In-vivo-Messung des O₂-Verbrauchs bei 0 Watt Leistungsabgabe auf dem Ergometer

Zusammenfassung

Fragestellung: Der O₂-Verbrauch dynamisch arbeitender Skelettmuskulatur kann nur in vivo gemessen werden. Allerdings gelten In-vivo-Messwerte wegen ihrer großen Streuung als ungenau, was mit adjuvanter Muskelarbeit ohne mechanische Leistungsabgabe begründet wird. In diesem Artikel wird das Ausmaß dieses „leistungslosen” O₂-Verbrauchs bei verschiedenen Kontraktionsgeschwindigkeiten untersucht und dem O₂-Grundumsatz gegenüber gestellt. Material und Methode: 18 freiwillige ProbandInnen arbeiteten ohne Leistungsabgabe auf einem eigens konstruierten Doppelfahrradergometer bei Tretfrequenzen von 25, 50, 75 und 95 UpM. Gemessen wurde der O₂-Verbrauch bei zwei Versuchsbedingungen: 1. „Passiv”, wobei die Beine möglichst ohne Widerstand mit den sich drehenden Pedalen mitbewegt wurden (Pedale durch eine zweite ProbandIn mit der vorgegebenen Tretfrequenz angetrieben). 2. „Aktiv”, wobei mit der vorgegebenen Tretfrequenz ohne Widerstand, d. h. allein gegen den Reibungswiderstand des Ergometers getreten wurde. Ergebnisse: Der dynamische O₂-Verbrauch lag deutlich über dem O₂-Verbrauch in Ruhe (333 ± 74) (alle Angaben: MW ± SD in ml/min): „Passiv”: 454 ± 84 (25 UpM); 486 ± 81 (50 UpM); 583 ± 102 (75 UpM); 800 ± 240 (95 UpM). „Aktiv”: 730 ± 160 (25 UpM), 881 ± 192 (50 UpM); 1093 ± 214 (75 UpM): 1650 ± 360 (95 UpM). Schlussfolgerung: Auf dem Fahrradergometer werden offensichtlich Muskeln rekrutiert, die nicht zur Erzeugung mechanischer Leistung beitragen, sondern z. B. der Gelenkführung und Stabilisierung von Körperabschnitten dienen. Diese „adjuvante Muskelarbeit” ist abhängig von Versuchsbedingungen und Tretfrequenz. Der damit verbundene O₂-Verbrauch muss als „dynamische Referenz” bei der Bestimmung von Energiebedarf bzw. Wirkungsgrad arbeitender Muskulatur berücksichtigt werden. Die „passiven” Werte eignen sich als Referenz für exzentrische, die „aktiven” für konzentrische Muskelarbeit. Im Vergleich zum „Grundumsatz in Ruhe” als Referenz resultiert damit ein deutlich niedrigerer O₂-Verbrauch der Skelettmuskulatur. Dessen Auswirkungen auf den muskulären Wirkungsgrad, speziell bei exzentrischer Arbeit, ist das Thema eines nächsten Beitrags.

Abstract

Purpose: The oxygen demand of dynamically working muscles can only be measured „in vivo”. Generally, such measurements are considered to be of little accuracy, due to additionally recruited muscles without power generation. This article deals with the dimension of such „powerless” oxygen consumption and compares it to the basal metabolic O₂-rate. Material and method: 18 volunteers pedalled „freely” on an especially designed twin ergometer at frequencies of 25, 50, 75 and 95 rpm. Their oxygen consumption was measured under two circumstancies: 1. „Passively”, with the legs moving synchronously to the pedals, which were driven by a second subject at the given frequency. 2. „Actively”, when the pedals had to be actively driven at the given frequency, i. e. the friction of the ergometer had to be overcome, additionally. Results: The dynamic oxygen consumption was substantially higher than the basal metabolic rate of 333 ± 74 (all data: mean ± SD [ml/min]): „Passively”: 454 ± 84 (25 rpm); 486 ± 81 (50 rpm); 583 ± 102 (75 rpm); 800 ± 240 (95 rpm). „Actively”: 730 ± 160 (25 rpm); 881 ± 192 (50 rpm); 1093 ± 214 (75 rpm); 1650 ± 360 (95 rpm). Conclusion: In ergometry, one apparently activates muscles, which do not produce mechanical work, but stabilize the trunk and the joints, for example. This „adjuvant muscle work” depends on the circumstancies and on the pedalling frequency. Its energy demand clearly exceeds the basal metabolic rate, thus significantly decreasing the measured energy demand of those muscles which produce mechanical power. The „passive” data are reference values for eccentric muscle action, and the „active” ones for concentric muscle action. The influence of these findings to the efficiency of muscle work, namely in eccentric action, will be investigated and presented in a following article.

Schlüsselwörter

O₂-Verbrauch in vivo - adjuvante Muskelarbeit - Wirkungsgrad - abgegebene Leistung - Kontraktionsgeschwindigkeit - exzentrisches Ergometer

Key words

Oxygen consumption in vivo - adjuvant muscle work - external power - efficiency - contraction velocity - eccentric ergometer

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