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 til Fabiana Benatti for hennes type samarbeid i videoen. Vi takker også FAPESP (# 2007/51228-0) og CNPq (# 300133/2008-1) for støtte til våre forskere på dette området.

Innledning Energien er nødvendig for å opprettholde en fysisk anstrengelse kommer fra to metabolske kilder: aerob og anaerob metabolisme. Mens aerob metabolisme er mer effektiv enn den anaerobe metabolismen (dvs. gir det et høyere beløp av ATP per mol av substrat), produsere energi gjennom anaerob metabolisme kan gi en stor mengde energi i en svært kort tidsperiode. Dette kan være avgjørende for enhver situasjon som krever ekstremt raske bevegelser. Hver idrett har bestemte egenskaper i form av motoriske ferdigheter som konferere unike fysiologiske og metabolske krav til den aktuelle idretten. Det viktigste aspektet av metabolsk etterspørselen er den relative bidraget av energisystemene til den totale energien som kreves for aktiviteten. For å bestemme den spesifikke krav til hver idrett er avgjørende for å utvikle optimaliserte opplæring modeller, ernæringsmessige strategier og ergogenic hjelpemidler som kan maksimere enthletic ytelse. Noen idretter er relativt lett å bli reprodusert i et laboratorium setting, så det er mulig å skape et kontrollert miljø der utøverne kan evalueres. Dette er tilfellet med løping og sykling, for eksempel. Forutsigbare bevegelser komponere disse idrettene, og derfor er de lett å bli undersøkt. Ved hjelp av noen enkle utstyr, er det mulig å etterligne ganske nøyaktig de samme bevegelsene som utøvere utfører i reelle situasjoner, for eksempel trening og konkurranser. Faktisk har disse idrettene blitt mer nøye studert av mosjon forskere og dratt med en mer komplett og pålitelig vitenskapelig litteratur. På den annen side, en rekke idretter er mye vanskeligere å bli reprodusert i laboratoriet. Disse sport er uforutsigbar og avhengig av handlingene til partner (e) og motstander (e). Dette fører til en manglende evne til å gjengi de konkurransemessige forholdene i laboratoriet og en manglende evne til assess disse utøverne i feltet under trening eller konkurranse. Kanskje på grunn av disse problemene, har de fått mye mindre oppmerksomhet fra forskere. Dette er tilfellet for de fleste lagidretter og mange individuelle idretter 1. Vurderer disse aspektene, rettet vi å beskrive hvordan å vurdere differensial bidraget av energisystemene i idretter som er vanskelig å gjenskape i kontrollerte laboratorieforhold. Fordi Judo er en svært kompleks og uforutsigbar sport, vil vi bruke judo som et eksempel. Imidlertid kan de begrepene som vises her kan tilpasses en rekke forskjellige idretter. 1. Fysiologiske målinger ved hvile <ol><li> Mål utøveren kroppsmasseindeks før han / hun starter å trene. </li><li> Før oppstart av øvelsen, samle en liten hvile blodprøve fra øreflippen eller fingertuppen og holde det på is til hele eksperimentelle prosedyren er ferdig. </li><li> Etter, legg calibrated bærbar gass analysator på den mest praktiske posisjon, som avhenger av bevegelsene at utøveren skal utføre, og rekord hvile eller baseline oksygenforbruk i fem minutter. Under baseline målingen, har utøveren å holde rolig stående på sine føtter (hvis treningen vil bli utført i en stående posisjon) eller satt i utstyret som skal brukes (hvis treningen vil bli utført i en cycloergometer eller i noen tilsvarende utstyr). </li></ol> 2. Fysiologiske målinger under trening <ol><li> Etter å ha samlet hvile blodprøve og hvile oksygenforbruk, kan du be utøveren til å starte den spesifikke øvelsen som du studerer. Den bærbare gass analysator må plasseres i en posisjon som vil ingen forstyrre trening og at øvelsen vil ikke ødelegge utstyret. Fortsett å måle oksygenopptak gjennom hele øvelsen perioden. </li></ol> 3. Fysiologiske målinger etter trening </p&gt; <ol><li> Etter å ha samlet øvelsen oksygen forbruk data, holde innspilling oksygenforbruk i ti minutter før du slår utstyret ned. Alltid kalibrere gass analysator hvis mer enn én utøver blir vurdert på samme dag. </li><li> For å identifisere toppen plasma laktat etter trening, samle små blodprøver umiddelbart etter trening, tre, fem og sju minutter etter trening. Hold dem på is inntil analyse. </li></ol> 4. Blodprøver Processing og Peak Plasma Laktat Bestemmelse <ol><li> Alle blodprøver må plasseres i mikrorør inneholder en tilsvarende volum av en 2% NaF løsning (dvs. hvis du samler inn 25 mL av blod, legg den i 25 mL av 2% NaF). </li><li> Når datainnsamlingen er ferdig, atskilt plasma fra erytrocytter ved å spinne prøvene i 5 minutter ved 2000 g ved 4 ° C. </li><li> Plasma laktat kan bestemmes gjennom en rekke methods2, tre. I vår lab, bruker vi den elektrokjemiske method med hjelp av en automatisert laktat analysator (Yellow Springs 1500 Sport, Ohio). </li></ol> 5. Beregninger <ol><li> Beregn netto energi som genereres av den aerobe metabolismen ved å trekke resten oksygenforbruk fra trening oksygenforbruk. Oksygenforbruk ved hvile oppnås ved å multiplisere gjennomsnittet av de siste 30 sekundene av baseline oksygenforbruk den totale varigheten på treningen tid. Deretter beregne arealet under kurven for trening oksygenforbruk ved hjelp av trapesmetoden. Til slutt trekker det hviler oksygenopptak fra trening oksygenforbruk. </li><li> Bidraget av den anaerobe alactic metabolisme (dvs. ATP-CP vei) kan betraktes som den raske komponenten av overflødig etter trening oksygenforbruk 4-6, som illustrert i figur 1. Beregn energien produsert av alactic systemet ved montering kinetikken av post-øvelsen oksygen forbruk til en bi-eller en monoexponential kurve. Dette kan gjøres ved hjelp av matematikk &#39;programvare (f.eks Microcal Origin versjon 7.0). Velg av mono-eller bi-eksponentiell kurve basert på modellen som passer best til din datasettet (dvs. den laveste rester). Deretter bruker de vilkår som er fastsatt av montert ligning (ligning 1) å beregne alactic bidrag ifølge Formel 2. <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig1.jpg" alt="Fiugre 1" /> Figur 1. Skjematisk illustrasjon av et typisk oksygenforbruk kurve innhentet ved hvile, under og etter trening. Formel 1: <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq1.jpg" alt="Formel 1" /> Formel 2: <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq2.jpg" alt="Formel 2" /> hvor V O2 (t) er oksygenopptak ved tiden t, er V O2baseline oksygenopptak ved baseline, er A amplitude, er δ tidsforsinkelsen er τ en konstant tid,og 1 og 2 betegne de raske og langsomme komponenter, henholdsvis. </li><li> For å beregne bidraget fra melkesyre anaerobe systemet, antas det at 1 mm av laktat over hvilende verdiene tilsvarer 3 ml oksygen forbrukt per kilo kropp mass7. Dermed beregne delta peak plasma laktat (dvs. maksimal plasmakonsentrasjon laktat minus hvile plasma laktat) og multiplisere det med tre og av utøveren kroppsmasse. Den innhentet Verdien av oksygen i ml deretter omdannes til L og energi (kJ), forutsatt at hver en L av O 2 er lik 20,92 kJ. </li><li> Endelig er resultatet oppnås ved hvert energisystem oppsummerte slik at du har det totale energiforbruket under aktiviteten og den relative bidraget fra hver av systemet kan beregnes. </li></ol> 6. Representative Resultater Figur 2 viser et representativt kurve av oksygenforbruk ved hvile, under trening og etter trening. Ieksempel brukes her, utført idrettsutøvere tre forskjellige judo teknikker (O-Uchi-gari, harai-goshi og seoi-nage) i fem minutter (en kaste alle 15 s) 8. Dette er en typisk reaksjon på intermittent trening. Etter beregningene, fikk vi de endelige resultater på bidraget av energisystemene i Judo øvelser (Tabell 1). Ytterligere representative resultatene vises i tabell 2. I dette eksemplet ble innendørs fjellklatrarar på ulike konkurransedyktige nivåer (dvs. rekreasjon vs elite) vurderes under en lav vanskelighetsgrad klatre rute. Individuelle resultater for en elite utøver og en rekreasjons idrettsutøver er vist (tabell 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 melkesyre </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> Tabell 1. Representative resultatene av total energiforbruk og bidrag av energisystemene i løpet av tre forskjellige judo øvelser. <table border="1"><tbody><tr><td> Konkurransedyktig nivå </td><td> Aerobic (%) </td><td> Anaerob Lactic (%) </td><td> Anaerob Alactic (%) </td><td> Totalt (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> Recreational </td><td> 40 </td><td> 15 </td><td> 45 </td><td> 96,1 </td><td> 1,15 </td></tr></tbody></table> Tabell 2. Representative individuelle data for total energiforbruk og bidrag av energisystemene i løpet av en lav-problemer klatre rute. <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig2.jpg" alt="Figur 2" /> Figur 2. Representative resultater oppnådd i løpet av en 5-minutters judo trening.

<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 har ingen interessekonflikt om denne studien.

Metoden vi har vist hare kan brukes både for kontinuerlig og periodisk trening. Den store fordelen med metoden er at den kan tilpasses til øvelser og idrett som er vanskelig å bli etterlignet i kontrollerte laboratorie innstillinger. Videre er dette det eneste tilgjengelige metoden i stand til å skille bidraget av tre ulike energisystemer. Dermed kan metoden studiet av idrett med stor likhet til reelle situasjoner, gi ønskelig økologisk validitet i studien 9. For eksempel, en fersk studie av Mello et al. Ti viste at glycolytic bidrag i en 2000 m på vann roing rase er bare 7%, noe som betyr at roing ytelsen er i hovedsak avhengig av aerob metabolisme. Tilsvarende vil en studie av Beneke m.fl. 4 bekreftet at den viktigste kilden til energi under en av de mest brukte anaerobe tester, den Wingate Anaerob Test, er det anaerob metabolisme (20% aerob;. 30% alactic og 50% glycolytic). Nyere studier av vår gruppe har også preget energi bidrag fra innendørs klatring 6 og judo 8, som rapportert i dette eksempelet. Faktisk er kunnskap om den energiske bidraget avgjørende for utvikling av ergogenic strategier, trening organisasjon eller for å validere en test. Denne metoden har noen begrensninger. For det første er kostnaden for utstyret noe høy, og spesialiserte fagpersonell er påkrevd. Sekund, selv om de fleste idretter kan etterlignet med denne teknikken, er det ikke noen form for trening som kan studeres ved hjelp av bærbare gass analysator. Til slutt, som plasma laktat ikke representerer akkurat den totale laktat produsert av skjelettmuskulatur under aktivitet, kan resultatene oppnådd med denne prosedyren anses som en estimative av metabolsk etterspørselen under trening, heller enn en presis tallfesting av energiske bidraget. Likevel er dette den eneste godkjente megThOD tilgjengelig 11 stand til å skille bidraget av de tre ulike energisystemer.

<table border="1"><tbody><tr><th> Navn på reagensen </th><th> Firma </th><th> Kommentarer </th></tr><tr><td> YSI 1500 Sport </td><td> Yellow Springs </td><td> Dette utstyret gir en rask og enkel plasma laktat besluttsomhet </td></tr><tr><td> K4 b2 </td><td> Cosmed </td><td> Dette utstyret er avgjørende for å måle oksygen forbruk gjennom hele øvelsen </td></tr><tr><td> Programvare Microcal 6.0 </td><td> Origin </td><td> Denne programvaren (eller andre med tilsvarende evner) vil være nyttig for beregningene </td></tr></tbody></table>

determining the contribution of the energy systems during exercise

En av de viktigste aspektene ved metabolsk etterspørselen er den relative bidraget av energisystemene til den totale energien som kreves for en gitt fysisk aktivitet. Selv om noen idretter er relativt lett å bli reprodusert i et laboratorium (f.eks løping og sykling), en rekke idretter er mye vanskeligere å bli reprodusert og studert i kontrollerte situasjoner. Denne metoden presenterer hvordan å vurdere differensial bidraget av energisystemene i idretter som er vanskelig å etterligne i kontrollerte laboratorieforhold. Begrepene vises her kan tilpasses nesten enhver sport. Følgende fysiologiske variabler vil være nødvendig: hvile oksygenforbruk, mosjon oksygenforbruk, etter trening oksygenforbruk, resten plasma laktat konsentrasjonen og etter trening plasma peak laktat. For å beregne bidraget fra aerob metabolisme, trenger du oksygenopptak i hvile og under trening. Ved å bruketrapesmetoden, beregne arealet under kurven av oksygenforbruk under trening, trekke området som tilsvarer resten oksygenforbruk. For å beregne bidraget fra alactic anaerob metabolisme, har etter trening oksygenforbruk kurve kan justeres til en mono eller en bi-eksponentiell modell (valgt av det som best passer). Deretter bruker vilkårene montert formel for å beregne anaerob alactic metabolisme, som følger: ATP-CP metabolisme = A 1 (ml s -1.) XT 1 (s). Til slutt, for å beregne bidraget fra melkesyre anaerobe systemet, multiplisere peak plasma laktat med 3 og av utøveren sin kroppsmasseindeks (resultatet i ml deretter omdannes til L og inn kJ). Metoden kan brukes både for kontinuerlig og periodisk trening. Dette er en veldig interessant tilnærming som den kan tilpasses til øvelser og idrett som er vanskelig å bli etterlignet i kontrollerte omgivelser. Dessuten er dette det eneste envailable metode stand til å skille bidraget av tre ulike energisystemer. Dermed kan metoden studiet av idrett med stor likhet til reelle situasjoner, gi ønskelig økologisk gyldighet til undersøkelsen.

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 protokollen tillater forskerne fokusert på trening og Idrettshøgskole å bestemme den relative bidraget av tre ulike energisystemer til det totale energiforbruket i løpet av ett stort utvalg av øvelser.

Bestemme Bidrag av energisystemene under trening

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

Blastomere explants å teste for Cell Fate Commitment under embryonal utvikling

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

Leve Imaging av apoptotiske Cell Lagersalg 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

Bruk av Chemostats i Microbial Systems Biology

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 av Mitokondrier fra minimale mengder av Mouse Skeletal Muscle for høy gjennomstrømming Micro respirasjonsmålinger

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

Miljøtester Aeromonas hydrophila, Mycobacterium spp. og Pseudocapillaria tomentosa i sebrafisk 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 av en ekstracellulære surt pH kultur-systemet

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