Formål At bestemme forsøgspersonens kondital baseret på maksimal iltoptagelse (VO 2max ) samt bestemme den respiratoriske udvekslings ratio (RER).

Transkript

1 - Formål At bestemme forsøgspersonens kondital baseret på maksimal iltoptagelse (VO 2max ) samt bestemme den respiratoriske udvekslings ratio (RER). Teori Aerob fitness er evnen til at arbejde kontinuerligt i længere periode uden at blive træt. Begrebet dækker over kredsløbskondition og udholdenhed. Kredsløbskondition og udholdenhed er en vigtig del af mange idrætsgrene, som foregår over længere tid, så som langdistance løb, cykling, roning med mere. Konditionen afhænger af mængden af oxygen, som kan transporteres til de muskler, som arbejder. Faktorer, som påvirker den mængde O 2, som kan transporteres er følgende: Mængden af O 2 i den omgivende luft. Alveolernes effektive overfladeareal Hæmoglobins mætningsniveau Hjertets minutvolumen Dissociation af O 2 fra de røde blodlegemer. Hvor effektive de arbejdende muskler er til at udnytte den transporterede O 2 påvirker også den aerobe fitness. Faktorer som påvirker udnyttelsen af O 2 : Intensiteten af det udførte arbejde Muskelcellens tilgængelige energikilde (kulhydrat, fedt) Den metaboliske pathway, som bruges til at danne energi i musklerne Kroppens energibehov dækkes ofte via blandet respiration af kulhydrat og fedt. Det er den enkelte aktivitets intensitet, som bestemmer forholdet mellem de to substrater som kroppen vælger at forbrænde, og dermed også mængden af O 2, som skal bruges til at udnytte energien fra kilden. I hvile dækkes 40 % af kroppens energiforbrug af kulhydrater og 60 % af fedt. Når arbejdsintensiteten stiger vil energiforbruget stige og en større del af dette forbrug vil blive dækket ved hjælp af respiration af kulhydrater. Ved maksimal intensitet vil 100 % af energien blive dækket ved forbrænding af kulhydrater, da nedbrydning af fedt er for langsom i forhold til at få leveret den nødvendige mængde energi. Mængden af energi, der kommer fra henholdsvis fedt og kulhydrat ændres med stigende intensitet. Dette fører til en ændring af forholdet mellem produceret CO 2 og forbrugt O 2, da oxidation af fedt kræver mere O 2 end oxidation af kulhydrater. Oxidation af et molekyle kulhydrat kræver 6 molekyler O 2, og der produceres 6 molekyler CO 2, en ratio på 1.0, som det ses af nedenstående ligning: 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 6 CO H 2 O + 38 ATP Oxidation af et molekyle fedt kræver 23 molekyler O 2, og der produceres 16 molekyler CO 2, en ratio på 0,7, som det ses af nedenstående ligning: 23 O 2 + C 16 H 32 O 2 16 CO H 2 O ATP Side 1 af 9

2 Hastigheden hvormed O 2 og CO 2 udveksles mellem alveolerne og lungekapillærerne er direkte proportional med forbrugt mængde O 2 og CO 2 produceret ved cellulær respiration i musklerne og andre organer. Mængden af O 2 og CO 2 som udveksles i lungerne måles med et O 2 -/CO 2 -gasanalyseapparat koblet til et spirometer. Gasanalyseapparatet måler O 2 - og CO 2 -koncentrationen i den ind- og udåndede luft, mens spirometret bestemmer volumen af den luft, som bevæges ind og ud af lungerne. Ud fra koncentrationerne og de forskellige volumen kan O 2 optag pr. min (VO 2 ) og volumen af CO 2 udåndet pr. min (VCO 2 ) bestemmes. VCO 2 /VO 2 -ratioen kendes som den respiratoriske udvekslings ratio (RER). RER kan bruges til at bestemme forholdet mellem forbrænding af kulhydrat og fedt under en aktivitet og energi forbrugt pr. liter O 2 optaget under aktiviteten. (Tabel 1). Tabel 1: Respiratorisk udvekslings kvotient (RER) som funktion af andel af energikilde. Maksimal iltoptagelses (VO2 max) test Den bedste teknik til måling af aerob fitness hos atleter, især dem, der udøver udholdenshedssport, er maksimal iltoptagelses (VO 2 max) test. Denne test bør ikke udføres på meget utrænede, personer med helbredsproblemer eller skader. Normalt anvendes et løbebånd, men en testperson bør testes indenfor sin respektive sportsgren for at få det mest pålidelige resultat. Der kan anvendes ergometercykel, romaskiner, løbebånd med mere. En testprotokol starter ved lav/moderat intensitet og slutter ved høj intensitet. I VO 2 max-testen stiger VO 2 og VCO 2 med stigende arbejdsintensitet. På et tidspunkt vil VO 2 optaget nå et plateau. Når VO 2 plateauet nås bør testen afsluttes og restitutionsperioden begynde. Hvis personens puls måles i restitutionsperioden, kan tiden, som det tager for personens puls at vende tilbage til normal, blive brugt til at validere træningsniveauet ved at bruge et nomogram, som sammenholder træningsniveau med puls-recovery. Under træningsprotokollen analyseres O 2 - og CO 2 -koncentrationen i den udåndede luft af gasanalyseapparatet. Sideløbende måles ventilationsvolumen hos personen ved brug af spirometer. Ved hvert intensitetsniveau og ved afslutning af forsøget måles forsøgspersonens puls med pulsmåleren. Forsøgspersonens maxpuls kan bruges som indikator for, at VO 2max -testen bør afsluttes. Ydermere kan RER fungere som indikator for at testen bør afsluttes. Efter testen bør lungevolumen, VO 2, VCO 2, RER og puls stadig måles for at validere forsøgspersonens træningsniveau. Normalværdier for VO 2max for både mænd og kvinder kan ses i tabel 5. Den valgte VO 2max -test er Bruce s løbebåndstest, som blev udviklet af Dr. Robert A. Bruce i 1950 erne som en klinisk test til at vurdere hjertekredsløbsfunktion hos patienter mistænkt for at lide af hjertekarsygdomme. Det er den mest benyttede træningsprotokol til løbebånd. Materiale Computer (PC) Data acquisition unit (DAS) (IX/228S) USB-kabel Spirometer (SP-304) med lang flowhead (A-FH-1000) Maske med slange 5 Liter mikserkammer Nafion gas sample tubing CO 2 /O 2 gas-analyzer med filter (GA-200B) Pulsmonitor (PHRM-100) Stopur Side 2 af 9

3 Løbebånd med justerbar hastighed og hældning/gradient Metode Opstilling: DAS en placeres på bordet ved siden af computeren og forbindes via USB til computeren. DAS en sættes til strøm og tændes på powerknappen. Opstart af software: Klik på LabScribe genvejen (VO2max) på computerens desktop for at åbne programmet med opsætningerne til dette eksperiment. Opsætning af forsøg: 1. Spirometer med flowtube sættes på mikserkammerets ene ende med det røde mærke på flowtuben mod kammeret og slangen med maske sættes på den anden ende af mikserkammeret (Figur 1). Figur 1: Mikserkammer med spirometer og flowtube påsat i den ene ende og slange med maske påsat i den anden ende. 2. Sæt spirometeret i Kanal 5 (CH5) input i DAS en (Figur 2). Figur 2: Opsætning af gas-analyzer og DAS. 3. Gas-analyseapparatet tilsluttes computeren og O 2 -sensorudgangen, som findes bag i gasanalyseapparatet, tilsluttes kanal 3 (CH3) og CO 2 -sensorudgangen, som findes bag i gas-analyzeren, tilsluttes kanal 4 (CH4) i DAS en (Figur 2). Side 3 af 9

4 4. Nafion sampling tuben sættes på filteret på forsiden af gas-analyseapparatet og den anden ende sættes på mikserkammeret i samme ende som flowtuben (markeret med sort kryds). 5. Sæt pulstransmitteren i kanal 6 (CH6) i DAS en (Figur 2 og 3). Figur 3: Pulsmonitor med bælte og transmitter. 6. Forsøgspersonen tager masken på, og stropperne justeres, så masken sidder tæt. Masken tages af igen. 7. Tænd for gas-analyseapparatet. NB: Gas-analyseapparatet skal helst være tændt ca. 30 minutter før forsøget startes. Den må kun tændes, når der er et filter på Input Air for at undgå at sensorerne ødelægges. Udførsel: Før start 1. Sørg for at kende procedurerne for forsøget inden det startes. 2. Forsøgspersonen skal være sund og rask og må ikke have respiratoriske eller kredsløbsproblemer. 3. Tjek at udstyret er rigtigt samlet: Få forsøgspersonen til at udånde gennem masken. Tryk på AutoScale knappen på øverste margen af Air Flow og Lung Volume STPD kanalerne. Hvis den rigtige ende af flowheadet er tilsluttet mikserkammeret vil signalerne Air Flow og Lung Volume STPD kanalerne gå op, når forsøgspersonen udånder. Tryk på Stop knappen. 4. Tryk på Save to Disk knappen i nederste venstre hjørne af hovedvinduet for at ændre LabScribe fra Preview til Record mode. Hvis LabScribe er i Record mode vil der være en grøn pil på Save to Disk knappen. Udfør VO 2 max-testen 1. Mens forberedelserne færdiggøres tilvænnes forsøgspersonen til at bære mundstykket, så vejrtrækningen er normal før forsøget påbegyndes. 2. Elektroden fugtiggøres med vand på indersiden og placeres omkring brystkassen direkte på huden, så elektroderne sidder i hjertehøjde. 3. Når forsøgsperson og udstyr er klart fjernes masken, så personen ikke ånder gennem masken, og LabScribe softwaren kan nulstille lungevolumen STPD kanalen. Der bør ventes 5 sek. før personen tager masken på igen. 4. Tast forsøgspersonens navn baseline i Mark boxen. 5. Klik på Record knappen. Der ventes 5 sek. for at lungevolumen STPD kanalen nulstilles. Maske mm. bør sidde tæt, men ikke ubehageligt på forsøgspersonens hoved. 6. Tryk enter for at markere optagelsen, når forsøgspersonen begynder at ånde igennem masken og flowhead. Side 4 af 9

5 7. Der bør optages en baseline i minutter for at udskifte luften i blandingskammeret, hvorefter protokollen kan begynde. 8. Indtast personens navn stage 1 i Mark boxen og tryk enter for at markere optagelsen, mens personen begynder at ånde gennem maske og flowhead. Start stopuret for at holde styr på hver stage i forsøgsprotokollen. 9. Klik på Autoscale på alle kanaler (Figur 4). Heart Rate Monitor kanalen registrerer en top for hvert hjerteslag. Air Flow kanalen optager en individuel top for hver udånding. Lung Volume STPD kanalen stiger langsomt, da den samlede volumen af den udåndede luft måles. Heart Rate kanalen bør vise et histogram som følger heart rate mellem slagene. Figur 4: CO 2 -koncentration (%), O 2 -koncentration (%), Air Flow og Lung Volume STPD kanaler i hovedvinduet. 10. Følg den valgte protokol f.eks. nedenstående Bruce s løbebåndsprotokol. Forsøgspersonens navn indtastes i Mark boxen, og der trykkes enter ved hvert niveau. Bruce s løbebåndsprotokol 1. Testen begyndes ved en hastighed på 2,744km/h og en hældning på 10 % i 3 min (Tabel 2). Stopuret startes ved testens begyndelse for at måle tid til udmattelse. 2. Testen fortsættes indtil forsøgspersonen når frivillig udmattelse, maksimal puls, VO 2 -plateau eller en RER-værdi på 1,15 eller derover. Stopuret stoppes, når forsøgspersonen ikke længere kan fortsætte. 3. Vælg Save As i File menu og indtast filnavn. Vælg destination på computeren og navngiv filtypen som *.iwxdata. 4. Da heart rate måles under testen kan bestemmelsen af maksimal heart rate bruges til at bestemme intensiteten af forsøgspersonens træningsprogram. Side 5 af 9

6 Tabel 2: Hastigheder og gradienter brugt i hvert trin af Bruce-protokollen. Databehandling Forsøgspersonens data skal tastes ind: Højde vægt osv. Værdier for VO 2, VCO 2, RER, TV og andre parametre (Tabel 4) fra segmenterne af testen kan udregnes automatisk ved at anvende Metabolic Calculations vinduet. 1. For at anvende Metabolic Calculations vinduet klik på Advanced menuen og Metabolic vælges. Følg derefter Mixing Chamber: Offline Calculations fra undermenuen for at åbne Metabolic Calculations Dialog vinduet. 2. I venstre side af Metabolic Calculations vinduet: Vælg hvilken kanal CO 2, O 2, lungevolumen og puls blev registreret på. Vinduet skal se ud som nedenstående: Når data er analyseret bliver de delt op i segmenter. Gennemsnittet af hver parameter i hvert segment bliver vist i datatabellen. Indtast tid i sekunder i Average boksen for at vælge segmentets længde. 3. Tryk på Calculate på venstre side for at udregne gennemsnitsværdien af hver parameter listet i tabellen for hvert segment, og for at plotte parametrene mod hinanden i plot (Figur 5). 4. I nederste venstre hjørne at plot-panelet trykkes på pilen for at se hvilke typer at plots, der kan laves (Tabel 3) med dette analytiske værktøj. Tabel 3: Plots, der er tilgængelige i Metabolic Calculations Offline. Side 6 af 9

7 Tabel 4: Parametre, der udregnes i Metabolic Calculations Offline. Side 7 af 9

8 Figur 5: De metaboliske parametre og plots af VO 2, VCO 2 og RER som funktion af tiden i Metabolic Calculation Offline vinduet brugt til at analysere indsamlet data. Diskussion 1. Sammenlign VO 2 -værdien fra det sidste minut af det sidste træningssegment gennemført af forsøgspersonen med værdierne for forsøgspersonens aldersgruppe i Tabel Bestem forsøgspersonens kondital baseret på forsøgspersonens VO 2 -niveau. 3. Hvad er forsøgspersonens RER i det sidste minut af det sidste træningssegment? 4. I hvilket minut af hvilket segment ændres hældningen af VE/VO 2 signifikant? Denne dramatiske stigning af hældningen indikerer den anaerobe grænseværdi. 5. Hvis det udførte arbejde også måles, ved hvilken belastning er ratioen af VO 2 /HR så størst? Side 8 af 9

9 Tabel 5: Maksimal iltoptagelse for mænd øverst og for kvinder nederst (VO 2 max i ml/kg/min) Side 9 af 9