Определение вклада Energy Systems во время тренировки

Здравствуйте, я доктор Эмерсон Фрэнк. Наша группа продемонстрирует, как определить энергетические системы в видах спорта, которые трудно воспроизвести в контролируемых условиях, таких как лаборатории физиологии упражнений. Каждый вид спорта обладает специфическими характеристиками, которые определяют различные метаболические потребности.

Одним из наиболее важных аспектов метаболических потребностей является относительный вклад энергетических систем, а именно аэробной, лактатной и анаэробной систем. Некоторые виды спорта могут быть относительно легко имитированы и, следовательно, изучены в лабораторных условиях, поскольку они носят циклический и предсказуемый характер. С другой стороны, некоторые виды спорта непредсказуемы и зависят от сложного взаимодействия между товарищами по команде и/или противниками.

Это характерно для большинства командных видов спорта, а также для ряда индивидуальных дисциплин. В данном видео мы продемонстрируем, как можно оценить относительный вклад энергетических систем во время физической нагрузки. Хотя данный метод применим к любому виду упражнений, мы уделим особое внимание его адаптации к непредсказуемым видам активности в силу их специфических характеристик.

В качестве примера адаптации данной процедуры будет использовано дзюдо. В зависимости от движений атлета, исследователи, занимающиеся другими видами спорта, могут легко адаптировать эту процедуру под свои задачи. На основании представленных данных будут оценены следующие физиологические переменные.

Покой, потребление кислорода, физическая нагрузка, потребление кислорода, после нагрузки, потребление кислорода, концентрация лактата в плазме крови в состоянии покоя, пиковая концентрация лактата в плазме крови после нагрузки. Сначала необходимо взять пробу крови в состоянии покоя и измерять потребление кислорода в течение как минимум пяти минут. Поглощение кислорода за последние 30 секунд этого периода используется для расчета базового значения и вклада окислительного метаболизма. Для забора пробы крови берется небольшой объем капиллярной крови из мочки уха или из кончика пальца; после забора с помощью микропипетки известный объем крови помещают в такой же объем 1% раствора фторида натрия. Физическая нагрузка.

Потребление кислорода необходимо измерить с помощью портативного газоанализатора, способного фиксировать потребление кислорода в режиме каждого отдельного дыхательного цикла. Наденьте маску и убедитесь, что она плотно прилегает, чтобы исключить утечку выдыхаемого воздуха.

Перед сбором данных всегда калибруйте оборудование в соответствии с инструкциями производителя. Обычно оборудование размещают на спине атлета. Однако в сложных видах спорта положение оборудования необходимо адаптировать, используя дзюдо.

Например, если методика требует дорсального контакта, оборудование располагается на груди. Если методика требует фронтального контакта, оборудование располагается на спине. Аналогичным образом следует действовать, если спина касается поверхности.

Если техника требует бокового контакта, оборудование размещают с противоположной стороны. При условии некоторых адаптаций правил соревнований можно создать упражнение, при котором спортсмен подвергается нагрузке, очень близкой к спортивной. Например, здесь мы имитируем поединок по дзюдо, чтобы избежать любого повреждения оборудования.

Оппонент не применяет никаких эффективных бросков. Также оцениваемый атлет не должен применять броски, требующие контакта спиной. После завершения сбора данных мы будем готовы приступить к процедурам по расчету энергетического вклада.

Разберем, как это сделать. Сначала необходимо измерить уровень лактата в плазме: центрифугируйте кровь для отделения плазмы от эритроцитов. После этого уровень лактата в плазме можно измерить спектрофотометрическим, флуориметрическим или электрохимическим методом.

В нашей лаборатории мы обычно используем электрохимический метод с помощью автоматизированного анализатора лактата. Результат сразу отображается на небольшом экране, после чего его необходимо скорректировать с учетом коэффициента разведения. На рисунке представлена типичная кривая потребления кислорода в состоянии покоя, в исходном состоянии во время нагрузки и после нагрузки.

При детальном рассмотрении кривой посленагрузочного восстановления можно выделить два различных компонента. Быстрый компонент и медленный компонент позволяют рассчитать вклад аэробного метаболизма в общие энергозатраты во время физической нагрузки. Для определения базового значения или значения потребления кислорода в состоянии покоя необходимо вычислить среднее значение за последние 30 секунд кривой.

Затем умножьте полученное значение на общее время нагрузки. Например, если продолжительность нагрузки составила пять минут, умножьте потребление кислорода в состоянии покоя на пять. Определите общее потребление кислорода во время нагрузки, рассчитав площадь под кривой потребления кислорода при нагрузке.

Используйте трапециевидный метод для расчета площади под кривой. Затем вычтите базовое потребление кислорода из потребления кислорода при физической нагрузке. Для расчета вклада анаэробного метаболизма кинетику кривой после нагрузки необходимо привести к моно- или биэкспоненциальной модели.

Используйте данные, полученные при каждом дыхании, скорректированные по моноэкспоненциальной и биэкспоненциальной кривым. Это можно выполнить с помощью специализированного математического программного обеспечения. Если характер кривой для изучаемого упражнения неизвестен, следует протестировать обе модели — моно- и биэкспоненциальную, чтобы определить, какая из них наилучшим образом соответствует вашим данным.

Для этого с помощью программного обеспечения постройте моноэкспоненциальную и биэкспоненциальную аппроксимации. В наиболее подходящей модели реальная кривая будет ближе к аппроксимирующей кривой. Используя данные реальной и аппроксимирующей кривых, рассчитайте остаток модели для каждого дыхательного цикла.

То есть необходимо вычесть аппроксимированное значение из реального и возвести результат в квадрат. После вычисления остатков для каждой точки кривой при both моно- и биэкспоненциальной аппроксимации следует проверить, различаются ли остатки между моделями с помощью F-теста. Лучшей моделью считается та, которая дала наименьший остаток.

Если между моделями нет значимой разницы, следует использовать самую простую из них — моноэкспоненциальную. Наконец, используйте коэффициенты уравнения, полученные в результате наилучшей аппроксимации кривой, для расчета вклада электрического метаболизма. В качестве примера приведено уравнение для моноэкспоненциальной аппроксимации.

Эти показатели использовались для расчета анаэробного эластического вклада по следующему уравнению. Амплитуду A1 необходимо разделить на 60, чтобы перевести единицу измерения миллилитры в минуту в миллилитры в секунду. Для расчета вклада лактатного и анаэробного метаболизма мы принимаем, что один миллимоль лактата сверх значений покоя соответствует трем миллилитрам потребленного кислорода на килограмм массы тела.

Таким образом, дельта пикового уровня лактата в плазме (разность между пиковым и уровнем лактата в плазме в покое) умножается на три и на массу тела спортсмена. Полученный результат в миллилитрах затем переводится в литры, а затем в энергию, исходя из того, что каждый литр кислорода эквивалентен 20.92 килоджоулям. Наконец, результаты, полученные для каждой системы, суммируются, чтобы определить общие затраты энергии во время физической нагрузки, после чего можно рассчитать относительный вклад каждой системы в этот общий объем.

Описанный нами метод может быть использован как для непрерывных, так и для интервальных упражнений. Главное преимущество данного метода заключается в том, что его можно адаптировать к упражнениям и видам спорта, которые трудно имитировать и контролировать в лабораторных условиях. Кроме того, это единственный доступный метод, позволяющий оценить вклад трех различных энергетических систем.

Таким образом, данный метод позволяет изучать физиологические реакции в условиях, максимально приближенных к реальным, обеспечивая необходимую экологическую валидность исследования. Например, исследование с участием группы Benefit L подтвердило, что основным источником энергии во время одного из наиболее часто используемых анаэробных тестов — wing gauge anaerobic test — является анаэробный метаболизм. В частности, 50% приходится на гликолиз, 30% — на фосфагенную систему и 20% — на аэробный метаболизм.

В недавних исследованиях нашей группы также были определены энергетические затраты при занятиях скалолазанием в помещении, греблей и дзюдо, как показано в данном примере. Действительно, знание энергетического вклада имеет решающее значение для разработки генетических стратегий, тренировок, мониторинга или даже для валидации теста.