운동의 에너지 계산 * 에너지 소비량을 재는 방법 - Direct method : 직접 chamber 에서 재는 방법 - Indirect method : 간접적으로 산소의 소비량으 로 에너지 소비 계산 - Heart rate method : 간접적으로 심박수와 에너 지 소비량을 상관 시켜 구함

Direct Method 직접 chamber 에서 재는 방법. 이 방법은 외부로부터 차단되고 벽에 물이 흐르는 방 속에서 활동을 함으로써 나오는 에너지를 벽 속의 물이 흡수해서 물의 온도가 상승하는 것으로 에너지의 발산량을 계산하는 방법이다.

** Indirect method : 간접적으로 산소의 소비량을 에너지 소비 계산 - 기본 원리는 bomb calorimeter 에 의해 얻어진 산소 소비량에 따른 각 영양소 즉, 탄수화물, 지방, 단백질 등의 에너지 산출을 근거로 한다.

- 탄수화물, 지방, 단백질은 g 당 4, 9, 5.6 Kcal 의 열량을 낸다. 그러나 단백질의 nitrogen 은 체내에서 urea 로 빠져 나가 완전 연소 되지 않으므로 생리적으로 단백질은 g 당 4.0Kcal 의 열량 밖에 내지 못한다. - 그러면 산소 1L 를 소비할 경우 각각의 영양소는 얼마의 열량을 내는가를 보았더니, 그 결과가 탄수화물, 지방, 단백질 당 5.1, 4.7, 4.5 Kcal 의 열량을 낸다.

- 비록 지방은 g 당으로는 탄수화물의 두 배의 열량을 갖고 있으나 (9:4), 산소 1L 사용 시에는 탄수화물이 더 많은 열량을 낸다 (5.1 : 4.7). -Table 1 The Caloric Density, Caloric Equivalent, and the Respiratory Quotient Associated With the Oxidation of Carbohydrate, Fat, and Protein Measurement Carbohydrate Fat Protein Caloric density (kcal/g) Caloric equivalent of 1L of O 2 (kcal/L) Respiratory quotient

- 산소를 소비하고 이산화탄소를 배출하는 비율을 respiratory quotient(RQ), respiratory exchange ratio(RER or R) 이라고 한다. - respiratory quotient 와 respiratory exchange ratio 의 차이점. - RQ 와 RER 을 알면 운동시 연료로 사용되는 영양소를 짐작할 수 있다.

Glucose : C6H12O6 +6 O2 6 H2O +6 CO2 palmitate : C16H32O2 + 23O2 16 H2O +16 CO2

비단백질 RQ 0.707** Carbohydrates,Gm Fat,Gm Calories liter of oxygen is equivalent to 산소 1 리터에 대한 탄수화물과 지방의 산화 및 열량 사이의 상호관계 ( 비단백질 RQ)

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* 에너지 소비를 표현하는 방법 - 운동에 필요한 에너지는 운동시 대상자의 steady-state 상태에서의 산소 소비량을 기초로 계산을 한다. - 일단 steady-state 상태에 도달하게 되면 다양한 에너지 substrate 를 사용한 aerobic metabolism 에 의해서 ATP 가 공급된다고 할 수 있다. - 측정된 산소 소비량을 에너지 소비량으로 표현할 때 여러가지의 다른 방법이 있다.

1. VO 2 (L/min) 산소 섭취량을 산출할 때는 분당 몇 L 나 소비 했는가로 표시한다. 예를 들어서 80Kg 인 사람이 treadmill 에서 최대하부하의 운동을 했을 때 환기량 (pulmonary ventilation) 이 60 L/min 이고, 호기시의 산소함량이 16.93% 이었을 경우. VO 2 (L/min) = 60L/min  ( )% = 2.4 L/min ( 대기중 산소 : 20.93%, 이산화탄소 :0.03%, 질소 : 79.04%)

2. Kcal/min 이 사용되기도 하는데, 실용적인 이유로 약간의 정확성은 떨어지지만 1L 의 산소 소비당 5Kcal 를 잡는다. 위의 예로 계산을 계속한다면 2.4 L/min  5 Kcal/L = 12 Kcal/min 이 된다. 그리고 30 분간 운동을 하였다면 12Kcal/min  30min = 360 Kcal 를 소비한 것이 된다.

3. VO 2 (ml/kg/min) 산소 소비량은 L 에 곱하기 1000 을 하면 ml 가 되고, 이것을 몸무게로 나누고, 또 분으로 나누면, 이것이 ml/kg/min 으로 다른 크기의 사람과 비교를 할 때 유용하고 가장 많이 사용되는 표현 방법이다. 즉, 2.4 L/min  1000 = 2400ml/min 2.4 L/min  80kg = 30 ml/kg/min 이 된다.

4. METs : 안정시의 대사량은 대략 3.5 ml/kg/min 이다. 그리고 이것을 1 METs 라고 한다. 즉, 운동의 활동량을 이 METs 의 배수로 나타내기도 한다. 예를 들면, 30 ml/kg/min 을 3.5ml/kg/min 으로 나누어 주면 8.6METs 가 된다.

* 운동의 에너지 소비량 추정을 위한 공식 - American College of Sports Medicine(ACSM) 에서는 실제의 생리적 산소 요구량을 사용하여 각 활동에 맞는 공식을 개발 했다. - 각각의 운동은 에너지의 사용 요소로 나누어 졌는데,

총 에너지 요구량 = 운동의 순수 산소 요구량 + 안정시 대사량 (3.5 ml/kg/min) 여기서 운동의 순수 산소 요구량 = 수평 운동시 요구량 + 수직 운동시 요구량을 말한다. - 이러한 공식은 운동의 처방과 프로그램을 고안할 때 유용하게 사용 될 수 있는 공식이다.

* 걷기 (Walking) - 걷기 시 평지에서 1m/min 의 에너지 값은 에서 0.106ml/kg/ min 이다. 여기서 0.1 의 값을 취해서 ACSM 공식을 사용하여 계산했을 경우 정확성이 많이 떨어지지 않은 상태에서 에너지 요구량을 구할 수 있다. - 그러므로 공식은 VO 2 = 0.1 ml/kg/min  ( 수평 속도 ) ml/kg/min

- Question and Answer Question ; What are the estimated steady-state VO 2 and METs for a walking speed of 90m/min(3.4mi/hr)? 0.1ml/kg/min VO 2 = 90m/min  + 3.5ml/kg/min m/min VO 2 = 9.0ml/kg/min + 3.5ml/kg/min = 12.5ml/kg/min METs ml/kg/min  3.5ml/kg/min = 3.6

Question ; An unfit participant is told to exercise at 11.5ml/kg/min to achieve the proper exercise intensity. What walking speed would you recommend? 0.1ml/kg/min 11.5ml/kg/min = ?m/min  + 3.5ml/kg/min m/min Subtract 3.5ml/kg/min from 11.5ml/kg/min to obtain the net O2 cost of the activity (8.0ml/kg/min). The net cost is divided by 0.1ml/kg/min per m/min to yield 80m/min (3mi/hr): 0.1ml/kg/min 8ml/kg/min = ?m/min  m/min 0.1ml/kg/min 80m/min = 8ml/kg/min  m/min 26.8m/min 3.0mi/hr = 80m/min  mi/hr

* 언덕을 올라갈 경우 - 언덕을 올라가는 수직에서의 산소 소비량은 1.8ml/kg/min 이다. - 또한 수직 속도는 언덕의 기울기 (grade) 에 분당 (m) 의 속도를 곱해서 계산한다. 즉, 기울기  속도 (m/min) 이다. - 만약 어떤 사람이 10% 언덕을 분당 80m 의 속도로 걷는다면 수직 속도는 8m/min 이 된다. 즉, 0.1  80 = 8 인 것이다. - 그러므로 언덕을 걸어서 올라갈 때의 산소 소비량 계산 공식은 VO 2 = 0.1 ml/kg/min  ( 수평속도 ) ml/kg/min  ( 수직속도 ) ml/kg/min 이다.

- Question and Answer Question ; What is the total oxygen cost of walking 90m/min up a 12% grade? Horizontal component: Calculated as in preceding equation and equals 9ml/kg/min Vertical component ; 1.8ml/kg/min VO 2 = 0.12(grade)  90m/min  = 19.4ml/kg/min m/min VO 2 (ml/kg/min) = 9.0(horizontal) (vertical) + 3.5(rest) = 31.9ml/kg/min, or 9.1 METs

Question ; Set the treadmill grade to achieve an energy requirement of 6METs (21.0 ml/kg/min) when walking at 60 m/min? The net O 2 cost of the activity = , or 17.5ml/kg/min 0.1ml/kg/min Horizontal compponent = 60m/min  = 6.0ml/kg/min m/min Vertical component = = 11.5ml/kg/min 1.8ml/kg/min 11.5ml/kg/min = fractional grade  60m/min  m/min 11.5ml/kg/min = fractional grade  108ml/kg;min Fractional grade = 11.5  108 =  100% = 10.6% grade

* Jogging and Running m/min 속도 안에서의 jogging 과 running 시의 에너지 소모량도 ACSM 의 공식을 이용해서 구할 수 있다. * 평지에서 달릴 경우 - 평지에서 달릴 경우에는 걷기의 두배인 1m/min 당 0.2 ml/kg/min 으로 잡고 있다. - 훈련자와 비훈련자의 차이도 있고, 특정 그룹간의 차이도 있지만 다음 의 공식은 많은 오차 없이 달리기 운동시 에너지 소모량 (ml/kg/min) 을 추정하는데 사용할 수 있다. - VO 2 = 0.2 ml/kg/min  ( 수평속도 ) ml/kg/min

- Question and Answer Question ; What is the oxygen requirement for running a 10Km race on a track in 60 min? 10,000m  60min = 167m/min 0.2ml/kg/min VO 2 = 167m/min  + 3.5ml/kg/min m/min VO 2 = 36.9ml/kg/min, or 10.5METs

Question ; A 20-year-old female distance runner with a VO 2 max of 50ml/kg/min wants to run intervals at 90% of VO 2 max. At what speed should she run on a track? 90% of 50 = 45ml/kg/min, and the net cost of the run = 45ml/kg/min - 3.5ml/kg/min, or 41.5ml/kg/min 0.2ml/kg/min 41.5ml/kg/min  = 207m/min m/min

** 계산에서 36.9ml/kg/min 은 보통사람의 VO 2 max 에 해당되므로 뛸 수 있는 사람도 있고 없는 사람도 있을 것이다. * 언덕을 뛰어 올라갈 때 - 언덕을 뛰어 올라갈 때의 산소 소비량에 대한 정보는 우리가 이미 계산한 운동들에 비해서는 정보가 부족한 편이다.

- 그러나 거의 확실한 것은 걸을 때의 반정도 밖에 소모되지 않는 다는 것이다. 왜냐하면 평지를 뛰면서 뛰어오르는 수직 동작이 언덕을 뛰어올 때 작용해서 산소의 소비량을 줄여 주기 때문이다 그래서 언덕을 뛰어 올라갈 때의 산소 요구량은 0.9ml/kg/min 이다. - 그러므로 언덕을 뛰어 올라갈 때 산소 소비량의 공식은 VO 2 = 0.2 ml/kg/min  ( 수평속도 ) ml/kg/min  ( 수직속도 ) ml/kg/min 이다.

- Question and Answer Question : What is the oxygen cost of running 150 m/min up a 10% grade? Horizontal component: 0.2ml/kg/min VO 2 = 150m/min  = 30ml/kg/min m/min Vertical component: 0.9ml/kg/min VO 2 = 0.10(fractional grade)  150m/min  = 13.5ml/kg/min m/min VO 2 = 30.0(horizontal) (vertical) + 3.5(rest) = 47ml/kg/min

Question : The oxygen cost of running 350 m/min on the flat in about 73.5ml/kg/min. What grade should be set on a treadmill for a speed of 300 m/min, to achieve the same VO 2 ? Horizontal component: VO 2 = 300m/min  0.2ml/kg/min per m/min = 60ml/kg/min Vertical component: Net VO 2 = 73.5(total) - 60(horizontal) - 3.5(rest) = 10.0ml/kg/min 0.9ml/kg/min 10ml/kg/min = fractional grade  300m/min  m/min Fractional grade = 10ml/kg/min  270ml/kg/min =.037 or 3.7% grade

* 걷기 - 만일 어떤 사람이 시속 3mile(4.8Km= 80m/min) 의 속도로 걷는 다면 1 mile 은 20 분에 걷게 된다. - 이 사람의 몸무게가 70kg 일 때 1mile 걷는데 필요한 열량은 VO 2 = 80 m/min  0.1 ml/kg/min ml/kg/min 이다. VO 2 = 11.5 ml/kg/min VO 2 (ml/mi) = 11.5 ml/kg/min  70kg  20min/mi = 16,100 ml/mi VO 2 (L/min) = ml/mi  1000ml/L = 16.1 L/mi - 1L 의 산소당 5 kcal 의 열량을 내므로 총 열량은 80.5 kcal(16.1  5) 이다. - 순수 소비 열량은 안정시의 산소 소비량을 뺀 값이다.

- 20 분  70  3.5 ml/kg/min = 4900 ml = 4.9 L  kcal/L = 24.5 kcal 이다. - 그러므로 80.5 kcal kcal = 56kcal 가 된다. * 달리기 running - 만일 같은 70kg 인 사람이 시속 6mile(9.6km = 161m/min) 로 달렸을 경우 산소 소비량은 VO 2 = 161m/min  0.2 ml/kg/min ml/kg/min VO 2 = 35.7 ml/kg/min VO 2 (ml/mi) = 35.7 ml/kg/min  70 kg  10min/mi = 25000ml/mi VO 2 (L/min) = ml/mi  1000ml/L = 25 L/mi

- 1L 의 산소당 5Kcal 의 열량을 내므로 총 열량은 125kcal(25  5) 이다. - 순수 소비 열량은 안정시의 산소소비량을 뺀 값이다 분  70  3.5 ml/kg/min = 2450ml = 2.45L  5Kcal/L = Kcal 이다. - 그러므로 125Kcal Kcal = 약 113 Kcal 가 된다. - 총 열량 소모의 비율은 125:80 으로 약 50% 정도 달리기가 크지만 순수 열량의 소모 차이를 보면 달리기가 113:56 으로 두배 정도나 큰 것을 알 수 있다.