Name: determining the contribution of the energy systems during exercise
Uploaded: 2012-03-20T12:00:00
Duration: 11 min 15 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Determining the Contribution of the Energy Systems During Exercise at JoVE.com

Vi takker for at Fabiana Benatti for hendes slags samarbejde i videoen. Vi takker også FAPESP (# 2007/51228-0) og CNPq (# 300133/2008-1) for støtte til vore undersøgelser på dette område.

Indledning Den nødvendige energi for at opretholde et fysisk anstrengelse kommer fra to metaboliske kilder: aerobe og anaerobe stofskifte. Medens aerob metabolisme er mere effektiv end den anaerobe metabolisme (dvs. den producerer en højere mængde af ATP pr mol substrat), produktion af energi ved anaerob metabolisme kan tilvejebringe en stor mængde energi i et meget kort tidsrum. Dette kan være afgørende for enhver situation, som kræver ekstremt hurtige bevægelser. Hver sporten har særlige kendetegn i form af motoriske færdigheder, der giver unikke fysiologiske og metaboliske krav for den pågældende sport. Det vigtigste aspekt af den metaboliske krav er det relative bidrag af de energisystemer til den totale energi, der kræves for aktiviteten. For at bestemme den specifikke efterspørgsel af hver sportsgren er afgørende for at udvikle optimerede uddannelse modeller, ernæringsmæssige strategier og ergogenic hjælpemidler, der kan maksimere enthletic ydeevne. Visse sportsgrene er relativt let at blive reproduceret i laboratoriet, og det er således muligt at skabe en kontrolleret miljø, hvor atleter kan evalueres. Dette er tilfældet for drift og cykling, f.eks. Forudsigelige bevægelser komponere disse sportsgrene, og derfor er de nemme at blive undersøgt. Ved hjælp af nogle enkle udstyr, er det muligt at efterligne helt præcis de samme bevægelser, som atleter udfører i virkelige situationer, såsom træning og konkurrencer. Faktisk har disse sportsgrene blevet mere grundigt undersøgt af motion forskere og nydt godt med en mere komplet og pålidelig videnskabelig litteratur. På den anden side er et antal sports meget vanskeligere at blive reproduceret i laboratoriet. Disse sportsgrene er uforudsigelige og afhængig af de handlinger partner (e) og modstander (e). Dette fører til en manglende evne til at gengive de konkurrencemæssige forhold i laboratoriet, og en manglende evne til at Assess disse atleter i marken i enten uddannelse eller konkurrence. Måske på grund af disse problemer, har de fået meget mindre opmærksomhed fra forskerne. Dette er tilfældet for de fleste af holdsport og mange individuelle Sports 1. I betragtning af disse aspekter, vi har til formål at beskrive, hvordan man skal vurdere forskellen bidrag af energisystemerne i sportsgrene, der er vanskelige at reproducere under kontrollerede laboratorieforhold. Fordi judo er en meget kompleks og uforudsigelig sport, vil vi bruge judo som et eksempel. Imidlertid kan de koncepter er vist her, kan tilpasses til en række forskellige sportsgrene. 1. Fysiologiske målinger i hvile <ol><li> Mål atletens kropsmasse, før han / hun indleder motion. </li><li> Før påbegyndelse af øvelsen, hente et lille hvile blodprøve fra øreflip eller fingerspids og holde den på is, indtil hele eksperimentelle procedure er afsluttet. </li><li> Efter, placere CALibrated bærbar gasanalysator på den mest bekvemme position, som afhænger af de bevægelser, at atleten vil udføre, og optag hvile eller baseline iltforbrug i fem minutter. Under basismåling, har atleten at holde stille stående på sine fødder (hvis øvelsen skal udføres i stående stilling), eller sad i det udstyr, der skal bruges (hvis øvelsen skal udføres i en cycloergometer eller i lignende udstyr). </li></ol> 2. Fysiologiske målinger under træning <ol><li> Efter opsamling hvile blodprøve og hvile iltforbrug, kan du bede atlet for at starte specifikke øvelse, du studerer. Den bærbare gasanalysator skal være placeret i en position, vil ikke blande sig med motion og at motion ikke vil beskadige udstyret. Fortsæt med at måle ilt forbrug i hele udnyttelsesperioden. </li></ol> 3. Fysiologiske målinger efter træning </p&gt; <ol><li> Efter opsamling motion iltforbrug data, holde registrering iltforbrug i ti minutter, før du lukker udstyret ned. Altid rekalibrere gasanalysatoren, hvis mere end en atlet bliver vurderet på samme dag. </li><li> Med henblik på at identificere peak plasma laktat efter træning, indsamle små blodprøver umiddelbart efter træning, tre, fem og syv minutter efter træning. At holde dem på is indtil analyse. </li></ol> 4. Blodprøver Behandling og Peak Plasma Lactatbestemmelsen <ol><li> Alle blodprøver skal anbringes i mikrorør, der indeholder et tilsvarende volumen af ​​en 2% NaF-opløsning (dvs., hvis du indsamler 25 ul blod, placere den i 25 pi 2% NaF). </li><li> Når data samling er afsluttet, skilles plasma fra erythrocytter ved centrifugering af prøverne i 5 minutter ved 2000 g ved 4 ° C. </li><li> Plasmalactat kan bestemmes ved en række methods2, 3. I vores lab, bruger vi den elektrokemiske method ved hjælp af en automatiseret laktat analysator (Yellow Springs 1500 Sport, Ohio). </li></ol> 5. Beregninger <ol><li> Beregn netto energi, der genereres af aerob metabolisme ved at trække resten iltforbrug fra øvelse iltforbrug. Iltforbrug i hvile ved at multiplicere gennemsnittet af de sidste 30 sekunder af baseline iltforbrug ved den samlede træningstid tid. Derefter beregne arealet under kurven for udøvelse oxygenforbrug ved anvendelse af trapezmetoden. Endelig, trække den hvilende iltforbrug fra øvelse iltforbrug. </li><li> Bidraget fra den anaerobe alactic metabolisme (dvs. ATP-CP-vejen) kan betragtes som den hurtige komponent af overskydende post-træning oxygenforbrug 4-6, som vist i fig. 1. Beregn energi produceret af alactic systemet ved montering kinetikken af ​​post-øvelse iltforbrug til en bi-eller en monoexponential kurve. Dette kan gøres ved hjælp af matematik &#39;software (f.eks Microcal Origin-version 7,0). Vælg efter mono-eller bi-eksponentiel kurve er baseret på den model, der passer bedst til dit datasæt (dvs. den laveste restkoncentration). Brug derefter de vilkår, som den monterede ligning (ligning 1) til at beregne alactic bidrag i overensstemmelse med ligning 2. <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig1.jpg" alt="Fiugre 1" /> Figur 1. Skematisk illustration af en typisk oxygenforbrug kurven opnået i hvile, under og efter træning. Ligning 1: <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq1.jpg" alt="Ligning 1" /> Ligning 2: <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq2.jpg" alt="Ligning 2" /> hvor V O2 (t) er oxygenoptagelse på tidspunktet t, V O2baseline er oxygenoptagelsen ved basislinie, A er amplituden, δ er tidsforsinkelsen, τ er en tidskonstant,og 1 og 2 angiver de hurtige og langsomme komponenter, hhv. </li><li> At beregne bidrag mælkesyre anaerobe system, antages det, at 1 mM lactat over hvilende værdier svarer til 3 ml af oxygen forbruges pr kg legemsvægt mass7. Således beregner delta peak plasma laktat (dvs. peak plasma laktat minus hvilepuls plasma laktat) og ganges med 3 og af atletens krop masse. Den opnåede værdi af oxygen i ml omdannes derefter til L og energi (kJ), forudsat at hver en L af O2 er lig med 20,92 kJ. </li><li> Endelig er resultatet af hver energisystem opsummeres, så du har det samlede energiforbrug i løbet af aktiviteten og det relative bidrag af hver af systemet kan beregnes. </li></ol> 6. Repræsentative resultater Figur 2 viser et repræsentativt kurve for oxygenforbrug i hvile, under motion og efter træning. Ieksempel bruges her, atleter udføres tre forskellige judo teknikker (o-uchi-gari, harai-Goshi og seoi-nage) i fem minutter (en smide hver 15 s) 8. Dette er en typisk reaktion intermitterende motion. Efter de beregninger, fik vi de endelige resultater om bidrag fra energi-systemer under judo øvelser (tabel 1). Yderligere repræsentative resultater er vist i tabel 2. I dette eksempel blev indendørs klatrere af forskellige konkurrencedygtigt niveau (dvs., rekreative vs elite) vurderes i en lav-besvær klatre ruten. Individuelle resultater for en elite atlet og en rekreative atlet er vist (tabel 2). <table border="1"><tbody><tr><td rowspan="2"></td><td colspan="2"> Seoi-nague </td><td colspan="2"> Harai-Goshi </td><td colspan="2"> O-uchi-gari </td></tr><tr><td> kJ </td><td> % </td><td> kJ </td><td> % </td><td> kJ </td><td> % </td></tr><tr><td> Anaerob alactic </td><td> 46 ± 20 </td><td> 16,3 ± 2,8 </td><td> 43 ± 21 </td><td> 16,1 ± 2,7 </td><td> 36 ± 22 </td><td> 14,6 ± 2,8 </td></tr><tr><td> Aerobic </td><td> 223 ± 66 </td><td> 82,2 ± 2,9 </td><td> 211 ± 66 </td><td> 82,3 ± 3,8 </td><td> 196 ± 74 </td><td> 84,0 ± 3,8 </td></tr><tr><td> Anaerob mælkesyre </td><td> 4 ± 2 </td><td> 1,5 ± 0,7 </td><td> 5 ± 5 </td><td> 1,6 ± 1,4 </td><td> 4 ± 4 </td><td> 1,5 ± 1,1 </td></tr><tr><td> Total </td><td> 273 ± 86 </td><td>- </td><td> 259 ± 91 </td><td> - </td><td> 237 ± 99 </td><td> - </td></tr><tr><td> Total (kJ / min) </td><td> 51,9 ± 8,7 </td><td> - </td><td> 49,4 ± 8,9 </td><td> - </td><td> 45,3 ± 19,6 </td><td> - </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Repræsentative resultater af det samlede energiforbrug udgifter og bidrag af energisystemerne i tre forskellige judo øvelser. <table border="1"><tbody><tr><td> Konkurrencedygtigt niveau </td><td> Aerob (%) </td><td> Anaerob Lactic (%) </td><td> Anaerob Alactic (%) </td><td> Total (kJ) </td><td> Total (kJ / s) </td></tr&gt; <tr><td> Elite </td><td> 40 </td><td> 8 </td><td> 52 </td><td> 70,4 </td><td> 1,00 </td></tr><tr><td> Rekreativ </td><td> 40 </td><td> 15 </td><td> 45 </td><td> 96,1 </td><td> 1,15 </td></tr></tbody></table> Tabel 2. Repræsentative individuelle data af det samlede energiforbrug udgifter og bidrag af energi-systemer under en lav-besvær klatre ruten. <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig2.jpg" alt="Figur 2" /> Figur 2. Repræsentative resultater opnået under en 5 minutters judo øvelse.

<ol>
	<li>Franchini, E., Del Vecchio, F. B., Matsushigue, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+profiles+of+elite+judo+athletes.">Physiological profiles of elite judo athletes.</a> Sports Med. 41, 147-166 (2011).</li><li>Bergmeyer, H. U., Bergmeyer, J., Grassl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods of enzymatic analysis. , (1983).</li><li>Passonneau, J. V., Lowry, O. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymatic+Analysis.">Enzymatic Analysis.</a> A Practical Guide. , (1993).</li><li>Beneke, R., Pollmann, C., Bleif, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+anaerobic+is+the+Wingate+Anaerobic+Test+for+humans.">How anaerobic is the Wingate Anaerobic Test for humans.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 87, 388-392 (2002).</li><li>Beneke, R., Beyer, T., Jachner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetics+of+karate+kumite.">Energetics of karate kumite.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 92, 518-523 (2004).</li><li>Bertuzzi, R. C. D., Franchini, E., Kokubun, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+system+contributions+in+indoor+rock+climbing.">Energy system contributions in indoor rock climbing.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 101, 293-300 (2007).</li><li>di Prampero, P. E., Ferretti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+energetics+of+anaerobic+muscle+metabolism:+a+reappraisal+of+older+and+recent+concepts.">The energetics of anaerobic muscle metabolism: a reappraisal of older and recent concepts.</a> Respir. Physiol. 118, 103-115 (1999).</li><li>Franchini, E., Bertuzzi, R. C. D., Degaki, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+Expenditure+in+Different+Judo+Throwing+Techniques.+Proceedings+of+first+joint+international+pre-Olympic+conference+of+sports+science+and+sports+engineering,+vol+II.">Energy Expenditure in Different Judo Throwing Techniques. Proceedings of first joint international pre-Olympic conference of sports science and sports engineering, vol II.</a> Bio-mechanics and sports engineering. , 55-60 (2008).</li><li>Calmet, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+ecological+research+in+judo.">Developing ecological research in judo.</a> Percept. Mot. Skills. 105, 646-648 (2007).</li><li>Mello, F. D., Bertuzzi, R. C., Grangeiro, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+systems+contributions+in+2,000+m+race+simulation:+a+comparison+among+rowing+ergometers+and+water.">Energy systems contributions in 2,000 m race simulation: a comparison among rowing ergometers and water.</a> Eur. J. Appl. Physiol. 105, 615-619 (2009).</li><li>Bertuzzi, R. C., Franchini, E., Ugrinowitsch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+MAOD+using+only+a+supramaximal+exhaustive+test.">Predicting MAOD using only a supramaximal exhaustive test.</a> Int. J. Sports Med. 31, 477-481 (2010).</li></ol>

Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen interessekonflikt med hensyn til denne undersøgelse.

Fremgangsmåden vi har vist haren kan anvendes til både kontinuerlig og intermitterende motion. Den store fordel ved fremgangsmåden er, at den kan tilpasses til øvelser og sports som er vanskelige at blive efterlignet i kontrollerede laboratoriet indstillinger. Desuden er dette er den eneste tilgængelige metode stand til at skelne bidrag af tre forskellige energisystemer. Således metode tillader studiet af sport med stor lighed med virkelige situationer, giver ønskeligt økologisk validitet i undersøgelsen 9. For eksempel,. En nylig undersøgelse af Mello et al 10 viste, at det glycolytiske bidrag i en 2000 m på vand Rowing Race er kun 7%, hvilket betyder, at roning ydelse er primært afhængig af aerob metabolisme. Tilsvarende, en undersøgelse af Beneke et al 4 bekræftet, at den vigtigste energikilde under en af de mest anvendte anaerobe test, Wingate anaerobe forsøg, er den anaerobe metabolisme (20% aerob;. 30% alactic og 50% glycolytiske). Nylige undersøgelser fra vores gruppe har også præget de energi-bidrag indendørs klatring 6 og judo 8, som rapporteret i dette eksempel. Faktisk viden om den energiske bidrag er afgørende for udviklingen af ​​ergogenic strategier, erhvervsuddannelsesinstitution eller endda for validering af en test. Denne fremgangsmåde har visse begrænsninger. Første omkostningerne til udstyr er noget høj, og specialiserede uddannet personale er påkrævet. Sekund, selv om de fleste sportsgrene kan efterlignes med denne teknik, er det ikke nogen form for øvelse, kan studeres ved hjælp af bærbare gasanalysator. Endelig, som plasmalactat ikke nøjagtigt repræsenterer den totale lactat fremstilles ved skeletmuskel under aktivitet, kan resultaterne opnået ved denne procedure skal betragtes som en anslåede af metaboliske behov under motion, snarere end en præcis kvantificering af den energetiske bidrag. Ikke desto mindre er den eneste godkendte migThOD rådighed 11 stand til at skelne bidrag af de tre forskellige energisystemer.

<table border="1"><tbody><tr><th> Navn på reagenset </th><th> Firma </th><th> Kommentarer </th></tr><tr><td> YSI 1500 Sport </td><td> Yellow Springs </td><td> Dette udstyr giver mulighed for en hurtig og nem plasma Lactatbestemmelsen </td></tr><tr><td> K4 b2 </td><td> Cosmed </td><td> Dette udstyr er afgørende for at måle iltforbrug hele øvelsen </td></tr><tr><td> Software Microcal 6,0 </td><td> Oprindelse </td><td> Denne software (eller en anden med lignende egenskaber) vil være nyttige for beregningerne </td></tr></tbody></table>

determining the contribution of the energy systems during exercise

Et af de vigtigste aspekter ved den metaboliske krav er det relative bidrag af de energisystemer til den totale energi, der kræves for en given fysisk aktivitet. Selv om nogle sportsgrene er relativt let at blive gengivet i et laboratorium (fx løb og cykling), en række sportsgrene er meget vanskeligere at blive gengivet og undersøgt i kontrollerede situationer. Denne metode præsenterer hvordan man skal vurdere forskellen bidrag af energisystemerne i sportsgrene, der er vanskelige at efterligne under kontrollerede laboratorieforhold. Begreberne vist her kan tilpasses til praktisk talt enhver sport. De følgende fysiologiske variabler vil være behov for: hvile iltforbrug, motion iltforbrug, post-øvelse iltforbrug, resten plasmalaktatkoncentration og post-øvelse plasma peak laktat. For at beregne bidraget fra den aerobe stofskifte, skal du bruge ilt forbrug i hvile og under træningen. Ved hjælp aftrapezformet fremgangsmåde området beregne under kurven for oxygenforbrug under træning, at subtrahere det område, der svarer til resten oxygenforbrug. For at beregne bidrag alactic anaerobe metabolisme, post-øvelse iltforbrug kurve skal indstilles til en mono-eller en bi-eksponentiel model (valgt af en, der passer bedst). Derefter anvende udtrykkene i den monterede ligningen beregne anaerob alactic metabolisme, som følger: ATP-CP metabolisme = A 1 (ml s-1). Xt 1 (S). Endelig, for at beregne bidrag mælkesyre anaerobe system, multipliceres peak plasmalactat med 3 og af sportsudøveren kropsmasse (resultatet i ml omdannes derefter til L og ind kJ). Fremgangsmåden kan anvendes både kontinuerlig og intermitterende motion. Det er en meget interessant tilgang, da det kan tilpasses til øvelser og sport, som er vanskelige at efterlignes i kontrollerede omgivelser. Også dette er den eneste enudligningsberettiget metode stand til at skelne bidrag af tre forskellige energisystemer. Således metode tillader studiet af sport med stor lighed med virkelige situationer, giver ønskeligt økologisk validitet i undersøgelsen.

Watch this Scientific Journal Video about Determining the Contribution of the Energy Systems During Exercise at JoVE.com

Determining the Contribution of the Energy Systems During Exercise

Denne protokol giver forskere med fokus på motion og sport videnskaber at bestemme den relative bidrag af tre forskellige energisystemer til den samlede energi udgifter i et stort udvalg af øvelser.

Bestemmelse af bidrag af Energy Systems under træning

One of the most important aspects of the metabolic demand is the relative contribution of the energy systems to the total energy required for a given ...

Research

JoVE Journal

Biology

Counting and Determining the Viability of Cultured Cells

Determining the number of cells in culture is important in standardization of culture conditions and in performing accurate quantitation experiments. A ...

Mouse Mammary Epithelial Cells form Mammospheres During Lactogenic Differentiation

A phenotypic measure commonly used to determine the degree of lactogenic differentiation in mouse mammary epithelial cell cultures is the formation of ...

Gross Dissection of the Stomach of the Lobster, Homarus Americanus

Gross Dissection of the Stomach of the Lobster, Homarus Americanus

The stomach of the American lobster (Homarus americanus) is located in the cephalothorax, between the rostrum and the cervical groove. The anterior end of ...

Determining Cell Number During Cell Culture using the Scepter Cell Counter

Counting cells is often a necessary but tedious step for in vitro cell culture. Consistent cell concentrations ensure experimental reproducibility and ...

Blastomere Explants to Test for Cell Fate Commitment During Embryonic Development

Blastomer Eksplantater at teste for Cell Fate Commitment under fosterudviklingen

Fate maps, constructed from lineage tracing all of the cells of an embryo, reveal  which tissues descend from each cell of the embryo.  Although fate maps ...

Live Imaging of Apoptotic Cell Clearance during Drosophila Embryogenesis

Live Imaging of Apoptotic Cell Clearance during Drosophila Embryogenesis

Levende Imaging af Apoptotisk Cell Clearance under<em&gt; Drosophila</em&gt; Embryogenese

The  proper elimination of unwanted or aberrant cells through apoptosis and  subsequent phagocytosis (apoptotic cell clearance) is crucial for normal  ...

The Use of Chemostats in Microbial Systems Biology

Brug af kemostater i Mikrobiel Systembiologi

Cells regulate their rate of growth in response to signals from the external world. As the cell grows, diverse cellular processes must be coordinated ...

Isolation of Mitochondria from Minimal Quantities of Mouse Skeletal Muscle for High Throughput Microplate Respiratory Measurements

Isolering af mitokondrier fra minimale mængder af Mouse Skeletmuskel for High Throughput Microplate Respiratory Målinger

Dysfunctional skeletal muscle mitochondria play a role in altered metabolism observed with aging, obesity and Type II diabetes. Mitochondrial ...

Environmental Screening of Aeromonas hydrophila, Mycobacterium spp., and Pseudocapillaria tomentosa in Zebrafish Systems

Environmental Screening of Aeromonas hydrophila, Mycobacterium spp., and Pseudocapillaria tomentosa in Zebrafish Systems

Miljøscreening af Aeromonas hydrophila, Mycobacterium spp. og Pseudocapillaria tomentosa i zebrafisk systemer

Health monitoring systems are developed and used in zebrafish research facilities because pathogens of Danio rerio such as Aeromonas hydrophila, ...

Establishment of an Extracellular Acidic pH Culture System

Etablering af en ekstracellulære sure pH kultur System

Conditions of the tumor microenvironment, such as hypoxia or nutrient starvation, play critical roles in cancer progression and malignancy. However, the ...