Ισοζύγιο Ενέργειας Και Έλεγχος Βάρους Energy Balance & Weight Control θεωρεία & Άσκηση Πράξης ΕΞΑΜΗΝΟ Γ’

Μέθοδοι προσδιορισμού της Ενεργειακής απώλειας (ΕΑ) ή Ενεργειακής Δαπάνης (ΕΔ) Ο υπολογιστικός προσδιορισμός γίνεται με διάφορες μεταβλητές (βάρος, ύψος, φύλο, ηλικία, είδος εργασίας κλπ) σύμφωνα με εξισώσεις ή πίνακες που έχουν προκύψει από πειραματικές μελέτες. Ο υπολογιστικός προσδιορισμός γίνεται με διάφορες μεταβλητές (βάρος, ύψος, φύλο, ηλικία, είδος εργασίας κλπ) σύμφωνα με εξισώσεις ή πίνακες που έχουν προκύψει από πειραματικές μελέτες. Ο πειραματικός προσδιορισμός γίνεται με τη θερμιδομετρία που διακρίνεται στην άμεση και στην έμμεση θερμιδομετρία. Ο πειραματικός προσδιορισμός γίνεται με τη θερμιδομετρία που διακρίνεται στην άμεση και στην έμμεση θερμιδομετρία. Με την άμεση θερμιδομετρία προσδιορίζεται απευθείας η παραγωγή θερμότητας από το ανθρώπινο σώμα. Με την έμμεση θερμιδομετρία προσδιορίζεται η πρόσληψη οξυγόνου και η παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα.

Άμεση θερμιδομετρία (Direct Calorimetry) H ενέργεια που καταναλώνεται από το σώμα σε κατάσταση ηρεμίας εκλύεται στο περιβάλλον ως θερμότητα. Η μέτρηση αυτής της θερμότητας δίνει και την ενεργειακή κατανάλωση. Το άτομο τοποθετείται μέσα σε θερμιδομετρικό θάλαμο που είναι ένας χώρος θερμικά μονωμένος. Γίνεται μέτρηση : (α) του μηχανικού έργου που παράγει, (β) της θερμότητας που ανεβάζει τη θερμοκρασία του χώρου, (γ) της θερμότητας που καταναλώνεται για την εξάτμιση του ιδρώτα, (δ) της ενέργειας που χάνεται στα κόπρανα κα στα ούρα και παράλληλα (ε) της κατανάλωσης του οξυγόνου και (στ) του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται. (στ) του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται.

Θάλαμος αεροστεγής & μονωμένος Επαρκείς ποσότητα οξυγόνου για άσκηση μεγάλης διάρκειας Κυκλοφορία νερού γνωστού όγκου και θερμοκρασίας, μέσα από μια σειρά σπειρών στο πάνω μέρος του θαλάμου Η παραγόμενη θερμότητα από το άτομο απορροφάται από το νερό που κυκλοφορεί Η μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού είναι ανάλογη της παραγωγής ενέργειας Αρχές λειτουργίας του ανθρώπινου θερμιδόμετρου

Άμεση θερμιδομετρία 1 ο πείραμα 1783: Lavoisier & Laplace «ανθρώπινο θερμιδόμετρο» ανάλογο του θερμιδόμετρου καύσης τροφίμων. Οι Atwater και Benedict (1896) με την άμεση θερμιδομέτρηση απέδειξαν ότι: (α) το ανθρώπινο σώμα υπακούει στα θερμοδυναμικά αξιώματα και (β) το ολικό ποσό ενέργειας που παράγεται είναι ευθέως ανάλογο της κατανάλωσης οξυγόνου. Η άμεση θερμιδομέτρηση είναι δαπανηρή και έχει περιορισμένες δυνατότητες εφαρμογής δεδομένου ότι δεν μεταφέρεται ο θερμιδομετρικός θάλαμος και δεν μπορεί να γίνει μελέτη πολλών φυσικών δραστηριοτήτων εξ’ αιτίας του περιορισμένου χώρου.

Σύγκριση άμεσης –έμμεσης θερμιδομετρίας Οι Atwater και Rosa συγκρίνανε τις δυο μεθόδους για 40 μέρες σε τρεις άντρες και απέδειξαν την εγκυρότητα της έμμεσης θερμιδομετρίας Οι Atwater και Rosa συγκρίνανε τις δυο μεθόδους για 40 μέρες σε τρεις άντρες και απέδειξαν την εγκυρότητα της έμμεσης θερμιδομετρίας Πειράματα σε ζώα και ανθρώπους σε μέτρια άσκηση έδειξαν στενή συμφωνία ανάμεσα στην άμεση και έμμεση μέθοδο (διαφορά <±1%) Πειράματα σε ζώα και ανθρώπους σε μέτρια άσκηση έδειξαν στενή συμφωνία ανάμεσα στην άμεση και έμμεση μέθοδο (διαφορά <±1%) Πλεονεκτήματα Πλεονεκτήματα έμμεσης θερμιδομετρίας  Μεγάλη ακρίβεια  Απλή  Οικονομική όσον αφορά συντήρηση, υλικά και προσωπικό

Έμμεση Θερμιδομετρία (Indirect Calorimetry) Σπιρομετρία κλειστού κυκλώματος Σπιρομετρία ανοικτού κυκλώματος Το άτομο εισπνέει από συσκευή που περιέχει γνωστού όγκου O 2 Η διαφορά στην ποσότητα Ο 2 μετά την μέτρηση αντανακλά στην παραγόμενη ενέργεια. Χρησιμοποιείται σε ηρεμία ή άσκηση ελαφριάς έντασης. Το άτομο εισπνέει αέρα από το περιβάλλον (σταθερή σύνθεση) και τον εκπνέει σε σάκο. Η διαφορά στα ποσοστά Ο 2 και CO 2 μετά την μέτρηση, έμμεσα αντανακλά τη διαδικασία παραγωγής ενέργειας.

Σπιρομετρία ανοικτού κυκλώματος Φορητό σπιρόμετρο Τεχνική του σάκου Αυτόματο εργοσπιρ/τρο Η συσκευή μοιάζει με κουτί μοιάζει με κουτί ζυγίζει 3κιλά ζυγίζει 3κιλά Μεταφέρεται στην πλάτη Μεταφέρεται στην πλάτη Ανάλυση εκπνεόμενου αέρα Ανάλυση εκπνεόμενου αέρα Ένας Η/Υ συνδέεται με σύστημα συνεχούς δειγματοληψίας αέρα, μετρητή καταγραφής και αναλυτές αερίων Ένας Η/Υ συνδέεται με σύστημα συνεχούς δειγματοληψίας αέρα, μετρητή καταγραφής και αναλυτές αερίων Φορητό, 0,5 κιλό Φορητό, 0,5 κιλό

Έμμεση Θερμιδομετρία Με συνήθη διατροφή, η ποσότητα της ενέργειας που απελευθερώνεται στον οργανισμό για κάθε lt οξυγόνου που χρησιμοποιείται είναι κατά μέσον όρο 4,825 kcal Με τη χρησιμοποίηση αυτού του ενεργειακού ισοδύναμου του οξυγόνου, είναι δυνατός ο προσδιορισμός του ρυθμού της απελευθέρωσης θερμότητας στον οργανισμό από την ποσότητα του οξυγόνου που χρησιμοποιείται σε δεδομένη χρονική περίοδο. Σε ηρεμία, ένα μέσο άτομο καταναλώνει 0,3 lt /min ή 18 lt/h ή 432 lt /μέρα Σε ηρεμία, ένα μέσο άτομο καταναλώνει 0,3 lt Ο 2 /min ή 18 lt Ο 2 /h ή 432 lt Ο 2 /μέρα Η ποσότητα θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται παρουσιάζει ελάχιστες διακυμάνσεις ανάλογα με το μείγμα τροφής που οξειδώνεται Το θερμιδικό ισοδύναμο που χρησιμοποιείται είναι 5 kcal ανά lt που καταναλώνεται Το θερμιδικό ισοδύναμο που χρησιμοποιείται είναι 5 kcal ανά lt Ο 2 που καταναλώνεται

Θερμικά ισοδύναμα Κατά τη μέθοδο της Έμμεσης Θερμιδομέτρησης γίνεται μέτρηση του οξυγόνου που καταναλώνεται και με τη βοήθεια του θερμικού ισοδύναμού του, υπολογίζουμε το ποσό της ενέργειας που παράγεται. Θερμικό ισοδύναμο οξυγόνου (ΘΙ Ο2 ) καλείται το ποσό της ενέργειας που ελευθερώνεται όταν καταναλώνεται 1lt Ο 2 Θερμικό ισοδύναμο οξυγόνου (ΘΙ Ο2 ) καλείται το ποσό της ενέργειας που ελευθερώνεται όταν καταναλώνεται 1lt Ο 2 Θερμικό ισοδύναμο διοξειδίου του άνθρακα (ΘΙ CΟ2 ) καλείται το ποσό της ενέργειας που ελευθερώνεται κατά την παραγωγή 1lt CO 2 Θερμικό ισοδύναμο διοξειδίου του άνθρακα (ΘΙ CΟ2 ) καλείται το ποσό της ενέργειας που ελευθερώνεται κατά την παραγωγή 1lt CO 2 εξαρτώνται από τη χημική σύσταση του κάθε θερμιδογόνου συστατικού και μπορούν να υπολογισθούν από τη θερμότητα καύσης του με ικανοποιητική προσέγγιση.

Ο υπολογισμός γίνεται από τη θερμοχημική εξίσωση καύσης και είναι σχετικά εύκολος για τους υδατάνθρακες και τα λίπη αλλά δύσκολος για της πρωτεΐνες διότι πρέπει να λάβουμε υπ’ όψη και το ποσό της ενέργειας που χάνεται υπό μορφή των αζωτούχων ενώσεων στα ούρα. Ο υπολογισμός γίνεται από τη θερμοχημική εξίσωση καύσης και είναι σχετικά εύκολος για τους υδατάνθρακες και τα λίπη αλλά δύσκολος για της πρωτεΐνες διότι πρέπει να λάβουμε υπ’ όψη και το ποσό της ενέργειας που χάνεται υπό μορφή των αζωτούχων ενώσεων στα ούρα. Ο πειραματικός προσδιορισμός των θερμικών ισοδύναμων του O 2 και του CO 2 γίνεται εύκολα στο θερμιδόμετρο καύσης και τις τρεις τάξεις των ¨καυσίμων¨ αλλά στη περίπτωση των πρωτεϊνών παρουσιάζονται δυσκολίες εφ’ όσον ένα μέρος της ενέργειας χάνεται υπό τη μορφή των αζωτούχων ενώσεων στα ούρα και γι’ αυτό πρέπει να γίνεται διόρθωση. Ο πειραματικός προσδιορισμός των θερμικών ισοδύναμων του O 2 και του CO 2 γίνεται εύκολα στο θερμιδόμετρο καύσης και τις τρεις τάξεις των ¨καυσίμων¨ αλλά στη περίπτωση των πρωτεϊνών παρουσιάζονται δυσκολίες εφ’ όσον ένα μέρος της ενέργειας χάνεται υπό τη μορφή των αζωτούχων ενώσεων στα ούρα και γι’ αυτό πρέπει να γίνεται διόρθωση.

Αναπνευστικό πηλίκο (RQ = Respiratory quotient) Αναπνευστικό πηλίκο είναι ο λόγος του παραγόμενου CO 2 προς τον όγκο του Ο 2 που καταναλώνεται: RQ = Vco 2 / Vo 2 Αντανακλά την % σύσταση του μείγματος των ενεργειακών υποστρωμάτων που οξειδώνονται και παρέχουν ενέργεια, καθώς τα διάφορα θρεπτικά συστατικά απαιτούν διαφορετική ποσότητα Ο 2 προκειμένου να μεταβολιστούν προς CO 2 και Η 2 Ο. Η μέτρηση του RQ αποτελεί δείκτη ενεργειακών πηγών που χρησιμοποιούνται τη στιγμή της μέτρησης

Υπολογισμός θερμιδικών δαπανών Το σώμα καίει συνήθως μίγμα υδατανθράκων και λίπους Το σώμα καίει συνήθως μίγμα υδατανθράκων και λίπους Κατά τη διάρκεια άσκησης οι μύες στηρίζονται περισσότερο στους υδατάνθρακες για ενέργεια (υψηλότερο RQ). Κατά τη διάρκεια άσκησης οι μύες στηρίζονται περισσότερο στους υδατάνθρακες για ενέργεια (υψηλότερο RQ). RQ: CHO ~ 1,00, FAT~ 0,70, PRO ~ 0,80 RQ: CHO ~ 1,00, FAT~ 0,70, PRO ~ 0,80 Σε ηρεμία, RQ: 0,78-0,80 Σε ηρεμία, RQ: 0,78-0,80 RQ < 0,70  ένδειξη υποσιτισμού ή  λήψης CHO (γλυκονεογένεση) ή  λήψης αλκοόλ RQ < 0,70  ένδειξη υποσιτισμού ή  λήψης CHO (γλυκονεογένεση) ή  λήψης αλκοόλ RQ > 1,00  ένδειξη λιπογένεσης RQ > 1,00  ένδειξη λιπογένεσης

RQ μικτής δίαιτας Κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων που κυμαίνονται από απλή ανάπαυση μέχρι ελαφρές αερόβιες ασκήσεις (γκολφ, μπιλιάρδο, τοξοβολία ή αργό βάδισμα) το RQ σπάνια αντανακλά οξείδωση καθαρού υδατάνθρακα ή καθαρού λίπους. Κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων που κυμαίνονται από απλή ανάπαυση μέχρι ελαφρές αερόβιες ασκήσεις (γκολφ, μπιλιάρδο, τοξοβολία ή αργό βάδισμα) το RQ σπάνια αντανακλά οξείδωση καθαρού υδατάνθρακα ή καθαρού λίπους. Συνήθως χρησιμοποιείται μείγμα ενεργειακών υποστρωμάτων και η τιμή RQ κυμαίνεται από 0,7 – 1,0 Συνήθως χρησιμοποιείται μείγμα ενεργειακών υποστρωμάτων και η τιμή RQ κυμαίνεται από 0,7 – 1,0 Στις περισσότερες περιπτώσεις δεχόμαστε μια τιμή 0,82 από μεταβολισμό μείγματος 40% υδατανθράκων και 60% λιπών Στις περισσότερες περιπτώσεις δεχόμαστε μια τιμή 0,82 από μεταβολισμό μείγματος 40% υδατανθράκων και 60% λιπών Χρησιμοποιώντας αυτή την τιμή το σφάλμα στον υπολογισμό παραγόμενης ενέργειας είναι 4% Χρησιμοποιώντας αυτή την τιμή το σφάλμα στον υπολογισμό παραγόμενης ενέργειας είναι 4%

ενέργεια % kcal RQ Kcal/L Ο 2 υδατάνθρακεςλίπη 0,714,690,0100,0 0,754,7415,684,4 0,804,8033,466,6 0,854,8650,749,3 0,904,9267,532,5 0,954,9984,016 1,005,05100,00,0 RQ και % ενέργειας από υδατάνθρακες και λίπη

πειραματικός προσδιορισμός του RQ Υδατάνθρακες : Το RQ έχει πάντα τιμή ίση με 1. Γλυκόζη : C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O (RQ υδ/κων = 6 : 6 = 1) Άμυλο : (C 5 H 10 O 5 )ν + 5νO 2 → 5νCO 2 + 5νH 2 O (RQ υδ/κων = 5ν : 5ν = 1) Λίπη : Τα τριγλυκερίδια, παρουσιάζουν μικρές διακυμάνσεις στη σύσταση τους αλλά το RQ έχει τιμή που κυμαίνεται περί την τιμή 0,71. Η αύξηση της περιεκτικότητας των ακόρεστων οξέων στα τριγλυκεριδίων αυξάνει ελαφρά το RQ. Πειραματικά βρέθηκε ότι το αραβοσιτέλαιο (πολυακόρεστο) έχει RQ = 0,72 ενώ το χοιρινό λίπος με λιγότερα ακόρεστα έχει RQ = 0,71. Δεχόμαστε για τα λίπη μια μέση τιμή RQ = 0,70 - 0,71, εφ’ όσον το μεγαλύτερο μέρος των λιπαρών ενός γεύματος είναι κορεσμένα τριγλυκερίδια (μαγειρικά λίπη) ή ελαφρά ακόρεστα (ελαιόλαδο) και ένα μικρότερο μέρος είναι πολυακόρεστα (αραβοσιτέλαιο, βαμβακέλαιο).

Πρωτεΐνες : Παρουσιάζουν δυσκολίες στον προσδιορισμό του RQ για αρκετούς λόγους : 1. Εξ’ αιτίας των μεγαλυτέρων διακυμάνσεων της σύσταση τους που οφείλεται στη διαφορετική αναλογία αμινοξέων, 2. Στους διάφορους καταβολικούς δρόμους που ακολουθούν τα αμινοξέα μέσα στον οργανισμό. 3. Τα αμινοξέα στο θερμιδόμετρο καύσης δίνουν μίγμα μοριακού Ν 2 και οξειδίων του, ενώ στον οργανισμό δίνουν αζωτούχες ενώσεις. Ο πειραματικός προσδιορισμός του RQ των πρωτεϊνών παρουσιάζουν δυσχέρειες και επειδή η τιμή αυτή είναι κατά μέσο όρο 0,81 και βρίσκεται πολύ κοντά στην τιμή του RQ ~ 0,84 ενός ατόμου που διατρέφεται κανονικά, γι’ αυτό δίνονται συνήθως οι τιμές του μη πρωτεϊνικού RQ.

RQ των πρωτεϊνών  Η χρήση του RQ μπορεί να οδηγήσει σε ανακρίβειες.  Οι πρωτεΐνες δεν οξειδώνονται πλήρως, επειδή το άζωτο δεν οξειδώνεται. Αυτό καθιστά αδύνατο να υπολογιστεί από το RQ η χρήση των πρωτεϊνών.  Το RQ αναφέρεται μερικές φορές ως μη-πρωτεινικό RQ επειδή αγνοεί την πρωτεϊνική οξείδωση.  Παραδοσιακά η πρωτεΐνη θεωρείτο ότι δε συμμετείχε σημαντικά στην παραγωγή ενέργειας.  Πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι στην άσκηση που διαρκεί αρκετές ώρες, η πρωτεΐνη μπορεί να συμβάλει μέχρι 5 % της συνολικής ενέργειας

Αποκλίσεις του αναπνευστικού πηλίκου από τη μέση τιμή Η μέση τιμή του RQ ~ 0,84 ισχύει για κανονική διατροφή στις περιπτώσεις των ελαφρών καθημερινών δραστηριοτήτων ή σε ασκήσεις μικρής διάρκειας καθώς και στις μετρήσεις του βασικού μεταβολισμού και του μεταβολισμού ηρεμίας.  Μικρές αποκλίσεις από τη μέση τιμή παρατηρούνται όταν η διατροφή του ατόμου διαφέρει από τη συνήθη. Τιμή του RQ μεγαλύτερη της μέσης τιμής υποδηλώνει ότι στη διατροφή του ατόμου υπερτερούν οι υδατάνθρακες και μικρότερη υποδηλώνει ότι υπερτερούν τα λίπη.

 Μεγάλες αποκλίσεις παρατηρούνται κατά την παραγωγή έντονου μυϊκού έργου (βαριά εργασία, άσκηση μακράς διάρκειας). Οι αποκλίσεις αυτές ποικίλλουν ανάλογα με την ένταση της προσπάθειας και ανάλογα με τα χρονικά διαστήματα της άσκησης και της ανάπαυσης : κατά την διάρκεια της άσκησης η τιμή RQ μπορεί να υπερβεί το 1 που είναι το ανώτερο όριο κατά την διάρκεια της άσκησης η τιμή RQ μπορεί να υπερβεί το 1 που είναι το ανώτερο όριο κατά την διάρκεια της ανάπαυσης μπορεί να γίνει μικρότερη του 0,70 που είναι το κατώτερο όριο. κατά την διάρκεια της ανάπαυσης μπορεί να γίνει μικρότερη του 0,70 που είναι το κατώτερο όριο. Η ερμηνεία αυτών των αποκλίσεων πάνω από το ανώτερο όριο για το χρονικό διάστημα της άσκησης είναι η εξής:  Αυξάνει ο αερισμός του αναπνευστικού συστήματος εφ’ όσον αυξάνει η ένταση της αναπνοής. Αυτό συνεπάγεται μεγαλύτερη απώλεια CO 2 από το μιτοχόνδρια.

 Αυξάνει το παραγόμενο γαλακτικό οξύ και μειώνεται το pH. Η μείωση του pΗ (αυξάνει τη συγκέντρωση των Η + ) προκαλεί τόσο την ενεργοποίηση του εγκεφάλου για μεγαλύτερο εξαερισμό και αποβολή CO 2 όσο και τη διάσπαση του ανθρακικού οξέος : Η 2 CO 3 → H 2 O + CO 2 ↑ και έχει σαν συνέπεια την πρόσθετη αποβολή CO 2. Η διάσπαση αυτή του Η 2 CO 3 εκτός της αποβολής του CO 2 έχει σαν συνέπεια να μειώνεται η αύξηση της συγκέντρωσης Η + που προκαλεί το γαλακτικό οξύ ώστε η τιμή του pΗ να επανέρχεται στα φυσιολογικά επίπεδα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι να αυξάνει ο όγκος του CO 2 με αποτέλεσμα να αυξάνει το RQ.

Η ερμηνεία των αποκλίσεων κάτω από το κατώτερο όριο 0,7 για το χρονικό διάστημα της ανάπαυσης είναι εύκολη διότι γίνεται ακριβώς το αντίθετο. Ο οργανισμός για να αναπληρώσει τα αποθέματα CO 2 κατακρατεί μέρος του παραγόμενου CO 2 και έτσι μειώνεται το RQ. Από τα παραπάνω γίνεται εμφανές ότι κατά την παραγωγή μυϊκού έργου μεγάλης διάρκειας, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέση τιμή του RQ για τον υπολογισμό της ενέργειας διότι οδηγεί σε σημαντικά σφάλματα. Στην περίπτωση αυτή είναι προτιμότερος ο υπολογισμός της ενέργειας με το θερμικό ισοδύναμο του Ο 2 που είναι 5 kcal/lt και όχι με την τιμή 4,85 kcal/lt.

Οι κύριοι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η παραγωγή ενέργειας είναι : (α) τα αποθέματα γλυκογόνου (β) τα αποθέματα λιπών (γ) το οξυγόνο Κατά τα 2-3 πρώτα λεπτά της άσκησης το κύριο βάρος πέφτει στο αναερόβιο σύστημα έως ότου αυξηθεί η κατανάλωση οξυγόνου μέχρις ενός σταθερού ορίου που αντιστοιχεί στη σταθερή κατάσταση (steady state). Σ’ αυτό το χρονικό διάστημα το οξυγόνο που καταναλώνει ο οργανισμός είναι μικρότερο από τις ενεργειακές απαιτήσεις της άσκησης. Έλλειμμα οξυγόνου (oxygen deficit)

Σαν έλλειμμα οξυγόνου ορίζεται το λιγότερο οξυγόνο που καταναλώνει το άτομο σε σχέση με το απαιτούμενο της σταθερής κατάσταση. Το έλλειμμα οξυγόνου ισούται με τη διαφορά του απαιτουμένου οξυγόνου της σταθερής κατάστασης μείον το οξυγόνο που καταναλώνει το άτομο κατά την φυσική δραστηριότητα. Το απαιτούμενο οξυγόνο της σταθερής κατάστασης πολλαπλασιαζόμενο επί το θερμικό ισοδύναμο (4,85 ή 5) δίνει τις ολικές ενεργειακές απαιτήσεις της σταθερής κατάστασης σε kcal.

Χρόνος ασκ.(min)01ο1ο 2ο2ο 3ο3ο 4ο4ο 5ο5ο 6ο6ο 7ο7ο ανάπαυση Κατανάλωση O 2 (lt) 0,21,62,52,83,0 π.χ. σε μια άσκηση διάρκειας 7 min λήφθηκαν οι εξής τιμές: Κατανάλωση οξυγόνου συναρτήσει του χρόνου άσκησης. Από τις τιμές του παραπάνω πίνακα φαίνεται ότι : (α) η κατανάλωση οξυγόνου σε κατάσταση ηρεμίας είναι ίση με 0,2 lt/min (β) από το 4 ο min και μετά έχει επιτευχθεί η σταθερή κατάσταση και ότι οι ολικές ενεργειακές απαιτήσεις της σταθερής κατάστασης είναι : 3 (lt/min) *5 (kcal/lt) = 15 kcal /min. (γ) το έλλειμμα οξυγόνου ανά min είναι : 1 ο min : 3 – 1,6 = 1,4 lt/min 2 ο min : 3 – 2,5 = 0,5 lt/min 3 ο min : 3 – 2,8 = 0,2 lt/min (δ) το ολικό έλλειμμα οξυγόνου είναι το άθροισμα των ελλειμμάτων ανά min δηλαδή ίσο με 1,4 + 0,5 + 0,2 = 2,1 lt (ε) η κατανάλωση οξυγόνου σε όλη τη διάρκεια της άσκησης είναι ίση με (1,6+2,5+2,8) lt + 3 lt/min * 4 min = 18,9 lt.

Αιτίες που προκαλούν το έλλειμμα οξυγόνου. Το έλλειμμα οξυγόνου που εμφανίζεται στα πρώτα 2 – 3 min οφείλεται στα εξής αίτια : 1. Απαιτείται ένα χρονικό διάστημα για να διαλυθεί το επί πλέον απαιτούμενο οξυγόνο, να κυκλοφορήσει και να φτάσει στους ιστούς όπου θα απελευθερωθεί το πρόσθετο ποσό ενέργειας. 2. Οι απαιτήσεις σε τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) είναι υψηλές και δεν μπορεί να ανταποκριθεί αμέσως το αερόβιο σύστημα. Αντίθετα το αναερόβιο σύστημα που δεν απαιτεί οξυγόνο, ανταποκρίνεται αμέσως.

Συμμετοχή του κάθε συστήματος στις ολικές ενεργειακές απαιτήσεις «Το έλλειμμα οξυγόνου αντιστοιχεί σε εκείνο το μέρος της ενέργειας που δεν μπορεί να προσφέρει κατά την έναρξη της άσκησης το αερόβιο σύστημα και το οποίο είναι ίσο με το ποσό της ενέργειας που δίνει το αναερόβιο σύστημα». Υπολογίσουμε την ενέργεια που δίνει το κάθε σύστημα και την % συμμετοχή του καθενός με τις σχέσεις : Ε αερ = (κατανάλωση Ο 2 ) * ΘΙ Ο2 Ε ανα = (έλλειμμα Ο 2 ) * ΘΙ Ο2 όπου ΘΙ Ο2 ≈ 5 kcal/lt % συμμετοχή αερόβιου συστήματος = 100 * Ε αερ : (Ε αερ + Ε ανα ) % συμμετοχή αναερόβιου συστήματος = 100 * Ε ανα : (Ε αερ + Ε ανα )

Οι υπολογισμοί για το παράδειγμα δίνονται παρακάτω. Ενέργεια και % συμμετοχή του αερόβιου και του αναερόβιου συστήματος στους διάφορους χρόνους μιας άσκησης. t (min) άσκησης01ο1ο 2ο2ο 3ο3ο 4ο4ο 5ο5ο 6ο6ο 7ο7ο Κατανάλωση Ο 2 (lt)0,21,62,52,83,0 E αερ.(kcal)1,01,6 * 52,5 * 52,8 * 53,0 * 5 Συμμετοχή% αερ.10053,383,393,3100 Έλλειμμα Ο 2 (lt)-1,40,50,20000 Ε αναερ.(kcal)-1,4 * 50,5 * 50,2 * Συμμετοχή% ανα.-46,716,76,70000

Περίσσεια Ο2 (oxygen debt) Σαν περίσσεια οξυγόνου ορίζεται το επί πλέον ποσό οξυγόνου που καταναλώνει το άτομο σε σχέση με αυτό που καταναλώνει σε κατάσταση ηρεμίας. Η περίσσεια οξυγόνου ισούται και με την κατανάλωση οξυγόνου κατά το χρόνο της ανάπαυσης μείον το οξυγόνο του μεταβολισμού ηρεμίας.

Συνεχίζοντας το προηγούμενο παράδειγμα : Κατανάλωση οξυγόνου κατά το στάδιο της ανάπαυσης. Από τις τιμές του παραπάνω πίνακα φαίνεται ότι : (α) Από το 13 ο min και μετά το άτομο επανήλθε στην κατάσταση ηρεμίας με αντίστοιχη κατανάλωση οξυγόνου 0,2 lt / min (β) Η περίσσεια οξυγόνου ανά min είναι : 8 ο min : 1,5 – 0,2 = 1,3 lt/min 9 ο min : 0,8 – 0,2 = 0,6 lt/min 10 ο min : 0,6 – 0,2 = 0,4 lt/min 11 ο min : 0,4 – 0,2 = 0,2 lt/min 12 ο min : 0,3 – 0,2 = 0,1 lt/min (γ) Η ολική περίσσεια οξυγόνου είναι το άθροισμα των περισσειών ανά min δηλαδή ίσο με 1,3 + 0,6 + 0,4 + 0,2 + 0,1 = 2,6 lt Χρόνος ανάκτησης άσκηση Κατανάλωση Ο 2 (lt) άσκηση 1,50,80,60,40,30,2

Αιτίες που προκαλούν την περίσσεια οξυγόνου Υπάρχει μια σχετικά ταχεία πτώση της περίσσειας οξυγόνου κατά το 8 ο και 9 ο λεπτό, δηλαδή κατά τα δύο πρώτα λεπτά της ανάπαυσης (α΄ στάδιο) και μετά η πτώση γίνεται βραδύτερη (β΄ στάδιο). Πολλοί ερευνητές συγκλίνουν στη άποψη ότι σ’ αυτό το α΄ στάδιο ανάπαυσης :  αναπληρώνεται το έλλειμμα τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ) και φωσφοκρεατίνης (CP) που εμφανίζονται κατά το στάδιο του ελλείμματος οξυγόνου στην αρχή της άσκησης. Αυτές οι αναπληρώσεις γίνονται γρήγορα.

Στη συνέχεια ακολουθεί το β΄ στάδιο της ανάπαυσης, κατά το οποίο :  Γίνεται καύση μέρους της περίσσειας του γαλακτικού οξέος που έχει παραχθεί ενώ το υπόλοιπο μέρος ανασχηματίζεται σε γλυκογόνο. Επί πλέον καθ’ όλη τη διάρκεια της ανάπαυσης :  Η καρδιά και ορισμένοι μυς εξακολουθούν να εργάζονται έντονα.  Η αυξημένη θερμοκρασία του σώματος και η αύξηση ορισμένων ορμονών (επινεφρίνη, θυροξίνη) ενεργοποιούν τα μιτοχόνδρια που απαιτούν περισσότερο οξυγόνο. Όλα τα παραπάνω αίτια προκαλούν μεγαλύτερη κατανάλωση οξυγόνου σε σχέση με την κατάσταση ηρεμίας.

Ολική κατανάλωση και καθαρή κατανάλωση οξυγόνο κατά την μυϊκή εργασία. Καθαρή κατανάλωση οξυγόνου είναι το ποσό του οξυγόνου που καταναλώθηκε αποκλειστικά για τις ανάγκες της μυϊκής εργασίας από την έναρξη έως και την επαναφορά στην κατάσταση ηρεμίας. Ολική κατανάλωση οξυγόνου είναι το ολικό ποσό οξυγόνου που καταναλώθηκε σε όλη τη διάρκεια της μυϊκής εργασίας και της ανάπαυσης έως ότου το άτομο φτάσει σε κατάσταση ηρεμίας. Προφανώς η ολική κατανάλωση είναι ίση με το άθροισμα της καθαρής κατανάλωσης συν το οξυγόνο της κατάστασης ηρεμίας. Προφανώς η ολική κατανάλωση είναι ίση με το άθροισμα της καθαρής κατανάλωσης συν το οξυγόνο της κατάστασης ηρεμίας.

Από τον προηγούμενο παράδειγμα υπολογίζουμε : Ολική κατανάλωση οξυγόνου = 1,6 + 2,5 + 2,8 + (4 * 3,0) + 1,5 + 0,8 + 0,6 + 0,4 + 0,3 = 22,5 lt O 2 Ο συνολικός χρόνος της μυϊκής εργασίας και της ανάπαυσης είναι 12 min και επομένως το οξυγόνο της κατάστασης ηρεμίας είναι ίσο με : 12 * 0,2 = 2,4 lt O 2 Επομένως : Καθαρή κατανάλωση οξυγόνου = 22,5 – 2,4 = 20,1 lt O 2 Τα αντίστοιχα ποσά ενέργειας υπολογίζονται πολλαπλασιάζοντας επί το θερμικό ισοδύναμο του οξυγόνου (~ 5 kcal/lt). Ολική ενέργεια : 22,5 * 5 =112,5 kcal Ενέργεια μεταβολισμού ηρεμίας : 2,4 * 5 = 12 kcal Καθαρή ενέργεια ή ενέργεια μυϊκής εργασίας : 20,1 * 5 = 100,5 kcal ή 112,5 – 12 = 100,5 kcal

Ισοτοπικές μετρήσεις του ενεργειακού μεταβολισμού  Τα ισότοπα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της παραγωγής ενέργειας κατά τη διάρκεια μεγάλων περιόδων.  Η μέθοδος περιγράφηκε αρχικά στη δεκαετία του 40 αλλά μελέτες που χρησιμοποιούσαν διπλά σεσημασμένο νερό για τη μέτρηση των ενεργειακών δαπανών σε ανθρώπους δεν διεξήχθησαν πριν από τη δεκαετία του 80.

Τεχνική του διπλά σημασμένου νερού

Τεχνική του διπλά σημασμένου νερού Χρήσιμη για αξιολόγηση εγκυρότητας ερωτηματολογίων και άλλων μεθόδων + Η ακρίβεια της και ο χαμηλός κίνδυνος την καθιστούν κατάλληλη για τον προσδιορισμό των καθημερινών ενεργειακών δαπανών. + Ακριβής – Αντιπροσωπευτική – Απλή για τον εξεταζόμενο - Η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για μετρήσεις ενεργειακού μεταβολισμού κατά τη διάρκεια έντονης άσκησης. - Πολύ υψηλό κόστος – Εξειδικευμένο προσωπικό για αναλύσεις – Χρόνος για ανάλυση – δεν παρέχει πληροφορίες για το είδος, τη συχνότητα, τη διάρκεια και την ένταση της άσκησης

Προτεινόμενη βιβλιογραφία Melvin H.Williams “Διατροφή & Υγεία Ευρωστία & Αθλητική Απόδοση” Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδης, σελ Χασαπίδου Μ., Φαχαντίδου Α. “Διατροφή για Υγεία, Άσκηση & Αθλητισμό”, εκδόσεις University Studio Press, Μανιός Γ. “Διατροφική Αξιολόγηση” Ιατρικές εκδόσεις Πασχαλίδης, σελ