Механический кпд: Mechanical efficiency versus load. | Download Scientific Diagram

Механический КПД двигателя

Автор: Владимир Егоров
Источник: icarbio.ru
22241 1

Индикаторная мощность, развиваемая тепловым двигателем, не может быть в полной мере реализована из-за потерь на преодоление трения и на привод вспомогательных механизмов, но, чтобы улучшить топливную экономичность двигателя, необходимо точно знать все эти потери. Для удобства их оценки введено понятие механического КПД η_m.

Механический КПД

Отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной.

Наиболее значительная часть потерь вызвана трением в цилиндре, меньшая – трением в хорошо смазываемых подшипниках и приводом необходимого для работы двигателя оборудования. Потери, связанные с поступлением воздуха в двигатель (насосные потери), весьма важны, так как они возрастают пропорционально квадрату частоты вращения двигателя.

Потери мощности, необходимые для привода оборудования, обеспечивающего работу двигателя, включают мощность на привод механизма газораспределения, масляного, водяного и топливного насосов, вентилятора системы охлаждения. При воздушном охлаждении вентилятор подачи воздуха является неотъемлемым элементом двигателя при его испытаниях на стенде, в то время как у двигателей жидкостного охлаждения при проведении испытаний вентилятор и радиатор часто отсутствуют, а для охлаждения используют воду из внешнего контура охлаждения. Если потребляемую мощность вентилятора двигателя жидкостного охлаждения не учитывать, то это дает заметное завышение его экономических и мощностных показателей по сравнению с двигателем воздушного охлаждения.

Другие потери на привод оборудования связаны с генератором, пневмокомпрессором, гидронасосами, необходимыми для освещения, обеспечения работы приборов, тормозной системы, рулевого управления автомобиля. При испытании двигателя на тормозном стенде следует точно определить, что считать дополнительным оборудованием и как его нагружать, поскольку это необходимо для объективного сопоставления характеристик разных двигателей. В частности, это относится к системе охлаждения масла, которое при движении автомобиля охлаждается обдувом масляного поддона воздухом, отсутствующим при испытаниях на тормозном стенде. При испытании на стенде двигателя без вентилятора не воспроизводятся условия обдува трубопроводов воздухом, что вызывает повышение температур во впускной трубе и ведет к уменьшению величины коэффициента наполнения и мощности двигателя.

Размещение воздушного фильтра и величина сопротивления выпускного трубопровода должны соответствовать реальным условиям работы двигателя в автомобиле. Эти важные особенности необходимо учитывать при сопоставлении характеристик различных двигателей или одного двигателя, предназначенного для применения в различных условиях, например, в легковом или грузовом автомобиле, тракторе или для привода стационарного генератора, компрессора и т. д.

Механический КПД различных двигателей

Двигатель	Механический КПД
Бензиновый ДВС, четырёхтактный	0,75 – 0,90
Дизельный ДВС, четырёхтактный	0,70 – 0,85
Двигатель типа Рикардо с гильзовым газораспределением	до 0,92
Поршневой, бесшатунный ДВС	до 0,94
Двигатель Ванкеля	до 0,92&nbsp
Роторно-лопастной двигатель (РЛД)	0,65 – 0,95
Примечание. Подробнее о механических потерях в бензиновом и дизельном двигателях в статье «Сравнение механических потерь в бензиновом и дизельном двигателях».

При уменьшении нагрузки двигателя его механический КПД ухудшается, так как абсолютная величина большинства потерь не зависит от нагрузки. Наглядным примером служит работа двигателя без нагрузки, т. е. на холостом ходу, когда механический КПД равен нулю и вся индикаторная мощность двигателя расходуется на преодоление его потерь. При нагрузке двигателя на 50% или менее удельный расход топлива по сравнению с полной нагрузкой значительно возрастает, и поэтому использовать для привода двигатель, имеющий большую, чем это требуется, мощность, совершенно неэкономично.

Механический КПД двигателя зависит от типа используемого масла. Применение в зимнее время масел повышенной вязкости приводит к росту расхода топлива. Мощность двигателя при больших высотах над уровнем моря падает вследствие уменьшения давления атмосферы, однако его потери практически не меняются, вследствие чего удельный расход топлива возрастает аналогично тому, как это имеет место при частичной нагрузке двигателя.

Стоит заметить, что высокий механический КПД не является гарантией высокого эффективного КПД двигателя.

Последнее обновление 02.03.2012
Опубликовано 17.02.2011

Читайте также

• Отключение цилиндров

  Если при частичной нагрузке многоцилиндрового двигателя выключить несколько цилиндров, то остальные будут работать при большей нагрузке с лучшим КПД.

Комментарии

Механический коэффициент полезного действия

Механический коэффициент полезного действия, равный отношению среднего эффективного давления к среднему индикаторному, оценивает механические потери в двигателе:

Механический к. п. д. можно выразить и через мощности двигателя:

Таким образом, механический к. п. д. показывает в долях единицы или в процентах ту часть индикатор­ной мощности, которая передается на фланец коленчатого вала.

Анализ механических потерь в двигателе, выполненный нами ранее, позволяет сделать заключение, что значение механического к. п. д. двига­теля зависит: от степени быстроходности двигателя, от величины давления газов цикла и динамики его изменения, от качества изготовления и сборки деталей двигателя, от качества смазочного масла, от теплового состояния двигателя и режима загрузки его, от мощности навешенных вспомогатель­ных механизмов и от сопротивлений во впускной и выпускной системах двигателя.

При прочих равных условиях механический к. п. д. двигателя является функцией отношения среднего эффективного давления к максимальному давлению цикла; чем больше это отношение, тем выше механический к. п. д.

При уменьшении нагрузки на двигатель (сохраняя при этом число оборотов вала неизменным) мощность механических потерь N_mex примерно остается постоянной, а потому относительное ее значение возрастает и ме­ханический к. п. д. падает.

На рис. 105 приведены кривые изменения механического к. п. д. ?_т при полной нагрузке (сплошные кривые) и при 30 % нагрузки (пунктирные кри­вые) двигателя с воспламенением от сжатия (кривая В; ? = 16) и двигателя с воспламенением от искры (кривая А; ? = 6). Данные кривые показывают, что при уменьшении нагрузки на двигатель при неизменном числе оборотов ?_т значительно падает. Следует заметить, что при холостом ходе двигателя N_e== 0) из формулы (139а)

Таким образом, режим работы холостого хода можно охарактеризовать как режим, при котором механический к. п. д. равен нулю.

При одном и том же р_е (как это видно из рис. 105) с увеличением числа оборотов двигателя (скоростная характеристика) ?_т падает, что объясняется более интенсивным относительным ростом мощности механических потерь N

мех, чем эффективной мощности двигателя.

При работе двигателя с наддувом значение ?_т изменяется в зависимо­сти от системы и степени наддува. Если двигатель переводится на работу с газотурбинным наддувом, то, как показывают опытные данные, мощность механических потерь N_мех при этом остается неизменной. Обозначим отно­шение ?_н = p_?н / p_?, (степень наддува), где р_а — давление в цилиндре в начале сжатия без наддува, а р_?н—с наддувом. Можно принять, что отношение N_in / N_i также равно ?_н, где N_in — индикаторная мощность двигателя с наддувом, а N_i — без наддува.

Если двигатель имел до наддува механический к. п. д. т. ?_m, то при газо­турбинном наддуве он будет иметь:

Полученная формула показывает, что с повышением степени наддува при газотурбинном наддуве механический к. п. д. двигателя возрастает.

В том случае, когда газотурбонагнетатель кинематически связан с валом самого двигателя, отношение ?_К = N_к / N_i может быть больше, меньше или равно отношению ?_T = N_T / N_i в зависимости от степени использования энергии отработавших газов двигателя. Здесь N_к — мощность, потребляе­мая наддувочным компрессором, а N_T —мощность, развиваемая турбиной.

В этом случае, т. е. когда газотурбонагнетатель связан кинематически : валом двигателя, условный механический к. п. д. будет равен

где ?_т^д—механический к. п. д. собственно двигателя.

При ?_T > ?_К разность (?_Т — ?_К) называется положительным небалансом, а при ?

т<?_к(?_к — ?_Т) называется отрицательным небалансом.

Судовые дизели имеют следующие значения механического к. п. д.

МЕХАНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — это… Что такое МЕХАНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ?

МЕХАНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

МЕХАНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

— отношение работы или мощности на валу машины к работе или мощности, развиваемой в цилиндре машины. М. К. П. Д. характеризует потери энергии на трение в частях машины, передающих движение поршня валу.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

• МЕХАНИЧЕСКИЕ ТАЛИ
• МЕШКИ СПЕНСЕР-МИЛЛЕРА

Смотреть что такое «МЕХАНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ» в других словарях:

• механический коэффициент полезного действия — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN mechanical efficiencyME …   Справочник технического переводчика

• механический коэффициент полезного действия двигателя — Отношение разности между внутренней мощностью турбины и мощностью, затраченной на механические потери и на привод вспомогательных агрегатов, к внутренней мощности турбины …   Политехнический терминологический толковый словарь

• КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ — (к.п.д.), показатель эффективности действия механизма, определяемый как отношение работы, совершаемой механизмом, к работе, затраченной на его функционирование. К.п.д. обычно выражают в процентах. Идеальный механизм должен был бы иметь к.п.д =… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• Коэффициент полезного действия —    (КПД)    отношение величины полезной энергии, получаемой от какого либо преобразователя энергии, к величине подводимой к нему энергии. Так, например, в тепловых двигателях КПД представляет собой отношение полезной механической работы к… …   Краткий словарь оперативно-тактических и общевоенных терминов

• Коэффициент полезного действия — (кпд)         характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается… …   Большая советская энциклопедия

• Коэффициент полезного действия механический — холод. техн. Для компрессора отношение индикаторной работы к эффективной …   Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

• МКПД — механический коэффициент полезного действия …   Словарь сокращений русского языка

• КОРАБЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — КОРАБЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, силовая установка, используемая для приведения в движение морских КОРАБЛЕЙ и в качестве вспомогательной установки в более маленьких плавающих суднах. В XIX и начале XX столетий морские двигатели представляли собой поршневые …   Научно-технический энциклопедический словарь

• МКПД — механический коэффициент полезного действия …   Словарь сокращений и аббревиатур

• коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) механічний — коэффициент полезного действия (к.п.д.) механический mechanical efficiency *mechanischer Wirkungsgrad – відношення різниці потужності Р, споживаної насосом, і втрат механічної потужності Pм (внаслідок тертя у підшипникових опорах та ущільненнях… …   Гірничий енциклопедичний словник

ИНДИКАТОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЙ КПД | Бахрамов

1. Pischinger S. Verbrennungsmotoren. Band I, Lehrstuhl fuer Verbrennungs Kraftmaschinen Rheinisch-West-faelische Technische Hochschule Aahen. — 27 Auflage, 2009. — P. 76.

2. Pulkrabek Willard W. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engines. University of Wisconsin, Platteville Hardcover. — March 20, 1997.

3. Heywood John B.L. Internal combustion engine fundamentals. — McGraw-Hill series in mechanical engineering, 1988. — 930 p. — ISBN 0-07-028637-X.

4. Орлин А.С. Расчёт рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания. — М.: Машгиз, 1958. — 160 с.

5. Иноземцев Н.В. Курс тепловых двигателей. Издание 3-е. — М.: Оборонгиз, 1954. — С. 129.

6. Стечкин Б.С., Генкин К.И., Золотаревский В.С., Скородинский И.В. Индикаторная диаграмма, динамика тепловыделения и рабочий цикл быстроходного поршневого двигателя. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1960. — 200 с.

7. Автомобильные двигатели. Под ред. М.С. Ховаха. — М.: Машиностроение, 1977. — 591 с.

8. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы. Под ред. Н.Х. Дьяченко. — Л.: Машиностроение, 1974. — 552 с.

9. Ленин И.М. Автомобильные карбюраторные двигатели. — М.-Л.: Изд. Наркомхоза РСФСР, 1938. -304 с.

10. Автомобильные и тракторные двигатели: (Теория, системы питания, конструкции и расчёт): Учебник для вузов специальности «Автомобили и тракторы» / Под ред. проф. И.М. Ленина. — М.: Высш. школа, 1969. — 656 с.

11. Варшавский И.Л., Долгопятов А.М., Лурье В.А. Теория, конструкция, испытания и расчёт двигателей внутреннего сгорания. Расчёт теоретического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с учётом диссоциации. — М.: Из-во АН СССР, 1955.

12. Рикардо Г.Р. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания / Перевод с англ. под общей редакцией М.Г. Круглова. — М.: Машгиз, 1960. — С. 134-141.

13. Зленко М.А. Повышение топливной экономичности бензинового двигателя путём отключения части цилиндров: дисс.. канд. техн. наук. — М., 1987. — 210 с.

14. Путинцев С.В. Механические потери в поршневых двигателях: специальные главы конструирования, расчёта и испытаний. Электронное учебное издание. Учебное пособие по дисциплине «Специальные главы конструирования и САПР». — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. — С. 40.

Механические характеристики объемных гидромашин. Механические потери в объемных гидромашинах. Механический КПД

6. Механические характеристики объемных гидромашин

6.1. Механические потери в объемных гидромашинах

Преобразование энергии в гидромашине обеспечивается движением вытеснителей, которое сопровождается потерями энергии на трение механических частей. Эти механические потери характеризуются механическим КПД машины равным отношению теоретической мощности к мощности, подведенной к машине извне. Для насоса подведенной мощностью является приводная мощность N_пр на его валу, для гидромотора – мощность, соответствующая фактическому подводимому расходу Q при данном давлении.

Следовательно, механические потери в насосе ΔN_н и моторе ΔN_м определяются как разность между теоретической мощностью и фактической мощностью на валу машины:

 и .

Рис. 2.3. – Зависимость крутящего момента от перепада давления

Следовательно, механические потери увеличивают мощность и крутящий момент на валу насоса и уменьшают их на валу гидромотора. Фактический крутящий момент на валу насоса М_пр или гидромотора М_эф равен сумме крутящих моментов (рис. 2.3.):

– для насоса ;

– для гидромотора , где      ΔМ_н и ΔМ_м – потери момента соответственно в насосе и в моторе;

 и – теоретический крутящий момент насоса и мотора, – это момент, развиваемый перепадом Δр давления жидкости в камерах насоса или мотора без учета потерь на механическое трение и потерь сопротивления жидкости:

  и  ;

где    q_н и q_м – рабочие объемы насоса и гидромотора.

Отрезок Δр₀ характеризует потери на страгивание ненагруженного гидромотора.

6.2. Механический КПД

Механический  КПД насоса может быть выражен по формуле:

  или  , где    М_т и М_пр – теоретический крутящий момент на валу насоса и приводной момент, приложенный к его валу.

Крутящий теоретический момент М_т определяется по формуле:

.

Следовательно механический КПД насоса определится как:

.

С учетом механического КПД приводной момент будет равен:

.

Выразив приводной момент на валу насоса через сумму крутящих моментов , а мощность, приложенную к валу насоса (приводную мощность N_пр), через сумму мощностей , получим механический КПД насоса:

;         .

Как видно из зависимости механического КПД насоса  от выходного давления p (риc. 2.2, а), при повышении давления до некоторого значения р₁ механический КПД увеличивается практически пропорционально повышению давления. Это обусловлено тем, что увеличение механических потерь мощности ΔN_н, наблюдающееся с повышением давления жидкости (рис. 2.3.), пропорционально увеличению теоретической мощности N_т. При давлениях от р₁ до р₂ механический КПД практически стабилизируется, а при дальнейшем повышении давления снижается. Т.к. интенсивно увеличиваются механические потери ΔN_н, и приводная мощность N_пр с увеличением давления повышается более интенсивно, чем теоретическая мощность N_т.

механический КПД — английский перевод

Механический.	It’s mechanical.
Механический.	Mechanical.
КПД,	Efficiency,
Механический человек.	A mechanical man.
Такой механический.	It was mechanical.
(МЕХАНИЧЕСКИЙ ШУМ)	(MECHANICAL GRINDING)
Механический скрежет	(MECHANICAL GRINDING)
Механический дружок?	Mechanical boyfriend?
МЕХАНИЧЕСКИЙ СКРЕЖЕТ	MECHANICAL GRINDING
механический звук	J9, why would you do this to toby?
(кпд 0,4a)	(Efficiency 0.4a)
(кпд, 0,4a)	(Efficiency 0.4a)
(кпд, 0,6b)	(Efficiency 0.6b)
5.2 Механический измельчитель.	Mechanical mill.
Низкая производительность Механический	Low production rates
5.2 Механический измельчитель.	5.2 Mechanical mill.
Но он механический.	But he’s mechanical.
Механический осмотр необходим	Mechanical inspection required
Механический дракон обезумел!	Kiryu Runs Wild!
Это механический карандаш.	It’s a mechanical pencil.
механический шум пикание	Uh, let’s try this.
Уровень КПД.. 98 !	Energy transfer is… 98 !
У него механический голос.	He has a robotic voice.
B.2.5 Механический удар	B.2.5 Mechanical shock
Вид привода ручной механический	Type of operation manual motorized
ковкий желтый механический элемент.	ductile yellow metallic element.
Но он же механический.	But it’s a machine.
Он вообще не механический.	In fact, it is not a mechanical device.
Это был механический клоун.	It was a mechanical clown.
Загружаю крутой механический голос.	Uploading cool machine voice.
Этот не механический звук.	That sound is not mechanical.
Присоединяйся, мой механический друг.	Join us, my mechanical friend.
(принимая кпд, равным 100 )	(assuming 100 per cent conversion efficiency)
КПД промышленных котлов, Индия	Industrial boiler efficiency, India
КПД промышленных котлов, Индия	Industrial boiler efficiency, India
(принимая кпд, равным 100 )	(assuming 100 per cent conversion efficiency)
Затем они посетили механический цех.	They then visited the machine shop.
3.3 ручной или механический измельчитель	3.3 Mincer, either hand or mechanically operated.
3.3 измельчитель, ручной или механический	3.3 Mincer, either hand or mechanically operated.
Это опять совершенно механический принтер.	It’s completely mechanical, again, a printer.
Помогите механический человек за бортом!	Mechanical man overboard!
Его механический разум обнаружил угрозу.	The logic of his machine mind saw a danger to me.
Механический Годзилла, чтобы победить Годзиллу.	A mechanical Godzilla to beat Godzilla.
Механический Годзилла, а короче Мехагодзилла.	A mechanical Godzilla, so Mechagodzilla.
А щенок случайно не механический?	Is the puppy mechanical at all?

Бугульминский механический завод усовершенствовал путевой подогреватель для сверхвязкой нефти

Энергоэффективная печь подогрева для трубопроводов будет работать в «Альметьевнефти».

Новую модификацию путевого подогревателя разработали на Бугульминском механическом заводе (группа «Татнефть»). Печь нагрева нефти с промежуточным теплоносителем предназначена для подогрева нефти и нефтепродуктов при транспортировке по трубопроводам, а также нефтяных эмульсий на установках подготовки нефти (УПН). Об этом пишут «Нефтяные вести».

Сверхвязкую нефть необходимо разогревать не только на стадии добычи, но и во время транспортировки по трубопроводам. Для этого используются путевые подогреватели ПП-0,63 мощностью 700 кВТ с пропускной способностью до 1150 тонн в сутки. КПД такой печи — 70%. Она состоит из нескольких ключевых узлов: топки, где на горелку подается газ или дизтопливо; теплообменного блока с теплоносителем, продуктового змеевика и системы автоматизации.

«Горелка, сжигая топливо в топке подогревателя, нагревает промежуточный теплоноситель (воду или антифриз) до 95 градусов. Он, в свою очередь, нагревает продуктовый змеевик с рабочей средой, то есть нефтью», — объяснил один из разработчиков, ведущий инженер-конструктор конструкторско-технологической службы БМЗ Руслан ЮСУПОВ.

В существующих печах камера сгорания топлива установлена под змеевиком, что требует большого расхода топлива. В 2020 году специалистами Бугульминского механического завода была разработана, спроектирована и изготовлена печь с более высоким КПД — 90%. Он достигается за счет частичного изменения конструкции.

В модифицированном подогревателе топка и змеевик установлены в разных концах теплообменного бака. Добавлена циркуляционная трасса с насосами, благодаря которой идет принудительная циркуляция теплоносителя. Это позволяет расходовать меньше топлива.

Печь оснащена системой автоматизации (шкафом управления и контроля). Благодаря этому ее работу можно контролировать как на месте, так и выводить параметры на автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, который тоже сможет управлять процессом. После тестовых испытаний в заводских условиях печь будет установлена на одной из дожимных насосных станций (ДНС) НГДУ «Альметьевнефть». За этот проект БМЗ признан лауреатом конкурса «Лучшие товары и услуги Республики Татарстан» в номинации «Продукция производственно-технического назначения».

В мае Информагентство «Девон» сообщало, что Бугульминский механический завод отгрузил нестандартный теплообменный аппарат  для завода «Тольяттикаучук» (входит в «Татнефть»). Жаропрочный теплообменник предназначен для каталитического окисления метанола кислородом.

границ | Механическая эффективность при разной интенсивности упражнений у мальчиков-подростков с разным уровнем жира в организме

Введение

Механический КПД (ME) относится к способности человека передавать потребляемую энергию для выполнения внешней работы (Weinstein et al., 2004). Недавно ME был исследован как потенциальный фактор, лежащий в основе метаболической и механической адаптации к упражнениям не только среди тренированных субъектов (Boone et al., 2010), но и в особых группах населения (Jabbour et al., 2013, 2017; Джаббур и Янку, 2015). Наряду с другими «классическими» переменными, такими как факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний, качество жизни, максимальное потребление кислорода, ME рассматривался как источник информации об эффективности упражнений (Villelabeitia-Jaureguizar et al., 2018). В связи с растущим интересом к использованию ME для оценки производительности и работоспособности еще многое предстоит узнать об основных ключевых факторах.

ME был предложен в качестве важной меры, связанной с потерей веса и ожирением.Действительно, было высказано предположение, что на ME влияет статус массы тела (Butte et al., 2007) и метаболическая среда (Jabbour and Iancu, 2015; Laaksonen et al., 2018). Сниженный ME можно рассматривать как ограничение для физической активности (Layec et al., 2011; Jabbour and Iancu, 2015), где меньшая эффективность для данного результата работы объясняется более высоким потреблением энергии и затратами энергии на дыхание во время упражнений (Layec et al., 2011; Jabbour, Iancu, 2015). Для Лафортуны и др. (2006), снижение ME, о котором сообщалось у взрослых с ожирением, может быть связано с увеличением доли гликолитических мышечных волокон (Kriketos et al., 1997), которые существенно менее эффективны по сравнению с волокнами типа I. Последняя интерпретация была предложена для объяснения более высоких затрат энергии при езде на велосипеде (Coyle et al., 1992), обнаруживаемых у взрослых с ожирением по сравнению со взрослыми с нормальным и избыточным весом. Для Butte et al. (2007), более низкие значения ME, наблюдаемые у детей с избыточным весом, могут быть следствием избыточной массы тела, которая может ограничивать эффективность мышц. Однако исследование Jabbour et al. (2013), проведенные на 660 детях, показали, что на ME не влияет статус массы тела.По мнению этих авторов, противоречивое более низкое значение ME, наблюдаемое в предыдущих исследованиях, может быть просто связано с методом, используемым для расчета ME (чистое значение по сравнению с исходным значением).

Совсем недавно Лааксонен и др. (2018) исследовали взаимосвязь между метаболизмом мышц и ME среди 17 здоровых рекреационно активных мужчин с интенсивностью, соответствующей 45% от VO _2peak . Их результаты показали, что использование жирных кислот плазмы было выше у более эффективных субъектов и значительно коррелировало с ME.Тем не менее, между группами не наблюдалось значительных различий в концентрации глюкозы в крови, что позволяет предположить, что жирные кислоты плазмы могут быть важным детерминантом ME во время субмаксимальных упражнений. Кроме того, интервенционное исследование Jabbour и Iancu (2015) сообщило об увеличении ME после программы высокоинтенсивных тренировок, которая была связана с улучшенной оценкой модели гомеостаза, оценивающей резистентность к инсулину и сопутствующим увеличением выходной мощности. Интересно, что об этих улучшениях сообщалось на этапах более высокой интенсивности при пошаговом максимальном циклическом тесте, соответствующих 60%, 80% и 100% пиковой мощности соответственно.В качестве фактора производительности ME может участвовать как в аэробной, так и в анаэробной производительности (Kriketos et al., 1997; Jabbour and Iancu, 2015; Jabbour et al., 2017), что указывает на то, что ключевые факторы, лежащие в основе ME, могут различаться в зависимости от интенсивность и выполненная задача.

В большинстве исследований факторов, влияющих на МЭ у лиц с ожирением, изучалась адаптация скелетных мышц и их связь с улучшением метаболизма при тренировках, которые были связаны, например, с укреплением мышц (Jabbour and Iancu, 2015).Однако изменения в ME также могут быть связаны с гормональными адаптациями, такими как ответы на адреналин и норадреналин. Исследования на людях показывают, что у людей с ожирением снижается реакция катехоламинов (Jabbour et al., 2011; Vettor et al., 1997), что может значительно повлиять на выполнение упражнений (Strobel et al., 1999). Таким образом, первая цель настоящего исследования состояла в том, чтобы сравнить ME, метаболические и физиологические реакции между мальчиками-подростками с нормальным весом, избыточной массой тела и ожирением на разных уровнях интенсивности теста с возрастающей циклической нагрузкой до изнеможения.Вторая цель состояла в том, чтобы изучить взаимосвязь между ME и потенциальными основными факторами, среди которых ответы на адреналин в плазме и норадреналин. Мы ожидаем найти общие ME, метаболические и физиологические различия, как сообщалось ранее, между группами с нормальным весом и ожирением во время упражнений. Что касается взаимосвязи между ME и основными факторами, мы предполагаем, что она будет зависеть от интенсивности и что эффективность будет положительно коррелировать с реакциями адреналина и норадреналина во время упражнений.

Материалы и методы

Участников

Сорок пять здоровых мальчиков-подростков были набраны из нескольких средних школ Ливана. Чтобы предотвратить любую вариабельность созревания, были отобраны только участники в возрастном диапазоне 13–14 лет, которые находились на одной и той же стадии Таннера (стадия 3) (Таннер, 1962). Дополнительные критерии включения для участия включали (i) малоподвижный образ жизни [участие в структурированных упражнениях менее 1 часа в неделю, согласно оценке Международного опросника по физической активности (Craig et al., 2003)], (ii) отсутствие метаболических, сердечно-сосудистых или хронических проблем со здоровьем, (iii) отсутствие в анамнезе употребления наркотиков или (iv) курение. Информация о здоровье была получена от семейного врача участников до начала исследования. Добровольцы были разделены на три группы на основании критерия процента жира в организме (% жира в организме), ранее описанного McCarthy et al. (2006): группа с нормальным весом (NW) ( n = 15;% телесного жира <22%), группа с избыточным весом (OW) ( n = 15;% телесного жира = 22-25%), и группа с ожирением (OB) ( n = 15;% телесного жира> 26%).Физические характеристики участников и уровень аэробной подготовки представлены в таблице 1. Перед началом эксперимента от родителей было получено письменное информированное согласие, и подростки были ознакомлены со всем оборудованием и процедурами тестирования. Все исследование было одобрено Этическим комитетом по исследованиям на людях (ECHR) Университета Баламанда (Ливан) в соответствии с Хельсинкской декларацией.

Таблица 1. Физические характеристики и аэробная подготовка участников в трех группах: подростки с нормальным весом (NW), с избыточным весом (OW) и ожирением (OB).

Протокол и материалы

После ночного голодания участники один раз явились в лабораторию для выполнения протокола, который длился в среднем 1 час. Их попросили воздержаться от физических упражнений за 24 часа до теста. Сначала были измерены антропометрические характеристики для отнесения участников к группе весовой категории, после чего последовал тест с возрастающей циклической нагрузкой.

Антропометрические измерения

Масса тела измерена с точностью до 0.1 кг, участники в легкой одежде без обуви, с использованием электронных весов (MFB 150K100, Kern, Германия). Высота определялась с точностью до 0,5 см с помощью рулетки, прикрепленной к стене. Индекс массы тела (ИМТ, ​​кг⋅м ^-2 ) рассчитывался как отношение массы тела (кг) к квадрату роста ( ² м). % Телесного жира, называемый здесь жировой массой (FM,%), был рассчитан по 3 участкам измерения толщины кожной складки (бицепс, трицепс и подлопаточная мышца) в соответствии с утвержденным методом Slaughter et al.(1988) для детей и юношества. Массу без жира (FFM, кг) рассчитывали путем вычитания массы жира из массы тела.

Тест с возрастающей нагрузкой до изнеможения

Участники выполнили максимальный тест на велоэргометре (Monark Ergomedic 839E, Monark, Швеция), чтобы определить максимальное потребление кислорода (V˙O ₂ пик). Для сбора данных по газообмену использовалась автоматизированная метаболическая система «дыхание-вдох» (CPX, Medical Graphics, Сент-Пол, Миннесота, США).Перед каждым тестом систему калибровали в соответствии с инструкциями производителя, используя стандартные газы известной концентрации, а также калибровочный шприц для потока воздуха. Лабораторная среда контролировалась: температура и относительная влажность воздуха поддерживались на уровне 23 ° C и 60% соответственно. Частоту сердечных сокращений постоянно измеряли с помощью пульсометра (Polar-F6, Polar, Финляндия). В начале теста участники оставались сидеть на велоэргометре в течение 5 минут, чтобы измерить свои показатели в состоянии покоя.Тест начался с начальной мощности 60 Вт и постепенно увеличивался на 20 Вт каждые 2 минуты до полного истощения. Во время теста подростки были проинструктированы крутить педали со скоростью 50–70 оборотов в минуту, что контролировалось с помощью электронного счетчика (MEV 2000), встроенного в эргоцикл. Тест был прекращен, когда подростки больше не могли поддерживать требуемую скорость вращения педалей (<40 оборотов в минуту) или их попросили прекратить упражнение. В конце протокола участникам было предложено выполнить 5 минут активного восстановления при 25 Вт.

В состоянии покоя и в конце каждого уровня интенсивности образец венозной крови собирали из переднекубитальной вены в вакуумную пробирку, содержащую этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА). Плазму из образцов венозной крови отделяли центрифугированием при 3000 × g в течение 20 мин (4 ° C) (ORTO ALRESA mod. Digicen.R, Испания). Аликвоты немедленно замораживали и хранили при -80 ° C для использования в последующих химических анализах. В конце инкрементального теста и после 3-минутного периода восстановления были собраны образцы капиллярной крови из кончиков пальцев и немедленно проанализированы на концентрацию лактата в крови с использованием портативного устройства Lactate Pro (Arkray, Япония).Эта процедура была сделана для проверки одного из критериев завершения теста.

Анализ данных

Расчет метаболических и физиологических переменных

Данные газообмена были собраны для каждого дыхания с непрерывным и синхронизированным измерением частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд / мин ^-1 ). Средние значения ЧСС, потребления кислорода (V˙O ₂ , л⋅мин ^-1 ), продукции углекислого газа (V˙CO ₂ , л⋅мин ^-1 ) и коэффициента дыхательного обмена (RER ) были вычислены как среднее значение за последние 20 с каждого уровня интенсивности, на котором было достигнуто установившееся состояние.Пик V˙O ₂ был достигнут, когда участники выполнили по крайней мере три из следующих критериев: пик или плато в значениях V˙O ₂ , несмотря на увеличение интенсивности упражнений, RER более 1,1, пиковое значение ЧСС более 90 % от прогнозируемой максимальной ЧСС (220-летний возраст), концентрация лактата в крови выше 8,0 ммоль⋅л ^-1 и явное истощение субъекта (Spiro, 1979). В настоящей работе основные переменные оценивались в состоянии покоя и на трех этапах, соответствующих 50 и 75% максимальной частоты сердечных сокращений каждого участника (50% HRmax и 75% HRmax) и при пиковом потреблении кислорода (V˙O ₂ пик. ) уровень.

Окисление субстрата определяли на стадиях субмаксимальной аэробной интенсивности (50% HRmax и 75% HRmax) на основании соответствующих средних значений небелкового RER. В частности, процент окисления липидов (% LO), вносящий вклад в энергию, был рассчитан с использованием метода МакГилвери и Голдштейна (1983) следующим образом:% LO = [(1 — RER) /0,29] × 100. Процент окисления углеводов ( % CHO) затем вычисляли путем вычитания% LO из 100.

Расчет механического КПД

Чистый механический КПД (ME _net ,%) был рассчитан по формуле, разработанной Лафортуна и др.(2006) как отношение выполненной работы (W) к уровню потребляемой энергии (E, W) выше уровня покоя, который, в свою очередь, был рассчитан следующим образом: E = (4,94 RER + 16,04) × V˙O _2net /60 (Гарби и Аструп, 1987). Чистый V˙O ₂ (V˙O _2net , L⋅min ^-1 ) был рассчитан путем вычитания остаточного значения из общего значения на каждой стадии интенсивности. Остаточные значения E (E _rest ) также были определены на основе уравнения с использованием значений V˙O _2rest вместо значений V˙O _2net .

Анализы крови

Концентрации адреналина и норэпинефрина в плазме измеряли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (Chromsystems, Thermo finnigan, Франция), следуя методу Koubi et al. (1991). Перед проведением ВЭЖХ катехоламины экстрагировали селективной абсорбцией из бисульфита натрия (Chromsystems-HPLC-Kit, Waters, Milford, MA, США). 1 мл предварительно центрифугированной плазмы кратковременно взбалтывали с 250 мкл бисульфита натрия (0.25%) и 50 мкл раствора внутреннего стандарта (600 пг дигидроксибензиламина). После трехкратной промывки (раствор TRIS 1M EDTA, pH 8,8) катехоламины элюировали 120 мкл буфера (10 мл сверхчистой воды, 130 мкл уксусной кислоты, 100 мкл 0,25% бисульфата и 25 мкл 10% EDTA). Элюент центрифугировали при 4000 об / мин в течение 10 минут (Thermo Fisher Scientific, Jouan. GR412), после чего 50 мкл элюента образца вводили в колонку для ВЭЖХ (Column Waters reference 5007, оксид алюминия, 20 мг) и элюировали подвижной фазой.Скорость потока составляла 1 мл · мин ^-1 при 13,8 мПа и потенциале 0,60 В. Хроматограмму анализировали с помощью компьютерной интеграции (базовый уровень 815, Waters). Предел обнаружения катехоламинов в описанном методе составлял 0,06 нМ, а коэффициент вариации между анализами составлял 6,5%. Концентрацию лактата в крови определяли ферментативно с помощью анализатора лактата (Microzyme, Cetrix, Франция). Гормоны плазмы и уровни лактата были скорректированы с учетом изменений объема плазмы с использованием уравнения Ван Бомонта (1972).

Статистический анализ

Данные представлены как среднее значение и стандартное отклонение (SD). После тестирования на нормальное распределение (критерий Колмогорова-Смирнова) различия между тремя группами (т.е. NW, OW и OB) были проанализированы с использованием одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA), выполненного для всех зависимых переменных в состоянии покоя, 50% ЧССмакс., 75% ЧССмакс. И V˙O _2peak . Был проведен двухфакторный дисперсионный анализ для дальнейшего тестирования эффекта взаимодействия между группами и трех относительных уровней интенсивности упражнений на значения ME.Каждому повторному измерению ANOVA предшествовал тест сферичности Мочли, и если тест был значимым (указывающим на нарушение гипотезы об однородности дисперсии), для корректировки степеней свободы применялась процедура коррекции Хьюна-Фельдта. При необходимости для попарных сравнений выполняли апостериорный анализ с использованием критерия Ньюмана-Кеуля. Для изучения взаимосвязи между ME _net и различными потенциальными предикторами (i.е., масса тела, выходная мощность, потребление энергии, окисление липидов, адреналин, норадреналин). Анализы выполняли с использованием программного обеспечения IBM SPSS Statistics 19 (IBM SPSS Statistics для Windows, версия 24.0, Армонк, штат Нью-Йорк, США: IBM Corp.). За минимальный уровень статистической значимости было принято значение p <0,05.

Результаты

Физические характеристики и уровни аэробной подготовленности

Возраст и рост достоверно не различались между группами подростков (таблица 1).Как и ожидалось, результаты показали значительную разницу в массе тела, ИМТ и% FM между каждой из трех групп ( пс, <0,01). Кроме того, FFM (кг) был значительно выше для OB по сравнению с OW и NW, а также для OW по сравнению с NW ( пс, <0,01). Максимальная аэробная способность (абсолютный пик V˙O ₂ , L⋅min ^-1 ) была значительно выше для групп OB и OW по сравнению с группой NW ( пс, <0,01).

Механическая эффективность, метаболические и физиологические параметры

Остаточные значения

Значения потребления кислорода в покое были значительно выше для группы OB по сравнению с группами NW и OW, а также для OW по сравнению с NW ( p <0.01, таблица 2). Однако не было обнаружено значительных различий между группами по значениям концентрации лактата, частоты сердечных сокращений, RER и концентраций адреналина и норадреналина между группами.

Таблица 2. Метаболические и физиологические реакции в покое для трех групп: подростки с нормальным весом (NW), избыточным весом (OW) и ожирением (OB).

Субмаксимальная интенсивность упражнений

При изученной средней интенсивности (т.е. 50% HRmax) большинство переменных значительно различались между каждой из трех групп, даже несмотря на то, что эта относительная интенсивность вызвала аналогичные значения выходной мощности (PO), частоты сердечных сокращений и концентрации лактата во всех группах ( Таблица 3).Например, более высокое потребление кислорода и энергии, RER и% LO и более низкие концентрации% CHO, адреналина и норадреналина наблюдались в группе OB по сравнению с группами OW и NW ( пс, <0,01), а также в группе OW. по сравнению с группой NW ( пс, <0,01).

Таблица 3. Метаболические и физиологические реакции на изученных субмаксимальных уровнях интенсивности (50% ЧССмакс., 75% ЧССмакс.) Возрастающего цикла нагрузочного теста до изнеможения для трех групп: нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и подростки с ожирением (OB).

При 75% HRmax значения потребления кислорода и энергии, а также частота сердечных сокращений, RER и концентрации лактата не различались статистически между тремя группами, хотя выходная мощность была значительно выше для группы NW по сравнению с группами OW и OB ( Таблица 3). Более того, группа OB показала значительно меньшее увеличение адреналина и норэпинефрина по сравнению с группами NW и OW ( пс, <0,01).

Значения максимальной интенсивности упражнений

При V˙O _2peak все изучаемые переменные значительно различались между каждой из трех групп, за исключением частоты сердечных сокращений и значений RER (Таблица 4).В частности, группа NW достигла наивысшей выходной мощности V˙ и представила самые низкие V˙O _2peak и концентрацию лактата по сравнению с группами OW и OB ( пс, <0,01). В группах OB и OW значительно различались уровни адреналина и норадреналина, которые были ниже по сравнению с группами NW ( пс, <0,01).

Таблица 4. Метаболические и физиологические реакции на пиковом уровне интенсивности (V˙O ₂ пик) теста с возрастающей циклической нагрузкой до изнеможения для трех групп: нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и ожирение. (OB) подростки.

Механический КПД

Двусторонний дисперсионный анализ на ME _net выявил значимые основные эффекты группы [ F (2, 28) = 102,95, p <0,001, η ² = 0,88] и интенсивности [ F ] (2, 28) = 137,03, p <0,001, η ² = 0,91]. Не было обнаружено значительного эффекта взаимодействия между факторами. Апостериорные сравнения показали, что ME _net значительно различается между всеми группами и всеми интенсивностями ( пс, <0.01) с наименьшими значениями, найденными для группы OB, а также для самого низкого изученного уровня интенсивности (Рисунок 1).

Рисунок 1. Средние значения чистой механической эффективности (ME _net ,%) как функция (A), групп, (B) интенсивностей, и (C), их взаимодействия. Группы определяются в зависимости от статуса веса как нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и ожирение (OB), а интенсивность определяется со ссылкой на HR _max как 50% HR _max , 50% HR _max , и 100% ЧСС _макс .Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение. ^a Значительная разница с NW ( p <0,01). ^b Значимая разница с OW ( p <0,01). ^∗ Значительная разница при 50% HR _max . ^# Значительная разница при 75% HR _max .

Множественные линейные регрессии были рассчитаны для проверки степени, в которой исследуемые переменные предсказывали ME _net на каждом изучаемом уровне интенсивности.Значимые уравнения регрессии были найдены при 50% HRmax [ F (2,42) = 20,25, p <0,01, R ² = 0,47], 75% HRmax [ F (2,42) = 4,14, p <0,05, R ² = 0,19] и V˙O _2peak [ F (3,35) = 11,01, p <0,01, R ² = 0,48 ]. В частности, при 50% HRmax, массе тела (ß = -0,64, p <0,001), потреблении энергии (ß = -0,24, p <0.05) и окисление липидов (ß = 0,69, p <0,01) были значимыми предикторами ME _net . При 75% HRmax анализ показал, что адреналин (ß = 0,34, p = 0,01), норэпинефрин (ß = 0,26, p = 0,01) и выходная мощность (ß = 0,62, p <0,01) способствовали значительно по сравнению с ME _net . Наконец, при V˙O _2peak значимыми предикторами ME _net также были адреналин (ß = 0,49, p = 0,01), норадреналин (ß = 0.60, p <0,001) и выходной мощности (ß = 0,71, p <0,001).

Обсуждение

Насколько нам известно, это исследование было первым, в котором изучалась взаимосвязь между ME и многими потенциальными основными факторами среди мальчиков-подростков с ожирением (OB), избыточным весом (OW) и нормальным весом (NW) при езде на велосипеде с различной интенсивностью упражнений. инкрементный цикл испытаний. Наши результаты подтвердили, что (1) избыток жира в организме оказывает значительное влияние на снижение ME на всех изученных уровнях интенсивности.Более того, (2) упражнения с аналогичной относительной интенсивностью вызвали более высокие метаболические и физиологические реакции для группы OB, которая также показала самые низкие значения ME по сравнению с группами NW и OW. Наконец, результаты показали, что (3) масса тела,% LO и потребление энергии были значимыми предикторами ME _net при умеренной интенсивности (т. Е. 50% HRmax), в то время как это больше не было очевидным при более высоких интенсивностях, когда уровни катехоламинов и мощность производительность казалась более точным показателем эффективности.Позднее открытие стало возможным благодаря выбору изучаемой популяции, у которой были разные реакции адреналина и норадреналина на дополнительные упражнения, характеристика, которая не рассматривалась в предыдущих исследованиях, посвященных факторам МЭ.

В состоянии покоя и во время всех протестированных уровней интенсивности езды на велосипеде абсолютное потребление кислорода (в L⋅min ^-1 ) было значительно выше у подростков OW и OB по сравнению с подростками NW (Nikolaidis et al., 2018), в то время как Выявлены различия в значениях ЧСС между группами.Этот результат может указывать на более высокую способность мышц извлекать кислород за одно сердечное сокращение и / или больший ударный объем для наших подростков с ожирением (Salvadori et al., 1999; Lafortuna et al., 2006). Последнее согласуется с предыдущими сообщениями о взрослых женщинах с ожирением (Lafortuna et al., 2006) и молодых полных взрослых (Salvadori et al., 1999), и может быть интерпретировано в связи с избыточной массой тела и FFM. Кроме того, было высказано предположение, что увеличение V˙O ₂ и E во время езды на велосипеде у людей с ожирением может быть результатом дополнительной работы, необходимой для движения нижних конечностей (Anton-Kuchly et al., 1984) и более высокая постуральная активность (Dempsey et al., 1966).

Предполагается, что ожирение влияет на метаболические и физиологические реакции подростков на упражнения. В частности, при 50% HRmax наши результаты показали более низкий ME для группы OB по сравнению с группами OW и NW. Как ранее установлено Butte et al. (2007), на этом уровне интенсивности у детей с избыточным весом на ME отрицательно влияет уровень расхода энергии. Эти авторы обнаружили, что более высокий расход энергии у детей и подростков с избыточным весом во многом объясняется различиями в размере и составе тела.Действительно, избыточная масса тела, представленная у наших OB-подростков, является основным фактором увеличения расхода энергии, поскольку больше энергии потребляется при заданной производительности (например, при умеренном аэробном уровне). Кроме того, было обнаружено, что скорость окисления липидов (% LO) была значимым предиктором ME при 50% HRmax, таким образом, те, у кого был высокий% LO во время умеренной аэробной стадии, также были более эффективными. Фактически, наши группы OB и OW показали значительно более высокие значения коэффициента респираторного обмена, что является потенциальным индикатором нарушения способности окисления жиров во время упражнений (van Baak, 1999).Соответственно, недавнее исследование Laaksonen et al. (2018), проведенные в группах субъектов с разным уровнем ME во время езды на велосипеде, показали более высокое использование жирных кислот у более эффективных людей во время длительных упражнений с умеренной интенсивностью. По мнению этих авторов, изменение относительного вклада жиров и углеводов может объяснить изменения в ME. По предположению Лааксонена и др. (2018), ME зависит от эффективности окислительной способности липидов при умеренной аэробной интенсивности. Несмотря на то, что для подтверждения нашего предположения необходимы другие дополнительные анализы, настоящее исследование было первым, в котором была установлена ​​связь между% LO и ME при умеренной аэробной интенсивности среди подростков с ожирением.

На более высоких уровнях интенсивности (т.е. 75% HRmax и V˙O _2peak ) эффективность испытуемых увеличивалась по сравнению с ее значением на умеренном аэробном уровне (Рисунок 1B). Это можно объяснить увеличением как рабочей нагрузки, так и количества потребляемой энергии (Jabbour et al., 2013). На этих двух уровнях интенсивности (т.е. 75% HRmax и VO _2peak ) на ME отрицательно влияли телесный жир и статус веса с самыми низкими значениями, обнаруженными для OB, по сравнению с подростками OW и NW.Более низкий ME, наблюдаемый для групп OB и OW, может быть следствием более низкой производительности мышц. Соответственно, выходная мощность, развиваемая на этом этапе, была выше для NW по сравнению с группами OB и OW, что привело к увеличению величины числителя в модели ME, то есть значения ME. Кроме того, результаты показали значительно более низкие ответы адреналина и норадреналина на упражнения для групп OB и OW на всех изученных уровнях интенсивности. Последнее подтверждает предыдущие данные о подростках (Eliakim et al., 2006), демонстрируя существенно ослабленную реакцию катехоламинов на цикл упражнений на велосипеде выше анаэробного порога. Интересно, что выходная мощность, развиваемая на стадиях 75% HRmax и V˙O _2peak , была в значительной степени связана с концентрациями адреналина и норадреналина, чего не было при более низкой интенсивности. Действительно, по мере увеличения интенсивности зависимость от волокон типа II для удовлетворения требований к производительности становится все больше (Sale, 1987), поэтому реакции катехоламинов дополнительно стимулируются изменениями кислотно-щелочного баланса и снижением доступности кислорода для работающих мышц ( Schneider et al., 1992). Последний влияет на выполнение упражнений, регулируя мышечный гликогенолиз (Richter et al., 1981).

Взятые вместе, наши результаты могут предложить новое понимание с точки зрения оценки ME, особенно при изучении упражнений высокой интенсивности. Фактически, включение анаэробной выработки энергии в расчет ME все еще недоступно и, следовательно, не представлено. Действительно, анаэробный вклад все больше участвует в снабжении энергией при интенсивности выше лактатного порога 2 (интенсивность соответствует 75% HRmax в нашем исследовании).Это могло ограничить наши результаты, особенно при сравнении трех групп, для которых вклад анаэробной энергии при 75% HRmax оказался самым высоким для группы OB (оценка просто основана на концентрациях лактата), что потенциально привело к недооценке ME. Кроме того, МЭ определяли с помощью дополнительных 2-минутных этапов, которые не принимали во внимание потенциальные различия в кинетике газообмена между тремя группами. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, чтобы включить анаэробный компонент в определение МЭ, который будет исследоваться при различных интенсивностях устойчивого состояния, чтобы определить степень явления.Более того, использование чистого ME в этом исследовании, в отличие от общего ME, позволило нам контролировать групповые различия в исходных расходах энергии (т. Е. В состоянии покоя), что повысило надежность значений ME. Однако наш метод расчета ME, аналогичный тому, который рассматривает базовый уровень как стоимость энергии при езде на велосипеде без нагрузки (т. Е. Эффективность работы), не учитывает изменения в расходе энергии, необходимой для поддержания гомеостаза (Moseley and Jeukendrup, 2001). Это также открывает перспективы в методах расчета циклического ME в отношении различий, возникающих из групповых характеристик.

Заключение

В заключение, настоящее исследование выдвигает на первый план важный вопрос, касающийся предикторов ME у мальчиков-подростков с различным процентным содержанием жира в организме. Похоже, что факторы, лежащие в основе ME, могут различаться в зависимости от интенсивности упражнений. Наше предположение о различных факторах, лежащих в основе ME, подтверждается и выходит за рамки простого отношения к массе сегментов тела и стоимости энергии, связанной с движениями (Lafortuna et al., 2006, 2009; Butte et al., 2007).Действительно, при умеренной аэробной интенсивности потребление энергии и скорость окисления липидов могут быть важными факторами, способствующими снижению ME среди людей с ожирением и избыточным весом. Напротив, при более высокой интенсивности ME можно лучше объяснить такими факторами, как мышечная сила и катехоламиновые реакции, которые ослабляются при ожирении. Основываясь на этой взаимосвязи, необходимы дальнейшие исследования, чтобы получить более полный профиль энергетических / метаболических форм (аэробных, анаэробных), чтобы убедиться, что они хорошо представлены в модели ME.С практической точки зрения и с учетом важности ME как показателя толерантности к физическим нагрузкам, кажется важным включить упражнения как средней, так и высокой интенсивности в программы, ориентированные на подростков с ожирением, где можно было бы ожидать различных преимуществ.

Авторские взносы

GJ задумал и разработал исследование, собрал данные и подготовил рукопись. GJ и LM выполнили анализ данных и интерпретировали данные, а также отредактировали, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Публикация этой статьи финансировалась Катарской национальной библиотекой.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Благодарим испытуемых за сотрудничество и участие.

Список литературы

Антон-Кучлы, Б., Роджер П. и Варен П. (1984). Детерминанты увеличения затрат энергии на субмаксимальные упражнения у лиц с ожирением. J. Appl. Physiol. 56, 18–23. DOI: 10.1152 / jappl.1984.56.1.18

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бун Дж., Коппо К., Барстоу Т. Дж. И Баукерт Дж. (2010). Аэробная подготовка, эффективность мышц и набор двигательных единиц во время упражнений на рампе. Med. Sci. Спортивные упражнения. 42, 402–408. DOI: 10.1249 / MSS.0b013e3181b0f2e2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бьютт, Н.Ф., Пуяу, М. Р., Вохра, Ф. А., Адольф, А. Л., Мехта, Н. Р., и Закери, И. (2007). Размер тела, состав тела и метаболический профиль объясняют более высокие энергетические затраты у детей с избыточным весом. J. Nutr. 137, 2660–2667. DOI: 10.1093 / jn / 137.12.2660

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Койл, Э. Ф., Сидосис, Л. С., Горовиц, Дж. Ф. и Бельц, Дж. Д. (1992). Эффективность езды на велосипеде связана с процентным содержанием мышечных волокон I типа. Med.Sci. Спортивные упражнения. 24, 782–788. DOI: 10.1249 / 00005768-1900-00008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крейг К. Л., Маршалл А. Л., Сьёрстром М., Бауман А. Е., Бут М. Л., Эйнсворт Б. Е. и др. (2003). Международный вопросник по физической активности: надежность и валидность в 12 странах. Med. Sci. Спортивные упражнения. 35, 1381–1395. DOI: 10.1249 / 01.MSS.0000078924.61453.FB

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Демпси, Дж.А., Реддан В., Балке Б. и Рэнкин Дж. (1966). Детерминанты работоспособности и физиологические затраты на работу с поддержанием веса при ожирении. J. Appl. Physiol. 21, 1815–1820. DOI: 10.1152 / jappl.1966.21.6.1815

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элиаким А., Немет Д., Залдивар Ф., МакМюррей Р. Г., Каллер Ф. Л., Галассетти П. и др. (2006). Снижение реакции оси GH-IGF-I и катехоламинов, связанных с физической нагрузкой, у детей и подростков с ожирением. J. Appl. Physiol. 100, 1630–1637. DOI: 10.1152 / japplphysiol.01072.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гарби Л. и Аструп А. (1987). Взаимосвязь между респираторным коэффициентом и энергетическим эквивалентом кислорода при одновременном окислении глюкозы и липидов и липогенезе. Acta Physiol. Сканд. 129, 443–444. DOI: 10.1111 / j.1365-201X.1987.tb10613.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., и Янку, Х. Д. (2015). Повышение механической эффективности в отношении метаболических изменений у взрослых людей с малоподвижным ожирением. Открытые спортивные упражнения BMJ. Med. 1: e000044. DOI: 10.1136 / bmjsem-2015-000044

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., Янку, Х. Д., Мориеж, П., Жоанис, Д. Р., и Мартин, Л. Дж. (2017). Интервальные тренировки высокой интенсивности улучшают работоспособность молодых и пожилых людей за счет повышения механической эффективности. Physiol.Реп. 5: e13232. DOI: 10.14814 / phy2.13232

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., Ламберт, М., О’Лафлин, Дж., Тремблей, А., Матье, М. Е. (2013). Механическая эффективность во время велосипедного теста не ниже у детей с избыточной массой тела и низкой аэробной подготовкой. Ожирение 21, 107–114. DOI: 10.1002 / oby.20241

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., Лемуан-Морель, С., Casazza, G.A., Hala, Y., Moussa, E., and Zouhal, H. (2011). Катехоламиновая реакция на упражнения у мальчиков-подростков с ожирением, избыточной массой тела и худощавым телом. Med. Sci. Спортивные упражнения. 43, 408–415. DOI: 10.1249 / MSS.0b013e3181f1bef3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куби, Х. Э., Деспланш, Д., Габриель, К., Коттет-Эмард, Дж. М., Семпор, Б., и Фавье, Р. Дж. (1991). Выносливость упражнений и использование топлива: переоценка эффектов голодания. J. Appl. Physiol. 70, 1337–1343. DOI: 10.1152 / jappl.1991.70.3.1337

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крикетос А. Д., Баур Л. А., О’Коннор Дж., Кэри Д., Кинг С., Катерсон И. Д. и др. (1997). Типовой состав мышечных волокон у младенцев и взрослых и взаимосвязь с ожирением. Внутр. J. Obes. Relat. Метаб. Disord. 21, 796–801. DOI: 10.1038 / sj.ijo.0800476

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лааксонен, М.С., Кюрёляйнен, Х., Кемппайнен, Дж., Кнуути, Дж., И Каллиокоски, К. К. (2018). Поглощение жирных кислот, свободных от мышц, связано с механической эффективностью во время физических упражнений у людей. Фронт. Physiol. 9: 1171. DOI: 10.3389 / fphys.2018.01171

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафортуна К. Л., Агости Ф., Бусти К., Галли Р. и Сарторио А. (2009). Энергозатраты на езду на велосипеде и аэробные показатели девочек-подростков с ожирением. J. Endocrinol.Инвестировать. 32, 647–652. DOI: 10.1007 / BF03345735

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафортуна К. Л., Пройетти М., Агости Ф. и Сарторио А. (2006). Энергозатратность езды на велосипеде у молодых полных женщин. Eur. J. Appl. Physiol. 97, 16–25. DOI: 10.1007 / s00421-006-0137-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лайек, Г., Хаселер, Л. Дж., Хофф, Дж., И Ричардсон, Р. С. (2011). Доказательства того, что более высокая стоимость АТФ при сокращении мышц способствует более низкой механической эффективности, связанной с ХОБЛ: предварительные результаты. Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 300, R1142 – R1147. DOI: 10.1152 / ajpregu.00835.2010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккарти, Х. Д., Коул, Т. Дж., Фрай, Т., Джебб, С. А., и Прентис, А. М. (2006). Контрольные кривые телесного жира для детей. Внутр. J. Obes. 30, 598–602. DOI: 10.1038 / sj.ijo.0803232

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макгилвери, Р. У., и Гольдштейн, Г.W. (1983). Биохимия: функциональный подход. Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс, 810–976.

Николаидис, П. Т., Кинциу, Э., Георгудис, Г., Афонсо, Дж., Ванчини, Р., и Кнехтл, Б. (2018). Влияние индекса массы тела на острые кардиометаболические реакции на дифференцированные тесты с физической нагрузкой у детей: повествовательный обзор. Спорт 6: 103. DOI: 10.3390 / sports6040103

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рихтер, Э.А., Сонне, Б., Christensen, N.J., и Galbo, H. (1981). Роль адреналина в мышечном гликогенолизе и секреции гормонов поджелудочной железы у бегущих крыс. Am. J. Physiol. 240, E526 – E532. DOI: 10.1152 / ajpendo.1981.240.5.E526

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейл, Д. Г. (1987). Влияние упражнений и тренировок на активацию двигательных единиц. Exerc. Sport Sci. Ред. 15, 95–151. DOI: 10.1249 / 00003677-198700150-00008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сальвадори, А., Fanari, P., Fontana, M., Buontempi, L., Saezza, A., Baudo, S., et al. (1999). Поглощение кислорода и работа сердца у людей с ожирением и здоровых людей во время физических упражнений. Дыхание 66, 25–33. DOI: 10.1159 / 000029333

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шнайдер Д. А., МакГиггин М. Э. и Камимори Г. Х. (1992). Сравнение пороговых значений содержания лактата и катехоламинов в плазме у нетренированных мужчин. Внутр. J. Sports Med. 13, 562–566.DOI: 10.1055 / с-2007-1024565

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Слотер, М. Х., Ломан, Т. Г., Буало, Р., Хорсвилл, К. А., Стиллман, Р. Дж., Ван Лоан, М. Д., и др. (1988). Уравнения скинфолда для оценки ожирения у детей и юношества. Гум. Биол. 60, 709–723.

Google Scholar

Спиро, С. Г. (1979). Тестирование с физической нагрузкой в ​​клинической медицине. руб. J. Dis. Сундук 71, 145–172. DOI: 10.1016 / 0007-0971 (77)

-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Штробель, Г., Фридманн Б., Зибольд Р. и Берч П. (1999). Влияние тяжелых упражнений на катехоламины плазмы у спортсменов с различной подготовкой. Med. Sci. Спортивные упражнения. 31, 560–565. DOI: 10.1097 / 00005768-199

0-00011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таннер, Дж. (1962). Рост в подростковом возрасте. Оксфорд: Научные публикации Блэквелла.

Google Scholar

ван Баак, М.А. (1999). Физические упражнения и использование субстратов при ожирении. Внутр. J. Obes. Relat. Метаб. Disord. 23, S11 – S17. DOI: 10.1038 / sj.ijo.0800879

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Веттор Р., Макор К., Росси Э., Пьемонте Г. и Федерпил Г. (1997). Нарушение контррегулирующей гормональной и метаболической реакции на изнурительные упражнения у субъектов с ожирением. Acta Diabetol. 34, 61–66. DOI: 10.1007 / s0050068

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Villelabeitia-Jaureguizar, K., Висенте-Кампос, Д., Беренгуэль Сенен, А., Вероника Эрнандес, Хименес, В., Лорена Руис и др. (2018). Механическая эффективность аэробных упражнений высокой и средней интенсивности у пациентов с ишемической болезнью сердца: рандомизированное клиническое исследование. Cardiol. J. doi: 10.5603 / CJ.a2018.0052 [Epub перед печатью].

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вайнштейн, Ю., Камерман, Т., Берри, Э., и Фальк, Б. (2004). Механическая эффективность мальчиков препубертатного возраста с нормальным весом, предрасположенных к ожирению. Med. Sci. Спортивные упражнения. 36, 567–573. DOI: 10.1249 / 01.MSS.0000121958.99985.A5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сравнение методологических подходов к измерению механической эффективности при циклическом режиме | Спортивная медицина — Открыть

Основным результатом настоящего исследования было то, что шесть исследованных показателей механической эффективности сформировали три отдельные группы по ранговой корреляции: первая группа (группа I) была сформирована GE, NE и T ; второй (группа II) DE и WE _e ; и третий (группа III) — ЗЕ _м .Идентичное группирование может быть достигнуто также функцией D Сомерс (не показана). Были сильные корреляции внутри групп, тогда как корреляции между группами были в лучшем случае умеренными. Поскольку шесть показателей механического КПД делятся на разные группы, их можно интерпретировать для измерения принципиально различных аспектов механического КПД.

Одна из спекулятивных причин наблюдаемого группирования может заключаться в том, что вычитание базовой линии в целом является ошибочным способом приближения к эффективности: в этой статье показано, что E _{0, e} не отличается от E _{остальные} , доверительный интервал для DE слишком велик, чтобы быть надежным, и что WE _m дает слишком большие значения для эффективности работы.Эти факты вызывают вопрос, измеряют ли DE и WE то, что они якобы должны измерять. Ранее в адрес NE, DE и WE высказывалась в основном теоретическая критика [8, 12, 13, 25], но настоящее исследование является одним из редко встречающихся методологических исследований, посвященных этому вопросу.

Теоретически, как показано в разделе «Методы», каждый показатель механической эффективности приближается к DE, если внешняя работа с педалью может неограниченно увеличиваться, так как роль внутренних затрат энергии E ₀ ничтожно мала по сравнению с общими затратами энергии E _до .Индексы эффективности сформировали разные группы, потому что нельзя крутить педали с достаточно большой интенсивностью аэробно; теоретически DE и GE не находятся рядом друг с другом (точка 0,5%) до 1350 Вт. Это несколько контрастирует с ситуацией чемпиона мирового класса в [40], где было обнаружено, что GE и DE находятся в пределах 0,1% точечного расстояния уже при выходной мощности 300–400 Вт. Судя по оценкам настоящего исследования, такое единство между GE и DE при таком низком уровне мощности является в высшей степени исключительным.

Измеренные в настоящем исследовании показатели эффективности соответствуют литературным данным. Из обзорной статьи [8] в литературе, GE в основном составляла около 18–20% при 150 Вт ([8], рис. 2), а среднее ± стандартное отклонение для DE по 14 исследованиям составляло 23,8 ± 2,6% ([8] , Таблица 1). Эти значения хорошо согласуются с данными настоящего исследования с GE = 20,0 ± 0,8% и DE = 23,8 ± 1,9%.

Группы эффективности

В целом группу I можно интерпретировать как иллюстрацию механической эффективности всего тела при езде на велосипеде.Разумеется, GE и T относятся к одной группе, поскольку первая является доработанной версией второй. Тот факт, что NE принадлежит к этой группе, указывает на отсутствие больших различий или адаптаций в расходе энергии в состоянии покоя между людьми. С другой стороны, теоретически группы II и III пытаются оценить эффективность изолированной опорно-двигательной системы при езде на велосипеде, вычитая, в той или иной форме, расход энергии при нулевой нагрузке из результатов исследования. Следовательно, при попытке объяснить, почему индексы эффективности попадают в разные группы, кажется, что E ₀ играет роль, и большую, чем E _rest .Важность E ₀ хорошо согласуется с предыдущим исследованием [41], в котором утверждалось, что различия в циклической смене нагрузки при нулевой нагрузке между людьми объясняют некоторые наблюдаемые различия в ГЭ между людьми. Другая возможная причина различий между группами заключается в сложности и неопределенности определения линии регрессии WE _e и DE от W _ext — E _до .

DE и WE _e принадлежат к той же группе, поскольку они оба рассчитываются на основе одной и той же линии регрессии W _ext — E _to .Кроме того, в каждой точке наблюдения WE _e можно рассматривать как обратный наклон линии, проходящей через эту точку наблюдения и E _{0, e} , так что WE _e может можно более или менее интерпретировать как локальную дельта-эффективность. Если бы все точки наблюдения попадали на одну прямую, WE _e и DE совпадали.

В литературе можно найти косвенную поддержку этой группировки.При изучении корреляции между различными физиологическими факторами и показателями механической работоспособности было продемонстрировано, что физиологические факторы по-разному влияют на показатели из разных групп. Например, сообщалось, что показатель из группы I значительно зависит от показателя из группы II, например, температуры кожи [32], VO _2max [10] и веса тела [26]. . Кроме того, сообщалось, что группа I пострадала, а группа III — нет, например.г., по обучению [41]. Таким образом, литературные данные показывают, что на основе корреляции с физиологическими факторами, по-видимому, существуют некоторые группы показателей механической эффективности, косвенно подтверждающие нашу группировку.

Точность

Вт _доб – E _— Линия регрессии и DE

Было замечено, что повторяемость DE значительно слабее, чем GE [10], но это явление ускользало от объяснения.Здесь мы утверждаем, что это явление можно объяснить слабой точностью линии регрессии W _ext — E _до , что вызвано в основном использованием слишком малого количества точек наблюдения, обычно 3 [37, 38], 4 [39] или не более 6 [32, 42]. В настоящем исследовании мы воспроизвели обычный способ расчета показателей эффективности, поэтому в нашу регрессионную линию W _ext — E _до были включены только 3-5 точек. Поскольку значение (95% ДИ) для DE было 22.6% (19,2–26,1%) и для E _{0, e} 6,9 кДж / мин (- 16,6–30,4 кДж / мин), совершенно очевидно, что для надежного Вт потребуется больше точек наблюдения. _ext — E _{до линии регрессии} и, следовательно, надежные оценки DE и E _{0, e} . Примечательно, что коэффициент детерминации R ² не может выделить эту проблему, так как значение R ² для W _ext — E _до линии регрессии в нашем исследовании было равно 0 .996 ± 0,004. Это означает, что R ² — далеко не достаточный тест для объяснения точности линии регрессии W _ext — E _до , когда точек наблюдения слишком мало; в конце концов, R ² с двумя точками наблюдения всегда равно 1.00, хотя такая оценка содержит огромную потенциальную ошибку. Еще одним фактором, помимо количества точек наблюдения, влияющим на надежность линии регрессии W _ext — E _to , является частота вращения педалей.Это влияет на расход энергии, и, применяя линейную регрессию из [8], мы можем чисто теоретически оценить, что при использовании четырех точек наблюдения DE может измениться на 1,1% только за счет изменения частоты вращения педалей с 80 на ± 1 об / мин. Поскольку удерживать частоту вращения педалей ближе, чем ± 1 об / мин к целевой частоте вращения во время теста, очень сложно, становится ясно, что в измерениях ЭД имеется довольно большой встроенный потенциал неточности. Напротив, поддержание частоты вращения педалей 80 ± 1 об / мин теоретически влияет на GE только на 0,1%.

Ясным предложением по повышению точности линии регрессии W _ext — E _до было бы использование большего количества точек данных. Например, в исследовании Medbø et al. [43] было предложено использовать не менее 10 точек наблюдения при оценке линии регрессии W _ext — E _до . Другой способ улучшить оценку — включить только аэробные нагрузки. Например, некоторые исследования эффективности включали нагрузки 270 Вт для женщин [42] и нагрузки 300 Вт для мужчин [32] при расчете DE.Однако без измерения лактатов в крови невозможно точно оценить расход анаэробной энергии при такой интенсивности. Не говоря уже о потенциальном влиянии медленного компонента VO ₂ , которое может присутствовать уже при интенсивности, превышающей 50% VO _2max [18, 19], искажая линейность W _ext — E _Tot отношения. Последнее предложение по уточнению DE — это точный мониторинг используемой частоты вращения педалей.

Следует иметь в виду, что точность линии регрессии W _ext — E _до имеет более глубокое значение, чем только определение DE и E _{0, e} как это также используется, например.g., чтобы экстраполировать теоретическое потребление энергии (или кислорода) при высокоинтенсивных работах [43, 44].

WE

_e по сравнению с WE _m

Широко признано, что E _{0, m} намного больше, чем E _{0, e} , разница составляет от 20 до 350% [16, 17], в данном исследовании — 140%. Это означает, что они оба не могут точно описать E ₀ , который они якобы иллюстрируют.Выше мы обсуждали, насколько точность E _{0, e} довольно низкая на основе CI. Другое, часто игнорируемое обвинение против E _{0, e} состоит в том, что оно не отличается от E _{остальные} ( p = 0,60, рис. 2), при этом половина испытуемых в настоящее время исследование, имеющее меньшее E _{0, e} , чем E _{остальное} , что звучит ненормально. Можно увидеть аналогичные значения, например.г., в [27]. Одно из объяснений может заключаться в том, что E _{0, e} на самом деле не иллюстрирует расход энергии, который, как считалось, иллюстрирует. Например, в [15] было замечено, что внутренняя работа не является ни постоянной, ни независимой от внешней работы. Это можно интерпретировать так, что, хотя соединение W _ext — E _— было бы линейным, расход энергии при нулевой нагрузке не обнаруживается на пересечении с осью y , поскольку мы не знать, как внутренняя работа связана с общими затратами энергии при различных нагрузках.Можно также попытаться объяснить возможность того, что E _отдых действительно выше, чем E ₀ , поскольку начало упражнения с нулевой нагрузкой может в принципе увеличить рабочую нагрузку на сердце и ноги, но в то же время со временем еще больше снизит рабочую нагрузку на другие части тела, например, пищеварительную систему и внутренние органы, но это весьма умозрительно.

С другой стороны, также E _{0, m} имеет много проблем.Во-первых, есть все теоретические объяснения, показанные в разделе «Предпосылки», как E _{0, e} предлагает лучшее приближение для E ₀ , чем E _{0, m} . Более того, в литературе отказались от E _{0, m} (и, следовательно, WE _m ) из-за его слишком высоких значений [7, 8]. Теоретически считается, что изолированная мышца имеет механический КПД не более 30% [12, 13].В настоящем исследовании WE _m составлял 32,0 ± 2,9% (диапазон 28,0–38,3%) и, следовательно, был слишком высоким для механической эффективности изолированной опорно-двигательной системы при работе на велосипеде, где использование упругой энергии минимально [ 45]. В целом, E _{0, e} кажется слишком маленьким, чтобы быть истинным расходом энергии для нулевой нагрузки, а E _{0, m} слишком большим, и, следовательно, оба из них (и, следовательно, WE _e и WE _m ), похоже, содержат нерешенные методологические проблемы.Более конкретно, как сообщалось выше, WE _e и DE являются довольно параллельными измерениями механического КПД, и поэтому, если проблемы, связанные с WE _e , не могут быть решены, это вызывает сомнения также и в отношении DE. , хотя в противном случае его теоретическая база была бы достаточно прочной.

Методологические сомнения относительно вычитаний из базовой линии

Чтобы подвести дискуссию к заключению, мы теперь увидели, как методологически DE, WE _e и WE _m — все они содержат проблемы, вызывающие серьезные сомнения в чувствительности базовой линии. вычитания.Предыдущие сомнения в отношении NE, WE и DE являются по существу теоретическими соображениями, основанными на том факте, что расход энергии не может быть разделен на отдельные компоненты и что вычитания из базовой линии не являются инвариантными с различной интенсивностью работы [8, 12, 13, 25]. Сомнения настоящего исследования основаны на методологических результатах: по сути, WE _m слишком велик, E _{0, e} слишком похож на E _rest , и что 95 % CI DE и E _{0, e} слишком широкие.Основываясь на этих выводах, NE будет единственным методологически обоснованным индексом механической эффективности с вычитанием базовой линии. Однако и NE, и GE принадлежат к одной и той же группе I. Таким образом, можно утверждать, что GE несет в основном ту же информацию, что и NE, но без дополнительных неудобств и возможного источника ошибок, поскольку необходимо измерять E _rest . Таким образом, настоящее исследование методологически предполагает, что необходимость в NE также сомнительна.

Пределы исследования

Несмотря на то, что результаты нашего исследования весьма отличительны с тремя отдельными группами для показателей механической эффективности, некоторые недостатки могут повлиять на этот вывод.Предоставление каждому участнику возможности выбирать собственную естественную частоту вращения педалей могло повлиять на результат, поскольку известно, что частота вращения педалей влияет на показатели эффективности [8]. Хотя мы признали это, одна и та же каденция не была выбрана для навязывания всем, поскольку нас интересовали индивидуальные различия и деление людей на разные классы на основе их естественных циклов смены циклов. Мы чувствовали, что введение неестественной каденции испытуемым может помешать достижению этой цели. Следует также упомянуть, что мы не записывали частоту вращения педалей от одного поворота педали к другому, что означает, что для каждого участника может быть небольшая нагрузка на качание в каденции.Это отклонение в основном влияет на W _ext — E _до линии регрессии и, следовательно, на значения DE и WE _e .

В это исследование были включены как мужчины, так и женщины, поскольку наш главный интерес состоял в том, чтобы сравнить различные показатели механической эффективности для субъектов широкого профиля. Мы признаем, что существует небольшая гендерная разница в GE, E _{0, m} и E _{0, e} , но что они могут быть объяснены в основном разницей в объеме тощей ноги [ 17].Поскольку межиндивидуальные различия в GE и E ₀ в целом можно объяснить в основном массой тела и особенно массой ног [11, 14, 26], мы сочли, что гендерный вопрос не слишком ограничивает в нашем подходе: разрешено также и женское Мы решили, что в основном расширили наше исследование, включив в него более легкие тела. Следует отметить, что результаты не меняются при анализе только с мужчинами (данные не показаны).

Механическая эффективность при разной интенсивности упражнений у мальчиков-подростков с разным уровнем жира в организме

Front Physiol.2019; 10: 265.

Программа спортивных наук, Колледж искусств и наук, Катарский университет, Доха, Катар

Отредактировал: Лука Паоло Ардиго, Веронский университет, Италия

Рецензировал: Пантелис Теодорос Николаидис, Греческая военная академия, Греция ; Марко С. Лааксонен, Университет Средней Швеции, Швеция

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Физиология упражнений» журнала «Границы в физиологии»

Поступила в редакцию 16 декабря 2018 г .; Принято 28 февраля 2019 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY).Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) и правообладателя (ов) и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой. Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

В этом исследовании изучалась механическая эффективность (ME) и связанные с ней факторы у мальчиков-подростков с ожирением, избыточной массой тела и нормальной массой тела во время возрастающих циклических нагрузок до изнеможения.Сорок пять малоподвижных мальчиков-подростков (13–14 лет) были разделены на три группы в соответствии с процентным соотношением жировой массы следующим образом: 15 мальчиков с нормальным весом (NW) (жировые отложения: 16,0 ± 1,9%), 15 с избыточным весом (OW). (телесный жир: 24,0 ± 1,6%) и 15 страдающих ожирением (OB) (телесный жир: 31,0 ± 3,0%). Все группы выполнили поэтапные циклические упражнения до изнеможения, в которых потребление энергии (E, W), ME (%), скорость окисления липидов (LO,%), концентрации адреналина в плазме и норадреналина определялись последовательно в состоянии покоя и на трех уровнях интенсивности, соответствующих 50 и 75% максимальной частоты сердечных сокращений каждого участника (50% HRmax и 75% HRmax) и пикового потребления кислорода (V˙O _2peak ).Во время возрастающего цикла нагрузочного теста реакции адреналина и норэпинефрина в плазме, а также ME, определенные при 50% HRmax, 75% HRmax и VO _2peak стадиях, были значительно ниже у OB по сравнению с людьми NW и OW ( пс < 0,01). Множественные линейные регрессии показали, что вес тела (ß = -0,64, p <0,001), потребление энергии (ß = -0,24, p <0,05) и окисление липидов (ß = 0,69, p <0,01) были значительными. предикторы ME при 50% HRmax.Однако при 75% HRmax и V˙O _2peak значимыми предикторами ME были адреналин (ß = 0,34, ß = 0,49, соответственно, пс = 0,01), норадреналин (ß = 0,26, ß = 0,60, соответственно, пс, <0,05) и выходной мощности (ß = 0,62, ß = 0,71, соответственно, пс, <0,01). Эти данные свидетельствуют о том, что избыточная масса тела оказывает отрицательное влияние на ME при низкой интенсивности за счет увеличения потребления энергии у мальчиков-подростков с ожирением и избыточной массой, в то время как при более высокой интенсивности (75% HRmax и VO _2peak ) более низкая ME может быть лучше объяснена. из-за более низкой выходной мощности и катехоламиновых реакций, которые были ослаблены у мальчиков-подростков с ожирением и избыточной массой тела.

Ключевые слова: механический КПД, потребление энергии, ожирение, масса тела, катехоламин, тест возрастающего цикла до истощения, мальчики-подростки

Введение

Механический КПД (ME) относится к способности человека передавать потребляемую энергию в выполнение внешней работы (Weinstein et al., 2004). ME недавно был исследован как потенциальный фактор, лежащий в основе метаболической и механической адаптации к упражнениям не только среди тренированных субъектов (Boone et al., 2010), но также и в особых популяциях (Jabbour et al., 2013, 2017; Jabbour, Iancu, 2015). Наряду с другими «классическими» переменными, такими как факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний, качество жизни, максимальное потребление кислорода, ME рассматривался как источник информации об эффективности упражнений (Villelabeitia-Jaureguizar et al., 2018). В связи с растущим интересом к использованию ME для оценки производительности и работоспособности еще многое предстоит узнать об основных ключевых факторах.

ME был предложен в качестве важной меры, связанной с потерей веса и ожирением.Действительно, было высказано предположение, что на ME влияет статус массы тела (Butte et al., 2007) и метаболическая среда (Jabbour and Iancu, 2015; Laaksonen et al., 2018). Сниженный ME можно рассматривать как ограничение для физической активности (Layec et al., 2011; Jabbour and Iancu, 2015), где меньшая эффективность для данного результата работы объясняется более высоким потреблением энергии и затратами энергии на дыхание во время упражнений (Layec et al., 2011; Jabbour, Iancu, 2015). Для Лафортуны и др. (2006), снижение ME, о котором сообщалось у взрослых с ожирением, может быть связано с увеличением доли гликолитических мышечных волокон (Kriketos et al., 1997), которые существенно менее эффективны по сравнению с волокнами типа I. Последняя интерпретация была предложена для объяснения более высоких затрат энергии при езде на велосипеде (Coyle et al., 1992), обнаруживаемых у взрослых с ожирением по сравнению со взрослыми с нормальным и избыточным весом. Для Butte et al. (2007), более низкие значения ME, наблюдаемые у детей с избыточным весом, могут быть следствием избыточной массы тела, которая может ограничивать эффективность мышц. Однако исследование Jabbour et al. (2013), проведенные на 660 детях, показали, что на ME не влияет статус массы тела.По мнению этих авторов, противоречивое более низкое значение ME, наблюдаемое в предыдущих исследованиях, может быть просто связано с методом, используемым для расчета ME (чистое значение по сравнению с исходным значением).

Совсем недавно Лааксонен и др. (2018) исследовали взаимосвязь между метаболизмом мышц и ME среди 17 здоровых рекреационно активных мужчин с интенсивностью, соответствующей 45% от VO _2peak . Их результаты показали, что использование жирных кислот плазмы было выше у более эффективных субъектов и значительно коррелировало с ME.Тем не менее, между группами не наблюдалось значительных различий в концентрации глюкозы в крови, что позволяет предположить, что жирные кислоты плазмы могут быть важным детерминантом ME во время субмаксимальных упражнений. Кроме того, интервенционное исследование Jabbour и Iancu (2015) сообщило об увеличении ME после программы высокоинтенсивных тренировок, которая была связана с улучшенной оценкой модели гомеостаза, оценивающей резистентность к инсулину и сопутствующим увеличением выходной мощности. Интересно, что об этих улучшениях сообщалось на этапах более высокой интенсивности при пошаговом максимальном циклическом тесте, соответствующих 60%, 80% и 100% пиковой мощности соответственно.В качестве фактора производительности ME может участвовать как в аэробной, так и в анаэробной производительности (Kriketos et al., 1997; Jabbour and Iancu, 2015; Jabbour et al., 2017), что указывает на то, что ключевые факторы, лежащие в основе ME, могут различаться в зависимости от интенсивность и выполненная задача.

В большинстве исследований факторов, влияющих на МЭ у лиц с ожирением, изучалась адаптация скелетных мышц и их связь с улучшением метаболизма при тренировках, которые были связаны, например, с укреплением мышц (Jabbour and Iancu, 2015).Однако изменения в ME также могут быть связаны с гормональными адаптациями, такими как ответы на адреналин и норадреналин. Исследования на людях показывают, что у людей с ожирением снижается реакция катехоламинов (Jabbour et al., 2011; Vettor et al., 1997), что может значительно повлиять на выполнение упражнений (Strobel et al., 1999). Таким образом, первая цель настоящего исследования состояла в том, чтобы сравнить ME, метаболические и физиологические реакции между мальчиками-подростками с нормальным весом, избыточной массой тела и ожирением на разных уровнях интенсивности теста с возрастающей циклической нагрузкой до изнеможения.Вторая цель состояла в том, чтобы изучить взаимосвязь между ME и потенциальными основными факторами, среди которых ответы на адреналин в плазме и норадреналин. Мы ожидаем найти общие ME, метаболические и физиологические различия, как сообщалось ранее, между группами с нормальным весом и ожирением во время упражнений. Что касается взаимосвязи между ME и основными факторами, мы предполагаем, что она будет зависеть от интенсивности и что эффективность будет положительно коррелировать с реакциями адреналина и норадреналина во время упражнений.

Материалы и методы

Участники

Сорок пять здоровых мальчиков-подростков были набраны из нескольких средних школ Ливана. Чтобы предотвратить любую вариабельность созревания, были отобраны только участники в возрастном диапазоне 13–14 лет, которые находились на одной и той же стадии Таннера (стадия 3) (Таннер, 1962). Дополнительные критерии включения для участия включали (i) малоподвижный образ жизни [участие в структурированных упражнениях менее 1 часа в неделю, согласно оценке Международного опросника по физической активности (Craig et al., 2003)], (ii) отсутствие метаболических, сердечно-сосудистых или хронических проблем со здоровьем, (iii) отсутствие в анамнезе употребления наркотиков или (iv) курение. Информация о здоровье была получена от семейного врача участников до начала исследования. Добровольцы были разделены на три группы на основании критерия процента жира в организме (% жира в организме), ранее описанного McCarthy et al. (2006): группа с нормальным весом (NW) ( n = 15;% телесного жира <22%), группа с избыточным весом (OW) ( n = 15;% телесного жира = 22-25%), и группа с ожирением (OB) ( n = 15;% телесного жира> 26%).Физические характеристики и уровень аэробной подготовки участников представлены в. Перед началом эксперимента от родителей было получено письменное информированное согласие, и подростки были ознакомлены со всем оборудованием и процедурами тестирования. Все исследование было одобрено Этическим комитетом по исследованиям на людях (ECHR) Университета Баламанда (Ливан) в соответствии с Хельсинкской декларацией.

Таблица 1

Физические характеристики и аэробная подготовка участников в трех группах: подростки с нормальным весом (NW), избыточным весом (OW) и ожирением (OB).

8489

894 (0,1)

	NW ( N = 15)	OW ( N = 15)	OB ( N = 15)	Групповой эффект (df = 2)
				F	p
13,6 (0,3)	1,7	0,31
Высота (см)	162,9 (6,2)	164,4 (10,4)	168,9 (9,6)	1,631080	1,631080
Масса тела (кг)	50,5 (5,2)	67,0 (10,0) a	88,7 (14,7) a, b	11,2	<0,0001
BMI (кг · м ) -2 )	18,9 (1,1)	24.5 (1,5) a	30,8 (2,3) a, b	19,1	<0,0001
FM (%)	16,0 (1,9)	24,5 (1,6) a	31,0 (3,0) a, b	23,9	<0,0001
FFM (кг)	43,0 (6,0)	52,0 (9,0) a	62,0 (8,0) a, b	21,4	<0,0001
V˙O 2 пик (L⋅min -1 )	2.10 (0,12)	2,36 (0,09) a	2,43 (0,11) a	11,8	<0,0001

Протокол и материалы

После ночного голодания один раз в лабораторию для выполнения протокола, который длился в среднем 1 час. Их попросили воздержаться от физических упражнений за 24 часа до теста. Сначала были измерены антропометрические характеристики для отнесения участников к группе весовой категории, после чего последовал тест с возрастающей циклической нагрузкой.

Антропометрические измерения

Массу тела измеряли с точностью до 0,1 кг, участники были одеты в легкую одежду без обуви, с использованием электронных весов (MFB 150K100, Kern, Германия). Высота определялась с точностью до 0,5 см с помощью рулетки, прикрепленной к стене. Индекс массы тела (ИМТ, ​​кг⋅м ^-2 ) рассчитывался как отношение массы тела (кг) к квадрату роста ( ² м). % Телесного жира, называемый здесь жировой массой (FM,%), был рассчитан по 3 участкам измерения толщины кожной складки (бицепс, трицепс и подлопаточная мышца) в соответствии с утвержденным методом Slaughter et al.(1988) для детей и юношества. Массу без жира (FFM, кг) рассчитывали путем вычитания массы жира из массы тела.

Тест с возрастающей циклической нагрузкой до изнеможения

Участники выполнили максимальный тест на велоэргометре (Monark Ergomedic 839E, Monark, Швеция), чтобы определить свое пиковое потребление кислорода (V˙O ₂ пик). Для сбора данных по газообмену использовалась автоматизированная метаболическая система «дыхание-вдох» (CPX, Medical Graphics, Сент-Пол, Миннесота, США).Перед каждым тестом систему калибровали в соответствии с инструкциями производителя, используя стандартные газы известной концентрации, а также калибровочный шприц для потока воздуха. Лабораторная среда контролировалась: температура и относительная влажность воздуха поддерживались на уровне 23 ° C и 60% соответственно. Частоту сердечных сокращений постоянно измеряли с помощью пульсометра (Polar-F6, Polar, Финляндия). В начале теста участники оставались сидеть на велоэргометре в течение 5 минут, чтобы измерить свои показатели в состоянии покоя.Тест начался с начальной мощности 60 Вт и постепенно увеличивался на 20 Вт каждые 2 минуты до полного истощения. Во время теста подростки были проинструктированы крутить педали со скоростью 50–70 оборотов в минуту, что контролировалось с помощью электронного счетчика (MEV 2000), встроенного в эргоцикл. Тест был прекращен, когда подростки больше не могли поддерживать требуемую скорость вращения педалей (<40 оборотов в минуту) или их попросили прекратить упражнение. В конце протокола участникам было предложено выполнить 5 минут активного восстановления при 25 Вт.

В состоянии покоя и в конце каждого уровня интенсивности был взят образец венозной крови из переднекубитальной вены в вакуумную пробирку, содержащую этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА). Плазму из образцов венозной крови отделяли центрифугированием при 3000 × g в течение 20 мин (4 ° C) (ORTO ALRESA mod. Digicen.R, Испания). Аликвоты немедленно замораживали и хранили при -80 ° C для использования в последующих химических анализах. В конце инкрементального теста и после 3-минутного периода восстановления были собраны образцы капиллярной крови из кончиков пальцев и немедленно проанализированы на концентрацию лактата в крови с использованием портативного устройства Lactate Pro (Arkray, Япония).Эта процедура была сделана для проверки одного из критериев завершения теста.

Анализ данных

Расчет метаболических и физиологических переменных

Данные газообмена были собраны для каждого вдоха с непрерывным и синхронизированным измерением частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд / мин ^-1 ). Средние значения ЧСС, потребления кислорода (V˙O ₂ , л⋅мин ^-1 ), продукции углекислого газа (V˙CO ₂ , л⋅мин ^-1 ) и коэффициента дыхательного обмена (RER ) были вычислены как среднее значение за последние 20 с каждого уровня интенсивности, на котором было достигнуто установившееся состояние.Пик V˙O ₂ был достигнут, когда участники выполнили по крайней мере три из следующих критериев: пик или плато в значениях V˙O ₂ , несмотря на увеличение интенсивности упражнений, RER более 1,1, пиковое значение ЧСС более 90 % от прогнозируемой максимальной ЧСС (220-летний возраст), концентрация лактата в крови выше 8,0 ммоль⋅л ^-1 и явное истощение субъекта (Spiro, 1979). В настоящей работе основные переменные оценивались в состоянии покоя и на трех этапах, соответствующих 50 и 75% максимальной частоты сердечных сокращений каждого участника (50% HRmax и 75% HRmax) и при пиковом потреблении кислорода (V˙O ₂ пик. ) уровень.

Окисление субстрата определяли на стадиях субмаксимальной аэробной интенсивности (50% HRmax и 75% HRmax) на основании соответствующих средних значений небелкового RER. В частности, процент окисления липидов (% LO), вносящий вклад в энергию, был рассчитан с использованием метода МакГилвери и Голдштейна (1983) следующим образом:% LO = [(1 — RER) /0,29] × 100. Процент окисления углеводов ( % CHO) затем вычисляли путем вычитания% LO из 100.

Расчет механического КПД

Чистый механический КПД (ME _чистый ,%) рассчитывали с использованием формулы, разработанной Лафортуной и др.(2006) как отношение выполненной работы (W) к уровню потребляемой энергии (E, W) выше уровня покоя, которое, в свою очередь, было рассчитано следующим образом: E = (4,94 RER + 16,04) × V˙O _2net /60 (Гарби и Аструп, 1987). Чистый V˙O ₂ (V˙O _2net , L⋅min ^-1 ) был рассчитан путем вычитания остаточного значения из общего значения на каждой стадии интенсивности. Остаточные значения E (E _rest ) также были определены на основе уравнения с использованием значений V˙O _2rest вместо значений V˙O _2net .

Анализы крови

Концентрации адреналина и норэпинефрина в плазме измеряли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (Chromsystems, Thermo finnigan, Франция), следуя методу Koubi et al. (1991). Перед проведением ВЭЖХ катехоламины экстрагировали селективной абсорбцией из бисульфита натрия (Chromsystems-HPLC-Kit, Waters, Milford, MA, США). 1 мл предварительно центрифугированной плазмы кратковременно взбалтывали с 250 мкл бисульфита натрия (0.25%) и 50 мкл раствора внутреннего стандарта (600 пг дигидроксибензиламина). После трехкратной промывки (раствор TRIS 1M EDTA, pH 8,8) катехоламины элюировали 120 мкл буфера (10 мл сверхчистой воды, 130 мкл уксусной кислоты, 100 мкл 0,25% бисульфата и 25 мкл 10% EDTA). Элюент центрифугировали при 4000 об / мин в течение 10 минут (Thermo Fisher Scientific, Jouan. GR412), после чего 50 мкл элюента образца вводили в колонку для ВЭЖХ (Column Waters reference 5007, оксид алюминия, 20 мг) и элюировали подвижной фазой.Скорость потока составляла 1 мл · мин ^-1 при 13,8 мПа и потенциале 0,60 В. Хроматограмму анализировали с помощью компьютерной интеграции (базовый уровень 815, Waters). Предел обнаружения катехоламинов в описанном методе составлял 0,06 нМ, а коэффициент вариации между анализами составлял 6,5%. Концентрацию лактата в крови определяли ферментативно с помощью анализатора лактата (Microzyme, Cetrix, Франция). Гормоны плазмы и уровни лактата были скорректированы с учетом изменений объема плазмы с использованием уравнения Ван Бомонта (1972).

Статистический анализ

Данные представлены в виде среднего значения и стандартного отклонения (SD). После тестирования на нормальное распределение (критерий Колмогорова-Смирнова) различия между тремя группами (т.е. NW, OW и OB) были проанализированы с использованием одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA), выполненного для всех зависимых переменных в состоянии покоя, 50% ЧССмакс., 75% ЧССмакс. И V˙O _2peak . Был проведен двухфакторный дисперсионный анализ для дальнейшего тестирования эффекта взаимодействия между группами и трех относительных уровней интенсивности упражнений на значения ME.Каждому повторному измерению ANOVA предшествовал тест сферичности Мочли, и если тест был значимым (указывающим на нарушение гипотезы об однородности дисперсии), для корректировки степеней свободы применялась процедура коррекции Хьюна-Фельдта. При необходимости для попарных сравнений проводили апостериорный анализ с использованием критерия Ньюмана-Кеуля. Для изучения взаимосвязи между ME _net и различными потенциальными предикторами (i.е., масса тела, выходная мощность, потребление энергии, окисление липидов, адреналин, норадреналин). Анализы выполняли с использованием программного обеспечения IBM SPSS Statistics 19 (IBM SPSS Statistics для Windows, версия 24.0, Армонк, штат Нью-Йорк, США: IBM Corp.). За минимальный уровень статистической значимости было принято значение p <0,05.

Результаты

Физические характеристики и уровни аэробной подготовленности

Возраст и рост существенно не различались между группами подростков ().Как и ожидалось, результаты показали значительную разницу в массе тела, ИМТ и% FM между каждой из трех групп ( пс, <0,01). Кроме того, FFM (кг) был значительно выше для OB по сравнению с OW и NW, а также для OW по сравнению с NW ( пс, <0,01). Максимальная аэробная способность (абсолютный пик V˙O ₂ , L⋅min ^-1 ) была значительно выше для групп OB и OW по сравнению с группой NW ( пс, <0,01).

Механическая эффективность, метаболические и физиологические параметры

Значения покоя

Значения потребления кислорода покоя были значительно выше для группы OB по сравнению с группами NW и OW, а также для OW по сравнению с NW ( p <0.01,). Однако не было обнаружено значительных различий между группами по значениям концентрации лактата, частоты сердечных сокращений, RER и концентраций адреналина и норадреналина между группами.

Таблица 2

Метаболические и физиологические реакции в покое для трех групп: подростки с нормальным весом (NW), избыточным весом (OW) и ожирением (OB).

84

	NW ( N = 15)	OW ( N = 15)	OB ( N = 15)	Групповой эффект (df = 2)
				F	p
09 00 900
0.19 (0,01)	0,35 (0,02) a	0,45 (0,02) a, b	11,8	<0,0001
Лактат (ммоль⋅л -1 )	1,3 (0,3 )	1,3 (0,5)	1,3 (0,7)	1,3	1,53
HR (уд / мин -1 )	78,3 (2,2)	76,2 (9,1)	77,4 (3,1 )	2,9	0,44
RER	0.78 (0,09)	0,79 (0,09)	0,78 (0,09)	2,2	0,22
E остальное (W)	69 (11)	79 (17) a	99 (15) a, b	6,6	<0,01
Эпинефрины (нмоль⋅л -1 )	0,85 (0,01)	0,81 (0,02)	0,82 (0,01)	1,9	0,24
Норэпинефрины (нмоль · л -1 )	2.50 (0,01)	2,40 (0,04)	2,60 (0,03)	3,9	0,74

Субмаксимальная интенсивность упражнений

При изучаемой средней интенсивности ЧСС (т.е. 50%) переменных значительно различались между каждой из трех групп, даже несмотря на то, что эта относительная интенсивность индуцировала аналогичные значения выходной мощности (PO), частоты сердечных сокращений и концентрации лактата во всех группах (). Например, более высокое потребление кислорода и энергии, RER и% LO и более низкие концентрации% CHO, адреналина и норадреналина наблюдались в группе OB по сравнению с группами OW и NW ( пс, <0.01), а также для OW по сравнению с группой NW ( пс, <0,01).

Таблица 3

Метаболические и физиологические реакции на изученных субмаксимальных уровнях интенсивности (50% HRmax, 75% HRmax) возрастающего цикла упражнений до изнеможения для трех групп: нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и подростки с ожирением (OB).

848

80

80

80

80

80

80

80

80

80 9108

80 9107 91083480 <0,000134808080 685 (121134) 685 (121134) 9 684 (12)

	NW ( N = 15)	OW ( N = 15)	OB ( N = 15)	Групповой эффект (df = 2)
				F	p
V˙O 2net (L⋅min -1 )	1.32 (0,02)	1,68 (0,02) a	1,81 (0,02) a, b	42,1	<0,0001
PO (W)	80 (5)	80 (10 )	80 (10)	1,3	0,31
Лактат (ммоль⋅л -1 )	3,9 (1,9)	3,8 (1,7)	4,1 (1,1)	2,6	0,36
HR (уд / мин -1 )	104.7 (2,1)	106,2 (3,1)	102,9 (6,1)	0,6	0,54
RER	0,78 (0,05)	0,82 (0,04) a	0,89 a (0,07) , b	11,2	<0,01
% LO	48 (2)	39 (1) a	22 (3) a, b	20,2
% CHO	52 (2)	61 (1) a	78 (3) a, b	20.1	<0,0001
E (W)	458 (11)	562 (32) a	615 (14) a, b	30,1	<0,0001
Эпинефрины (нмоль⋅л -1 )	1,61 (0,1)	0,98 (0,2) a	0,82 (0,1) a, b	8,6	<0,01
(норэпинефрины) ⋅L — )	5,4 (0,3)	4.2 (0,3) a	3,9 (0,4) a, b	19,4	<0,001
При 75% HRmax
34		˙O 2net (L⋅min -1 )	2,01 (0,04)	2,02 (0,02)	2,01 (0,03)	2,1	0,22
PO (W)	140 ( 5)	120 (10) a	120 (10) a	11.8	<0,001
Лактат (ммоль⋅л -1 )	6,9 (1,9)	6,8 (1,7)	6,1 (1,1)	2,6	0,36
HR (beats ⋅мин -1 )	144,2 (2,2)	152,2 (2,1)	148,9 (2,1)	0,9	0,56
RER	0,89 (0,05)	0,81080 (0,01134) 0,87 (0,07)	1,6	0,64
% LO	8 (2)	9 (1)	8 (3)	11.2	0,46
% CHO	92 (2)	91 (1)	92 (3)	3,1	1,1
E (W)
681 (19)	2,1	2,2
Эпинефрины (нмоль⋅л -1 )	2,01 (0,1)	1,81 (0,2)	1,51 (0,4) a , б	6,6	<0,01
Норэпинефрины (нмоль⋅Л -1 )	7.4 (0,2)	5,9 (0,3) a	5,3 (0,1) a, b	11,1	<0,001

При 75% HRmax, потребление кислорода и энергии значения, а также частота сердечных сокращений, RER и концентрации лактата не различались статистически между тремя группами, хотя выходная мощность была значительно выше для группы NW по сравнению с группами OW и OB (). Более того, группа OB показала значительно меньшее увеличение адреналина и норэпинефрина по сравнению с группами NW и OW ( пс <0.01).

Пиковые значения интенсивности упражнений

При V˙O _2peak все исследуемые переменные значительно различались между каждой из трех групп, за исключением частоты сердечных сокращений и значений RER (). В частности, группа NW достигла наивысшей выходной мощности V˙ и представила самые низкие V˙O _2peak и концентрацию лактата по сравнению с группами OW и OB ( пс, <0,01). В группах OB и OW значительно различались уровни адреналина и норадреналина, которые были ниже по сравнению с группами NW (9 · 1025 пс, 9 · 1026 <0.01).

Таблица 4

Метаболические и физиологические реакции на пиковом уровне интенсивности (V˙O ₂ пик) теста с возрастающей нагрузкой до изнеможения для трех групп: нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и ожирение (OB) подростки.

84

	NW ( N = 15)	OW ( N = 15)	OB ( N = 15)	Групповой эффект ( df = 2)
				F	p
8 00		2.10 (0,12)	2,36 (0,09) a	2,43 (0,11) a	11,8	<0,0001
PO (W)	180 (19)	160 (10) a	160 (15) a	19,8	<0,001
Лактат (ммоль⋅л -1 )	8,4 (4,4)	8,9 (3,4)	9,8 (3,3) a, b	21,32	<0,001
HR (уд / мин -1 )	202.9 (4,1)	201,2 (3,7)	201,3 (4,1)	0,4 ​​	0,64
RER	1,22 (0,05)	1,18 (0,03)	1,20 (0,04) 80	0,29
E (W)	780 (38)	860 (22) a	880 (19) a	4,1	<0,01
Эпинефрины (нмоль) 37 -1 )	2,78 (0,3)	2.01 (0,3) a	1,78 (0,3) a, b	8,6	<0,01
Норэпинефрины (нмоль⋅L -1 )	13,4 (0,2)	12,1 (0,2 ) a	11,3 (0,2) a, b	19,4	<0,001

Механический КПД

Двусторонний дисперсионный анализ на ME _net выявил значительные основные эффекты группа [ F (2, 28) = 102.95, p <0,001, η ² = 0,88] и интенсивность [ F (2, 28) = 137,03, p <0,001, η ² = 0,91]. Не было обнаружено значительного эффекта взаимодействия между факторами. Апостериорные сравнения показали, что ME _net значительно различается между всеми группами и всеми интенсивностями ( пс <0,01) с наименьшими значениями, найденными для группы OB, а также для самого низкого изученного уровня интенсивности ().

Средние значения чистой механической эффективности (ME _net ,%) в зависимости от групп (A), , интенсивностей (B), и их взаимодействия (C), . Группы определяются в зависимости от статуса веса как нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и ожирение (OB), а интенсивность определяется со ссылкой на HR _max как 50% HR _max , 50% HR _max , и 100% ЧСС _макс . Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение. ^a Значительная разница с NW ( p <0.01). ^b Значимое различие с OW ( p <0,01). ^∗ Значительная разница при 50% HR _max . ^# Значительная разница при 75% HR _max .

Множественные линейные регрессии были рассчитаны для проверки степени, в которой изучаемые переменные предсказывали ME _net на каждом изучаемом уровне интенсивности. Значимые уравнения регрессии были найдены при 50% HRmax [ F (2,42) = 20,25, p <0,01, R ² = 0.47], 75% HRmax [ F (2,42) = 4,14, p <0,05, R ² = 0,19] и V˙O _2peak [ F (3,35) = 11.01, p <0,01, R ² = 0,48]. В частности, при 50% HRmax, массе тела (ß = -0,64, p <0,001), потреблении энергии (ß = -0,24, p <0,05) и окислении липидов (ß = 0,69, p <0,01) были значимыми предикторами ME _net . При 75% HRmax анализ показал, что адреналин (ß = 0.34, p = 0,01), норэпинефрин (ß = 0,26, p = 0,01) и выходная мощность (ß = 0,62, p <0,01) внесли значительный вклад в ME _net . Наконец, при V˙O _2peak значимыми предикторами ME _net также были адреналин (ß = 0,49, p = 0,01), норадреналин (ß = 0,60, p <0,001) и выходная мощность (ß = 0,71, p <0,001).

Обсуждение

Насколько нам известно, это исследование было первым, в котором изучалась взаимосвязь между ME и многими потенциальными основными факторами среди мальчиков-подростков с ожирением (OB), избыточным весом (OW) и нормальным весом (NW) при езде на велосипеде в различная интенсивность упражнений в пошаговом циклическом тесте.Наши результаты подтвердили, что (1) избыток жира в организме оказывает значительное влияние на снижение ME на всех изученных уровнях интенсивности. Более того, (2) упражнения с аналогичной относительной интенсивностью вызвали более высокие метаболические и физиологические реакции для группы OB, которая также показала самые низкие значения ME по сравнению с группами NW и OW. Наконец, результаты показали, что (3) масса тела,% LO и потребление энергии были значимыми предикторами ME _net при умеренной интенсивности (т. Е. 50% HRmax), в то время как это больше не было очевидным при более высоких интенсивностях, когда уровни катехоламинов и мощность производительность казалась более точным показателем эффективности.Позднее открытие стало возможным благодаря выбору изучаемой популяции, у которой были разные реакции адреналина и норадреналина на дополнительные упражнения, характеристика, которая не рассматривалась в предыдущих исследованиях, посвященных факторам МЭ.

В состоянии покоя и во время всех протестированных уровней интенсивности езды на велосипеде абсолютное потребление кислорода (в L⋅min ^-1 ) было значительно выше у подростков OW и OB по сравнению с подростками NW (Nikolaidis et al., 2018), в то время как различий в значениях ЧСС между группами не обнаружено.Этот результат может указывать на более высокую способность мышц извлекать кислород за одно сердечное сокращение и / или больший ударный объем для наших подростков с ожирением (Salvadori et al., 1999; Lafortuna et al., 2006). Последнее согласуется с предыдущими сообщениями о взрослых женщинах с ожирением (Lafortuna et al., 2006) и молодых полных взрослых (Salvadori et al., 1999), и может быть интерпретировано в связи с избыточной массой тела и FFM. Кроме того, было высказано предположение, что увеличение V˙O ₂ и E во время езды на велосипеде у людей с ожирением может быть результатом дополнительной работы, необходимой для движения нижних конечностей (Anton-Kuchly et al., 1984) и более высокая постуральная активность (Dempsey et al., 1966).

Предполагается, что ожирение влияет на метаболические и физиологические реакции подростков на упражнения. В частности, при 50% HRmax наши результаты показали более низкий ME для группы OB по сравнению с группами OW и NW. Как ранее установлено Butte et al. (2007), на этом уровне интенсивности у детей с избыточным весом на ME отрицательно влияет уровень расхода энергии. Эти авторы обнаружили, что более высокий расход энергии у детей и подростков с избыточным весом во многом объясняется различиями в размере и составе тела.Действительно, избыточная масса тела, представленная у наших OB-подростков, является основным фактором увеличения расхода энергии, поскольку больше энергии потребляется при заданной производительности (например, при умеренном аэробном уровне). Кроме того, было обнаружено, что скорость окисления липидов (% LO) была значимым предиктором ME при 50% HRmax, таким образом, те, у кого был высокий% LO во время умеренной аэробной стадии, также были более эффективными. Фактически, наши группы OB и OW показали значительно более высокие значения коэффициента респираторного обмена, что является потенциальным индикатором нарушения способности окисления жиров во время упражнений (van Baak, 1999).Соответственно, недавнее исследование Laaksonen et al. (2018), проведенные в группах субъектов с разным уровнем ME во время езды на велосипеде, показали более высокое использование жирных кислот у более эффективных людей во время длительных упражнений с умеренной интенсивностью. По мнению этих авторов, изменение относительного вклада жиров и углеводов может объяснить изменения в ME. По предположению Лааксонена и др. (2018), ME зависит от эффективности окислительной способности липидов при умеренной аэробной интенсивности. Несмотря на то, что для подтверждения нашего предположения необходимы другие дополнительные анализы, настоящее исследование было первым, в котором была установлена ​​связь между% LO и ME при умеренной аэробной интенсивности среди подростков с ожирением.

На более высоких уровнях интенсивности (т.е. 75% ЧССmax и V˙O _2peak ) эффективность испытуемых увеличивалась по сравнению с ее значением на умеренном аэробном уровне (). Это можно объяснить увеличением как рабочей нагрузки, так и количества потребляемой энергии (Jabbour et al., 2013). На этих двух уровнях интенсивности (т.е. 75% HRmax и VO _2peak ) на ME отрицательно влияли телесный жир и статус веса с самыми низкими значениями, обнаруженными для OB, по сравнению с подростками OW и NW. Более низкий ME, наблюдаемый для групп OB и OW, может быть следствием более низкой производительности мышц.Соответственно, выходная мощность, развиваемая на этом этапе, была выше для NW по сравнению с группами OB и OW, что привело к увеличению величины числителя в модели ME, то есть значения ME. Кроме того, результаты показали значительно более низкие ответы адреналина и норадреналина на упражнения для групп OB и OW на всех изученных уровнях интенсивности. Последнее подтверждает предыдущие данные о подростках (Eliakim et al., 2006), показывающие существенно ослабленную реакцию катехоламинов на цикл упражнений на велосипеде выше анаэробного порога.Интересно, что выходная мощность, развиваемая на стадиях 75% HRmax и V˙O _2peak , была в значительной степени связана с концентрациями адреналина и норадреналина, чего не было при более низкой интенсивности. Действительно, по мере увеличения интенсивности зависимость от волокон типа II для удовлетворения требований к производительности становится все больше (Sale, 1987), поэтому реакции катехоламинов дополнительно стимулируются изменениями кислотно-щелочного баланса и снижением доступности кислорода для работающих мышц ( Schneider et al., 1992). Последний влияет на выполнение упражнений, регулируя мышечный гликогенолиз (Richter et al., 1981).

Взятые вместе, наши результаты могут предложить новое понимание с точки зрения оценки ME, особенно при изучении упражнений высокой интенсивности. Фактически, включение анаэробной выработки энергии в расчет ME все еще недоступно и, следовательно, не представлено. Действительно, анаэробный вклад все больше участвует в снабжении энергией при интенсивности выше лактатного порога 2 (интенсивность соответствует 75% HRmax в нашем исследовании).Это могло ограничить наши результаты, особенно при сравнении трех групп, для которых вклад анаэробной энергии при 75% HRmax оказался самым высоким для группы OB (оценка просто основана на концентрациях лактата), что потенциально привело к недооценке ME. Кроме того, МЭ определяли с помощью дополнительных 2-минутных этапов, которые не принимали во внимание потенциальные различия в кинетике газообмена между тремя группами. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, чтобы включить анаэробный компонент в определение МЭ, который будет исследоваться при различных интенсивностях устойчивого состояния, чтобы определить степень явления.Более того, использование чистого ME в этом исследовании, в отличие от общего ME, позволило нам контролировать групповые различия в исходных расходах энергии (т. Е. В состоянии покоя), что повысило надежность значений ME. Однако наш метод расчета ME, аналогичный тому, который рассматривает базовый уровень как стоимость энергии при езде на велосипеде без нагрузки (т. Е. Эффективность работы), не учитывает изменения в расходе энергии, необходимой для поддержания гомеостаза (Moseley and Jeukendrup, 2001). Это также открывает перспективы в методах расчета циклического ME в отношении различий, возникающих из групповых характеристик.

Заключение

В заключение, настоящее исследование подчеркивает важный вопрос, касающийся предикторов ME у мальчиков-подростков с различным процентным содержанием жира в организме. Похоже, что факторы, лежащие в основе ME, могут различаться в зависимости от интенсивности упражнений. Наше предположение о различных факторах, лежащих в основе ME, подтверждается и выходит за рамки простого отношения к массе сегментов тела и стоимости энергии, связанной с движениями (Lafortuna et al., 2006, 2009; Butte et al., 2007).Действительно, при умеренной аэробной интенсивности потребление энергии и скорость окисления липидов могут быть важными факторами, способствующими снижению ME среди людей с ожирением и избыточным весом. Напротив, при более высокой интенсивности ME можно лучше объяснить такими факторами, как мышечная сила и катехоламиновые реакции, которые ослабляются при ожирении. Основываясь на этой взаимосвязи, необходимы дальнейшие исследования, чтобы получить более полный профиль энергетических / метаболических форм (аэробных, анаэробных), чтобы убедиться, что они хорошо представлены в модели ME.С практической точки зрения и с учетом важности ME как показателя толерантности к физическим нагрузкам, кажется важным включить упражнения как средней, так и высокой интенсивности в программы, ориентированные на подростков с ожирением, где можно было бы ожидать различных преимуществ.

Вклад авторов

GJ задумал и разработал исследование, собрал данные и составил рукопись. GJ и LM выполнили анализ данных и интерпретировали данные, а также отредактировали, прочитали и одобрили представленную версию.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Благодарим испытуемых за сотрудничество и участие.

Сноски

Финансирование. Публикация этой статьи финансировалась Катарской национальной библиотекой.

Литература

• Антон-Кучлы Б., Роджер П., Варен П. (1984). Детерминанты увеличения затрат энергии на субмаксимальные упражнения у лиц с ожирением. J. Appl. Physiol. 56 18–23. 10.1152 / jappl.1984.56.1.18 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Бун Дж., Коппо К., Барстоу Т. Дж., Баукерт Дж. (2010). Аэробная подготовка, эффективность мышц и набор двигательных единиц во время упражнений на рампе. Med. Sci. Спортивные упражнения. 42 402–408. 10.1249 / MSS.0b013e3181b0f2e2 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Butte N.Ф., Пуйау М. Р., Вохра Ф. А., Адольф А. Л., Мехта Н. Р., Закери И. (2007). Размер тела, состав тела и метаболический профиль объясняют более высокие энергетические затраты у детей с избыточным весом. J. Nutr. 137 2660–2667. 10.1093 / jn / 137.12.2660 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Койл Э. Ф., Сидоссис Л. С., Хоровиц Дж. Ф., Бельц Дж. Д. (1992). Эффективность езды на велосипеде связана с процентным содержанием мышечных волокон I типа. Med. Sci. Спортивные упражнения. 24 782–788. 10.1249 / 00005768-1900-00008 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Craig C.Л., Маршалл А. Л., Сьёрстром М., Бауман А. Э., Бут М. Л., Эйнсворт Б. Э. и др. (2003). Международный вопросник по физической активности: надежность и валидность в 12 странах. Med. Sci. Спортивные упражнения. 35 год 1381–1395. 10.1249 / 01.MSS.0000078924.61453.FB [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Демпси Дж. А., Реддан В., Балке Б., Рэнкин Дж. (1966). Детерминанты работоспособности и физиологические затраты на работу с поддержанием веса при ожирении. J. Appl. Physiol. 21 год 1815–1820 гг.10.1152 / jappl.1966.21.6.1815 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Элиаким А., Немет Д., Залдивар Ф., МакМюррей Р. Г., Каллер Ф. Л., Галассетти П. и др. (2006). Снижение реакции оси GH-IGF-I и катехоламинов, связанных с физической нагрузкой, у детей и подростков с ожирением. J. Appl. Physiol. 100 1630–1637. 10.1152 / japplphysiol.01072.2005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Гарби Л., Аструп А. (1987). Взаимосвязь между респираторным коэффициентом и энергетическим эквивалентом кислорода при одновременном окислении глюкозы и липидов и липогенезе. Acta Physiol. Сканд. 129 443–444. 10.1111 / j.1365-201X.1987.tb10613.x [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Джаббур Г., Янку Х. Д. (2015). Повышение механической эффективности в отношении метаболических изменений у взрослых людей с малоподвижным ожирением. Открытые спортивные упражнения BMJ. Med. 1: e000044. 10.1136 / bmjsem-2015-000044 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Джаббур Г., Янку Х. Д., Мориеж П., Жоанис Д. Р., Мартин Л. Дж. (2017). Интервальные тренировки высокой интенсивности улучшают работоспособность молодых и пожилых людей за счет повышения механической эффективности. Physiol. Реп. 5: e13232. 10.14814 / phy2.13232 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Джаббур Г., Ламберт М., О’Лафлин Дж., Тремблей А., Матье М. Э. (2013). Механическая эффективность во время велосипедного теста не ниже у детей с избыточной массой тела и низкой аэробной подготовкой. Ожирение 21 год 107–114. 10.1002 / oby.20241 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Джаббур Г., Лемуан-Морель С., Казаца Г. А., Хала Й., Мусса Э., Зухаль Х. (2011).Катехоламиновая реакция на упражнения у мальчиков-подростков с ожирением, избыточной массой тела и худощавым телом. Med. Sci. Спортивные упражнения. 43 год 408–415. 10.1249 / MSS.0b013e3181f1bef3 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Куби Х. Э., Деспланш Д., Габриэль С., Коттет-Эмард Дж. М., Семпоре Б., Фавье Р. Дж. (1991). Выносливость упражнений и использование топлива: переоценка эффектов голодания. J. Appl. Physiol. 70 1337–1343. 10.1152 / jappl.1991.70.3.1337 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Крикетос А.Д., Баур Л. А., О’Коннор Дж., Кэри Д., Кинг С., Катерсон И. Д. и др. (1997). Типовой состав мышечных волокон у младенцев и взрослых и взаимосвязь с ожирением. Внутр. J. Obes. Relat. Метаб. Disord. 21 год 796–801. 10.1038 / sj.ijo.0800476 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лааксонен М. С., Кюрёляйнен Х., Кемппайнен Дж., Кнуути Дж., Каллиокоски К. К. (2018). Поглощение жирных кислот, свободных от мышц, связано с механической эффективностью во время физических упражнений у людей. Фронт.Physiol. 9: 1171. 10.3389 / fphys.2018.01171 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лафортуна К. Л., Агости Ф., Бусти К., Галли Р., Сарторио А. (2009). Энергозатраты на езду на велосипеде и аэробные показатели девочек-подростков с ожирением. J. Endocrinol. Инвестировать. 32 647–652. 10.1007 / BF03345735 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лафортуна К. Л., Пройетти М., Агости Ф., Сарторио А. (2006). Энергозатратность езды на велосипеде у молодых полных женщин. евро.J. Appl. Physiol. 97 16–25. 10.1007 / s00421-006-0137-5 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лайек Г., Хаселер Л. Дж., Хофф Дж., Ричардсон Р. С. (2011). Доказательства того, что более высокая стоимость АТФ при сокращении мышц способствует более низкой механической эффективности, связанной с ХОБЛ: предварительные результаты. г. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 300 R1142 – R1147. 10.1152 / ajpregu.00835.2010 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• McCarthy H.Д., Коул Т. Дж., Фрай Т., Джебб С. А., Прентис А. М. (2006). Контрольные кривые телесного жира для детей. Внутр. J. Obes. 30 598–602. 10.1038 / sj.ijo.0803232 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Макгилвери Р. У., Гольдштейн Г. У. (1983). Биохимия: функциональный подход. Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс, 810–976. [Google Scholar]
• Moseley L., Jeukendrup A. E. (2001). Надежность эффективности езды на велосипеде. Med. Sci. Спортивные упражнения. 33 621–627. 10.14814 / phy2.13233 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Николаидис П. Т., Кинциу Э., Георгудис Г., Афонсо Дж., Ванчини Р., Кнехтл Б. (2018). Влияние индекса массы тела на острые кардиометаболические реакции на дифференцированные тесты с физической нагрузкой у детей: повествовательный обзор. Спорт 6: 103. 10.3390 / sports6040103 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Рихтер Э. А., Сонне Б., Кристенсен Н. Дж., Гальбо Х. (1981). Роль адреналина в мышечном гликогенолизе и секреции гормонов поджелудочной железы у бегущих крыс. г. J. Physiol. 240 E526 – E532. 10.1152 / ajpendo.1981.240.5.E526 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Сейл Д. Г. (1987). Влияние упражнений и тренировок на активацию двигательных единиц. Exerc. Sport Sci. Сборка 15 95–151. 10.1249 / 00003677-198700150-00008 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Salvadori A., Fanari P., Fontana M., Buontempi L., Saezza A., Baudo S., et al. (1999). Поглощение кислорода и работа сердца у людей с ожирением и здоровых людей во время физических упражнений. Дыхание 66 25–33. 10.1159 / 000029333 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Шнайдер Д. А., Макгуиггин М. Э., Камимори Г. Х. (1992). Сравнение пороговых значений содержания лактата и катехоламинов в плазме у нетренированных мужчин. Внутр. J. Sports Med. 13 562–566. 10.1055 / с-2007-1024565 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Слотер М. Х., Ломан Т. Г., Буало Р., Хорсвилл К. А., Стиллман Р. Дж., Ван Лоан М. Д. и др. (1988). Уравнения скинфолда для оценки ожирения у детей и юношества. Hum. Биол. 60 709–723. [PubMed] [Google Scholar]
• Спиро С. Г. (1979). Тестирование с физической нагрузкой в ​​клинической медицине. руб. J. Dis. Сундук 71 145–172. 10.1016 / 0007-0971 (77)

  -1 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

• Strobel G., Friedmann B., Siebold R., Bärtsch P. (1999). Влияние тяжелых упражнений на катехоламины плазмы у спортсменов с различной подготовкой. Med. Sci. Спортивные упражнения. 31 год 560–565. 10.1097 / 00005768-199

  0-00011 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

• Таннер Дж.(1962). Рост в подростковом возрасте. Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. [Google Scholar]
• ван Баак М.А. (1999). Физические упражнения и использование субстратов при ожирении. Внутр. J. Obes. Relat. Метаб. Disord. 23 S11 – S17. 10.1038 / sj.ijo.0800879 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ван Бомонт В. (1972). Оценка гемоконцентрации по измерениям гематокрита. J. Appl. Physiol. 32 712–713. 10.1152 / jappl.1972.32.5.712 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Веттор Р., Macor C., Rossi E., Piemonte G., Federspil G. (1997). Нарушение контррегулирующей гормональной и метаболической реакции на изнурительные упражнения у субъектов с ожирением. Acta Diabetol. 34 61–66. 10.1007 / s0050068 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Виллелабейтия-Хорегуисар К., Висенте-Кампос Д., Беренгуэль Сенен А., Вероника Эрнандес, Хименес В., Лорена Руис и др. (2018). Механическая эффективность аэробных упражнений высокой и средней интенсивности у пациентов с ишемической болезнью сердца: рандомизированное клиническое исследование. Кардиол. J. 10.5603 / CJ.a2018.0052 [Epub перед печатью]. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Вайнштейн Ю., Камерман Т., Берри Э., Фальк Б. (2004). Механическая эффективность мальчиков препубертатного возраста с нормальным весом, предрасположенных к ожирению. Med. Sci. Спортивные упражнения. 36 567–573. 10.1249 / 01.MSS.0000121958.99985.A5 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Механическая эффективность и утомляемость быстрых и медленных мышц мыши.

J. Physiol.1996 Dec 15; 497 (Pt 3): 781–794.

Кафедра физиологии, Университет Монаша, Клейтон, Виктория, Австралия. [email protected]

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

1. В этом исследовании эффективность преобразования энергии в скелетных мышцах мыши определялась до и после серии сокращений, вызывающих умеренный уровень усталости. 2. Начальный механический КПД определялся как отношение выходной механической мощности к скорости выхода начальной энтальпии.Скорость начального выхода энтальпии была суммой выходной мощности и скорости первоначального тепловыделения. Тепловыделение измерялось с помощью термобатареи с высоким временным разрешением. 3. Эксперименты проводились in vitro (25 ° C) с использованием пучков волокон из быстро сокращающихся длинных разгибателей пальцев (EDL) и медленно сокращающихся камбаловидных мышц мышей. Мышцы были утомлены серией из тридцати изометрических тетани. Первоначальный механический КПД определялся до и снова сразу после протокола утомления с использованием серии сокращений с одинаковой скоростью при скоростях укорачивания от 0 до максимальной скорости укорачивания (Vmax).Эффективность определялась по второй половине укорачивания на каждой скорости. 4. Протокол усталости значительно снизил максимальную изометрическую силу Vmax, максимальную выходную мощность и сгладил кривую скорость-сила. Величина этих эффектов была больше в EDL-мышце, чем в камбаловидной мышце. В неутомленных мышцах максимальная механическая эффективность составила 0,333 для EDL-мышц и 0,425 для камбаловидной мышцы. В обоих типах мышц из-за утомляющих сокращений максимальная эффективность снижалась. Величина снижения составила 15% от значения перед утомлением для EDL и 9% для камбаловидной мышцы.5. В отдельной серии экспериментов было определено влияние протокола усталости на разделение расхода энергии между источниками с поперечным мостом и без него. Данные этих экспериментов позволили оценить эффективность преобразования энергии мостами. Был сделан вывод, что снижение начальной механической эффективности отражает снижение эффективности преобразования энергии поперечными мостами.

Полный текст

Полный текст доступен в виде отсканированной копии оригинальной печатной версии.Получите копию для печати (файл PDF) полной статьи (2.3M) или щелкните изображение страницы ниже, чтобы просмотреть страницу за страницей. Ссылки на PubMed также доступны для Избранных ссылок .

Избранные ссылки

Эти ссылки находятся в PubMed. Это может быть не полный список ссылок из этой статьи.

• Аллен Д.Г., Леннергрен Дж., Вестерблад Х. Функция мышечных клеток во время длительной активности: клеточные механизмы утомления.Exp Physiol. 1995 Июль; 80 (4): 497–527. [PubMed] [Google Scholar]
• Барклай К.Дж., Арнольд П.Д., Гиббс К.Л. Усталость и выработка тепла при повторных сокращениях скелетных мышц мышей. J Physiol. 1995, 1 ноября; 488 (Pt 3): 741–752. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Барклай С.Дж., Констебль Дж. К., Гиббс К.Л. Энергетика быстро и медленно сокращающихся мышц мыши. J Physiol. 1993 декабрь; 472: 61–80. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Barclay CJ, Curtin NA, Woledge RC.Изменения в энергетике поперечного и непереходного мостов при умеренном утомлении мышечных волокон лягушки. J Physiol. 1993, август; 468: 543–556. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Caplan SR. Характеристика саморегулирующихся линейных преобразователей энергии. Соотношение силы и скорости Хилла для мышцы. J Theor Biol. 1966 Май; 11 (1): 63–86. [PubMed] [Google Scholar]
• Crow MT, Kushmerick MJ. Коррелированное снижение скорости укорочения и скорости использования энергии в быстро сокращающихся мышцах мыши во время непрерывного столбняка.J Gen Physiol. 1983 ноябрь; 82 (5): 703–720. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Куртин Н.А., Эдман К.А. Соотношение силы и скорости для мышечных волокон лягушки: эффекты умеренной усталости и внутриклеточного закисления. J Physiol. 1994 15 марта; 475 (3): 483–494. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Curtin NA, Woledge RC. Изменения энергии и мышечное сокращение. Physiol Rev.1978 июль; 58 (3): 690–761. [PubMed] [Google Scholar]
• Куртин Н.А., Woledge RC. Эффективность преобразования энергии при укорочении мышечных волокон морского козла Scyliorhinus canicula.J Exp Biol. 1991 июль; 158: 343–353. [PubMed] [Google Scholar]
• Fitts RH. Клеточные механизмы мышечного утомления. Physiol Rev.1994, январь; 74 (1): 49–94. [PubMed] [Google Scholar]
• Goody RS, Holmes KC. Поперечные мосты и механизм сокращения мышц. Biochim Biophys Acta. 1983, 15 апреля; 726 (1): 13–39. [PubMed] [Google Scholar]
• Gower D, Kretzschmar KM. Производство тепла и химические изменения во время изометрического сокращения камбаловидной мышцы крысы. J Physiol. Июль 1976 г .; 258 (3): 659–671.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Homsher E. Производство энтальпии мышц и ее связь с актомиозиновой АТФазой. Annu Rev Physiol. 1987. 49: 673–690. [PubMed] [Google Scholar]
• Homsher E, Kean CJ. Энергетика и обмен веществ скелетных мышц. Annu Rev Physiol. 1978; 40: 93–131. [PubMed] [Google Scholar]
• Homsher E, Mommaerts WF, Ricchiuti NV, Wallner A. Тепло активации, активация метаболизма и связанное с напряжением тепло в мускулах полусухожильной лягушки. J Physiol.1972 Февраль; 220 (3): 601–625. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Хомшер Э., Ямада Т., Валлнер А., Цай Дж. Исследования энергетического баланса в скелетных мышцах лягушки, укорачивающихся на половину максимальной скорости. J Gen Physiol. 1984 сентябрь; 84 (3): 347–359. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• HUXLEY AF. Строение мышц и теории сокращения. Prog Biophys Biophys Chem. 1957; 7: 255–318. [PubMed] [Google Scholar]
• Kretzschmar KM, Wilkie DR. Новый метод абсолютного измерения тепла, использующий эффект Пельтье.J Physiol. 1972 июл; 224 (1): 18P – 21P. [PubMed] [Google Scholar]
• Mulieri LA, Luhr G, Trefry J, Alpert NR. Металлопленочные термобатареи для использования с сосочковыми мышцами правого желудочка кролика. Am J Physiol. 1977 ноябрь; 233 (5): C146 – C156. [PubMed] [Google Scholar]
• Филлипс С.К., Такей М., Ямада К. Динамика метаболитов фосфата и внутриклеточного pH с использованием 31P ЯМР по сравнению с восстановлением тепла в камбаловидной мышце крысы. J Physiol. 1993, январь; 460: 693–704. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Piazzesi G, Lombardi V.Модель поперечного моста, способная объяснить механические и энергетические свойства сокращающихся мышц. Biophys J. 1995 May; 68 (5): 1966–1979. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• PODOLSKY RJ. Механохимические основы мышечного сокращения. Fed Proc. 1962, ноябрь-декабрь; 21: 964–974. [PubMed] [Google Scholar]
• Сахлин К., Эдстрем Л., Шохольм Х. Сила, расслабление и энергетический метаболизм камбаловидной мышцы крысы во время анаэробного сокращения. Acta Physiol Scand. 1987, январь, 129 (1): 1–7. [PubMed] [Google Scholar]
• Smith IC.Энергетика активации в мышцах лягушки и жабы. J Physiol. 1972 Февраль; 220 (3): 583–599. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Westerblad H, Allen DG. Изменение концентрации миоплазматического кальция при утомлении в отдельных мышечных волокнах мышей. J Gen Physiol. 1991 сентябрь; 98 (3): 615–635. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Westerblad H, Allen DG. Концентрация свободного Mg2 + в миоплазме во время повторяющейся стимуляции отдельных волокон скелетных мышц мыши. J Physiol. 1992; 453: 413–434.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Westerblad H, Lännergren J. Изменения соотношения силы и скорости, изометрического напряжения и скорости расслабления во время утомления в интактных отдельных волокнах скелетных мышц Xenopus. J Muscle Res Cell Motil. 1994 июн; 15 (3): 287–298. [PubMed] [Google Scholar]
• Вольфарт Б., Эдман К.А. Прямоугольная гипербола сопоставлена ​​с данными о силе и скорости мышц с использованием трехмерного регрессионного анализа. Exp Physiol. Март 1994 г., 79 (2): 235–239. [PubMed] [Google Scholar]
• Woledge RC.Энергетика мышц черепахи. J Physiol. 1968 Август; 197 (3): 685–707. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Woledge RC, Reilly PJ. Изменение молярной энтальпии для гидролиза фосфорилкреатина в условиях в мышечных клетках. Биофиз Дж. Июль 1988, 54 (1): 97–104. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Woledge RC, Wilson MG, Howarth JV, Elzinga G, Kometani K. Энергетика работы и производство тепла отдельными мышечными волокнами лягушки. Adv Exp Med Biol. 1988. 226: 677–688.[PubMed] [Google Scholar]

---

Статьи из Journal of Physiology любезно предоставлены The Physiological Society

---

Что такое механическая эффективность во время упражнений?

Два человека едут на велосипеде.

Кредит изображения: Jupiterimages / Stockbyte / Getty Images

Механическая эффективность — это термин, характеризующий отношение результатов работы к затратам во время физической активности. Чем эффективнее вы двигаетесь с наименьшими затратами усилий, тем выше ваша механическая эффективность.Показатель механической эффективности особенно важен для спортсменов, целью которых является улучшение спортивных результатов. Физиотерапевты и исследователи также могут использовать этот термин при оценке эффективности клиентов в исследованиях. Растяжка и постоянные упражнения могут улучшить механическую эффективность.

Валовая эффективность

Существует три основных способа описания механической эффективности во время физической активности: общая эффективность, чистая эффективность и дельта-эффективность.Общая эффективность — это процентное соотношение выполненных внешних работ по сравнению с общими затратами энергии. Это означает, сколько работы вы производите по отношению к тому, сколько общей энергии вы использовали. Формула общей эффективности: 100, деленное на общий расход энергии, умноженный на внешнюю работу.

Чистая эффективность

Чистый КПД — еще один способ измерения механического КПД. Он измеряет, сколько энергии вы произвели по сравнению с общей затраченной энергией, например, общий КПД, но также учитывает энергию, которую вы использовали для внешней работы.Чистая эффективность в основном измеряет общую эффективность за вычетом дополнительной энергии, которую вы используете во время тренировки, по сравнению с тем, когда вы не тренируетесь. Ваше тело использует энергию только для того, чтобы поддерживать вашу жизнь. Чистая эффективность вычитает дополнительную энергию сверх того количества, которое требуется для упражнений. Формула такая же, как общая эффективность за вычетом дополнительных затрат энергии во время физической активности.

Дельта-эффективность

Дельта — это геометрический термин, обозначающий изменение. Эффективность Delta измеряет механическую эффективность при изменении рабочих нагрузок.Вы сравниваете результативность работы при различных нагрузках с разницей в расходе энергии в течение времени, которое вы выполняете под каждой нагрузкой. Это может быть, например, изменение эффективности при езде на велосипеде по ровной поверхности и в гору. Формула представляет собой изменение или разность объема работы между двумя нагрузками, деленное на изменение расхода энергии между двумя нагрузками, умноженное на 100.

Улучшение

Более опытные спортсмены демонстрируют большую механическую эффективность, чем начинающие.Чем больше вы выполняете определенное действие, тем эффективнее становится ваше тело. Растяжение также улучшает механическую эффективность. Растяжка улучшает гибкость мышц и соединительной ткани, окружающей суставы. Это означает, что вы тратите меньше энергии во время упражнений, потому что ваши суставы двигаются легче и имеют более широкий диапазон движений. Растяжка также снижает напряжение, улучшает кровообращение, снимает болезненность мышц и улучшает осанку. Растяжка снижает риск боли в пояснице за счет растяжения сгибателей бедра и подколенных сухожилий, прикрепленных к тазу, что снимает нагрузку с поясничного отдела позвоночника.

Повышение механической эффективности в отношении метаболических изменений у взрослых людей с малоподвижным ожирением

Какие новые результаты?

• Высокоинтенсивные тренировки повышали уровень механической эффективности во время дополнительных упражнений у взрослых с ожирением, хотя никаких изменений в массе без жира не наблюдалось.

• После тренировки с высокой интенсивностью улучшение механической эффективности было связано с улучшенной оценкой инсулинорезистентности по модели гомеостаза и сопутствующим увеличением выходной мощности.

Введение

Взрослые с ожирением могут иметь значительные функциональные ограничения в отношении двигательной активности из-за снижения некоторых показателей физической подготовки, включая аэробные1 и анаэробные.2 Чрезмерная жировая масса снижает потребление кислорода рабочими мышцами, активацию двигательных единиц и мышечную силу. 3, 4 Кроме того, ожирение влияет на механическую эффективность (ME) или способность человека передавать энергию, потребляемую во время внешней работы.5 Изучение эффективности программы вмешательства среди людей с ожирением часто влечет за собой оценку аэробных и анаэробных модификаций в ответ на физическая подготовка.Однако ME также может быть важным предсказателем указанной эффективности и может предоставлять соответствующие данные, касающиеся производительности и адаптации использования энергии в ответ на обучение.

В условиях ожирения исследования, изучающие ME у взрослого населения, сообщили о более низких уровнях ME по сравнению с людьми, не страдающими ожирением6. Более низкий ME указывает на то, что при заданной производительности потребляется больше энергии. Следовательно, люди с более низкими значениями ME должны быть менее эффективными в отношении работоспособности и, следовательно, могут быть ограничены с точки зрения физической активности.Несмотря на то, что количество интервенционных исследований, оценивающих влияние тренировок на значения ME, невелико, имеющиеся данные наблюдений, полученные от детей и взрослых с ожирением, указывают на сильную корреляцию между уровнями физической активности и значениями ME7. , похоже, что уровни физической активности от умеренной до высокой предотвращают изменения ME, поскольку тренировки с более высокой интенсивностью связаны с более высокой производительностью мышц.

Как это может повлиять на клиническую практику в ближайшем будущем?

• Использование высокоинтенсивных тренировок можно рассматривать как стратегию упражнений для людей, ведущих сидячий образ жизни с ожирением.

• Механическая эффективность представляет собой важный параметр, который следует оценивать среди людей с ожирением в отношении выявления мышечной дисфункции и любых последующих адаптаций в ответ на тренировку.

Что касается эффективности тренировок, несколько исследований продемонстрировали, что тренировки с высокой интенсивностью (HIT) (продолжительностью от 2 до 15 недель) приводят к значительному увеличению производительности мышц у нетренированных мужчин, даже в течение коротких промежутков времени, 9 а также при избыточном весе и весе. полные мужчины.10 Эти адаптации, вероятно, являются результатом адаптации скелетных мышц, связанных с улучшением метаболизма, связанным с повышенной чувствительностью к инсулину11 и улучшением мышечной силы.12 Учитывая, что метаболическая среда и функция мышц могут влиять как на производительность мышц, так и на профиль мышечной энергии человека, возможно, что любое улучшение этих параметров может быть предиктором последующего улучшения значений ME среди лиц с ожирением.

Учитывая, что при более высоких уровнях интенсивности способность мышцы производить механическую работу требует большего производства энергии и оптимального участия двигательных единиц, мы предположили, что эта форма упражнений может способствовать развитию МЭ.Это исследование было направлено на определение влияния HIT на значения ME среди взрослых людей с малоподвижным ожирением, а также факторов (например, метаболических и силовых), связанных с изменениями ME среди тренированных людей.

Методы

Участники эксперимента

Двадцать четыре молодых человека (12 женщин и 12 мужчин) были набраны из кампуса Монктон Университета Монктона. Это исследование было одобрено Университетским комитетом по этике исследований на людях (UHRC) Университета Монктона, и участникам было предложено подписать форму полного согласия перед началом исследования.Помимо ожирения, критериями включения были следующие: малоподвижный образ жизни (участие в структурированных упражнениях менее 1 часа в неделю по оценке с помощью Международного опросника по физической активности 13, отсутствие в анамнезе сердечно-сосудистых заболеваний или хронических проблем со здоровьем, не употребляли наркотики до исследования и не курили.Перед тем, как войти в наш протокол, каждый из участников был тщательно ознакомлен со всем оборудованием и процедурами тестирования.Каждый участник катался на велосипеде в течение длительного периода времени на том же велоэргометре, который использовался во время исследования. Кроме того, каждого участника попросили определить высоту сиденья, на которой они могут удобно крутить педали. К сожалению, у нас нет объективного позиционирования (угол колена, угол бедра и т. Д.), И это можно рассматривать как ограничение исследования. Однако важно отметить, что положение каждого участника, например, высота сиденья, было одинаковым на протяжении всего исследования.

Протокол начался с трех сеансов предварительного тестирования для определения определенных ключевых переменных.Тестирование проводилось в два разных дня (D1 и D2). Каждый день отделяли минимум 48 часов, и всех участников просили избегать физической активности в течение 48 часов перед каждой тренировкой.

Антропометрические измерения

Масса тела измерялась с точностью до 0,1 кг у участника в легкой одежде, без обуви, с использованием электронных весов (Kern, MFB 150K100). Высота определялась с точностью до 0,5 см с помощью рулетки, прикрепленной к стене. Обхват талии и бедер измеряли с точностью до 0.1 см. Индекс массы тела (ИМТ) рассчитывался как отношение массы (кг) к росту ² (m ² ). Процентное содержание жира в организме оценивали с помощью биоимпедансного аппарата (Vacumed, Bodystat 1500). После определения состава тела участники с ожирением (ИМТ> 30 кг / м ² ) были отобраны на основе канадских рекомендаций по классификации массы тела у взрослых14 и разделены на следующие две группы: контрольная группа (без какого-либо вмешательства; n = 12) и обучающая группа (n = 12).Массу без жира рассчитывали путем вычитания массы жира из массы тела.

Физиологические и метаболические тесты

В день 1 (D1) участники прибыли в лабораторию после 12-часового ночного голодания. После 5-минутного отдыха образцы венозной крови были взяты из антекубитальной вены. После экстракции кровь собирали в пробирку Vacutainer, содержащую EDTA, . Гематокрит измеряли трижды для каждого образца крови с помощью микроцентрифугирования (JOUAN-HEMAC) .Плазму из образцов венозной крови отделяли центрифугированием при 3000 g в течение 20 мин (4 ° C) ( ORTO ALRESA mod. Digicen.R, Испания ). Аликвоты немедленно замораживали и хранили при -80 ° C для использования в последующих химических анализах. Для определения уровня глюкозы в крови использовали имеющиеся в продаже наборы (ABX Pentra, Монпелье, Франция). Для каждого участника использовали один анализатор, и каждый образец анализировали в двух экземплярах. Концентрации инсулина в плазме измеряли в централизованной лаборатории с помощью процедуры радиоиммуноанализа (Phaadebas Insulin Kit; Pharmacia Diagnostics AB, Пискатауэй, Нью-Джерси, США).Оценка инсулинорезистентности была рассчитана с помощью индекса инсулинорезистентности, оцененного по модели гомеостаза (HOMA-IR), следующим образом: (инсулин натощак (мкЕ / мл) × глюкоза натощак (ммоль / л) / 22,5.

Пациенты были попросили оставаться в положении лежа на спине в течение 5 минут перед непрерывным измерением легочного газообмена с помощью автоматизированной системы обмена веществ по принципу «дыхание за вдохом» (CPX, Medical Graphics, Сент-Пол, Миннесота, США), чтобы можно было оценить кислород в состоянии покоя. потребление основано на среднем потреблении кислорода за последние 30 секунд 2, 3, 4 и 5 минут.

Затем участники выполнили тест на максимальное количество с помощью велоэргометра с вертикальной подачей (электронный тестовый цикл Monark ergomedic 839E, США), чтобы определить максимальное потребление кислорода (VO _2max ). Перед началом теста взрослые оставались сидящими на велоэргометре в течение 5 минут в том же положении, что и при последующих упражнениях. Потребление кислорода в состоянии покоя измеряли на основе среднего потребления кислорода за последние 30 секунд 3, 4 и 5 минут. Не выполнялось надлежащего разогрева. Начальная мощность была установлена ​​на уровне 25 Вт и постепенно увеличивалась на 25 Вт каждые 2 минуты до полного истощения, чтобы определить VO _2max каждого участника.Во время теста участников проинструктировали крутить педали со скоростью 50–70 оборотов в минуту. Максимальное потребление кислорода было достигнуто, когда участник соответствовал как минимум трем из следующих критериев: плато по VO ₂ , несмотря на увеличение интенсивности упражнений, коэффициент дыхательного обмена более 1,1, максимальный ЧСС выше 90% от прогнозируемого. максимальная теоретическая ЧСС (220 — возраст в годах) или очевидное истощение15. В этом исследовании все участники эксперимента достигли своего максимального теста при 125 Вт во время посещений до и после вмешательства.

На 2 день (D2), после 10 минут разминки, участники выполнили тест силы-скорости с использованием велоэргометра, используя методику, адаптированную из исследования, проведенного Vandewalle et al. .16 Этот тест состоит из последовательность супрамаксимальных подходов продолжительностью примерно 6 с, с увеличением нагрузки на 1 кг после каждого боя до тех пор, пока участник не сможет выполнить тест. Между последовательными схватками допускался период пассивного восстановления (5 мин). Пиковая скорость для каждого боя была записана, и выходная мощность была рассчитана путем умножения нагрузки и скорости.Оптимальная нагрузка соответствовала нагрузке, при которой была достигнута максимальная мощность (PO _max ). Как ранее было разработано нашей лабораторией17, эта нагрузка затем использовалась для последующего тренировочного протокола. Тест «сила-скорость» также проводился каждые 2 недели для корректировки индивидуального уровня мощности HIT.

Тренировочная сессия

После того, как участники завершили предварительное тестирование, им было предложено пройти в общей сложности 18 тренировок (три занятия в неделю в течение 6 недель).Каждая из предписанных сессий начиналась с 5-минутной разминки непрерывной езды на велосипеде с умеренной интенсивностью (40% от их индивидуальной мощности VO _2max ), за которой следовали шесть повторений сверхмаксимальных интервалов спринта с 2-мя минутами пассивного восстановления между каждым повторением. Каждое супрамаксимальное повторение длилось 6 с, и участников просили крутить педали с максимальной скоростью, преодолевая сопротивление, определенное во время D2. Эта форма упражнений была ранее разработана Джаббуром и др. .17 Повторный спринтерский велосипедный тест проводился под наблюдением члена исследовательской группы, и скорости (в оборотах в минуту) регистрировались для каждой секунды схватки, чтобы гарантировать, что указанные скорости были постоянными. Основываясь на линейной регрессии и индивидуальном VO _2max , рабочая нагрузка приблизительно соответствует (~ 350% от VO _2max ) .19 Общая продолжительность каждого сеанса составляла приблизительно 15 минут.

Спецификация тренировок: Что касается тренировок с высокой интенсивностью упражнений, наиболее часто используемым протоколом является тест Вингейта (30 секунд тотального спринта).Хотя большинство исследователей согласны с тем, что это вмешательство чрезвычайно полезно для людей с избыточной массой тела, 10 этот протокол чрезвычайно сложен, поскольку участники должны терпеть значительный дискомфорт. Учитывая, что очень короткое упражнение высокой интенсивности в форме спринта, которое обычно длится 6–10 секунд, приводит к значительному улучшению показателей и результатов, связанных со здоровьем, 9 нынешняя тренировочная модель была удивительно короткой по продолжительности и очень хорошо переносилась нашими специалистами. участники эксперимента, как ранее было показано Джаббуром и др. .17

Тренировки проводились под наблюдением члена исследовательской группы, и скорости (в оборотах в минуту) регистрировались для каждой секунды схватки, чтобы гарантировать, что указанные скорости были постоянными. Антропометрические, метаболические, аэробные, анаэробные и ME измерения после вмешательства проводились примерно через 72 часа после заключительной тренировки. На протяжении всего вмешательства участников просили воздерживаться от употребления алкоголя и поощряли продолжать их обычную диету и сохранять свой типичный сидячий образ жизни.Участники записывали 48-часовой дневник питания перед базовым тестированием и повторяли его перед любыми последующими тестами. Между тестами не было значительных различий в потреблении энергии, углеводов, белков или жиров.

Расчет энергопотребления и ME

ME был рассчитан для всех рабочих нагрузок (25, 50, 75, 100 и 125 Вт) максимального инкрементного теста с использованием формулы, разработанной Лафортуной и др. 18 следующим образом: работа произведена, в Ватт / (общее потребление энергии в ваттах) 100.В настоящем исследовании потребление энергии в состоянии покоя (E _rest ) было вычтено из общего потребления энергии на каждом этапе упражнений5, что позволило нам рассчитать чистый ME. Энергопотребление (E) в ваттах было рассчитано следующим образом: (коэффициент дыхательного обмена 4,94 + 16,04) (VO _2, в мл / мин) / 60,20 Для E потребление кислорода в состоянии покоя (VO _2rest ) составляло вычитается из общего потребления кислорода для каждого этапа упражнения.

Статистический анализ

После тестирования на нормальность (критерий Колмогорова-Смирнова) статистические сравнения были выполнены между контрольной группой и тренировочной группой в двух отдельных случаях (до и после тренировки).Двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями использовался, чтобы определить, возникли ли значительные изменения в ME между двумя группами, и различались ли ME между двумя группами. Кроме того, был проведен апостериорный тест Бонферрони. Корреляции Пирсона использовались для оценки взаимосвязи между изменениями в мышечной силе и метаболической адаптацией и модификацией ME. Статистически значимым было значение p <0,05. Анализы проводились с использованием программного обеспечения IBM SPSS Statistics V. 19.

Результаты

Антропометрические и фитнес-параметры.

Рост, масса тела, ИМТ, масса жира и масса без жира были одинаковыми во всех двух группах (таблица 1). Значения VO _2max , оцененные после 6 недель обучения HIT, не отличались от исходных значений (таблица 1). Пиковая выходная мощность, полученная во время теста скорости заряда, значительно увеличилась в тренировочной группе по сравнению с исходными значениями (p <0,01; таблица 1) и была значительно выше, чем соответствующие значения в контрольной группе.

Таблица 1

Возраст, антропометрические параметры, параметры аэробной подготовки и метаболические профили взрослых с ожирением

Переменные крови

Значения инсулина, глюкозы и HOMA-IR (индекс инсулинорезистентности) на исходном уровне и после вмешательства включены в таблицу 1.Уровень глюкозы натощак и инсулин были значительно ниже (на ∼7% и ∼41%; p <0,01, соответственно), а HOMA-IR был значительно ниже (на ∼44%, p <0,01) после вмешательства по сравнению с исходным уровнем в исследовании. тренированная группа. Кроме того, эти значения были значительно ниже, чем соответствующие значения контрольной группы после вмешательства (таблица 1).

Потребление кислорода и энергии и значения ME

В состоянии покоя потребление кислорода и потребление энергии (E) были значительно ниже в тренированной группе по сравнению с исходным уровнем и с контрольной группой (таблица 2).После ГИТ значения потребления кислорода были одинаковыми между группами на всех этапах. Кроме того, E не отличался между группами при 25 и 50 Вт. Напротив, E был значительно ниже в тренированной группе по сравнению с контрольной группой при 75, 100 и 125 Вт (таблица 2). ME, измеренная при субмаксимальных и пиковых усилиях, включена в таблицу 2. ME увеличивалась с увеличением эргометрической нагрузки в тренированной группе после вмешательства. Для контрольной группы и обученной группы до вмешательства ME значительно снизилась при 75, 100 и 125 Вт по сравнению со значением, полученным при 50 Вт (таблица 2).Более того, ME существенно не различалась между группами на 25 и 50 Вт. Однако после HIT, ME значительно увеличилась в тренированной группе на 75, 100 и 125 Вт по сравнению с исходным уровнем (p <0,01, соответственно) и с контрольной группой. (p <0,01 соответственно).

Таблица 2

Средние значения потребления кислорода и энергии и ME

В этом исследовании повышенные уровни ME, наблюдаемые при 75, 100 и 125 Вт в тренированной группе после HIT, положительно коррелировали с обоими уменьшениями индекса HOMA-IR (r = 0 .9; r = 0,89 и r = 0,88, p <0,01 соответственно), и пиковая мощность увеличивается (r = 0,87, r = 0,88 и r = 0,9, p <0,01).

Обсуждение

Это интервенционное исследование было первым, в котором изучалось влияние HIT на уровни ME у взрослых с ожирением. Наш анализ показал, что для каждого этапа все участники ездили на велосипеде с одинаковой относительной интенсивностью пиковой выходной мощности, а именно: этапы 25, 50, 75, 100 и 125 Вт соответствовали 20%, 40%, 60%, 80% и 100%. % от пиковой мощности соответственно. Основным выводом этого исследования было то, что наша тренировочная модель увеличила уровни ME во время дополнительных упражнений, изменений, связанных с улучшением HOMA-IR и сопутствующим увеличением выходной мощности.Кроме того, уровни ME, полученные для контрольной группы и тренированной группы до HIT, значительно увеличились при 50 Вт по сравнению со значениями, полученными при 25 Вт. При 75, 100 и 125 Вт значения ME значительно снизились, достигнув всего ~ -2,5. % при 125 Вт. Этот результат подчеркивает тот факт, что при максимальной интенсивности потребности организма в энергии удовлетворяются за счет анаэробных процессов; способность мышц производить работу может быть снижена из-за ухудшения мышечной силы и метаболической среды.

После 6 недель HIT максимальное потребление кислорода существенно не отличалось по сравнению со значениями, полученными до вмешательства в обеих группах.Эти результаты противоречат данным, полученным в ответ на высокоинтенсивную интервальную тренировку (например, протокол теста Вингейта) 10 и непрерывную тренировку с физическими упражнениями.21 Краткая сверхмаксимальная тренировка, используемая в настоящем исследовании, не обеспечивает адекватного стимула для улучшения показателей аэробный фитнес. Однако пиковая выходная мощность в ответ на HIT значительно улучшилась у взрослых с ожирением (+105 Вт), несмотря на любые сопутствующие улучшения антропометрических показателей. Несколько исследований показывают, что люди с ожирением часто страдают от более частых двигательных ограничений, 6 которые способствуют общему чувству усталости; 22 любое увеличение массы свободного жира связано с улучшением работоспособности мышц.23 Интересно, что настоящее исследование продемонстрировало, что улучшение метаболизма также может быть связано с увеличением мышечной активности у людей с ожирением. Действительно, в тренировочной группе увеличение пиковой мощности значительно коррелировало с улучшением значений HOMA-IR. Данные, полученные в ходе поперечного исследования, показывают, что метаболические нарушения независимо связаны с низкой мышечной силой у лиц с ожирением.24 Эти метаболические нарушения связаны с вызванными гиперинсулинемией изменениями метаболизма глюкозы и снижением поглощения глюкозы мышцами 25, что является основным ограничивающим фактором. анаэробная производительность.ВИТ может иметь потенциал для увеличения мышечной силы за счет улучшения метаболических нарушений, как показано в этом исследовании.

Увеличение ME на

наблюдалось только при 25 и 50 Вт в ответ на дополнительные упражнения в контрольной и тренированной группах до вмешательства. До 50 Вт уровни ME были значительно ниже по сравнению с уровнями, полученными при 50 Вт. Как упоминалось ранее, увеличение ME с рабочей нагрузкой можно объяснить постоянным количеством энергии, необходимой для перемещения педалей, независимо от эргометрической нагрузки, для поддержания велосипедной позы и преодоления внутреннего эргометрического трения.5 По мере увеличения рабочей нагрузки доля этой энергии уменьшается по сравнению с общей потребляемой энергией, что приводит к более высоким значениям ME.26 Более низкая ME, наблюдаемая в настоящем исследовании при 75, 100 и 125 Вт, может быть следствием более низкой производительности мышц. Как сообщалось ранее, ожирение у взрослых связано с увеличением доли гликолитических мышечных волокон, 27 которые значительно менее эффективны, чем волокна типа I, во время езды на велосипеде.25 Этот профиль может способствовать снижению мышечной эффективности у взрослых с ожирением.19

Однако после вмешательства значения ME значительно увеличились у взрослых с ожирением по сравнению со значениями, полученными до HIT. Это увеличение варьировалось от + 2,5% при 75 Вт до + 5,3% при 125 Вт по сравнению с исходными значениями участников и было значительно выше по сравнению с соответствующими значениями, полученными в контрольной группе. Улучшения в ME, наблюдаемые в настоящем исследовании, отражают улучшение передачи внутреннего потребления энергии на внешний рабочий результат.Эти данные подтверждают тот факт, что ВИТ повышает эффективность мышц при выполнении работы, особенно при более высоких уровнях интенсивности, и подчеркивают важность высокой интенсивности упражнений в сохранении МЭ у подростков с ожирением. HIT положительно коррелировал как с уменьшением индекса HOMA-IR, так и с увеличением пиковой мощности. Как упоминалось выше, изменения в метаболической среде могут ухудшать использование субстрата (например, углеводов) и работу мышц; следовательно, HIT может улучшить эти параметры.28, 29

В заключение, настоящее исследование продемонстрировало, что HIT может улучшить пиковую мощность и уровни ME у взрослых, страдающих ожирением, и что эти улучшения могут быть приписаны улучшениям в метаболической среде, не исключая увеличения двигательной функции мышц. Результаты настоящего исследования представляют собой важный первый шаг в доказательном подходе к использованию HIT в качестве стратегии упражнений для людей, ведущих сидячий образ жизни с ожирением. Тем не менее, ME можно рассматривать как важный параметр, который следует оценивать среди людей с ожирением, в дополнение к другим классическим параметрам (потребление кислорода и пиковая выходная мощность).Кроме того, учитывая, что люди с ожирением испытывают значительные функциональные ограничения и страдают от более частых проблем со здоровьем, вторичных по отношению к недостаточным уровням силы скелетных мышц относительно массы их тела, использование ME может быть полезным с точки зрения обнаружения мышечной дисфункции и любых других заболеваний. последующие адаптации в ответ на обучение.

Благодарности

Авторы благодарны за сотрудничество и участие участникам. Авторы также благодарят профессора Анджело Трембле за его помощь.

Механический КПД

Механический КПД

Это это рейтинг, который показывает, какая часть мощности развивается за счет расширения газы в цилиндре фактически передаются в виде полезной энергии.Фактор наибольшее влияние на механический КПД оказывает трение внутри двигатель. Трение между движущимися частями в двигателе практически не меняется. постоянна во всем диапазоне оборотов двигателя. Следовательно, механический КПД двигателя будет максимальным, когда двигатель работает на скорости при котором развивается максимальная мощность. Поскольку выходная мощность составляет л.с., а максимальная доступная мощность — ihp, затем

Во время передача ihp через поршень и шатун к коленчатый вал, возникающие механические потери могут быть вызваны трением или может быть связано с потребляемой мощностью.Потери на трение возникают из-за трения в различные подшипники, между поршнем и поршневыми кольцами, а также между поршневыми кольцами и стенки цилиндра. Мощность поглощается клапанами и механизмами впрыска, а также различные вспомогательные устройства, такие как циркуляционные насосы для смазочного масла и воды и воздуходувки для мусора и наддува. В результате мощность, передаваемая на коленчатого вала и доступного для выполнения полезной работы (л.с.) меньше указанного власть.

механические потери, влияющие на КПД двигателя, можно назвать мощность трения (л.с.) или разница между ihp и л.с.Fhp из двигатель, используемый в

г. в предыдущих примерах, тогда будет 1343 (ihp) 900 (bhp) = 443 fhp, или 33% от

.

г. ihp разработан в цилиндрах. Затем, используя выражение для механической КПД, процент мощности, доступной на валу, рассчитывается как следует:

Когда двигатель работает с частичной нагрузкой, он имеет более низкий механический КПД, чем при работе с полной нагрузкой.В это объясняется тем, что большинство механических потерь практически не зависят от нагрузка, и, следовательно, при уменьшении нагрузки ihp уменьшается относительно меньше чем л.с. Механический КПД становится нулевым, когда двигатель работает при без нагрузки . потому что тогда bhp = 0, но ihp не равно нулю. Фактически, если мощность равна нулю и используется выражение для fhp, ihp равно fhp. Чтобы показать, как механический КПД ниже при частичной нагрузке, предположим, что двигатель использовался в предыдущих примерах работает с нагрузкой на три четверти.Тормозная мощность при нагрузке на три четверти составляет 900 0,75 или 675. Предполагая, что fhp не изменяется с нагрузкой, fhp = 443. ihp — это, по выражению, сумма л.с. и л.с.

л.с. = 675 + 443 = 1118

Механический КПД = 675/1118 = 0,60 или 60%; это заметно ниже 67% указана для двигателя при полной нагрузке.

БМЕП — полезная концепция, когда речь идет о механическом КПД. Бмеп может быть получается, если применяется стандартное выражение для вычисления лошадиных сил (ihp) вместо ihp, а среднее давление (p) обозначается как bmep.

От отношения между bmep, bhp, ihp и механической эффективностью, путем обозначения в выражении указано среднее эффективное давление по имеп, можно также указать:

бмэп = imep механический КПД

Кому проиллюстрировать это, bmep для двигателя в предыдущих примерах при полной нагрузке и нагрузка на три четверти рассчитывается следующим образом:

БМЕП показывает нагрузку, которую несет двигатель, и то, для чего рассчитана мощность поршневой смещение.