.: ORİJİNAL ARAŞTIRMA
Measurement of Exchanging Oxygen and Carbon Dioxide and Subsequent Use of Respiratory Exchange Ratio During Exercise do not Mimic Macronutrient Contribution to Overall Energy Expenditure: Cross-Sectional Study
Egzersiz Esnasındaki Oksijen-Karbondioksit Değişiminin ve Solunum Değişim Oranının Ölçülmesi Makro-Besin Ögelerinin Toplam Enerji Tüketimine Katkısını Yansıtmamaktadır: Kesitsel Çalışma
Turkiye Klinikleri J Sports Sci. 2021;13(3):452-60
doi: 10.5336/sportsci.2021-82019
Makale Dili: EN
Tam Metin
ABSTRACT
Objective: Physical exercise and neuromuscular characteristics are essential modulators of total energy expenditure (TEE), and oxygen and carbon dioxide gas exchange measurements and subsequent use of the respiratory exchange ratio do not fully mirror macronutrient contribution to TEE. The rationales of the study were to compare oxidative, anaerobic glycolytic, excess post-exercise oxygen consumption (EPOC), and TEE between equivalent bouts of uphill treadmill running and non-steady-state cycling using an alternative method, and to determine the relative contribution of lower extremity muscles on TEE. Material and Methods: Twenty male participants completed cardiorespiratory and isokinetic measurements over a one-week interval. Anaerobic energy expenditure was estimated from blood lactate. Results: Perceived exertion for cycling was greater than running (p=0.005). However, respiratory exchange ratio (p=0.005), heart rate (p=0.005), EPOC (p=0.001), oxidative energy expenditure (p=0.001) and TEE (p=0.001) were greater for uphill running compared to cycling. Conclusion: Due to the variations in the metabolic components, i.e., oxidative, EPOC, total energy expenditure calculated using the equations to equate work output between non-steady cycling and uphill running revealed discrepancies. Additionally, this study also revealed that compared to knee extensor and flexor muscles, hip muscles had a greater contribution to overall energy expenditure during cycling and uphill treadmill running which also enabled the participants to generate less energy cost. Per the results of the current study, it would be more accurate to use the anaerobic glycolytic energy expenditure data rather than oxygen only measures in the assessment of energy expenditure between these equivalent exercise modalities.
Keywords: Energy expenditure; oxygen consumption; blood lactate; excess post-exercise oxygen consumption; training load
Objective: Physical exercise and neuromuscular characteristics are essential modulators of total energy expenditure (TEE), and oxygen and carbon dioxide gas exchange measurements and subsequent use of the respiratory exchange ratio do not fully mirror macronutrient contribution to TEE. The rationales of the study were to compare oxidative, anaerobic glycolytic, excess post-exercise oxygen consumption (EPOC), and TEE between equivalent bouts of uphill treadmill running and non-steady-state cycling using an alternative method, and to determine the relative contribution of lower extremity muscles on TEE. Material and Methods: Twenty male participants completed cardiorespiratory and isokinetic measurements over a one-week interval. Anaerobic energy expenditure was estimated from blood lactate. Results: Perceived exertion for cycling was greater than running (p=0.005). However, respiratory exchange ratio (p=0.005), heart rate (p=0.005), EPOC (p=0.001), oxidative energy expenditure (p=0.001) and TEE (p=0.001) were greater for uphill running compared to cycling. Conclusion: Due to the variations in the metabolic components, i.e., oxidative, EPOC, total energy expenditure calculated using the equations to equate work output between non-steady cycling and uphill running revealed discrepancies. Additionally, this study also revealed that compared to knee extensor and flexor muscles, hip muscles had a greater contribution to overall energy expenditure during cycling and uphill treadmill running which also enabled the participants to generate less energy cost. Per the results of the current study, it would be more accurate to use the anaerobic glycolytic energy expenditure data rather than oxygen only measures in the assessment of energy expenditure between these equivalent exercise modalities.
Keywords: Energy expenditure; oxygen consumption; blood lactate; excess post-exercise oxygen consumption; training load
ÖZET
Amaç: Fiziksel egzersiz ve nöromusküler özellikler, toplam enerji tüketiminin (TET) temel modülatörleridir ve oksijen-karbondioksit değişiminin ölçülmesi ve ardından belirlenen solunum değişim oranının kullanılması, makro besinlerin TET'e olan katkısını tam olarak yansıtmamaktadır. Bu çalışmanın amacı, iş yükleri eşitleştirilmiş, hızı ve eğimi kademeli olarak artış gösteren bir koşu bandı ve bisiklet test protokolü esnasında oluşan oksidatif, anaerobik glikolitik, egzersiz sonrası artan oksijen tüketimi [excess post-exercise oxygen consumption (EPOC)] ve TET değerlerinin alternatif bir yöntem kullanarak karşılaştırılması ve alt ekstremite kaslarının TET'e olan katkısını belirlemektir. Gereç ve Yöntemler: Yirmi erkek katılımcı birer hafta arayla kardiyorespiratuar ve izokinetik ölçümlere tabi tutuldu. Anaerobik enerji harcaması kan laktatı ölçümüyle belirlendi. Bulgular: Bisiklet testi esnasındaki algılanan zorluk derecesi düzeyi, koşu protokolüne göre daha yüksek bulundu (p=0,005). Ancak koşu protokolü esnasındaki solunum değişim oranı (p=0,005), kalp atış hızı (p=0,005), EPOC (p=0,001), oksidatif enerji tüketimi (p=0,001) ve TET (p=0,001) yokuş bisiklet testine göre daha yüksek bulundu. Sonuç: Metabolik bileşenlerdeki varyasyonlar, yani oksidatif, EPOC, sabit olmayan döngü ve yokuş yukarı koşu arasındaki iş çıktısını eşitlemek için denklemler kullanılarak hesaplanan toplam enerji harcaması tutarsızlıkları ortaya çıkardı. Ek olarak bu çalışma, ayrıca diz ekstansör ve fleksör kaslarıyla karşılaştırıldığında, kalça kaslarının bisiklet ve eğimli koşu bandı testi sırasında toplam enerji harcamasına daha fazla katkı sağladığını ve bunun da katılımcıların daha az enerji maliyeti üretmesini sağladığını ortaya koydu. Mevcut çalışmanın sonuçlarına göre bu eş değer egzersiz modaliteleri arasındaki enerji harcamasının değerlendirilmesinde, sadece oksijen ölçümlerinden ziyade anaerobik glikolitik enerji harcama verilerinin kullanılması daha doğru olacaktır.
Anahtar Kelimeler: Enerji harcaması; oksijen tüketimi; kan laktat; egzersiz sonrası artan oksijen tüketimi; egzersiz şiddeti
Amaç: Fiziksel egzersiz ve nöromusküler özellikler, toplam enerji tüketiminin (TET) temel modülatörleridir ve oksijen-karbondioksit değişiminin ölçülmesi ve ardından belirlenen solunum değişim oranının kullanılması, makro besinlerin TET'e olan katkısını tam olarak yansıtmamaktadır. Bu çalışmanın amacı, iş yükleri eşitleştirilmiş, hızı ve eğimi kademeli olarak artış gösteren bir koşu bandı ve bisiklet test protokolü esnasında oluşan oksidatif, anaerobik glikolitik, egzersiz sonrası artan oksijen tüketimi [excess post-exercise oxygen consumption (EPOC)] ve TET değerlerinin alternatif bir yöntem kullanarak karşılaştırılması ve alt ekstremite kaslarının TET'e olan katkısını belirlemektir. Gereç ve Yöntemler: Yirmi erkek katılımcı birer hafta arayla kardiyorespiratuar ve izokinetik ölçümlere tabi tutuldu. Anaerobik enerji harcaması kan laktatı ölçümüyle belirlendi. Bulgular: Bisiklet testi esnasındaki algılanan zorluk derecesi düzeyi, koşu protokolüne göre daha yüksek bulundu (p=0,005). Ancak koşu protokolü esnasındaki solunum değişim oranı (p=0,005), kalp atış hızı (p=0,005), EPOC (p=0,001), oksidatif enerji tüketimi (p=0,001) ve TET (p=0,001) yokuş bisiklet testine göre daha yüksek bulundu. Sonuç: Metabolik bileşenlerdeki varyasyonlar, yani oksidatif, EPOC, sabit olmayan döngü ve yokuş yukarı koşu arasındaki iş çıktısını eşitlemek için denklemler kullanılarak hesaplanan toplam enerji harcaması tutarsızlıkları ortaya çıkardı. Ek olarak bu çalışma, ayrıca diz ekstansör ve fleksör kaslarıyla karşılaştırıldığında, kalça kaslarının bisiklet ve eğimli koşu bandı testi sırasında toplam enerji harcamasına daha fazla katkı sağladığını ve bunun da katılımcıların daha az enerji maliyeti üretmesini sağladığını ortaya koydu. Mevcut çalışmanın sonuçlarına göre bu eş değer egzersiz modaliteleri arasındaki enerji harcamasının değerlendirilmesinde, sadece oksijen ölçümlerinden ziyade anaerobik glikolitik enerji harcama verilerinin kullanılması daha doğru olacaktır.
Anahtar Kelimeler: Enerji harcaması; oksijen tüketimi; kan laktat; egzersiz sonrası artan oksijen tüketimi; egzersiz şiddeti
REFERANSLAR:
- Foureaux G, Kelerson Pinto MdC, Dâmaso A. Efecto del consumo excesivo de oxigeno después del ejercicio y de la tasa matabolica de reposo en el desgaste energético [Effects of excess post-exercise oxygen consumption and resting metabolic rate in energetic cost]. Rev Br Med Esporte. 2006;12:6. [Link]
- Rennie KL, Hennings SJ, Mitchell J, Wareham NJ. Estimating energy expenditure by heart-rate monitoring without individual calibration. Med Sci Sports Exerc. 2001;33(6):939-45. [Crossref] [PubMed]
- Scott C. Misconceptions about aerobic and anaerobic energy expenditure. J Int Soc Sports Nutr. 2005;9;2(2):32-7. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Umutlu G, Erdoğan AT. Nöromüsküler performas değerlendirmesine farklı bir bakış: yorgunluğun Hamstring:Quadriceps oranı üzerine etkisi [A different insight into neuromuscular performance evaluation: the influence of fatigue in Hamstrings:Quadriceps ratio]. Spor Bilimleri Dergisi. 2021;31(4):152-62. [Crossref]
- Millet GP, Vleck VE, Bentley DJ. Physiological differences between cycling and running: lessons from triathletes. Sports Med. 2009; 39(3):179-206. [Crossref] [PubMed]
- Lamont LS, Romito R, Rossi K. Fat-free mass and gender influences the rapid-phase excess postexercise oxygen consumption. Appl Physiol Nutr Metab. 2010;35(1):23-6. [Crossref] [PubMed]
- Scott CB, Littlefield ND, Chason JD, Bunker MP, Asselin EM. Differences in oxygen uptake but equivalent energy expenditure between a brief bout of cycling and running. Nutr Metab (Lond). 2006;3;3:1. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Phelain JF, Reinke E, Harris MA, Melby CL. Postexercise energy expenditure and substrate oxidation in young women resulting from exercise bouts of different intensity. J Am Coll Nutr. 1997;16(2):140-6. [Crossref] [PubMed]
- Medbø JI, Toska K. Lactate release, concentration in blood, and apparent distribution volume after intense bicycling. Jpn J Physiol. 2001;51(3):303-12. [Crossref] [PubMed]
- Kawabata Y, Senda M, Oka T, Yagata Y, Takahara Y, Nagashima H, et al. Measurement of fatigue in knee flexor and extensor muscles. Acta Med Okayama. 2000;54(2):85-90. [PubMed]
- Costill DL. Section 1: Nutrition: The base for human performance. In: McArdle W, Katch F, Katch V, eds. Exercise Physiology, Nutrition, Energy and Human Performance. 7th ed. Baltimore: Lippincott Williams & Wilkins; 2010. p.68-72. [Link]
- Haddock BL, Wilkin LD. Resistance training volume and post exercise energy expenditure. Int J Sports Med. 2006;27(2):143-8. [Crossref] [PubMed]
- di Prampero PE, Ferretti G. The energetics of anaerobic muscle metabolism: a reappraisal of older and recent concepts. Respir Physiol. 1999;1;118(2-3):103-15. [Crossref] [PubMed]
- Børsheim E, Bahr R. Effect of exercise intensity, duration and mode on post-exercise oxygen consumption. Sports Med. 2003; 33(14): 1037-60. [Crossref] [PubMed]
- Scott CB, Kemp RB. Direct and indirect calorimetry of lactate oxidation: implications for whole-body energy expenditure. J Sports Sci. 2005;23(1):15-9. [Crossref] [PubMed]
- Scott CB. Contribution of anaerobic energy expenditure to whole body thermogenesis. Nutr Metab (Lond). 2005;15;2(1):14. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Umutlu G, Demirci N, Erdoğan AT, Acar NE, Fidanci ŞB. Neuromuscular, hormonal and cardiovascular adaptations to eight-week HIIT and continuous aerobic training combined with neuromuscular electrical stimulation. J Sports Med Phys Fitness. 2020;60(4):510-9. [Crossref] [PubMed]
- Umutlu G, Erdoğan AT, Acar NE. Ön çapraz bağ ve medial menisküs yırtığının diz ekstansiyon ve fleksiyon izokinetik pik tork kuvvetine etkisi ve cybex test protokolü uygulaması: vaka takdimi [The effect of anterior cruciate ligament and medial meniscus rupture on knee extension and flexion isokinetic peak torque strength and cybex test protocol: case report]. CBU J Phys Edu Sport Sci. 2019;14(1):41-54. [Crossref]
- Umutlu G, Demirci N, Acar NE. Training-induced changes in muscle contraction patterns enhance exercise performance after short-term neuromuscular electrical stimulation. Isokinet Exerc Sci. 2020;28(4):339-50. [Crossref]
- Silva WA, de Lira CAB, Vancini RL, Andrade MS. Hip muscular strength balance is associated with running economy in recreationally-trained endurance runners. Peer J. 2018; 24;6:e5219. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Swanson SC, Caldwell GE. An integrated biomechanical analysis of high speed incline and level treadmill running. Med Sci Sports Exerc. 2000;32(6):1146-55. [Crossref] [PubMed]
- Erdoğan AT, Umutlu G, Acar NE. Evaluation of shoulder strength characteristics in overhead sports and range of motion related changes during isokinetic testing. Isokinetics Exerc Sci. 2019:27(1):1-9. [Crossref]
- Vernillo G, Schena F, Berardelli C, Rosa G, Galvani C, Maggioni M, et al. Anthropometric characteristics of top-class Kenyan marathon runners. J Sports Med Phys Fitness. 2013; 53(4):403-8. [PubMed]
.: İşlem Listesi