Syke- ja liikkumisnopeustiedon perusteella määritetyn kuntoarvion luotettavuus eri olosuhteissa

Abstract

Säännöllinen fyysinen aktiivisuus kehittää hengitys- ja verenkiertoelimistön kuntoa, jota kuvataan usein maksimaalisen hapenottokyvyn (VO2max) avulla. Luotettavin määritystapa tapahtuu laboratoriossa maksimikuormituksessa hengityskaasujen avulla, mutta tämä vaatii aina koulutetun testihenkilöstön ja kalliit välineet. Syke, hapenkulutus ja työteho ovat lineaarisesti yhteydessä toisiinsa, mikä mahdollistaa maksimaalisen hapenottokyvyn arvioinnin myös helpommilla menetelmillä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on verrata kahden kävelytestin sykevälivaihtelun ja liikkumisnopeustiedon perusteella kahdella eri laitteella annettuja VO2max -arvioita kultaiseen standardiin eli maksimitestissä hengityskaasuilla mitattuun VO2max -arvoon.

27 tutkittavaa osallistui kolmen päivän sykevälivaihtelun seurantajaksoon sekä maksimaaliseen hapenotto-kyvyn testiin onnistuneesti. Sykevälivaihtelun seurantajakson aikana suoritettiin kaksi puolen tunnin kävelyä eri olosuhteissa ja eri vauhdeilla. Sykevälivaihtelua mitattiin Bodyguard 2 -laitteella ja kävelytesteissä dataa kerättiin myös Garmin Forerunner 920XT -sykekellolla. Kahdesta kävelytestistä muodostettiin tutkit-tavakohtaisesti kolme VO2max -arviota, joita verrattiin kultaiseen standardiin. Ulkokävelystä ennusteet tehtiin sekä Bodyguard 2 että Garmin Forerunner 920XT -laitteilla, mutta mattokävelystä vain Bodyguard 2 -laitteella. Maksimaalisen hapenottokyvyn testi suoritettiin viikon kuluessa juoksumattokävelystä. VO2max -testissä juostiin kolmen minuutin kuormia uupumukseen asti kulman säilyessä muuttumattomana. Maksimaalisen hapenottokyvyn ennusteet muodostettiin kävelynopeuden ja onnistuneiden sykevälidatapisteiden avulla. Ennusteet olivat laitekohtaisia molempien hyödyntäessä RR-intervalleja, mutta käve-lynopeus oli peräisin joko kolmesuuntaisesta kiihtyvyysanturista tai GPS-signaalista laitteesta riippuen.

Syke ja liikkumisnopeustiedon perusteella muodostetut VO2max -arviot olivat lineaarisesti yhteydessä maksimitestissä mitattuihin arvoihin (r = 0,74–0,90; p < 0,001). Olosuhteet tai vauhti eivät vaikuttaneet VO2max -ennusteen tarkkuuteen, mikä näkyi identtisinä absoluuttisina keskivirheinä (MAE = 3,5 ml/kg/min) (ulkokävely p = 0,179; mattokävely p = 0,428). Keskivirhetarkastelun perusteella Garmin Forerunner 920XT -kello antaa tarkemman VO2max -arvion kuin Bodyguard 2 -laite (MAE = 2,8 ml/kg/min vs. 3,5 ml/kg/min, MAPE = 6,1 % vs. 7,8 %, p < 0,01).

Submaksimaalisesta kävelystä voidaan sykevälivaihtelupohjaisen ennusteen avulla arvioida henkilön maksimaalinen hapenottokyky kohtalaisen luotettavasti eri olosuhteissa. Laitteiden välinen ero voi aikaisemman tutkimustiedon perusteella selittyä GPS-menetelmän paremmalla tarkkuudella kävelynopeuden määrityksessä. Menetelmällä päästään muita submaksimaalisia kuntotestejä vastaavaan tarkkuuteen, mutta yksilön kannalta on syytä muistaa, että keskivirheen suuruinen (3,5 ml/kg/min) parannus hapenottokyvyssä voi olla jo hyvinkin merkittävä terveyden näkökulmasta. Tutkimus osoittaa, että henkilön maksimaalinen hapenottokyky on mahdollista arvioida ilman tarkkaa ennalta määritettyä protokollaa. Vertailumenetelmänä oli pitkä VO2max -protokolla, joka saattaa aiemman tutkimustiedon perusteella aliarvioida tutkittavan todellista maksimaalista hapenottokykyä. Tulevaisuudessa olisi mielenkiintoista tutkia, parantaisiko lyhyempi VO2max -protokolla mittaustarkkuutta. Lisäksi olisi mielenkiintoista tutkia käytetyn ennustemallin toistettavuutta ja päiväkohtaista vaihtelua.

Maximal oxygen uptake (VO2max) is a predictor of cardiorespiratory fitness. VO2max can be either measured or predicted from other physiological variables. Accurate method for measuring VO2max needs to perform until exhaustion and respiratory gas analysis is needed. Because VO2max measurement needs highly trained staff and expensive equipment, easier evaluation methods have been developed. These methods are based on regression models and linear relationships between heart rate, oxygen uptake and workload. The purpose of this study is to examine the accuracy of the VO2max estimation based on heart rate and speed data in different condition during walking.

27 subjects participated in a three-day heart rate variability (HRV) follow-up period and VO2max test. During the HRV-monitoring period subjects performed two walking tests under different conditions and with different pace directions. The HRV was measured with a Bodyguard 2 -device and a Garmin Forerunner 920XT was also used for data collection. Three VO2max estimations were generated from two walking tests per subject and were compared to the golden standard. The Bodyguard 2 was used for the estimations based on both walks, but the Garmin Forerunner 920XT was used only for outdoors estimation. The VO2max test was performed within one week of the treadmill walk. The VO2max protocol included three-minute loads until exhaustion and the inclination stayed constant. The VO2max predictions were generated from walking speed and successful RR-intervals. Evaluations were device-specific: Bodyguard 2 used 3-axis accelerometer and Garmin Forerunner 920XT used GPS-signal for speed monitoring.

Estimated and measured VO2max values had high correlations (r = 0,74–0,90; p <0,001). Identical error values (MAE = 3,5 ml/kg/min) showed that conditions or speed did not affect the accuracy of VO2max predictions (outdoor walk p = 0,179; indoor walk p = 0,428). The Garmin Forerunner 920XT showed a bit more accurate VO2max estimations than the Bodyguard 2 (MAE = 2,8 ml/kg/min vs. 3,5 ml/kg/min, MAPE = 6,1 % vs. 7,8 %, p < 0,01).

A submaximal walk can be used to estimate one’s maximal oxygen uptake in a relatively reliable manner and in different conditions. The significant difference between the two devices can be explained by better accuracy of GPS-signal compared to 3-axis accelerometer when measuring walking speed. This method achieves the accuracy of other submaximal fitness tests, but 3,5 ml/kg/min improvement in oxygen uptake may be very significant from a health perspective. The study showed that one’s maximal oxygen uptake can be predicted without an accurate predefined protocol. The reference method was the long VO2max protocol, which may underestimate the actual maximal oxygen uptake. In the future it would be interesting to examine if a shorter VO2max protocol could improve the accuracy of the prediction model. Also, reliability and day to day variation would be important things for future research.