الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max

الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max (ويطلق عليه أيضاً الإستهلاك الأقصى للأوكسجين, الإستغلال الأقصى للأوكسجين, ذروه إستيعاب الأوكسجين, أو الطاقة الهوائية). وهو القدرة أو الطاقة القصوى لجسم الفرد لنقل وإستخدام عنصر الأوكسجين خلال التمرين التدريجي المتزايد, الذي يعكس مستوى اللياقة البدنية لذلك الفرد. وهذا المصطلح الإنكليزي تم تلخيصه من الأحرف (V = الحجم بالوقت), (O2 = الأوكسجين), (max = الأقصى).
أن الحد الأقصى لاستهلاك الأوكسجين يعبر لنا أما القيمة المطلقة للأوكسجين باللتر بالدقيقة أي (l/min.), أو القيمة النسبية للأوكسجين بالمليلتر لكل كيلوغرام من وزن الجسم بالدقيقة الواحدة أي (ml/kg/min), وتستخدم وحدة القياس الأخيرة للمقارنة بين الرياضيين في إنجازات قدرة التحمل. إن التدبير الأقل انحيازًا هو القسمة على الكتلة وفقاً للصيغة التالية:

قياس الحد الأقصى لاستهلاك الأوكسجين

لأجل قياس الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max يجب القيام بجهد بدني كافي في مدته وفي شدته لأجل تغطية عمل نظام الطاقة الهوائي كاملاً. ففي الإختبارات الرياضية السريرية العامة, يستخدم عادة التمرين المتدرج الشدة بالإختبار (بإستخدام الشريط المتحرك أو دراجة الجهد الثابتة) والتي يتم بواسطتها أداء التمرين بالزيادة المتصاعدة مع قياس التهوية أي تركيز الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون من هواء التنفس أثناء عمليات الشهيق والزفير. يصل الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين عندما تبقى عملية إستخدام وإستهلاك الأوكسجين ثابتة رغم إرتفاع درجة وشدة ذلك العمل أو الحمل البدني للإختبار.

معادلة فيك (Fick) لقياس الحد الأقصى

يعرف فيك الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين من خلال المعادلة التالية:
(VO2max=Q (CaO2–CvO2 عندما يتم الحصول على القيم جرّاء المجهود الأقصى. حيث تمثل (Q) قيمة الطرح القلبي, وتمثل (CaO2) المحتوى الشرياني الأوكسجيني, وتمثل (CvO2) المحتوى الوريدي الأوكسجيني.

تقدير الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين

أن إختبارات الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max ممكن أن تشكل خطورة على المختبر, حيث تتفاقم لدى المختبر حالته الصحية كثيراً عند وجود أي مشكلة لديه بالجهاز التنفسي أو بجهاز القلب والدوران. لذلك يجب بالطبع وجود طبيب أو مساعد طبي عند تنظيم إختبارات الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max. بالتالي تم تطوير العديد من البروتوكولات لأجل تقدير وتقييم الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين. وهي عبارة عن أساليب لإختبارات مشابهة عموماً لإختبار الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max, ولكنها لا تصل إلى أقصى درجات التحميل لأجهزة التنفس والقلب والدوران ويطلق عليها بالإختبارات دون القصوى أو بالإختبارات غير المباشرة.

طريقة يوث سورينسون أوفركارد بيدرسن التقديرية

ترتكز الطريقة التقديرية الأخرى للحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max على قيم نبض الراحة والنبض الأقصى, حيث تم إبتكارها من قبل أربعة باحثين من الدنيمارك كالتالي:
HRmax= النبض الأقصى بالدقيقة, HRrest= نبض الراحة
VO2max = 15 (HRmax / HRrest) …ml/min/kg. المعادلة الدنيماركية

إختبار كينيت كوبر

كينيث كوبر (Kenneth H. Cooper) أجرى دراسة للقوة الجوية الأمريكية في عام 1960. وكانت إحدى نتائج تلك الدراسة هو إختبار كوبر (Cooper Test) بحساب المسافة المقطوعة بالجري لمدة 12 دقيقة مستمرة كإختبار لقدرة التحمل الهوائي. وإعتماداً على تلك المسافة المقطوعة توصل إلى تقدير الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين (VO2max (ml/min/kg.
VO2max=D12-505/45 … حيث أن D12 = المسافة المقطوعة في 12 دقيقة
كما توجد العديد من الإختبارات الصادقة والمستخدمة لحساب الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max بالطرائق غير المباشرة.

مستويات الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max

أن ذروة إستيعاب الأوكسجين (Maximal oxygen uptake) من القياسات الفردية المقبولة والمستخدمة بشكل واسع لقياس لياقة جهاز القلب والدوران والقدرة الهوائية القصوى. وعادة ما تكون القيم المطلقة للحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max أعلى عند الرجال مقارنة بالنساء بين 40–60%.
أن معدل قيم الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max لدى الشباب الذكور غير المدربين تبلغ 3,5 لتر/ دقيقة أي حوالي 45 ملل/كغم/دق. بينما معدل قيم تلك القدرة الهوائية القصوى VO2max لدى الشابات من الإناث غير المتدربات تبلغ بحدود 2 لتر/دقيقة, اي بحدود 38 ملل/كغم/دق. أن تلك القيم السابقة تتعرض للتغير والتحسن بالتدريب, بينما تنخفض وتقل من تقدم العمر, كما أن درجة التحسن بالتدريب تختلف بصورة واسعة : يمكن أن يضاعف الإعداد البدني الجيد قيم القدرة الهوائية القصوى VO2max عند بعض الأفراد, ويمكن أن لا يقود إلى أي تحسن وتطور لدى أفراد آخرين.
بالنسبة للألعاب الرياضية التي تعتمد على التحمل وأهمية تطويره للإنجاز الرياضي, مثل سباقات الدراجات الهوائية, التجذيف, جري الضاحية والمسافات الطويلة, تزلج الضاحية الجليدي, السباحة, سوف يتم تطوير هذه القدرة بالعادة لديهم إلى مستويات عالية جداً.

العوامل المحددة للحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين

غالبًا ما تنقسم العوامل المؤثرة على الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max إلى العرض والطلب. العرض هو عملية نقل الأوكسجين من الرئتين إلى الميتوكوندريا (بما في ذلك الإنتشار الرئوي وحجم الضربة, وحجم الدم والكثافة الشعرية للعضلة الهيكلية) في حين أن الطلب هو المعدل الذي يمكن فيه للميتوكوندريا أن تقلل الأوكسجين في عملية الفسفرة التأكسدية. ومن بين هذه العوامل، غالبًا ما يعتبر عامل العرض هو العامل المحدد. ومع ذلك فقد قيل أيضًا أنه في حين أن الأفراد المدربين ربما تكون عندهم محدودة العرض بينما الأفراد غير المدربين يمكن أن يكون لهم بالفعل قيود على ذلك الطلب.
أن العوامل التي تؤثر على الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max هي: العمر والجنس واللياقة البدنية والتدريب والارتفاع عن سطح البحر، من بين عوامل أخرى. وقد يمكن أن يكون VO2max مؤشرًا ضعيفًا للأداء لدى العدائين بسبب الاختلافات في الاقتصاد بالجري ومقاومة التعب أثناء التمرين لفترات طويلة. إن الطرح القلبي وقدرة الانتشار الرئوي، والقدرة على حمل الأكسجين، والقيود المحيطية لقدرة الإنتشار إلى العضلات، وإنزيمات الميتوكوندريا، والكثافة الشعرية كلها أمثلة على محددات لهذه القدرة VO2max حيث يعمل الجسم كنظام متكامل واحد. إذا كان أحد هذه العوامل دون المستوى، فإن النظام بأكمله يفقد قدرته الطبيعية على العمل بشكل صحيح.
يمكن أن يعزز عقار الإريثروبويتين (EPO) الحد أقصى لإستهلاك الأوكسجين معنوياً في كل من البشر والثدييات الأخرى. وهذا يجعل عقار (EPO) وسيلة جذب للرياضيين في رياضات التحمل، مثل ركوب الدراجات الهوائية. ثم تم حظره منذ التسعينيات كمواد منشطة وغير مشروعة لتحسين الأداء. ولكن بحلول عام 1998، أصبح منتشرًا على نطاق واسع في ياضة ركوب الدراجات وأدى إلى قضية (Festina) بالإضافة إلى ذكره في كل مكان في تقرير USADA 2012 عن فريق خدمة بريد الولايات المتحدة للمحترفين. لذا اقترح جريج ليموند إنشاء خط أساسي لإختبار VO2max لمتسابقي الدراجات (وغيرها من الصفات) للكشف وسائل عن زيادات الأداء غير الطبيعية للرياضيين.

نبذة تاريخية حول قياس الحد الأقصى للأوكسجين

قدم عالم الفيزيائي البريطاني أرشيبالد هيل مفاهيم امتصاص الأوكسجين القصوى والدين الأكسجيني في عام 1922. شارك هيل والطبيب الألماني أوتو مايرهوف جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب عام 1922 لعملهم المستقل المتعلق بأيض طاقة العضلات. وبناء على هذا العمل بدأ العلماء في قياس الإستهلاك الأوكسجيني الأقصى أثناء التمرين. قدم هنري تايلور مساهمات ملحوظة في جامعة مينيسوتا، والعلماء الاسكندنافيين بير أولوف إستراند وبنغت سالتين في الخمسينات والستينات من القرن الماضي، ومختبر هارفارد للتعب، والجامعات الألمانية، ومركز كوبنهاكن لأبحاث العضلات وغيرها, والأمريكي كينيث كوبر أخيراً.

درجات الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين

VO2max أو الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين هو مقياس للياقة الهوائية للشخص (انظر المزيد عن قياس VO2max). وتصنف الجداول أدناه درجات VO2max للرجال والنساء البالغين من مختلف الأعمار. حيث أن معرفة درجات الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max ومنذ البداية وقبل البدء مع للمبتدئين يمنحك اكتشاف مستواك الحالي بصورة دقيقة ولمستوى لياقتك البدنية الحالية, هذا يساعدك على البدء من المستوى الأنسب لك. كما أنه يساعدك على تحديد سرعة التدريب الخاصة بك، وهي طريقة ممتازة لمراقبة برنامج اللياقة البدنية (أو عدمه) على المدى المتوسط والطويل.

فيما يلي مخطط VO2 max، مأخوذ من الرياضات الراقية، يعرض البيانات المعيارية لـلحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max في مجموعات من العينات السكانية المختلفة:

Maximal oxygen uptake norms for men (ml/kg/min)

Maximal oxygen uptake norms for women (ml/kg/min)

كيف تستطيع تحسين الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max الخاص بك

على الرغم من أن علم الوراثة يلعب دوراً رئيسياً في تحديد الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين الخاص بك، ولكن هناك الكثير من الأشياء التي يمكنك القيام بها الآن لتحسين درجاتك في هذه القدرة الفسيولوجية بشكل كبير.
بشكل أساسي عن طريق زيادة حجم وفترة تدريبك، وإذا لم تمارس أي شكل من أشكال التمارين سابقاً وقيادة نمط حياتك غير مستقر (توقف عن فعل ذلك)، ببساطة عن طريق بدء ببرنامج تدريبي للمبتدئين، ويستحسن معرفة درجة الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين الخاص بك بسرعة وبشكل طبيعي عندما تبدأ في ممارسة المزيد من التمارين الرياضية.
ومع ذلك وكلما أصبحت أكثر لياقة، ستحتاج إلى زيادة تحديك من خلال دمج المزيد من تدريبات تحمل القوة في خطة التدريب لتحسين مستوى الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين.
وفقًا لنتائج البحوث الحديثة فأن التدريب وفق الطريقة الفترية المرتفعة الشدة أو (HIIT) باختصار، هي الطريقة المثلى لتحسين درجاتك في VO2max، حيث إنها الطريقة التي يتم تحدي نظام القلب والأوعية الدموية للعمل على بذل أقصى جهد لفترة قصيرة من الوقت.
مفتاح الكلمة (HIIT) هنا هو التدريب الفتري أو المتقطع المرتفع الشدة.
لأجل تحقيق تقدم أسرع، تأكد من أن التمرين ينفذ بسرعة تثير الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max , وهو ما يعادل تقريبًا 3K – مرة واحدة على الأقل في الأسبوع. يمكنك الركض أو التجديف أو ركوب الدراجة أو القيام بأي شيء تريده والمفتاح هو الضغط بقوة أثناء تنفيذ تكرارات الحركات بشدة مرتفعة والحفاظ على اتساق التدريب جيداً.

ما الذي يحدد الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين Vo2max الخاص بك؟

يلعب علم الوراثة واللياقة البدنية دورًا حاسمًا في تحديد المستوى. وفي المتوسط يكون لدى الذكور المستقرين VO2max بحد أقصى 35 إلى 40 مل/ كجم/ دقيقة، بينما تسجل الإناث حد VO2max بحد أقصى 26 إلى 30مل/ كجم/ دقيقة. ومع ذلك هناك عوامل أخرى تساهم في VO2max كحد أقصى لإستهلاك الأوكسجين, على الأقل إلى بعض الدرجات ومن بينها:

العمر: تصل إلى أعلى VO2max كحد أقصى بين سن 18-25سنة ، ثم ينخفض تدريجيًا مع تقدمك في العمر، وينخفض بنسبة 30 بالمائة تقريبًا بحلول سن 65 سنة.

الجنس: تميل عوامل مثل حجم الجسم والتركيب وحجم الدم ومحتوى الهيموجلوبين إلى جعل مستوى VO2max للنساء أقل بنسبة 20% تقريبًا من الرجال.

الإرتفاع عن سطح البحر: يقلل VO2max الخاص بك من انخفاض الأوكسجين المتاح للاستهلاك على ارتفاعات أعلى. هذا ببساطة لأن الهواء أقل لاستهلاكه على الإرتفاعات الأعلى. لهذا السبب ستحصل عادةً على انخفاض بنسبة 5% في VO2max كحد أقصى لكل 5000 قدم يتم اكتسابها في الارتفاع.

كيف تستطيع تقييم الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max الخاص بك؟

يمكن تقييم VO2max الخاص بك من خلال عدة طرائق مختلفة للتقييمات البدنية. يمكن أن تكون هذه مباشرة أو غير مباشرة. وتتم الطريقة العلمية المباشرة في بيئة معملية بموجب بروتوكول صارم وبإستخدام أجهزة دقيقة لتحليل الغازات, يتم تنفيذ أفضل طريقة لقياس VO2max في مختبر الأداء البشري باستخدام جهاز المشي (Tread mill) أو اختبار دراجة الجهد الثابتة(Ergometer)، ويتم إجراؤه باستخدام قناع الأوكسجين.
أثناء الاختبار، يتنفس الرياضي في قناع الأوكسجين لقياس كمية وتركيز الغاز من الهواء الشهيقي والزفيري أثناء أداء الإختبار المتصاعد الشدة على ذلك الجهاز. وعادة ما سيصل الرياضي إلى الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max عندما يصل استهلاك الأوكسجين إلى مستوى ثابت, ويستمر في حالة ثابتة على الرغم من زيادة شدة التدريب. وغالبًا ما يستخدم هذا الاختبار المباشر في البحوث ويعتبر حتى الآن الأكثر دقة. ولكن هذا هو الجانب السلبي. حيث تتطلب هذه الطريقة أيضًا الوصول إلى معدات مختبرية باهظة الثمن لا يمتلكها معظم المدربين والمتدربين (النموذجيين) بشكل عام.

اذا ماذا يجب ان نفعل عوضاً عن ذلك ؟

إذا لم تكن رياضيًا بالمستويات العليا، فلا تقلق بعد الآن، فهذه ليست الطريقة الوحيدة لقياس VO2max كحد أقصى لإستهلاك الأوكسجين. خارج نطاق المعمل أو المختبر، هناك عدد قليل من اختبارات الأداء الموثوقة لذلك. إحدى هذه الطرق غير المباشرة التي صمدت أمام اختبار الزمن هي اختبار كوبر الذي يستغرق 12 دقيقة. يستخدم هذا النهج على نطاق واسع من قبل المدربين وعشاق اللياقة البدنية لأنه يتطلب القليل من المعدات والأجهزة، ويقدم تقديرًا تقريبيًا وموثوقًا جدًا لـلحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجين VO2max, قمنا بشرحها سابقاً.

إختبار الكفاءة البدنية PWC170 على الدراجة الثابتة Ergometer

• قياس طول ووزن جسم المختبر أولاً, وتحديد شدة الحمل الأول إعتماداً على الوزن ووفقاً للجدول رقم (1) المرفق.
• التبديل على الدراجة لمدة 5 دقائق بسرعة 60-70 دورة بالدقيقة للرجال, 40-50 دورة بالدقيقة للنساء, ثم قياس النبض مباشرة بعد الإنتهاء على أن لا يتعدى النبض عن 130 ضربة بالدقيقة بعد الحمل الأول.
• يبقى المختبر جالساً على الدراجة للراحة لمدة 3 دقائق.
• التبديل مرة ثانية على الدراجة لمدة 5 دقائق وبسرعة 60-70 دورة بالدقيقة بالنسبة للرجال, 40-50 دورة بالدقيقة بالنسبة للنساء, وذلك بعد زيادة شدة الحمل الثاني أي زيادة (مقاومة الدراجة) حسب نتيجة معدل القلب بعد الحمل الأول, أي يجب تنظيم الشدة بصورة فردية تماماً بالإستعانة بالجدول رقم (2) المرفق.
• يتم قياس النبض مباشرة بعد إنتهاء الحمل الثاني والمختبر جالس على الدراجة, أي قياس عدد ضربات القلب لمدة 15 ثانية ثم ضرب الرقم × 4 للحصول على معدل الضربات بالدقيقة, أي يرتفع معدل النبض بعد الحمل الثاني ليقترب من 170 ضربة بالدقيقة أو أكثر أو أقل قليلاً وليس كثيراً.

يتم تطبيق معادلة كاربمان Karpmann)) لإستخراج درجة الكفاءة البدنية للمختبر
معادلة كاربمانPWC170 = N1+(N1+N2).(170-F1/F2–F1)….. حيث أن :
N1 = شدة الحمل الأول ………..N2 = شدة الحمل الثاني
F1 = نبض الحمل الأول ……….F2 = نبض الحمل الثاني

• معادلة (كاربمان Karpmann) لإستخراج الحد الأقصى لإستهلاك الأوكسجينVO2max :
• VO2max. = 1,7. ( PWC170 ) + 1240

الجدول رقم (1)                                                             

الوزن ( كغم )	شدة الحمل الأول
أقل من 59 كغم	300 واط
60 –  64 كغم	400 واط
65 –   69 كغم	500 واط
70 –   74 كغم	600 واط
75 –  79 كغم	700 واط
80 كغم فأكثر	800 واط

الجدول رقم (2)

شدة الحمل الأول	مــــــــــــعدل القــــــــــــلب بـــــــــــــــعد الحمــــــــــــــل الأول
	80 – 89	90 – 99	100- 109	110 -119	120 – 129
400 واط	1100	1000	900	800	700
500 واط	1200	1100	1000	900	800
600 واط	1300	1200	1100	1000	900
700 واط	1400	1300	1200	1100	1000
800 واط	1500	1400	1300	1200	1100

إختبار الكفاءة البدنية PWC170 بالجري فوق السير المتحرك treadmill

• قياس طول ووزن المختبر أولاً وتحدد سرعة الجهاز بالحمل الأول (3-4م/ ث).
• يقوم المختبر بالجري بسرعة (4م/ث) فوق السير المتحرك لمدة 5 دقائق, ثم يقاس النبض مباشرة بعد الإنتهاء من العمل وتسجل المسافة المقطوعة أيضاً.
• يمنح المختبر راحة لمدة 4-5 دقائق حتى يهبط النبض إلى أقل من 100 ضربة بالدقيقة.
• يبدأ المختبر بالجري بسرعة ( 5م/ث) فوق السير المتحرك ولمدة 5 دقائق, ثم يقاس النبض مباشرة بعد الإنتهاء من العمل, وتسجل المسافة المقطوعة أيضاً.
  تطبق المعادلة الخاصة لإستخراج الكفاءة البدنية PWC170 التالية :
•  ( PWC170 = V1 + ( V2 – V1 ) . ( 170 – F1 / F2 – F1

حيث أن :
V1 = سرعة السير بالحمل الأول ( المسافة المقطوعة ÷ الزمن )
V2 = سرعة السير بالحمل الثاني ( المسافة المقطوعة ÷ الزمن )
F1 = النبض بعد الحمل الأول
F2 = النبض بعد الحمل الثاني

• تتراوح الكفاءة البدنية لدى الرياضيين في فعاليات المسافات الطويلة بين 2,5 – 5 (متر / ثانية). وللمسافات المتوسطة 4 – 5 (متر/ ثانية). وللمسافات القصيرة وبقية الألعاب الرياضية 2,5 – 3,5 (متر/ ثانية). وتقل الكفاءة البدنية لدى الرياضيات بنسبة 20 % أقل عن الرياضيين.

---

اعداد: أ.د. اثير محمد صبري الجميلي