Transcript De maximale zuurstofopname (VO max)

INSPANNINGS­
FYSIOLOGIE
De VO2max is in de sportwereld een begrip, maar het is
de vraag of de betekenis ervan altijd goed wordt begrepen.
In deel 1 van deze serie werd de fysiologische achtergrond
van de VO2max beschreven. In dit tweede deel gaat over
het meten van de VO2max door middel van een maximale
inspanningstest. Is maximaal wel echt maximaal?
De maximale zuurstofopname (VO2max)
Feiten en fabels (deel 2)
Wim Burgerhout
Als de VO2max de gouden standaard
beelden zijn de Conconitest, de Shut­
is voor de fysieke conditie, dan is de
tle-runtest en de Åstrandtest.1 Deze
maximale (aërobe) inspanningstest de
testmethoden vallen buiten het bestek
gouden standaard voor het meten er­
van dit artikel.
van. De maximale inspanningstest is
2
een procedure, waarbij een proefper­
VO2max of VO2piek?
soon met oplopende intensiteit arbeid
Eigenlijk is ‘de’ VO2max van een per­
moet leveren, doorgaans bestaand uit
soon niet te meten. Zoals in het eerste
fietsen, lopen of roeien op een ergo­
deel van deze reeks 2 werd beschre­
meter. Tijdens deze arbeid wordt de
ven, is de VO2max afhankelijk van het
zuurstofopname gemeten. De werk­
type inspanning dat je levert en van de
wijze (het protocol) van de test is erop
mate waarin je voor deze inspanning
gericht de persoon zodanig maximaal
specifiek hebt getraind. Welk testpro­
te belasten, dat ook de capaciteit om
tocol men ook gebruikt, het is altijd
zuurstof op te nemen maximaal wordt
mogelijk dat een proefpersoon bij een
benut.
ander protocol hoger zou scoren. Ook
Voor een maximale inspanningstest is
kan er twijfel bestaan over de vraag, of
een laboratorium met gecompliceerde
een proefpersoon in de test wel aan de
meetappa­ratuur nodig en ook een
maximale zuurstofopname is toegeko­
daartoe bevoegde proefleider (arts of
men (zie verderop in dit artikel).
inspanningsfysioloog) om de test uit te
Om deze redenen mijden sommige
voeren. In de sportpraktijk maakt men
onderzoekers, als het om een geme­
daarom vaak gebruik van veldtests en
ten waarde gaat, de term VO2max en
submaximale laboratoriumtests, die
spreken zij liever van VO2piek. Andere
minder hoge eisen stellen, maar ook
onderzoekers reserveren deze laat­
minder nauwkeurig zijn. Bij deze tests
ste term echter voor situaties, waarin
wordt de VO2max niet gemeten, maar
er sprake is van een verminderd
geschat. Dit gebeurt aan de hand van
inspannings­vermogen ten gevolge van
factoren als de afstand die een proef­
ziekte of blessures. Om verwarring te
persoon binnen een bepaalde tijd kan
voorkomen houdt dit artikel zich bij de
afleggen en het verloop van de hart­
term VO2max, waarbij men zich dus
slag bij toenemende belasting. Voor­
moet realiseren dat dit niet altijd de
S p o r t g e r i c h t n r. 3 / 2 0 0 9 – j a a r g a n g 6 3
‘echte’ maximale zuurstofopname be­
een mondstuk of masker, dat via een
hart, spieren en andere organen krij­
hoeft te zijn.
buisje verbonden is met de omrin­
gen de tijd om hun maximale capaci­
gende lucht. Tijdens elke uitademing
teit te mobiliseren. Aan de andere kant
Apparatuur
(expiratie) wordt de lucht die door het
mag de proef niet te lang duren. Dan
Het meten van de maximale zuurstof­
buisje stroomt geanalyseerd op het
bestaat het risico, dat de proefpersoon
opname wordt ook wel ergospirome­
gehalte aan O2 en CO2 (koolzuurgas).
uitgeput raakt voordat het niveau van
trie genoemd. Deze term verwijst naar
Dit gebeurt meestal langs fysische weg
de VO2max is bereikt.
de twee apparaten waarmee de test
(spectrometrie). Ook wordt het volume
Door de meeste auteurs wordt een
wordt uitgevoerd: de ergometer en de
van de uitgeademde lucht gemeten.
spirometer.
De samenstelling van de ingeademde
testduur van 8 tot 12 minuten als op­
timaal beschouwd.1,3 In een recent
De ergometer is een apparaat waarmee
lucht is onder normale omstandighe­
overzichtsartikel beschrijven Midgley
de fysieke belasting van de proefper­
den bekend. Een computer berekent
et al.4 echter, dat hiervoor weinig we­
soon kan worden ingesteld. In Ne­
uit deze gegevens de O2-opname, de
tenschappelijke onderbouwing bestaat.
derland wordt de fietsergometer het
CO2-afgifte en het ademminuutvolume
Zij komen tot ruimere grenzen: een
meest gebruikt. Bij deze ergometer kan
(AMV). Ook worden luchtdruk, tem­
duur van 7 tot 26 minuten voor de test
de belasting (in Watts) nauwkeuriger
peratuur en luchtvochtigheidsgraad
op een fietsergometer en van 5 tot 26
worden ingesteld dan bij andere ergo­
geregistreerd; deze factoren kunnen
minuten voor de looptest op een tred­
meters. Ook bevindt de proefpersoon
het prestatievermogen beïnvloeden. In
molen.
zich in een stabiele positie, waardoor
het laboratorium worden temperatuur
De test wordt beëindigd als de proef­
metingen (spirometrie, ECG, bloed­
en luchtvochtigheid zo constant moge­
persoon niet meer in staat is om het
druk en eventueel bloedafname) re­
lijk gehouden.
ingestelde vermogen te leveren, als er
latief gemakkelijk zijn uit te voeren
Tijdens de test wordt bij de proefper­
medische redenen zijn om te stoppen,
en de kans op blessures minimaal is.
soon een elektrocardiogram (ECG)
zoals een gestoorde hartactiviteit, of
Wel moet de proefpersoon vertrouwd
afgeleid. Ook wordt enkele malen de
als de proefpersoon uit eigen initiatief
zijn met de fietsbeweging. In landen
bloeddruk gemeten. Dit is in de eer­
ophoudt met trappen. Dit roept de
waar weinig wordt gefietst, zoals de
ste plaats voor de veiligheid. Ook bij
vraag op, hoe men kan weten of de ge­
Verenigde Staten, maakt men daarom
ogenschijnlijk gezonde personen be­
meten VO2max inderdaad de uiterste
liever gebruik van een tredmolen
staat de kans dat bij zware inspanning
waarde is. Een proefpersoon kan voor­
(loopband). Verder kunnen er sport­
hartproblemen aan het licht komen,
tijdig zijn gestopt door gebrek aan mo­
specifieke redenen zijn om een bepaald
zoals ritmestoornissen en slechte door­
tivatie, of door vermoeidheid die niet
type ergometer te gebruiken. Naast
bloeding van de kransslagaders. Bij
het gevolg is van zuurstoftekort. Valt
fiets- en loopergometers zijn er ook
tekenen daarvan kan de proefleider de
dit te controleren?
roei- en zwemergometers en ergome­
test onderbreken. Daarnaast wordt het
ters voor de armspieren.
ECG benut voor het registreren van de
De fietsergometer is een stationaire
hartfrequentie.
Criteria voor maximale
­zuurstofopname
In de literatuur worden diverse criteria
fiets (hometrainer), waarvan de weer­
stand die men bij het trappen on­
Protocol
genoemd voor het bereiken van een
dervindt kan worden ingesteld. Bij
Onder het protocol wordt hier ver­
maximale zuurstofopname (tabel 1).
professionele apparatuur gebeurt dat
staan: de opbouw van het belastings­
Deze criteria worden door onderzoe­
elektromagnetisch en gestuurd door
niveau. Meestal begint men onbelast
kers in verschillende combinaties toe­
een computer. Dit betekent dat het
(bij een fietsergometer: freewheelen)
gepast. Er is geen algemene consensus
verloop van de weerstand tijdens de
en wordt de belasting geleidelijk ver­
(overeenstemming) over het aantal cri­
proef kan worden voorgeprogram­
hoogd, bijvoorbeeld met stappen van
teria waaraan moet worden voldaan.
meerd en steeds wordt aangepast aan
20 Watt per minuut. In de literatuur
het toerental. Zo kan de belasting op
zijn standaardprotocollen bekend voor
De zuurstofcurve
het gewenste niveau blijven als een
verschillende testsituaties en doelgroe­
Het absolute criterium voor het berei­
proefpersoon sneller of langzamer gaat
pen.1
ken van de VO2max houdt in, dat de
trappen.
Tijdens de test mag de belasting niet
zuurstofopname tijdens zware inspan­
De spirometer is een apparaat voor
te snel, maar ook niet te langzaam stij­
ning constant blijft ondanks een ver­
het meten van de ademhaling. De
gen. Een geleidelijke toename van de
dere toename van de belasting. Deze
proefpersoon moet ademen door
belasting fungeert als warming-up:
situatie wordt echter vrijwel nooit
S p o r t g e r i c h t n r. 3 / 2 0 0 9 – j a a r g a n g 6 3 3
bereikt. Voordat het zover is, komt het
Tabel 1
moment al dat de proefpersoon de
belasting niet meer kan volhouden.
Daarom is dit criterium voor de prak­
tijk onbruikbaar.
Wel is in veel gevallen een afvlakking
van de zuurstofcurve te zien, die je
kunt beschouwen als de inzet van een
horizontaal verloop (figuur 1). Deze
afvlakking verloopt geleidelijk, er is
geen exact begin aan te wijzen. Als
arbitraire grens wordt vaak het punt
genomen, vanwaar de stijging van de
zuurstofopname kleiner wordt dan
Criteria voor maximale zuurstofopname uit de literatuur
– Zuurstofopname blijft constant bij toenemende belasting (het enige absolute criterium)
– Zuurstofopname neemt niet meer evenredig toe met het belastingsniveau (indien
gekwantificeerd, meestal: stijgt met minder dan 150 ml/min).
– Hartfrequentie neemt niet meer evenredig toe met het belastingsniveau
– Hartfrequentie bereikt de op grond van de leeftijd verwachte maximale waarde
(meestal: wijkt daar niet meer dan 10 slagen van af)
– Respiratory Exchange Ratio (RER) overstijgt een bepaalde waarde (meestal 1,00, 1,10
of 1,15)
– Lactaatspiegel van het bloedplasma overstijgt een bepaalde waarde (meestal 8 of
10 mmol/liter)
– Inspanning wordt door de proefpersoon ervaren als ‘zeer zwaar’ (tenminste 17 op
de Borgschaal van 6-20)
een bepaalde waarde (bij de meeste
auteurs 150 ml/min). Als men deze
waarde als algemene maatstaf han­
frequentie als criterium voor maximale
RER en lactaatspiegel
teert, doet men echter geen recht aan
inspanning gehanteerd. Het verband
De Respiratory Exchange Ratio (RER)
verschillen in protocol en aan ver­
tussen hartfrequentie en zuurstofop­
is de verhouding tussen de CO2-afgifte
schillen tussen personen onderling op
name is echter niet bij iedereen line­
en de O2-opname. Stijging van de RER
grond van factoren als leeftijd, geslacht
air. Ook zijn er aanwijzingen dat de
en van de lactaatspiegel is lange tijd
en lichaamsgewicht.5
hartfrequentie eerder gaat afvlakken
beschouwd als een teken van ‘ver­
is.6
Het afvlakken van de zuurstofopname
naarmate men beter getraind
Dit
zuring’ (lactische acidose), die het
wordt beschouwd als het primaire
wordt toegeschreven aan het feit, dat
gevolg zou zijn van zuurstoftekort
criterium voor het bereiken van de
bij getrainde atleten het slagvolume
en zou leiden tot uitputting. Deze the­
VO2max. De overige criteria noemt
bij zware inspanning blijft toenemen,
orie is echter onhoudbaar gebleken.8
men secundair. Deze worden toege­
terwijl het bij ongetrainden constant
Er is geen rechtstreeks oorzakelijk
past als aan het primaire criterium niet
blijft. Ongetrainden zijn dus meer
verband tussen het afvlakken van de
is voldaan, of als extra ondersteuning
aangewezen op een verhoging van de
zuurstofopname en het bereiken van
daarvan.
hartfrequentie.
een bepaalde waarde voor RER en/of
Een ander criterium gaat uit van de
lactaatspiegel. Weliswaar stijgen RER
De hartfrequentie
veronderstelling, dat de maximaal
en lactaatspiegel bij toenemende be­
Het verloop van de hartfrequentie bij
bereikte hartfrequentie (Hfmax) in
lasting, maar (het verhaal wordt mis­
toenemende belasting lijkt sterk op
de test zou moeten overeenstemmen
schien wat eentonig): de waarden ver­
het verloop van de zuurstofopname:
met het theoretisch verwachte maxi­
schillen sterk per individu. Zo bleek
over een groot traject recht evenredig
mum. Dit laatste wordt vaak nog be­
in een onderzoek bij amateurwiel­
met de belasting stijgend, met tegen
rekend met de formule Hfmax = 220
renners 9 de RER op 75% van het
het einde een afvlakking. Daarom
– leeftijd. Voor deze formule bestaat
­maximale belastingsniveau uiteen te
wordt ook het afvlakken van de hart­
echter geen enkel wetenschappelijk
lopen van 0,88 tot 1,08.
bewijs.7 Andere formules zoals Hfmax
Figuur 1.
4
= 208 – (0,7 x leeftijd) zijn misschien
Subjectief ervaren inspanningsniveau
nauwkeuriger, maar ze hebben al­
Alle bovenstaande criteria zijn ge­
lemaal hetzelfde bezwaar: men kan
baseerd op waarneembare fysieke
hoogstens het gemiddelde berekenen
verschijnselen en kunnen daarom
voor een bepaalde leeftijdscategorie.
worden gezien als objectief. Maar in­
In werkelijkheid is de spreiding te
spanning heeft ook een subjectieve
groot om van een verwacht maximum
component: de zwaarte zoals die door
te kunnen spreken. De Hfmax voor
de proefpersoon wordt ervaren. Een
personen tussen 20 en 25 jaar loopt
veel gebruikte manier om deze te me­
bijvoorbeeld uiteen van 170 tot 225
ten is de Borgschaal, die rond 1960
slagen per minuut.7
werd ontwikkeld door de Zweedse
S p o r t g e r i c h t n r. 3 / 2 0 0 9 – j a a r g a n g 6 3
onderzoeker Gunnar Borg.
rificatiefase dezelfde VO2max wordt
Aan het einde van de test wordt aan
gevonden als in de test zelf (binnen de
de proefpersoon gevraagd om op deze
marge van de meetfout, die ca. 2% zou
schaal aan te geven hoe zwaar hij of
bedragen), wordt dit gezien als een be­
zij de inspanning heeft ervaren. Een
vestiging van de uitslag.
score van minder dan 17 wordt gezien
Een bezwaar tegen deze procedure is,
als een teken, dat de proefpersoon zich
dat 5-15 minuten rust mogelijk niet ge­
niet maximaal heeft ingespannen. Het
noeg is om vermoeidheidseffecten van
is dan waarschijnlijk dat ook de zuur­
te test te laten verdwijnen. Daarom
stofopname niet maximaal is geweest.
wordt de verificatieprocedure soms
Tegen het gebruik van de Borgschaal
een dag later uitgevoerd, na een sub­
zijn verschillende bezwaren inge­
maximale warming-up. Dit heeft ech­
bracht. Het begrip ‘zwaar’ is erg ruim:
ter weer het bezwaar, dat de VO2max
er wordt geen onderscheid gemaakt
van dag tot dag kan variëren.11 Ook is
tussen bijvoorbeeld pijn, fysieke ver­
er een extra bezoek aan het laborato­
moeidheid en gebrek aan motivatie.
rium nodig.
Midgley et al.5 stellen voor om voor
deze aspecten verschillende meetin­
Conclusie
strumenten te gebruiken en daarbij
Door het toepassen van computers,
aspecten als motivatie en zelfvertrou­
automatische meetapparatuur en kli­
wen voorafgaand aan de test te scoren.
maatregeling is het technisch goed
Verder spelen, ook hier, verschillen
mogelijk om een gestandaardiseerde
tussen individuen een rol. De een zal
maximale inspanningstest af te ne­
laag scoren om stoer te doen (‘eitje,
men. Toch zal er vaak onzekerheid
die test’), de ander juist hoog om te
blijven over de vraag, of de geme­
verbergen dat hij er geen zin meer in
ten VO2max werkelijk de maximale
had (‘ik was op, ik kón niet meer’). Als
zuurstofopname van de proefpersoon
maatstaf voor het inspanningsniveau
representeert. In de praktijk worden
blijkt de Borgscore dan ook niet erg
vele criteria toegepast, maar geen en­
betrouwbaar te zijn. Whaley et al. 10 re­
kel ­criterium is waterdicht. Men kan
gistreerden, bij een populatie van 680
de onzekerheid verkleinen door te
proefpersonen, op 80% van het maxi­
eisen dat aan meerdere criteria wordt
male belastingsniveau een gemiddelde
voldaan en/of door het uitvoeren van
Borgscore van 14,6. De individuele
een verificatieprocedure.
waarden liepen echter uiteen van 9 tot
De grootste bron van onzekerheid
20. De standaardafwijking ten opzichte
betreft de verschillen tussen mensen
van het gemiddelde bedroeg 2,2.
onderling. Deze kunnen zowel erfe­
Literatuur
1. Takken T. (2004). Inspanningstests. Elsevier,
Maarssen.
2. Burgerhout W.G. (2009). De maximale zuurstofopname (VO2max), feiten en fabels (deel
1). Sportgericht 63, nr. 2, 6-10.
3. Milani R.V., Lavie C.J., Meera M.R., Ventura
H.O. (2006). Understanding the basics of cardiopulmonary exercise testing. Mayo Clin. Proc.
81: 1603-1611.
4. Midgley A.W., Bentley D.J., Luttikholt H.,
McNaughton L.R., Millet G.P. (2008). Challenging
a dogma of exercise physiology: does an incremental exercise test for valid VO2max determination really need to last between 8 and 12
minutes? Sports Med. 38: 441-447.
5. Midgley A.W., McNaughton L.R., Polman R.,
Marchant D. (2007). Criteria for determination
of maximal oxygen uptake. Sports Med. 37:
1019-1028.
6. Beck K.C., Randolph L.N., Bailey K.R., Wood
C.M., Snyder E.M., Johnson B.D. (2006): Relationship between cardiac output and oxygen
consumption during upright cycle exercise in
healthy humans. J. Appl. Physiol. 101: 1474-1480.
7. Robergs R.A., Landwehr R. (2002). The surprising history of the ‘HRmax = 220-age’ equation. J. Exerc. Physiol. 5: 1-10.
8. Burgerhout W.G. (2008). Afscheid van melkzuur, deel 3. Sportgericht 62, nr. 1, 6-11.
9. Goedecke J.H., St Clair Gibson A., Grobler
L., Collins M, Noakes T.D., Lambert E.V. (2000).
Determinants of the variability in respiratory
exchange ratio at rest and during exercise
in trained athletes. Am. J. Physiol. Endocrinol.
Metab. 279: 1325-1334.
10. Whaley M. H., Brubaker P.H., Kaminsky L. A.,
Miller C.R. (1997). Validity of rating of perceived
exertion during graded exercise testing in
apparently healthy adults and cardiac patients. J.
Cardiopulm. Rehabil. 17: 261-267.
11. Katch V.L., Sady S.S., Freeson P. (1982). Biological variability in maximum aerobic power.
Med. Sci. Sports Exerc. 14: 21-25.
lijk als verworven (trainingsgevoelig)
Verificatie
zijn, en zowel op lichamelijk als op
Om meer zekerheid te krijgen over de
geestelijk vlak liggen. Dit maakt het
gemeten VO2max, wordt door som­
een hachelijke zaak om de VO2max
mige onderzoekers een zogenoemde
van verschillende individuen met
5
verificatiefase in het testprotocol op­
elkaar te vergelijken en daaruit con­
genomen. Deze houdt in dat de proef­
clusies te trekken. Vergelijken van een
persoon 5-15 minuten na het beëin­
persoon met zichzelf, bijvoorbeeld om
digen van de test wordt blootgesteld
trainingseffecten te meten, is minder
aan een belastingsniveau dat een stap
problematisch. Wat je er voor de sport
hoger ligt dan het bereikte maximum
aan hebt is een tweede. Daarover
in de testfase. Deze ‘supramaximale’
meer in het volgende (laatste) deel
inspanning moet zo lang mogelijk
van deze reeks.
Over de auteur
Dr. Wim Burgerhout is fysioloog. Hij
is verbonden aan de Hogeschool
Utrecht, Faculteit Gezondheidszorg
als docent aan het Instituut voor
Bewegingsstudies en als onderzoeks­
medewerker aan het lectoraat Leefstijl
en Gezondheid.
E-mail: [email protected]
worden volgehouden. Als in de ve­
S p o r t g e r i c h t n r. 3 / 2 0 0 9 – j a a r g a n g 6 3 5