Εργοµετρήσεις και αξιολόγηση Φυσικής κατάστασης παιδιών και εφήβων ρ Παναγιώτης Β. Τσακλής ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Εργαστήριο Εµβιοµηχανικής & Εργονοµίας
Συστήµατα ενέργειας για την άσκηση
Το ανθρώπινο σώµα έχει δοµηθεί ώστε να κινείται µε πολλούς τρόπους : Γρήγορα και δυναµικά Με χάρη και συγχρονισµό Να αντέχει για πολλές ώρες και εξαρτάται από τις ικανότητές του να παράγει ενέργεια
παρατηρούµε πολλές αντιθέσεις.. Οι γρήγορες κινήσεις διαρκούν λίγα δευτερόλεπτα. περιορισµένη ταχύτητα, διαρκεί για αρκετά λεπτά περιορισµένη ένταση,(50%) (50%)- διαρκεί για αρκετές ώρες Το σώµα χρησιµοποιεί διαφορετικά ενεργειακά συστήµατα για την κάθε δραστηριότητα
Τα κύτταρα στο σώµα χρειάζονται ενέργεια για να λειτουργήσουν ΤΡΟΦΗ=ΕΝΕΡΓΕΙΑ (E)
Τα κύτταρα δεν παίρνουν ενέργεια άµεσα από την τροφή θα πρέπει να σπάσει σε ATP-AdensosineAdensosine TriPhosphate ATP = είναι µια µορφή ενέργειας για άµεση χρήση χρειάζεται στα κύτταρα για να λειτουργήσουν και στους µυς για να συσπαστούν
Τροφές που µας δίνουν ενέργεια: υδατάνθρακες λίπη Πρωτεϊνες δίαιτα Γλυκόζη Λιπαρά οξέα αµινοξέα Απορροφώνται στο αίµα & µεταφέρονται στα κύτταρα (µυς, ήπαρ & νεύρα) Χρησιµοποιούνται να παράγουν ATP, ή αποθηκεύονται...
Το ATP αποθηκεύεται σε µικρές ποσότητες και µέρος του αποθηκεύεται στα: Γλυκόζη = γλυκογόνο (µυς & ήπαρ) Λιπαρά οξέα = σωµατικό λίπος Αµινοξέα = για αύξηση, αναδόµηση, ή αποβάλλεται ως υπόλοιπο
Επικρατούντες µηχανισµοί απόδοσης της ενέργειας. ATP (2-3 seconds) ATP-CP Energy System (8-10 seconds) Anaerobic Energy System (2-3 minutes) Aerobic Energy System (3 minutes +)
0 sec 4 sec 10 sec 1.5 min 3 min + δύναµη ισχύς: άρση βαρών, σφαίρα, golf swing Παρατεταµένη ισχύς: sprints, fast breaks, football Αναερόβια ισχύς αντοχή: 200-400 m dash, 100 m swim Αερόβια ισχύς: πάνω από 800 m run άµεσα/βραχέα µη-οξειδωτικά συστήµατα αερόβια-οξειδωτικά συστήµατα
Ενεργειακό Σύστηµα / ATP-CP το ATP αποθηκεύεται στους µυς & ήπαρ για Γρήγορη Ενέργεια Νευρικά ερεθίσµατα, ενεργοποιούν τη διάσπαση του ATP σε ADP ADP = Adenosine Diphosphate & 1 Phosphate Το σπάσιµο του φωσφορικού δεσµού= ενέργεια για έργο
α. Adenosine Triphosphate (ATP) Το µόριο του ATP Adenosine P P P β. η διάσπαση του ATP: Adenosine P ενέργεια P Ενέργεια για κυτταρική λειτουργία P ATP = ADP + ενέργεια για βιολογικό έργο + P (ADP = Adenosine Diphosphate)
Για παρατεταµένες συστολές το ATP θα πρέπει να ΑΝΑ ΟΜΗΘΕΙ Αυτό γίνεται από το διαχωρισµό της ΦωσφοΚρεατίνης, CP (Creatine Phosphate µία πηγή υψηλής ενέργειας, αυτόµατα) Όταν χρησιµοποιείται το ATP ανασυντίθεται καθ όσον υπάρχει CP Η ενέργεια που απελευθερώνεται από τη διάσπαση της CP, επανασυνδέει το ADP & P..
ΘΥΜΗΘΕΙΤΕ!! µόνο µικρές ποσότητες ATP αποθηκεύονται = µόνο για 2-3 sec. ενέργειας ATP-CP = 8-10 sec Ενέργειας.. η χρησιµότητα δεν βασίζεται στην ΠΟΣΟΤΗΤΑ ενέργειας, αλλά στη δυνατότητα για ΓΡΗΓΟΡΕΣ & ΥΝΑΜΙΚΕΣ κινήσεις Για µεγαλύτερες περιόδους έργου = θα πρέπει να αξιοποιηθούν τα συστήµατα Αερόβιας & Αναερόβιας ενέργειας
Η άµεση ανασύνθεση του ATP από την CP α. Creatine Phosphate (CP) Creatine εσµός υψηλης ενέργειας P β. CP = Creatine + ενέργεια για ανασύνθεση του ATP + P Creatine P ενέργεια γ. ADP + ενέργεια από CP + P = ATP) Adenosine P P P
Σύστηµα αναερόβιας ενέργειας Απουσία Οξυγόνου = δραστηριότητες που απαιτούν µεγάλη δαπάνη ενέργειας σε µικρή χρονική περίοδο Αναερόβια Γλυκόλυση = Παραγωγή του ATP από υδατάνθρακες, δίχως οξυγόνο (διάσπαση της γλυκόζης)
Όσο το Γλυκογόνο αποθηκεύεται στους µυς και το ήπαρ, είναι διαθέσιµο άµεσα Αυτό το σύστηµα παρέχει ATP, όταν το ATP-CP τελειώνει ενώ πάλι το ATP-CP διαρκεί για λίγα δευτερόλεπτα, το σύστηµα αναερόβιας ενέργειας επιτρέπει 2-3 λεπτά έργου
1. Η διαδικασία παραγωγής του ATP, δεν είναι τόσο γρήγορη όσο του συστήµατος ATP-CP, και κάνει πιο αργή τη µυϊκή συστολή 2. Όταν δεν υπάρχει Οξυγόνο παρόν, το τελικό προϊόν της γλυκόλυσης είναι το Γαλακτικό Οξύ (lactic acid), το οποίο προκαλεί τη µυϊκή κόπωση 3. Η αναερόβια γλυκόλυση, είναι λιγότερο αποτελεσµατική στο να παράγει ATP, από την αερόβια γλυκόλυση, αλλά χρειάζεται για υψηλή ενεργοποίηση ολίγων λεπτών
Ενεργειακή Απόδοση απουσία οξυγόνου.. Γλυκόζη = 2ATP + 2LA (προερχόµενη από δίαιτα υδατανθράκων) Γλυκόζη = 3ATP + 2LA (από τις αποθήκες γλυκογόνου)
Με οξυγόνο Γλυκόζη + O2 O = 36ATP + H2O + CO2 Λιπαρά οξέα + O2 O = 129ATP Το σωµατικό λίπος είναι η µεγαλύτερη πηγή ενέργειας.
Χρέος Οξυγόνου = το σώµα δεν µπορεί να τροφοδοτήσει µε αρκετό O2 τους µυς. όταν αυτοί δεν πάρουν αρκετό οξυγόνο, επέρχεται κόπωση, προκαλώντας άµεση και ακούσια ελάττωση της έντασης
Σύστηµα αερόβιας ενέργειας Παρουσία οξυγόνου = χρήση από µεγάλες µυϊκές οµάδες παρατεταµένα Αερόβια γλυκόλυση & Οξείδωση των λιπαρών οξέων = η παραγωγή του ATP από υδατάνθρακες & λίπος
1. O2 εισέρχεται στο σύστηµα, σταµατά τη διάσπαση του γλυκογόνου σε γαλακτικό οξύ 2. Με οξυγόνο, το γλυκογόνο σπάει σε : ATP + CO2 + H20 3. Αυτά τα παράγωγα, είναι ευκολότερο να αποβληθούν το CO2 από τους πνεύµονες το H20 χρησιµοποιείται στους µυς Σύστηµα αναερόβιας ενέργειας = οι υδατάνθρακες είναι η µόνη πηγή καυσίµου Με παρατεταµένη άσκηση, οι υδατάνθρακες είναι η πρώτη εκλογή καυσίµου, καθώς η άσκηση συνεχίζει, το λίπος αναλαµβάνει Η πρωτεϊνη δε είναι κύρια πηγή καυσίµου, εκτός εάν υπάρχει ανάγκη
Κάθε σύστηµα παίζει σηµαντικό ρόλο στην παραγωγή ενέργειας.. Αυτό µας δίνει µία ποικιλία κινήσεων.. Τα συστήµατα αλληλεπιδρούν για να παράσχουν ενέργεια για τη δραστηριότητα..
Στοιχεία & οκιµασίες αερόβιας Ικανότητας ρ Παναγιώτης Β. Τσακλής Καθηγητής Εµβιοµηχανικής
Αερόβια άσκηση Λέγοντας αερόβια προπόνηση εννοούµε οποιαδήποτε δραστηριότητα διαρκεί περισσότερο από 45'. Η µεγάλη διάρκεια της αερόβιας προσπάθειας έχει συνήθως ήπια ένταση. Ένα πρόγραµµα αερόβιας προπόνησης αποτελείται από µορφές άσκησης που ενεργοποιούν το καρδιαγγειακό σύστηµα. Εκτελώντας λοιπόν την άσκηση τουλάχιστον 30 λεπτά µε µια µέτρια ένταση η θερµιδική απώλεια µπορεί εύκολα να φθάσει και τις 300 θερµίδες ανά προπόνηση
Ενεργειακή δαπάνη Πιο δύσκολοι τύποι αερόβιας άσκησης µε υψηλότερες εντάσεις µπορεί να καταναλώσουν µέχρι και 500 θερµίδες µέσα σε µια χρονική διάρκεια 30 λεπτών. =>Μετά από ένα πρόγραµµα αερόβιας δραστηριότητας ο βασικός µεταβολικός ρυθµός παραµένει σε υψηλά επίπεδα για περίπου 2-3 ώρες το συγκεκριµένο είδος άσκησης, δεν προσφέρει ιδιαίτερα µεγάλες καύσεις, έχει όµως ένα µεγάλο πλεονέκτηµα: Η αερόβια προπόνηση µε σταθερή ένταση προτείνεται κυρίως λόγω της υψηλής συµµετοχής των λιπαρών οξέων στην παραγωγή ενέργειας.
Ένταση της άσκησης Όταν το επίπεδο έντασης βρίσκεται µεταξύ 50% και 60% της µέγιστης καρδιακής συχνότητας, η παραγωγή ενέργειας προέρχεται κυρίως από την αποδόµηση του λίπους. Στην πραγµατικότητα όσο µειώνεται το επίπεδο έντασης και αυξάνεται η διάρκεια της άσκησης, η συµµετοχή του λίπους στη παραγωγή ενέργειας αυξάνεται
αερόβια ικανότητα η αερόβια ισχύς, η µέγιστη πρόσληψη οξυγόνου και η µέγιστη κατανάλωση οξυγόνου (VO2 max), αποτελούν συνώνυµους όρους οι οποίοι χρησιµοποιούνται εναλλακτικά για να προσδιορίσουν την καρδιοαναπνευστική ικανότητα και την εν γένει λειτουργική ικανότητα του οργανισµού
αερόβια ικανότητα Η αερόβια ικανότητα, αντιπροσωπεύει την ικανότητα πρόσληψης, µεταφοράς και κατανάλωσης οξυγόνου στη µονάδα του χρόνου Όσο µεγαλύτερη είναι η αερόβια ικανότητα, τόσο µεγαλύτερη είναι η ικανότητα παραγωγής έργου (ενέργειας) ενός ατόµου Η αερόβια ικανότητα, βασίζεται στο µεγαλύτερο της µέρος στην αρµονική συνεργασία του αναπνευστικού, του καρδιαγγειακού και του µυϊκού συστήµατος
Χρησιµότητα της αξιολόγησης της αερόβιας ικανότητας.το ποσό του Ο2 που χρησιµοποιείται κατά τη διάρκεια µιας µέγιστης δοκιµασίας, µπορεί να θεωρηθεί ως έµµεσος δείκτης της ενέργειας την οποία παράγει ο οργανισµός µε αερόβιες διαδικασίες
Ο περιοδικός έλεγχος της αερόβιας ικανότητας βοηθά στον καθορισµό των παρακάτω. Της ικανότητας του οργανισµού να παράγει ενέργεια αερόβια. Της λειτουργικής κατάστασης του καρδιοαναπνευστικού συστήµατος. Του επιπέδου απόδοσης του αθλητή σε µια δεδοµένη στιγµή. Της καταλληλότητας ενός αθλητή για συµµετοχή σε ένα συγκεκριµένο τύπο αθλήµατος. Της έµφασης που θα πρέπει να δοθεί στην αερόβια προπόνηση. Του τύπου της αερόβιας προπόνησης που θα πρέπει να εφαρµοστεί (πχ:συνεχούς ή διαλειµµατικής µορφής). Της επίδρασης που έχει ένα προπονητικό πρόγραµµα στη πρόοδο του αθλητή. Της τακτικής συµπεριφοράς του αθλητή στο άθληµα ή αγώνισµα το οποίο συµµετέχει (πχ στο ποδόσφαιρο για την κάλυψη των θέσεων του κέντρου επιλέγονται αθλητές µε υψηλά επίπεδα αερόβιας ικανότητας).
Προσδιορισµός της Μέγιστης Πρόσληψης Ο2
η VΟ2max αποτελεί το µέγιστο όγκο του Ο2 το οποίο καταναλώνει ο οργανισµός στη µονάδα του χρόνου
Μέθοδοι προσδιορισµού της VΟ2 max
Τρόποι Προσδιορισµού της VΟ2 max Η VΟ2 max αξιολογείται µε άµεσες και έµµεσες διαδικασίες προσδιορισµού. Η διαφορά µεταξύ αµέσων και εµµέσων διαδικασιών αξιολόγησης της καρδιοαναπνευστικής ικανότητας, αναφέρεται στο ότι οι πρώτες την καθορίζουν µε σχετική ακρίβεια, ενώ οι δεύτερες προβλέπουν τη VΟ2 max µέσω εξισώσεων παλινδρόµησης
Έµµεσος προσδιορισµός της VΟ2 max οκιµασίες υποµέγιστης έντασης: Κυλοεργοµετρική οκιµασία Astrand-Ryhming
Υπολογισµός παραγόµενου έργου στο µηχανικό εργοποδήλατο Μια ολόκληρη περιστροφή των πεντάλ σε ένα µηχανικό εργαποδήλατο Monark, µετακινεί τη µεταλλική ρόδα κατά 6m. Όταν τοποθετηθεί ως αντίσταση 1kp (1kg), τότε κάθε περιστροφή συντελεί σε παραγωγή 1kp x 6m * rpm-¹ = 6kpm µηχανικού έργου (ισχύος). Αν η συχνότητα περιστροφών καθορισθεί στις 50 rpm µε αντίσταση 1kp τότε:
YMCA Submaximal Cycle Test δοκιµασία πολλαπλών σταδίων, της οποίας αντικειµενικός σκοπός είναι να επέλθει σταθεροποίηση της ΚΣ µέσα στο εύρος των 110 150 b/min (γραµµική σχέση µεταξύ ΚΣ και επιβάρυνσης) σε δύο διαδοχικά στάδια
1 ο στάδιο 1,0 kg 2 ο στάδιο 3,0 kg 2,5 kg 2,0 kg 3 ο στάδιο 4,5 kg 3,5 kg 4,0 kg 3,0 kg 3,5 kg 2,5 kg 4,0 kg 3,5 kg 3,0 kg
Στοιχεία & οκιµασίες Αναερόβιας Ικανότητας ρ Παναγιώτης Β. Τσακλής Καθηγητής Εµβιοµηχανικής
Αναερόβια ικανότητα Ο όρος αναερόβια ικανότητα χρησιµοποιείται για να περιγράψει το σύνολο της ενέργειας (ΑΤΡ) που παρέχεται από την PCr και τους υδατάνθρακες οι οποίοι βρίσκονται αποθηκευµένοι µε τη µορφή γλυκογόνου στους µύς. Φυσιολογικά η αναερόβια ικανότητα άµεσα επηρεάζεται από την ηλικία (πτώση 6% κάθε χρόνο µετά το 20 ο έτος), ενώ έµµεσα επηρεάζεται από την µυϊκή µάζα, τον τύπο των µυϊκών ινών, τα ενεργειακά αποθέµατα του µεταβολισµού και την ανοχή του κάθε ατόµου
αγαλακτική ικανότητα Το σύνολο του ΑΤΡ που συντίθεται µέσω της ΡCr, µαζί µε τις ενεργειακές αποθήκες του ΑΤΡ κατά την έναρξη έντονης άσκησης, χαρακτηρίζει την ικανότητα που ονοµάζεται αγαλακτική. O µέγιστος ρυθµός παραγωγής ΑΤΡ από την PCr φτάνει τα 8,6 mmol κατά χιλιόγραµµο ξηρού µυός κάθε δευτερόλεπτο ενώ από την αναερόβια γλυκόλυση µπορεί να παράγονται 5,2 mmol το δευτερόλεπτο
0 ρυθµός της αναερόβιας γλυκόλυσης είναι σχεδόν διπλάσιος στις µυϊκές ίνες ταχείας συστολής συγκριτικά µε τις µυϊκές ίνες βραδείας συστολής Η αναερόβια δραστηριότητα έχει πολύ µικρή διάρκεια και πολύ υψηλή ένταση. Με την αναερόβια προπόνηση θα καταναλωθούν οι µισές περίπου θερµίδες σε σχέση µε την αερόβια. Ο κύριος λόγος γι αυτό είναι ότι κατά τη διάρκεια της, η καρδιά και οι µύες βρίσκονται σε συνεχή λειτουργία. Σε µια προπόνηση 30 λεπτών µυϊκής ενδυνάµωσης, µε τα διαλείµµατα ανάµεσα στα σετ και ανάµεσα στην άσκηση διαφορετικής µυϊκής οµάδας, ο πραγµατικός χρόνος άσκησης είναι µόνο 10 λεπτά
Ασκήσεις δύναµης Μετά από προπόνηση µε αντιστάσεις ο βασικός µεταβολικός ρυθµός µπορεί να αυξηθεί δεδοµένου ότι χτίζονται περισσότεροι µύες. Ο µυς είναι πιο ενεργός µεταβολικά σε σύγκριση µε το λίπος, έτσι τα άτοµα µε περισσότερο αναπτυγµένη µυϊκή µάζα, συνήθως έχουν υψηλότερο µεταβολικό ρυθµό. Η αύξηση της µυϊκής µάζας βοηθά έµµεσα στην καύση του σωµατικού λίπους, κυρίως µέσω της αύξησης του βασικού µεταβολισµού. (Είναι γνωστό ότι η αύξηση του µυϊκού ιστού κατά 100 γραµµάρια οδηγεί σε αύξηση του βασικού µεταβολισµού, που αντιστοιχεί σε 25 θερµίδες ανά ηµέρα)
Μυϊκή δύναµη Η µυϊκή δύναµη, είναι η ικανότητα του ανθρώπου να υπερνικά ή να αντιστέκεται το βάρος του σώµατός του και σε εξωτερικές αντιστάσεις µε την ενέργεια των µυών του, αποτελεί ένα από τα βασικά συστατικά της φυσικής κατάστασης ιακρίνουµε τρεις µορφές δύναµης, τη µέγιστη δύναµη, την ισχύ - ταχυδύναµη, και την αντοχή στη δύναµη
Είδη δύναµης Μέγιστη δύναµη: το µεγαλύτερο µέγεθος δύναµης που µπορεί να αναπτυχθεί σε µια εκούσια συστολή. Αντοχή στη δύναµη: η ικανότητα εκτέλεσης µυϊκών συσπάσεων για παρατεταµένο χρονικό διάστηµα µε ένα υψηλό ποσοστό δύναµης. Μυϊκή ισχύς- ταχυδύναµη: Στη Φυσική, ισχύς είναι ο ρυθµός παραγωγής έργου (Ρ =W/t) ή το γινόµενο της δύναµης επί την ταχύτητα (Ρ = F x V ). Εάν Θα Θέλαµε να δώσουµε ένα πιο αθλητικό ορισµό, θα µπορούσαµε να πούµε ότι µυϊκή ισχύς είναι η ικανότητα ανάπτυξης της µεγαλύτερης τιµής δύναµης στο µικρότερο χρονικό διάστηµα ή η ικανότητα µετακίνησης ενός φορτίου µε τη µεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα
οκιµασίες αναερόβιας ικανότητας Οι δοκιµασίες χωρίζονται σε: σε: α) µέγιστης έντασης β) σταθερού φορτίου µε άσκηση µέχρις εξάντλησης ως προς την διάρκεια: διάρκεια: α) 11-5 sec όταν αξιολογείται η ικανότητα παραγωγής αναερόβιας ισχύος β) 1515-90 sec όταν η δοκιµασία αξιολογεί την ικανότητα παραγωγής αναερόβιου έργου
Συγκρίνοντας τα δυο είδη δραστηριότητας παρατηρούµε, ότι, ενώ η αερόβια άσκηση έχει µεγαλύτερη κατανάλωση θερµίδων κατά τη διάρκεια της προσπάθειας, έχει µικρότερη συνολική δαπάνη O λόγος δεν είναι άλλος από τη µικρότερη µεταβολική λειτουργία. Οι άνθρωποι που γυµνάζονται κυρίως µε αντιστάσεις έχουν µεγαλύτερες συνολικές καύσεις, αφού τα οφέλη της άσκησης δεν σταµατούν µετά το τέλος της προπόνησης