Odhad výdeje energie při pohybové aktivitě (pouze ilustrace pro přednášky) Jan Novotný 2017

…. klidový (RMR – resting MR) …. bazální (BMR – basal MR) http://2012books.lardbucket.org/books/an-introduction-to-nutrition/s15-02-balancing-energy-input-with-en.html VÝDEJ ENERGIE …. celkový (MR – metabolic rate) …. klidový (RMR – resting MR) …. bazální (BMR – basal MR) http://intro2res2014.blogspot.cz/2014/09/practical-session-2-group-2.html

Asker Jeukendrup. Which sport or event has the most extreme energy expenditure? In: mysportscience (2015) http://www.mysportscience.com/single-post/2015/07/13/Which-sport-or-event-has-the-most-extreme-energy-expenditure 1 cal = 4,187 J → … 6.000 kcal = 25.122 kJ ≈ 25,1 MJ; 10.000 kcal ≈ 41,2 MJ

Termografie předních stran stehen a bérců 25-letého muže v klidu a v 1 Termografie předních stran stehen a bérců 25-letého muže v klidu a v 1. a 15. minutě zotavení po 10 minutové zátěži 3W/kg na bicyklovém ergometru

Možnosti odhadu výdeje energie při pohybové aktivitě člověka SLEDOVÁNÍ ČASU TRVÁNÍ POHYBOVÉ AKTIVITY Přímé sledování nebo záznam nebo dotazník + Energetické tabulky (minuty–hodiny-dny-měsíce) POUŽITÍ SENZORU POHYBU ČLOVĚKA V PROSTORU Pedometry (minuty–hodiny) Akcelerometry (minuty–měsíce) Gyroskopy (minuty–hodiny) Global Positioning Systém (GPS) (minuty–hodiny) Výpočet z výkonu a času na cykloergometru (vteřiny-hodiny) POUŽITÍ SENZORU ODEZVY ORGANIZMU NA ZÁTĚŽ Srdeční frekvence (minuty–hodiny) Kombinované senzory (Armbandy) (minuty–hodiny) Nepřímá kalorimetrie - Příjem kyslíku (minuty–hodiny) JINÉ ZPŮSOBY Přímá kalorimetrie (výzkum ve speciální laboratoři)

Přímé sledování (čas) + tabulky energetického výdeje Pohybová aktivita J.min-1.kg-1 MET Chůze po rovině 3,2 km/h 150 2 po rovině 4,8 km/h 262 3,5 po rovině 5,6 km/h 300 4 v terénu bez zátěže 450 6 horský výstup 600 8 Jogging 525 7 Běh po rovině 8 km/h po rovině 8,3 km/h 675 9 po rovině 9,6 km/h 750 10 po rovině 10,7 km/h 825 11 po rovině 11,2 km/h 863 11,5 po rovině 12 km/h 938 12,5 po rovině 12,8 km/h 1013 13,5 po rovině 13,8 km/h 1050 14 po rovině 14,4 km/h 1125 15 po rovině 16 km/h 1200 16 po rovině 17,4 km/h 1350 18 v terénu orientační na místě do schodů

Dotazníky energetického výdeje

Krokoměry (pedometry)

Akcelerometry 2D 3D

Odhad celkového výdeje energie pomocí akcelerometrů a gyroskopů při různých polohách smartphonu Sara Saeedi and Naser El-Sheimy. Activity Recognition Using Fusion of Low-Cost Sensors on a Smartphone for Mobile Navigation Application. Micromachines 2015, 6(8), 1100-1134; doi:10.3390/mi6081100

Odhad celkového výdeje energie pomocí akcelerometru ve smartphonu kalibrace pro různé polohy senzorů Sara Saeedi and Naser El-Sheimy. Activity Recognition Using Fusion of Low-Cost Sensors on a Smartphone for Mobile Navigation Application. Micromachines 2015, 6(8), 1100-1134; doi:10.3390/mi6081100

GPS monitoring (Global Positioning System) Global Positioning System (GPS) GPS monitoring (Global Positioning System) v mobilové aplikaci

- tj. při 25% účinnosti práce Výpočet výdeje energie z vykonané práce na bicyklovém nebo veslařském ergometru E [j] = { P(W) * t(s) } * 4 - tj. při 25% účinnosti práce

ODHAD VÝDEJE ENERGIE (EE) Z MĚŘENÉ SRDEČNÍ FREKVENCE (HR) založený na zjištění příjmu kyslíku (VO2) extrapolací z jeho lineárního vztahu k srdeční frekvenci (v intervalu HR 90-150 t/min) výpočtu výdeje energie podle vypočteného příjmu kyslíku 𝐸𝐸 = 𝑉𝑂2∙𝐸𝐸𝑞𝑂2, kde 𝐸𝐸𝑞𝑂2 je energetický ekvivalent pro kyslík (~ 20) HR je monitorována sporttesterem. http://kolo.cz/clanek/jezdim-na-kole-potrebuji-sporttester-a-jaky/kategorie/rady-doplnky http://cursoenarm.net/UPTODATE/contents/mobipreview.htm?8/39/8821 Výpočet výdeje E podle HR Dugas L. et al. Prediction of energy expenditure from heart rate monitoring during submaximal exercise. Journal of Sports Sciences, 2005, 23(3): 289-97. EE = -59.3954 + gender x (-36.3781 + 0.271 x age + 0.394 x weight + 0.404 (gender male = 1; gender female – 0) Kalkulátor výdeje energie http://www.shapesense.com/fitness-exercise/calculators/heart-rate-based-calorie-burn-calculator.shtm

Odhad výdeje E podle HR Schrack JA, Zipunnikov V, Goldsmith J, Bandeen-Roche K, Crainiceanu CM, Ferrucci L (2014) Estimating Energy Expenditure from Heart Rate in Older Adults: A Case for Calibration. PLoS ONE9(4): e93520.

Intenzita zatížení krevního oběhu (srdce) Vyjádření intenzity zatížení organizmu 2/2 Intenzita zatížení krevního oběhu (srdce) a) SF minutová srdeční frekvence [tepy/min] HR – heart rate, fH – frequency of heart [bpm] b) %SFmax % maximální srdeční frekvence [%] HRmax – maximal heart rate = (SFzátěž / SFmax) • 100 c) %MSR % maximální srdeční rezervy [%] = {(SFzátěž - SFklid ) / MSR} • 100 MSR = SFmax - SFklid; HRR – heart rate reserve respektuje individuální SFklid Příklad SFmax= 200; SFklid= 50; SFzátěž= 160 %SFmax = (160/200) • 100 = 80 % %MSR = {(160-50)/(200-50)} • 100 = 73,3 % SFmax 200 SFzátěž160 SFklid 50 „0“

Kombinované senzory SenseWear Pro3 Armband http://www.microstarins.com/pro_sensePro3.htm

NEPŘÍMÁ KALORIMETRIE Energetické nároky na svalovou práci lze odhadnout z příjmu kyslíku a vyjádřit ji (za převážně aerobních podmínek v rovnovážném stavu !) ve “spotřebované” energii (J) – tj. „nepřímá energometrie“ E (kJ) ~ VO2 (l) * EEqO2 Př: E = 1,5 (l) * 20,5 = 30,8 kJ EEqO2 kolísá mezi 19,8 a 21,2 podle intenzity zátěže (Silbernagl, despopoulos, 2004)

Spiroergometrie: VE, VO2, VCO2, RER, %O2, ... Nepřímá kalorimetrie Spiroergometrie: VE, VO2, VCO2, RER, %O2, ... VIDEO: Oxycon Mobile (https://www.youtube.com/watch?v=JJ7kBxro_L0)

Intenzita zatížení aerobního metabolizmu Vyjádení intenzity zatížení organizmu Intenzita zatížení aerobního metabolizmu a) VO2 - minutový příjem kyslíku [l/min] b) % VO2max - % maximálního příjmu kyslíku [%] = {(VO2zátěž - VO2klid) / (VO2max - VO2klid)} • 100 c) METs - „mety“ = násobky klidové spotřeby energie při vědomí vsedě (MET = metabolic energy turnover; metabolic multiple) 1 MET ≈ 75 J • min-1 • kg-1 (při VO2 3,5 ml•min-1•kg-1) Příklad VO2zátěž= 1,65 l; VO2klid= 0,28 l; VO2max= 3,50 l %VO2max = {(1,65 – 0,28) / (3,50 – 0,28)} • 100 = 51,3% METs = (1,65/0,28) • 100 = 5,89 VO2max 3,50 VO2zátěž 1,65 VO2klid 0,28 „0“

Hodnocení ekonomiky vytrvalostního běhu (Jones, 2007) VO2 při rychlosti 16 km/h a sklonu 1% [ml.kg-1.min-1] 44-47 – výborný 47-50 – velmi dobrý 50-54 – průměrný 55-58 – slabý VO2 [ml.kg-1.km-1] v přepočtu na 1 kg hmotnosti a 1 km/h rychlosti [(ml.kg-1.min-1)/(km.h-1/60)] 170-180 – výborný 180-190 – velmi dobrý 190-200 – nadprůměrný 200-210 – podprůměrný 210-220 - slabý

„Ekonomika běhu“ 12 km/h při dopadu na patu a na přední předonoží Pospíchal a Novotný, 2016 p < 0,05 n = 16 p < 0,05 n = 12 p < 0,05 n = 16 p < 0,05 n = 12

„Ekonomika běhu“ na různých površích Chovancová, Kalina, Novotný, 2012 ẋ±s

Přímá energometrie (Wilmore et al., 2004) VIDEO: Fuji human calorimeter (https://www.youtube.com/watch?v=68HXLBfn5zs)

Jennie Dusheck. Fitness trackers accurately measure heart rate but not calories burned, Stanford study shows. Scope, 2017) Jakou chybu dělají účastníci na obrázku, pakliže chtějí zjistit výdej energie cestou nepřímé energometrie?

Odhad podílů energetické náročnosti gravitace a odporu vzduchu při různých rychlostech jízdy na kole 10%: 10m výšky na 100 m délky v půdorysu http://bicycles.stackexchange.com/questions/10326/why-is-it-easier-to-follow-a-cyclist-up-hill

Šetření energie silničního cyklisty v závětří James Hagberg, 1990 In: Tomas Swift-Metcalfe, 2013; https://www.swiftmomentumsports.com/trainingblog/economy-of-effort/ Výkon cyklisty na čele a v „háku“ Trenchard, 2013 http://lessonsfromthepeloton.blogspot.cz/2013_04_01_archive.html