Name: Określanie wkładu systemów energetycznych podczas ćwiczeń (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-03-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 15 s
Description: Odkryj metodę obliczania wkładu systemów energetycznych podczas ćwiczeń w sporcie. Protokół wykorzystuje analizę zużycia tlenu i stężenia laktozu w plazmie krwi.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Fabianie Benatti za uprzejmą współpracę przy nagraniu filmu. Dziękujemy również FAPESP (#2007/51228-0) oraz CNPq (#300133/2008-1) za wsparcie naszych badań w tej dziedzinie.

Wstęp
Energia niezbędna do podtrzymania wysiłku fizycznego pochodzi z dwóch źródeł metabolicznych: metabolizmu tlenowego i beztlenowego. Choć metabolizm tlenowy jest bardziej wydajny niż beztlenowy (tj. produkuje większą ilość ATP na mol substratu), wytwarzanie energii poprzez metabolizm beztlenowy pozwala na uzyskanie dużej ilości energii w bardzo krótkim czasie. Może to mieć decydujące znaczenie w każdej sytuacji wymagającej niezwykle szybkich ruchów.
Każda dyscyplina sportowa posiada specyficzne cechy w zakresie sprawności ruchowej, które generują unikalne wymagania fizjologiczne i metaboliczne charakterystyczne dla danej dyscypliny. Najważniejszym aspektem zapotrzebowania metabolicznego jest względny udział poszczególnych systemów energetycznych w całkowitej energii wymaganej do wykonania danej aktywności. Określenie specyficznych wymagań każdej dyscypliny sportowej jest kluczowe dla opracowania zoptymalizowanych modeli treningowych, strategii żywieniowych oraz środków ergogennych, które mogą zmaksymalizować osiągnięcia sportowe.
Niektóre dyscypliny sportowe są stosunkowo łatwe do odtworzenia w warunkach laboratoryjnych, co umożliwia stworzenie kontrolowanego środowiska do oceny sportowców. Dotyczy to na przykład biegania i kolarstwa. Sporty te składają się z przewidywalnych ruchów, dzięki czemu są łatwe do zbadania. Przy użyciu prostego sprzętu można dość dokładnie odwzorować ruchy, które sportowcy wykonują w rzeczywistych sytuacjach, takich jak treningi i zawody. W rzeczywistości dyscypliny te były szerzej badane przez naukowców zajmujących się fizjologią wysiłku, co przełożyło się na powstanie bardziej kompletnej i wiarygodnej literatury naukowej. 
Z drugiej strony, liczba dyscyplin sportowych, których znacznie trudniej odtworzyć w warunkach laboratoryjnych, jest spora. Sporty te są nieprzewidywalne i zależne od działań partnerów oraz przeciwników. Prowadzi to do niemożności dokładnego odtworzenia warunków rywalizacji w laboratorium oraz braku możliwości oceny tych sportowców w terenie, zarówno podczas treningu, jak i zawodów. Być może ze względu na te problemy, dyscypliny te poświęcały naukowcy znacznie mniej uwagi. Dotyczy to większości sportów zespołowych oraz wielu sportów indywidualnych1.
Biorąc pod uwagę te aspekty, naszym celem było opisanie sposobu oceny zróżnicowanego wkładu systemów energetycznych w dyscyplinach sportowych, które są trudne do odwzorowania w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ponieważ judo jest sportem bardzo złożonym i nieprzewidywalnym, posłużymy się nim jako przykładem. Przedstawione tutaj koncepcje mogą być jednak dostosowane do wielu różnych dyscyplin sportowych.
1. Pomiary fizjologiczne w spoczynku
<ol>
 <li>Zmierz masę ciała sportowca przed rozpoczęciem ćwiczeń.</li>
 <li>Przed rozpoczęciem ćwiczeń pobierz niewielką próbkę krwi spoczynkowej z płatka ucha lub opuszki palca i przechowuj ją w lodzie do zakończenia całej procedury eksperymentalnej.</li>
 <li>Następnie umieść skalibrowany przenośny analizator gazów w najdogodniejszej pozycji, zależnie od ruchów, które będzie wykonywać sportowiec, i zarejestruj spoczynkowe lub bazowe zużycie tlenu przez pięć minut. Podczas pomiaru bazowego sportowiec musi pozostać w bezruchu, stojąc na nogach (jeśli ćwiczenia będą wykonywane w pozycji stojącej) lub siedząc na urządzeniu, które będzie wykorzystywane (jeśli ćwiczenia będą wykonywane na cykloergometrze lub innym podobnym urządzeniu).</li>
</ol>
2. Pomiary fizjologiczne podczas wysiłku fizycznego
<ol>
 <li>Po pobraniu próbki krwi spoczynkowej i pomiarze spoczynkowego poboru tlenu, można poprosić sportowca o rozpoczęcie konkretnego ćwiczenia będącego przedmiotem badania. Przenośny analizator gazowy należy umieścić w pozycji, która nie będzie przeszkadzać w wykonywaniu ćwiczenia i która zapobiegnie uszkodzeniu sprzętu podczas jego trwania. Należy kontynuować pomiar poboru tlenu przez cały okres trwania ćwiczenia.</li>
</ol>
3. Pomiary fizjologiczne po wysiłku
<ol>
 <li>Po zebraniu danych dotyczących poboru tlenu podczas wysiłku, należy kontynuować pomiary poboru tlenu przez dziesięć minut przed wyłączeniem urządzenia. Zawsze należy ponownie skalibrować analizator gazów, jeśli tego samego dnia ocenianych jest więcej niż jeden sportowiec.</li>
 <li>W celu zidentyfikowania szczytowego stężenia mleczanu w osoczu po wysiłku, należy pobrać małe próbki krwi bezpośrednio po wysiłku oraz w trzeciej, piątej i siódmej minucie po jego zakończeniu. Próbki należy przechowywać w lodzie do momentu analizy.</li>
</ol>
4. Przetwarzanie próbek krwi i oznaczenie szczytowego stężenia mleczanu w osoczu
<ol>
 <li>Wszystkie próbki krwi należy umieścić w mikroprobówkach zawierających analogiczną objętość 2% roztworu NaF (np. jeśli pobierane jest 25 μL krwi, należy umieścić ją w 25 μL 2% NaF).</li>
 <li>Po zakończeniu gromadzenia danych należy oddzielić osocze od erytrocytów poprzez wirowanie próbek przez 5 minut przy 2000 g w temperaturze 4°C.</li>
 <li>Poziom mleczanów w osoczu można oznaczyć za pomocą różnych metod2,3. W naszym laboratorium stosujemy metodę elektrochemiczną z wykorzystaniem zautomatyzowanego analizatora mleczanów (Yellow Springs 1500 Sport, Ohio).</li>
</ol>
5. Obliczenia
<ol>
 <li>Oblicz netto energię wygenerowaną przez metabolizm tlenowy, odejmując spożycie tlenu w spoczynku od spożycia tlenu podczas wysiłku. Spożycie tlenu w spoczynku uzyskuje się poprzez pomnożenie średniej z ostatnich 30 s bazowego spożycia tlenu przez całkowity czas trwania wysiłku. Następnie, oblicz pole pod krzywą spożycia tlenu podczas wysiłku, stosując metodę trapezową. Na koniec odejmij spożycie tlenu w spoczynku od spożycia tlenu podczas wysiłku.</li>
 <li>Wkład beztlenowego metabolizmu alaktycznego (tj. ścieżki ATP-CP) można uznać za szybki komponent nadmiarowego spożycia tlenu po wysiłku4-6, co zilustrowano na Rysunku 1. Oblicz energię wytworzoną przez system alaktyczny, dopasowując kinetykę spożycia tlenu po wysiłku do krzywej bi- lub monoeksponencjalnej. Można to zrobić za pomocą oprogramowania matematycznego (np. Microcal Origin wersja 7.0). Wybierz krzywą mono- lub bieksponencjalną na podstawie modelu, który najlepiej pasuje do Twojego zestawu danych (tj. najniższa wartość residuum). Następnie wykorzystaj składniki dostarczone przez dopasowane równanie (Równanie 1), aby obliczyć wkład alaktyczny zgodnie z Równaniem 2. 
 <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig1.jpg" alt="Wykres VO2 w funkcji czasu; fazy wysiłku i po wysiłku; komponenty szybki i wolny; odpowiedź fizjologiczna." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
 Rysunek 1. Schematyczna ilustracja typowej krzywej spożycia tlenu uzyskanej w spoczynku, podczas i po wysiłku. 
 Równanie 1: 
 <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq1.jpg" alt="Równanie poboru tlenu; model eksponencjalny dla odpowiedzi VO2; analiza wzoru" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> 
 Równanie 2: 
 <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq2.jpg" alt="Wzór na wkład alaktyczny: A1 • τ1. Równanie do badania procesów fizjologicznych." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 2"> 
 gdzie VO2(t) to pobór tlenu w czasie t, VO2baseline to pobór tlenu bazowego, A to amplituda, δ to opóźnienie czasowe, τ to stała czasowa, a 1 i 2 oznaczają odpowiednio komponenty szybki i wolny.</li>
 <li>Aby obliczyć wkład beztlenowego systemu laktycznego, przyjmuje się, że 1 mM mleczanu powyżej wartości spoczynkowych odpowiada 3 mL tlenu zużytego na kilogram masy ciała7. Zatem oblicz deltę szczytowego stężenia mleczanu w osoczu (tj. szczytowe stężenie mleczanu w osoczu minus stężenie mleczanu w osoczu w spoczynku), a następnie pomnóż tę wartość przez 3 oraz przez masę ciała sportowca. Uzyskaną wartość tlenu w mL przelicz następnie na L, a następnie na energię (kJ), przyjmując, że każde 1 L O2 jest równe 20,92 kJ.</li>
 <li>Na koniec sumuje się wyniki uzyskane dla każdego systemu energetycznego, aby otrzymać całkowity wydatek energetyczny podczas aktywności, po czym można obliczyć względny wkład każdego z systemów.</li>
</ol>
6. Reprezentatywne wyniki
Rysunek 2 przedstawia reprezentatywną krzywą zużycia tlenu w spoczynku, podczas wysiłku oraz po jego zakończeniu. W zastosowanym tutaj przykładzie sportowcy wykonywali trzy różne techniki judo (o-uchi-gari, harai-goshi oraz seoi-nage) przez pięć minut (jeden rzut co 15 s)8. Jest to typowa reakcja na wysiłek przerywany. Po obliczeniach otrzymaliśmy końcowe wyniki dotyczące udziału systemów energetycznych podczas ćwiczeń judo (Tabela 1).
Dodatkowe reprezentatywne wyniki przedstawiono w Tabeli 2. W tym przykładzie oceniano wspinaczy halowych o różnym poziomie zaawansowania (tj. rekreacyjnych i elity) podczas pokonywania trasy o niskim stopniu trudności. Przedstawiono wyniki indywidualne jednego sportowca z grupy elity oraz jednego sportowca rekreacyjnego (Tabela 2).
<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td rowspan="2"> </td>
 <td colspan="2">Seoi-nague</td>
 <td colspan="2">Harai-goshi</td>
 <td colspan="2">O-uchi-gari</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>kJ</td>
 <td>%</td>
 <td>kJ</td>
 <td>%</td>
 <td>kJ</td>
 <td>%</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Beztlenowy alaktyczny</td>
 <td>46 ± 20</td>
 <td>16.3 ± 2.8</td>
 <td>43 ± 21</td>
 <td>16.1 ± 2.7</td>
 <td>36 ± 22</td>
 <td>14.6 ± 2.8</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Tlenowy</td>
 <td>223 ± 66</td>
 <td>82.2 ± 2.9</td>
 <td>211 ± 66</td>
 <td>82.3 ± 3.8</td>
 <td>196 ± 74</td>
 <td>84.0 ± 3.8</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Beztlenowy laktyczny</td>
 <td>4 ± 2</td>
 <td>1.5 ± 0.7</td>
 <td>5 ± 5</td>
 <td>1.6 ± 1.4</td>
 <td>4 ± 4</td>
 <td>1.5 ± 1.1</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Suma</td>
 <td>273 ± 86</td>
 <td> - </td>
 <td>259 ± 91</td>
 <td> - </td>
 <td>237 ± 99</td>
 <td> - </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Suma (kJ/min)</td>
 <td>51.9 ± 8.7</td>
 <td> - </td>
 <td>49.4 ± 8.9</td>
 <td> - </td>
 <td>45.3 ± 19.6</td>
 <td> - </td>
 </tr>
 </tbody>
</table>
Tabela 1. Reprezentatywne wyniki całkowitego wydatku energetycznego oraz udziału systemów energetycznych podczas trzech różnych ćwiczeń judo.
<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Poziom rywalizacji</td>
 <td>Tlenowy (%)</td>
 <td>Beztlenowy mleczanowy (%)</td>
 <td>Beztlenowy bezmleczanowy (%)</td>
 <td>Suma (kJ)</td>
 <td>Suma (kJ/s)</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Elitarny</td>
 <td>40</td>
 <td>8</td>
 <td>52</td>
 <td>70.4</td>
 <td>1.00</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Rekreacyjny</td>
 <td>40</td>
 <td>15</td>
 <td>45</td>
 <td>96.1</td>
 <td>1.15</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>
Tabela 2. Reprezentatywne dane indywidualne dotyczące całkowitego wydatku energetycznego oraz udziału systemów energetycznych podczas wspinaczki na drogę o niskim stopniu trudności.
<img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig2.jpg" alt="Wykres kinetyki VO2 dla technik judo, VO2 w funkcji czasu, ilustrujący analizę zapotrzebowania tlenowego." data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Reprezentatywne wyniki uzyskane podczas 5-minutowego ćwiczenia judo.

<ol><li>Franchini, E., Del Vecchio, F. B., Matsushigue, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+profiles+of+elite+judo+athletes%5BTitle%5D)+AND+%22Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Physiological profiles of elite judo athletes.</a> Sports Med. 41, 147-166 (2011).</li>
<li>Bergmeyer, H. U., Bergmeyer, J., Grassl, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBergmeyer%2C+HU+%22Methods+of+enzymatic+analysis%22">Methods of enzymatic analysis</a>. , Academic Press. New York. (1983).</li>
<li>Passonneau, J. V., Lowry, O. H. Enzymatic Analysis. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPassonneau%2C+JV+%22A+Practical+Guide%22">A Practical Guide</a>. , Humana Press. Totowa, New Jersey. (1993).</li>
<li>Beneke, R., Pollmann, C., Bleif, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+anaerobic+is+the+Wingate+Anaerobic+Test+for+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">How anaerobic is the Wingate Anaerobic Test for humans.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 87, 388-392 (2002).</li>
<li>Beneke, R., Beyer, T., Jachner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energetics+of+karate+kumite%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Energetics of karate kumite.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 92, 518-523 (2004).</li>
<li>Bertuzzi, R. C. D., Franchini, E., Kokubun, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+system+contributions+in+indoor+rock+climbing%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Energy system contributions in indoor rock climbing.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 101, 293-300 (2007).</li>
<li>di Prampero, P. E., Ferretti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+energetics+of+anaerobic+muscle+metabolism%3A+a+reappraisal+of+older+and+recent+concepts%5BTitle%5D)+AND+%22Respir.+Physiol%22%5BJournal%5D)">The energetics of anaerobic muscle metabolism: a reappraisal of older and recent concepts.</a> Respir. Physiol. 118, 103-115 (1999).</li>
<li>Franchini, E., Bertuzzi, R. C. D., Degaki, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+Expenditure+in+Different+Judo+Throwing+Techniques.+Proceedings+of+first+joint+international+pre-Olympic+conference+of+sports+science+and+sports+engineering%2C+vol+II%5BTitle%5D)+AND+%22Bio-mechanics+and+sports+engineering%22%5BJournal%5D)">Energy Expenditure in Different Judo Throwing Techniques. Proceedings of first joint international pre-Olympic conference of sports science and sports engineering, vol II.</a> Bio-mechanics and sports engineering. , 55-60 (2008).</li>
<li>Calmet, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developing+ecological+research+in+judo%5BTitle%5D)+AND+%22Percept.+Mot.+Skills%22%5BJournal%5D)">Developing ecological research in judo.</a> Percept. Mot. Skills. 105, 646-648 (2007).</li>
<li>Mello, F. D., Bertuzzi, R. C., Grangeiro, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+systems+contributions+in+2%2C000+m+race+simulation%3A+a+comparison+among+rowing+ergometers+and+water%5BTitle%5D)+AND+%22+Eur.+J.+Appl.+Physiol%22%5BJournal%5D)">Energy systems contributions in 2,000 m race simulation: a comparison among rowing ergometers and water.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 105, 615-619 (2009).</li>
<li>Bertuzzi, R. C., Franchini, E., Ugrinowitsch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+MAOD+using+only+a+supramaximal+exhaustive+test%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Predicting MAOD using only a supramaximal exhaustive test.</a> Int. J. Sports Med. 31, 477-481 (2010).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie występuje konflikt interesów w związku z niniejszym badaniem.

Przedstawiona tutaj metoda może być stosowana zarówno w przypadku wysiłku ciągłego, jak i przerywanego. Ogromną zaletą tej metody jest możliwość jej adaptacji do ćwiczeń i dyscyplin sportowych, które trudno odtworzyć w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ponadto jest to jedyna dostępna metoda pozwalająca na rozróżnienie wkładu trzech różnych systemów energetycznych. Dzięki temu metoda ta umożliwia badanie dyscyplin sportowych w warunkach bardzo zbliżonych do rzeczywistych, zapewniając badaniu pożądaną trafność ekologiczną9. Na przykład niedawne badanie przeprowadzone przez Mello et al.10 wykazało, że wkład glikolityczny w wyścigu wioślarskim na wodzie na dystansie 2000 m wynosi zaledwie 7%, co oznacza, że wynik w wioślarstwie zależy głównie od metabolizmu tlenowego. Podobnie badanie Beneke et al.4 potwierdziło, że głównym źródłem energii podczas jednego z najczęściej stosowanych testów beztlenowych, testu Wingate, jest metabolizm beztlenowy (20% tlenowy; 30% alaktyczny i 50% glikolityczny). W niedawnych badaniach przeprowadzonych przez nasz zespół scharakteryzowano również wkład energetyczny w wspinaczce halowej6 oraz judo8, co opisano w tym przykładzie. W rzeczywistości wiedza na temat wkładu energetycznego jest kluczowa dla opracowywania strategii ergogennych, organizacji treningów, a nawet walidacji testów.
Metoda ta posiada pewne ograniczenia. Po pierwsze, koszt sprzętu jest dość wysoki i wymagany jest wyspecjalizowany, przeszkolony personel. Po drugie, choć za pomocą tej techniki można odwzorować większość dyscyplin sportowych, nie każdy rodzaj ćwiczeń może być badany przy użyciu przenośnego analizatora gazów. Wreszcie, ponieważ poziom mleczanu w osoczu nie odzwierciedla dokładnie całkowitej ilości mleczanu produkowanego przez mięśnie szkieletowe podczas aktywności, wyniki uzyskane w tej procedurze należy traktować jako szacunek zapotrzebowania metabolicznego podczas wysiłku, a nie jako precyzyjne ilościowe określenie wkładu energetycznego. Niemniej jednak, jest to jedyna dostępna zwalidowana metoda11 zdolna do rozróżnienia wkładu trzech różnych systemów energetycznych.

<table><tbody><tr><td>YSI 1500 Sport</td><td>Yellow Springs</td><td></td><td>Urządzenie to umożliwia szybkie i łatwe oznaczenie mleczanu w osoczu</td></tr><tr><td>K4 b2</td><td>Cosmed</td><td></td><td>Urządzenie to jest niezbędne do pomiaru poboru tlenu podczas wysiłku</td></tr><tr><td>Oprogramowanie Microcal 6.0</td><td>OriginLab</td><td></td><td>To oprogramowanie (lub każde inne o podobnych możliwościach) będzie przydatne do obliczeń</td></tr></tbody></table>

wyznaczanie udziału systemów energetycznych podczas wysiłku fizycznego

Determining the Contribution of the Energy Systems During Exercise

Jednym z najważniejszych aspektów zapotrzebowania metabolicznego jest wzgludej wkład poszczególnych systemów energetycznych w całkowitą energię wymaganą do wykonania danej aktywności fizycznej. Chociaż niektóre dyscypliny sportowe są stosunkowo łatwe do odtworzenia w warunkach laboratoryjnych (np. bieganie i jazda na rowerze), wiele innych jest znacznie trudniejszych do zreprodukowania i zbadania w kontrolowanych warunkach. Niniejsza metoda przedstawia sposób oceny zróżnicowanego wkładu systemów energetycznych w dyscyplinach sportowych, które trudno jest odwzorować w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Przedstawione tutaj koncepcje można dostosować do niemal każdego sportu.
Konieczne będą następujące zmienne fizjologiczne: pobór tlenu w spoczynku, pobór tlenu podczas wysiłku, pobór tlenu po wysiłku, stężenie mleczanu w osoczu w spoczynku oraz szczytowe stężenie mleczanu w osoczu po wysiłku. Aby obliczyć wkład metabolizmu tlenowego, potrzebny będzie pobór tlenu w spoczynku oraz podczas wysiłku. Korzystając z metody trapezów, należy obliczyć pole pod krzywą poboru tlenu podczas wysiłku, odejmując od niego pole odpowiadające poborowi tlenu w spoczynku. Aby obliczyć wkład beztlenowego metabolizmu alaktycznego, krzywą poboru tlenu po wysiłku należy dopasować do modelu mono- lub biekspoencjalnego (wybierz model, który lepiej pasuje do danych). Następnie, wykorzystując składniki dopasowanego równania, oblicz metabolizm beztlenowy alaktyczny według wzoru: metabolizm ATP-CP = A1 (mL . s-1) x t1 (s). Na koniec, aby obliczyć wkład beztlenowego systemu laktatycznego, pomnóż szczytowe stężenie mleczanu w osoczu przez 3 oraz przez masę ciała sportowca (wynik w mL należy następnie przeliczyć na L, a potem na kJ).
Metoda ta może być stosowana zarówno w przypadku wysiłku ciągłego, jak i przerywanego. Jest to bardzo interesujące podejście, ponieważ można je dostosować do ćwiczeń i dyscyplin sportowych, których trudno jest odwzorować w kontrolowanych warunkach. Ponadto jest to jedyna dostępna metoda zdolna do rozróżnienia udziału trzech różnych systemów energetycznych. Dzięki temu metoda ta pozwala na badanie sportów w sposób wysoce zbliżony do sytuacji rzeczywistych, zapewniając badaniu pożądaną trafność ekologiczną.

Niniejszy protokół umożliwia badaczom zajmującym się naukami o sporcie i wysiłku fizycznym określenie względnego udziału trzech różnych systemów energetycznych w całkowitym wydatku energetycznym podczas szerokiej gamy ćwiczeń.

Wyznaczanie udziału systemów energetycznych podczas wysiłku fizycznego

Jednym z najważniejszych aspektów zapotrzebowania metabolicznego jest względny wkład poszczególnych systemów energetycznych w całkowitą energię wymaganą do danego...

Witajcie, jestem dr Emerson Frank. Nasza grupa przedstawia sposób określania systemów energetycznych w sportach, których trudno jest odtworzyć w kontrolowanych warunkach, takich jak laboratoria fizjologii wysiłku. Każdy sport posiada specyficzne cechy, które wiążą się z różnymi wymaganiami metabolicznymi.Jednym z najważniejszych aspektów zapotrzebowania metabolicznego jest wzglগতny wkład systemów energetycznych, a mianowicie tlenowego, beztlenowego mleczanowego oraz beztlenowego niemleczanowego. Niektóre dyscypliny sportowe mogą być stosunkowo łatwo odwzorowane, a tym samym badane w warunkach laboratoryjnych, ponieważ mają charakter cykliczny i przewidywalny. Z drugiej strony, niektóre sporty są nieprzewidywalne i zależne od złożonych interakcji między członkami zespołu i/lub przeciwnikami.Dotyczy to większości sportów drużynowych, jak i wielu dyscyplin sportów indywidualnych. W tej części pokażemy, w jaki sposób można ocenić względny wkład systemów energetycznych podczas wysiłku. Chociaż metoda ta nadaje się do każdego rodzaju aktywności, podkreślimy jej zastosowanie w przypadku elementów nieprzewidywalnych, ze względu na ich specyficzną charakterystykę.Judo posłuży jako przykład adaptacji procedury. W zależności od ruchów sportowca, badacze zajmujący się innymi dyscyplinami sportowymi mogą z łatwością dostosować tę procedurę do swoich potrzeb. Na podstawie przedstawionych tutaj informacji ocenie zostaną poddane następujące zmienne fizjologiczne.Spoczynek, pobór tlenu, wysiłek, pobór tlenu, po wysiłku, pobór tlenu, spoczynkowe stężenie mleczanu w osoczu, po wysiłku, szczytowe stężenie mleczanu w osoczu. Najpierw należy pobrać próbkę krwi spoczynkowej i mierzyć pobór tlenu w spoczynku przez co najmniej pięć minut. Pobór tlenu podczas ostatnich 30 sekund tego okresu służy do obliczenia wartości bazowej oraz udziału metabolizmu tlenowego. W celu pobrania próbki krwi pobiera się niewielką objętość krwi kapilarnej z płatka małżowiny usznej lub z opuszki palca; po pobraniu, przy użyciu mikropipety, znaną objętość krwi przenosi się do takiej samej objętości 1% roztworu fluorku sodu. Wysiłek.Zużycie tlenu należy zmierzyć za pomocą przenośnego analizatora gazów, który umożliwia pomiar zużycia tlenu w każdym oddechu. Należy założyć maskę i upewnić się, że jest ona szczelnie dopasowana, aby zapobiec wyciekom wydychanego powietrza.Przed rozpoczęciem gromadzenia danych należy zawsze skalibrować sprzęt zgodnie z instrukcjami producenta. Zazwyczaj sprzęt umieszcza się na plecach sportowca. Jednak w przypadku dyscyplin złożonych położenie sprzętu musi zostać dostosowane przy użyciu judo.Przykładowo, jeśli technika wymaga kontaktu grzbietowego, urządzenie umieszcza się na klatce piersiowej. Jeśli technika wymaga kontaktu przedniego, urządzenie umieszcza się na plecach. Postępować należy analogicznie w przypadku, gdy plecy dotykają podłoża.Jeśli technika wymaga kontaktu bocznego, sprzęt umieszcza się po przeciwnej stronie bocznej. Dzięki kilku adaptacjom zasad rywalizacji możliwe jest stworzenie ćwiczenia, w którym sportowiec jest poddany obciążeniom bardzo zbliżonym do tych występujących w sporcie. Na przykład w tym przypadku symulujemy walkę w judo, aby uniknąć uszkodzenia sprzętu.Przeciwnik nie wykonuje żadnego skutecznego rzutu. Ponadto zawodnik poddawany ocenie nie może wykonać żadnego rzutu wymagającego kontaktu grzbietem. Po zakończeniu gromadzenia danych będziemy gotowi do rozpoczęcia procedur obliczania wkładu energetycznego.Przeanalizujmy sposób wykonania tej procedury. Najpierw należy zmierzyć poziom mleczanów w osoczu; odwiruj krew, aby oddzielić osocze od erytrocytów. Następnie poziom mleczanów w osoczu można zmierzyć spektrometrycznie, fotometrycznie, fluorometrycznie lub elektrochemicznie.W naszym laboratorium zazwyczaj stosujemy metodę elektrochemiczną z wykorzystaniem zautomatyzowanego analizatora mleczanów. Wynik jest natychmiast wyświetlany na małym ekranie, a następnie musi zostać skorygowany o czynnik rozcieńczenia. Jest to typowa krzywa zużycia tlenu w spoczynku lub bazowa podczas wysiłku oraz po wysiłku.Przy dokładnej analizie krzywej po wysiłku można dostrzec dwa różne komponenty: komponent szybki oraz komponent wolny. Aby obliczyć wkład metabolizmu tlenowego w całkowite wydatki energetyczne podczas ćwiczeń, należy wyznaczyć wartość bazową lub spoczynkową poboru tlenu. Można to zrobić, obliczając średnią z ostatnich 30 sekund krzywej.Następnie otrzymaną wartość pomnóż przez całkowity czas wysiłku. Na przykład, jeśli czas trwania ćwiczeń wynosił pięć minut, pomnóż spoczynkowe zużycie tlenu przez pięć. Wyznacz całkowite zużycie tlenu podczas wysiłku, obliczając pole pod krzywą zużycia tlenu podczas ćwiczeń.Aby obliczyć pole pod krzywą, należy zastosować metodę trapezów. Następnie od poboru tlenu podczas wysiłku należy odjąć bazowy pobór tlenu. W celu obliczenia wkładu beztlenowego metabolizmu, kinetyka krzywej po wysiłku musi zostać dopasowana do modelu mono- lub wielokierunkowego wykładniczego.Używając danych uzyskanych z każdego oddechu, dopasowanych do krzywej monoeksponencjalnej oraz krzywej biekspoencjalnej. Można to przeprowadzić przy użyciu oprogramowania matematycznego. Jeśli ćwiczenie, które jest badane, ma nieznany wzorzec krzywej, należy przetestować oba modele – mono- i biekspoencjalny – aby zweryfikować, który z nich najlepiej pasuje do uzyskanych danych.W tym celu należy wykorzystać oprogramowanie do wygenerowania dopasowań mono-wykładniczych oraz bi-wykładniczych. W najlepszym modelu rzeczywista krzywa znajduje się najbliżej krzywej dopasowanej. Wykorzystując dane z krzywej rzeczywistej i dopasowanej, oblicz residuum modelu dla każdego oddechu.Polega to na odjęciu wartości dopasowanej od wartości rzeczywistej i podniesieniu wyniku do kwadratu. Po obliczeniu residuów dla każdego punktu krzywej, zarówno dla dopasowania mono- jak i bieksponecjalnego, należy sprawdzić za pomocą testu F, czy residua różnią się pomiędzy modelami. Za najlepszy model uznaje się ten, który wygenerował najmniejsze residuum.Jeśli nie występuje istotna różnica między modelami, należy zastosować najprostszy z nich, czyli model monoeksponencjalny. Na koniec należy wykorzystać człony równania dostarczone przez najlepiej dopasowaną krzywą, aby obliczyć wkład metabolizmu elektrycznego. Jako przykład poniżej przedstawiono równanie dla dopasowania monoeksponencjalnego.Użyto tych wartości do obliczenia beztlenowego wkładu elastycznego za pomocą następującego równania. Amplitudę A1 należy podzielić przez 60, aby przeliczyć jednostkę mililitrów na minutę na mililitry na sekundę. Aby obliczyć wkład metabolizmu mleczanowego i beztlenowego, przyjmuje się, że jeden milimol mleczanu powyżej wartości spoczynkowych odpowiada trzem mililitrom zużytego tlenu na kilogram masy ciała.W ten sposób deltę szczytowego stężenia mleczanu w osoczu, czyli różnicę między szczytowym a spoczynkowym stężeniem mleczanu w osoczu, mnoży się przez trzy oraz przez masę ciała sportowca. Wynik w mililitrach przelicza się następnie na litry, a następnie na energię, przyjmując, że każdy litr tlenu odpowiada 20,92 kilodżulom. Na koniec sumuje się wyniki otrzymane dla każdego systemu, co pozwala określić całkowity wydatek energetyczny podczas ćwiczeń oraz obliczyć względny udział każdego systemu w całkowitym zapotrzebowaniu.Przedstawiona tutaj metoda może być stosowana zarówno w przypadku ćwiczeń ciągłych, jak i przerywanych. Główną zaletą tej metody jest możliwość jej dostosowania do ćwiczeń i dyscyplin sportowych, które są trudne do odwzorowania w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ponadto jest to jedyna dostępna metoda umożliwiająca oszacowanie udziału trzech różnych systemów energetycznych.W ten sposób metoda ta pozwala na badanie reakcji fizjologicznych z dużym podobieństwem do sytuacji rzeczywistych, zapewniając pożądaną trafność ekologiczną niniejszego badania. Na przykład, w badaniu przeprowadzonym przez Benefit L potwierdzono, że głównym źródłem energii podczas jednego z najczęściej stosowanych testów beztlenowych, testu beztlenowego „wing gauge”, jest metabolizm beztlenowy. Dokładniej: 50% glikolityczny, 30% alaktyczny i 20% tlenowy.Niedawne badania przeprowadzone przez nasz zespół pozwoliły również scharakteryzować wkład energetyczny w wspinaczce boulderowej wewnątrz pomieszczeń, wioślarstwie oraz judo, co zostało przedstawione w niniejszym przykładzie. W istocie wiedza na temat wkładu energetycznego jest kluczowa dla opracowywania strategii genicznych, treningu, monitoringu, a nawet dla walidacji testu.

determining-the-contribution-of-the-energy-systems-during-exercise

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Określanie wkładu systemów energetycznych podczas ćwiczeń

Ten protokół opisuje elektromiograficzny próg zmęczenia, który rozdziela niemęczące i męczące obciążenia związane z ćwiczeniami. Informacje te można wykorzystać do opracowania bardziej zindywidualizowanego programu treningowego.

Określanie progu zmęczenia elektromiograficznego po teście wysiłkowym podczas jednej wizyty

Tutaj prezentujemy protokół oceny funkcji krążeniowo-oddechowej u obudzonych świń, w spoczynku i podczas stopniowanych ćwiczeń na bieżni. Przewlekła aparatura pozwala na wielokrotne pomiary hemodynamiczne bez wpływu kardiodepresyjnych środków znieczulających.

Chirurgiczne umieszczanie cewników do długotrwałych testów wysiłkowych układu sercowo-naczyniowego u świń

Aby ocenić reakcje dyfuzji płuc i układu naczyniowego na ćwiczenia, opisujemy technikę wielokrotnego dyfuzji tlenu w celu określenia objętości krwi włośniczkowej i zdolności dyfuzji błony, a także echokardiografię kontrastową z pobudzoną solą fizjologiczną, aby ocenić rekrutację wewnątrzpłucnych zespoleń tętniczo-żylnych.

Ocena objętości krwi włośniczkowej w naczyniach włosowatych płuc, zdolności dyfuzyjnej błony i wewnątrzpłucnych zespoleń tętniczo-żylnych podczas wysiłku fizycznego

Tutaj opisujemy proste, nieinwazyjne podejście wykorzystujące spektroskopię bliskiej podczerwieni do oceny reaktywnego przekrwienia, sprzężenia nerwowo-naczyniowego i zdolności oksydacyjnej mięśni szkieletowych podczas jednej wizyty klinicznej lub laboratoryjnej.

Sprzężenie nerwowo-naczyniowe mięśni szkieletowych, zdolność oksydacyjna i funkcja mikrokrążenia dzięki spektroskopii bliskiej podczerwieni "One Stop Shop"

Aby ocenić wpływ intensywności ćwiczeń na reakcje fizjologiczne i biologiczne, wykorzystano dwa różne protokoły testowania ćwiczeń. Opisano metody przedstawiające testy wysiłkowe na ergometrze rowerowym jako przyrostowy test maksymalnego zużycia tlenu i wytrzymałość, test wytrzymałości submaksymalnej w stanie ustalonym.

Przeprowadzanie testów wytrzymałości maksymalnej i submaksymalnej w celu zmierzenia fizjologicznych i biologicznych reakcji na ostry wysiłek fizyczny u ludzi

Tutaj prezentujemy protokoły ćwiczeń interwałowych o wysokiej intensywności i ćwiczeń ciągłych o umiarkowanej intensywności, aby obserwować reakcję stężenia krążącej troponiny sercowej T (cTnT) na ostre ćwiczenia przez 10 dni. Informacje te mogą pomóc w klinicznej interpretacji podwyższenia cTnT po wysiłku fizycznym i pomóc w przepisaniu ćwiczeń.

Wpływ ćwiczeń interwałowych o wysokiej intensywności i ćwiczeń ciągłych o umiarkowanej intensywności na poziom troponiny T w sercu na wczesnym etapie treningu

Ten protokół zintegrował spektroskopię bliskiej podczerwieni z konwencjonalnymi testami wysiłkowymi krążeniowo-oddechowymi, aby zidentyfikować udział mózgowej odpowiedzi hemodynamicznej w nietolerancji wysiłku u pacjentów z niewydolnością serca.

Integracja monitorowania wysycenia tkanki mózgowej w testach wysiłkowych krążeniowo-oddechowych u pacjentów z niewydolnością serca

W przeciwieństwie do pomiaru podczas swobodnego pływania, które stanowi nieodłączne wyzwanie i ograniczenia, określenie ważnych parametrów funkcji krążeniowo-oddechowych dla pływaków może być wykonane przy użyciu bardziej wykonalnego i łatwiejszego do zastosowania protokołu szybkiego przyrostu pływania na uwięzi z wymianą gazową i zbieraniem danych o wentylacji.

Szybko rozwijany maksymalny protokół pływania na uwięzi do oceny krążeniowo-oddechowej pływaków

Nierównowaga stanu nawodnienia może mieć krótkoterminowy wpływ na bezpośrednie i pośrednie determinanty poboru tlenu i pulsu oraz czynniki prognostyczne zachorowalności i śmiertelności w chorobie niedokrwiennej serca. Protokół ten opisuje technikę oceny stanu nawodnienia poprzez analizę wektora impedancji bioelektrycznej i odpowiedzi krążeniowo-oddechowej podczas wysiłku wysiłkowego.

Ocena stanu nawodnienia za pomocą analizy wektora impedancji bioelektrycznej u pacjentów z chorobą niedokrwienną serca poddawanych próbie wysiłkowej

Ten protokół przedstawia metodę oceny rezerwy pęcherzykowo-kapilarnej płuc mierzonej za pomocą połączonego pomiaru pojedynczego oddechu zdolności dyfuzji tlenku węgla (DL, CO) i tlenku azotu (DL, NO) podczas ćwiczeń. Założenia i zalecenia dotyczące stosowania techniki podczas ćwiczeń stanowią fundament tego artykułu.

Pomiar podwójnej zdolności dyfuzyjnej płuc gazu podczas wysiłku fizycznego u ludzi metodą pojedynczego oddechu

Ten protokół integruje technologię bliskiej spektroskopii w podczerwieni (NIRS) do oceny miejscowych zmian hematologicznych i tlenowych w korze przedczołowej, mięśniach oddechowych (m.Intercostales) i lokomotorycznych (m.Vastus Lateralis) podczas testów wysiłkowych krążeniowo-oddechowych, umożliwiając identyfikację centralnych i obwodowych czynników ograniczających wpływających na wydajność ćwiczeń.

Wykorzystanie urządzeń ubieralnych do spektroskopii bliskiej podczerwieni w celu identyfikacji ograniczeń centralnych i obwodowych podczas ćwiczeń

Odkryj metodę obliczania wkładu systemów energetycznych podczas ćwiczeń w sporcie. Protokół wykorzystuje analizę zużycia tlenu i stężenia laktozu w plazmie krwi.

Wyznaczanie udziału systemów energetycznych podczas wysiłku fizycznego

Przeglądaj więcej filmów