VIDENSKABELIG UDVIKLING OG EVALUERING AF POLAR OWNZONE® FUNKTION

Exercise Exercise Science and R&D/Research, Polar Electro Oy
Updated 05/2006

OwnZone beregningen I Polar pulsmålere er baseret på puls variabilitets (R-R interval) målinger under træning og er et resultat af omfattende undersøgelses samarbejde mellem Polar Electro Oy og internationale undersøgelses grupper. Pulsvaribilitet (HRV) har traditionelt kun været benyttet indenfor medicinsk forskning på patienter. Polar blev interesseret I HRV I begyndelsen af 1990, da en russisk forsker præsenterede hans opdagelser for Research & develop afdelingen. (R&D). I 1993 begyndte Polar et undersøgelses samarbejde med Merikoski Rehabilitation and Research center, Oulu, Finland for at finde ud af om HRV kunne være nyttig I sunde mennesker I hvile og under træning.

Det første forsøgs projekt blev udført med stillesiddende personer og top atleter under hvile. Atleterne havde højere HRV under hvile end den stillesiddende gruppe (Ikke udgivet). Indledende forsøg blev også foretaget under akut stress og ophidselse hos voksne. Selv om HRV er relateret til stress, blev ingen brugbare resultater fundet for Polar Electro. HRV blev yderligere undersøgt hos atleter før og efter hvile perioder (2 måneder) og trænings (16 uger) perioder (Mäkikallio et al. 1996). I denne fase af samarbejdet, blev kardiologi afdelingen på universitetet I Oulu inddraget I projektet for at sikre rutineret medicinsk rådgivning.

Det næste projekt var et 3 måneders trænings forsøg med relativt stillesiddende personer. Resultaterne viste ingen ændringer I hvile HRV efter træning (ikke udgivet). Imidlertid var der I dette projekt en systematisk gentagelses frekvens I HRV faldet under gradvis øgning I træningen. En kvantitativt Poincaré plot analyse metode for HRV analyse blev udviklet (Huikuri et al. 1996). Et stort cykel trænings forsøg med 110 mænd begyndte. (Tulppo et al. 1996a,b) I tillæg hertil udførtes et studie med atropin medicinering (parasympatisk blokering). Det viste sig at Poincaré plot metoden kan benyttes til pålidelig analyse af HRV under træning. (Tulppo et al. 1996a,b). I gennemsnit blev HRV "plateauet" (Poincaré plot, SD1), fundet ved omkring 50-55 % af maksimal iltoptagelse (VO2max) eller ved omkring 61-65 % af maksimal puls (HRmax). I denne fase begyndte Polar og Merikoski et samarbejde med Cooper Institute for Aerobics Research in Dallas, Texas, USA. Et andet og stort forsøg med 120 voksne mænd og kvinder blev startet, hvor det blev kontrolleret via studier på løbebånd hvornår HRV plateauet blev opnået under træning (Tulppo et al. 1996c, Wilkinson et al. 1996a,b, 1997). Plateauet opstod ved en lidt højere procent af maksimal iltoptagelse hos de mindst trænede forsøgspersoner (57 %) og lidt lavere hos de mest veltrænede (53 %)) (Wilkinson et al. 1996c). HRV målingerne viste sig at være uafhængige af den absolutte puls. (Thompson et al. 1997). Med baggrund også I de allerede tidligere nævnte studier kunne det konkluderes at HRV kunne benyttes som en pålidelig markør af trænings intensiteten. Polar udviklede metoden til at kunne benyttes teknologisk. Dette kom til at hedde OwnZone funktionen.

Efter basis studierne beskrevet ovenfor blev adskillige andre projekter udført I samarbejde med Meriskoski Center fra 1997 og frem. Et stort studie med 110 mænd blev yderligere analyseret og alder blev fundet som parameter på HRV under hvile og fysisk kondition under træning (Tulppo et al. 1997a,b, 1998a). Et forsøg blev udført for at påvise pålideligheden ved gentagne målinger af HRV. I dette arbejde blev hver person målt 4 dage efter hinanden med 2 dage imellem hver måling. For at spore eventuelle dag til dag variationer I HRV under træning (Tulppo et. al. 1998a). Et andet forsøg blev udført både på cykel og løbebånd ved både jævn tempo og interval træning for at spore eventuelle forskelle mellem de forskellige træningsmetoder. Resultatet viste at HRV plateauet som udtrykt ved procenten af maksimal iltoptagelse er mulig at gentage og ændringerne I den autonome modulation af pulsen var sammenlignelig under arm og ben træning. (Tulppo et al. 1999) Tre af de før nævnte forsøg (Tulppo et al. 1996b, 1998a, 1999) har været diskuteret under doktorafhandling af Mikko Tulppo (Tulppo 1998b).

I den tidlige fase af OwnZone udviklingen blev et kontrolleret forsøg med SmartEdge™ pulsmåler simulator udført på laboratoriet. OwnZone bestemmelsen der var udviklet var
Konsistent (ikke udgivet). SmartEdge™ prototyper blev benyttet til felt validerings studier hos 50 voksne for at vise bestemmelsen af OwnZone I felten under en langsom gang til hurtig gang/jogging procedure er I overensstemmelse med HRV plateauet målt I laboratoriet.
Den nedre og øvre OwnZone målgrænse bestemt af SmartEdgeTM viste (middel±SD) 121±8 og 154±9 bpm og korresponderende til 64±4 % og 82±5 % af maksimal pulsen, respektive (Laukkanen et al. 1998).

I et andet felt studie på 10 voksne, blev en OwnZone (OZ) bestemmelses test (gradvis opvarmning) udført 2 gange om dagen I en måned (ikke udgivet). I denne gruppe opnåede 90 % af gruppens medlemmer den HRV baserede OwnZone bestemmelse (OZV) inden for en individuel variation på 5-10 pulsslag. OZ værdierne havde en tendens til at være 3-4 slag lavere når testen udførtes om morgenen (indenfor 2 timer efter opvågning) end de der blev bestemt om aftenen (efter 1800) Den laveste Puls zone blev opnået under cykling, den højeste under langrend på ski. Værdierne under gang/jog lå imellem. En hvileperiode (flere dage uden fysisk aktivitet) så vel som længerevarende lav intensitets restitutionstræning synes at øge OZ værdierne en anelse, hvor I mod dårlig søvn og stress fornemmelse synes at sænke puls værdierne.

Reproduktionen af individuel trænings puls bestemt af by Polar SmartEdge™ pulsmåler har vist sig at være god (Kinnunen et al. 1998). I dette forsøg på sunde mænd blev OwnZone bestemmelserne gentaget 4 gange med 4 dages hvile imellem. I et studie af 50 overvægtige mænd og kvinder (middel BMI 37 kg/m2) blev den nedre og øvre OwnZone pulsgrænse bestemt af SmartEdge™ korresponderende til 118 bpm (68 % HRpeak) og 150 bpm (86 % HRpeak) I gennemsnit (Byrne et al. 1999). På 50 ikke medicinerede mænd og kvinder med for højt blodtryk (gennemsnits alder 45 år). Den nedre og øvre pulszone bestemt af Smart Edge svarede til 113 bpm (66 % HRpeak) og 147 bpm (85 % HRpeak) I gennemsnit (Byrne et al., submitted). På 58 mandlige og kvindelige marathon løbere I god form og lidt oppe I årene svarede OwnZone nedre grænse til 117 bpm (65 % HRmax) og øvre grænse til 147 bpm (83 % HRmax) I gennemsnit (Virtanen et al. 2000).

I 2001 udgav Calvani et al. data hvor Polar OwnZone blev benyttet på forskelligt kredsløbs trænings redskaber. Test protokollen for syv forskellige cardio trænings redskaber bestemte OwnZone succesfuldt I 94 % af tilfældene på gentagne målinger hos 22 raske voksne. Den gennemsnitlige nedre grænse for gruppen var 120 bpm (gennemsnitsalder 36 år) svarende til 65 % af maks. Puls og 46 % af VO2max. Resultaterne viste at OZ virker korrekt I Technogym kredsløbsmaskiner.

Polar OwnZone blev yderligere udviklet og studeret ved at benytte Polar M52 og M61 pulsmålere af Kivelä et al. (2003). I dette projekt udførte 17 testpersoner (mænd og kvinder) forskellige OwnZone protokoller efter laboratorie tests. Resultatet, baseret på tilfældig test rækkefølge, viste at OwnZone kan bestemmes pålideligt under 5 min. gradvis øgning af intensitet fra gang til jogging med 1 minuts intervaller. Puls zonerne er de samme som de der bestemmes efter 10 min. (5 gange 2 min. intervaller).

Derudover er OwnZone yderligere udviklet til vægt kontrol formål. Puls trænings zonerne blev studeret hos 40 overvægtige (mænd og kvinder, 37 år I gennemsnit og BMI 29 m/kg2) voksne (Hills et al., unpublished 2003). Forsøget viste at Polar Ownzone som vægt tabs formål definerede træningszonerne som 63 og 77 % af Maks. Puls I forhold til de for almindelig aerobisk træning og vægt regulering 66 og 83 % af maks. Puls.

Et Schweizisk studie (Schweizer et al. 2004) undersøgte relationen mellem mælkesyre værdier og OwnZone pulsgrænser hos sunde voksne. Forsøgs gruppen bestod af 63 mænd (gennemsnitlig 35 år) og 38 kvinder (gennemsnitlig 34 år) Forsøgspersonerne udførte graduerede OwnZone test på løbebånd eller motions cykel. Mælkesyre værdier blev målt fra blodprøver taget på fingerspids ved hvert test trin. OwnZone blev bestemt ved at benytte Polar M51^TM pulsmåler. OwnZone værdierne blev bestemt indenfor 5-7 min. Gennemsnits værdien for OwnZone nedre og øvre grænse på løbebånd var 122 og 151 bpm hos mændene og 126 og 154 bpm hos kvinderne og middelværdierne af mælkesyre 1,54 og 2,90 og 1,48 og 2,97 mmol/l, respektivt. OwnZone værdierne var lidt højere på løbebånd testen I forhold til cykel testen hos begge køn. Puls og mælkesyre værdier var de samme hos mænd og kvinder selv om arbejdsbelastningen (hastighed og Watt) svarende til, var mindre hos kvinderne. Mælkesyre værdierne ved både den nedre og øvre grænse af OwnZone indikerer aerobisk arbejdsbelastning hos begge køn I både løbe og cykeltest.

American College of Sports Medicine (ACSM 1998)anbefalinger om kvantitet og kvalitet af træning for udvikling og vedligeholdelse af kredsløbsmæssig kondition hos voksne raske personer er 55/65-90% af maksimum pulsen I træningsintensitet. Resultatet opnået ved brug af Polar OwnZone indikerer at det kan benyttes til mulig pulszone bestemmelse hos voksne.

REFERENCER

American College of Sports Medicine. Position Stand: The recommended quantity and quality of exercise for developing and maintaining cardiorespiratory and muscular fitness, and flexibility in healthy adults. Med Sci Sports Exerc 30(6), 975-991, 1998.

Byrne N, Hills A, Ramage A, Laukkanen R. Use of heart rate variability (HRV) in prescribing exercise intensity threshold in the obese. Int J Obes 23(5):567, 1999.

Byrne N, Hills A, Laukkanen R. Exercise intensity prescription in hypertensive adults: a comparison of different determination methods. Submitted.

Calvani C, Massarini M, Laukkanen R, Kinnunen H. Træning threshold determination based on heart rate variability on cardiovascular equipment. Proc 6th Annual Congress of ECSS, Cologne, Germany, 24-28 July 2001, p. 936.

Huikuri H, Seppänen T, Koistinen J, Airaksinen J, Ikäheimo M, Castellanos A, Myerberg R. Abnormalities in beat-to-beat dynamics of heart rate before the spontaneous onset of life-threatening ventricular tachyarrhythmias in patients with prior myocardial infarction. Circulation 93, 1836-1844, 1996.

Kinnunen H, Tulppo M, Mäkikallio T, Hyyppä O, Nissilä S, Laukkanen R. Reproducibility of individual Træning heart rate determined by Polar SmartEdge heart rate monitor. Proceedings of the International Puijo Symposium, Kuopio, Finland, p. 63, 1998.

Kivelä J, Laukkanen R, Juvani E-L, Hautala A, Kiviniemi A, Tulppo M. Detecting individual heart rate values for aerobic Træning based on heart rate variability. Proc 8th Annual Congress of ECSS, Salzburg, Austria, 9-12 July 2003.

Laukkanen R, Maijanen S, Tulppo M. Determination of heart rates for Træning using Polar SmartEdge heart rate monitor. Med Sci Sports Exerc 30(5), 1430, 1998.

Mäkikallio T, Tulppo M, Karppinen T, Huikuri H. Nonlinear complexity of heart rate dynamics after a resting period followed by endurance Træning. ACSM Annual Meeting 1996. Med Sci Sports Exerc 28(5), 745, 1996.

Schweizer U, Szepessy C , Laukkanen RMT, Polar Ownzone Heart Rate Limits And Blood Lactates In Healthy Adults. ACSM Annual Meeting 2004. Med Sci Sports Exerc 36(5), 2004.

Thompson R, Wilkinson J, Laukkanen R, Seppänen T. The relationship of short-term measures of hrv to heart rate and exercise intensity. Med Sci Sports Exerc 29(5), 795, 1997.

Tulppo M, Mäkikallio T, Airaksinen J, Huikuri H. Nonlinear dynamics of heart rate during accentuated sympatho-vagal interaction. Circulation 94(8), nr. 2518, 1996a.

Tulppo M, Mäkikallio T, Takala T, Seppänen T, Huikuri H. Quantitative beat-to-beat analysis of heart rate dynamics during exercise. Am J Physiol 271, H244-252, 1996b.

Tulppo M, Mäkikallio T, Seppänen T, Thomson R, Wilkinson J, Blair S, Laukkanen R, Huikuri H. Non-linear dynamics of heart rate variability during exercise. ACSM Annual Meeting 1996. Med Sci Sports Exerc 28(5), 142, 1996c.

Tulppo M, Mäkikallio T, Seppänen T, Laukkanen R, Huikuri H. Vagal modulation of heart rate during exercise: effects of age and physical fitness. Med Sci Sports Exerc 29(5), nr. 814, 1997a.

Tulppo M, Mäkikallio T, Seppänen T, Laukkanen R, Huikuri H. Vagal modulation of heart rate during exercise: effect of age and physical fitness. Eur Heart J 18, p. 114, 1997b.

Tulppo M, Mäkikallio T, Seppänen T, Laukkanen R, Huikuri H. Vagal modulation of heart rate during exercise: effects of age and physical fitness. Am J Physiol 274 (Heart Circ. Physiol. 43), H424-H429, 1998a.

Tulppo M. Heart rate dynamics during physical exercise and during pharmacological modulation of autonomic tone. Doctoral Dissertation. Acta Universitatis Ouluensis D 503, Oulu, Finland, 1998b.

Tulppo M, Mäkikallio T, Laukkanen R, Huikuri H. Differences in autonomic modulation of heart rate during arm and leg exercise. Clin Physiol 19(4), 294-299, 1999.

Wilkinson J, Thompson R, Garcia M, Kampert J, Laukkanen R, Seppänen T. The relationship of Poincaré Plot analysis to exercise intensity. The International Pre-Olympic Scientific Congress, July 1996, Dallas, Texas, USA. Abstracts. p. 115-116. 1996a.

Wilkinson J, Thompson R, Garcia M, Kampert J, Laukkanen R, Seppänen T. The response of heart rate variability during graded treadmill exercise. Circulation 94(8), nr. 1465, 1996b.

Wilkinson J, Thompson R, Garcia M, Kampert J, Laukkanen R, Seppänen T. The relationship of heart rate variability to work intensity during graded maximal treadmill exercise. International 14th Puijo Symposium, June 1996, Finland. Proceedings. Kuopio University publications D. Medical Sciences 101, p. 64, 1996c.

Wilkinson J, Thompson R, Seppänen T, Laukkanen R. Heart rate variability and cardiorespiratory fitness. Med Sci Sports Exerc 29(Suppl 5), 850, 1997.

Virtanen P, Vasankari T, Vuorimaa T, Laukkanen R. Evaluation of the Polar OwnZone feature in physically highly active men and women. Proc 5th Annual Congress of ECSS, Jyväskylä, Finland, 19-23 July 2000.

Virtanen P, Vasankari T, Vuorimaa T, Laukkanen R. HRV plateau in exercise intensity determination in endurance athletes. Med Sci Sports Exerc 33(5), nr 611, 2001.