Heart rate responses across moderate, heavy, and severe exercise intensity domains during incremental ramp exercise in healthy young males

Sağlıklı genç erkeklerde artan yoğunluklu egzersiz sırasında orta, ağır ve şiddetli egzersiz yoğunluğu alanlarındaki kalp atış hızı cevapları

Çağrı Özdenk, Fethi Ahmet Uğur

*Correspondence: Çağrı Özdenk, Artvin Çoruh University, Faculty of Sport Sciences, Artvin, Türkiye

¹Artvin Çoruh University and Sport Science, Artvin, Türkiye, cagriozdenk@artvin.edu.tr  Orcid: 0000-0001-7895-2667

  ¹Mardin Artuklu University, Vocational School of Health Services, Türkiye. Orcid: 0000-0002-4012-7685

Doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.20828237

https://www.ijoss.org/Archive/v3-i2/ijoss-Volume3-issue2-01.pdf

Download Full Text

Received / Gönderim: 12.04.2025 Accepted / Kabul: 13.06.2026 Published / Yayın: 23.06.2026

Abstract

The lactate threshold (LT) and respiratory compensation point (RCP) are key physiological landmarks that demarcate moderate, heavy, and severe exercise intensity domains. However, detailed heart rate (HR) responses across these three domains during incremental ramp exercise have not been fully characterized. 

Fifty healthy young males (age: 21.3±1.3 years, BMI: 22.1±1.6 kg/m²) performed an incremental ramp exercise test (15 W/min) until tolerance. LT was determined using the V-slope method, and RCP was identified as the point where VE/VCO₂ began to increase systematically. HR was recorded beat-to-beat. Delta HR and delta work rate were calculated across three regions: warm-up to LT (<LT), LT to RCP (LT–RCP), and RCP to maximal exercise (RCP–max).  LT occurred at 146±19 W (64±4.1% of Wmax), and RCP occurred at 182±18 W (80±2.8% of Wmax). HR increased progressively: 92.8±12 beats/min at warm-up, 144.9±11 at LT, 162.9±10 at RCP, and 188.6±7 at maximal exercise (94.9±3.8% of predicted HRmax). Delta HR was largest from warm-up to LT (52.1±13.0 beats, p<0.05), smaller from LT to RCP (18.0±6.5 beats, p<0.05), and moderate from RCP to max (25.6±8.0 beats, p<0.05). The work-to-HR ratio did not differ significantly across domains (p>0.05).  HR increases progressively across moderate, heavy, and severe intensity domains during incremental ramp exercise in healthy young males, with the largest increase occurring below LT. The work-to-HR ratio remains stable across domains, suggesting that the efficiency of work production per heartbeat does not change significantly. These findings support the use of HR as a practical marker for monitoring exercise intensity across different metabolic domains.

Keywords lactate threshold, respiratory compensation point, heart rate, exercise intensity domains, incremental exercise, ramp test

Öz

Laktat eşiği (LE) ve solunumsal kompanzasyon noktası (SKN), egzersiz şiddetinin orta, ağır ve şiddetli alanlarını ayırt eden temel fizyolojik belirteçlerdir. Bununla birlikte, artımlı rampa egzersizi sırasında bu üç egzersiz şiddeti alanı boyunca kalp atım hızı (KAH) yanıtları ayrıntılı olarak henüz tam anlamıyla karakterize edilmemiştir.  Elli sağlıklı genç erkek katılımcı (yaş: 21,3±1,3 yıl; BKİ: 22,1±1,6 kg/m²), tolerans sınırına kadar sürdürülen artımlı rampa egzersiz testine (15 W/dk) katılmıştır. Laktat eşiği V-slope yöntemi kullanılarak belirlenmiş, solunumsal kompanzasyon noktası ise VE/VCO₂ oranının sistematik olarak artmaya başladığı nokta olarak tanımlanmıştır. Kalp atım hızı atımdan atıma kaydedilmiştir. Delta KAH ve delta iş yükü üç bölge için hesaplanmıştır: ısınmadan laktat eşiğine kadar olan bölge (<LE), laktat eşiğinden solunumsal kompanzasyon noktasına kadar olan bölge (LE–SKN) ve solunumsal kompanzasyon noktasından maksimal egzersize kadar olan bölge (SKN–maks). Laktat eşiği 146±19 W düzeyinde, maksimal iş yükünün %64±4,1’inde; solunumsal kompanzasyon noktası ise 182±18 W düzeyinde, maksimal iş yükünün %80±2,8’inde gerçekleşmiştir. Kalp atım hızı kademeli olarak artış göstermiştir: ısınma sırasında 92,8±12 atım/dk, laktat eşiğinde 144,9±11 atım/dk, solunumsal kompanzasyon noktasında 162,9±10 atım/dk ve maksimal egzersizde 188,6±7 atım/dk olarak ölçülmüştür. Maksimal egzersizde ulaşılan kalp atım hızı, tahmini maksimal kalp atım hızının %94,9±3,8’ine karşılık gelmiştir. Delta KAH en yüksek ısınmadan laktat eşiğine kadar olan bölgede gözlenmiştir (52,1±13,0 atım; p<0,05). Bu artış laktat eşiği ile solunumsal kompanzasyon noktası arasında daha düşük düzeyde gerçekleşmiş (18,0±6,5 atım; p<0,05), solunumsal kompanzasyon noktasından maksimal egzersize kadar olan bölgede ise orta düzeyde bulunmuştur (25,6±8,0 atım; p<0,05). İş yükü/KAH oranı egzersiz şiddeti alanları arasında anlamlı farklılık göstermemiştir (p>0,05).  Sağlıklı genç erkeklerde artımlı rampa egzersizi sırasında kalp atım hızı orta, ağır ve şiddetli egzersiz şiddeti alanları boyunca kademeli olarak artmakta; en büyük artış laktat eşiğinin altında meydana gelmektedir. İş yükü/KAH oranının egzersiz şiddeti alanları boyunca stabil kalması, her kalp atımı başına üretilen iş verimliliğinin anlamlı biçimde değişmediğini düşündürmektedir. Bu bulgular, kalp atım hızının farklı metabolik alanlarda egzersiz şiddetinin izlenmesinde pratik bir belirteç olarak kullanılmasını desteklemektedir.

Anahtar Kelimeler: laktat eşiği, solunumsal kompanzasyon noktası, kalp atım hızı, egzersiz şiddeti alanları, artımlı egzersiz, rampa testi.

How to Cite This Article

APA 7

Özdenk, Ç., & Uğur, F. A. (2026). Heart rate responses across moderate, heavy, and severe exercise intensity domains during incremental ramp exercise in healthy young males. International Journal of Health, Exercise, and Sport Sciences (IJOSS), 3(2), 422–429. https://www.ijoss.org/Archive/v3-i2/ijoss-Volume3-issue2-01.pdf

Vancouver

Özdenk Ç, Uğur FA. Heart rate responses across moderate, heavy, and severe exercise intensity domains during incremental ramp exercise in healthy young males. Int J Health Exerc Sport Sci (IJOSS). 2026;3(2):422-429. Available from: https://www.ijoss.org/Archive/v3-i2/ijoss-Volume3-issue2-01.pdf

References / Kaynaklar

• Algul S, Serhatlıoğlu S, Ozcelik O. Work rate to heart rate ratio is an effective method for calculating anaerobic threshold during incremental exercise. Fırat Univ Health Sci Med J. 2015;29(3):117-22.
• Beaver WL, Wasserman K, Whipp BJ. A new method for detecting anaerobic threshold by gas exchange. J Appl Physiol. 1986;60(6):2020-7.
• Craighead DH, Simonsen C, Legaard GE, Durrer CG, Ellingsgaard H, Nyberg A, et al. Contemporary concepts in ‘exercise as medicine’ and related fields. Exp Physiol. 2026;111(4):421-35.
• Kaya H, Özdenk Ç. Determination of fuel utulisation during subthreshold exercise indcued metabolic system activity in healthy subjects. Anatolia Sport Research 2022:3 (2), 17-22.
• Komici K, Bianco A, Cuomo A, Bianco R, Illario M, Guerra G, et al. Practical guidelines for exercise prescription in different clinical populations. Front Sports Act Living. 2026;8:1649549.
• Korzeniewski B, Rossiter HB. Skeletal muscle biochemical origin of exercise intensity domains and their relation to whole-body V̇O₂ kinetics. Biosci Rep. 2022;42(8):BSR20220798.
• Neder JA, Laveneziana P, Ward SA, Palange P. Introduction: CPET in clinical practice. Recent advances, current challenges and future directions. In: Palange P, Laveneziana P, Neder JA, Ward SA, editors. Clinical Exercise Testing. Sheffield: European Respiratory Society; 2018. p. x-xxv.
• Ozcelik O, Aslan M, Ayar A, Kelestimur H. Effects of body mass index on maximal work production capacity and aerobic fitness during incremental exercise. Physiol Res. 2004;53(2):165-70.
• Ozcelik O, Ayar A. Effect of exercise protocol on the calculation of anaerobic threshold based on heart rate-work rate relationship. Fırat Med J. 2004;9(2):40-4. (Turkish, with English title)
• Özçelik O, Çolak R: Kısa Süreli Farmakolojik Tedavinin Obezlerin Kalp Atım Rezervi ve Egzersiz Performansları Üzerine Etkileri. T Klin Med Sci. 2003; 23: 115-119.
• Özçelik O, Keleştimur H. Effects of aerobic exercise training on the heart rate-work rate relationship and estimation of anaerobic threshold in obese females. Turkish Journal of Medical Sciences 2006: 36 (3), 165-170.
• Ozcelik O, Ozkan Y, Algul S, Colak R. Beneficial effects of training at the anaerobic threshold in addition to pharmacotherapy on weight loss, body composition, and exercise performance in women with obesity. Patient Prefer Adherence. 2015;9:999-1004.
• Ozcelik O, Ward SA, Whipp BJ. Effect of altered body CO₂ stores on pulmonary gas exchange dynamics during incremental exercise in humans. Exp Physiol. 1999;84(5):999-1011.
• Ozcelik, O, Kelestimur H. Effects of acute hypoxia on the determination of anaerobic threshold using the heart rate-work rate relationships during incremental exercise tests. Physiological research 2004: 53 (1), 45-52.
• Özçelik, O., Ayan, V., & Aslan, M. (2002). Artan yüke karşı yapılan egzersiz sırasında O2 alım iş gücüarasındaki ilişki. Fırat Tıp Dergisi, 7(1), 602-607.
• Palange P, Ward SA, Carlsen KH, Casaburi R, Gallagher CG, Gosselink R, et al. Recommendations on the use of exercise testing in clinical practice. Eur Respir J. 2007;29(1):185-209.
• Poole DC, Ward SA, Gardner GW, Whipp BJ. Metabolic and respiratory profile of the upper limit for prolonged exercise in man. Ergonomics. 1988;31(9):1265-79.
• Sietsema KE, Sue DY, Stringer WW, Ward SA. Wasserman & Whipp’s Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th ed. Philadelphia: Wolters Kluwer; 2020.
• Ward SA. Determinants of the physiological systems responses to muscular exercise in healthy subjects. In: Palange P, Laveneziana P, Neder JA, Ward SA, editors. Clinical Exercise Testing. Sheffield: European Respiratory Society; 2018. p. 1-33.
• Wasserman K, Beaver WL, Whipp BJ. Gas exchange theory and the lactic acidosis (anaerobic) threshold. Circulation. 1990;81(1 Suppl):II14-30.
• Wasserman K, McIlroy MB. Detecting the threshold of anaerobic metabolism in cardiac patients during exercise. Am J Cardiol. 1964;14:844-52.
• Wasserman K, Whipp BJ. Exercise physiology in health and disease. Am Rev Respir Dis. 1975;112(2):219-49.
• Whipp BJ, Davis JA, Torres F, Wasserman K. A test to determine parameters of aerobic function during exercise. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1981;50(1):217-21.
• Whipp BJ, Ward SA, Wasserman K. Respiratory markers of the anaerobic threshold. Adv Cardiol. 1986;35:47-64.
• Whipp BJ. Domains of aerobic function and their limiting parameters. In: Steinacker JM, Ward SA, editors. The Physiology and Pathophysiology of Exercise Tolerance. New York: Plenum Press; 1996. p. 83-89.