Оцінка енергетичних витрат фізичної активності у дитини
20 травня 1999 року Паскаль Превост із Франції написав:
Після довгих роздумів я спробую запропонувати вам «невеличку» роздуму над питанням, яке нам давно поставив член списку. Йшлося про те, щоб знати, що це кількість енергії, яку споживає 6-9-річна дитина під час 20-хвилинного заняття плаванням. І як зазвичай, я покажу вам, що коли ви враховуєте фізіологію дитини, все відразу ускладнюється.
Тому я почну з того, що покажу вам, що ми можемо робити у дорослих, а потім побачимо, чи можливо перенести цю модель на дітей.
| 1. Як кількісно визначити енергію, яку витрачає дорослий під час фізичних навантажень, таких як плавання? |
Щоб відповісти на це питання, необхідно зробити короткий огляд біоенергетики. Будьте впевнені, він доступний кожному, хто знає, як зробити основні розрахунки. Чиста енергія, витрачена на фізичну активність, - це валова енергія, з якої потрібно відняти енергію спокою (або основний обмін речовин) (*). Ця енергія є справжнім параметром, якого ми хочемо досягти в підсумку. Тому магічна формула:
E нетто = E брутто - E відпочинок
Що стосується плавання, ми маємо фізіологічні інструменти, які дозволяють нам побічно вимірювати ці витрати енергії завдяки вимірюванням VO2, які проводились різними дослідницькими групами.
1.1 Оцінка валової енергії
Візьмемо випадок із 25-річною дорослою людиною, яка займається з постійною (і помірною) швидкістю плавання. У цій ситуації його споживання кисню становить 2 літри O2 на хвилину або 40 літрів на 20 хвилин.
Можна перетворити це споживання O2 в його енергетичний еквівалент. Для цього ми використовуємо наступне перетворення: 1 літр O2 = 21 кДж (5 ккал) (**). Що дає нам валові енергетичні витрати енергії, тобто приблизно:
40 л * 21 кДж = 840 кДж (200 ккал) за ці 20 хвилин плавання
1.2 Оцінка енергії спокою
Ми знаємо, що ця енергія пропорційна поверхні тіла. Номограми (***) дозволяють безпосередньо отримати оцінку цього значення з розміру та маси особини.
Якщо ця особа важить 65 кг і має розміри 174 см, площа її тіла становить приблизно 1,78 квадратних метрів (м ^ 2).
Середня базальна швидкість метаболізму чоловіка цього віку становить близько 160 кДж (38 ккал)/м ^ 2/год.
Помноживши площу поверхні тіла на основний обмін речовин, ми отримуємо енергію спокою, а саме:
1,78 м ^ 2 х 160 кДж/м ^ 2/год = 285 кДж/год
Таким чином, ми отримуємо оцінку:
285/3 = 95 кДж (приблизно 23 ккал) протягом 20 хвилин.
1.3. Оцінка чистої енергії
Звідти ми можемо оцінити чисту енергію діяльності:
840 - 95 = 745 кДж (приблизно 178 ккал)
| 2. Чи є якісь відмінності в залежності від необхідного метаболізму? |
ТАК.
Розрахунки, які ми щойно бачили вище, на жаль, справедливі лише для вправ, що виконуються зі стабільною швидкістю і інтенсивність яких не перевищує VO2 max суб’єкта для розглянутої діяльності (оскільки не слід забувати, що для кожного виду діяльності відповідає певний рівень VO2 макс!).
Як тільки ця інтенсивність перевищує VO2 max, частина енергії отримується за рахунок анаеробного метаболізму, і слід накопичення молочної кислоти. Оскільки енергетичні витрати цього виду діяльності більші, ніж енергії, що надходить від аеробного метаболізму, VO2 max слід вимірювати як під час фізичних вправ, так і під час періоду відновлення.
Тоді проблема полягає в наступному: чим інтенсивніше вправа, тим довше буде потрібно VO2 для повернення до вихідного рівня (метаболізм у стані спокою). У деяких випадках цей період може становити до 24 годин. Вправа, яка запозичує частину своєї енергії за рахунок анаеробного метаболізму, призведе до того, що середні витрати енергії на 10% перевищують ту саму вправу, що виконується аеробно (така ж тривалість, але менш інтенсивна).
| 3. Чи дійсні ці розрахунки досі у дітей? |
Ще раз відповідь - ні. Чому?
В основному з трьох причин:
а) Основний обмін речовин
Перш за все, слід зазначити, що основний обмін речовин у дітей сильно варіюється під час їх розвитку. Дійсно, його вага, розмір та склад тіла в цей період сильно змінюються.
У дорослих (20 років і більше) відносний метаболізм у спокої (VO2/кг, а не VO2 max/кг! Попередження !) залишається відносно стабільним з віком, цей параметр зменшується протягом усього періоду дозрівання у дітей та підлітків.
У 1938 році Робінзон показав, що середній спокій VO2 (асимільований до метаболізму спокою) знизився з 7,35 мл/кг/хв до 3,86 мл/кг/хв у віці від 6 до 25 років, тоді як метаболічна вартість 15-крокової прогулянки. при швидкості 5,6 км/год на біговій доріжці, нахиленій на 8,6% (= ходьба на пагорбі), зменшилася з 25,7 до 23,5 мл/кг./хв.
Основний метаболізм дитини більш ніж удвічі перевищує метаболізм дорослого. Він знижується у віці від 6 до 18 років на 19% і 27% відповідно у хлопчиків та дівчаток (Knoebel 1963).
б) Економія руху або рухова ефективність залежно від практики
Залежно від типу плавання та рівня практики є різниці у витратах енергії на одну і ту ж вправу.
Наприклад, ми можемо оцінити валові витрати енергії у дорослих відповідно до типу плавання та його маси:
coef. плавання х маса (кг) = валові витрати енергії в кДж/хв
Ці коефіцієнти призначені для кожного удару:
брасом: 0,678
повільне сканування: 0,536
швидке сканування: 0,653
повзання назад: 0,707
в) Економія руху або рухова ефективність як функція віку
Ця ж ефективність також варіюється залежно від віку, хоча поки не ясно, чому.
У міру дорослішання ви витрачаєте менше енергії на одну і ту ж вправу.
Астранд (1952) вже показав, що VO2/кг при бігу на біговій доріжці 10 км/год зменшується з віком від 47 мл/кг/хв у 4-6 років до 39 мл/кг/хв у віці 16-18 років . Роуленд та Каннінгем (неопубліковано) вимірювали VO2/кг у 20 хлопчиків та дівчаток протягом п’яти років у віці від 9 до 13 років. Вони виміряли субмаксимальну економічність бігу на біговій доріжці після закінчення 4 хвилин ходьби зі швидкістю 3,5 км/год та нахилом бігової доріжки 8%. Протягом п’яти років вона зменшується з 31,0 мл/кг/хв до 26,5 мл/кг/хв зі зменшенням на 0,9 мл/кг/хв на рік.
| Висновок |
Отже, ви бачите, що це створює серйозні проблеми для фізіологів при підрахунку у дітей чистої енергії, витраченої під час певної фізичної активності. Або це буде за рахунок численних наближень, які можуть призвести до дуже важливих джерел помилок у кінцевому результаті.
Отже, дуже розумний той, хто стверджує, що може розрахувати цей знаменитий енерговитрати. Вибачте за тих, хто вважає, що фізіолог має відповідь! Але завжди можна сподіватися, що вдосконалення техніки вимірювань дозволить нам дати відповідь на це питання через кілька років. Давайте залишатись оптимістами попри все!
(*) Нагадування для одних та новизна для інших. Базальний обмін речовин і метаболізм спокою дуже схожі, фізіологи вирішили згрупувати їх під одним терміном "базальний обмін речовин". Останнє є мінімальною енергією, необхідною будь-якому організму для підтримання своїх життєво важливих функцій під час неспання. Тепловіддача, яку може виробляти цей метаболізм, зазвичай оцінюється шляхом вимірювання споживання кисню в суворих умовах температури, вологості та тиску. Отримані середні значення обертаються приблизно від 160 до 290 мл/хв (або від 0,8 до 1,46 ккал/хв), оскільки кілька факторів можуть впливати на витрати енергії людини. Він пропорційний площі поверхні тіла і дотримується закону, відомого як "закон поверхні", відомий з 19 століття.
Він також варіюється залежно від статі та віку (Altman 1969). Кількість виробленого тепла подається в кілоджоулях на квадратний метр на годину (кДж/м ^ 2/год). Метаболізм жінок на 5-10% нижчий, ніж у чоловіків. Ця відмінність походить від того, що чоловік має інший склад тіла, ніж жіночий, з точки зору% м’язової маси та% жирової маси (див. Текст про складках шкіри); жир метаболічно менш активний, ніж м’язова тканина. Отже, саме з цієї причини для зміни складу тіла значення обміну речовин у спокої зменшується на 2% кожні 10 років з 20-річного віку. У віці від 20 до 40 років базальний метаболізм становить приблизно 159 та 147 кДж/м ^ 2/год у чоловіків та жінок відповідно.
(**) У системі міжнародних заходів енергія виражається в джоулях, тоді як для простої людини це кілокалорія. Для переключення з одного на інший необхідно знати, що 1 ккал = 4,186 кДж.
(***) Номограма - це графічна конструкція, що складається щонайменше з трьох вертикальних ліній з різними масштабами (залежно від параметра, який вони повинні представляти), який, з'єднуючи дві точки на двох з цих прямих відрізків, дає перетин точок з третім відрізком рядка, що відповідає бажаному значенню.
Альтман, П. Л. Офіс біологічних довідників FASEB: десятирічна історія, 1959-1969. Fed.Proc. 28, 1612-1616. 1969 рік.
Astrand PO (1952) експериментальні дослідження фізичної працездатності стосовно статі та віку. Манксгаард, Копенгаген, Баумгартнер, Р. Н. та Рош, А. Ф. Відстеження індексів показника жиру в дитячому віці: дослідження зростання в Мельбурні. Hum, Biol. 60, 549-567. 1988 рік.
Боє, О. Виробництво енергії, легенева вентиляція та довжина кроків у тренажерах, які працюють на біговій доріжці. Acta Physiol.Scand. 7, 362. 1944 рік.
Конлі, Д. та Краенбюль, Г. Економіка бігу та продуктивність бігу на дистанцію висококваліфікованих спортсменів. Med.Sci.Sports Exerc. 12, 357-360. 1980 рік.
Daniels, J., Oldridge, N., Nagle, F., and White, B. Різниці та зміни VO2 серед молодих бігунів віком від 10 до 18 років. Med.Sci.Sports Exerc. 10, 200-203. 1978 рік.
Ді Прамперо, П. Е., Пендергаст, Д. Р., Вільсон, Д. В., та Ренні, Д. В. Енергетика плавання у людини. Застосування Фізіол. 37, 1-5. 1974 рік.
Фоллз, Х. Б. та Хамфрі, Л. Д. Енергетична вартість бігу та ходьби у молодих жінок. Med.Sci.Sports 8, 9. 1976.
Феллінгем, Г. В. та ін. Калорійність витрат на ходьбу та біг. Med.Sci.Sports 10, 132. 1978.
Годін, Г. та Шепард, Р. Дж. Вага тіла та енергетична вартість діяльності. Arch.Environ.Health 27, 289. 1973.
Горан, М. І., Карпентер, В. Х., та Поельман, Е. Т. Загальні витрати енергії у дітей від 4 до 6 років. Am. J. Physiol. 264, E706-E711. 1993 рік.
Холідей, М. А., Поттер, Д., Джарра, А., і Беарг, С. відношення швидкості метаболізму до маси тіла та розміру органу. Педіатр. 1, 185-195. 1967 рік.
Янковський, Л. та ін. Точність методів оцінки вартості O2 при ходьбі у коронарних хворих. J.Appl.Physiol. 33, 672. 1972.
Янз, К. Ф., Бернс, Т. Л., Вітт, Дж. Д., і Махоні, Л. Т. Поздовжній аналіз масштабування VO2 на відмінності у розмірах тіла під час статевого дозрівання: дослідження Muscatine. Med.Sci.Sports Exerc. 30, 1436-1444. 1998 рік.
Кноебель Л.К. (1963) Енергетичний метаболізм. В: Селкурт Е.Е. (вид) Фізіологія. Літтл, Браун, Бостон, с. 564-579
Ломан, Т. Г. Шкірна складка та щільність тіла та їх відношення до жирності тіла: огляд. Hum, Biol. 53, 181. 1981.
Ломан, Т. Г. Прогрес досліджень щодо обґрунтованості лабораторних методів оцінки складу тіла. Med.Sci.Sports Exerc. 16, 596-603. 1984 рік.
Ломан, Т. Г. Застосовність методів композиції тіла та констант для дітей та юнацтва. Вивчення спортивних наук 14, 325-357. 1986 рік.
Ломан, Т. Г. Оцінка складу тіла у дітей. Педіатр. Вправа. 1, 19-30. 1989 рік.
MacDougall, J. D., Roche, P. D., Bar-Or, O., and Moroz, J. R. Максимальна аеробна здатність канадських школярів: прогнозування на основі вікової вартості бігу на кисень. Int. J. Sports Med. 4, 194-198. 1983 рік.
Maffeis, C., Zaffanello, M., Pinelli, L., and Schutz, Y. Загальні витрати енергії та схеми активності у дітей із ожирінням та ненормальним станом 8-10 років. J.pediatr.gastroenterol.Nutr. 23, 256-261. 1996 рік.
Маліна, Р. М. та Пена Рейес, М. Е. Відносний розподіл жиру: взаємозв'язок із станом росту скелетного дозрівання та рухової підготовленості хлопчиків 8-11 років. Am.J.Hum.Biol. 6, 19-23. 1994 рік.
McArdle WD, Katch F, Katch V (1987) Фізіологія фізичної активності. Vigot-Edisem, Париж
Меньєр, Д. Р. та П'ю, Л. Г. Ч. Е. Співвідношення споживання кисню та швидкості ходьби та бігу у спортсменів, що ходять. Journal of Physiology (London) 197, 717. 1968.
Pandolf, K. B та ін. Прогнозування витрат енергії з навантаженнями стоячи або дуже повільно ходячи. J.Appl.Physiol. 43, 577. 1977.
Робінзон, С. Експериментальні дослідження фізичної підготовленості стосовно віку. Arbeitsphysiologie 10, 251-323. 1938 рік.
Rosique, J., Rebato, E., Apraiz, A. G., and Pacheco, J. L. Somatotype related to центріпетальний візерунок жиру 8 - 19-річних баських хлопчиків і дівчаток. Am.J.Hum.Biol. 6, 171-181. 1994 рік.
Rowland, T. W., Auchinachie, J. A., Keenan, T. J., and Green, G. M. Фізіологічна реакція на бігову доріжку, що біжить у дорослих та передпубертатних чоловіків. Int. J. Sports Med. 8, 292-297. 1987 рік.
Rowland TW (1990) Фізичні вправи та здоров'я дітей. Кінетика людини, Шампейн, Іллінойс