Article de méthode

Détermination de la contribution des systèmes d'énergie pendant l'exercice

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DOI :

10.3791/3413

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20 mars 2012

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1Laboratory of Applied Nutrition, School of Physical Education and Sport, University of Sao Paulo, 2Aerobic Performance Research Group, School of Physical Education and Sport, University of Sao Paulo, 3Laboratory of Neuromuscular Adaptations to Strength Training, School of Physical Education and Sport, University of Sao Paulo, 4Martial Arts and Combat Sports Research Group, School of Physical Education and Sport, University of Sao Paulo

Dans cet article

Résumé

Ce protocole permet chercheurs se sont concentrés sur l'exercice et des sciences du sport afin de déterminer la contribution relative des trois différents systèmes énergétiques de la dépense énergétique totale au cours d'une grande variété d'exercices.

Résumé

Un des aspects les plus importants de la demande métabolique est la contribution relative des systèmes énergétiques à l'énergie totale nécessaire pour pratiquer une activité physique. Bien que certains sports sont relativement faciles à reproduire dans un laboratoire (par exemple, course et vélo), un certain nombre de sports sont beaucoup plus difficiles à reproduire et a étudié dans des situations contrôlées. Cette méthode présente la façon d'évaluer la contribution différentielle des systèmes énergétiques dans les sports qui sont difficiles à imiter dans des conditions de laboratoire contrôlées. Les concepts présentés ici peuvent être adaptés à pratiquement n'importe quel sport.

Les variables suivantes physiologiques seront nécessaires: la consommation d'oxygène reste, la consommation d'oxygène exercice, la consommation d'oxygène post-exercice, la concentration de lactate reste plasma et post-exercice lactate plasmatique maximale. Pour calculer la contribution du métabolisme aérobie, vous aurez besoin de la consommation d'oxygène au repos et pendant l'exercice. En utilisant leProcédé trapézoïdale, calculer l'aire sous la courbe de consommation d'oxygène pendant l'exercice, en soustrayant la zone correspondant à la consommation d'oxygène de repos. Pour calculer la contribution du métabolisme anaérobie alactique, la courbe post-exercice consommation d'oxygène doit être ajustée à un mono ou un modèle bi-exponentielle (choisi par le mieux adapté à). Ensuite, utilisez les termes de l'équation ajustée pour calculer le métabolisme anaérobie alactique, comme suit: ATP-CP métabolisme = A 1 (ml s -1.) Xt 1 (s). Enfin, pour calculer la contribution du système anaérobie lactique, le lactate plasmatique maximale de multiplier par 3 et par la masse corporelle de l'athlète (le résultat en ml est ensuite converti en L et en kJ).

La méthode peut être utilisée pour l'exercice à la fois continue et discontinue. C'est une approche très intéressante car elle peut être adaptée à des exercices et des sports qui sont difficiles à être imité dans des environnements contrôlés. En outre, c'est le seul unméthode vailable capable de distinguer la contribution de trois différents systèmes énergétiques. Ainsi, la méthode permet l'étude du sport avec une grande similitude à des situations réelles, en fournissant souhaitable validité écologique à l'étude.

Protocole

Introduction

L'énergie nécessaire pour soutenir un effort physique provient de deux sources métaboliques: le métabolisme aérobie et anaérobie. Bien que le métabolisme aérobie est plus efficace que le métabolisme anaérobie (c'est à dire qu'il produit une plus grande quantité d'ATP par mole de substrat), la production d'énergie par le métabolisme anaérobie peut fournir une grande quantité d'énergie dans un laps de temps très court. C'est peut-être décisive pour toute situation qui nécessite des mouvements extrêmement rapides.

Chaque sport a des caractéristiques spécifiques en termes de motricité qui lui confèrent des demandes uniques physiologiques et métaboliques pour ce sport particulier. L'aspect le plus important de la demande métabolique est la contribution relative des systèmes énergétiques à l'énergie totale nécessaire à l'activité. Pour déterminer la demande spécifique de chaque sport est crucial pour le développement de modèles de formation optimisés, les stratégies nutritionnelles et les aides ergogéniques qui peuvent maximiser uneperformances thletic.

Certains sports sont relativement faciles à reproduire en laboratoire, il est donc possible de créer un environnement contrôlé dans lequel les athlètes peuvent être évalués. C'est le cas de la course et le vélo, par exemple. Mouvements prévisibles de composer ces sports et, par conséquent, ils sont faciles à étudier. Utilisation d'un équipement simple, il est possible d'imiter assez exactement les mêmes mouvements que les athlètes effectuent dans des situations réelles, telles que la formation et des concours. En effet, ces sports ont été plus largement étudié par les scientifiques d'exercice et a bénéficié d'une littérature plus complète et scientifique fiable.

D'autre part, un certain nombre de sports sont beaucoup plus difficiles à reproduire en laboratoire. Ces sports sont imprévisibles et dépendent des actions du partenaire (s) et adversaire (s). Cela conduit à une incapacité à reproduire fidèlement les conditions de concurrence dans le laboratoire et une incapacité à Assess ces athlètes dans le domaine au cours de la formation ou la concurrence. Peut-être à cause de ces problèmes, ils ont reçu beaucoup moins d'attention des scientifiques. C'est le cas de la majorité des sports d'équipe et de nombreux sports individuels 1.

Compte tenu de ces aspects, nous avons cherché à décrire la façon d'évaluer la contribution différentielle des systèmes énergétiques dans les sports qui sont difficiles à reproduire dans des conditions de laboratoire contrôlées. Parce que le judo est un sport très complexe et imprévisible, nous allons utiliser le judo comme un exemple. Cependant, les concepts présentés ici peuvent être adaptées à un certain nombre de sports différents.

1. Mesures physiologiques at Rest

  1. Mesurer la masse corporelle de l'athlète avant qu'il / elle initie l'exercice.
  2. Avant de commencer l'exercice, prélever un petit échantillon de sang de repos de lobe de l'oreille ou le bout du doigt et de le conserver sur la glace jusqu'à ce que toute la procédure expérimentale est terminée.
  3. Après, placer le calibrated analyseur de gaz portable à la position la plus commode, qui dépend des mouvements que l'athlète se produira, et la consommation d'oxygène de repos ou d'enregistrement de référence pour cinq minutes. Au cours de la mesure de référence, l'athlète doit rester debout tranquille sur ses pieds (si l'exercice sera effectué en position debout) ou assis dans l'équipement qui sera utilisé (si l'exercice sera effectué dans un bicyclette ergométrique ou dans tout équipement similaire).

2. Les mesures physiologiques au cours de l'exercice

  1. Après avoir recueilli un échantillon de sang de repos et de repos la consommation d'oxygène, vous pouvez demander à l'athlète de commencer l'exercice spécifique que vous étudiez. L'analyseur de gaz portable doit être placé dans une position qui ne sera atteinte à l'exercice et que l'exercice ne sera pas endommager le matériel. Continuer mesurer la consommation d'oxygène pendant toute la période de l'exercice.

3. Mesures physiologiques après l'exercice

  • Après la collecte de données d'exercices consommation d'oxygène, garder la consommation d'oxygène d'enregistrement pour une dizaine de minutes avant d'éteindre l'équipement vers le bas. Toujours recalibrer l'analyseur de gaz si plus d'un athlète est en cours d'évaluation dans la même journée.
  • Afin d'identifier le lactate plasmatique maximale après l'exercice, de recueillir de petits échantillons sanguins immédiatement après quelques minutes d'exercice, trois, cinq et sept après l'exercice. Gardez-les sur de la glace jusqu'à l'analyse.

    • 4. Blood Samples traitement et de détermination de pointe Lactate Plasma

    1. Tous les échantillons sanguins doivent être placés dans des microtubes contenant un volume similaire d'une solution à 2% de NaF (par exemple, si vous collectez 25 uL de sang, le placer dans 25 pi de 2% de NaF).
    2. Lorsque la collecte des données est terminée, séparer le plasma des globules rouges en faisant tourner les échantillons pendant 5 minutes à 2000 g à 4 ° C.
    3. Lactate plasmatique peut être déterminée par une variété de methods2, 3. Dans notre laboratoire, nous utilisons la meth électrochimiqueod à l'aide d'un analyseur de lactate automatisée (Yellow Springs 1500 Sport, dans l'Ohio).

    5. Calculs

    1. Calculer l'énergie nette produite par le métabolisme aérobie en soustrayant la consommation d'oxygène reste de la consommation d'oxygène de l'exercice. La consommation d'oxygène au repos est obtenu en multipliant la moyenne des 30 dernières secondes de la consommation d'oxygène de référence au moment où la durée totale de l'exercice. Ensuite, calculer l'aire sous la courbe de consommation d'oxygène exercice en utilisant la méthode des trapèzes. Enfin, il faut soustraire la consommation en oxygène au repos à partir de la consommation d'oxygène de l'exercice.
    2. La contribution du métabolisme anaérobie alactique (c.-à-la voie ATP-CP) peut être considéré comme la composante rapide de la consommation d'oxygène en excès post-exercice 4-6, comme illustré à la figure 1. Calculer l'énergie produite par le système alactique par emboîtement la cinétique de la consommation d'oxygène post-exercice à un bi-ou un monoexponentiAl courbe. Cela peut être fait à l'aide d'un logiciel de mathématiques »(par exemple la version d'origine Microcal 7,0). Choisissez par la courbe mono-ou bi-exponentielle basé sur le modèle qui correspond le mieux à votre ensemble de données (c.-à-la plus faible résidu). Ensuite, utilisez les conditions prévues par l'équation ajustée (équation 1) pour calculer la contribution alactique selon l'équation 2.
      Fgiure 1
      Figure 1. Illustration schématique d'une courbe de consommation d'oxygène typique obtenue au repos, pendant et après l'exercice.
      L'équation 1:
      Équation 1
      Équation 2:
      Équation 2
      où V O2 (t) est la consommation d'oxygène à l'instant t, V O2baseline est la consommation d'oxygène au départ, A est l'amplitude, δ est le temps de retard, τ est une constante de temps,et 1 et 2 représentent les composantes rapide et lente, respectivement.
    3. Pour calculer la contribution du système anaérobie lactique, il est supposé que 1 mM de lactate au-dessus des valeurs de repos correspond à 3 ml d'oxygène consommée par kilogramme de poids corporel mass7. Ainsi, le calcul du delta pic plasmatique de lactate (c.-à-pic plasmatique de lactate moins lactatémie de repos) et le multiplier par 3 et par la masse corporelle de l'athlète. La valeur obtenue de l'oxygène dans ml est ensuite converti en L et à l'énergie (kJ), en supposant que chaque L 1 de O 2 est égale à 20,92 kJ.
    4. Enfin, le résultat obtenu par chaque système énergétique se résume ainsi vous avez la dépense énergétique totale au cours de l'activité et la contribution relative de chacun de système peut être calculée.

    6. Les résultats représentatifs

    La figure 2 illustre une courbe représentative de la consommation d'oxygène au repos, pendant l'exercice et après l'exercice. Dans leexemple utilisé ici, les athlètes effectué trois techniques différentes de judo (o-uchi-gari, harai-goshi et seoi-nage) pour cinq minutes (un lancer tous les s 15) 8. Il s'agit d'une réponse typique à un exercice intermittent. Après les calculs, nous avons obtenu les résultats définitifs sur la contribution des systèmes énergétiques au cours des exercices de judo (tableau 1).

    Des résultats représentatifs supplémentaires sont affichées dans le tableau 2. Dans cet exemple, les grimpeurs à l'intérieur de différents niveaux concurrentiels (c.-à-récréatif vs élite) ont été évalués au cours d'une voie de montée de faible difficulté. Les résultats individuels pour un athlète d'élite et un athlète amateur sont présentés (tableau 2).

    Seoi-nague Harai-goshi O-uchi-gari
    kJ % kJ % kJ %
    Anaérobie alactique 46 ± 20 16,3 ± 2,8 43 ± 21 16,1 ± 2,7 36 ± 22 14,6 ± 2,8
    Aérobique 223 ± 66 82,2 ± 2,9 211 ± 66 82,3 ± 3,8 196 ± 74 84,0 ± 3,8
    Anaérobie lactique 4 ± 2 1,5 ± 0,7 5 ± 5 1,6 ± 1,4 4 ± 4 1,5 ± 1,1
    Total 273 ± 86 - 259 ± 91 - 237 ± 99 -
    Totale (kJ / min) 51,9 ± 8,7 - 49,4 ± 8,9 - 45,3 ± 19,6 -

    Tableau 1. Les résultats représentatifs de la dépense énergétique totale et la contribution des systèmes énergétiques au cours de trois exercices différents de judo.

    Niveau de compétition Aérobie (%) Anaérobie lactique (%) Anaérobie alactique (%) Total (kJ) Total (kJ / s)
    Élite 40 8 52 70,4 1,00
    De loisirs 40 15 45 96,1 1,15

    Tableau 2. Représentant des données individuelles de la dépense énergétique totale et la contribution des systèmes énergétiques au cours d'une voie de montée de faible difficulté.

    Figure 2
    Figure 2. Les résultats représentatifs obtenus lors d'un exercice de judo de 5 minutes.

    Discussion

    La méthode que nous avons montré le lièvre peut être utilisée pour l'exercice à la fois continue et discontinue. Le grand avantage de cette méthode est qu'elle peut être adaptée à des exercices et des sports qui sont difficiles à être imité dans les paramètres de laboratoire contrôlées. En outre, c'est la seule méthode disponible capable de distinguer la contribution de trois différents systèmes énergétiques. Ainsi, la méthode permet l'étude du sport avec une grande similitude à des situations réelles, en fournissant souhaitable validité écologique de l'étude 9. Par exemple, une étude récente de Mello et al. 10 a montré que la contribution de la glycolyse dans un 2000 m sur les course d'aviron de l'eau est de seulement 7%, ce qui signifie que la performance dépend principalement de l'aviron sur le métabolisme aérobie. De même, une étude réalisée par Beneke et al 4 a confirmé que la principale source d'énergie pendant l'un des tests les plus utilisés anaérobies, le test de Wingate anaérobie, est le métabolisme anaérobie (20% aérobie;. De 30% alaCTIC et 50% de la glycolyse). Des études récentes de notre groupe ont également caractérisé les apports énergétiques de d'escalade intérieur 6 et le judo 8, comme indiqué dans cet exemple. En effet, les connaissances sur la contribution énergétique est essentielle pour le développement de stratégies ergogéniques, organisme de formation ou même pour la validation d'un test.

    Cette méthode présente certaines limites. Tout d'abord, le coût de l'équipement est un peu élevé, et spécialisés du personnel qualifié sont nécessaires. Deuxièmement, bien que la plupart des sports peuvent être imitées avec cette technique, il n'est pas n'importe quel type d'exercice qui peut être étudiée en utilisant l'analyseur de gaz portatif. Enfin, sous forme de lactate plasmatique ne représente pas exactement le lactate totale produite par le muscle squelettique lors de l'activité, les résultats obtenus par cette procédure peut être considéré comme un estimative de la demande métabolique pendant l'exercice, plutôt que d'une quantification précise de l'apport énergétique. Néanmoins, c'est le seul validé moiDThO disponible 11 capable de distinguer la contribution des trois différents systèmes énergétiques.

    Déclarations de divulgation

    Les auteurs déclarent n'avoir aucun conflit d'intérêt concernant cette étude.

    Remerciements

    Nous remercions à Fabiana Benatti pour son aimable collaboration dans la vidéo. Nous remercions également la FAPESP (# 2007/51228-0) et le CNPq (# 300133/2008-1) pour le soutien à nos recherches sur ce domaine.

    Matériaux

    Liste des matériaux utilisés dans cet article
    NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
    Nom du réactif Entreprise Commentaires
    YSI 1500 Sport Yellow Springs Cet équipement permet une détermination rapide et facile plasma lactate
    K4 b2 Cosmed Cet équipement est essentiel pour mesurer la consommation d'oxygène tout au long de l'exercice
    Software 6.0 MicroCal Origine Ce logiciel (ou tout autre avec des capacités similaires) sera utile pour les calculs

    Références

    1. Franchini, E., Del Vecchio, F. B., Matsushigue, K. A. Physiological profiles of elite judo athletes. Sports Med. 41, 147-166 (2011).
    2. Bergmeyer, H. U., Bergmeyer, J., Grassl, M. Methods of enzymatic analysis. , Academic Press. New York. (1983).
    3. Passonneau, J. V., Lowry, O. H. Enzymatic Analysis. A Practical Guide. , Humana Press. Totowa, New Jersey. (1993).
    4. Beneke, R., Pollmann, C., Bleif, I. How anaerobic is the Wingate Anaerobic Test for humans. Eur. J. Appl. Physiol. 87, 388-392 (2002).
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    6. Bertuzzi, R. C. D., Franchini, E., Kokubun, E. Energy system contributions in indoor rock climbing. Eur. J. Appl. Physiol. 101, 293-300 (2007).
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    9. Calmet, M. Developing ecological research in judo. Percept. Mot. Skills. 105, 646-648 (2007).
    10. Mello, F. D., Bertuzzi, R. C., Grangeiro, P. M. Energy systems contributions in 2,000 m race simulation: a comparison among rowing ergometers and water. Eur. J. Appl. Physiol. 105, 615-619 (2009).
    11. Bertuzzi, R. C., Franchini, E., Ugrinowitsch, C. Predicting MAOD using only a supramaximal exhaustive test. Int. J. Sports Med. 31, 477-481 (2010).

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    Mots-clés

    Contribution des syst mes nerg tiquesCalcul du m tabolisme a robieM tabolisme ana robie alactiqueM tabolisme ana robie lactiqueMesure de la consommation d oxyg neAnalyse du lactate plasmatiqueApplication de la m thode des trap zesAjustement de courbe exponentielleAnalyseur de gaz portableMesure lectrochimique du lactate

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