الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين

يتطلب قياس الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O₂ max) بدقة _بذل جهد بدني كافٍ من حيث المدة والشدة لإرهاق نظام الطاقة الهوائية بالكامل. في الاختبارات السريرية والرياضية العامة، يتضمن ذلك عادةً اختبار جهد متدرج يتم فيه زيادة شدة التمرين تدريجيًا مع قياس:

• التهوية و
• تركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء المستنشق والزفير.

يُقاس الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O₂ max) خلال _اختبار الجهد القلبي الرئوي (اختبار CPX). يُجرى الاختبار على جهاز المشي أو دراجة ثابتة . لدى الأشخاص غير المدربين، يكون الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين _أقل بنسبة تتراوح بين 10% و20% عند استخدام الدراجة الثابتة مقارنةً بجهاز المشي. ^{[ 4 ]} مع ذلك، فإن نتائج راكبي الدراجات المدربين على الدراجة الثابتة تُعادل أو حتى تتجاوز تلك التي تم الحصول عليها على جهاز المشي. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

يُتحقق الحد الأقصى الكلاسيكي لاستهلاك الأكسجين (V̇O₂ _max )، وفقًا لهيل ولوبتون (1923)، عندما يظل استهلاك الأكسجين ثابتًا ("مرحلة استقرار") على الرغم من زيادة الجهد المبذول. ولا يُعدّ حدوث مرحلة الاستقرار أمرًا مضمونًا، وقد يختلف باختلاف الشخص وفترة أخذ العينات، مما يؤدي إلى بروتوكولات مُعدّلة بنتائج مُتباينة. ^{[ 3 ]}

يمكن أيضًا حساب V̇O _{2 باستخدام} معادلة فيك : ${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}=Q\times \ (C_{a}{\ce {O2}}-C_{v}{\ce {O2}})}$عند الحصول على هذه القيم أثناء بذل أقصى جهد، حيث Q هو الناتج القلبي ، و _CaO2 هو محتوى الأكسجين الشرياني، و _CvO2 هو محتوى الأكسجين الوريدي _. يُعرف _الفرق بين CaO2 _و CvO2 أيضًا _باسم فرق _{الأكسجين الشرياني} الوريدي .

يمكن استخدام معادلة فيك لقياس استهلاك الأكسجين (VO2 ₎ لدى المرضى ذوي الحالات الحرجة، لكن فائدتها محدودة حتى في الحالات التي لا تتطلب مجهودًا بدنيًا. ^{[ 8 ]} _{من ناحية أخرى، يبدو أن استخدام قياس استهلاك الأكسجين (VO2 )} بناءً على التنفس لتقدير الناتج القلبي موثوق بدرجة كافية. ^{[ 9 ]}

يُعتمد تقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O _{2 max) على معدل ضربات القلب الأقصى ومعدل ضربات القلب أثناء الراحة. في صيغة Uth} et al. (2004)، يُعطى بالمعادلة التالية: ^{[ 10 ]}

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx {\frac {{\text{HR}}_{\max }}{{\text{HR}}_{\text{rest}}}}\times 15.3{\text{ mL}}/({\text{kg}}\cdot {\text{minute}})}$

تستخدم هذه المعادلة نسبة الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب (HR _max ) إلى معدل ضربات القلب أثناء الراحة (HR _rest ) للتنبؤ بالحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O ₂ max). وقد حذر الباحثون من أن قاعدة التحويل هذه تستند إلى قياسات أجريت على رجال مدربين تدريباً جيداً تتراوح أعمارهم بين 21 و51 عاماً فقط، وقد لا تكون موثوقة عند تطبيقها على فئات عمرية أخرى. كما نصحوا بأن الصيغة تكون أكثر موثوقية عند اعتمادها على قياس فعلي للحد الأقصى لمعدل ضربات القلب، بدلاً من تقدير مرتبط بالعمر.

يُعطى عامل Uth الثابت بقيمة 15.3 للرجال ذوي اللياقة البدنية العالية. ^{[ 10 ]} وقد نقّحت دراسات لاحقة هذا العامل الثابت لفئات سكانية مختلفة. ووفقًا لدراسة فوتيلينن وآخرون ( 2020)، ينبغي أن يكون العامل الثابت 14 لدى الرجال في الأربعين من العمر تقريبًا، ذوي الوزن الطبيعي، غير المدخنين، والذين لا يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية، أو الربو القصبي، أو السرطان. ^{[ 11 ]} كل عشر سنوات من العمر تُقلل المعامل بمقدار واحد، وكذلك التغير في وزن الجسم من الوزن الطبيعي إلى السمنة، أو التغير من عدم التدخين إلى التدخين. وبناءً على ذلك، ينبغي تقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O₂ _max ) لدى الرجال المدخنين البدينين في الستين من العمر بضرب نسبة _{الحد الأقصى} لمعدل ضربات القلب إلى معدل ضربات القلب _{أثناء الراحة} في 10.

أجرى كينيث إتش. كوبر دراسةً لصالح القوات الجوية الأمريكية في أواخر الستينيات. ومن نتائج هذه الدراسة اختبار كوبر ، الذي يقيس المسافة المقطوعة جريًا خلال 12 دقيقة. ^{[ 12 ]} وبناءً على المسافة المقاسة، يمكن حساب تقدير لقيمة V̇O₂ _max [بالمل/(كجم·دقيقة)] عن طريق عكس معادلة الانحدار الخطي، ما يعطينا:

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx {d_{12}-504.9 \over 44.73}}$

حيث d ₁₂ هي المسافة (بالمتر) التي تم قطعها في 12 دقيقة.

معادلة بديلة هي:

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx {(35.97*d'_{12})-11.29}}$

حيث d ′ ₁₂ هي المسافة (بالأميال) المقطوعة في 12 دقيقة.

توجد العديد من الاختبارات الموثوقة الأخرى وحاسبات V̇O ₂ max لتقدير V̇O ₂ max، وأبرزها اختبار اللياقة متعدد المراحل (أو اختبار الصفير ). ^{[ 13 ]}

تقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O₂ _max ) من خلال المشي لمسافة ميل واحد (بأسرع ما يمكن) مع تحديد الوقت بالدقائق العشرية ( t ، على سبيل المثال: 20:35 تُكتب 20.58)، والجنس، والعمر بالسنوات، ووزن الجسم بالرطل ( BW ، رطل)، ومعدل ضربات القلب خلال 60 ثانية بالنبضات في الدقيقة ( HR ، نبضة/دقيقة) في نهاية الميل. ^{[ 14 ]} الثابت x يساوي 6.3150 للذكور، و0 للإناث.

${\displaystyle {\ce {{\dot {V}}O2}}\max \approx 132.853-0.0769\cdot {\text{BW}}-0.3877\cdot {\text{age}}-3.2649t-0.1565\cdot {\text{HR}}+x}$

معامل الارتباط r للصيغة المعممة هو 0.88.

يبلغ متوسط ​​استهلاك الأكسجين الأقصى (V̇O₂ max) لدى الذكور الأصحاء غير المدربين _حوالي 35-40 مل/(كجم·دقيقة). ^{[ 16 ] [ 17 ]} أما متوسط ​​استهلاك الأكسجين الأقصى لدى الإناث الأصحاء غير المدربات _فيبلغ حوالي 27-31 مل/(كجم·دقيقة). ^{[ 16 ]} يمكن أن تتحسن هذه النسب مع التدريب وتنخفض مع التقدم في السن، مع العلم أن درجة قابلية التدريب تختلف اختلافًا كبيرًا. ^{[ 18 ]}

في الرياضات التي تُعدّ فيها القدرة على التحمّل عنصرًا هامًا في الأداء، مثل سباق الدراجات على الطرق ، والتجديف ، والتزلج الريفي ، والسباحة، والجري لمسافات طويلة ، يتمتع الرياضيون العالميون عادةً بقيم عالية لاستهلاك الأكسجين الأقصى (V̇O₂ _max ). يستطيع العداؤون الذكور النخبة استهلاك ما يصل إلى 85 مل/(كجم·دقيقة)، بينما تستطيع العداءات النخبة استهلاك حوالي 77  مل/(كجم·دقيقة). ^{[ 19 ]}

يحمل لاعب الترياتلون النرويجي كريستيان بلومنفلت الرقم القياسي لأعلى قيمة لاستهلاك الأكسجين الأقصى (V̇O ₂ max) تم اختبارها على الإطلاق، حيث بلغت 101.1 مل/(كجم·دقيقة). ^{[ 20 ]}

تم قياس الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (V̇O₂ max) في أنواع حيوانية أخرى. أثناء السباحة مع حمل الأثقال، بلغ الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين لدى الفئران _حوالي 140 _مل /(كجم·دقيقة). ^{[ 21 ]} وبلغ الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين _لدى الخيول الأصيلة حوالي 193 مل/(كجم·دقيقة) بعد 18 أسبوعًا من التدريب عالي الكثافة. ^{[ 22 ]} _{وبلغ الحد الأقصى} لاستهلاك الأكسجين لدى كلاب الهاسكي الألاسكي المشاركة في سباق إيديتارود للزلاجات التي تجرها الكلاب 240 مل/(كجم·دقيقة). ^{[ 23 ]} وقُدِّر الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين _لدى ظباء البرونغورن بما يصل إلى 300 مل/(كجم·دقيقة). ^{[ 24 ]}