Новий простий метод визначає швидкість спалення калорій, рухаючись вгору, вниз, рівно

Коли військові стратеги планують місію, одним із багатьох факторів є втрата, яку вона бере на піших солдатів армії.

Тривалий марш і велике навантаження витрачають енергію. Тож військові стратеги часто стурбовані калоріями, які спалить солдат, та впливом метаболічного стресу на їхній загальний фізіологічний статус, включаючи температуру тіла, потреби в паливі та втому.

Зараз вчені з Південного методистського університету в Далласі виявили новий, більш точний спосіб передбачити, скільки енергії використовує солдат, що рухається.

Метод був розроблений за фінансування американських військових. Він суттєво вдосконалює два існуючі стандарти, що використовуються в даний час, і спирається лише на три легко доступні змінні.

Точний інструмент кількісної оцінки важливий, оскільки швидкість спалення калорій під час ходьби може змінюватися вдесятеро залежно від того, наскільки швидко вони йдуть, чи несуть вони навантаження, і чи йде ходьба вгору, вниз або на рівні.

"Наш новий метод покращує точність двох провідних стандартів, які використовуються майже 50 років", - сказала фізіолог фізичних вправ Ліндсей В. Ладлоу, докторант SMU та провідний автор дослідження. "Наша модель досить проста і покращує прогнози".

Дослідження є частиною масштабної ініціативи вантажних вагонів, здійсненої Командуванням медичного та матеріального забезпечення армії США. За даними звіту Інституту армії США Бордена, середнє навантаження легких піхотинців в Афганістані в квітні та травні 2003 року становило 132 фунти.

"Солдати перевозять важкі вантажі, тому кількісна інформація про наслідки навантаження є критично важливою з багатьох причин, починаючи від планування маршруту і оцінюючи ймовірність успіху місії", - сказав біомеханік та фізіолог СМУ Пітер Веянд.

"Військові використовують різноманітні підходи до моделювання, прогнозування та контролю стану та якості піхотинців, включаючи оснащення солдатів пристроями, що носяться", - сказав Вейанд. "Існує критична потреба у сучасних піших солдатів розуміти продуктивність з точки зору того, наскільки велике навантаження вони несуть".

Вейанд є старшим автором дослідження та керує лабораторією рухового руху в Школі освіти SMU в Сіммонсі, де тестувались для дослідження.

Дослідники називають свій новий метод "Моделлю мінімальної механіки", щоб відобразити, що для отримання широких точних прогнозів потрібні лише три основні та доступні дані. Вони повідомили про свої результати в "Економіка ходьби передбачувано визначається швидкістю, класом та гравітаційним навантаженням" в Журнал прикладної фізіології.

Необхідними змінними є швидкість ходока, висота або нахил поверхні для ходьби, а також загальна вага тіла плюс будь-яке навантаження, яке несе ходунок.

"Це все, що потрібно, щоб точно передбачити, скільки енергії спалює ходок", - сказав Ладлоу.

Незважаючи на те, що вимірювання є критичним для піших солдатів, воно також корисно для туристів, туристів, торговців торговими центрами та інших людей, які мають калорії та можуть покладатися на носні електронні пристрої для відстеження спалених калорій, сказала вона.

Механіка м’язів та ходи тісно пов’язана між собою швидкістю, ступенем навантаження

Існуючі стандарти, що зараз використовуються, покладаються на ті самі три змінні, але по-різному, з меншою точністю та широтою.

Нова теорія є відступом від пануючої точки зору, що механіка ходьби занадто складна, щоб бути одночасно простою і точною.

"Зрештою, ми виявили, що три надзвичайно прості механічні змінні можуть забезпечити точність прогнозування в широкому діапазоні умов", - сказав Ладлоу. "Досягнута точність забезпечує вагомі непрямі докази того, що м’язова активність, що визначає швидкість спалення калорій під час ходьби, тісно пов’язана зі швидкістю, нахилом поверхні та загальною вагою в нашій моделі".

Використовуючи два різних набори досліджуваних, дослідники самостійно оцінили здатність своєї моделі точно прогнозувати кількість спаленої енергії.

"Якби механіка м'язів і ходи не була тісно пов'язана між собою швидкістю, ступенем і навантаженням, рівень точності прогнозування, який ми досягли, малоймовірний", - сказав Вейанд.

Перше узагальнене рівняння розроблено безпосередньо з єдиної великої бази даних

Два існуючих рівняння, які є робочими стандартами майже 50 років, обов’язково базувались лише на кількох предметах та обмеженій кількості даних.

Один стандарт від Американського коледжу спортивної медицини перевіряв лише швидкість та підйоми, причому перше формулювання базувалося на даних лише трьох осіб.

Інший стандарт, який зазвичай називають рівнянням Пандольфа, частіше використовується військовими і в значній мірі спирається на дані шести солдатів у поєднанні з попередніми експериментальними результатами.

На відміну від цього, узагальнене рівняння SMU було отримано з, як вважають, найбільшої бази даних про метаболізм ходьби людини.

Дослідження SMU тестувало 32 дорослих суб'єктів індивідуально під 90 різними ступенем швидкості та навантаженнями на бігових доріжках в лабораторії SMU Locomotor Performance.

"Провідні стандартизовані рівняння включали лише нахили до рівня та підйому", - сказав Вейанд. "Ми вважали важливим також забезпечити можливості для спуску, оскільки солдати в полі будуть зустрічати негативні схили так само часто, як і позитивні".

Суб'єкти швидко виконують вимірювання швидкості обміну речовин у стані спокою

Іншим ключовим елементом моделі мінімальної механіки лабораторії SMU є кількісне лікування швидкості метаболізму у спокої.

"Щоб отримати справжню швидкість метаболізму в стані спокою, у нас були суб'єкти швидкого прийому протягом 8-12 годин до того, як вимірювати швидкість метаболізму в стані спокою рано вранці", - сказала Ладлоу. "Опинившись у лабораторії, вони лежали протягом години, поки дослідники вимірювали швидкість обміну речовин у спокої".

В окремих тестових сесіях випробовувані ходили по біговій доріжці протягом десятків випробувань, що тривали по п’ять хвилин, кожне, носивши мундштук та затискач для носа. В останні дві хвилини кожного випробування дослідники вимірювали стаціонарні швидкості поглинання кисню, щоб визначити швидкість, з якою кожен суб'єкт спалював енергію.

Дорослим в одній групі з 20 випробовуваних вимірювали ходьбу без навантаження зі швидкістю 0,4 метра в секунду, 0,7 метра в секунду, 1 метр в секунду, 1,3 метра в секунду і 1,6 метра в секунду за шести різних градієнтів: мінус-класу мінус шість градусів і мінус три градуси; рівна земля; і вгору при нахилах трьох градусів, шести градусів та дев'яти градусів.

Дорослих у другій групі з 20 осіб випробовували зі швидкістю 0,6 метра в секунду, 1 метр в секунду та 1,4 метра в секунду на тих же шести градієнтах, але вони несли навантаження, які становили 18 відсотків маси тіла і 31 відсоток тіла вага.

Швидкість метаболізму при ходьбі зросла пропорційно збільшенню навантаження

Як очікувалося, швидкість метаболізму в ходьбі збільшилася прямо пропорційно збільшенню навантаження, і в основному відповідно до вимог до сили підтримки як для швидкості, так і для класу, сказали Вейанд і Ладлоу.

Більше інформації: Ліндсей В. Ладлоу та ін., Економіка ходьби передбачувано визначається швидкістю, класом та гравітаційним навантаженням, Журнал прикладної фізіології (2017). DOI: 10.1152/japplphysiol.00504.2017