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Le rapport de consommation d'énergie cœur/corps doit-il être égal au rapport de consommation d'oxygène ?

Le rapport de consommation d'énergie cœur/corps doit-il être égal au rapport de consommation d'oxygène ?


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Le cœur humain pompe de l'oxygène dans le corps et le cœur lui-même a besoin d'oxygène.

Le corps et le cœur utilisent tous deux de l'énergie, généralement exprimée en calories ou en ergs.

Si nous considérons la consommation d'énergie (en Watts) du cœur comme une fraction $F$ de la consommation d'énergie du corps dans son ensemble, il s'agit de

$F approx frac{1.3}{91.3}=0.014.$

Les humains consomment environ 550L d'oxygène par jour selon ce site Web et le cœur lui-même consomme environ 8 ml de $O_2$ par 100g par minute au repos selon ce site. En supposant une masse cardiaque humaine globale moyenne d'environ 310 g (Google), la consommation quotidienne totale d'oxygène du cœur est d'environ (8 ml x 3,1 x 1440 min) = 35712 ml ou 35,7 L d'oxygène. Le rapport $R$ de la consommation d'oxygène du cœur à l'organisme est donc d'environ

$R approx frac{36}{550-36} = frac{36}{514} =0.07$

Ces chiffres sont au mieux approximatifs mais pas assez approximatifs pour expliquer un écart d'un facteur 5 dans les ratios. Quelqu'un peut-il suggérer ce qui pourrait expliquer la différence?

Le calcul semble montrer que la consommation proportionnelle d'oxygène du cœur est beaucoup plus élevée que sa consommation proportionnelle d'énergie. Je crois comprendre que la consommation d'oxygène respective du cœur et du corps reflète bien leur consommation d'énergie respective. Est-ce une bonne hypothèse ?

Merci pour toute idée.


À première vue, il y a quelques problèmes majeurs avec votre calcul et vos hypothèses.

  1. Vous comparez la production d'énergie au travail (action de pompage) avec la consommation d'énergie du reste du corps en entrée (consommation d'oxygène). Je ne sais pas à quel point le cœur est efficace, mais je suppose que seulement 20 à 40% de l'énergie d'entrée est réellement convertie en action de pompage.

  2. La consommation d'oxygène est corrélée à la consommation d'énergie, et serait un bon moyen de mesurer la consommation d'énergie si vous savez exactement ce que le sujet brûle. Cependant, si vous avez une grande différence entre les carburants préférés entre le cœur et le reste du corps, cela ne s'applique plus vraiment. Un rapide google me conduit ici : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17081788, montrant que le cœur préfère brûler les graisses plutôt que le glucose, et cela crée une différence significative :

    L'oxydation des glucides génère généralement environ 120 kcal par mole d'oxygène respiré, tandis que l'oxydation des acides gras ne génère généralement qu'environ 100 kcal par mole d'oxygène.

Cela signifie que le cœur a besoin de plus d'oxygène que le reste du corps pour générer la même quantité d'énergie.

Je pense que combiné cela pourrait expliquer la différence de 5 fois.


Vous comparez le travail mécanique théorique effectué par le cœur (votre nombre de 1,33 W) avec l'énergie chimique consommée pour accomplir cela dans un système biologique. L'un est théorique et l'autre est empirique. Le cœur consomme en effet environ 10 % de l'énergie du corps alors qu'il ne représente que 1 % du poids, en raison de la nature particulière du tissu musculaire cardiaque (qui est propre à l'organe cardiaque). C'est une « conception » qui peut fonctionner sans arrêt pendant un milliard de contractions ou plus, et qui aurait été ridiculement inefficace à utiliser pour la musculature squelettique. Votre facteur 5x est conforme aux mesures d'efficacité typiques du travail musculaire, environ 20-25%.


Consommation d'oxygène du myocarde

Alexios S. Antonopoulos , . Dimitris Tousoulis , dans Maladie coronarienne , 2018

Résumé

Des études expérimentales ont démontré que la fréquence cardiaque, la tension de la paroi et la contractilité (ou la vitesse de contraction) sont tous parmi les principaux déterminants de la consommation d'oxygène du myocarde (MVO2). Le O basal2 la consommation du cœur arrêté est d'environ 20 % de celle du cœur en contraction. D'autre part le O2 les exigences pour la dépolarisation des myocytes ne sont que de 0,5% du cœur en activité. Des études portant sur les coûts relatifs en oxygène du débit cardiaque et de la pression aortique ont encore amélioré notre compréhension de la physiologie de la MVO2. Les coûts d'oxygène pour le « travail sous pression » semblent être beaucoup plus élevés que pour le « travail en flux ». De plus, la vitesse de contraction semble être un autre déterminant critique des besoins en oxygène du myocarde. Dans des études expérimentales interventionnelles similaires impliquant un cathétérisme cardiaque chez l'animal ou l'homme, diverses méthodes ont été proposées pour calculer indirectement le MVO2 ou le rapport offre/demande. Même si ces marqueurs n'ont pas été intégrés dans la pratique clinique, ils ont contribué à une meilleure compréhension de la MVO2 dans la santé et les maladies humaines, et comment appliquer les interventions thérapeutiques appropriées pour réduire les besoins en oxygène du myocarde.


Quotient respiratoire (QR) : Notes d'étude

Le quotient respiratoire est le rapport entre le volume de dioxyde de carbone produit et le volume d'oxygène consommé par la respiration sur une période de temps. Sa valeur peut être un, zéro, plus de 1 ou moins d'un.

RQ = Volume de C02 évolué/Volume de 02 absorbé

RQ égal à l'unité :

Le quotient respiratoire est égal à l'unité si les glucides sont le substrat respiratoire et que la respiration est aérobie.

RQ inférieur à l'unité :

Le QR est inférieur à un lorsque la respiration est aérobie mais que le substrat respiratoire est constitué de graisse ou de protéine. Le QR est d'environ 0,7 pour la plupart des graisses courantes. Il se produit lors de la germination des graines grasses.

Le QR est d'environ 0,9 dans le cas des protéines, des peptones, etc.

Les plantes succulentes ne dégagent pas de dioxyde de carbone pendant la nuit (lorsque leurs stomates sont ouverts) car celui-ci est utilisé pour la fixation du carbone. Ils transforment également les glucides en acides organiques qui utilisent l'oxygène mais ne dégagent pas de dioxyde de carbone.

RQ plus que l'unité :

(a) Un QR légèrement supérieur à l'unité est trouvé lorsque les acides organiques sont décomposés en substrats respiratoires dans des conditions aérobies, par exemple,

(b) Dans la respiration anaérobie, il n'y a pas de consommation d'oxygène. Du dioxyde de carbone est produit dans la plupart des cas. Le quotient respiratoire est donc l'infini. Les glucides sont le substrat habituel.

Une valeur intermédiaire est obtenue lorsqu'un organe subit à la fois des modes de respiration aérobie et anaérobie.

(i) La connaissance du quotient respiratoire aide à déterminer le substrat respiratoire.

(ii) Il aide à connaître le type de respiration effectuée,

(iii) Il fournit des informations sur la transformation majeure des matières alimentaires.


1. INTRODUCTION

Le changement climatique a augmenté la température moyenne ainsi que la fréquence et l'amplitude des fluctuations thermiques dans les écosystèmes à l'échelle mondiale (GIEC, 2013). La dynamique de température modifiée modifie la distribution et la phénologie des espèces (Durant et al., 2007 Perry, 2005 Pinsky et al., 2013 Winder & Schindler, 2004 ) et peut finalement conduire à des changements de régime écologique (Walther et al., 2002 Wernberg et al., 2016 ). Une diminution de la taille corporelle a été proposée comme une autre réponse universelle au réchauffement climatique avec un impact important sur la dynamique des populations et les interactions des espèces, et, à son tour, la dynamique des écosystèmes (Gardner et al., 2011 Ohlberger, 2013 Sheridan & Bickford, 2011). Cela s'applique également aux poissons, où une diminution de la taille corporelle en relation avec le réchauffement de l'environnement a été signalée pour une vaste gamme d'espèces (Genner et al., 2010 Jeppesen et al., 2010 Baudron et al., 2014 Rijn et al., 2017 Audzijonyte et al., 2020).

Comme il a été démontré que la température optimale pour la croissance et l'efficacité de la croissance diminuent avec l'augmentation de la taille des poissons chez plusieurs espèces (Björnsson et al., 2001 Björnsson & Tryggvadóttir, 1996 Imsland et al., 2006 ), des mécanismes physiologiques ou morphologiques ont été proposés pour expliquer le déclin de la taille des poissons avec l'augmentation de la température environnementale (Angilletta Jr & Dunham, 2003 ). Le métabolisme aérobie fournit la majeure partie de l'énergie utilisée pour maintenir l'homéostasie, la locomotion et la digestion, ce qui influence finalement la croissance (Brown et al., 2004 Claireaux & Lefrançois, 2007 McKenzie & Claireaux, 2010 ). Le métabolisme aérobie est bordé par deux extrêmes : le niveau minimum, ou au repos, de métabolisme dont un poisson a besoin pour maintenir l'homéostasie, appelé le taux métabolique standard (SMR Chabot et al., 2016 ), et le taux de métabolisme le plus élevé possible, généralement obtenu par un exercice exhaustif, appelé taux métabolique maximal (MMR Norin & Clark, 2016 ). La différence entre SMR et MMR (MMR − SMR) définit le métabolisme potentiel qui peut soutenir les activités physiologiques, telles que la digestion, la croissance et la locomotion, et est appelée à juste titre la portée aérobie (Fry, 1971). Le SMR, le MMR et la portée aérobie augmentent allométriquement avec la masse corporelle du poisson par des exposants normalement compris entre 0,8 et 0,9 (Clarke & Johnston, 1999 Killen et al., 2016 ). Cependant, l'ampleur par laquelle le RMM peut augmenter au-dessus du SMR (appelé portée aérobie factorielle) reste pratiquement la même avec l'augmentation de la masse corporelle, au moins à un niveau interspécifique (Lefevre et al., 2017 ). Il a été démontré que les exposants d'échelle de masse de SMR diminuent avec l'augmentation de la température chez plusieurs espèces de poissons (Li et al., 2018 Ohlberger et al., 2012 ). Cependant, dans quelle mesure la température affecte l'échelle de masse du RMM, la portée aérobie et la portée aérobie factorielle reste largement inexplorée à ce jour, seul Tirsgaard et al. ( 2015 ) a examiné l'effet combiné de la température et de la taille des poissons sur le SMR et RMM au sein d'une espèce, montrant que le RMS s'échelonnait avec un exposant plus élevé que le RMM chez la morue franche Gadus morhua L. 1758 à des températures plus élevées. Par conséquent, la température de la portée aérobie la plus élevée diminuait avec l'augmentation de la taille des poissons. La taille et la température ont une grande influence sur la physiologie et l'écologie des poissons et sont des éléments centraux de la modélisation écologique, en particulier en ce qui concerne le changement climatique (Cheung et al., 2013 ). Il est donc important d'aborder les interactions entre la température et l'échelle de taille des taux métaboliques.

La diminution de la taille corporelle avec l'augmentation de la température n'est pas uniquement liée au changement climatique : les animaux diminuent généralement en taille avec l'augmentation de la température de l'habitat, par exemple le long des gradients latitudinaux et altitudinaux (Atkinson & Sably, 1997 Bergmann, 1948). Cette tendance est connue sous le nom de règle de température-taille, ou règle de Bergmann, et s'applique à la fois parmi les espèces et parmi les populations de la même espèce. Cependant, la règle de la température-taille chez les poissons est conceptuellement différente de celle des autres animaux car la ségrégation thermique de la taille chez les poissons dépend également de l'ontogenèse : les petits individus (post-larves) ont tendance à habiter les eaux chaudes et peu profondes, tandis que les grands et les vieux individus restent en eau profonde et plus froide (Morita et al., 2010 Rijn et al., 2017 ). Conformément à cela, il a été démontré que la température préférée déterminée en laboratoire diminue avec l'augmentation de la taille des poissons dans G. morhua (Lafrance et al., 2005 ). Les changements ontogénétiques dans l'habitat thermique des poissons pourraient être un moyen pour les individus de plus grande taille d'optimiser le comportement des conditions physiologiques ambiantes [voir la dépendance de la taille de la température optimale pour la croissance et la portée aérobie (Björnsson et al., 2001 Tirsgaard et al., 2015 )] et pour éviter les effets néfastes des températures élevées (dimanche et al., 2014 ). Cependant, la dépendance à la taille de la température préférée est restée largement inexplorée.

Dans une étude récente, Huss et al. ( 2019 ) ont montré que les plus petits individus de perchaude Perca fluviatilis L. 1758 a grandi plus rapidement à des températures plus élevées, contrairement aux plus gros poissons. L'espèce est donc un candidat idéal pour étudier les réponses physiologiques et comportementales à l'augmentation des températures. P. fluviatilis est un poisson eurythermal dispersé dans les eaux douces et les estuaires sur la majeure partie du continent eurasien (Couture & Pyle, 2015 Craig, 2000 Thorpe, 1977 ) et une espèce écologiquement importante en raison de son effet régulateur descendant dans l'écosystème (Jeppesen et al., 2000 Ljunggren et al., 2010 ). L'espèce est en outre une cible pour la pêche commerciale et récréative (Couture & Pyle, 2015 Craig, 2000 Thorpe, 1977 ), et un candidat pour l'élevage aquacole (Overton et al., 2008 ).

La présente étude a examiné les effets combinés de la température et de la taille du corps sur le taux de consommation d'oxygène [ṀO2 un proxy pour le métabolisme aérobie (Nelson, 2016 )], et la dépendance de la taille de la température préférée dans P. fluviatilis. Il a été émis l'hypothèse que la portée aérobie serait limitée chez les plus gros poissons à des températures plus élevées et que la température optimale pour la portée aérobie et la température préférée diminueraient avec l'augmentation de la taille du poisson.


Fonctionnement

Parce que les forces gravitationnelles sont importantes, la similitude dynamique dans la marche et la course n'est possible qu'entre les animaux voyageant avec des nombres de Froude égaux. Alexander (1977) a tracé la longueur relative de la foulée (longueur de la foulée/longueur des jambes) en fonction de la racine carrée du nombre de Froude, pour les autruches et divers mammifères, et a constaté que tous les points se trouvaient à proximité d'une seule ligne. Alexander et Jayes (1983) ont montré plus en détail que des mammifères de tailles différentes, courant avec des nombres de Froude égaux, ont tendance à avoir une similitude dynamique : ils utilisent la même démarche, des longueurs de foulée relatives et des facteurs de service similaires, et exercent des modèles de force similaires sur le sol. . Il existe certaines divergences (notamment les rongeurs et autres petits mammifères, qui courent avec leurs pattes plus pliées que les grands mammifères et font des foulées relativement plus longues avec le même nombre de Froude), mais les prédictions de similarité dynamique tiennent raisonnablement bien. Biewener (1989) a souligné que les grands mammifères doivent courir sur des pattes plus droites que les petits, pour éviter des tensions osseuses et musculaires excessives. Des oiseaux de tailles différentes, courant à nombre de Froude égal, ont également tendance à se déplacer de manière dynamiquement similaire, avec des écarts dus au fait que les plus gros oiseaux gardent leurs pattes plus droites (Gatesy et Biewener, 1991).

Une partie de l'énergie dont les mammifères et les oiseaux auraient autrement besoin pour courir est économisée par les tendons qui stockent puis renvoient l'énergie de tension élastique, au cours d'une étape. Alexander (1988) a souligné que, pour une similarité dynamique dans la course, les animaux devraient être élastiquement similaires, c'est-à-dire que les forces proportionnelles à leur poids corporel devraient provoquer des contraintes égales (changements fractionnaires de longueur). Bullimore et Burn (2004) ont montré que cela pose un problème, car le tendon a le même module d'élasticité chez les mammifères de toutes tailles. Des structures élastiquement similaires subissent des contraintes égales (changement de hauteur/hauteur) lorsqu'elles sont chargées de leur propre poids. Les structures avec des modules élastiques égaux chargés avec leur propre poids, cependant, subissent des déformations proportionnelles à la contrainte, qui est (poids/surface de section transversale). S'ils sont géométriquement similaires, leurs poids sont proportionnels à (longueur) 3 et leurs sections transversales à (longueur) 2 . Par conséquent, la similarité élastique, entre des mammifères de tailles différentes dont les tendons ont des modules d'élasticité égaux, est incompatible avec une similarité dynamique stricte. Bullimore et Burn (2004) ont ensuite montré que les changements de posture liés à la taille que Biewener (1989) avait montrés nécessaires pour éviter des stress excessifs chez les grands mammifères, rendaient également possible une similarité élastique approximative.

Pour les animaux qui courent de manière dynamiquement similaire, toutes les forces sont proportionnelles au poids corporel et toutes les vitesses à la vitesse de course. Ainsi, la puissance mécanique est proportionnelle à (poids × vitesse), et le coût mécanique du transport [puissance/(masse × vitesse)] est indépendant de la masse corporelle. Alexander (1977) a montré que le coût du transport était indépendant de la masse pour des modèles spécifiques de marche et de course.

Taylor et al. (1982) ont montré pour un large éventail de mammifères et d'oiseaux que la puissance métabolique requise pour courir était linéairement liée à la vitesse. Ils ont soustrait l'interception à vitesse nulle (représentant le taux métabolique à l'arrêt) pour obtenir la puissance nette requise pour courir. Ils ont constaté que le coût métabolique net du transport était proportionnel à la masse corporelle (Mb) -0,32 . La figure 1 montre que la même relation correspond également aux données des reptiles, des amphibiens et des arthropodes (Full, 1989). Des calculs basés sur des enregistrements de plaques de force et des films d'un plus petit échantillon d'oiseaux, de mammifères et d'arthropodes ont montré, cependant, que le coût mécanique du transport était indépendant de la masse corporelle (Heglund et al., 1982 Full et Tu, 1991), comme prédit par le modèle de similarité dynamique.

Graphiques du coût du transport par rapport à la masse corporelle Mb pour courir les animaux. La ligne supérieure montre le coût métabolique net et la ligne inférieure le coût mécanique (ignorant les fluctuations de l'énergie cinétique interne et les économies d'énergie par les mécanismes élastiques). Sur l'axe horizontal, 0,1 mg devrait indiquer 0,1 g. De R. J. Full : Mécanique et énergétique de la locomotion terrestre : des bipèdes aux polypes. Dans Transformations énergétiques dans les cellules et les organismes (éd. W. Wieser et E. Gnaiger), p. 175-182. Stuttgart : Thième. Réimprimé avec autorisation.

Graphiques du coût du transport par rapport à la masse corporelle Mb pour courir les animaux. La ligne supérieure montre le coût métabolique net et la ligne inférieure le coût mécanique (ignorant les fluctuations de l'énergie cinétique interne et les économies d'énergie par les mécanismes élastiques). Sur l'axe horizontal, 0,1 mg devrait indiquer 0,1 g. De R. J. Full : Mécanique et énergétique de la locomotion terrestre : des bipèdes aux polypes. Dans Transformations énergétiques dans les cellules et les organismes (éd. W. Wieser et E. Gnaiger), p. 175-182. Stuttgart : Thième. Réimprimé avec autorisation.

L'efficacité avec laquelle les muscles effectuent le travail nécessaire à la course est le travail divisé par le coût énergétique métabolique. La figure 1 semble montrer que les grands coureurs sont plus efficaces que les petits et que l'efficacité de la course est approximativement proportionnelle à Mb 0,3 . Les coûts mécaniques montrés dans la figure 1, ignorent cependant les économies réalisées par les mécanismes élastiques, conduisant à l'impossible prédiction (par extrapolation) d'efficacités supérieures à 100 % pour des animaux de la taille des éléphants. L'augmentation apparente de l'efficacité avec l'augmentation de la taille corporelle pourrait être trompeuse si les économies réalisées par les mécanismes élastiques sont proportionnellement plus importantes chez les animaux plus gros. Les rendements apparents calculés à partir des données de la figure 1 sont 17 fois supérieurs pour les coureurs de 100 kg que pour les coureurs de 10 g. Il semble très improbable qu'une différence dans l'efficacité des mécanismes élastiques, entre des patins de tailles différentes, soit suffisamment importante pour expliquer cela. Nous devons conclure que les muscles des grands coureurs effectuent en effet un travail avec une plus grande efficacité. Avant d'en discuter davantage, nous demanderons s'il en est de même pour les autres modes de locomotion.


INTRODUCTION

Bien qu'il existe de nombreuses méthodes pour mesurer la dépense énergétique des mammifères marins sur le terrain, toutes ne sont pas égales en termes de fiabilité, de précision ou de facilité d'utilisation. Les trois méthodes actuelles les plus courantes utilisent des mesures du renouvellement de l'eau doublement marquée (DLW), des mesures d'accélération corporelle et de la fréquence cardiaque (FH). La méthode DLW fournit une estimation moyenne du taux métabolique sur le terrain sur une période finie qui n'est pas spécifique à une activité, avec des estimations d'erreurs individuelles chez les pinnipèdes allant de –39 à +44% (Sparling et al., 2008). Les mesures d'accélération corporelle, telles que l'accélération corporelle dynamique globale (ODBA) et les coups de nageoires, se limitent à prédire le taux métabolique pendant les comportements actifs et ne peuvent pas tenir compte des changements d'état physiologique tels que la digestion (Bevan et al., 1997 Hays et al., 2004 Williams et al., 2004 Fahlman et al., 2008b Green et al., 2009 Halsey et al., 2009). Les FH la méthode estime le taux de consommation d'oxygène (, une mesure indirecte de la dépense énergétique) à partir de FH (Fick, 1870). FH peut donc fournir des estimations spécifiques à l'activité de la dépense énergétique sur une échelle de temps beaucoup plus fine et pour des périodes de temps plus longues que la méthode DLW (Boyd et al., 2004 Butler et al., 2004 Ponganis, 2007), avec des estimations d'erreur comparables à ODBA en régime permanent (Green et al., 2009 Halsey et al., 2009).

Les FH nécessite de dériver des équations prédictives spécifiques à l'espèce entre FH et dans un environnement contrôlé avant que la technique puisse être utilisée pour prédire sur le terrain (pour une revue, voir Green, 2010). Des études antérieures sur les mammifères marins et les oiseaux ont fait comparaisons alors que les animaux étaient immergés dans un moulin à eau peu profond (Woakes et Butler, 1983 Williams et al., 1991 Butler et al., 1992 Boyd et al., 1995 Ponganis et al., 1997 McPhee et al., 2003), marchant sur un tapis roulant (Froget et al., 2001 Green, 2001 Froget et al., 2002 Green et al., 2005), nager horizontalement en eau libre (Williams et al., 1993) ou plonger dans un bassin peu profond (Bevan et al. , 1992 Webb et al., 1998a). Cependant, les modes de locomotion artificiels et les environnements utilisés dans ces études soulèvent des questions d'applicabilité aux animaux qui passent un temps considérable à plonger en profondeur.

Malgré l'utilisation actuelle de FH prédire des mammifères marins plongeurs dans la nature (c.-à-d. Hindell et Lea, 1998 Boyd et al., 1999), il n'est pas clair si le FH La méthode est précise pour les pinnipèdes qui se nourrissent à des profondeurs naturelles et pour des durées de plongée réalistes. Des estimations précises du taux métabolique dans la nature nécessitent relations qui sont dérivées dans des conditions contrôlées qui englobent des durées de plongée et des profondeurs de plongée représentatives des animaux en liberté. Des études antérieures qui ont enquêté FH et en plongée, les mammifères marins ont été limités par la profondeur maximale du réservoir (Webb et al., 1998a Sparling et Fedak, 2004). Notre étude a établi des relations entre FH et chez des otaries de Steller entraînées plongeant librement en haute mer jusqu'à des profondeurs allant jusqu'à 40 m et pendant des durées de 1 à 6 min, ce qui reflète des caractéristiques de plongée comparables à celles des animaux en liberté (Merrick et Loughlin, 1997 Rehberg et al., 2009 ). Nos objectifs spécifiques étaient donc de (1) mesurer et déterminer simultanément la relation entre FH et tandis que les otaries de Steller se nourrissaient et plongeaient à des profondeurs allant jusqu'à 40 m et (2) déterminer si FH pourrait être utilisé pour prédire le taux métabolique moyen (AMR) ou le taux métabolique en plongée (DMR) au cours d'une seule plongée ou d'une série de plongées continues (période de plongée).


Discussion

Cette étude est la première à examiner en profondeur le rôle de la température sur l'énergétique de la nage au sein et entre les différents stocks de saumons du Pacifique adultes sur le terrain et en laboratoire. Avec un total de 107 saumons adultes testés, il s'agit également de l'étude la plus complète sur les performances de natation des saumons adultes à ce jour.

Bien que l'effet de blocage pour quelques-uns des poissons ait été élevé, le Ucritique et ??O2max les données obtenues ici pour le saumon rouge sont tout à fait cohérentes avec les études antérieures en laboratoire et sur le terrain portant sur des saumons du Pacifique adultes (p. ex. Brett et Glass, 1973 Jones et al., 1974Williams et al., 1986). Par exemple, Ucritique (2.41 BL s -1 , N=8) signalée pour les saumons rouges adultes plus petits (1,65 ± 0,07 kg) (Brett et Glass, 1973) se trouve dans l'extrémité supérieure de notre Ucritique gamme, tandis que notre ??O2max les données ont tendance à être plus élevées que les leurs aux températures correspondantes (Fig. 3C). ??O2max (13,83 mg d'O2 kg -1 min -1 ) et Ucritique(2.33 BL s -1 ) pour le saumon rose (Williams et al., 1986) sont comparables à la présente étude. Les relations exponentielles entre ??O2max et la température signalée plus tôt pour les saumons rouges adultes se situent au-dessous (Davis, 1966) ou au-dessus (Brett et Glass, 1973) d'une relation exponentielle significative (r 2 =0,63Fig. 3C) qui pourrait être adapté à notre ??O2maxLes données. (Remarque : cette régression exponentielle avait tendance à sur-représenter le saumon rouge WVR et à sous-représenter à la fois le saumon rouge ES et GC, c'est-à-dire qu'il y avait un mauvais ajustement pour l'un des stocks de saumon individuels.) par la répétabilité des tests de nage, car le RR diminue significativement (Jain et al., 1998 Tierney, 2000) lorsque la truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss et les saumons rouges sont malades ou ont été attaqués par des substances toxiques.

Effets de la température

Le paradigme du préférendum de température finale, proposé par Fry (1947), comprenait trois inférences principales : une spécificité d'espèce au préférendum de température finale une relation entre le préférendum de température finale et la distribution du champ et une relation entre le préférendum de température finale et la température à laquelle les processus importants se déroulent avec une efficacité maximale. En effet, le concept d'optimum de température pour les processus physiologiques liés à la natation est bien documenté (voir les revues de Beamish, 1978Houston, 1982Guderley et Blier, 1988Hammer, 1995Kelsch, 1996Johnston et Ball, 1997Kieffer, 2000). De plus, il existe de nouvelles preuves que la performance cardiaque maximale et l'oxygène alimentant le tissu cardiaque peuvent être des « processus d'importance centrale » (Farrell, 1997, 2002), bien que d'autres processus soient probablement importants (Pörtner, 2002). Les présents résultats étendent donc l'idée d'optimums de température pour inclure la possibilité d'optimums de température spécifiques au stock, en plus de confirmer un effet important de la température sur les processus physiologiques qui déterminent ??O2max, champ d'activité et Ucritique. Trois stocks de saumons adultes ont démontré des optima de température distincts pour ??O2max et la portée de l'activité, tandis que les saumons rouges GC et WVR présentaient également des températures optimales pour Ucritique. En revanche, Ucritiquepour le saumon coho CHE, la sensibilité à la température était faible. Des optimums de température autour de 15°C ont été rapportés précédemment pour ??O2, portée métabolique et vitesse de croisière soutenue avec des saumons rouges juvéniles et adultes (Brett et Glass, 1973). Bien que cette température soit très proche des températures optimales rapportées ici pour le saumon rouge du GC, il y avait des différences claires dans les températures optimales pour le saumon rouge WVR (figure 3). De plus, les températures optimales des saumons coho CHE adultes sont considérablement inférieures à celles signalées précédemment pour les saumons coho juvéniles (environ 20°CBrett et al., 1958), une différence qui pourrait refléter soit un effet spécifique au stock, soit un effet sur le développement.

Bien que des optimums de température aient été clairement établis pour les stocks de saumon, une mesure de l'insensibilité à la température pour la capacité de nage maximale est probablement critique pour ces stocks de saumon, car ils font régulièrement face à des températures d'eau variables. Pour évaluer l'insensibilité à la température, nous avons utilisé les équations de régression pour estimer arbitrairement la plage de températures sur laquelle un stock de saumon pourrait atteindre au moins 90 % de son pic ??O2max. Ces plages de températures étaient : 14,7-20,3°C pour le saumon rouge GC, 12,7-17,3°C pour le saumon rouge WVR et 5,0-11,4°C pour le saumon coho CHE. En utilisant une analyse similaire pour le champ d'activité, les plages de température pour les trois stocks étaient similaires à celles des ??O2max, mais légèrement plus frais et/ou plus étroit (13,9-19,3 °C pour le saumon rouge GC, 12,8-16,2 °C pour le saumon rouge WVR et 6,6-8,9 °C pour le saumon coho CHE). Cette analyse montre clairement que ces trois stocks de saumon peuvent approcher leur pic d'activité aérobie respectif sur une plage de températures allant jusqu'à 5 °C. Une telle flexibilité physiologique peut être adaptative (voir Guderley et Blier, 1998) parce que la température de l'eau dans le fleuve Fraser peut varier annuellement à une date donnée jusqu'à 6 °C, offrant peut-être même une flexibilité suffisante pour gérer toutes les températures, sauf les plus extrêmes. conditions rencontrées dans le fleuve Fraser au cours d'une fenêtre de migration particulière. Cela ne signifie pas que des conditions de température et/ou hydrologiques extrêmes (connues pour certaines années) n'imposeraient pas de difficultés pour la migration (par exemple, les saumons rouges d'ES ont été confrontés à des températures d'eau atteignant 22 °C et à des débits de 9 000 m 3 s –1 Macdonald et al. ., 2000). Mais cela signifie que les informations physiologiques fournies ici pourraient être utiles pour prédire quelles conditions de la rivière sont plus susceptibles d'entraver le passage et de réduire le succès du frai.

Une découverte tout aussi importante était que ces optimums de température étaient en corrélation très étroite avec la température ambiante de l'eau de la rivière natale pour les stocks de saumon individuels. Cela signifiait que la sensibilité thermique la plus faible des performances aérobies maximales se produisait autour de la température ambiante du flux natal. Alors que la variabilité environnementale peut influencer différemment la capacité des organismes à survivre et à se reproduire, l'adaptation des populations à leurs niches environnementales respectives (Cooke et al., 2001), et le « concept de stock » suggère une adaptation aux conditions locales (Berst et Simon, 1981), les saumons migrateurs passent la majeure partie de leur vie loin des cours d'eau natals. Si la corrélation actuelle entre les températures optimales et la température natale du cours d'eau reflète le fait que le saumon adulte est pré-adapté aux températures de l'eau susceptibles d'être rencontrées pendant les migrations fluviales, ou si elle coïncide avec la température préférentielle de l'espèce (par exemple pour le saumon rouge 14,5°C , Brett, 195210,6-12,8°C, Horak et Tanner, 1964), nécessitera une étude plus approfondie. D'autres travaux devront également s'attaquer à la possibilité d'une compensation thermique assez rapide pendant la migration réelle dans la rivière. Pour certains stocks de saumon rouge, le moment de la migration semble avoir été beaucoup trop restrictif pour que les processus de compensation thermique prennent pleinement effet. Par exemple, le saumon rouge ES passe de l'eau de mer dans le détroit de Georgia, où il rencontre des températures ne dépassant probablement pas 13 °C, vers l'eau de rivière jusqu'à 18 °C, puis, en 4 jours, fait face à l'une de ses plus difficiles épreuves. défis de natation en rivière, Hell's Gate.

Bien que la majorité des tests aient été effectués à température ambiante de l'eau, de petits ajustements de température ont été utilisés pour étendre la plage de température ambiante. L'acclimatation à ces températures était nécessairement courte (5 jours) parce que les saumons complètement mûrs ont compromis la capacité de nager (Williams et al., 1986). Bien que la courte période d'acclimatation soit préoccupante, l'ampleur du changement de température (<6°C) n'était pas inhabituelle par rapport aux changements naturellement rencontrés, car les stocks de saumons rouges adultes d'ES et de Chilko sont régulièrement confrontés à des changements de température de 1°C par jour et autant à 7°C sur 1 jour au cours de leurs migrations (Idler et Clemens, 1959). De plus, les poissons individuels testés à leur température ambiante ou à une température ajustée ont montré un chevauchement raisonnable de ??O2maxvaleurs (Fig. 3A). Une deuxième préoccupation est que nous n'avons pas pris en compte les différences entre les sexes dans l'énergétique de la natation. Cette préoccupation est compensée par le fait que nous avons utilisé un nombre égal de poissons mâles et femelles dans de nombreux groupes d'essai. De plus, les études de télémétrie physiologique des migrations de saumons rouges ES et de saumons roses de la rivière Seton ont révélé peu de différences entre les sexes en termes de coût global de transport vers le site de frai, bien que les mâles aient été moins efficaces pour migrer à travers les obstacles hydrauliques (Hinch et Rand, 1998 Standen et al., 2002). La présente étude pourrait être utilisée comme cadre pour de futures études sur la dichotomie sexuelle dans les capacités de natation.

Le constat que ??O2routineaugmenté de façon exponentielle avec la température est conforme aux études précédentes montrant des relations exponentielles pour les deux ??O2routine et taux métabolique standard (truite arc-en-cielDickson et Kramer, 1971), truite fario Salmo trutta Butler et al., 1992), saumon rouge (Brett et Glass, 1973), tilapia Sarotherodon mossambicusCaulton, 1978) et l'achigan à grande bouche Micropterus salmoides Cooke et al., 2001). Comme prévu, notre ??O2routine les valeurs pour le saumon rouge adulte étaient plus élevées que le taux métabolique standard rapporté précédemment (Brett et Glass, 1973). Une partie de cette différence pourrait être attribuée au développement continu des gonades chez les poissons matures utilisés dans la présente étude. Il est également possible que la récupération nocturne soit insuffisante (voir Farrell et al., 2003) et que les saumons adultes soient plus agités que les poissons moins matures. Williams et al. (1986) ont noté que les saumons roses adultes étaient plus agités que les saumons rouges dans les tunnels de nage.

Différences intraspécifiques en fonction de la distance et de la difficulté de migration

The intraspecific differences in migration capacity were sometimes correlated with in-river migration distance and difficulty. For example, ES sockeye salmon, the furthest migrating stock of any of the Fraser River salmon, attained a significantly higher Ucrit at a 5°C cooler temperature and were more efficient swimmers at Ucrit because of a lower O2max compared with GC sockeye salmon. These attributes of ES sockeye salmon may be advantageous because they migrate almost three times the distance up the Fraser River compared with GC sockeye salmon(Table 1). Similarly, both ES and GC sockeye salmon migrate much longer distances and negotiate more severe hydraulic challenges compared with the coastal WVR sockeye salmon and correspondingly had a larger scope for activity at comparable water temperatures. Moreover, almost all of the GC and ES fish repeated their swimming performance without recovering O2 to within 5%of O2routine. The differences in swimming energetics found between CHE coho salmon and WVR sockeye also probably reflect species-specific adaptations. Yet, because these two salmon stocks face almost identical in-river migration distances and conditions, other factors must be involved in these adaptations. Thus, the suggestion that distance and/or difficulty of migration are powerful selective factors acting on salmonids (Bernatchez and Dodson, 1985 G. T. Crossin, S. G. Hinch, A. P. Farrell, D. A. Higgs, A. G. Lotto, J. D. Oakes and M. C. Healey, unpublished observations) is supported by the present study.

Intraspecific adaptation of maximum swimming ability has been previously established for juvenile salmonids either held or reared in a laboratory, but to our knowledge not for adult, wild salmon. For example, juvenile Pacific coho salmon from an interior river had an inheritable trait that resulted in a lower initial acceleration for a fast start, but a longer time-to-fatigue at a constant swimming speed compared with coho salmon from a coastal river(Taylor and McPhail, 1985). Similarly, Pacific steelhead trout O. mykiss from an interior river also had a greater time-to-fatigue for an incremental swimming speed test and allelic differences in the lactate dehydrogenases compared with a coastal stock (Tsuyuki and Williscroft,1977). Nevertheless, because Bams(1967) found that rearing conditions could alter swimming performance of sockeye salmon fry, phenotypic rather than genotypic expression could have contributed to the differences we observed.

Paradoxically, GC sockeye salmon were less efficient swimmers than either WVR sockeye salmon or CHE coho salmon, and why this is so is unclear. GC sockeye salmon were unusual in another regard, the plateau in O2 as the fish neared Ucrit. In fish, O2 typically increases exponentially with swimming speed (seeBeamish, 1978) to overcome drag, which is exponentially related to water velocity(Webb, 1975). Rarely is a plateau observed in O2 even though fish progressively increase the anaerobic contribution to swimming at 75%Ucrit (Brett and Groves, 1979 Burgetz et al.,1998). Consequently, the plateaus for both O2 and the cost of transport curve near Ucrit for GC sockeye salmon point to an unusually high contribution of anaerobically fueled locomotion. This possibility is further explored in the accompanying paper(Lee et al., 2003b), in which excess post-exercise oxygen consumption is examined as a measure of the anaerobic swimming activity.

In summary, we conclude that variation in O2routine among adult salmon stocks was primarily due to differences in water temperature. In contrast, distinct temperature optima for O2max were evident among salmon stocks, which when combined with differences in scope for activity and Ucrit, suggest stock-specific as well as species-specific differences in the temperature sensitivity of the physiological mechanisms that underpin oxygen delivery during swimming in adult Pacific salmon.


How Cells Grow

11.8 Oxygen Demand for Aerobic Microorganisms

Dissolved oxygen (DO) is an important substrate in aerobic fermentations and may be a limiting substrate , since oxygen gas is sparingly soluble in water. At high cell concentrations, the rate of oxygen consumption may exceed the rate of oxygen supply, leading to oxygen limitations. When oxygen is the rate-limiting factor, the specific growth rate varies with the DO concentration according to Monod equation, just like any other substrate-limited case.

Above a critical oxygen concentration, the growth rate becomes independent of the DO concentration. Fig. 11.6 depicts the variation of specific growth rate with dissolved a oxygen concentration in a rich medium (no other substrate limitation). Oxygen is a growth rate-limiting factor when the DO level is below the critical DO concentration. In this case, another medium component (eg, glucose, ammonium) becomes growth-extent limiting. Par exemple, avec Azotobacter vinelandii at a DO = 0.05 mg/L, the growth rate is about 50% of the maximum, even if a large amount of glucose is present. However, the maximum amount of cells formed is not determined by the DO, as oxygen is continually resupplied. If glucose were totally consumed, growth would cease, even if DO = 0.05 mg/L. Thus, the extent of growth (mass of cells formed) would depend on glucose, while the growth rate for most of the culture period would depend on the value of DO.

Fig. 11.6 . Growth rate dependence on dissolved oxygen (DO) for aerobic (A) and facultative organisms (B), Azotobacter vinelandii et E. coli, respectivement. The lines are the Monod equation fit to the data (symbols).

Data from J. Chen, A.L. Tannahill and M.L. Shuler, Biotechnol. Bioeng., 27: 151, 1985.

As shown in Fig. 11.6 , the dependence of DO for aerobic and facultative organisms on cell growth follows the Monod growth equation. For aerobic organisms:

and for facultative organisms,

??max0 is the maximum specific growth rate in anaerobic conditions. Facultative organisms grow with or without oxygen. For anaerobic organisms, there is no growth if oxygen is present.

The critical oxygen concentration is about 5–10% of the saturated DO concentration for bacteria and yeast, and about 10–50% of the saturated DO concentration for mold cultures, depending on the pellet size of molds. Saturated DO concentration in water at 25 °C and 1 atm pressure is about 7 ppm. The presence of dissolved salts and organics can alter the saturation value, while increasingly high temperatures decrease the saturation value.

Oxygen is usually introduced to the fermentation broth by sparging air through the broth. Oxygen transfer from gas bubbles to cells is usually limited by oxygen transfer through the liquid film surrounding the gas bubbles. The rate of oxygen transfer from the gas to liquid phase is given by:

kL is the oxygen transfer coefficient (m/h), une is the gas-liquid interfacial area (m 2 /m 3 ), C* is saturated DO concentration (g/L), CL is the actual DO concentration in the broth (g/L), and the N O 2 is the rate of oxygen transfer (g/L/h). Also, the term oxygen transfer rate (OTR) is used.

The rate of oxygen uptake is denoted as OUR (oxygen uptake rate) and:

where μ O 2 is the specific rate of oxygen consumption (g/g-cells/h), Y F X / O 2 is the yield factor on oxygen (g-cells/g-O2), et X is cell concentration (g-cells/L). When oxygen transfer is the rate-limiting step, the rate of oxygen consumption is equal to the rate of oxygen transfer. If the maintenance requirement of O2 is negligible compared to growth, then:

or in the batch reactor with negligible medium volume loss (due to air sparging):

Growth rate varies nearly linearly with the oxygen transfer rate under oxygen transfer limitations. Among the various methods used to overcome DO limitations are the use of oxygen-enriched air or pure oxygen and operation under high atmospheric pressure (2–3 atm). Oxygen transfer has a big impact on reactor design.

The maximum or saturation oxygen concentration is a function of temperature and oxygen pressure, as well as medium compositions. Electrolytes have a strong effect on oxygen solubility and transport. Quicker et al. (1981) gave a simple correlation between the saturation oxygen concentration (C*) and medium ionic and nonionic solute concentration:

C0* is the oxygen saturation concentration in pure water ( Table 11.3 ), C* is the oxygen saturation concentration in the medium, Hj is the oxygen solubility interaction constants ( Table 11.4 ), Zj is the ionic charge of ionic species j, et Cj is the concentration of species j in the fermentation medium.

Table 11.3 . Solubility of Oxygen in Pure Water

Temperature (°C)Oxygen Solubility in Pure Water When Contacting with Air at 1 atm (kg/m 3 )Henry’s Law Constant (atm-O2/m 3 /kg − 1 )Density of Water (kg/m 3 )
01.46 × 10 − 2 14.4999.839
51.28 × 10 − 2 16.4999.964
101.14 × 10 − 2 18.4999.699
151.02 × 10 − 2 20.5999.099
200.929 × 10 − 2 22.6998.204
250.849 × 10 − 2 24.7997.045
300.782 × 10 − 2 26.9995.647
350.731 × 10 − 2 28.7994.032
400.692 × 10 − 2 30.4992.215
450.656 × 10 − 2 32.0990.213
500.627 × 10 − 2 33.5988.037
600.583 × 10 − 2 36.0983.200
700.550 × 10 − 2 38.2977.771
800.528 × 10 − 2 39.8971.799
900.515 × 10 − 2 40.8965.321
1000.510 × 10 − 2 41.2958.365

Calculated from International Critical Tables, 1928, vol. III, p. 257. McGraw-Hill: New York.


Should heart-to-body energy consumption ratio equal oxygen consumption ratio? - La biologie

HIIT vs. Continuous Endurance Exercise: Metabolic Adaptations
Increasing mitochondrial density can be considered a skeletal muscle and metabolic adaptation. One focal point of interest for metabolic adaptations is with the metabolism of fat for fuel during exercise. Because of the nature of high intensity exercise, the effectiveness of this type of training for fat burning has been examined closely. Perry et al. (2008) showed that fat oxidation, or fat burning was significantly higher and carbohydrate oxidation (burning) significantly lower after 6 weeks of interval training. Similarly, but in as little as two weeks Talanian et al. (2007) showed a significant shift in fatty acid oxidation with HIIT. In their research review, Horowitz and Klein (2000) summarize that an increase in fatty acid oxidation is a noteworthy adaptation observed with continuous endurance exercise.

Another metabolic benefit of HIIT training is the increase in post-exercise energy expenditure referred to as Excess Post-exercise Oxygen Consumption (E.P.O.C.). Following an exercise session, oxygen consumption (and thus caloric expenditure) remains elevated as the working muscle cells restore physiological and metabolic factors in the cell to pre-exercise levels. This translates into higher and longer post-exercise caloric expenditure. In their review article, LaForgia, Withers, & Gore (2006) note that exercise intensity studies indicate higher E.P.O.C. values with HIIT training as compared to continuous aerobic training.

Final Verdict: And the Winner of the Battle of the Aerobic Titans is…
The major goals of most endurance exercise programs are to improve cardiovascular, metabolic, and skeletal muscle function in the body. For years continuous aerobic exercise has been the chosen method to achieve these goals. However, research shows that HIIT leads to similar and in some cases better improvements in shorter periods of time with some physiological markers. Incorporating HIIT (at the appropriate level of intensity and frequency) into a client's cardiovascular training allows exercise enthusiasts to reach their goals in a very time efficient manner. And, since both HIIT and continuous aerobic exercise programs improve all of these meaningful physiological and metabolic functions of the human body, incorporating a balance of both programs for clients in their training is clearly the 'win win' approach for successful cardiovascular exercise improvement and performance. GO HIIT and GO Endurance!

Side Bar 1. HIIT Program Development
When developing a HIIT program the duration, intensity, and frequency of the interval must be considered along with the length of the recovery interval. Duration of the work (high intensity effort) bout should be between 5 seconds to 8 minutes. Power athletes tend to perform shorter work intervals (5 sec - 30 sec) while endurance athletes will extend the high intensity work interval (30 sec - 8 min) (Kubukeli, Noakes & Dennis, 2002). Intensity during the high intensity work bout should range from 80% to greater than 100% of maximal oxygen consumption (VO2max), heart rate max, or maximal power output. The intensity of the recovery interval ranges from passive recoveries (doing very little movement) or active recoveries (which is more common) of about 50-70% of the above described intensity measures.

The relationship of the work and recovery interval is also a consideration. Many studies use a ratio of exercise to recovery, for example a ratio of 1:1 could be a 30-second interval followed by 30 seconds of recovery. A ratio of 1:2 would be a 30-second interval followed by a 1-minute rest. Typically, the ratios are designed in order to challenge a particular energy system of the body.
Read through the sample workouts that follow. These workouts have been used in previous research studies to induce both cardiovascular and skeletal muscle changes. Each component of a training session is included.

Sample 1: Track workout
Warm-up: Light 10-min run around track.
Interval: 800-meter runs at approximately 90% of maximal heart rate (based on estimation heart rate max = 220-age). Each 800-meter interval should be timed.
Rest Interval: Light jog or walk for same amount of time it took to run each 800 meter
Work/Rest ratio: 1 to 1 ratio. The time for the interval (800 meter) and rest interval should be the same.
Frequency: Try to complete 4 repetitions of this sequence.
Cool Down: 10-min easy jog.
Comments: The distance of the interval can be adjusted from 200 meter to 1000 meter. Also, the length of the rest interval can be adjusted.
Adapted from Musa et al. (2009).

Program 2: Sprint training workout
Warm-up: 10 min of light running.
Interval: 20-second sprints at maximal running speed.
Rest interval: 10 seconds of rest between each sprint. Light jogging or walking
Work/Rest ratio: 2 to 1 ratio. The work interval is 20-sec and rest interval is 10-sec.
Frequency: 3 groups or sets of 10-15 intervals. Take 4 min of rest between each set
Cool Down: 10 min easy jog
Comments: This is a sprint workout. The first few intervals should be slower allowing muscles to adapt to the workout. It is important to be safe and careful avoiding muscle damage during maximal sprinting exercise. The warm-up session is very important.
Adapted from Tabata et al. 1996.

Program 3: Treadmill workout
Warm-up: 10 min of light jogging.
Interval: Set treadmill incline at 5% grade and speed at 3 mph. During each high intensity interval increase speed to 5 mph - 6.5 mph, while keeping grade at 5%. The length of the interval should be 1 min.
Rest Interval: 2-minute rest interval with the walking speed set to 3 mph. Do not adjust incline.
Work/Rest Ratio: 1 to 2 ratio. The work interval is 1-minute and the rest interval is 2-minutes
Frequency: 6-8 repetitions of this sequence.
Cool Down: 5 - 10-minutes of easy jogging
Comments: This is a hill running interval session. Incline, running speed, interval length, and rest interval can be adjusted during the interval session.
Adapted from Seiler and Hetlelid, 2005.

Side Bar 2: Four Great Endurance Programs Ideas
The following 4 endurance exercise programs are adapted from the research investigations reviewed by LaForgia, Withers, & Gore, 2006. Perform an adequate warm-up (

10 min of light exercise) and cool-down (

5-10 min of low-intensity exercise) for each program. All of the workouts below can be performed on any aerobic mode.

1) Maximal lactate steady state exercise.
The maximal lactate steady state (MLSS) workout is the highest workload an exerciser can maintain over a specified period of time. MLSS exercise work bouts can last between 20 and 50 minutes. Tell the client to work at his/her maximal steady state of exercise for the desired time (between 20 and 50 minutes).

2) Alternating aerobic modes endurance exercise.
Alternate aerobic modes (i.e., treadmill and elliptical trainer) every 20 to 40 minutes of aerobic exercise keeping the exercise intensity &Mac17970% of heart rate max. Keep the time on each mode of exercise that same. Number of alternating modes is dependent on fitness level of client.

3) Step-wise endurance exercise.
With step-wise endurance exercise the client progresses from 10 minutes (at &Mac17950% heart rate max) to 10 minutes (at &Mac17960% heart rate max) to 10 minutes (at &Mac17970% heart rate max) on any aerobic mode. For a slight modification, the personal trainer may have the client step-wise up in intensity and also step-wise down on this workout. Thus, after completing the 10 min at a 70% heart rate max the client would switch to 10 minutes at 60% heart rate max and then 10 minutes at 50% heart rate max.

4) Mixed-paced endurance exercise.
On the selected mode of exercise randomly vary the endurance duration (i.e., 5 min, 10 min, 15 min blocks of time) and the intensity of exercise. For instance, a 45 minute endurance treadmill workout could begin with 10 min at 50% heart rate max, then sequence into 5 min at 70% heart rate max, then 15 min at 60% heart rate max, then 10 min at 75% heart rate max, and finish with 5 min at 50% heart rate max.

Fact Box 1: Seven Remarkable Endurance Feats of Interest
1. The official International Association of Athletics Federations world Marathon record for men is 2:03:59, set by Haile Gebrselassie of Ethiopia on September 28, 2008 at the Berlin Marathon.
Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Marathon_world_record_progression

2. The women's record holder in the marathon is Paula Radcliffe of the United Kingdom in a time of 2:15:25.
Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Marathon_world_record_progression

3. The predicted human capability of the marathon based on physiological characteristics as describe by Joyner (1991) is 1:57:58. This equals a 4:30 per mile pace.

4. The longest certified road race in the world is the 3100 mile Self-Transcendence Race in New York City that takes place around a half-mile city block in Queens, NY. Only 30 runners have completed the race, which requires each contestant to complete 2 marathons per day for 50 days.
Source: http://3100.srichinmoyraces.org/

5. The longest bicycle race is the Tour d'Afrique, which is 12,000 km (7500 miles) and 120 days traveling from Cairo, Egypt to Cape Town, South Africa.
Source: http://www.africa-ata.org/sports3.htm

6. One of the longest swims ever was recorded by Martin Strel in 2009. The Slovenian man swam the length of the Amazon River (3,272 miles) in 66 days.
Source: http://www.amazonmartinstrel.com/?page_id=1633

7. Another outstanding swimming feat was a performance by Benoit Lecomte, who swam across the Atlantic Ocean from Cape Cod to France, which is 3,736 miles. He averaged six to eight hours per day of swimming.
Source: http://www.thelongestswim.com/#/atlantic

Side Bar 3: Four Important Questions and Answers Regarding HIIT
1. How many times per week can HIIT be completed?
A: Research says that three times per week may produce the best results while limiting injury (Daussin et al., 2008 Helgerud, et al., 2007 Musa, et al., 2009 Perry, et al., 2008). Interval training is very demanding and it is important to be fully recovered between sessions.

2. Barefoot running has grown in popularity in the past several years. Is it safe to perform HIIT barefoot?
A: According to Pauls and Kravitz (2010) it is important to progress slowly into barefoot running regardless of intensity. The best method may be to perform other daily living activities such as walking, cleaning, or gardening before beginning to run. Once you are consistently barefoot running there should be another progression with HIIT. Begin with one or two barefoot intervals and increasing to three or four over a several weeks is the best recommendation.

3. If a client has been inactive for several months is it safe to start an exercise program with HIIT?
A: There should be a careful progression of activity when re-starting any exercise program. Beginning with HIIT may increase the chance for injury and muscle soreness. A better approach would be to start with continuous aerobic exercise at a low intensity level. Once the client is able to run for thirty consecutive minutes at a moderate intensity he/she can then progress slowly into interval training.

4. Is it O.K. to before a high intensity interval training session?
A: When exercise intensity is greater than 80% the rate at which the contents of stomach empty slow down (de Oliveira & Burini, 2009). This is due to changes in blood flow along with hormonal and neurotransmitter activation. To reduce the chance of gut problems during exercise eat foods that are low in fiber, lactose, and nutritive sweeteners several hours before a training session, and be sure to drink plenty of fluids (de Oliveira & Burini, 2009).
LES RÉFÉRENCES
Bartels, M.N., Bourne, G.W., and Dwyer, J.H. (2010). High-intensity exercise for patients in cardiac rehabilitation after myocardial infarction. Physical Medicine and Rehabilitation. 2(2), 151-155.

Billat, L. V. (2001). Interval training for performance: a scientific and empirical practice. Special recommendations for middle- and long-distance running. Part I: aerobic interval training. Sports medicine, 31(1), 13-31.

Burgomaster, K.A., Howarth, K.R., Phillips, S.M., Rakobowchuk, M., Macdonald, M.J., McGee, S.L., and Gibala, M.J. (2008). Similar metabolic adaptations during exercise after low volume sprint interval and traditional endurance training in humans. Journal of Physiology, 586(1), 151-160.

Daussin, F.N., Zoll, J., Dufour, S.P., Ponsot, E., Lonsdorfer-Wolf, E. et al. (2008). Effect of interval versus continuous training on cardiorespiratory and mitochondrial functions relationship to aerobic performance improvements in sedentary subjects, American Journal of Physiology: Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 295, (R264-R272.

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Bios:
Micah Zuhl, Ph.D. is an assistant professor in the Department of Health Sciences at Central Michigan University. His research interests include the GI tract and exercise, sports performance and disease prevention through exercise. Micah is a recreational cyclist, runner, and hiker.

Len Kravitz, PhD, is the program coordinator of exercise science and a researcher at the University of New Mexico, where he won the Outstanding Teacher of the Year award. He has received the prestigious Can-Fit-Pro Lifetime Achievement Award and was chosen as the American Council on Exercise 2006 Fitness Educator of the Year.


Supporting information

S1 Table. AHRQ Cross-Sectional/Prevalence study quality assessment checklist.

Y yes, N no, N.A. not applicable, ? not specified/unknown. *1. Was the source of information for the reported outcome measurements mentioned? 2.Were inclusion criteria reported? 3. Were exclusion criteria reported? 4. Was the timeframe of recruitment reported? 5. Were subjects consecutively recruited or population-based? 6. Were evaluators of subjective components masked to other aspects of the subjects? 7. Have any assessments been undertaken for quality assurance purposes (test/retest of primary outcome measurements)? 8. Was the used equipment validated or were there references to validation in previous publications? 9. Were all participants included in the analysis? 10.Was confounding assessed and/or controlled for? 11. Were missing data reported? 12. Were patient response rate and completeness of data collection reported? 13. Were follow-up, incomplete data, or loss to follow-up reported? 14. Was tested walking speed reported?

S2 Table. Frequencies of the reported outcome variables.

HR heart rate PCI physiological cost index %HRR % heart rate reserve RER respiratory exchange ratio RR respiratory rate BP blood pressure METs metabolic equivalent of task RQ respiratory quotient EEI energy expenditure index.



Commentaires:

  1. Athamas

    Enfin en bonne qualité !!!

  2. Dozahn

    Nous sommes désolés qu'ils interfèrent… Mais ils sont très proches du thème. Ils peuvent aider à la réponse. Écrivez au PM.

  3. Nalmaran

    Je crois que vous vous trompez. Je suis sûr. Je peux défendre ma position. Envoyez-moi un courriel à PM, nous parlerons.

  4. Age

    n'est absolument pas conforme à la phrase précédente



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