Czy można z wyprzedzeniem ocenić, jak sprawnie nasz organizm poradzi sobie z wysiłkiem fizycznym? I czy takie prognozy mogą stanowić narzędzie dla sportowców, lekarzy i trenerów? To właśnie ten fascynujący obszar medycyny zgłębiam w badaniu pn. „predictioN mOdels fOr enDurance athLetEs”(NOODLE) – pisze Przemysław Kasiak, student kierunku lekarskiego, doktorant w III Klinice Chorób Wewnętrznych i Kardiologii WUM.
Przemysław Kasiak. Fot. WUM
Dlaczego znajomość wydolności fizycznej i jej potencjalnych ograniczeń jest ważna?
Wydolność fizyczna to zdolność organizmu do wykonywania wysiłku bez nadmiernego zmęczenia, przy jednoczesnym zachowaniu zdolności do szybkiej regeneracji. Ocena zdolności wysiłkowych znajduje szerokie zastosowanie w medycynie klinicznej, np. w określeniu stopnia zaawansowania niewydolności serca, a także diagnostyce sportowej, między innymi do periodyzacji i monitorowania treningu.
Znajomość wydolności fizycznej i jej potencjalnych ograniczeń ma kluczowe znaczenie dla wielu osób, nie tylko pacjentów, ale również lekarzy i osób zdrowych. Dla sportowców precyzyjne prognozy mogą pomóc w planowaniu treningów i unikaniu przetrenowania. Osoby zmagające się z chorobami przewlekłymi oraz ich lekarze mogą wykorzystać te dane do lepszej kontroli zdrowia i planowania aktywności. Z kolei entuzjaści zdrowego stylu życia zyskują narzędzia do monitorowania postępów i kontrolowania intensywności wysiłku.
Modele i równania predykcyjne w medycynie sportowej
Kilkoma przykładowymi wskaźnikami używanymi do oceny wydolności organizmu są: maksymalny pobór tlenu (maximal oxygen uptake [VO2max]), tętno maksymalne (maximal heart rate [HRmax]), a także, coraz częściej stosowana, całkowita masa hemoglobiny (total hemoglobin mass [tHBmass]). Jednak najpopularniejszym i najszerzej omawianym wskaźnikiem jest VO2max, który uznawany jest za „złoty standard” w ocenie wydolności. VO2max oznacza maksymalną ilość tlenu, jaką organizm może przyjąć i wykorzystać w trakcie wysiłku fizycznego, zazwyczaj w przeliczeniu na minutę i masę ciała. Im wyższy VO2max, tym lepsze są zdolności organizmu do kontynuowania wymagających ćwiczeń. Parametr ten jest obecnie wykorzystywany przez większość popularnych urządzeń sportowych (np. zegarków).
Wyniki obecnych badań naukowych oferują szerokie spektrum narzędzi do przewidywania wydolności fizycznej, w tym modele matematyczne i zaawansowane analizy statystyczne. Takie równania pozwalają obliczyć nie tylko VO2max, ale również inne zmienne, wykorzystując do tego proste, łatwo dostępne współczynniki. Najmniej skomplikowane równania wykorzystują wiek, płeć czy masę ciała, ale możliwości ich rozbudowywania są nieograniczone i mogą obejmować parametry laboratoryjne, wywiad medyczny i wiele innych.
Najwięcej równań opracowano dotychczas dla VO2max. Jednak wszechstronna analiza zdolności wysiłkowych powinna obejmować również inne zmienne, które mogą wnosić dodatkową wartość w wybranych sytuacjach (np. współczynnik wentylacji/produkcji dwutlenku węgla – ventilatory efficiency slope [VE/VCO2-slope] w niewydolności serca). Stąd w badaniu NOODLE oceniliśmy dokładność obecnych modeli i opracowaliśmy nowe równania dla mniej popularnych parametrów jak: VE/VCO2-slope, szczytowy puls tlenowy (peak oxyegn pulse [O2Ppeak]), krzywa efektywności poboru tlenu (oxygen uptake efficiency slope [OUES]) czy plateau efektywności poboru tlenu (oxygen uptake efficiency plateau [OUEP]).
Co ważne, niektóre predykcje wykazują już na tyle obiecującą dokładność, że niedługo mogą być stosowane jako alternatywa dla pełnych sercowo-płucnych testów wysiłkowych (cardiopulmonary exercise test [CPET]). Zwłaszcza, że CPET może być w niektórych okolicznościach trudno dostępny, zbyt obciążający lub kosztowny.
Precyzyjność przewidywań
Skuteczność istniejących modeli predykcyjnych jest bardzo wysoka, choć niepozbawiona ograniczeń. W wielu badaniach wartości przewidywane przez modele korelują z rzeczywistymi wynikami z dokładnością przekraczającą 90% i różnica jest porównywalna z błędem pomiarowym (tzw. test-retest reliability). Jednakże, dokładność ta może się różnić w zależności od populacji, poziomu wytrenowania uczestników oraz jakości danych wejściowych wykorzystywanych podczas generacji modelu.
Na przykład, u sportowców o wysokim poziomie wytrenowania modele mogą nie uwzględniać takich czynników jak adaptacje treningowe, które trudno zmierzyć standardowymi metodami. Z kolei u osób starszych czy cierpiących na choroby przewlekłe, takie jak cukrzyca oraz nadciśnienie, równania mogą wymagać dodatkowej kalibracji i skorygowania.
Nowe, obiecujące czynniki determinujące wydolność
Oprócz wspomnianych parametrów krążeniowo-oddechowych, wydolność fizyczna jest determinowana przez szereg innych czynników, w tym predyspozycje genetyczne, dietę i stan zdrowia. Coraz częściej w diagnostyce sportowej wykorzystywane są również zmienne hematologiczne, które dotychczas głównie znajdowały zastosowanie w medycynie klinicznej. Przykładem jest tHBmass, które wśród osób zdrowych znajduje zastosowanie we wczesnej identyfikacji talentów w sportach wytrzymałościowych i pomaga w podjęciu decyzji czy sportowiec stosował doping.
Czy technologia zrewolucjonizuje prognozowanie?
W ostatnich latach pojawia się coraz więcej technologii, które mogą znacząco wzbogacić jakość metod prognozowania wydolności. Przykładem są popularne urządzenia sportowe, czyli zegarki i opaski, które na bieżąco monitorują tętno, poziom aktywności czy jakość snu. Dane te mogą być wykorzystywane w budowaniu równań predykcyjnych, dostarczając wartościowych, wysoko spersonalizowanych informacji o uczestnikach.
Również sztuczna inteligencja odgrywa kluczową rolę. Algorytmy maszynowego uczenia się potrafią analizować ogromne ilości danych i identyfikować subtelne wzorce, które są niewidoczne dla tradycyjnych metod statystycznych. W efekcie, prognozy stają się coraz bardziej precyzyjne, uwzględniając złożoność ludzkiego organizmu.
Wyzwania i przyszłość
Pomimo ogromnych postępów w obszarze predykcji parametrów krążeniowo-oddechowych, istnieje wiele wyzwań. Jednym z nich jest konieczność standaryzacji metod pomiarowych oraz uwzględnienia różnorodności populacji. W przyszłości możemy spodziewać się jeszcze bardziej zaawansowanych rozwiązań, takich jak personalizowane programy treningowe ustalane w zgodzie między wynikami uzyskanymi bezpośrednio w CPET i przewidywanymi, a także integracji predykcji z platformami telemedycznymi. Rozwijane są również modele, które będą przewidywać nie tylko wydolność, ale także ryzyko kontuzji czy reakcje na poszczególne rodzaje treningu.
Czy da się zatem przewidzieć swoją wydolność fizyczną? Dzisiejsze technologie i modele statystyczne mają ogromny potencjał. Postępy w tej dziedzinie mogą nie tylko poprawić ocenę stanu zdrowia pacjenta, ale także zrewolucjonizować podejście do indywidualnie dostosowanego treningu. Dlatego warto śledzić ten dynamicznie rozwijający się obszar nauki, bo przyszłość naszej kondycji może leżeć w matematyce i danych.
Przemysław Kasiak jest studentem VI roku kierunku lekarskiego, a od trzech lat również doktorantem w III Klinice Chorób Wewnętrznych i Kardiologii WUM. Jego obszar zainteresowań naukowych dotyczy kardiologii i medycyny sportowej. Jest współautorem 31 artykułów oryginalnych (IF=80; h-index=11) i dwóch podręczników. Jest edytorem czasopisma PLOS ONE (IF=2,9) oraz recenzentem >100 publikacji naukowych. Jest również członkiem Klubu30 Polskiego Towarzystwa Kardiologicznego zrzeszającego wybitnych młodych kardiologów. Podczas studiów współpracował m.in. z Uniwersytetem Medycznym w Lozannie, Uniwersytetem w Zurychu i Uniwersyteckim Centrum Klinicznym w Utrechcie. Otrzymał m.in. dwukrotnie Stypendium Ministra Zdrowia za Znaczące Osiągnięcia Naukowe, Laur medyczny PAN, a także kilkukrotnie Nagrodę Rektora WUM za Wybitne Publikacje Naukowe. Pasjonuje się piłką nożną, a od 8 lat jest sędzią piłkarskim.
