131119 lab arbetsprov

LABORATIONSKOMPENDIUM

ARBETSPROV

För kursen

Människans Fysiologi

Ulrika Widegren och Robert Frithiof september 2000

Reviderad 2010

Karolinska Institutet • Institutionen för Fysiologi och Farmakologi • Fysiologiundervisningen Postadress: 171 77 Stockholm

Besöksadress: von Eulers väg 4a Tel exp: 08-524 872 29 • Tel vx: 08-524 800 00

Människans Fysiologi Arbetsprov 1

Laboration Arbetsprov

Introduktion Syftet med följande laboration är att ge praktisk kunskap i hur ett arbetsprov kan utföras samt hur man beräknar och mäter syreupptagningsförmåga. Efter genomförd laboration förväntas du kunna redogöra för:

Hur hjärtfrekvens och syreupptagning varierar med ökad arbetsbelastning under fysiskt arbete.

Hur man med ett submaximalt (indirekt) test kan beräkna en persons maximala syreupptagning och uppskatta en persons arbetsförmåga.

Hur ett maximalt syreupptagningstest (direkt test) går till och vilka parametrar som krävs för att mäta syreupptagningen.

Laktatförändringar i samband med fysiskt arbete. Vid vilka symptom och diagnoser ett arbetsprov är motiverat.

Arbetsordning I. Ett submaximalt arbetsprov på 4 minuter per belastning (minst 4 olika

belastningar) utförs först. Pulsen mäts varje minut. I slutet av varje belastning kommer kapillärblod från ett finger tas för att med hjälp av Accusport bestämma blodlaktatkoncentrationen. Observera att blodlaktat över 4 mM måste uppnås innan testet avslutas.

II. Efter avslutat submaximalt arbete kommer fp att få varva ned och vila medan beräkning av hans/hennes VO2 max sker samt bestämning av startbelastning inför maxtestet.

III. När ovanstående är klart kommer fp att utföra ett maximalt arbetsprov för bestämning av hans/hennes VO2 max och maxpuls.

2 Arbetsprov Människans Fysiologi

Submaximalt arbetsprov

Bakgrund Detta test används ofta vid hälsokontroller för att få en uppfattning om en persons fysiska prestationsförmåga. Detta för att kunna fånga in personer som riskerar problem med sin fysiska hälsa, men även för att motivera individen att fortsätta utföra fysisk aktivitet. Testet innebär att individen cyklar på fyra belastningar där pulsen ligger över 120 slag/minut. Puls tas en gång per minut. Man använder sig av den puls som individen har då steady state uppnås för att sedan räkna fram VO2max. Fördelar med detta test är att det är enkelt, inte kräver komplicerad utrustning samt att försökspersonen slipper utföra ett maxtest, vilket är fysiskt krävande och i vissa fall kan vara riskabelt. För att få större förståelse för detta följer nedan en kortfattad bakgrund innan själva laborationen beskrivs.

Hjärtfrekvens och syreupptagning Den uppmätta pulsen i slutet av arbetsperioden med submaximal belastning, används för att beräkna den maximala syreupptagningen. Därför är det viktigt att ta hänsyn till att det tar några minuter innan hjärtfrekvensen och syreupptagningen når upp till en viss nivå där syreupptagningen motsvarar arbetets syrekrav. Denna nivå kallas steady state. Under de första minuterna av ett arbete är det skillnad mellan steady state och den faktiska syreupptagningen. Denna syredeficit täcks av anaeroba energikällor samt syre bundet till hemoglobin och myoglobin. Vid steady state pumpar hjärtat med andra ord ut tillräckligt mycket blod för att muskulaturens syrgasförsörjning ska klaras.

Figur 1. Hjärtfrekvensens och syrupptagningens anpassning under de inledande

minuterna av ett givet arbete. Förändringarna i hjärtfrekvensen följer samma förlopp som förändringarna i syreupptagning. (Från Konditionstest på cykel, G. Anderson m.fl. 1997).


0

1

2

3

4

5

6

50 100 150 200 250 300 350 400

Belastning (W)

VO

2 (L

/min

)

Arbetsbelastning och syreupptag När steady state har uppnåtts är sambandet (enligt studier av Åstrand) mellan arbetsbelastningen på ergometercykeln och syreupptagningen rätlinjigt. Med andra ord så kan arbetsbelastningen översättas till ett visst syrekrav vid cykelarbete på ergometercykel. Det förekommer dock en viss variation beroende på den individuella viloomsättningens och den mekaniska verkningsgradens spridning inom befolkningen. Verkningsgraden är förhållandet mellan det producerade arbetet och den frigjorda energin. Denna är vid cykling (50-60 varv/minut) ungefär 25 % i princip oavsett ålder, vikt och träningsmängd. Vid löpning varierar dock verkningsgraden mycket mer och man kan inte uppskatta arbetsbelastning från löphastighet. En sammanfattning av de två tidigare rubrikerna resulterar i att det finns ett linjärt samband mellan hjärtfrekvens och arbetsbelastning/syreupptagning. Ju tyngre arbetet är desto högre värde kommer pulsen att ställa in sig på ända tills pulsen ej längre kan höjas utan individens maximala puls har uppnåtts. En individs maxpuls kan ej påverkas med träning, däremot sjunker maxpulsen med stigande ålder Genom att mäta pulsen vid steady state på olika submaximala arbetsbelastningar kan man beskriva hur detta samband ser ut för en individ. Om man bestämmer eller känner till maxpulsen kan man extrapolera kurvan till denna punkt. Alternativt kan man uppskatta maxpuls utifrån ålder. Den arbetsbelastning man har vid sin maxpuls kan översättas till ett visst syrekrav och därmed ett ungefärligt mått på den maximala syreupptagningen.

Mjölksyratröskeltest

Vid ökad arbetsbelastning sker en ökad mjölksyrabildning och ansamling av mjölksyra. Vid en speciell punkt, som är olika placerad för olika personer, föreligger jämvikt mellan producerad mjölksyra och borttransporterad mjölksyra. Denna nivå eller tröskelvärde uttrycks vanligtvis som OBLA 4 mM (Onset of Blood Lactate Accumulation). Då man arbetar på en intensitet över denna nivå (blodlaktatet ligger kring 4mM), sker en snabbt ökande ansamling av mjölksyra. Denna ökning kan exempelvis vara en hastighetsökning vid löpning från 4,15 minuter per kilometer till 4,10 eller en ökning av arbetsbelastning från 250 W till 275 W vid ett test på ergometercykel. Just denna lilla hastighets-, belastningsförändring kan räcka för att tiden för uttröttning ska reduceras avsevärt. För att ta reda på var detta tröskelvärde ligger arbetar man vanligtvis fyra minuter per belastning och på minst fyra olika belastningar. Testet är ett bra värde för att förutsäga en individs prestationsförmåga i en uthållighetsgren, men ger även goda förutsättningar att rekommendera lämplig träningsfart. Något förenklat kan man säga att max VO2 är ett mått på individens totala oxidativa kapacitet, d v s både central och lokal respiration, medan laktattröskel är ett mer specifikt och karaktäriserande mått både centralt och perifert på individens aeroba såväl som anaeroba kapacitet.

Figur 2. Sambandet mellan arbetsbelastning och syreupptagning.


Figur 3. Förhållande mellan arbetsintensitet och laktatkoncentration i blodet.


Uppställning och material

Ergometercykeln

När man trampar ett helt varv på ergometercykeln förflyttas en punkt på svänghjulet 6 meter. Mot detta svänghjul trycker ett band så att friktion uppstår, svänghjulet bromsas. Hur mycket svänghjulet trycker på bandet beror på hur mycket man ökar belastningen med det blå vredet. Om tramptakten är 50-takt (50 varv per minut) innebär det att sträckan är 300 meter per minut (50 x 6 meter). Om bromskraften är 1 kg (motsvarande 10 N belastning eller 1 kp på cykeln) kommer arbetet (= kraft x sträcka) att vara 3000 Nm. Kp är ett mått på bromskraften som bandet utgör på svänghjulet. Arbetsbelastning, eller arbetsintensitet, motsvaras av hur mycket arbete som utförs per tidsenhet, kallas effekt och uttrycks i watt (W) eller Newtonmeter/sekund (Nm/s). Om arbetet 3000 Nm utförs på 1 minut motsvarar detta 3000 Nm/60 sekunder, vilket är lika med 50 Nm/s eller 50 W.

Material Tidtagarur Pulsband Laktatmätare, stickor, handskar Borgskala


Utförande 1. Fördela de olika ansvarsuppgifterna mellan er i gruppen.

Utse en försöksperson (fp). Fp ska vara fullt frisk, inte ha ätit på ca 2 timmar, inte rökt eller snusat en timme innan försöket, inte utfört hård fysisk ansträngning samma dag samt vara ombytt.

Tidtagaren leder försöket och meddelar de övriga i gruppen när momenten ska utföras.

Ansvarig för belastningen ser till att fp cyklar på rätt belastning (W) och ansvarar för belastningsökningarna genom att justera det blå vredet. Beslastningen kontrolleras på sidan av cykeln (se figur)

Ansvarig för pulsmätning ser till att puls registreras på displayen, läser av

och rapporterar hjärtfrekvensen samt kontrollerar på displayen att varvtalet (RPM) hålls.

Anvarig för laktatmätning sköter provtagning och laktatmätning. Bär handskar! (Be amanuens om instruktion för Accusporten.)

Ansvarig för Borgskalan ber fp att uppskatta sin ansträngningsgrad (andning och bentrötthet) vid varje belastning, innan belastningsökning. Fp pekar på skalan och ansvarig rapporterar till protokollföraren.

Protokollföraren ritar av protokollet på whiteboardtavlan och för kontinuerligt in resultaten.

2. Hjärtfrekvensregistrering med pulsklocka. Fukta bröstbältet (sändaren) och fäst

runt bröstkorgen. När kontakt finns mellan display och sändare blinkar ett hjärta på displayen och hjärtfrekvensen kan läsas av.

3. Ställ in sadelhöjden (lätt böjt knä i pedalens nedersta läge).

4. Avläs hjärtfrekvens och mät blodlaktat i vila. Anteckna på tavlan och i Tabell 1.

5. Efter en kort uppvärmning ska fp cykla med 50 varv per minut (RPM) minst 4

minuter på varje belastning för att uppnå steady state. Utgångsbelastningen på ergometercykeln ska vara låg, vanligtvis 75 W (=1.5 kp) för kvinnor och 100 W (=2 kp) för män som sedan ökas med 25 W (=0.5 kp) varje 4 minuters intervall.


Om skillnad i puls mellan de två sista minuterna är mer än 3 slag fortsätter man en minut till eller tills en konstant nivå uppnås innan man ökar belastningen. OBS! Steady state måste ha uppnåtts innan belastningsökning.

6. Välj och anteckna initial arbetsbelastning på tavlan och i Tabell 1 (sid 6).

7. Hjärtfrekvensen registreras kontinuerligt på displayen, läs av den varje minut och för in på tavlan och i Tabell 1.

8. Blodprov för laktatbestämning tas under de sista 60 sekunderna av varje belastning. Anteckna laktatkoncentration och belastning. Ansträngningen (ben och andning) kontrolleras också.

9. När laktathalten i blod överskridit 4 mM och fp cyklat på minst 4 olika belastningar avslutas testet.

10. Fp får efter submaxtestet varva ned på lägre belastning och sedan vila. Under tiden beräknar resten av gruppen att fp´s maximala syreupptagningsförmåga.

Belastning Hjärtfrekvens Laktat (mM) Ansträngning (Borgskala,6-20)

Ben/ Andning Vila

Submax

Tabell 1

Datum:_________________________________

Namn försöksperson:__________________________

Ålder:_______________år

Vikt:________________kg

Utgångsbelastning:_______________________ watt


0

1

2

3

4

5

6

50 100 150 200 250 300 350 400

Belastning (W)

VO

2 (L

/min

)

11. Beräkna fp´s VO2 max genom att rita ett diagram. Använd alla 4 arbets-belastningarna (medelvärde av steady state hjärtfrekvens), extrapolera kurvan till personens skattade maxpuls (generellt används 220 pulsslag minus ålder), titta på x-axeln vilken belastning denna hjärtfrekvens motsvarar. Använd därefter Fig. 4 för att relatera arbetsbelastningen till ett visst syreupptag.

12. Diskutera kring blodlaktat-koncentrationen för de olika belastningarna och uppskatta den belastning vid vilken fp når OBLA 4 mM.

Figur 4. Sambandet mellan arbetsbelastning och syreupptagning.


13. Åstrand test. Ett enklare sätt för att indirekt mäta av en individs maximala syreupptagning är det sk. Åstrand test. Försökspersonens maximala VO2 skattas utifrån pulsen vid steady state på en belastning (obs! pulsen ska vara över 130 slag). Använd nomogrammet som bifogas. Nomogrammet baseras på upprepade mätningar från ett stort antal personer. Korrigera för ålder enligt tabell 2.

Skattad VO2max: _____________liter/minut Efter ålderskorrigering: _____________liter/minut

Tabell 2 Ålderskorrektion Ålder Korrektion Ålder Korrektion 19 1,02 31 0,94 20-25 1,00 32 0,93 26 0,99 33 0,91 27 0,98 34 0,89 28 0.97 35-36 0,87 29 0.96 37 0,86 30 0.95 38 0,84


Maximalt arbetsprov

Bakgrund Att mäta maximal syreupptagning (VO2 max) innebär att man analyserar skillnaden mellan inandad och utandad volym syre. Den klassiska metoden är att samla in utandningsluften i Douglassäckar (gastäta säckar) och sedan analysera utandningsluftens volym samt dess innehåll av syre (O2) och koldioxid (CO2). Om man känner till insamlingstiden för utandnings- och inandningsluftens sammansättning (20,93% O2 och 0,03% CO2) kan ventilation (VE), VO2 och VCO2 bestämmas. Numera görs kontinuerliga mätningar “on-line”, vilket innebär att utandningsluften strömmar genom en apparat där dess volym, innehåll av O2 och CO2 analyseras och registreras automatiskt. Dessa två mätningar kräver avancerad mätutrustning, flera testledare samt submaximala och maximala arbetsbelastningar.

Figur 5. Figuren visar sambandet mellan arbetsbelastning och syreupptagning. För att mäta den maximala syreupptagningen krävs att arbetsbelastningen successivt stegras till en nivå där syreupptagningen inte ökar trots att man ökar arbetsbelastningen.

Vid kontinuerliga mätningar “on-line”, strömmar utandningsluften genom en gasanalysator och en flödesmätare där dess volym, innehåll av O2 och CO2 analyseras och registreras automatiskt. Formeln för beräkning av syreupptagning är:

VO2 = Syreupptagningen (L/min) O2in = Syrgaskoncentrationen (i %) i inandningsluften O2ut = Syrgaskoncentrationen (i %) i utandningsluften VESTPD = Minutventilation (L/min) vid Standard Temperature Pressure and Dry (volymen vid en viss temperatur, ett visst tryck och torr gas)

STPDVEutOinO

VO

100

222

Max syreupptagning

arbetsbelastning

syreupptagning


Respiratorisk kvot (RQ) eller respiratory exchange ratio (RER)

Bränslet till musklerna är hos friska individer i stort sett begränsat till fett och kolhydrater. Relationen mellan kolhydrat- och fettförbränning kan beräknas från den sk respiratoriska kvoten (RQ). RQ mäter kvoten mellan utandad volym CO2 / inandad volym O2. Vid ren kolhydratförbränning är kvoten 1.0 och vid teoretiskt ren fettförbränning 0.7. Med en normalt sammansatt kost bidrar dessa näringsämnen, i vila och under lätt arbete, med lika stora delar och kvoten är 0.82. Förbränning av glukos: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O 6 CO2 / 6 O2 = 1 dvs RQ = 1.0 Förbränning av fettsyra (i detta exempel linolsyra): C17H35COOH + 26 O2 18 CO2 + 18 H2O 18 CO2 / 26 O2 = 0,7 dvs RQ = 0.7 Med ökande arbetsbelastning ökar den relativa andelen kolhydrater i de energigivande processerna. Upp till 1.0 beskriver kvoten hur fett och kolhydrater används som energileverantörer. Då kvoten är över 1.0 är detta främst ett mått på hur mycket CO2 som vädras ut på grund av den ökning av H+ som sker i samband med laktatansamling. H+ + HCO3

- H2CO3 H2O + CO2

En beräkning av RQ ingår alltid som ett moment vid mätning av max VO2 för att kontrollera att kvoten överstiger 1.0. Man får då ett objektivt mått på att det utförda arbetet har varit maximalt.


Uppställning och material

Mätning av syreupptagning Syreupptagningen mäts kontinuerligt vid både submaximalt och maximalt arbete genom att en gasanalysator analyserar halten av O2 och CO2 i utandningsluften. En flödesmätare analyserar utandad luftvolym. Med hjälp av dessa variabler kan konsumerad volym syre och producerad mängd CO2 beräknas. Normalt mäter man inte syreupptagningen vid ett submaximalt test, utan använder sig endast av belastning och hjärtfrekvens för att beräkna syreupptagningen. Vid denna laboration mäts syreupptagningen även vid submaximalt arbete för att undersöka att det råder ett linjärt förhållande mellan syreupptagning och hjärtfrekvens (se inledningen), samt för att fp ska vänja sig vid utrustningen.

Material

Tidtagarur Pulsband Laktatmätare, stickor, handskar Borgskala Andningsmask


Utförande 1. Behåll ansvarsuppgifterna från submaxtestet och utse en person som sköter

datainsamlingen. 2. Fäst andningsmasken över näsa och mun med den breda delen av huvan bakåt.

Spänn banden så att masken sluter tätt. Ett annat alternativ är att använda munstycke och näsklämma.

3. Utgångsbelastningen vid det maximala VO2-testet ska motsvara ca 60% av

personens skattade VO2max, dvs. räkna ut belastningen genom att multiplicera den uppskattade maximala belastningen med 0,6. Glöm ej att fp nu kommer att trampa i 60 varv per minut, vilket gör att 1 kp motsvarar 60 W. Utgångsbelastning _____________W

4. Använd filen ”Arbetsprov max” som är öppen på datorn. OBS! Stäng ej ner

programmet för då nollställs kalibreringen av instrumenten. Följande fönster visas då på skärmen:

5. Låt fp ”värma upp” genom att cykla på 100 W ca 5 min. Kontrollera att

syreupptaget är ca 1,5 liter, tryck på ”Start” i skärmens högra hörn så att registreringen kommer igång. Vid stor avvikelse kontakta amanuens. För att sedan starta testet, justera belastningen, se till att fp cyklar på 60 rpm och låt fp fortsätta cykla.

6. Varje minut ökas belastningen med 30 W (dvs 0,5 kp) tills maximal syreupptagningsförmåga är uppnådd. Viktigt att alla i gruppen peppar fp under testets gång!

7. Utandningsluften analyseras kontinuerligt under testet. Syreupptagningen samt

andra parametrar kan följas direkt på skärmen.


8. Direkt efter avslutad cykling noteras hjärtfrekvensen. Tag även ett blodprov för laktatbestämning. Dessa värden förs in på tavlan och i tabell 3. Blodprov för laktatbestämning tas även 3 min efter avslutat arbete. För in i tabell 3.

Obs! Fp får EJ varva ned förrän laktat 3 min efter avslutat arbete är taget. Försökspersonens maxpuls: ___________ slag/min Slutbelastning: ___________ W Minut Belastning Hjärtfrekvens VO2 RER/RQ Borgskalan

Ben/ Andning Laktat (mM)

3 min efter avslutat arbete:

Tabell 3 9. Studera graferna, diskutera följande:

Hur varierar syreupptaget och respiratoriska kvoten med tiden? VO2 max. Ser man någon tydlig avplaning av kurvan? Om svaret är ja, vad

är då detta tecken på? 10. När nu försökspersonens maxpuls är känd gå tillbaka för att korrigera det

beräknade VO2 max. VO2 max efter korrigering för känd maxpuls:_______liter/min 11. Vad får det för konsekvenser om man uppskattar en persons maximala

syreupptagningsförmåga mha ett submaximalt test och fp har en högre eller lägre maxpuls än normalbefolkningen?


Tabell 4 Värdering av syreupptagningsförmåga för olika åldrar. (Från Konditionstest på cykel, G. Andersson m.fl. 1997) Män l/min Ålder Mycket låg Låg Genomsnittlig Hög Mycket hög Elit

15-19 1.5-2.1 2.2-2.8 2.9-3.5 3.6-4.2 4.3-4.8 >4.9 20-29 2.0-2.5 2.6-3.1 3.2-3,8 3.9-4.5 4.6-5.2 >5.7 30-39 1.7-2.2 2.3-2.8 2.9-3.5 3.6-4.3 4.4-4.9 >5.4 40-49 1.4-1.8 1.9-2.4 2.5-3.1 3.2-3.8 3.9-4.4 >4.9 50-59 1.3-1.6 1.7-2.1 2.2-2.7 2.8-3,3 3.4-3.9 >4.5 60-69 1.1-1.3 1.4-1.8 1.9-2.3 2.4-2.8 2.9-3.3 >4.0 Kvinnor ilmin Ålder Mycket låg Låg Genomsnittlig Hög Mycket hög Elit

15-19 1.3-1.7 1.8-2.1 2.2-2.6 2.7-2.9 3.0-3.2 >3.3 20-29 1.5-1.9 2.0-2.4 2.4-2.8 2.9-3.1 3.2-3.4 >3.6 30-39 1.4-1.8 1.9-2.1 2.2-2.6 2.7-2.9 3.0-3.3 >3.5 40-49 1.3-1.6 1.7-1.8 1.9-2.3 2.4-2.7 2.8-3.0 >3.2 50-59 1.2-1.3 1.4-1.6 1.7-2.1 2.2-2.5 2.6-2.8 >3.0 60-69 1.0-1.2 1.3-1.5 1.6-2.0 2.1-2.3 2.4-2.6 >2.8

Figur 6. Maxpulsen skiljer sig mellan olika individer vilket kan leda till felaktiga värden. En person med högre maxpuls än genomsnittet blir underskattad och en person med lägre maxpuls än genomsnittet blir överskattad. (Från Konditionstest på cykel, G. Andersson m.fl. 1997)


Hjärtfrekvens Bestämd maxpuls

Skattad maxpuls

Arbetsbelastning

Syreupptagning

Skattad Bestämd Maximal syreupptagning

Figur 7. Sambandet mellan hjärtfrekvens och arbetsbelastning/syreupptagning kan användas för att beräkna maximal syreupptagning.

Klinisk Applikation Arbetsprovets historik går att följa tillbaka till början av 1900-talet då Einthoven och de Lint var de första att registrera EKG efter arbete. I Sverige har arbetsprovet en dryg femtioårig tradition, och då främst på ergometercykel med en stegvis ökande belastning, enligt den s.k. rampmodellen. Genom att maxbelasta kroppen på en ergometercykel har arbetsprovet inom den kliniska fysiologin blivit ett viktigt hjälpmedel för att diagnostisera och utvärdera hjärtsjukdomar, och då främst ichemiska sjukdomar. Vanliga indikationer för att genomföra ett arbetsprov är därför misstanke om kranskärlssjukdom. Man kan då genom att utföra provet kartlägga diagnosen, gradera ischemin samt i viss mån göra en prognosbedömning. De diagnostiska kriterierna utgörs till största delen av utvärdering av EKG-reaktionen före, under och efter arbete. Man letar då främst efter sänkningar eller höjningar i ST-segmentet samt T-vågsnegativitet. Generellt kan man säga att ju mer utbredda ST-T förändringarna är, desto allvarligare är den bakomliggande sjukdomen. Ett annat stort användningsområde för arbetsprovet är då det görs för att utvärdera patienter som vårdats på sjukhus för instabil angina och hjärtinfarkt, man kan på så sätt bedöma risken för framtida infarkter och eventuellt skriva ut patienten. Tecken på ischemi, låg arbetsförmåga, dålig puls och blodtrycksstegring samt tillkomst av allvarliga arytmier under ett submaximalt arbetsprov talar för en mycket dåligt flöde i hjärtat. Arbets-EKG används även regelbundet i Sverige för att testa vissa yrkesgrupper, såsom flygare och brandmän, hos vilka en plötsligt uppträdande myokardischemi under yrkesutövning kan äventyra säkerheten.

131119 lab arbetsprov

Documents