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Biology

Determinare il contributo dei sistemi di energia durante l'allenamento

doi: 10.3791/3413 Published: March 20, 2012

Summary

Questo protocollo permette di ricercatori si sono concentrati su attività fisica e scienze dello sport per determinare il contributo relativo dei tre sistemi energetici diversi alla spesa totale di energia nel corso di una grande varietà di esercizi.

Abstract

Uno degli aspetti più importanti della richiesta metabolica è il contributo relativo dei sistemi energetici per l'energia totale necessaria per una data attività fisica. Anche se alcuni sport sono relativamente facili da riprodurre in laboratorio (per esempio, corsa e ciclismo), una serie di sport sono molto più difficili da riprodurre e studiato in situazioni controllate. Questo metodo presenta come valutare il contributo differenziale dei sistemi energetici in sport che sono difficile imitare in condizioni controllate di laboratorio. I concetti qui illustrati possono essere adattati a qualsiasi sport.

Le seguenti variabili fisiologiche saranno necessari: resto il consumo di ossigeno, consumo di ossigeno esercizio, dopo l'esercizio fisico il consumo di ossigeno, la concentrazione plasmatica di lattato di riposo e post-esercizio picco di lattato plasma. Per calcolare il contributo del metabolismo aerobico, è necessario il consumo di ossigeno a riposo e durante l'esercizio. Utilizzando l'metodo trapezoidale, calcolare l'area sotto la curva di consumo di ossigeno durante l'esercizio, sottraendo la zona corrispondente al consumo di ossigeno resto. Per calcolare il contributo del metabolismo anaerobico alactic, il post-esercizio curva di consumo di ossigeno deve essere regolata ad un mono o bi-esponenziale modello (scelto da quello che meglio si adatta). Quindi, utilizzare i termini di equazione adattata per calcolare il metabolismo anaerobico alactic, come segue: ATP-CP metabolismo = A 1 (mL s -1.) Xt 1 (s). Infine, per calcolare il contributo del sistema lattico anaerobico, moltiplicare lattato plasmatico di picco 3 e dalla massa corpo dell'atleta (il risultato di mL viene poi convertito in L e in kJ).

Il metodo può essere usato per esercizio sia continua e intermittente. Questo è un approccio interessante in quanto può essere adattato per esercizi e sportivi che sono difficili da imitato in ambienti controllati. Inoltre, questo è il solovailable metodo in grado di distinguere il contributo dei tre sistemi energetici diversi. Pertanto, il metodo consente lo studio di sport con grande somiglianza a situazioni reali, fornendo desiderabile validità ecologica allo studio.

Protocol

Introduzione

L'energia necessaria per sostenere uno sforzo fisico proviene da due fonti metaboliche: metabolismo aerobico e anaerobico. Mentre il metabolismo aerobico è più efficiente del metabolismo anaerobico (cioè, produce una maggiore quantità di ATP per mole di substrato), produzione di energia tramite il metabolismo anaerobico in grado di fornire una elevata quantità di energia in un periodo di tempo molto breve. Questo può essere decisivo per qualsiasi situazione che richiede movimenti estremamente veloci.

Ogni sport ha caratteristiche specifiche in termini di abilità motorie che conferiscono particolari esigenze fisiologiche e metaboliche per quel particolare sport. L'aspetto più importante la richiesta metabolica è il contributo relativo dei sistemi energetici per l'energia totale necessaria per l'attività. Per determinare la domanda specifica di ogni sport è fondamentale per lo sviluppo di modelli di formazione ottimizzati, strategie nutrizionali e ausili ergogenici che possono massimizzare unaprestazioni thletic.

Alcuni sport sono relativamente facili da riprodurre in laboratorio, quindi è possibile creare un ambiente controllato in cui gli atleti possono essere valutati. Questo è il caso di corsa e la bicicletta, per esempio. Movimenti prevedibili comporre questi sport e, quindi, sono facili da studiare. Utilizzando alcune attrezzature semplici, è possibile simulare abbastanza esattamente gli stessi movimenti che gli atleti si esibiscono in situazioni reali, quali la formazione e concorsi. Infatti, questi sport sono stati più ampiamente studiato dagli scienziati di esercizio e ha beneficiato di una letteratura più completo ed affidabile scientifica.

D'altra parte, un certo numero di sport sono molto più difficili da riprodurre in laboratorio. Questi sport sono imprevedibili e in funzione delle azioni del partner (s) e l'avversario (s). Questo porta ad una incapacità di riprodurre fedelmente le condizioni di concorrenza in laboratorio e l'incapacità di assess questi atleti in campo sia durante la formazione o la concorrenza. Forse a causa di questi problemi, che hanno ricevuto molta meno attenzione dagli scienziati. Questo è il caso della maggior parte degli sport di squadra e molti sport individuali 1.

Considerando questi aspetti, abbiamo voluto descrivere come valutare il contributo differenziale dei sistemi energetici nello sport che sono difficili da riprodurre in condizioni controllate di laboratorio. Perché il judo è uno sport molto complesso e imprevedibile, useremo judo come esempio. Tuttavia, i concetti mostrati qui può essere adattata a un numero di discipline sportive.

1. Misurazioni fisiologiche a riposo

  1. Misurare la massa corporea dell'atleta prima di lui / lei inizia l'esercizio.
  2. Prima di iniziare l'esercizio, raccogliere un piccolo campione di sangue dal lobo dell'orecchio a riposo o delle dita e tenerlo in ghiaccio fino a quando tutta la procedura sperimentale è terminata.
  3. In seguito, posizionare il calibrated analizzatore portatile gas nella posizione più conveniente, che dipende dai movimenti che l'atleta eseguirà ed il consumo di ossigeno registrare riposo o basale per cinque minuti. Durante la misurazione basale, l'atleta deve rimanere in posizione eretta sulle sue piedi (se l'esercizio verrà effettuata in posizione eretta) o seduto in un materiale che sarà utilizzato (se l'esercizio verrà effettuata in uno o in cicloergometro qualsiasi apparecchiatura simile).

2. Misurazioni fisiologiche durante l'allenamento

  1. Dopo aver raccolto campioni di sangue e di riposo a riposo il consumo di ossigeno, si può chiedere all'atleta di iniziare l'esercizio specifico che si sta studiando. L'analizzatore di gas portatile deve essere collocato in una posizione che non interferisce con l'esercizio fisico e che l'esercizio non danneggiare l'apparecchiatura. Continua la misurazione del consumo di ossigeno per tutto il periodo di esercizio.

3. Misurazioni fisiologiche dopo l'esercizio

  • Dopo aver raccolto i dati di esercizio del consumo di ossigeno, mantenere il consumo di ossigeno di registrazione per dieci minuti prima di spegnere l'apparecchio verso il basso. Sempre ricalibrare l'analizzatore di gas se più di un atleta viene valutata nello stesso giorno.
  • Al fine di individuare il picco di lattato plasmatico dopo l'esercizio, raccogliere piccoli campioni di sangue subito dopo minuti di esercizio, tre, cinque e sette dopo l'esercizio. Tenerli in ghiaccio fino al momento dell'analisi.
  • 4. Campioni di sangue di trasformazione e Peak Determinazione plasmatica del lattato

    1. Tutti i campioni di sangue deve essere collocato in microprovette contenenti un volume analogo di una soluzione al 2% NaF (cioè, se si raccolgono 25 pl di sangue, porlo in 25 pl del 2% NaF).
    2. Quando la raccolta dei dati è terminata, plasma separato da eritrociti rotazione dei campioni per 5 minuti a 2000 ga 4 ° C.
    3. Lattato plasma può essere determinata attraverso una varietà di methods2, 3. Nel nostro laboratorio, si usa il meth elettrochimicaod con l'ausilio di un analizzatore di lattato automatizzata (Yellow Springs 1500 Sport, Ohio).

    5. Calcoli

    1. Calcolare l'energia netta generata dal metabolismo aerobico sottraendo il consumo di ossigeno resto dal consumo di ossigeno esercizio. Il consumo di ossigeno a riposo si ottiene moltiplicando la media degli ultimi 30 secondi di consumo di base di ossigeno per il tempo totale durata dell'esercizio. Quindi, calcolare l'area sotto la curva del consumo di ossigeno esercizio utilizzando il metodo trapezoidale. Infine, sottrarre il consumo di ossigeno a riposo dal consumo di ossigeno esercizio.
    2. Il contributo del metabolismo anaerobico alactic (cioè, l'ATP-CP via) può essere considerato come il componente veloce eccesso di post-esercizio consumo di ossigeno 4-6, come illustrato nella figura 1. Calcolare l'energia prodotta dal sistema di montaggio alactic la cinetica di post-esercizio fisico il consumo di ossigeno ad un bi-o un monoexponential curva. Ciò può essere fatto con l'ausilio di software matematica '(es. versione Microcal Origin 7,0). Scegli la curva mono o bi-esponenziale in base al modello che meglio si adatta al vostro set di dati (cioè il più basso residuo). Quindi, usare i termini previsti dalla dell'equazione interpolata (Equazione 1) per calcolare il contributo alactic secondo l'equazione 2.
      Fiugre 1
      Figura 1. Illustrazione schematica di una tipica curva di consumo di ossigeno ottenuto a riposo, durante, e dopo l'esercizio.
      Equazione 1:
      Equazione 1
      Equazione 2:
      Equazione 2
      dove V O2 (t) è l'assorbimento di ossigeno al tempo t, V è O2baseline consumo di ossigeno al basale, A è l'ampiezza, δ è il tempo di ritardo, τ è una costante di tempo,e 1 e 2 indicano i componenti veloce e lenta, rispettivamente.
    3. Per calcolare il contributo del sistema lattico anaerobico, si presume che 1 mM di lattato di sopra dei valori a riposo corrisponde a 3 mL di ossigeno consumato per chilogrammo di mass7. Così, calcolare delta picco del lattato del plasma (cioè, il picco plasmatico lattato meno plasmatica del lattato a riposo) e moltiplicarlo per 3, e dalla massa corporea dell'atleta. Il valore ottenuto in mL di ossigeno viene poi convertito in L e di energia (kJ), assumendo che ogni 1 L di O 2 è pari a 20,92 kJ.
    4. Infine, il risultato ottenuto da ciascun sistema energetico si riassume in modo da avere il totale delle spese di energia durante l'attività e il contributo relativo di ciascun sistema può essere calcolato.

    6. Risultati rappresentativi

    Figura 2 illustra una curva rappresentativa di consumo di ossigeno a riposo, durante l'esercizio e dopo l'esercizio. Nelutilizzato in questo esempio, gli atleti eseguito tre diverse tecniche di judo (o-uchi-gari, harai-goshi e seoi-nage) per cinque minuti un tiro ogni 15 s) 8. Questa è una tipica risposta all'esercizio intermittente. Dopo i calcoli, abbiamo ottenuto i risultati finali relative al contributo dei sistemi di energia durante gli esercizi di Judo (Tabella 1).

    Ulteriori risultati rappresentativi sono illustrati nella tabella 2. In questo esempio, rocciatori interne di diversi livelli competitivi (ad esempio, ricreativi vs elite) sono stati valutati nel corso di una low-Difficoltà salita. I risultati individuali di un atleta elite e un atleta da diporto sono riportati (Tabella 2).

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

    Tabella 1. Risultati rappresentativi del dispendio energetico totale e il contributo dei sistemi energetici nel corso di tre esercizi di judo diversi.

    Livello agonistico Aerobica (%) Lattica anaerobica (%) Alactic anaerobica (%) Totale (kJ) Totale (kJ / s) Elite 40 8 52 70,4 1,00
    Ricreativo 40 15 45 96,1 1,15

    Tabella 2. Rappresentativi i dati individuali di dispendio energetico totale e il contributo dei sistemi energetici nel corso di una low-Difficoltà salita.

    Figura 2
    Figura 2. Risultati ottenuti durante rappresentativi a 5 minuti di esercizio di judo.

    Discussion

    Il metodo abbiamo dimostrato lepre può essere utilizzato sia per l'esercizio continuo e intermittente. Il grande vantaggio del metodo è che può essere adattato per esercizi e sportivi che sono difficili da imitato in ambienti di laboratorio controllate. Inoltre, questo è l'unico metodo disponibile in grado di distinguere il contributo dei tre sistemi energetici diversi. Pertanto, il metodo consente lo studio di sport con grande somiglianza a situazioni reali, fornendo desiderabile validità ecologica allo studio 9. Per esempio, un recente studio di Mello et al. Dieci hanno mostrato che il contributo glicolitico in un m 2000 sulla razza acqua canottaggio è di solo il 7%, il che significa che le prestazioni voga è prevalentemente a carico del metabolismo aerobico. Allo stesso modo, uno studio di Beneke et al 4 confermato che la principale fonte di energia durante uno dei test più utilizzati anaerobici, il test Wingate anaerobica, è il metabolismo anaerobico (20% aerobico;. Del 30% alaCTIC glicolitico e 50%). Recenti studi da parte del nostro gruppo hanno caratterizzato anche gli apporti energetici di arrampicata indoor judo 6 e 8, come riportato in questo esempio. Infatti, la conoscenza l'apporto energetico è fondamentale per lo sviluppo di strategie ergogenici, organizzazione di formazione o anche per la convalida di un test.

    Questo metodo ha alcune limitazioni. In primo luogo, il costo delle attrezzature è piuttosto elevata, e personale specializzato addestrato sono richiesti. In secondo luogo, sebbene la maggior parte sport possono essere simulati con questa tecnica, non è un qualsiasi tipo di esercizio che può essere studiata utilizzando l'analizzatore di gas portatile. Infine, come lattato plasmatico non esattamente rappresenta il lattato totale prodotta dal muscolo scheletrico durante l'attività, i risultati ottenuti con tale procedura può essere considerato come un estimativa del fabbisogno metabolico durante l'esercizio, piuttosto che una precisa quantificazione del contributo energetico. Tuttavia, questo è l'unico validato meThOD disponibile 11 in grado di distinguere il contributo dei tre sistemi energetici diversi.

    Disclosures

    Gli autori dichiarano di non avere conflitto di interessi per quanto riguarda questo studio.

    Acknowledgments

    Ringraziamo per Fabiana Benatti per la sua gentile collaborazione nel video. Ringraziamo anche FAPESP (# 2007/51228-0) e CNPq (# 300133/2008-1) per il sostegno alle nostre ricerche su questo settore.

    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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    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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