Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

Fastställande av bidrag Energy Systems under träning

doi: 10.3791/3413 Published: March 20, 2012

Summary

Detta protokoll möjliggör forskare inriktade på motion och idrott vetenskaperna för att bestämma den relativa bidrag av tre olika energisystem till den totala energiförbrukningen under en stor variation av övningar.

Abstract

En av de viktigaste aspekterna av den metaboliska efterfrågan är det relativa bidraget av energisystem med den totala energin som erfordras för en given fysisk aktivitet. Även om vissa sporter är relativt lätt att återges i ett laboratorium (t.ex. löpning och cykling), ett antal sporter är mycket svårare att reproduceras och studerats i kontrollerade situationer. Denna metod visar hur att bedöma skillnaden bidrag energisystem i sporter som är svåra att efterlikna i kontrollerade laboratorieförhållanden. Begreppen som visas här kan anpassas till praktiskt taget alla sport.

Följande fysiologiska variabler som kommer att behövas: vila syreförbrukning, motion syreförbrukning, post-motion syreförbrukning, vila plasmalaktatkoncentration och efter träning plasma topp laktat. För att beräkna bidraget från aerob metabolism, behöver du syreförbrukning i vila och under övningen. Genom att användatrapetsmetoden, beräkna arean under kurvan för syreförbrukning under träning, subtrahera det område som motsvarar resten syreförbrukning. För att beräkna bidrag alactic anaerob metabolism, har efter övningen syreförbrukning kurvan justeras till en mono-eller en bi-exponentiell modell (som väljs av en som bäst passar). Använd sedan villkoren för monterade ekvationen för att beräkna anaerob alactic metabolism, enligt följande: ATP-CP metabolism = A 1 (ml s -1). XT 1 (s). Slutligen, för att beräkna bidraget av mjölksyra anaerobt system multipliceras topp plasmalaktat med 3 och genom den tävlande kropp massa (resultatet i ml omvandlas sedan till L och in kJ).

Metoden kan användas för både kontinuerlig och intermittent motion. Detta är en mycket intressant metod eftersom det kan anpassas till övningar och sport som är svåra att efterliknas i kontrollerade miljöer. Dessutom är detta bara enTillgängligt metod kan särskilja bidraget av tre olika energisystem. Således tillåter metoden studien av sport med stor likhet med verkliga situationer, vilket ger önskvärt ekologisk validitet till studien.

Protocol

Införandet

Den energi som är nödvändig för att upprätthålla en fysisk ansträngning kommer från två metaboliska källor: aerob och anaerob metabolism. Medan den aeroba metabolismen är effektivare än den anaeroba metabolismen (dvs., producerar den en högre mängd av ATP per mol substrat), producera energi genom anaerob metabolism kan ge en hög mängd energi inom en mycket kort tidsperiod. Detta kan vara avgörande för varje situation som kräver extremt snabba rörelser.

Varje idrott har specifika egenskaper i form av motoriska färdigheter som ger unika fysiologiska och metaboliska krav på just den idrotten. Den viktigaste aspekten av den metaboliska efterfrågan är det relativa bidraget av energisystem med den totala energin som erfordras för aktivitet. För att bestämma den särskilda efterfrågan på varje idrott är avgörande för att utveckla optimerade utbildning modeller, näringsmässiga strategier och ergogenic hjälpmedel som kan maximera enthletic prestanda.

Vissa sporter är relativt lätt att återges i en laboratoriemiljö, därför är det möjligt att skapa en kontrollerad miljö där idrottare kan utvärderas. Detta är fallet med löpning och cykling, till exempel. Förutsägbara rörelser komponerar dessa sporter, och därför är lätt att studeras. Med några enkla utrustning är det möjligt att efterlikna ganska exakt samma rörelser som idrottare utför i verkliga situationer, såsom utbildning och tävlingar. I själva verket har dessa sporter har i större utsträckning studerats av motion forskare och dragit med en mer fullständig och tillförlitlig vetenskaplig litteratur.

Å andra sidan är ett antal sporter är mycket svårare att reproduceras i laboratoriet. Dessa sporter är oförutsägbara och beroende på de åtgärder för partner (s) och opponent (er). Detta leder till en oförmåga att korrekt återge konkurrensförhållandena i labbet och en oförmåga att Assess dessa idrottare i fält under antingen träning eller tävling. Kanske på grund av dessa problem har de fått mycket mindre uppmärksamhet från forskarna. Detta är fallet för de flesta lagsporter och många individuella sport 1.

Med tanke på dessa aspekter, som syftar vi att beskriva hur man bedömer den differentiella bidrag energisystem i sporter som är svåra att reproducera under kontrollerade laboratorieförhållanden. Eftersom judo är en mycket komplex och oförutsägbar sport, kommer vi att använda judo som ett exempel. Emellertid kan de koncept som visas här anpassas till en rad olika sporter.

1. Fysiologiska mätningar på Rest

  1. Mät idrottarens kroppsmassa innan han / hon initierar träning.
  2. Innan inleda övningen, samla ett litet vilande blodprov från örsnibben eller fingertoppen och hålla den på is tills hela experimentella proceduren är klar.
  3. Efter Placera calibrated bärbar gasanalysator som mest praktiska förbindelser läge, vilket beror på de rörelser som idrottaren kommer att uppträda och spela in vilo-eller baslinjen syreförbrukning under fem minuter. Under baslinjemätningen måste idrottare att vara tyst stående på sina fötter (om övningen kommer att utföras i en stående position) eller satt i den utrustning som ska användas (om övningen kommer att genomföras i en cycloergometer eller någon liknande utrustning).

2. Fysiologiska mätningar under träning

  1. Efter uppsamling av vila blodprov och vila syreförbrukning, kan du be den tävlande att starta specifika övning som du studerar. Den bärbara Gasanalysatorn måste placeras i ett läge som ingen kommer att störa motion och att motion skadar inte utrustningen. Fortsätta att mäta syreförbrukning under hela löptiden.

3. Fysiologiska mätningar efter träning

  • Efter uppsamling av träningsdata syreförbrukning, hålla konsumtionen inspelning syrgas under tio minuter innan du stänger av utrustningen av. Alltid kalibrera gasanalysatorn om mer än en idrottare är under utvärdering på samma dag.
  • För att identifiera toppen plasmalaktat efter träning, samla små blodprover direkt efter träning, tre, fem och sju minuter efter träning. Håll dem på is fram till analys.
  • 4. Blodprover Bearbetning och Peak plasmalaktat Fastställande

    1. Alla blodprov måste placeras i mikrorör innehåller en motsvarande volym av en 2% NaF-lösning (dvs om du samlar 25 pl blod, placera den i 25 pl 2% NaF).
    2. När datainsamlingen är klar separera plasma från erytrocyter genom centrifugering av proverna under 5 minuter vid 2000 g vid 4 ° C.
    3. Plasmalaktat kan bestämmas genom en mängd olika methods2, 3. I vårt labb använder vi den elektrokemiska method med hjälp av en automatiserad laktat analysator (Yellow Springs 1500 Sport, Ohio).

    5. Beräkningar

    1. Beräkna nätet energi som genereras av den aeroba metabolismen genom att subtrahera konsumtionen vila syre från träning syreförbrukning. Syreförbrukning i vila erhålls genom att multiplicera genomsnittet av de sista 30 sekunderna av utgångsvärdet syreförbrukning med den totala träningstiden tid. Därefter, beräkna arean under kurvan för utövande syreförbrukning genom användning av trapetsmetoden. Slutligen, subtrahera vila syreförbrukning från träning syreförbrukning.
    2. Bidraget av den anaeroba metabolismen alactic (dvs. ATP-CP-vägen) kan betraktas som den snabba komponenten i överskott efter träning syreförbrukning 4-6, såsom illustreras i figur 1. Beräkna den energi som produceras av alactic systemet genom montering kinetiken av post-motion syreförbrukning till en bi-eller en monoexponentifl kurva. Detta kan göras med hjälp av matematik "programvara (t.ex. Microcal Ursprung version 7,0). Välj från mono-eller bi-exponentiell kurva baserad på den modell som bäst passar dina data set (dvs den lägsta rester). Använd sedan de villkor som tillhandahålls av monterad ekvationen (ekvation 1) för att beräkna alactic bidrag enligt ekvation 2.
      Fiugre 1
      Figur 1. Schematisk illustration av en typisk syreförbrukning kurva som erhålls i vila, under och efter träning.
      Ekvation 1:
      Ekvation 1
      Ekvation 2:
      Ekvation 2
      där V O2 (t) är syreupptagning vid tidpunkten t, är V O2baseline syreupptagning vid baslinjen, A är amplituden, är δ tidsfördröjningen är τ en tidskonstant,och 1 och 2 betecknar de snabba och långsamma komponenter, respektive.
    3. Att beräkna bidraget av mjölksyra anaerobt system, antas det att 1 mM laktat ovan vilande värden motsvarar 3 ml av syre som förbrukas per kilogram kropps-mass7. Således beräknas delta peak plasma laktat (dvs, topp plasmalaktat minus vila plasma laktat) och multiplicera det med 3 och av idrottarens kroppsmassa. Det erhållna värdet av syre i ml omvandlas sedan till L och energi (kJ), under antagande att varje 1 L av O 2 är lika med 20,92 kJ.
    4. Slutligen resultatet av varje energisystem sammanfattas så att du har den totala energiförbrukningen under aktiviteten och den relativa betydelsen av varje system kan beräknas.

    6. Representativa resultat

    Figur 2 visar en kurva för syreförbrukning i vila, under träning och efter träning. IExempelvis används här, utfört idrottare tre olika judo tekniker o-uchi-gari, harai-Goshi och seoi-nage) i fem minuter (ett kast var 15 s) 8. Detta är en typisk reaktion på intermittent motion. Efter beräkningarna fick vi det slutliga resultatet på bidrag energisystem under judo övningar (Tabell 1).

    Ytterligare representativa resultat visas i tabell 2. I detta exempel var inomhus rock klättrare på olika konkurrenskraftiga nivåer (dvs. fritids vs elit) utvärderas under en låg-problem klättra rutt. Individuella resultat för en elitidrottare och en fritids idrottare visas (tabell 2).

    Seoi-nague Harai-Goshi O-uchi-gari
    kJ % kJ % kJ %
    Anaerob alactic 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
    Anaerob mjölksyra 4 ± 2 1,5 ± 0,7 5 ± 5 1,6 ± 1,4 4 ± 4 1,5 ± 1,1
    Totalt 273 ± 86 - 259 ± 91 - 237 ± 99 -
    Totalt (kJ / min) 51,9 ± 8,7 - 49,4 ± 8,9 - 45,3 ± 19,6 -

    Tabell 1. Representativa resultat av den totala energiförbrukning och bidrag energisystem under tre olika judo övningar.

    Konkurrenskraftig nivå Aerob (%) Anaerob Lactic (%) Anaerob Alactic (%) Totalt (kJ) Totalt (kJ / s) Elite 40 8 52 70,4 1,00
    Recreational 40 15 45 96,1 1,15

    Tabell 2. Representativa individuella uppgifter av den totala energiförbrukning och bidrag energisystem under en låg svårigheter klättra rutt.

    Figur 2
    Figur 2. Representativa resultat erhållna under en 5-minuters judon övning.

    Discussion

    Den metod vi har visat hare kan användas för både kontinuerlig och intermittent motion. Den stora fördelen med metoden är att den kan anpassas till övningar och sport som är svåra att efterliknas i kontrollerade laboratoriemiljö. Vidare är detta den enda tillgängliga metoden kan särskilja bidraget av tre olika energisystem. Således tillåter metoden studien av sport med stor likhet med verkliga situationer, vilket ger önskvärt ekologisk validitet till studien 9. Till exempel en nyligen genomförd studie av Mello et al. 10 visade att glykolytiska bidrag på ett 2000 m på vatten Rowing Race är bara 7%, vilket innebär att rodd prestandan beror huvudsakligen på den aeroba metabolismen. Likaså en studie av Beneke et al 4 bekräftat att den främsta källan till energi under en av de mest använda anaeroba tester, Wingate Anaerobic Test är den anaeroba metabolismen (20% aerob,. 30% alaCTIC och 50% glykolytiska). Färska studier från vår grupp har också präglat energi bidrag inomhus klättring 6 och judo 8, som redovisas i detta exempel. Faktum är att kunskapen om energiska bidrag avgörande för utvecklingen av ergogenic strategier, utbildningsorganisation eller ens för att validera ett test.

    Denna metod har vissa begränsningar. För det första är kostnaden för utrustningen något hög, och specialiserade utbildad personal erfordras. Andra, även om de flesta sporter kan härmas med denna teknik är det inte någon typ av motion som kan studeras med användning av portabla gasanalysator. Slutligen, såsom plasmalaktat inte exakt utgör den totala laktat som produceras av skelettmuskel under aktivitet, kan de resultat som erhölls genom detta förfarande anses en estimative av metaboliska behov vid träning, snarare än en exakt kvantifiering av den energetiska bidrag. Detta är dock den enda validerade migThOD tillgänglig 11 kan särskilja bidraget från de tre olika energisystem.

    Disclosures

    Författarna förklarar de inte har någon intressekonflikt när det gäller denna studie.

    Acknowledgments

    Vi tackar för att Fabiana Benatti för hennes typ samarbetet i videon. Vi tackar också FAPESP (# 2007/51228-0) och CNPq (# 300133/2008-1) för stöd till våra undersökningar på detta område.

    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

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Franchini, E., Del Vecchio, F. B., Matsushigue, K. A. Physiological profiles of elite judo athletes. Sports Med. 41, 147-166 (2011).
    2. Bergmeyer, H. U., Bergmeyer, J., Grassl, M. Methods of enzymatic analysis. Academic Press. New York. (1983).
    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).
    5. Beneke, R., Beyer, T., Jachner, C. Energetics of karate kumite. Eur. J. Appl. Physiol. 92, 518-523 (2004).
    6. Bertuzzi, R. C. D., Franchini, E., Kokubun, E. Energy system contributions in indoor rock climbing. Eur. J. Appl. Physiol. 101, 293-300 (2007).
    7. di Prampero, P. E., Ferretti, G. The energetics of anaerobic muscle metabolism: a reappraisal of older and recent concepts. Respir. Physiol. 118, 103-115 (1999).
    8. Franchini, E., Bertuzzi, R. C. D., Degaki, E. Energy Expenditure in Different Judo Throwing Techniques. Proceedings of first joint international pre-Olympic conference of sports science and sports engineering, vol II. Bio-mechanics and sports engineering. 55-60 (2008).
    9. Calmet, M. Developing ecological research in judo. Percept. Mot. Skills. 105, 646-648 (2007).
    10. Mello, F. D., Bertuzzi, R. C., Grangeiro, P. M. Energy systems contributions in 2,000 m race simulation: a comparison among rowing ergometers and water. Eur. J. Appl. Physiol. 105, 615-619 (2009).
    11. Bertuzzi, R. C., Franchini, E., Ugrinowitsch, C. Predicting MAOD using only a supramaximal exhaustive test. Int. J. Sports Med. 31, 477-481 (2010).
    Fastställande av bidrag Energy Systems under träning
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    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).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    simple hit counter