لماذا توجد الاختبارات الميدانية
يتطلب القياس المباشر للحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين -- أقصى معدل يمكن أن يستهلك به الجسم الأكسجين ويستخدمه أثناء التمرين الشديد -- اختباراً تدريجياً للتمرين حتى الإنهاك مع تحليل لتبادل الغازات في المختبر، وهو مورد لا يتوفر لمعظم الناس. طُوِّرت الاختبارات الميدانية كبدائل عملية: يستنتج كل اختبار منها اللياقة القلبية التنفسية من مؤشر أداء أو فسيولوجي يمكن قياسه بأقل قدر من المعدات، مثل المسافة المقطوعة، أو زمن المشي، أو تعافي معدل ضربات القلب.
ولأن الاختبار الميداني يستنتج اللياقة بشكل غير مباشر بدلاً من قياس استهلاك الأكسجين مباشرةً، فإن كل اختبار منها ينطوي على بعض فقدان الدقة مقارنةً باختبار مخبري. وتختلف المفاضلة المحددة بحسب الاختبار: بعضها يمنح الأولوية للدقة مقابل اشتراط جهد أقصى، بينما تقلل أخرى من المتطلبات البدنية على حساب بعض الدقة.
اختبار كوبر للجري لمدة 12 دقيقة
نشره كينيث هـ. كوبر في مجلة JAMA عام 1968 باستخدام بيانات من أفراد القوات الجوية الأمريكية، ويقدّر اختبار كوبر الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين من المسافة المقطوعة أثناء جري أقصى بوتيرة منتظمة لمدة 12 دقيقة على مسار مستوٍ ومقاس بدقة: VO2 max (ml/kg/min) = (المسافة بالأمتار − 504.9) ÷ 44.73. وأفاد كوبر بارتباط قوي بين مسافة الـ12 دقيقة واستهلاك الأكسجين المقاس مخبرياً في عينة دراسته الأصلية.
مثال محلول: عدّاء يقطع 2,400 متر في 12 دقيقة يكون تقدير حده الأقصى لاستهلاك الأكسجين (2,400 − 504.9) ÷ 44.73 ≈ 42.4 ml/kg/min، بينما يكون تقدير عدّاء يقطع 2,000 متر في المدة نفسها (2,000 − 504.9) ÷ 44.73 ≈ 33.4 ml/kg/min.
ولأنه يتطلب جهد جري أقصى حقيقياً يستمر لمدة 12 دقيقة، يناسب اختبار كوبر الأشخاص المعتادين بالفعل على الجري الشاق المستمر. وقد جرى التحقق منه على عسكريين شباب ولائقين بدنياً، لذا فإن دقته أقل لدى من يختلفون اختلافاً كبيراً عن تلك الفئة، بمن فيهم الأفراد غير المدرَّبين وكبار السن.
اختبار روكبورت للمشي لمسافة ميل واحد
نشره كلاين وزملاؤه في مجلة Medicine & Science in Sports & Exercise عام 1987، ويقدّر اختبار روكبورت الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين من الزمن المستغرق لمشي ميل واحد بأقصى سرعة ممكنة على مسار مستوٍ ومقاس بدقة، إلى جانب معدل ضربات القلب المقاس فور الانتهاء: VO2 max (ml/kg/min) = 132.853 − 0.0769 × الوزن(رطل) − 0.3877 × العمر + 6.315 × الجنس(ذكر = 1، أنثى = 0) − 3.2649 × الزمن(دقيقة) − 0.1565 × معدل ضربات القلب(نبضة/دقيقة).
مثال محلول: رجل عمره 30 عاماً ووزنه 75 كغ (165.3 رطل) أكمل الميل في 15:00 بمعدل ضربات قلب عند الانتهاء بلغ 140 نبضة/دقيقة، يكون تقدير حده الأقصى لاستهلاك الأكسجين 132.853 − (0.0769 × 165.3) − (0.3877 × 30) + 6.315 − (3.2649 × 15) − (0.1565 × 140) ≈ 43.9 ml/kg/min.
ولأنه يستخدم مشياً سريعاً بدلاً من جري أقصى، يفرض اختبار روكبورت متطلبات قلبية وعائية أقل على المشاركين مقارنةً باختبار كوبر، وهذا ما يجعله يُستخدم غالباً مع كبار السن، أو المبتدئين، أو من لا يناسبهم بذل جهد جري أقصى. وأفادت دراسة التحقق الأصلية بخطأ معياري للتقدير يبلغ بضعة ml/kg/min، ما يعني أن التقديرات الفردية قد تختلف بشكل معقول عن القيمة المخبرية الحقيقية بمقدار مماثل تقريباً.
اختبار درجة هارفارد: نوع مختلف من الاختبارات الميدانية
طوّره لوسيان بروها وزملاؤه في مختبر هارفارد للإجهاد، ونُشر في مجلة Research Quarterly عام 1943، ويتبع اختبار درجة هارفارد نهجاً مختلفاً عن اختباري كوبر وروكبورت: فبدلاً من تقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين مباشرةً بوحدة ml/kg/min، ينتج مؤشر اللياقة البدنية (PFI) من فترة ثابتة من تمرين صعود الدرج وثلاث قياسات لنبض التعافي تؤخذ بعده. والفكرة الأساسية أن الجهاز القلبي الوعائي الأكثر لياقة يعود إلى معدل ضربات قلب أقل بشكل أسرع بعد جولة موحَّدة من التمرين.
صيغة PFI الكاملة هي: PFI = (100 × مدة التمرين بالثواني) ÷ (2 × مجموع ثلاث قياسات نبض تعافٍ لمدة 30 ثانية). مثال محلول: شخص يصعد الدرج طوال الـ300 ثانية الكاملة ويسجّل قياسات نبض تعافٍ قدرها 75 و65 و55 (مجموعها 195)، تكون قيمة PFI لديه (100 × 300) ÷ (2 × 195) ≈ 76.9، وهي تقع ضمن فئة فوق المتوسط بموجب التصنيف القياسي.
ولأنه يقيس التعافي من عبء عمل ثابت ومعتدل من صعود الدرج بدلاً من الأداء أثناء جهد جري أو مشي أقصى، يقع اختبار درجة هارفارد بين الاختبارين الآخرين من حيث المتطلبات البدنية. ونتيجة PFI ليست القياس نفسه لتقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بوحدة ml/kg/min، لذا لا ينبغي مقارنتها عددياً بشكل مباشر بنتيجة كوبر أو روكبورت -- فهي مؤشر لياقة منفصل مبني على إشارة أساسية مختلفة.
مقارنة الاختبارات الثلاثة
يلخّص الجدول أدناه الفروق العملية بين الاختبارات الثلاثة، استناداً إلى بروتوكولاتها المنشورة.
| الاختبار | ما الذي يقيسه | المتطلبات البدنية | الأنسب لـ |
|---|---|---|---|
| اختبار كوبر للجري 12 دقيقة | تقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (ml/kg/min) من المسافة | جهد جري أقصى | الأفراد اللائقون والمدرَّبون المعتادون على الجري الشاق |
| اختبار روكبورت للمشي لمسافة ميل | تقدير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين (ml/kg/min) من زمن المشي ومعدل ضربات القلب عند الانتهاء | مشي سريع، متطلبات قلبية وعائية أقل من الجري رغم قربه من الأقصى | المبتدئون، وكبار السن، أو من يُنصحون بتجنب الجري الأقصى |
| اختبار درجة هارفارد | مؤشر اللياقة البدنية من تعافي معدل ضربات القلب بعد صعود درج ثابت | صعود درج معتدل بعبء عمل ثابت لمدة تصل إلى 5 دقائق | من يناسبهم بروتوكول دون أقصى قائم على التعافي |
الاختبار المخبري كمعيار مرجعي
جميع الاختبارات الميدانية الثلاثة تقريبية. ويظل المعيار المرجعي للحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين اختبار تمرين تدريجي يُجرى على جهاز مشي أو دراجة قياس القدرة في المختبر، مع تحليل تبادل غازات يقيس استهلاك الأكسجين مباشرةً بدلاً من استنتاجه من مؤشر أداء أو تعافٍ، كما هو موصوف في إرشادات الكلية الأمريكية للطب الرياضي (ACSM) لاختبار التمرين ووصفه.
يتعلق الاختيار بين الاختبارات الميدانية عموماً بمواءمة البروتوكول مع الشخص: فاختبار بجهد أقصى مثل اختبار كوبر يعطي تقديراً أقرب إلى الحد الأقصى الحقيقي لاستهلاك الأكسجين لمن يستطيع بذل جهد جري أقصى حقيقي، بينما يقايض خيار أقل شدة مثل مشي روكبورت أو اختبار درجة هارفارد بعض الدقة مقابل متطلبات ومخاطر بدنية أقل. وينبغي لأي شخص لديه حالات صحية كامنة استشارة الطبيب قبل خوض أي اختبار لياقة أقصى أو قريب من الأقصى.
الأسئلة الشائعة
أي اختبار ميداني للحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين هو الأدق؟
لا يضاهي أي اختبار ميداني اختبار التمرين التدريجي المخبري مع تحليل تبادل الغازات، الذي يظل المعيار المرجعي. ومن بين الاختبارات الميدانية، يرتبط بروتوكول الجهد الأقصى مثل اختبار كوبر للجري 12 دقيقة عموماً ارتباطاً أوثق بالحد الأقصى الحقيقي لاستهلاك الأكسجين لمن يستطيعون بذل جهد جري أقصى حقيقي، بينما يقايض اختبار روكبورت للمشي بعض الدقة مقابل بروتوكول أقل شدة وأوسع إتاحة.
ما الفرق بين اختبار كوبر واختبار روكبورت؟
يقدّر كلاهما الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بوحدة ml/kg/min، لكن اختبار كوبر يستخدم المسافة المقطوعة في جري أقصى لمدة 12 دقيقة، بينما يستخدم اختبار روكبورت زمن مشي ميل واحد إضافةً إلى معدل ضربات القلب عند الانتهاء. واختبار روكبورت أقل إجهاداً بدنياً بشكل عام، ما يجعله خياراً شائعاً لكبار السن أو المبتدئين أو من ينبغي أن يتجنبوا جهد الجري الأقصى.
هل يقيس اختبار درجة هارفارد الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين؟
ليس مباشرةً. ينتج اختبار درجة هارفارد مؤشر اللياقة البدنية (PFI) من مدة صعود الدرج وتعافي معدل ضربات القلب، وهو قياس أساسي مختلف عن تقديرات الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بوحدة ml/kg/min التي ينتجها اختبارا كوبر وروكبورت. ولا ينبغي مقارنة نتيجته عددياً بقيمة الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين من هذين الاختبارين.
من ينبغي أن يستخدم اختبار المشي روكبورت بدلاً من اختبار جري كوبر؟
غالباً ما يُستخدم اختبار روكبورت من قِبل كبار السن، أو المبتدئين، أو من لا يناسبهم بذل جهد جري أقصى، لأن المشي السريع يفرض متطلبات قلبية وعائية أقل على الجسم من الجري الأقصى. وينبغي لأي شخص لديه حالات صحية كامنة استشارة الطبيب قبل محاولة أي من الاختبارين.
ما مدى دقة هذه الاختبارات الميدانية مقارنةً باختبار مخبري؟
يحمل كل اختبار هامش خطأ موثقاً بالنسبة لاستهلاك الأكسجين المقاس مخبرياً -- فمثلاً، أفادت دراسة التحقق من اختبار روكبورت بخطأ معياري للتقدير يبلغ بضعة ml/kg/min. وتقدّر الاختبارات الميدانية متوسطات المجموعات بموثوقية أكبر من تقديرها للقيمة الحقيقية لأي فرد بعينه، لذا يُستحسن التعامل مع النتائج كمؤشرات لياقة تثقيفية لا كقياسات دقيقة.
هل يمكنني مقارنة نتيجة اختبار كوبر بنتيجة اختبار درجة هارفارد؟
ليس مباشرةً. ينتج اختبار كوبر تقديراً للحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بوحدة ml/kg/min، بينما ينتج اختبار درجة هارفارد مؤشر لياقة بدنية مشتقاً من تعافي معدل ضربات القلب -- يستخدم الاختباران معادلتين مختلفتين وإشارتين أساسيتين مختلفتين، لذا فإن نتيجتيهما العدديتين ليستا على المقياس نفسه.
المراجع
- Cooper KH. A means of assessing maximal oxygen intake: correlation between field and treadmill testing. JAMA 1968; 203(3): 201–204.
- Kline GM, Porcari JP, Hintermeister R, Freedson PS, Ward A, McCarron RF, Ross J, Rippe JM. Estimation of VO2max from a one-mile track walk, gender, age, and body weight. Medicine & Science in Sports & Exercise 1987; 19(3): 253–259.
- Brouha L. The step test: a simple method of measuring physical fitness for muscular work in young men. Research Quarterly 1943; 14(1): 31–36.
- The Cooper Institute. Physical Fitness Specialist Certification Manual, revised 1997, Dallas, TX — as reproduced in Heyward VH, Advanced Fitness Assessment and Exercise Prescription.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021 — Table 4.7, cardiorespiratory fitness percentiles from the Cooper Institute Aerobics Center Longitudinal Study.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021.