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Biology

Bestimmung des Beitrages der Energy Systems während des Trainings

doi: 10.3791/3413 Published: March 20, 2012

Summary

Dieses Protokoll ermöglicht es den Forschern auf Bewegung und Sport Sciences konzentriert, um den relativen Beitrag der drei verschiedenen Energiesysteme zur gesamten Energieverbrauchs während einer Vielzahl von Übungen zu bestimmen.

Abstract

Einer der wichtigsten Aspekte des metabolischen Bedarf ist der relative Beitrag der Energiesysteme auf der gesamten Energie für eine bestimmte körperliche Aktivität erforderlich. Obwohl einige Sportarten relativ einfach in einem Labor (z. B. Laufen und Radfahren) reproduziert werden sollen, sind eine Reihe von Sportarten viel schwieriger, vervielfältigt und studierte in kontrollierten Situationen. Diese Methode zeigt, wie die Differential Beitrag der Energiesysteme in Sportarten, die nur schwer in kontrollierten Laborbedingungen zu imitieren sind zu beurteilen. Die hier dargestellten Konzepte können auf praktisch jede Sportart angepasst werden.

Die folgenden physiologischen Variablen benötigt werden: Rest Sauerstoffverbrauch, Übung Sauerstoffverbrauch, post-exercise Sauerstoffverbrauch, Rest-und Plasma-Laktatkonzentration nach dem Training Plasma-Peak-Laktat. Um den Beitrag des aeroben Stoffwechsels zu berechnen, werden Sie den Sauerstoffverbrauch in Ruhe und während der Übung benötigen. Durch die Verwendung derTrapezmethode, Berechnung der Fläche unter der Kurve der Sauerstoffverbrauch während des Trainings, Subtrahieren des Bereichs entsprechend dem Rest Sauerstoffverbrauch. Um den Beitrag des alaktaziden anaeroben Stoffwechsel zu berechnen, hat die post-exercise Sauerstoffverbrauch Kurve zu einem Mono-oder einen bi-exponentiellen Modell (nach Wahl des am besten passt) eingestellt werden. Verwenden Sie dann die Bedingungen der angepassten Formel zu anaeroben Stoffwechsel alaktaziden berechnen, wie folgt: ATP-CP-Metabolismus = A 1 (mL s -1.) Xt 1 (s). Schließlich, um den Beitrag des anaeroben Systems zu berechnen, multiplizieren Peak-Plasma-Laktat durch 3 und durch den Körper des Sportlers Masse (das Ergebnis in ml wird dann auf L konvertiert und in kJ).

Die Methode kann sowohl für kontinuierliche und intermittierende Übung verwendet werden. Dies ist ein sehr interessanter Ansatz, da es zu Übungen und Sportarten, die nur schwer in kontrollierten Umgebungen sind nachgeahmt werden kann angepasst werden. Außerdem ist dies die nurvailable Verfahren geeignet sind, den Beitrag der drei verschiedenen Energiesysteme. Somit erlaubt die Methode die Studie von Sport mit großer Ähnlichkeit zu realen Situationen, die Bereitstellung wünschenswert ökologische Validität der Studie.

Protocol

Einführung

Die notwendige Energie für die Aufrechterhaltung einer körperlichen Anstrengung kommt von zwei metabolischen Quellen: aerobe und anaerobe Stoffwechsel. Während die aeroben Metabolismus ist effizienter als der anaeroben Stoffwechsel (dh er erzeugt eine höhere Menge an ATP pro Mol Substrat), Energiegewinnung durch anaeroben Stoffwechsel kann eine große Menge an Energie in einem sehr kurzen Zeitraum bereitzustellen. Dies kann entscheidend sein für jede Situation, die extrem schnelle Bewegungen erfordert.

Jede Sportart hat spezifische Eigenschaften in Bezug auf die motorischen Fähigkeiten, die einzigartigen physiologischen und metabolischen Anforderungen für die jeweilige Sportart zu verleihen. Der wichtigste Aspekt des metabolischen Bedarfs ist der relative Beitrag des Energiesystems zu der Gesamtenergie für die Aktivität erforderlich ist. Um den spezifischen Bedarf der einzelnen Sportarten zu bestimmen, ist entscheidend für die Entwicklung optimierter Ausbildungsmodelle, Ernährungs-Strategien und Hilfsmittel, die eine leistungssteigernde maximieren könnenthletic Leistung.

Einige Sportarten sind relativ einfach in einem Labor reproduziert werden, wodurch es möglich ist, um eine kontrollierte Umgebung, in der Athleten ausgewertet werden können. Dies ist der Fall von Laufen und Radfahren, zum Beispiel. Vorhersehbare Bewegungen komponieren diese Sportarten und deshalb sind sie einfach zu studieren. Unter Verwendung spezieller Geräte, ist es möglich, ganz genau die gleichen Bewegungen zu imitieren, dass Athleten führen in realen Situationen, wie Training und Wettkampf. In der Tat haben diese Sportarten wurden ausführlicher durch Übung Wissenschaftler studierte und profitierte mit einem vollständigen und zuverlässigen wissenschaftlichen Literatur.

Auf der anderen Seite gibt es eine Reihe von Sport viel schwieriger im Labor reproduziert werden. Diese Sportarten sind unberechenbar und abhängig von den Aktionen der Partner (s) und Gegner (n). Dies führt zu einer Unfähigkeit, genau zu reproduzieren die Wettbewerbsbedingungen im Labor und eine Unfähigkeit zur Assess diese Athleten im Feld entweder während Training oder Wettkampf. Vielleicht, weil diese Probleme, haben sie viel weniger Aufmerksamkeit von den Wissenschaftlern erhalten. Dies ist der Fall von der Mehrheit der Mannschaftssport und vielen einzelnen Sportarten ein.

Unter Berücksichtigung dieser Aspekte wollten wir beschreiben, wie die Differential Beitrag der Energiesysteme in Sportarten, die nur schwer in kontrollierten Laborbedingungen reproduzieren sind zu beurteilen. Denn Judo ist ein sehr komplexer und unberechenbarer Sport, werden wir Judo als Beispiel verwenden. Jedoch können die Konzepte hier dargestellt, um eine Reihe von verschiedenen Sportarten angepasst werden.

1. Physiologische Messungen in Ruhe

  1. Messen des Sportlers Körpermasse bevor er / sie leitet die Ausübung.
  2. Vor Beginn der Übung, sammeln eine kleine Ruhe-Blutprobe aus der Fingerspitze oder Ohrläppchen und halten Sie sie auf Eis, bis die ganze experimentelle Verfahren ist beendet.
  3. Im Anschluss an, legen Sie die CALibrated tragbare Gasanalysator an der bequemste Position, die auf die Bewegungen, dass der Athlet führt, und Rekord Ruhe-oder Grundlinie Sauerstoffverbrauch für fünf Minuten ab. Während der Baseline-Messung, muss der Athlet ruhig stehend auf seine / ihre Füße bleiben (wenn die Übung wird im Stehen durchgeführt werden) oder saßen in der Ausrüstung, die verwendet werden (wird, wenn die Ausübung in einem oder in cycloergometer durchgeführt werden oder ähnliche Anlagen).

2. Physiologische Messungen während der Übung

  1. Nach dem Sammeln ruhenden Blutprobe und Ruhen Sauerstoffverbrauch, könnten Sie fragen den Athleten, um die spezifische Übung, die Sie studieren beginnen. Das tragbare Gasanalysator muss in der Lage, die nicht mit Bewegung und dass Sport nicht das Gerät beschädigt wird stört platziert werden. Weiter Messen des Sauerstoffverbrauchs während der gesamten Übung Zeitraum.

3. Physiologische Messungen nach dem Training

  • Nach dem Sammeln Übung Sauerstoffverbrauch Daten, solange aufnehmen, Sauerstoffverbrauch für zehn Minuten vor dem Ausschalten des Gerätes nach unten. Immer neu kalibrieren Gasanalysator wenn mehr als ein Athlet wird in der am gleichen Tag ausgewertet werden.
  • Um die maximale Plasmakonzentration Laktat nach dem Sport identifizieren, sammeln kleine Blutproben sofort nach dem Training, drei, fünf und sieben Minuten nach dem Training. Halten Sie sie auf Eis, bis die Analyse.
  • 4. Blutproben Verarbeitung und Peak-Plasma-Laktat-Bestimmung

    1. Jede Blutprobe muss in Mikroröhrchen, die ein ähnliches Volumen einer 2% NaF-Lösung (dh, wenn Sie sammeln 25 ul Blut werden, platzieren Sie es in 25 ul 2% NaF) platziert werden.
    2. Wenn die Datenerfassung abgeschlossen ist, Abtrennung des Plasmas von Erythrozyten durch Drehen der Proben für 5 Minuten bei 2000 g bei 4 ° C
    3. Plasma-Laktat kann durch eine Vielzahl von Verfahren2, 3 bestimmt werden. In unserem Labor verwenden wir die elektrochemische Meth-od mit Hilfe eines automatisierten Laktat-Analysator (Yellow Springs 1500 Sport, Ohio).

    5. Die Berechnungen

    1. Berechnen Sie die Netto-Energie durch den aeroben Stoffwechsel durch Subtraktion Rest Sauerstoffverbrauch nach dem Training Sauerstoffverbrauch generiert. Sauerstoffverbrauch in Ruhe wird durch Multiplikation des Durchschnitts der letzten 30 Sekunden der Grundlinie Sauerstoffverbrauch durch die gesamte Trainingsdauer Zeit erhalten. Dann Berechnung der Fläche unter der Kurve der Ausübung Sauerstoffverbrauch durch Verwendung der Trapez-Methode. Schließlich subtrahieren Sie die Ruhe-Sauerstoffverbrauch nach dem Training Sauerstoffverbrauch.
    2. Der Beitrag des anaeroben Stoffwechsels alaktaziden (dh, die ATP-CP-Weg) kann als die schnelle Komponente der Überschuß Post-Belastungs-Sauerstoffverbrauch 4-6 in Betracht gezogen werden, wie in 1 dargestellt. Berechne die Energie von der alaktaziden System durch den Einbau hergestellt die Kinetik der post-exercise Sauerstoffverbrauch zu einem bi-oder einem monoexponential Kurve. Dies kann mit Hilfe der Mathematik "-Software (zB Microcal Origin Version 7.0) durchgeführt werden. Wählen Sie von der mono-oder bi-exponentiellen Kurve auf dem Modell, das am besten zu Ihrem Datensatz (dh die niedrigste Rückstand) basiert. Dann verwenden Sie die Begriffe von der angepassten Formel (Gleichung 1) bereitgestellt, um alaktaziden Beitrag gemäß Gleichung 2 berechnet werden.
      Fiugre 1
      1. Schematische Darstellung eines typischen Kurve Sauerstoffverbrauch in Ruhe erhalten, während und nach der Übung.
      Gleichung 1:
      Gleichung 1
      Gleichung 2:
      Gleichung 2
      wobei V O2 (t) Sauerstoffaufnahme zum Zeitpunkt t, V O2baseline Sauerstoffaufnahme an der Basislinie, A die Amplitude ist, δ die Zeitverzögerung ist, τ eine Zeitkonstante,und 1 und 2 bezeichnen die schnellen und langsamen Komponenten, jeweils.
    3. Um den Beitrag von der anaeroben zu berechnen, wird angenommen, dass 1 mM Laktat über den Ruhewerte bis 3 ml Sauerstoff pro Kilogramm Körpergewicht mass7 verbraucht entspricht. So berechnen Delta-Peak-Plasma-Laktat (dh Peak-Plasma-Laktat minus Ruhe-Plasma-Laktat) und multipliziert sie mit 3 und durch den Körper des Sportlers Masse. Der erhaltene Wert von Sauerstoff in ml wird dann auf L und Energie (kJ) umgewandelt, unter der Annahme, dass jede 1 l O 2 gleich 20,92 kJ.
    4. Schließlich wird der Erfolg jedes Energiesystem erhalten summiert, so dass Sie den gesamten Energieverbrauchs während der Tätigkeit und den relativen Beitrag der einzelnen System berechnet werden müssen.

    6. Repräsentative Ergebnisse

    Abbildung 2 zeigt eine repräsentative Kurve der Sauerstoffverbrauch in Ruhe, während des Trainings und nach dem Training. Imhier verwendeten Beispiel durchgeführt Athleten drei verschiedene Judo-Techniken (O-uchi-gari, Harai-goshi und seoi-nage) für fünf Minuten (ein Wurf alle 15 s) 8. Dies ist eine typische Reaktion auf intermittierende Bewegung. Nach den Berechnungen, erhalten wir die endgültigen Ergebnisse über den Beitrag der Energie-Systeme während des Judo-Übungen (Tabelle 1).

    Weitere repräsentative Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. In diesem Beispiel wurden Indoor-Kletterer verschiedener wettbewerbsfähiges Niveau (dh, Freizeit-vs Elite) während einer Low-Route klettern Schwierigkeit bewertet. Einzelne Ergebnisse für ein Elite-Athlet und ein Freizeitsportler sind dargestellt (Tabelle 2).

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

    Tabelle 1. Repräsentative Ergebnisse des gesamten Energieverbrauchs und den Beitrag der Energie-Systeme während drei verschiedenen Judo-Übungen.

    Wettbewerbsfähiges Niveau Aerobic (%) Anaerobe Milchsäure (%) Anaerobe alaktaziden (%) Total (kJ) Total (kJ / s) Elite 40 8 52 70,4 1,00
    Recreational 40 15 45 96,1 1,15

    Tabelle 2. Vertreter individuellen Daten des gesamten Energieverbrauchs und den Beitrag der Energie-Systeme während einer Low-Schwierigkeit Aufstieg Route.

    2
    Abbildung 2. Repräsentative Ergebnisse während einer 5-Minuten-Übung Judo erhalten.

    Discussion

    Die Methode, die wir gezeigt haben, Hase kann sowohl für kontinuierliche und intermittierende Übung verwendet werden. Der große Vorteil des Verfahrens ist, dass es zu Übungen und Sportarten, die schwer in kontrollierten Labor nachgeahmt werden Einstellungen sind angepasst werden kann. Darüber hinaus ist dies die einzige Methode, die geeignet sind, den Beitrag der drei verschiedenen Energien. Somit erlaubt die Methode die Studie von Sport mit großer Ähnlichkeit zu realen Situationen, die Bereitstellung wünschenswert ökologische Validität der Studie 9. Zum Beispiel kann eine aktuelle Studie von Mello et al. Zeigten, dass die 10 glykolytische Beitrag in einem 2000 m auf dem Wasser Ruderregatta von nur 7%, was bedeutet, dass Ruderleistung ist hauptsächlich abhängig von den aeroben Stoffwechsel bedeutet. Auch eine Studie von Beneke et al 4 bestätigt, dass die Hauptquelle der Energie, die während einer der am häufigsten verwendete anaerobe Tests, die Wingate Anaerobic Test, der anaerobe Stoffwechsel (20% aerob ist;. 30% alaCTIC und 50% glykolytischen). Jüngste Studien von unserer Gruppe haben auch die Energie Beiträge von Klettern in der Halle 6 und Judo-8, wie in diesem Beispiel berichtet gekennzeichnet. Tatsächlich ist das Wissen über den energetischen Beitrag kritisch für die Entwicklung von Strategien ergogene, Ausbildungseinrichtung oder auch für die Validierung eines Tests.

    Diese Methode hat einige Einschränkungen. Erstens sind die Kosten der Ausrüstung etwas hoch und spezialisierte geschultes Personal erforderlich. Zweitens, obwohl die meisten Sportarten mit dieser Technik nachgeahmt werden kann, ist es keine Art der Übung, die untersucht unter Verwendung des tragbaren Gasanalysator kann. Schließlich, wie Plasma-Laktat nicht genau stellen die Summe von Laktat Skelettmuskulatur während der Aktivität produziert, können die Ergebnisse durch dieses Verfahren erhalten, wie einem Kostenvoranschlag des metabolischen Bedarf während des Trainings berücksichtigt werden, anstatt eine präzise Quantifizierung der energetischen Beitrag. Dennoch ist dies die einzige validierte michThSB verfügbar 11 geeignet sind, den Beitrag der drei verschiedenen Energiesysteme.

    Disclosures

    Die Autoren erklären, sie haben keinen Interessenkonflikt zu dieser Studie.

    Acknowledgments

    Wir danken an Fabiana Benatti für ihre freundliche Zusammenarbeit im Video. Wir danken auch FAPESP (# 2007/51228-0) und CNPq (# 300133/2008-1) für die Unterstützung unserer Forschungen auf diesem Gebiet.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    YSI 1500 Sport Yellow Springs This equipment allows a quick and easy plasma lactate determination
    K4 b2 Cosmed This equipment is essential for measuring oxygen consumption throughout the exercise
    Software Microcal 6.0 OriginLab This software (or any other with similar capabilities) will be useful for the calculations

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    References

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    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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    Bestimmung des Beitrages der Energy Systems während des Trainings
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    Cite this Article

    Artioli, G. G., Bertuzzi, R. C., Roschel, H., Mendes, S. H., Lancha Jr., A. H., Franchini, E. Determining the Contribution of the Energy Systems During Exercise. J. Vis. Exp. (61), e3413, doi:10.3791/3413 (2012).More

    Artioli, G. G., Bertuzzi, R. C., Roschel, H., Mendes, S. H., Lancha Jr., A. H., Franchini, E. Determining the Contribution of the Energy Systems During Exercise. J. Vis. Exp. (61), e3413, doi:10.3791/3413 (2012).

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