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.

Presentation on theme: "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."— Presentation transcript:

1 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

2 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.

3

4 ** 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.

5

6 - 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.

7 - 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) 4.0 9.0 4.0 Caloric equivalent of 1L of O 2 (kcal/L) 5.1 4.7 4.5 Respiratory quotient 1.0 0.7 0.8

8 - 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.

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

10 비단백질 RQ 0.707** 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84 Carbohydrates,Gm 0.000 0.016 0.055 0.094 0.134 0.173 0.213 0.254 0.294 0.334 0.375 0.415 0.456 0.498 0.539 Fat,Gm 0.502 0.497 0.482 0.465 0.450 0.433 0.417 0.400 0.384 0.368 0.350 0.334 0.317 0.301 0.284 Calories 4.686 4.690 4.702 4.714 4.727 4.739 4.751 4.764 4.776 4.788 4.801 4.813 4.825 4.830 4.850 1 liter of oxygen is equivalent to 산소 1 리터에 대한 탄수화물과 지방의 산화 및 열량 사이의 상호관계 ( 비단백질 RQ)

11 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00* 0.580 0.622 0.666 0.708 0.741 0.793 0.836 0.878 0.922 0.966 1.010 1.053 1.098 1.142 1.185 1.232 0.267 0.249 0.232 0.215 0.197 0.180 0.162 0.145 0.127 0.109 0.091 0.073 0.055 0.036 0.018 0.000 4.862 4.875 4.887 4.899 4.911 4.924 4.936 4.948 4.961 4.973 4.985 4.998 5.010 5.022 5.035 5.047

12 * 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.

13 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  (20.93 - 16.93)% = 2.4 L/min ( 대기중 산소 : 20.93%, 이산화탄소 :0.03%, 질소 : 79.04%)

14 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.

15 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.

16 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.

17 * 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,

18 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.

19 * 걷기 (Walking) - 걷기 시 평지에서 1m/min 의 에너지 값은 0.100 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 ) + 3.5 ml/kg/min

20 - 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 - 12.5ml/kg/min  3.5ml/kg/min = 3.6

21 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

22 * 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 ) + 1.8 ml/kg/min  ( 수직속도 ) + 3.5 ml/kg/min 이다.

23 - 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) + 19.4(vertical) + 3.5(rest) = 31.9ml/kg/min, or 9.1 METs

24 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 = 21 - 3.5, or 17.5ml/kg/min 0.1ml/kg/min Horizontal compponent = 60m/min  = 6.0ml/kg/min m/min Vertical component = 17.5 - 6.0 = 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 = 0.106  100% = 10.6% grade

25 * Jogging and Running - 130 -350 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 ) + 3.5 ml/kg/min

26 - 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

27 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

28 ** 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.

29 - 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 ) + 0.9 ml/kg/min  ( 수직속도 ) + 3.5 ml/kg/min 이다.

30 - 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) + 13.5(vertical) + 3.5(rest) = 47ml/kg/min

31 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

32 * 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 + 3.5 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) = 16100 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.

33 - 20 분  70  3.5 ml/kg/min = 4900 ml = 4.9 L  kcal/L = 24.5 kcal 이다. - 그러므로 80.5 kcal - 24.5 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 + 3.5 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) = 25000 ml/mi  1000ml/L = 25 L/mi

34 - 1L 의 산소당 5Kcal 의 열량을 내므로 총 열량은 125kcal(25  5) 이다. - 순수 소비 열량은 안정시의 산소소비량을 뺀 값이다. - 10 분  70  3.5 ml/kg/min = 2450ml = 2.45L  5Kcal/L = 12.25 Kcal 이다. - 그러므로 125Kcal - 12.25 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.