entstehung auf einer Querschnittsuntersuchung einer entsprechenden Population beruht.
Ähnliches gilt für die bei STEGEMANN (Leistungsphysiologie. 3. überarbeitete Auflage, Thieme Verlag Stuttgart-New York 1984, S. 277) angegebene Formel, die im Gegensatz zum ASTRAND/RHYMING-Verfahren lediglich zusätzlich das Alter der Probanden berücksichtigt.
Auf Grund der genannten Nachteile sind diese — und andere analoge — Verfahren nur in der Lage, einen Überblick über die maximale Sauerstoffaufnahme innerhalb einer untersuchten Population zu geben, eine Relevanz für die Beschreibbarkeit der individuellen körperlichen Leistungsfähigkeit kann nicht abgeleitet werden.
Außerdem kann nichtvon einerVergleichbarkeitdergewinnbaren Ergebnisse mit denen überdie von der WHO vorgeschlagenen Testform mit stufenförmiger Belastungssteigerung ermittelten VO2(max)-Werte ausgegangen werden, da die Belastungsformen nach ASTRAND/RHYMING bzw. STEGEMANN Rektangulärtests darstellen.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das — bei hohen Ansprüchen an seine Reliabiiität, Validität und Vergleichbarkeit — zur indirekten extrapolativen Bestimmung der individuellen maximalen Sauerstoffaufnahme angewendet werden kann. Dabei soll auch bei submaximalen Belastungen eine geringe Fehlerbreite der Methode gewährleistet sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme unter standardisierten submaximalen Belastungsverhältnissen zu schaffen, das auf gebräuchliche Parameter zur Untersuchung der allgemeinen physischen Leistungsfähigkeit zurückgreift.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bestimmung des Sauerstoffaufnahmemaximums neben den 02-Meßgrößen die submaximal festgestellten Umsatzmengen der Gasstoffwechselgröße Kohlendioxid herangezogen werden.
Während einer physischen Belastung mit progressivem Belastungsprofil werden dazu kontinuierlich oder diskontinuierlich die Sauerstoffaufnahme- und die Kohlendioxidabgabe-Zeitverläufe registriert.
Die Zeitabhängigkeiten werden unter Zuhilfenahme eines ON-LINE- bzw. OFF-LINE-prozeßgekoppelten Digitalrechners in eine die funktionale Abhängigkeit hinreichend beschreibende Ausgleichsfunktion überführt.
Auf Grund der nichtlinearen Eigenschaften, insbesondere der statischen C02-Belastungs-Kennlinie, können keine linearen Ausgleichsmodelle angewendet werden. Um eine einfache mathematische Beschreibbarkeit mit der Möglichkeit zur Echtzeit-Meßwertverarbeitung kombinieren zu können, wird über ein kombiniertes Transformations-Regressions-Verfahren die Umsetzung von V02- und VC02-Meßwerte in nichtlineare Gleichungen VO2 = f (t) und VCO2 = f (t) überführt.
Für die standardisierten ergometrischen Belastungsformen in Gestalt stufenförmiger bzw. linearer Belastungssteigerung kann der folgende Lösungsansatz verwendet werden: Hintransformation (Koordinatentransformation):
(V02 (t),t) -»(V02' (t),t) mit V02' (t) = ln(V02 (t)) (VC02(t),t)^(VC02'(t),t)mitVC02'(t) = ln(VC02(t))
A' = (N · It · V02'(t) - 2t · 2 V02'(t))/(N · 2t2 - ((St2)) B' = (2 V02'(t) - A' · 2t)/N
mit N: Anzahl der Wertepaare
(V02'(t),t)
C = (M · 2t VC02'(t) - 2t · 2 VC02'(t))/(M · 2t2 - ((2t)2)) D' = (2VCO2'(t)-A'-2t)/M
mit M: Anzahl der Wertepaare (VC02'(t),t)
Rücktransformation (Koeffiziententransformation):
B' D'
e » B und e > D
a-A' » A und c-C * C
mit a, c: Respirationsgasspezifische Kennlinienkorrekturfunktionen
Diesem Fall entsprechen die nichtlinearen Beziehungen
A-t C-t
V02 = f(t) = B-e und VC02 = f(t) = D · e
Zur Schätzung der maximalen Sauerstoffaufnahme V02 (max) aus den Gleichungen wird von der Tatsache ausgegangen, daß unter ansteigender Belastung der Organismus verstärkt Milchsäure bildet, wobei im Interesse der Konstanz des pH-Wertes des Blutes C02 abgeatmet wird. Dabei nähert sich der sog. Respiratorische Quotient RQ, der das Verhältnis der Kohlendioxidabgabe VC02 zur Sauerstoffaufnahme V02 darstellt, dem Wert 1, während er im Ruhezustand des Organismus' mitunter kleinere Werte als 0,8 annimmt
Damit ergeben sich für die o. g. Gleichungen die notwendigen Randbedingungen
A<CundB>D.
Zum Zeitpunkt der maximal vom Organismus zu tolerierenden Belastung ist die maximale Sauerstoffaufnahme gegeben, der Respiratorische Quotient wird 1 (Ausbelastungskriterium!). Damit ist es möglich, die V02(max) durch Gleichsetzung der oben hergeleiteten Zeitfunktionen extrapolativ zu bestimmen. Es ergjbt sich
t(max) = (InD - lnB)/(Ä - C) und
A · t(max) V02(max) = B · e.
Das Verfahren ist damit in weiten Grenzen belastungsmodellunabhängig; Die V02(max)-Prognose entspringt einem Meßvorgang am Untersuchungsobjekt und ist nicht aus empirischen Daten bestimmter Populationen abgeleitet, wodurch sich eine auch für das Individuum relevante Aussage ergibt.
Die erfindungsgemäße Lösung soll an Hand eines möglichen Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher erläutert werden.
Bei einer spiroergometrischen Untersuchung (Fußkurbelarbeit im Sitzen; stufenförmiges Belastungsprofil — Startstufe: 50 Watt, Steigerung: 50 Watt/2 min.) wurden von einem Digitalrechner im ON-LINE-Betrieb die Signale der Sauerstoffaufnahme V02, der Kohlendioxidabgabe VC02 sowie der Herzschlagfrequenz HSF von entsprechenden analysenmeßtechnischen Sensoren, die mit einer Versuchsperson verbunden kontinuierlich Meßwerte bereitstellten, registriert. Die Abtastrate bei der Erfassung der Meßdaten betrug 0,25Hz. Mit dem hier beschriebenen Verfahren der extrapolativen Bestimmung derV02(max) (Figur 1) wurde eine Vita-Maxima-Prognose nach Belastungsabbruch im submaximalen Belastungsbereich erstellt, die aus dem Analysenprotokoll ersichtlich ist. Neben den Abbruch- bzw. Extrapolationswerten für V02, VC02 und HSF sind für diese Parameter auch die zugehörigen Zeitfunktionen dargestellt.
SPIROERGOMETRIE (Analysenprotokoll)
VERSUCHTSPERSON, MÄNNLICH —22 JAHRE KH: 172cm KM: 62,8kg
| ANALYSENERGEBNISSE | T + 93,7402 EXP (0,124699* T) EXP (0,159496)* T) | /MIN L/MIN |
| PARAMETER-ZEIT-VERLÄUFE | ||
| HSF = 10,572 * V02 = 1,0208 * VC02 = 0,752724 * | HSF: 164 VC02: 2,20 | /MIN |
| BELASTUNGSABBRUCH | ||
| T: 6:43 MIN V02: 2,36 L/MIN | HSF: 186 | |
| VITA-MAXIMA-PROGNOSE | ||
| T: 8:45 MIN V02: 3,04 L/MIN | ||
Claims (2)
1. Verfahren zur extrapolativen Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme eines Organismus', gekennzeichnet dadurch, daß zur Ermittlung des Prognosewertes V02(max) die Meßwerte von Sauerstoffaufnahme VO2 und Kohlendioxidabgabe VCO2 von einem Digitalrechner über ein kombiniertes Transformations-Regressions-Verfahren in dem Problem angepaßte, analytische nichtlineare Ausgleichsfunktionen VO2(t) und VCO2(t) überführt sind und durch die Extrapolation auf den Zeitpunkt des Belastungsmaximums, für den das Ausbelastungskriterium des Respiratorischen Quotienten zugrunde gelegt ist, die maximale Sauerstoffaufnahme festgelegt ist, wobei unter Anwendbarkeit unterschiedlicher Belastungsmodelle der Belastungsabbruch im submaximalen Bereich erfolgt.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Ausgleichsfunktionen Exponentialfunktionen angewendet sind.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| DD252457A1 true DD252457A1 (de) | 1987-12-16 |
| DD252457B1 DD252457B1 (de) | 1990-10-17 |
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Family Applications (1)
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| DD (1) | DD252457B1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0590634A3 (en) * | 1992-09-29 | 1994-08-24 | Combi Co | Method of measuring a subject's physical strength and apparatus for the same |
| DE102007052776A1 (de) * | 2007-11-02 | 2009-05-07 | Jerichow, Ulrich, Dr. | Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Trainings und/oder Rehabilitationseinheit |
-
1986
- 1986-08-15 DD DD29368286A patent/DD252457B1/de not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
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Also Published As
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|---|---|
| DD252457B1 (de) | 1990-10-17 |
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