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Biology

Determinación de la Contribución de los Sistemas de energía durante el ejercicio

doi: 10.3791/3413 Published: March 20, 2012

Summary

Este protocolo permite a los investigadores se centraron en el ejercicio y ciencias del deporte para determinar la contribución relativa de los tres sistemas de energía diferentes a la del gasto energético total durante una gran variedad de ejercicios.

Abstract

Uno de los aspectos más importantes de la demanda metabólica es la contribución relativa de los sistemas de energía de la energía total requerida para una determinada actividad física. Aunque algunos deportes son relativamente fáciles de reproducir en un laboratorio (por ejemplo, correr y montar en bicicleta), una serie de deportes son mucho más difíciles de ser reproducidos y estudiados en situaciones controladas. Este método presenta la forma de evaluar la contribución diferencial de los sistemas de energía en los deportes que son difíciles de imitar en condiciones controladas de laboratorio. Los conceptos que se muestran aquí se puede adaptar a prácticamente cualquier deporte.

Las variables fisiológicas siguientes será necesario: el descanso el consumo de oxígeno, el consumo de oxígeno del ejercicio, después del ejercicio, el consumo de oxígeno, plasma la concentración de lactato y el resto después del ejercicio pico de lactato en plasma. Para calcular la contribución del metabolismo aeróbico, se necesita el consumo de oxígeno en reposo y durante el ejercicio. Al utilizar elmétodo trapezoidal, calcular el área bajo la curva de consumo de oxígeno durante el ejercicio, restando la superficie correspondiente al consumo de oxígeno resto. Para calcular la contribución del metabolismo anaeróbico aláctico, la curva de oxígeno después del ejercicio el consumo tiene que ser ajustado a un mono o un modelo bi-exponencial (elegido por el que se ajusta a una mejor). Entonces, el uso de los términos de la ecuación ajustada para calcular el metabolismo anaeróbico aláctico, como sigue: ATP-CP metabolismo = A 1 (ml s -1.) Xt 1 (s). Por último, para calcular la contribución del sistema anaeróbico láctico, lactato en plasma pico multiplicar por 3 y por la masa corporal del atleta (el resultado en mL se convierte después en L y en kJ).

El método puede ser utilizado para hacer ejercicio tanto continuo e intermitente. Este es un enfoque muy interesante, ya que puede adaptarse a los ejercicios y deportes que son difíciles de ser imitado en ambientes controlados. Además, este es el único unisponible método capaz de distinguir la contribución de los tres sistemas de energía diferentes. Por lo tanto, el método permite el estudio de los deportes con gran similitud a las situaciones reales, proporcionando validez ecológica deseable para el estudio.

Protocol

Introducción

La energía necesaria para sostener un esfuerzo físico proviene de dos fuentes metabólicas: metabolismo aeróbico y anaeróbico. Mientras que el metabolismo aeróbico es más eficiente que el metabolismo anaeróbico (es decir, produce una mayor cantidad de ATP por mol de sustrato), produciendo energía a través del metabolismo anaeróbico puede proporcionar una gran cantidad de energía en un período de tiempo muy corto. Esto puede ser decisivo para cualquier situación que requiera movimientos muy rápidos.

Cada deporte tiene unas características específicas en términos de las habilidades motoras que le confieren únicas demandas fisiológicas y metabólicas de ese deporte en particular. El aspecto más importante de la demanda metabólica es la contribución relativa de los sistemas de energía a la energía total necesaria para la actividad. Para determinar la demanda específica de cada deporte es fundamental para el desarrollo de modelos de optimización de la formación, las estrategias nutricionales y ayudas ergogénicas que pueden maximizar unael rendimiento thletic.

Algunos deportes son relativamente fáciles de reproducir en un laboratorio, por lo que es posible crear un ambiente en el que los atletas pueden ser evaluados. Este es el caso de carrera y el ciclismo, por ejemplo. Movimientos predecibles componer estos deportes y, por tanto, son fáciles de ser estudiada. El uso de algunos equipos sencillos, es posible imitar con toda exactitud los mismos movimientos que los atletas realizan en situaciones reales, tales como entrenamiento y competiciones. De hecho, estos deportes han sido más ampliamente estudiado por los científicos del ejercicio y se han beneficiado con una literatura científica más completa y fiable.

Por otro lado, un número de deportes son mucho más difíciles de ser reproducida en el laboratorio. Estos deportes son impredecibles y dependen de las acciones de la pareja (s) y el oponente (s). Esto conduce a una incapacidad para reproducir con precisión las condiciones de competencia en el laboratorio y la incapacidad de assess estos atletas en el campo durante el entrenamiento o la competencia. Tal vez a causa de estos problemas, que han recibido mucha menos atención de los científicos. Este es el caso de la mayoría de los deportes de equipo y muchos deportes individuales 1.

Teniendo en cuenta estos aspectos, que tuvo como objetivo describir la forma de evaluar la contribución diferencial de los sistemas de energía en los deportes que son difíciles de reproducir en condiciones controladas de laboratorio. Debido a que el judo es un deporte muy complejo e impredecible, vamos a utilizar el judo como un ejemplo. Sin embargo, los conceptos que se muestran aquí se puede adaptar a un número de diferentes deportes.

1. Las mediciones fisiológicas en reposo

  1. Medir la masa del cuerpo del atleta antes de que él / ella se inicia el ejercicio.
  2. Antes de iniciar el ejercicio, tomar una pequeña muestra de sangre de descanso de la oreja o yema de los dedos y mantener en hielo hasta que el procedimiento experimental de que se complete.
  3. Después, coloque la calibrated analizador de gases portátil en la posición más conveniente, que depende de los movimientos que el atleta se realizan, y registrar el consumo de oxígeno en reposo o de referencia durante cinco minutos. Durante la medición de base, el atleta tiene que permanecer de pie tranquilo en sus pies o sus (si el ejercicio se llevará a cabo en una posición de pie) o se sentaban en el equipo que se utilizará (si el ejercicio se llevará a cabo en un cicloergómetro o en cualquier equipo similar).

2. Las mediciones fisiológicas durante el ejercicio

  1. Después de recoger la muestra de sangre en reposo y el consumo de oxígeno en reposo, usted puede pedir al atleta para iniciar el ejercicio específico que usted está estudiando. El analizador de gases portátil tiene que ser colocado en una posición que no interfiera con el ejercicio y que el ejercicio no puede dañar el equipo. Continúe midiendo el consumo de oxígeno durante todo el período de ejercicio.

3. Las mediciones fisiológicas después del ejercicio

  • Después de recoger los datos de consumo de oxígeno de ejercicio, mantener el consumo de oxígeno para la grabación de diez minutos antes de apagar el equipo hacia abajo. Siempre vuelva a calibrar el analizador de gas si hay más de un atleta está siendo evaluado en el mismo día.
  • Con el fin de identificar el lactato plasmática máxima después de hacer ejercicio, recoger pequeñas muestras de sangre inmediatamente después de minutos de ejercicio, tres, cinco y siete después del ejercicio. Mantenga en hielo hasta su análisis.
  • 4. Las muestras de sangre de procesamiento y el Pico de la determinación del lactato de plasma

    1. Todas las muestras de sangre deben ser colocados en microtubos que contienen un volumen similar de una solución al 2% NaF (es decir, si usted está recogiendo 25 microlitros de sangre, colóquelo en 25 l de NaF al 2%).
    2. Cuando la recogida de datos ha terminado, separar el plasma de los eritrocitos por hilatura las muestras durante 5 minutos a 2000 ga 4 ° C.
    3. Lactato en el plasma puede ser determinada a través de una variedad de methods2, 3. En nuestro laboratorio, se utiliza la metanfetamina electroquímicaod con la ayuda de un analizador de lactato automatizado (Yellow Springs 1500 Deporte, Ohio).

    5. Los cálculos

    1. Calcular la energía neta generada por el metabolismo aeróbico, restando el consumo de oxígeno resto del consumo de oxígeno del ejercicio. El consumo de oxígeno en reposo se obtiene multiplicando el promedio de los últimos 30 segundos de consumo de base de oxígeno por el tiempo de ejercicio duración total. Luego, se calcula el área bajo la curva de consumo de oxígeno ejercicio mediante el método trapezoidal. Por último, resta el consumo de oxígeno en reposo a partir del consumo de oxígeno del ejercicio.
    2. La contribución de la metabolismo anaeróbico aláctico (es decir, la vía de ATP-CP) puede ser considerado como el componente rápido de exceso de consumo de oxígeno después del ejercicio 4-6, como se ilustra en la Figura 1. Calcular la energía producida por el sistema aláctico por ajuste la cinética de consumo de oxígeno post-ejercicio-a un bi o un monoexponentiAl curva. Esto se puede hacer con la ayuda de software de matemática '(por ejemplo, versión Origen Microcal 7,0). Selecciona la curva de mono o bi-exponencial basado en el modelo que mejor se adapte a su conjunto de datos (es decir, el menor residuo). A continuación, utilice los términos previstos en la ecuación ajustada (Ecuación 1) para calcular la contribución aláctica acuerdo con la ecuación 2.
      Fiugre 1
      Figura 1. Ilustración esquemática de una curva típica de consumo de oxígeno obtenido en reposo, durante y después del ejercicio.
      Ecuación 1:
      Ecuación 1
      Ecuación 2:
      Ecuación 2
      donde V O2 (t) es la absorción de oxígeno en el tiempo t, V O2baseline es el consumo de oxígeno al inicio del estudio, A es la amplitud, δ es el retardo de tiempo, τ es una constante de tiempo,y 1 y 2 denotan los componentes rápido y lento, respectivamente.
    3. Para calcular la contribución del sistema anaeróbico láctico, se supone que 1 mM de lactato por encima de los valores de reposo corresponde a 3 ml de oxígeno consumido por kilogramo de cuerpo mass7. Por lo tanto, calcular el delta del pico de lactato en el plasma (es decir, el pico de lactato en plasma menos lactato en el plasma en reposo) y se multiplica por 3 y por la masa corporal del atleta. El valor obtenido de oxígeno en mL se convierte después en L y de la energía (kJ), suponiendo que cada L 1 de O 2 es igual a 20,92 kJ.
    4. Por último, el resultado obtenido por cada sistema de energía se resume lo que tiene el gasto total de energía durante la actividad y la contribución relativa de cada uno de sistema se puede calcular.

    6. Los resultados representativos

    La figura 2 muestra una curva representativa del consumo de oxígeno en reposo, durante el ejercicio y después del ejercicio. En elejemplo que se usa aquí, los atletas realizaron tres diferentes técnicas de judo (o-uchi-gari, harai goshi y seoi-nage) durante cinco minutos (un tiro cada 15 s) 8. Esta es una respuesta típica de ejercicio intermitente. Después de los cálculos, se obtuvieron los resultados finales de la contribución de los sistemas de energía durante los ejercicios de Judo (Tabla 1).

    Los resultados adicionales representativos se muestran en la Tabla 2. En este ejemplo, los escaladores de roca interiores de los diferentes niveles competitivos (es decir, de recreo frente a la élite) fueron evaluados durante un ascenso en ruta de baja dificultad. Los resultados individuales de un atleta de élite y un atleta amateur se muestran (Tabla 2).

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

    Tabla 1. Los resultados representativos del gasto de energía total y la contribución de los sistemas de energía durante tres ejercicios diferentes de judo.

    Nivel Competitivo Aeróbico (%) Anaeróbico láctico (%) Anaeróbico aláctico (%) Total (kJ) Total (kJ / s) Élite 40 8 52 70,4 1,00
    Recreativo 40 15 45 96,1 1,15

    Tabla 2. Los datos representativos individuales de gasto de energía total y la contribución de los sistemas de energía durante un ascenso en ruta de baja dificultad.

    Figura 2
    Figura 2. Los resultados representativos obtenidos durante un ejercicio de judo de 5 minutos.

    Discussion

    El método que ha demostrado liebre puede ser utilizado para hacer ejercicio tanto continuo e intermitente. La gran ventaja del método es que puede ser adaptado a los ejercicios y deportes que son difíciles de ser imitado en entornos de laboratorio controladas. Además, este es el único método disponible capaz de distinguir la contribución de los tres sistemas de energía diferentes. Por lo tanto, el método permite el estudio de los deportes con gran similitud a las situaciones reales, proporcionando validez ecológica deseable para el estudio 9. Por ejemplo, un estudio reciente de Mello et al. 10 mostraron que la contribución glucolítica en 2000 m en la raza del agua el remo es de sólo el 7%, lo que significa que el rendimiento en remo depende principalmente del metabolismo aeróbico. Del mismo modo, un estudio realizado por Beneke et al 4 confirmaron que la principal fuente de energía durante una de las pruebas más utilizadas anaeróbicas, la prueba anaeróbica Wingate, es el metabolismo anaeróbico (20% aeróbico;. 30% alaCTIC y glicolítica 50%). Estudios recientes realizados por nuestro grupo han caracterizado las contribuciones de la energía de escalada bajo techo, 6 y 8 de judo, como se informó en este ejemplo. En efecto, el conocimiento sobre la contribución energética es fundamental para el desarrollo de estrategias ergogénicas, la organización de formación o incluso para la validación de una prueba.

    Este método tiene algunas limitaciones. En primer lugar, el coste del equipo es algo elevado, y especializados se requiere personal capacitado. En segundo lugar, aunque la mayoría de los deportes se pueden imitar con esta técnica, no es cualquier tipo de ejercicio que pueden ser estudiadas a través del analizador de gases portátil. Finalmente, como lactato en plasma no representa exactamente el lactato total producida por el músculo esquelético durante la actividad, los resultados obtenidos por este procedimiento puede ser considerado como un estimativo de la demanda metabólica durante el ejercicio, en lugar de una cuantificación precisa de la contribución energética. Sin embargo, este es el único validado miDTO 11 disponible capaz de distinguir la contribución de los tres sistemas de energía diferentes.

    Disclosures

    Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses con respecto a este estudio.

    Acknowledgments

    Damos las gracias a Fabiana Benatti por su amable cooperación en el video. También agradecemos a la FAPESP (# 2007/51228-0) y CNPq (# 300133/2008-1) para el apoyo a nuestras investigaciones en esta área.

    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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    3. Passonneau, J. V., Lowry, O. H. Enzymatic Analysis. A Practical Guide. Humana Press. Totowa, New Jersey. (1993).
    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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    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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