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 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.

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 <ol><li> Mät idrottarens kroppsmassa innan han / hon initierar träning. </li><li> Innan inleda övningen, samla ett litet vilande blodprov från örsnibben eller fingertoppen och hålla den på is tills hela experimentella proceduren är klar. </li><li> 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). </li></ol> 2. Fysiologiska mätningar under träning <ol><li> 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. </li></ol> 3. Fysiologiska mätningar efter träning </p&gt; <ol><li> 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. </li><li> 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. </li></ol> 4. Blodprover Bearbetning och Peak plasmalaktat Fastställande <ol><li> 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). </li><li> När datainsamlingen är klar separera plasma från erytrocyter genom centrifugering av proverna under 5 minuter vid 2000 g vid 4 ° C. </li><li> 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). </li></ol> 5. Beräkningar <ol><li> 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. </li><li> 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 &quot;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. <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig1.jpg" alt="Fiugre 1" /> Figur 1. Schematisk illustration av en typisk syreförbrukning kurva som erhålls i vila, under och efter träning. Ekvation 1: <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq1.jpg" alt="Ekvation 1" /> Ekvation 2: <img src="/files/ftp_upload/3413/3413eq2.jpg" alt="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. </li><li> 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. </li><li> Slutligen resultatet av varje energisystem sammanfattas så att du har den totala energiförbrukningen under aktiviteten och den relativa betydelsen av varje system kan beräknas. </li></ol> 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). <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> Aerob </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 mjölksyra </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> Totalt </td><td> 273 ± 86 </td><td>- </td><td> 259 ± 91 </td><td> - </td><td> 237 ± 99 </td><td> - </td></tr><tr><td> Totalt (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. Representativa resultat av den totala energiförbrukning och bidrag energisystem under tre olika judo övningar. <table border="1"><tbody><tr><td> Konkurrenskraftig nivå </td><td> Aerob (%) </td><td> Anaerob Lactic (%) </td><td> Anaerob Alactic (%) </td><td> Totalt (kJ) </td><td> Totalt (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. Representativa individuella uppgifter av den totala energiförbrukning och bidrag energisystem under en låg svårigheter klättra rutt. <img src="/files/ftp_upload/3413/3413fig2.jpg" alt="Figur 2" /> Figur 2. Representativa resultat erhållna under en 5-minuters judon övning.

<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>

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

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.

<table border="1"><tbody><tr><th> Namnet på reagens </th><th> Företaget </th><th> Kommentarer </th></tr><tr><td> YSI 1500 Sport </td><td> Yellow Springs </td><td> Denna utrustning gör det möjligt för en snabb och enkel bestämning plasmalaktat </td></tr><tr><td> K4 b2 </td><td> Cosmed </td><td> Denna utrustning är avgörande för att mäta syreförbrukning under övningen </td></tr><tr><td> Mjukvara Microcal 6,0 </td><td> Ursprung </td><td> Denna programvara (eller någon annan med liknande kapacitet) kommer att vara användbar för beräkningarna </td></tr></tbody></table>

determining the contribution of the energy systems during exercise

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.

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

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.

Fastställande av bidrag Energy Systems under träning

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

Räkning och Avgöra genomförbarhet för odlade celler

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

Mus bröst epitelceller formen Mammospheres Under Lactogenic Differentiering

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

Gross Dissection i magen av Hummer, Homarus americanus</em

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

Bestämma Cell antal under cellodling med Counter Scepter Cell

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 Explantat att testa Cell Fate engagemang under embryonal utveckling

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

Live avbildning av Apoptotic Cell Utförsäljning under<em&gt; Drosophila</em&gt; Embryogenesis

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

Användning av kemostater i Microbial 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 av mitokondrier från minimala kvantiteter av mus skelettmuskulatur för hög genomströmning Microandnings Mätningar

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

Miljögranskning av Aeromonas hydrophila, Mycobacterium spp. och Pseudocapillaria tomentosa zebrafiskar system

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

Inrättandet av en extracellulär sura pH kultur System

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