De maximale hartfrequentie: berekend of gemeten?

Transcriptie

1 FYSIOLOGIE De intensiteit van cardiovasculaire training wordt vaak bepaald aan de hand van een percentage van de maximale hartfrequentie (Hfmax) of een afgeleide daarvan. In de trainingsliteratuur (en op Internet) zijn veel verschillende formules te vinden om de maximale hartfrequentie te berekenen. In dit artikel worden verschillende methoden voor het berekenen van de maximale hartfrequentie vergeleken en toegelicht, en worden de consequenties voor de praktijk weergegeven. De maximale hartfrequentie: berekend of gemeten? Hans Bult & Gerard van der Poel Cardiovasculaire training is een belangrijk middel in sportcentra en bij behandeling in de (sport) fysiotherapeutische praktijk. De laatste jaren is veel geschreven over rekenformules die een voorspelling geven van de maximale hartfrequentie. De eenvoudigste en meest gebruikte rekenformule is: 220 leeftijd (1). Maar hoe nauwkeurig is deze berekening/schatting en welke formule is (wanneer) het beste? De maximale hartfrequentie is de hoogst mogelijke hartfrequentie bij een lichamelijke (sport)activiteit. Een formule voor het berekenen van Hfmax wordt gebruikt als je de Hfmax van een persoon niet weet en deze niet wilt of kunt meten maar moet schatten. Voor het berekenen, dus het schatten, van iemands maximale hartfrequentie zijn er vele formules in omloop. Voor dit artikel zijn, met behulp van geautomatiseerde literatuurbestanden en zoekmachines, 12 verschillende rekenformules getraceerd en uitgekozen. Zonder te pretenderen dat deze lijst compleet is, geeft dit dus wel aan dat er vele verschillende formules bestaan Formules berekenen/schatten maximale hartfreqentie Formule Bron leeftijd Astrand (0,9 x leeftijd) Ilmarinen (0,7 x leeftijd) Tanaka (0,5 x leeftijd) Urho Kaleva Kekkonen instituut (UKK) leeftijd (mannen) American Heart Association (AHA) leeftijd (vrouwen) American Heart Association (AHA) 206,3 - (0.711 x leeftijd) Londeree and Moeschberger 217- (0.85 x leeftijd) Millar leeftijd Kallio en Seppanen (1) (0,8 x leeftijd) voor mannen Internet (2 en 3) (0,7 x leeftijd) voor vrouwen Internet (2 en 3) (0,64 x leeftijd) Internet (3) Tabel 1 1: 2: 3: 6 Sportgericht nr. 2 / 2007 jaargang 61

2 om de maximale hartfrequentie te schatten. In tabel 1 vindt u een opsomming van de formules die wij vonden. De formule: Hfmax = 220 leeftijd is het eenvoudigst en daarom wellicht het meest bekend en het meest gebruikt. Deze formule werd door Åstrand en Christensen in 1964 gepubliceerd in een klassiek artikel met grafieken waarin de daling van de Hfmax wordt weergegeven van metingen bij 350 proefpersonen in de leeftijd van in hun boek (6) de voorkeur aan de vrij nieuwe formule van Tanaka uit 2001: Hfmax = (0,7 x leeftijd). Tanaka deed een meta-analyse waarin de gegevens uit 351 studies met in totaal proefpersonen werden geanalyseerd (7). In deze meta-analyse bleek dat, bij het gebruik van de formule (0,7 x leeftijd), Hfmax het hoogste correleerde met de leeftijd (r = -0.90). Daarna vergeleek Tanaka in een eigen onderzoek het berekende maximum Tanaka s conclusie was dat de formule een goede schatting biedt van de Hfmax bij gezonde volwassenen. Hij vond géén verschillen tussen mannen en vrouwen. En hij vond ook géén verschil in Hfmax tussen mensen met een hoge of lage belastbaarheid en getraindheid. De American Heart Association hanteert wèl verschillende formules voor mannen en vrouwen (8), met als reden dat er mogelijk hormonale invloeden bij Figuur Leeftijd (in jaren) Astrand 220-lft Ilmarinen 220- (0,9xlft) Tanaka 208- (0,7xlft) 8 tot 65 jaar (1). Irma Åstrand publiceerde in 1959 en 1960 samen met haar man Per Olof Åstrand (en Rodahl) meer gegevens over het schatten van de Hfmax bij ouderen (2). De laatste jaren wordt de formule van Ilmarinen: Hfmax = 220 (0,9 x leeftijd) steeds meer gebruikt bij personen boven de 50 jaar. Ilmarinen (3, 4) heeft bij groepen mannen en vrouwen de relatie tussen leeftijd en Hfmax bepaald en kwam tot de conclusie dat een wat subtielere afstelling van de formule een iets hogere graad van nauwkeurigheid opleverde. Åstrand publiceerde in 1960 al over de noodzaak om te komen tot correctiefactoren voor met name de ouder wordende mens (5). Recent (2006) gaven Wilmore en Costill van 541 gezonde proefpersonen met de gegevens van een maximaal-test in het laboratorium. De test was een looptest op een tredmolen (lopende band) met ademgas-analyse waarbij elke 2 minuten de helling met 2,5% werd verhoogd. Aan minimaal 3 van de volgende 4 criteria moest voldaan worden voor het vaststellen van een werkelijk maximum: 1. Een plateau in VO2 ondanks toename van intensiteit. 2. Een respiratory exchange ratio (RER) van minimaal 1, Een maximale ademfrequentie van respiratie van minimaal 35 x per minuut. 4. Een score van minimaal 18 op de Borg-schaal. de vrouw spelen die zorgen voor een hogere maximale hartfrequentie. Zoals al genoemd weerspreekt Tanaka dit verschil tussen man en vrouw op basis van zijn meta-analyse. Hij geeft verder aan dat alléén leeftijd invloed heeft op de Hfmax, geslacht of getraindheid is niet van invloed. Zavorsky (9) ondersteunt dit en geeft aan dat een goede of matige getraindheid maar een zeer beperkte invloed heeft op de werkelijke maximale hartslag (maximaal 1 slag hogere of lage Hfmax). In figuur 1 is een drietal gangbare formules uit tabel 1 en 2 uitgezet in een figuur. Uit deze grafiek komt duidelijk naar voren dat de verschillen tussen de formules na het 50ste levensjaar groter worden. Zo is het verschil tussen de Sportgericht nr. 21 / 2007 jaargang 61 7

3 Berekenen/schatten maximale hartfreqentie AHA* AHA* Astrand Ilmarinen Tanaka UKK** Internet Internet Londeree Millar Kallio et al Internet range grootse verschil Leeftijd 220-lft 226-lft 220-lft 220-(0,9xlft) 208-(0,7xlft) 205-(0,5xlft) 214-(0,8xlft) 209-(0,7xlft) 206,3-(0.711xlft) 217- (0.85xlft) 205-lft 220-(0,64xlft) mannen vrouwen mannen vrouwen sl/min sl/min sl/min sl/min sl/min sl/min sl/min sl/min * AHA = American Heart Association ** UKK = Urho Kaleva Kekkonen instituut Tabel 2 klassieke formule ( leeftijd) en die van Tanaka op een leeftijd van 50 jaar ongeveer 5 slagen en op een leeftijd van 70 jaar al 10 slagen per minuut. De Hfmax wordt bij ouderen bij het gebruik van de klassieke formule dus lager ingeschat. Groot verschil tussen formules, en groot verschil per persoon! Welke formule je precies gebruikt kan heel wat uitmaken! Er zijn grote verschillen mogelijk in de uitkomsten. In tabel 2 hebben we de 12 formules (genoemd in tabel 1) doorgerekend bij personen van 10 tot 80 jaar. Het grootste verschil tussen twee formules loopt van 21 tot 44 slagen per minuut! Alle rekenformules gebruiken voor het schatten van Hfmax de leeftijd van de betreffende persoon in de formule. Ervan uitgaande dat die leeftijd klopt, is de hartfrequentiewaarde die uit de formule rolt een gemiddelde waarde voor iemand met die leeftijd! Deze gemiddelde hartfrequentiewaarden zijn het resultaat van metingen bij grote en soms wat minder grote groepen (die verschillen qua doelgroep, geslacht, leeftijd, trainingstoestand, trainingstoestel, inspanningstest, cultuur/land). Het nadeel van gemiddelden is, dat in het echt bijna iedereen om het gemiddelde heen zit, bijna niemand heeft precies die gemiddelde waarde, de één iets hoger, de ander iets lager. De vraag is dus, hoe dicht zit zo n gemiddelde bij de werkelijke Hfmax-waarde van de persoon met wie je wilt trainen? De spreiding rond het gemiddelde, de standaarddeviatie, geeft aan hoeveel de werkelijke scores afwijken van het gemiddelde. Inspanningsfysioloog Tinus Jongert vond in een analyse van eigen gegevens van zijn maximale inspanningstesten bij een diverse populatie een standaarddeviatie van bijna 15 slagen per minuut (10). De werke- Figuur 2: De spreiding in de gemeten maximale hartfrequentie van 514 personen. De lijnen geven de gemiddelde waarde, de punten (bolletjes) de werkelijke individuele waarden. Uit Tanaka (7) lijke maximale hartfrequentie van een individu zit dus vaak behoorlijk wat slagen naast de berekende waarde. Als sprake is van een standaard normale verdeling dan zal 95% van de echte Hfmax-waarden in een gebied van +/- 30 slagen per minuut liggen rond het BEREKENDE gemiddelde. In 5% van de gevallen zal de werkelijke maximale hartfrequentie nog buiten dit gebied van +/- 30 slagen vallen! De data van de 514 mensen die Tanaka testte laten ook een grote spreiding zien, op alle leeftijden (figuur 2). De maximale hartfrequentie bij lopen, fietsen, zwemmen, roeien of schaatsen Elke activiteit en sport kent een eigen maximale hartfrequentie. Londeree (11) geeft aan dat bij sporten waarbij het eigen lichaamsgewicht moet worden verplaatst, een hogere maximale hartfrequentie wordt gevonden. Hierbij is de hoeveelheid actieve spiermassa ook van groot belang. Hoe meer spiermassa, hoe hoger de hartfrequentie. Zo is bij dezelfde persoon bij hardlopen de maximale hartfrequentie vaak iets hoger dan bij fietsen. Bij zwemmen is de maximale hartfrequentie juist lager (ongeveer 10 slagen) door de hydrostatische druk van het water op het lichaam (12). Het is dus verstandig om de Hfmax individueel voor de verschillende activiteiten en sporten te bepalen (zie tabel 3). Het meten van de maximale hartfrequentie In veel omstandigheden is het mogelijk of wenselijk om de werkelijke 8 Sportgericht nr. 2 / 2007 jaargang 61

4 maximale hartfrequentie echt te meten. Natuurlijk is het verstandig om de nodige voorzorgmaatregelen te nemen alvorens een maximale inspanningstest te doen. Het American College of Sports Medicine (ACSM) geeft in haar richtlijnen (14) aan dat alle 50-plussers èn vrijwel iedereen met een chronische Hfmax bij: Percentage van het maximum Loopband met helling 100% Loopband horizontaal 95-98% Steppen 97% Fietsergometer 90-95% Zwemmen 85% Arm-ergometer 65-70% Tabel 3. De maximale hartfrequentie bij verschillende activiteiten (13) aandoening een door een arts en/of een inspanningsfysioloog begeleide (maximale) inspanningstest onder ECG-controle moeten doen. Zeker bij patiëntengroepen is het tevens verstandig om vooraf op risicofactoren te screenen en bijv. een PAR Q-vragenlijst (15) af te nemen (zie hppb/paguide/pdf/guideeng.pdf). Het voordeel van een maximaaltest mèt ademgasanalyse is dat je door het meten van het respiratoire quotiënt (respiratory exchange ratio, RER), zeker weet of het werkelijke maximum bereikt is. Het RER geeft de verhouding tussen de uitgeademde kooldioxide en ingeademde zuurstof. Een RER van meer dan 1,0 geeft aan dat meer kooldioxide uitgeademd wordt dan er zuurstof in gaat en betekent dat er CO2 vrijkomt als gevolg van buffering in het bloed; een teken dat de Ph daalt en dat de aërobe energievoorziening tekort schiet en er ook anaërobe energielevering nodig is om het intensiteitniveau te kunnen uitvoeren. Een jonger en gezonder persoon kan een maximale veldtest uitvoeren. Het protocol voor zo n loop- of fietstest is verrassend eenvoudig. Loop- en fietsprotocol: maximale veldtest doe een hartslagmeter om (liefst met geheugen); doe een warming up van ongeveer 5 minuten binnen het aërobe systeem; bouw de belasting/intensiteit binnen een belastingsblok van 2 tot maximaal 3 minuten geleidelijk op (bij hardlopen ongeveer 800 meter en bij fietsen ongeveer 2000 meter); laat de proefpersoon de laatste 15 seconden een maximale eindspint maken; de hoogst gemeten hartfrequentie is op dat moment de maximale hartfrequentie. Op het moment dat tijdens een training of (sport)activiteit een hogere Hfmax gemeten wordt is deze waarde uiteraard de nieuwe Hfmax. Het meten van de rusthartfrequentie De hartfrequentie in rust geeft geen duidelijk beeld van de actuele conditie. Uiteraard kan deze hartfrequentie beïnvloed worden door medicijngebruik. Zeker bij patiëntengroepen is dit regelmatig het geval. De rusthartfrequentie daalt door duur- en/of intervaltraining als gevolg van o.a. de vergroting van het slagvolume. Hoe wordt de hartfrequentie in rust gemeten? Als richtlijn voor de praktijk kan de rusthartfrequentie worden bepaald door gedurende 5 dagen de hartfrequentie te meten kort na óf liefst vlak voor het wakker worden (bijv. met behulp van een hartslagmeter met geheugen). Door de resultaten deze 5 dagen op te tellen en te delen door 5 ontstaat de gemiddelde hartfrequentie in rust. De rusthartfrequentie ligt gemiddeld tussen de 60 en 80 slagen per minuut (16). Van elite duursporters zijn zeer lage waarden bekend. Zo zou Indurain een rusthartfrequentie van 28, Armstrong van 33 en Merckx van 36 hebben gehad. Bij Franceso Moser, de voormalig houder van werelduurrecord, zou s nachts zelfs een hartfrequentie van 21 slagen per minuut zijn genoteerd. Dit zijn extreme waarden die juist ook s nachts problemen kunnen geven. De consequenties voor de praktijk Alle formules zijn gebaseerd op gemiddelde Hf-waardes. De waardes zijn gemeten bij grote en soms wat minder grote groepen. De werkelijke maximale hartfrequentie van een individu kan makkelijk 10 tot 15 slagen/minuut afwijken van de geschatte waarde met Sportgericht nr. 21 / 2007 jaargang 61 9

5 Methode van Karvonen: Trainingshartfrequentie = Hfrust + (50 tot 85% x Hfreserve). De Hfreserve = Hfmax - Hfrust Bij het bepalen van de trainingshartfrequentie kan de volgende onderverdeling worden gehanteerd (6, 16). In het gebied tussen de 45 en 55% (van de Hfreserve) leert het lichaam (weer) wennen aan trainingsprikkels.van 55% tot 65% (van de Hfreserve) is het meer een training gericht op gezondheid en minder op lichamelijke fitheid.tussen 65 en 85% (van de Hfreserve) ligt het belangrijkste aërobe trainingsgebied voor het trainen van duuruithoudingsvermogen. Boven de 85% (van de Hfreserve) wordt het over het algemeen een training boven de anaërobe drempel. de formule! Maar hoe verwerk je dan de gevonden waardes in een trainingsrichtlijn? En hoe beperk je deze schattingsfout? Voor het bepalen van de trainingshartfrequentie raden wij aan gebruik te maken van een combinatie van de maximale- en rusthartfrequentie. Hierbij wordt in vrijwel de gehele trainingsliteratuur de methode van Karvonen gebruikt (6,16). Door het gebruiken van de werkelijk gemeten rusthartfrequentie van een individu, is de schatting/berekening van de trainingshartfrequentie niet meer alléén afhankelijk van de (geschatte) maximale hartfrequentie. De mogelijke fout wordt daardoor kleiner. Dit is tevens een pleidooi om indien mogelijk het werkelijke maximum te meten. Conclusies De formules voor het bepalen van de Hfmax geven een ruwe schatting en zijn vooral ontwikkeld om bij groepen mensen bij wie Hfmax niet 'zomaar' te bepalen valt mogelijk te maken. Daarbij moet je grote individuele verschillen accepteren omdat een nauwkeuriger schatting niet mogelijk is. Om de trainingsintensiteit te bepalen geniet het de voorkeur om informatie te verzamelen over de werkelijke maximale én rusthartfrequentie, en op basis hiervan (verstandige) percentages voor de trainingsintensiteit te kiezen met behulp van de formule van Karvonen. Door het gestructureerd verzamelen van gegevens kan de training individueel op maat gesneden worden. Het bijhouden van een trainingslogboek kan hierbij een zeer nuttig instrument zijn. Als dit om welke reden dan ook niet mogelijk is, is het berekenen/ schatten van de Hfmax de enige mogelijkheid. Uit de literatuur komen de formules van Tanaka en Ilmarinen naar voren als de best onderbouwde formules om de Hfmax te berekenen. Literatuur 1. Åstrand, P-O., and E.H. Christensen: Aerobic Work Capacity, in F. Dickens, E. Neil and W.F. Widdas (Eds), p. 295, Oxygen in the Animal Organism, Pergamon Press, New York, Åstrand, I., P-O. Åstrand and K.Rodahl: Maximal Heart Rate during Work in Older Men., J. Appl. Physiol., 14: 562, Juhani Ilmarinen, J., Beziehungen zwischen beruflicher und sportlicher körperlicher Aktivität und kardiopulmonaler Leitungsfahigkeit, 1978, Deutsche Sporthochschule, Köln. 4. Ilmarinen, J., Rutenfranz,J., Longitudinal studies of the changes in habitual physical activity of schoolchildren and working adolescents, In K. Berg & B.O. Eriksson (Eds).: Children and exercise IX( pp ), International Series on Sport Sciences,Vol. 10. Baltimore: University Park Press. 5. Åstrand, I.,: Aerobic Work Capacity in Men and Women with Special Reference to Age, Acta Physiol. Scand., 49 ( Suppl.169), Wilmore, J.H en Costill, D.L., Inspannings- en sportfysiologie, Elsevier, Tanaka, H., Monahan, D.K., Seals, D.R. Age-predicted maximal heart rate revisited, Journal of the American College of Cardiology. 2001, 37, A Statement for Healthcare Professionals From the American Heart Association, Gerald F. Fletcher, MD, Chair; Gary Balady, MD;Victor F. Froelicher, MD; L. Howard Hartley, MD;William L. Haskell, PhD; Michael L. Pollock, PhD,This report is in accord with the "Statement on Exercise" published by the American Heart Association in Circulation (1992;86: ). 9. Zavorsky G.S., Evidence and possible mechanisms of altered maximum heart rate with endurance training and tapering, Sports Medicine, 2000, 29(1): Persoonlijke communicatie met T. Jongert, Londeree, B.R. et al, %VO2max versus %HRmax regressions for six modes of exercise, Medicine and Science in Sports en Exercise, 1995, 27(3): Vos, J.A., Hoofdstuk 2: fysiologie: druk, temperatuur en inspanning uit Lambeck, J., Hydrotherapie, Nederlands Paramedisch Instituut, eerste druk, Syllabus cursus Inspanningsfysiologie en oefentherapie, Nederlands Paramedisch Instituut, American College of Sports Medicine, (2000), Guidelines for exercise testing and prescription, 6th. edition, Philadelphia, PA: Lippincott,Williams en Wilkins Arraix, G.A.,Wigle, D.T., Mao,Y. (1992). Risk Assessment of Physical Activity and Physical Fitness in the Canada Health Survey Follow-Up Study. J. Clin. Epidemiol. 45: 4, PAR-Q Validation Report, British Columbia Ministry of Health, Morree, de J.J., Jongert, M.W.A. en Poel, van de, G., Inspanningsfysiologie, oefentherapie en training, Bohn Stafleu Van Loghum, Over de auteurs Hans Bult is fysiotherapeut en cursusleider bij het Nederlands Paramedisch Instituut (NPi) van o.a. de cursus Inspanningsfysiologie en oefentherapie alsmede van diverse cursussen op het terrein van de sportfysiotherapie en sportrevalidatie.voor reacties: bult@paramedisch.org Gerard van der Poel is inspanningsfysioloog, hoofdredacteur van Sportgericht en o.a. docent in meerdere post-hbo-cursussen van het Nederlands Paramedisch Instituut. Met dank aan: Sylvia van de Heuvel (NPidocumentatiecentrum), Michel Edelaar, Tinus Jongert, Peter Kruft en Jan Vos. 10 Sportgericht nr. 2 / 2007 jaargang 61