Wyznaczanie udziału systemów energetycznych podczas wysiłku fizycznego

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.