Lewis G. Halsey

1 Departamentul de Științe ale Vieții, Universitatea din Roehampton, Londra, Regatul Unit,

urcare

David A. R. Watkins

1 Departamentul de Științe ale Vieții, Universitatea din Roehampton, Londra, Regatul Unit,

Brendan M. Duggan

2 Royal (Dick) School of Veterinary Studies, Universitatea din Edinburgh, Edinburgh, Regatul Unit,

Conceput și proiectat experimentele: LH DW. A efectuat experimentele: LH DW. Analiza datelor: LH DW BD. Reactivi/materiale/instrumente de analiză contribuite: LH. Am scris lucrarea: LH DW BD.

Abstract

Introducere

Problema în creștere a obezității în țările dezvoltate [1] se poate datora parțial lipsei de oportunități pentru oameni de a face exerciții fizice intense în viața lor de zi cu zi. Motivele includ restricții privind timpul sau banii sau lipsa facilităților adecvate [2]. Scările oferă o oportunitate omniprezentă și rentabilă de a încorpora exercițiul fizic în rutina zilnică. Se cunoaște că desfășurarea periodică a unor exerciții fizice solicitante este benefică pentru sănătatea generală [3]. Într-adevăr, s-a demonstrat că urcarea pe scări sporește recrutarea musculară și îmbunătățește capacitatea cardiovasculară [4], [5], [6]. Poate necesita, de asemenea, un grad remarcabil de cheltuială energetică și recent o serie de studii au investigat costurile energetice ale escaladării scărilor, în parte pentru a stabili valoarea arderii de calorii a unui astfel de exercițiu. De exemplu, un studiu [5] a calculat costul energetic al ascensiunii scărilor, cu un pas la rând, la 10,2 kcal min -1 .

Așa cum Gottschall și colab. [6] rețineți, există două strategii practice pentru urcarea scărilor; urcarea scărilor câte o treaptă (contactarea fiecărei trepte și cu picioare alternante pe treaptă) și urcarea scărilor câte două trepte (contactarea fiecărui alt pas și cu picioarele alternante pe treapta contactată) Cu toate acestea, comparațiile până în prezent ale costurilor energetice ale acestor două strategii sunt limitate. În timp ce Aziz și Teh [7] au comparat costurile ascensiunilor cu un singur pas cu ascensiunile cu două trepte, pașii de urcare au fost prescriși pentru a controla diferențele de ritm între strategiile de urcare și, prin urmare, rezultatele nu sunt pe deplin relevante pentru situațiile naturale de urcare a scărilor. Gottschall și colab. [6] a înregistrat cheltuielile energetice ale participanților care merg pe o bandă înclinată înclinată în ritmul lor preferat, pentru a încerca să simuleze cățărarea pe scări cu un singur pas și cu două trepte, totuși, după cum afirmă autorii, în mod clar există diferențe în cățărarea pe scări și în mersul înclinat, mai ales unghiul gleznei în timpul poziției.

După cunoștințele noastre, toate studiile anterioare privind costurile energetice ale escaladării scărilor au înregistrat rata consumului de oxigen () ca măsură indirectă a ratei cheltuielilor de energie. Cu toate acestea, există o serie de metode pentru măsurarea sau estimarea cheltuielilor de energie [8], dintre care unele sunt de obicei mai ieftine decât respirometria. În special, proxy-urile pentru consumul de energie, cum ar fi ritmul cardiac și mișcarea corpului, odată calibrate, pot fi utilizate pentru a stabili rata metabolică printr-un mic jurnal de date împodobit de subiect [9], [10]. Prin urmare, metodele proxy pot avea beneficii logistice și financiare în comparație cu utilizarea unui sistem de respirometrie portabil relativ mare și costisitor.

Prin urmare, având în vedere că frecvența cardiacă se corelează adesea liniar și puternic cu rata cheltuielilor de energie în timpul activității [11], studiul de față are două obiective: (1) testarea metodei ritmului cardiac ca tehnică pentru estimarea costurilor energetice ale escaladării scărilor în comanda (2) pentru a compara costurile energetice ale urcării scărilor cu un și doi pași la viteze naturale, adică cele alese de participanți.

Metode

Metodele au fost aprobate de Comitetul de Etică al Universității din Roehampton. Toți cei 14 participanți (opt bărbați și șase femei; masa medie = 64,3 ± 1 SD 8,9 kg) au completat un formular de consimțământ și un chestionar PAR-Q înainte de selecția pentru participarea la studiu. Ulterior, au finalizat un protocol de bandă de alergare de laborator pentru calibrarea ritmului cardiac cu După o perioadă de odihnă de 5 minute, participanții au efectuat studii de urcare pe scări pe o scară de acces public. Atât protocolul benzii de rulare, cât și testele de urcare a scărilor au fost efectuate la Universitatea din Roehampton. Frecvența cardiacă a fost măsurată în timpul studiilor de urcare a scărilor pentru a estima pe baza ecuațiilor de predicție individuale. Temperatura aerului a variat între 22 și 24 ° C.

După finalizarea unei încălziri de 5 minute pe o bandă de alergat (Woodway Ergo ELG 70) la 5 km h -1 și 0 ° înclinare, ritmul cardiac (legătura de uzură și emițătorul Polar CS100) și (Jaeger Oxycon Pro) ale fiecărui participant au fost măsurate în timp ce au mers apoi la diferiți gradienți (0, 3, 5, 8, 10, 12 °), din nou la 5 kh -1. Gradienții au fost experimentați în ordine aleatorie. Ritmul cardiac și respirația prin respirație au fost înregistrate la 0,2 Hz în ultimele 30 de secunde ale fiecărei etape de gradient de 2 minute.

Calcule și analize statistice

Linia neagră reprezintă urcarea scărilor cu câte o treptă la un moment dat (cu picioare alternative) în timp ce linia gri reprezintă ascensiunea a două trepte la un moment dat. Barele gri reprezintă ultimele perioade de 30 de secunde ale celei de-a doua și a treia ascensiuni a urcării cu o treaptă, din care s-a obținut o rată medie a inimii pentru a estima rata consumului de oxigen în timpul scării care urcă pe o treaptă. Aceeași metodă a fost folosită pentru alpinismul în două trepte.

Astfel încât datele de calibrare actuale să poată fi utilizate în studii viitoare pentru estimarea unor noi măsuri ale ritmului cardiac în timpul urcării scărilor sau activități conexe, un model liniar mixt (SPSS, IBM, SUA), inclusiv identificarea participantului ca factor aleatoriu -independența datelor, a fost generată pentru a produce o ecuație de predicție din ritmul cardiac.

Statisticile descriptive sunt furnizate ca valori medii ± 1 SE. Mijloace de estimare, adică și toate valorile derivate din aceasta (energia estimată cheltuită pe fiecare treaptă ascendentă, energia estimată cheltuită pe treapta ascendentă, energia estimată cheltuită pentru a urca o scară de 15 m înălțime), sunt calculate ținând cont de diferențele în erorile asociate cu estimarea pentru fiecare participant; fiecare valoare individuală inclusă în calcul este ponderată de reciprocitatea varianței asociate. De asemenea, SE-urile mijloacelor estimate sunt ajustate. În consecință, SE a valorilor medii estimate este mai mică decât s-ar calcula pentru mijloacele neponderate, deoarece în primele acele valori individuale cu mai puține erori au o influență mai mare asupra calculului mediu.

Frecvența cardiacă medie în perioadele de ascensiune la starea de echilibru a fost mai mică pentru o ascensiune cu un pas (t13 = 2,63, p = 0,021), așa cum sa estimat în acele perioade (z = 2,18). Rata estimată a cheltuielilor de energie în timpul ascensiunii scărilor a fost de 8,5 ± 0,1 kcal min -1 în timpul ascensiunii cu un singur pas și de 9,2 ± 0,1 kcal min -1 în timpul ascensiunii în două trepte. Rata cheltuielilor de energie pe pas a fost mai mare (z = 2,90, p 0,05). Energia totală cheltuită pentru a urca o scară de 15 m înălțime cu o urcare cu o treaptă este mai mare decât cu o urcare în două trepte (z = 6.150, p 2) = 146435.7, estimarea varianței erorii (e 2) = 23851.1, valoarea medie a ritmul cardiac utilizat în regresie () = 117,8 și suma pătratelor tuturor valorilor ritmului cardiac mai puțin ritmul cardiac mediu (), (denumit în [16]), = 39121,3. Pentru detalii despre calcularea unui SEE pentru valoarea medie estimată, consultați [16].

Discuţie

Datele actuale arată că urcarea treptelor la două trepte la un moment dat necesită o rată mai mare de cheltuieli energetice decât urcarea lor treptat la rând. O constatare similară a fost raportată de Gottschall și colab. [6] pentru banda care merge pe o înclinație reprezentativă la pași selectați voluntar pentru urcarea scărilor cu un și doi pași. Cu toate acestea, nicio studii anterioare pe care o știm nu au raportat că cheltuielile totale de energie sunt mai mici pentru urcarea unei scări cu două trepte odată; rata mai mare a cheltuielilor de energie atunci când urcă două câteodată se datorează ritmului preferat mai mare al participanților la această situație (vezi Aziz și Teh [7]).

Ratele cheltuielilor energetice pentru ascensiunea scărilor raportate în studiul actual sunt foarte similare cu cele furnizate de studiile anterioare care investighează costul urcării scărilor sau scenariilor de urcare similare (Tabelul 2). Acest lucru indică faptul că utilizarea ritmului cardiac ca o valoare proxy pentru rata de cheltuieli energetice în timpul urcării scărilor, unde ritmul cardiac a fost calibrat folosind o bandă de alergare înclinată, este o metodă precisă de estimare, în ciuda faptului că aceste două activități sunt oarecum diferite (și chiar și atunci când proiectarea implică perioade de coborâre a scărilor punctând perioadele de urcare). La rândul său, acest lucru poate indica faptul că mersul pe bandă înclinată și ascensiunea scărilor au costuri energetice similare și evocă o utilizare musculară similară. Explicația care stă la baza acestui lucru ar putea fi că costul major implicat atât de ascensiunea scării, cât și de urcarea unei pante echivalente este cel necesar pentru ridicarea centrului de masă împotriva gravitației [12], [17].