en sammenligning af fysiologiske og biomekaniske responser ... · en sammenligning af fysiologiske...
TRANSCRIPT
En sammenligning af fysiologiske og biomekaniske responser ved roning på Concept II med og uden
Concept II slide
A comparison of physiological and biomechanical responses to rowing on Concept II with and without Concept II slide
Speciale på kandidatuddannelsen i Idræt og Sundhed af Martin Hejgaard Sørensen
Institut for Idræt og Biomekanik Juli 2001 Syddansk universitet, Odense Universitet
Vejledere: Gisela Sjøgaard & Kurt Jensen
Indholdsfortegnelse
2
Indholdsfortegnelse
Forord ............................................................................................................................................. 4
Ordliste ........................................................................................................................................... 5
Abstract .......................................................................................................................................... 6
1.0 Indledning ................................................................................................................................ 8
1.1 Formål ................................................................................................................................... 9 2.0 Baggrund og teori .................................................................................................................. 10
2.1 Fysiologi .............................................................................................................................. 10 2.2 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere ................................................................ 12 2.3 Biomekanisk modellering ................................................................................................... 13
3.0 Metode og materiale .............................................................................................................. 16
3.1 Forsøgspersoner .................................................................................................................. 16 3.1.1 Allokering af forsøgspersoner ...................................................................................... 17
3.2 Testprotokoller .................................................................................................................... 18 3.2.1 Overordnet forsøgsprotokol ......................................................................................... 18
3.2.2 Forsøgskørsel ............................................................................................................... 19
3.3 Forsøgsopstilling ................................................................................................................. 20 3.3.1 Ro-ergometer ................................................................................................................ 21
3.3.2 Slide .............................................................................................................................. 22
3.3.3 Flyhjul .......................................................................................................................... 23
3.3.4 Display ......................................................................................................................... 24
3.3.5 Elastik ........................................................................................................................... 25
3.4 Fysiologi .............................................................................................................................. 26 3.4.1 Fysiologisk testprotokol ............................................................................................... 26
3.4.2 Kalibrering og beskrivelse af iltoptagelsesudstyr ........................................................ 27
3.4.3 Fysiologiske beregninger ............................................................................................. 27
3.4.4 Pulsmålinger ................................................................................................................. 29
3.4.5 Laktat ............................................................................................................................ 29
3.4.6 Vægt og højdemåler ..................................................................................................... 30
3.5 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere ................................................................ 31 3.5.1 Testprotokol for ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere ............................... 31
3.5.2 Kalibrering og beskrivelse af kraftmåler ...................................................................... 31
3.5.3 Kalibrering og beskrivelse af distancemåleren ............................................................ 32
3.5.4 Effekt og frekvens ....................................................................................................... 33
3.6 Biomekanisk modellering ................................................................................................... 34 3.6.1 Kalibrering og beskrivelse af video til biomekanisk modellering ............................... 34
3.6.2 Biomekanisk model ...................................................................................................... 35
3.6.3 Beregning af energi for bevægelse af ro-ergometer på slidesystemet ......................... 36
Indholdsfortegnelse
3
3.6.4 Beregningen af det indre arbejde ................................................................................. 36
3.6.5 Beregning af energiomsætning for det samlede indre og ydre arbejde ........................ 38
3.7 Statistik ................................................................................................................................ 42 4.0 Resultater ............................................................................................................................... 43
4.1 Fysiologi .............................................................................................................................. 43 4.2 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere ................................................................ 47
4.2.1 Ydre arbejde ................................................................................................................. 47
4.2.2 Effekt fra kraftmåleren ................................................................................................. 47
4.2.3 Ro-ergometer-elastik og ydre arbejde .......................................................................... 48
4.2.4 Nyttevirkning ............................................................................................................... 49
4.2.5 Tagdistancen................................................................................................................. 50
4.2.6 Kraft og frekvens .......................................................................................................... 50
4.2.7 Tid tag / recovery og tid til maks. kraft ........................................................................ 52
4.3 Biomekanisk modellering ................................................................................................... 55 4.3.1 Forflyttelse af ergometer ............................................................................................. 55
4.3.2 Indre arbejde ................................................................................................................. 56
4.3.3 Estimering af iltoptagelse ............................................................................................. 58
5.0 Diskussion .............................................................................................................................. 60
5.1 Fysiologi .............................................................................................................................. 60 5.2 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere ................................................................ 61
5.2.1 Displayudlæsning, ydre arbejde og nyttevirkning........................................................ 62
5.2.2 Elastik, tagdistance og kraft ......................................................................................... 62
5.2.3 Frekvens, tid tag / recovery og tid til maks. kraft ........................................................ 63
5.3 Biomekanisk modellering ................................................................................................... 64 5.3.1 Indre arbejde ................................................................................................................. 65
5.3.2 Estimering af iltoptagelse ............................................................................................. 65
5.4 Sammenfatning .................................................................................................................... 66 6.0 Konklusion ............................................................................................................................. 67
6.1 Perspektivering .................................................................................................................... 68 7.0 Referenceliste ......................................................................................................................... 69
8.0 Bilag ........................................................................................................................................ 73
Forord
4
Forord
Denne specialeafhandling afslutter mit studium i idræt, som senere fører frem til min uddannelse
som Cand. Scient. Processen i dette speciale har været særdeles interessant og lærerig, specielt
indsigten i praktisk forskning og metode har været lærerig og udbyttegivende.
Processen med at afslutte mit studie i Idræt i Odense med en bachelorgrad fra Århus har været
problemfri og en god oplevelse, grundet stor professionalisme fra Institut for Idræt i Odense.
I forbindelse med specialets tilblivelse vil jeg takke mine vejleder Gisela Sjøgaard og Kurt
Jensen, som har været til stor hjælp og udvist overblik under de mange faser.
Jeg vil desuden takke Lars Vincent for stor teknisk support, Jørgen Reuter for tekniske
konstruktioner og Stefan Hansen for bistand under de praktiske afviklinger af forsøg.
Martin Hejgaard Sørensen
________________________________ Holmstruphøjvej 46 8210 Århus V.
tlf.: 86248160 E-mail: [email protected]
Ordliste
5
Ordliste Term Forklaring/definition (enhed)
BPM Slag pr. minut. (beats per minute)
E Energi (J)
FF-Ro-ergometer Forflyttelsesenergi for ro-ergometer
Flyhjul Bremsemekanisme på ro-ergometer, som skabes ved
luftmodstand
G Tyngdekraften (m * s-2)
H Højden (m)
Hz Hertz (svingninger eller målinger/sampling pr. sekund)
I Rotationsinerti (m * r2) (r=gyrationsradius)
M Massen (kg)
N Newton (kg * m * s-2)
Pixel Mindste enhed i billedopløsningen
Recovery Den del af rotaget, hvor tilbageførslen af åren foregår
s Sekunder
Slide (ms) System, som ro-ergometret står på for at give en mere
naturlig robevægelse
t Tiden (s)
Taget Den del af robevægelsen, hvor der skabes fremdrift
Tot Total
Totaltaget Taget + Recovery
Uden slide (us) Roning på ro-ergometer uden slide
V Hastighed (m * s-1)
θ Vinkel (radianer)
ω Vinkelhastighed (θ * s-1)
Résumé
6
Abstract
A new slide system has been developed for the widely used Concept II rowing ergometer. The
producer claims that this new slide system will make rowing more like rowing on the water. In
the future, this slide system will properly be used for testing, training and competitions in
ergometer rowing.
The hypothesise is that when rowing on the ergometer with the slide system, the energy turnover
and thereby the oxygen uptake will be less. The moving pattern will be different and the internal
work will be less. This is assumed to be caused by the work performed in the recover phase
which is lower with the slide system.
The purpose of this study was to compare the Concept II rowing ergometer with and without the
slide system in a physiological, mechanical and kinematic way. Six male rowers all lightweight
categorized and with national or international experience in rowing and ergometer rowing
volunteered for this study. Their average (±sd) physical characteristics: age 24±4 years, height
183±2 cm, and body mass 78±2 kg.
On the same day, the rowers completed the following rowing test, in random order, on the
Concept II rowing ergometer with and without the slide system: Three sub maximal loads each
lasting 6 minutes, and one all out test lasting 6 minutes. The following parameters were tested:
1) Physiological parameters: Oxygen uptake (direct measurement), breathing frequency, heart
rate, blood lactate and lung ventilation.
2) Biomechanical parameters: Force on the grip (strain gauge) and the length of the stroke
(special designed potentiometer).
3) Body Kinematics: 50 Hz Video recording to estimate the internal work of 12 markers on
joints forming an 2d 13 segment link model.
The physiological test showed no difference with or without the slide. The efficiency was
calculated to be 20 % of the power shown on the ergometer display. If the power was calculated
from the force transducer the efficiency was higher (2 % p<0,05) than from the power shown on
the display.
The frequency was 11 % higher with slide than without slide p<0,05. The duration of the strokes
and the duration of recovery 3 % and 13 % longer, respectively, without slide than with slide
p<0,05.
The length of the strokes was 2 % longer without slide than with slide p<0,05. The max. force of
the strokes was 7 % higher without slide than with slide p<0,05. The time to peak force was
1 % - 7 % longer without slide than with slide p<0,05.
Résumé
7
The internal work with slide was 6 % - 16 % higher than without slide. There was a difference
between the three methods (Winter, Widrick and Willems) of internal work calculations p<0,05.
There was an increase of internal work of 24 % between the three sub. maximal loads. The
external work performed by the body was 1 % - 3 % higher with the slide than without the slide
p<0,05. All three biomechanical methods for estimation of the oxygen uptake gave an over-
estimate. This is properly caused by the low efficiency used in the methods of oxygen
calculation (an overview of the results is given in table 1).
Based on the above results I conclude that:
There is no difference in the physiological responses to rowing with or without a slide
when comparing data from the display.
There is a difference in the efficiency when calculating the power from the force
transducer.
A great difference in the mechanical rowing pattern with and without slide was
demonstrated.
There is a difference in the internal and external work with or without slide. The
efficiency in rowing with a slide is probably higher. The methods for estimation of the
internal work require further investigations.
With Slide Without Slide Breathing Frequents Higher* (8%) Frequents (stroke per minute) Faster (11 %) Stroke Length Higher (2 %) Max. force in stroke Higher (7%) Time to peak force Faster (1-7 %) Duration of stroke Higher** (3 %) Duration of recovery Higher (13 %) Internal Work Higher*** (6-16 %) Power calculated from force transducer Higher (1-3 %) Oxygen consumption No difference
No difference No difference No difference No difference (20 %) No difference (22 %)
Heart rate Blood Lactate Lung Ventilation Efficiency (power from display) Efficiency (power from force transducer) Table 1 A overview of measurements where there was found a difference and now difference between experiment performed with and without slide p<0,05 n=18. * Only higher on sub maximal test 1 and 2. ** Only higher on sub maximal test 1. *** Only with the Winter and Willems models.
Indledning
8
1.0 Indledning
De fysiologiske og biomekaniske aspekter af roning er beskrevet ved at foretage forsøg ved
roning på vand. Den tidlige forskning inde for de fysiologiske parametre bestemmer iltoptagelse,
puls, laktat og ventilation, som ligger til grund for de metoder, der anvendes i dag (Di Prampero,
1971). De biomekaniske parametre, hvor specielt det ydre arbejde og hermed: Effekten,
frekvensen og tagdistancen er målt med metoder, som ligger til grund for den forskning, der
foretages i dag (Celentano, 1974). For at gøre forskning og træning mulig væk fra vandet, er der
udviklet ergometre, der efterligner roning. Det er vist, at ro-ergometre efterligner roning på vand
så tilfredsstillende, at ro-ergometret er et udbredt værktøj blandt trænere og fysiologiske
testpersoner (Kramer, 1994).
Udviklingen af det perfekte ro-ergometer går således imod at skabe det bevægelsesmønster og
den belastningsgrad, som foregår i båden på vandet. Tidligere forskning har simulerede roning
ved at placere roeren på land og lade åren ro i et bassin med vand. Udviklingen af ro-ergometre,
som man kender fra cykling, hvor et svinghjul bliver bremset af friktionsbælte, er blevet udviklet
(Hahn, 1988). Problemet med ro-ergometre er at skabe den eksakte modstand og det korrekte
bevægelsesmønster, som foregår i båden på vandet.
Et af de ergometre, der er mest almindeligt udbredt i dag, er Concept II ro-ergometret, som er et
luft bremset ro-ergometer. Dette bliver brugt til træning af roere og motionstræning i mange
motionscentre. Desuden bliver Concept II ro-ergometret anvendt ved testning af roere, samt
konkurrencer i ergometerroning.
For at gøre Concept II ergometerets bevægelsesrytme og belastningsgrad mere naturtro, er der
udviklet et stel (Concept II-slide), som antager at give en mere naturlig rorytme. Dette nye
Concept II-slide vil sandsynligvis i fremtiden blive anvendt til træning, testning og evt.
konkurrencer. Alle Concept II ergometre kan således monteres på det nye Concept II-slide, og
ifølge producenten få forbedret ligheden med roning på vand.
I forbindelse med implementeringen af en sådan ændring er det interessant at få beskrevet
eventuelle fysiologiske og biomekaniske forskelle under anvendelsen af Concept II med og uden
slidesystemet.
Under taget i normal roning bliver der skabt en fremdrift i båden. Slidesystemet medfører en
naturlig acceleration af kroppen og hermed af sædet tilbage i båden (modsat bådens retning)
under recoveryfasen (Secher, 1993). Under normal (Concept II) ergometerroning skal denne
Indledning
9
tilbagerettede bevægelse skabes af et benarbejde. En mekanisk og elastisk skinneanordning
(slide stellet) giver roeren denne fremdrift og hermed en mere naturlig bevægelse (Rekers, 1993).
Hypotesen er, at energiforbruget og herved iltoptagelse under roning med slide vil være lavere
ved samme ydre belastning. Dette formodes, idet der under robevægelsen med slide foregår en
mindre forflyttelse af kroppens tyngdepunkt. Denne forflytning er erstattet af forflytningen af ro-
ergometret (dette vejer kun ca. 20 kg) (Rekers, 1993). Dette vil medføre, at nyttevirkningen
under roning med slide vil være højere.
De mekaniske observationer af det ydre arbejde (hastighed, frekvens, tagdistancen) vil være
højere med slide grundet i, at bevægelsen af slidesystemet letter taget i robevægelsen og gør
bevægelsen mere naturlig.
1.1 Formål
Jeg ønsker at sammenligne Concept II ro-ergometret med og uden slide. Dette ønsker jeg at gøre
ved at teste et antal forsøgspersoner med og uden slide, hvorved følgende delformål opnås:
Jeg vil sammenligne den fysiologiske respons ved tre submaksimale belastninger således,
at iltoptagelse, puls, ventilation, åndedrætsfrekvens og laktat bestemmes med og uden
slide. Herved kan en nyttevirkningen ved de to situationer bestemmes.
Jeg vil sammenligne mekaniske forskelle i det ydre arbejde under robevægelsen ved de
tre submaksimale belastninger således, at kraften, frekvensen, tid for taget og recovery og
tagdistancen kan bestemmes med og uden slide.
Jeg vil bestemme det indre arbejde med og uden slide. Det indre arbejde vil blive bestemt
ud fra tre biomekaniske modeller, for at analysere om de kan forklare eventuelle forskelle
i nyttevirkning.
Baggrund og teori
10
2.0 Baggrund og teori
Følgende afsnit beskriver de teoretiske forhold som vedrører specialet, disse vil blive opdelt i tre
dele, som henholdsvis beskriver fysiologi, ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere og
biomekanisk modellering (indre arbejde). De biomekaniske modelleringsafsnit indeholder
bestemmelse af indre arbejde og estimering af iltoptagelse ud fra kinematikdata. Der vil primært
blive anvendt kilder, som benytter ergometerroning, men visse dele inden for det fysiologiske
område vil inddrage roning på vand. Her vil dog blive anvist, hvis kilden kommer fra roning på
vand. Afsnittet omhandlende ydre arbejde og mekanik vil beskrive den mekaniske forskning, der
er foretaget i relation til specialet, her har jeg dog kun kunnet fremskaffet materiale, der tester
enten maks. (2000-2500 m) forsøg eller få enkelttag.
Kinematisk analyse af robevægelsen kan foretages ud fra videoanalyse af bevægelsen, denne kan
benyttes til analyse af bevægelsesmønsteret og energiestimat for det indre arbejde. Denne opgave
benytter kun de kinematiske data til at foretage den sidste energiestimering, hvorefter kun teorien
for dette berøres. Det skal dog nævnes, at bevægelsesanalysen er vigtig i forhold til optimering af
robevægelse, skadesforebyggelse og i sidste ende sammenligning af ergometerets validitet i
forhold til roning på vand (Shephard, 1998 Rekers, 1993 Torres-Moreno, 2000). Den
biomekaniske modellering til estimering af det indre arbejde, vil primært anvende teori fra
forsøg med gang, skiløb, og cykling. Dette er grundet i, at jeg kun har fundet én artikler, der
giver modeller inden for roning.
2.1 Fysiologi
Ergometerroning belaster kroppen fysiologisk anderledes end løbe- og cykelergometer-typer,
idet roergometret, udover de store muskelgrupper i benene, også belaster små muskelgrupper i
arme samt ryg og mave (Rodriguez, 1987). Ergometer-roning adskiller sig desuden ved, at
belastningen af ekstremiteterne foregår synkront. Dette medfører fysiologisk, at der kan måles en
højere puls ved et givent submaksimalt relativt iltoptagelse sammenlignet med arbejde på løbe
og cykelergometre (Secher, 1983). Dette er grundet i brugen af små muskelgrupper.
Iltoptagelsesniveauet ligger omkring 6 l O2 *min–1 (kondital omkring VO2 65 ml * kg–1*min–
1) for eliteroere, hvilket placerer dem en del under eliteløbere og skiløbere (80 og 85 VO2 ml *
kg–1*min–1), som også anvender ben- og armarbejde (denne forskel gør sig også gælden ved at
Baggrund og teori
11
opløfte i 2/3 potens) (Secher, 1983, Robergs, 1987, Åstrand,1986, Målt både under ro-ergometer
forsøg og roning på vand).
Den maksimale iltoptagelsen er målt ved sammenligning af Gjessing og Rowperfect ro-
ergometre, hvor der ikke blev registreret nogen forskel mellem de to ergometertyper. Ved
førnævnte maks. forsøg, hvor forsøgspersonerne er grupperet, som i dette speciale, blev den
maksimale iltoptagelse målt til ca. 5,6 l * min–1 (Mahony, 1999).
Nyttevirkningen under ergometerroning er fundet til at ligge mellem 16 % og 24 %, hvor øvede
roere kan ligge 10 % højere end uøvede (Hagerman, 1984). En af grundene til denne lave
(sammenlignet apparent nyttevirkning med løb) nyttevirkning, skal findes i, at et stort
energiforbrug bruges til indre arbejde under robevægelsen (iltoptagelsesniveau på mellem 1 og
2,7 l *min–1 ved roning på ergometer uden belastning, ved forskellige frekvenser) (Secher,
1993).
Ventilationen er målt under maks. forsøg på to ro-ergometertyper, Gjessing og Rowperfect, hvor
der blev bestemt forskelle mellem de to typer, men ikke mellem Rowperfect med og uden
slidesystem. Ventilation blev målt til ca. 163 l * min-1 (Mahony, 1999).
Åndedrætsfrekvensen under maks. roforsøg (på vand) er fundet til ca. 60 vejrtrækning * min-1
(Hagerman, 1994). Der er en tendens til at roere benytter en systematisk åndedrætsfrekvens, der
hænger sammen med tag frekvensen. Denne sammenhæng er målt, til mindst to vejrtrækninger
per total tag (Hagerman, 1984).
Tidligere fysiologiske forsøg, hvor sammenligning af slidesystem kontra uden slide på ro-
ergometer, er foretaget på Rowperfect ro-ergometer, hvor der ingen fysiologisk (iltoptagelse,
laktat, puls, ventilation) forskel blev fundet (Mahony, 1999). Sammenligning af forskellige ro-
ergometre (Concept II mod Gjessing, Rowperfect mod Gjessing) kan give forskellige
fysiologiske responser (højere arbejdsbelastning ved samme laktat niveau på Rowperfect end
Gjessing ro-ergometer) (Mahony,1999). Ingen fysiologiske forskelle mellem Gjessing og
Concept II, men højere power fra displayet på Concept II-ergometret i forhold til Gjessing
(Hahn, 1988). Det er grundet i variation af beregnings metoden, mellem ro-ergometertyperne, af
det ydre arbejde, vanskeligt at validere dem mod hinanden.
Baggrund og teori
12
2.2 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere
Såvel som de fysiologiske forhold spiller ind for, hvilken effektivitet, der roes med, spiller de
mekaniske forhold også en vigtig rolle.
Der er fortaget mekaniske analyser af taget, der viser, at øvede roere opnår en bedre effektivitet
ved at forøge deres tagdistance, tagfrekvens og hermed specielt nedsætte deres recoverytid
(Shephard, 1998, forsøg under roning på vand). Forsøg på Rowperfect viser, at tagdistancen ved
en frekvens på 30 tag pr. min., giver en tagdistancen på ca. 1,4 m. (Rekers, 1993).
Tagfrekvensen under roning på vand ligger ved konkurrencer på 37- 41 tag per. min. (Shephard,
1998, forsøg under roning på vand). Denne frekvens varierer dog, og antallet af personer i en båd
spiller ind på valget af frekvens. Forsøg foretaget i Tyskland på vand viser en opnået frekvens på
ca. 32 tag pr. minut. Dette kan omregnes til en samlet tid for totaltaget på mellem 1,46 s. og 1,88
s. (Rekers, 1993). Forsøg foretaget på Rowperfect ro-ergometer viser, ved en frekvens på 30 tag
pr. minut, at tiden for taget varer 0,85 s. eller ca. 45 % af tiden for totaltaget (Rekers, 1993).
Forsøg har vist, at ved øget frekvens nedsættes specielt tiden for recovery (Torres-Moreno, 2000,
forsøg foretaget på Concept II ro-ergometer).
Kraftkurven i roning er en vigtig parameter for analyse af roteknik. Ved at kunne yde en jævn
større kraft i taget opnås en højere fart i båden under roning på vand (Shephard, 1998, forsøg
under roning på vand). Sammenlignet med fiberkarakteristikken, som består af ca. 70 % slow
twitch fibre (Shephard, 1998, målt hos konkurrenceudøvere), er en mere jævn og ikke så høj
kraftudviklings kurve mere optimal. Kraftkurven har dog vist sig at variere meget fra person til
person, hvilket gør, at en sammenligning skal foretages mellem situationer med samme
forsøgsperson, for at få sammenlignelige resultater (Rekers, 1993). Tiden til den opnåede maks.
kraft i rotaget er vigtig, for jo hurtigere maks. kraften opnås, des større kraft opnås i hele taget.
Forsøg på vand viser, at tider på 0,3 s. - 0,4 s. afhængig af frekvensen, er normal tiden til maks.
kraft (Secher, 1993).
Baggrund og teori
13
2.3 Biomekanisk modellering
Ud fra biomekaniske modeller kan beregninger af det indre arbejde, som kroppen udfører under
robevægelsen, estimeres. Det indre arbejde kan anskues som et nødvendigt energiforbrug som
kroppen skal benytte, for at gennemføre det eksterne arbejde, der ligger i robevægelsen. Det
indre arbejde består af den energi, der forbruges til at forflytte kropssegmenter og kroppens
tyngdepunkt igennem hele ro bevægelsen.
Jeg har kunnet fremskaffe en artikler, der analyserer disse energikrav i forbindelse med roning,
foretaget på Gjessing ro-ergometer, roning på vand og Gjessing ro-ergometer monteret på et
specielt designet skinnesystem (Martindale, 1984). Den følgende teori bygger derfor på ro-
forsøget og forsøg foretaget ved gang, løb, cykling og skiløb. De eksakte beregningsmodeller,
som er anvendt, er beskrevet i metodeafsnittet og vil grundet afvigelse i ergometervalg være
tilpasset til roning på Concept II ro-ergometret. Det er her vigtigt at nævne, at der er tale om
egne overvejelser, som er redegjort ud fra teorien.
Idet roning er en cyklisk bevægelse som gang, løb, cykling og skiløb, kan mange af
overvejelserne og beregningerne overføres til roning. Roning adskiller sig dog ved, at
ekstremiteterne bevæges synkront.
Bestemmelse af det indre arbejde fortages ved at opdele kroppen i segmenter, adskilt af leddele.
Et segment kan f.eks. være låret, adskilt af hofteled og knæled. Når hvert segment bevæges,
kræver det en vis energi, som beregnes som potentiel (Energi i segmentets placering eller højde
over jorden), kinetisk translatorisk (energi i segmentets bevægelse) og kinetisk rotatorisk energi
(energi i segmentets bevægelse omkring egen tyngdepunkt). De tre energistørrelser adderes
sammen for hvert segment, ved at forudsætte energiudveksling mellem energiformerne inden for
hvert segment (Winter, 1979, Norman,1989, Willems, 1995). Idet hvert segment under
robevægelsen starter og slutter sin bevægelse samme sted, er der ingen ændring i segmentets
højde og hastighed i forhold til andre rotag. Denne antagelse gør, at der ikke ydes noget eksternt
arbejde i selve bevægelsesmønstret for kroppen, som man f.eks. observerer ved gang og cykling
op ad bakke (Martindale, 1984, Laursen, 1999).
Jeg vil beskrive og senere anvende tre metoder Winter, Widrick og Willems, hvor Winter
metoden er anvendt i et tidligere ro forsøg. De to andre metoder er valideret i forhold til gang,
løb og cykling (Martindale, 1984).
Ved at analysere kroppens segmenter som friktionsfri penduler, antager Wintermodellen, at
energiudveksling mellem segmenterne og lemmerne foregår uden energiforbrug (Norman, 1989,
Baggrund og teori
14
Laursen, 1999) eller, at den mekaniske energi i musklerne og senerne genudnyttes optimalt.
(Willems, 1995).
Widricks antagelser bygger på næsten samme model. Energiudveksling mellem segmenterne
foregår uden tab, men mellem hver ekstremitet og kroppen foregår ingen energiudveksling
(Widrick, 1995). Denne model beregner det højeste indre arbejde (af de tre valgte modeller).
Modellen er tilpasset til roning ved at antage, at både armene og benene ingen energiudveksling
har (se beregninger metodeafsnittet).
I roning er kroppens segmenter dog ikke frit stillet (som under gang og løb), idet fødderne er
spændt fast på ergometret eller båden, og hænderne er fikseret til åre-grebet. Herved kan man
argumentere for, at energiudvekslingen evt. foregår gennem ergometret ved benene og / eller
gennem åre-grebet for armene (Wells, 1986). Martindale fandt i sit studie frem til, at det faste
Gjessing ro-ergometer i modsætning til et, monteret på hjul, havde en lavere energiudveksling
inden for segmenterne og mellem segmenterne (Martindale, 1984).
Willems anvender en metode, hvor han beregner kroppens samlede energiniveau ud fra det
samlede kropstyngdepunkt plus ekstremiteternes ændring i energiniveau i forhold til kroppens
samlede potentielle og kinetiske energiniveau (beregnet ud fra samlet tyngdepunkt for hele
kroppen). Herved kan kun relative (i forhold til kroppens) ændringer i segmenternes hastighed
og rotation forøge energitilskuddet (Willems, 1995). Dette er i modsætning til Winter og
Widrick, hvor energiberegningen foretages således, at segmenterne betragtes som frie penduler.
Willems modellen antager energiudveksling mellem segmenterne i hver ekstremitet, men ikke
mellem ekstremiteterne. Willems stiller desuden spørgsmålstegn ved størrelsen af
energiudveksling gennem kroppen under gangforsøg mellem ekstremiteter. I Winter og Widrick
modellerne antages, at der enten intet eller total energiudveksling er mellem ekstremiteterne.
De ovenstående energiberegninger kan videre anvendes til bestemmelse af det metaboliske
arbejde ved at multiplicere med nyttevirkningen. Idet roning består af en cyklisk bevægelse
foretaget i et totalt vandret plan, kan energiforbruget, hvad enten det opdeles eller adderes
sammen for hver ekstremitet, opdeles i 50 % positivt arbejde (koncentrisk arbejde) og 50 %
negativt (excentrisk arbejde) arbejde (Cavagna, 1977, Norman, 1989). Nyttevirkningen er her
sat til henholdsvis 25 % og 120 % for det positive og negative muskelarbejde (Norman, 1989,
Laursen, 1999). Denne beregningsmodel bygger på, at det positive arbejde, som muskelen skal
yde, består af kemisk energi fra myofibrillerne samt genudnyttelse af mekanisk energi fra alle
elastiske elementer, opsparet under det negative muskelarbejde (Cavagna, 1977). Denne model,
Baggrund og teori
15
som primært stammer fra gang og løbe forsøg, kan muligvis overføres direkte til roning. Det skal
dog overvejes om effektiviteten fra de elastiske elementer kan overføres fra det negative
muskelarbejde til det positive. Grunden til at stille spørgsmål ved denne model skal findes i den
samlede effektivitet under roning på 16-24 %, som ligger en del under forsøg ved gang og løb
(henholdsvist 35-40 % og 45-80%) (Cavagna, 1977). Herved kan denne dårligere nyttevirkning
skyldes en dårlig overførsel af energi mellem positivt og negativt arbejde. Andre spørgsmålstegn
bliver stillet ved teorien, som bygger på en samlet kropsnyttevirkning, hvor nogle segmenter kan
arbejde positivt, mens andre arbejder negativt. Forsøg med ”rent” positivt og negativt arbejde
har vist nyttevirkninger på 17,1 % og 80,2 % for henholdsvis positivt og negativt arbejde
(Norman, 1989). I Willems modellen antages det, at det kun er det positive arbejde, der skal
beregnes nyttevirkning på. Dette er grundet i, at det positive arbejde er større end i Winter og
Widrick modellen grundet i beregningsmodellen. Herved kan der ses bort fra det negative
arbejde, når en nyttevirkning på 25 % anvendes på det positive arbejde, idet oplagringen af
elastisk energi kompenserer for det negative arbejde.
Metode og materiale
16
3.0 Metode og materiale
3.1 Forsøgspersoner
Til dette forsøg er valgt et forsøgsantal på seks roere, således at der kan foretages statistisk
analyse. Dette antal personer er valgt grundet det faktum, at behandlingen af data er omfangsrigt.
Dette stiller krav til forsøgsgruppen, om stor homogenitet. Udvælgelsen af en sådan er sket ud
fra de kontakter der er igennem Teamdanmark. Ved at vælge roere, som er letvægtsgrupperet og
som alle har en tæt tilknytning til Teamdanmark, opfyldes de krav, der kan stilles til en homogen
gruppe, dette være sig inden for antropometriske data, inden for ro-tekniske færdigheder samt
forsøgspersoner med et stort kendskab til testning og testudstyr.
Forsøgspersonerne, der i denne afhandling vil blive betegnet A-F, er alle før forsøget blevet
bekendtgjort med forsøgsprotokollen, hvorefter de skriftligt har givet tilsagn om, at de deltager
på frivillig basis i forsøgsrækken (se bilag 1og 2 for Information til forsøgspersoner).
Metode og materiale
17
3.1.1 Allokering af forsøgspersoner
Forsøgspersonerne er alle letvægtsgrupperede roere (< 72,5 kg) (Shephard, 1998) og har mellem
4 og 13 års træningserfaring. Forsøgspersonerne bruger 7-20 timer per uge til træning.
Niveauet for forsøgspersonerne er mellem internationalt topniveau og nationalt topniveau, dette
være sig inden for roning på vand, samt inden for ergometer konkurrencer foretaget på Concept
II ergometret. Alle forsøgspersonerne har erfaring med roning af Concept II ergometret med og
uden slide. Forsøgspersonernes data, som kan ses i tabel 2, viser stor homogenitet inden for de
antropometriske parametre, vægten er dog over den optimale/tilladte konkurrencevægt. Dette er
grundet i, at forsøgspersonerne her er testet uden for sæsonen. Alle forsøgene blev foretaget i
december måned, hvilket betyder, at det er uden for deres toppræstationsevne, som ligger
omkring marts måned. Dette betyder ca. 12 % lavere maks. iltoptagelse og 14 % lavere maks.
kraft (Shephard, 1998).
Person A Person B Person C Person D Person E Person F Mean SD Vægt (Kg) 80,1 77,8 81,5 78,9 79,8 74,7 78,8 2,4 Højde (Cm) 184 185 184 181 183 180 183 1,9 Alder (År) 28,5 24,5 29,1 22,8 21,1 20,7 24,5 3,6 Træningserfaring (År) 13 12 5 4 5 7 7,67 4 Træning pr. uge (timer) 20 20 7 7 17 12 14 6
Maks. Iltoptagelse1
(VO2 * min.-1) 5,68* 5,71 5,68 5,59 5,39 5,35 5,57 0,16 Maks. puls2
(Slag * min.-1 ) 169 178 192 198 192 194 187 11 Kondital ml (O2* ml *
min-1 * kg-1) 70,91 73,39 69,69 70,85 67,54 71,62 70,7 1,96 Tid på 2000 meter (min., sek.) 6,12 6,15 6,11 6,26 6,24 6,25 6,18 0,07 Tabel 2 Forsøgspersonernes data, alle data er fra forsøg tilknyttet til opgaven. Således er maks. puls og iltoptagelse målt under maks. forsøget. * Målt en uge efter forsøgsdagen, grundet i en utæt maske under maks. forsøget.
1 Se forsøgsprotokol under Metodeafsnittet 2 Se forsøgsprotokol under Metodeafsnittet
Metode og materiale
18
3.2 Testprotokoller
Jeg vil beskrive de overordnede forsøg først, for at give et overblik over forsøgets tidspunkt,
praktisk afvikling, opstilling m.m. Herefter vil en mere uddybende beskrivelse af delelementerne
blive foretaget. Denne vil indeholde materiale, metode, kalibrering, beregning og konkrete
beregningseksempel for henholdsvis, ro-ergometret, fysiologi, ydrearbejde og biomekaniske
forhold for roere og biomekanisk modellering. Denne opdeling i forskellige dele er grundet i
overskuelighed. Der er stadig tale om samme forsøg, således bliver de fysiologiske, det ydre
arbejde og de biomekaniske forhold for roere og kinematiske faktorer målt simultant. For at sikre
at, forsøgskørslen blev så problemfri som muligt, blev der foretaget to prøveforsøg, hvor
forsøgsprotokollen blev testet og justeret.
3.2.1 Overordnet forsøgsprotokol
Alle forsøg er foretaget i perioden 1.-15. december 2000. Forsøgsafviklingen har varieret fra
klokken 10.00-14.00 og fra kl. 17.00-20.00. Der har været tre forsøgsafviklinger med to
forsøgspersoner pr gang, af en varighed på hver ca. 4 timer. Der er foretaget en tilfældig
kontrolleret udvælgelse af forsøgsrække-følgen, således at halvdelen af forsøgspersonerne er
testet på slide først og den anden halvdel uden slide først. Følgende parametre vedrørende
protokol blev oplyst til forsøgspersonerne:
Du må selv bestemme luftmodstanden på ergometret, blot den bliver holdt konstant ved alle tre belastninger og ved roning med slide og uden slide.
Du må selv bestemme frekvensen af dit tag, blot den bliver holdt konstant ved hvert
delforsøget.
Du får besked på, hvornår du skal starte og slutte delforsøget, men du må godt taste tiden ind i på ergometret (6 min. arbejde og 4 min. pause).
Når du gennemfører testen, skal du det sidste minut af hvert delforsøg(fra hvor
videooptagelserne starter) fastholde hovedet således, at du ser fremad.
Displayaflæseren skal stå på Watt, og du skal forsøge at fastholde en så konstant arbejdsbelastning som muligt. Det er vigtigt, at hvert tag kommer så tæt på den ønskede arbejdsbelastning som muligt, selv om gennemsnittet over de 6 minutter bliver højere end den ønskede.
Metode og materiale
19
Jeg vil under testen oplæse de enkelte effektudlæsninger fra Concept II display i de sidste
30 sek. i hvert delforsøg.
3.2.2 Forsøgskørsel
Først omklædning, opsamling af antropometriske data, forklaring af forsøgsprotokol og
betingelser, underskrivning af testdeltagelse, div. klargøring af forsøgspersonen.
Herefter testes person 1 med slide, varighed ca. 45 min, inkl. 5 min. opvarmning og tilvænning.
Person 2 testes uden slide, varighed 45 min, inkl. 5 min. opvarmning og tilvænning.
Person 1 testes uden slide, varighed ca. 45 min. Person 1 maks.-testes med slide. Varighed 10
min. Person 2 testes med slide, varighed ca. 45 min, inkl. 5 min. opvarmning og tilvænning.
Person 2 maks.-testes med slide.
Person 1 holder pause, når person 2 testes og omvendt.
Metode og materiale
20
3.3 Forsøgsopstilling
Alle forsøgene er foretaget i samme laboratorium, der er ca. 7 x 7 meter og 2 meter højt, med
samme opstilling. Ro-ergometret er placeret 1 m. fra væg midtfor i lokalet, med flyhjulet ud
mod det åbne rum. Ro-ergometret er placeret på slidesystemet under alle forsøgene.
Bag Ro-ergometret mod væggen står udstyr til måling af direkte iltoptagelse. Foran ro-
ergometrets flyhjul står udstyr til opsamling af kraft og tagdistancen. Dette udstyr er monteret
med en diode, der er placeret på væggen bag iltoptagelsesudstyret, til synkronisering med
videokamera. Ca. 5 meter fra centrum af ro-ergometret er der placeret et videokamera med lys.
Lyset i lokalet er slukket for at give en god kontrast på videooptagelserne (se figur 1 A og B).
Iltoptagelsesudstyr Diode
Kraft og distance måler
Stålsystem I Roergometer Stålsystem II Slide ramme Kamera
Figur 1A. Forsøgsopstillingen (ikke målfast), viser Concept II ro-ergometret på slide. Stålsystem I låser bevægelsen i lokalet fast. Stålsystem II kan på- og afmonteres ved forsøg uden og med slide. Figuren viser desuden placeringen af øvrigt måleudstyr.
Metode og materiale
21
Figur 1 B. Afvikling af forsøg. Bemærk refleksmarkeringer på forsøgsperson, kraftmåler foran håndtaget, diode til synkronisering på den mørke tavle.
3.3.1 Ro-ergometer
Det anvendte ro-ergometer er Concept II (model C) (se figur 2 og 1 B), som er modificeret
således, at de ønskede målinger kan foretages (vægt uden slide 20 kg). Der er efter håndtaget
monteret en kraftmåler, som er monteret således, at den er til så lidt gene for roeren som muligt,
det kan dog ikke undgås, at forsøgspersonen skal ”bære”, den ekstra vægt af kraftmåleren. Ved
valg af kraftmåler og fastspænding skulle specielt tænkes på længden af rotaget, hvor håndtaget
under recovery føres så lang frem, at brede forstyrrende legemer er til gene for gennemførsel af
taget.
Der er på rotoren placeret en omdrejningsmåler. Omdrejningsmåleren og kraftmåleren er begge
forbundet med ledninger til udstyr, der supplerer dem med strøm, der ses bort for den energi, det
koster at bevæge disse ledninger.
Metode og materiale
22
Der er konstrueret to stålsystemer I og II3 (se figur 1 A). I er et, der låser ergometrets placering
midt for i lokalet fast ved at fastklemme slidesystemet for og bag mod væggene i lokalet. II er et,
der låser ro-ergometrets bevægelse, som fremkommer på slide systemet, når forsøg uden slide
skal gennemføres. System I standser den forskydning horisontalt af ro-ergometret, der opstår, når
der roes. Denne bevægelse ønskes ikke, idet kalibreringen af video forudsætter en fast placering.
II er konstrueret for at kunne låse ergometret fast under roning uden slide (sætter slide systemet
ud af drift). Stålsystemet blev af- og påmonteret, når der blev skiftet mellem forsøg med og uden
slide. Disse systemer tilgodeser desuden, at der ingen kalibrering af video skal foretages mellem
hvert delforsøg.
Kraftmåler Display Kæde Sæde Håndtag Distancemåler Flyhjul Gravitetcentrum Elastik Fodstøtte Slide (her den forreste)
Tilbage Frem
Figur 2. Concept II ro-ergometer placeret på slidesystemet.
3.3.2 Slide
Slidesystemet (Concept II slide, se figur 2), er et stel, monteret med holdere til ro-ergometret.
Holderne er monteret med nylonhjul, som kan glide frit frem og tilbage på stellet. Slidesystemet
er konstrueret for at gøre robevægelsen mere naturlig (som ved roning på vand), slide systemet
gør, at ergometret flytter sig frem under taget (kroppen føres under taget væk fra flyhjulet
(tilbage), ergometret forskydes mod den forreste slideramme (frem), som er placeret under
flyhjulet), modsat roeren, under taget og tilbage under recovery. Denne bevægelse af ro-
ergometret opnås ved, at bevægelsesenergien fra kroppen overføres til ro-ergometret under
3 Fremstillet af mekaniker tilknyttet Institut for idræt (Jørgen Reuter).
Metode og materiale
23
robevægelsen (dette ses også uden slide, her forskyder ro-ergometret sig frem i rummet ved
kraftige tag). Slidesystemet kan desuden anvendes ved simuleret roning af flere personer i en
båd, ved at serieforbinde flere slide rammer og ro-ergometre. Der er monteret elastikker på
slidesystemet, som gør, at bevægelsen foregår centreret på sliderammen, der ses bort fra at disse
elastikker kræver energi (disse elastikker er ikke medtaget i nogle beregninger). Dette er grundet
i, at den energi, der bliver opsparet i elastikken, bliver udnyttet i den modsatte bevægelse, idet
bevægelsen foregår symmetrisk, frem og tilbage midt på sliderammen. Under roning på slide kan
elastikkerne i mange tilfælde helt fjernes, idet roeren automatisk roer centreret på
sliderammerne.
Slidesystemet er monteret i henhold til manualen for Concept II slide, således at de to
sliderammers placering er korrekt, med hensyn til afstand mellem hinanden og vinkelret, således
at alle ro-ergometrets bevægelser foregår i kun et plan (Concept II slide manual).
3.3.3 Flyhjul
Den modstand, der skabes ved roning, er forsøgt efterlignet ved at skabe modstand ved hjælp af
et flyhjul. Dette er konstrueret således, at modstanden kan justeres fra let til hård (dragfaktor)
ved at reducere luftudslippet Desuden måler en censor lufttryk og temperatur således, at en
belastningsgrad kan beregnes i forhold til den eksakte måling. Denne belastningsgrad kaldes
drag og består af den valgte modstand og censorens målinger. Den benyttes af roeren til at få en
ensartet modstand. I forsøget kan forsøgspersonerne frit vælge deres drag, blot den holdes
konstant i forsøget med og uden slide. Herved er en konstant meteorologi i rummet ikke
afgørende (dette forudsætter, at det direkte måleudstyr til iltoptagelse tager højde for de
meteorologiske parametre).
Metode og materiale
24
3.3.4 Display
Displayudlæseren (Model PM2+) på ro-
ergometret viser bl.a. de tre arbejdsintensiteter
og ovenstående drag, desuden kan det indstilles
til at vise tid, ro-afstand og effekt (Watt). Ved
forsøget bliver displayet indstillet til at vise
arbejdseffekt (se figur 3). Denne effektvisning
modsvarer det ydre arbejde, som roeren
producerer på flyhjulet. Denne indstilling kan
være uvant for roerne, som normalt benytter ro-
afstandsudlæsning. Denne displayudlæsning
benyttes desuden i forsøget, hvor
forsøgslederen oplæser de eksakte watt
produktioner for hvert tag (i de sidste 30
sekunder af hvert delforsøg). Disse bliver
registeret på lyddelen af videobåndet, som den producerede effekt i taget, her tages desuden i
betragtning, at udlæsning på displayet modsvarer et tag tidligere. Dette er grundet i, at beregning
af watt tager både tag- og recoverytiden i betragtning. Ved forforsøgene forsøgte jeg at benytte
det medfølgende software (e-row) til displayudlæseren for herved at opsamle de ønskede
effektdata. Dette lykkedes ikke grundet, at softwaredelen ikke umiddelbart kunne udlæse de
eksakte tag i forhold til tiden. Yderligere analyse og udvikling af denne softwarepakke kan i
fremtiden sandsynligvis benyttes til et sådant ønske.
Figur 3. Displayenhed tilhørende Concept II ro-ergometret. Displayet kan indstilles til at vise forskellige parametre. Her vist med indstillinger fra forsøgskørslen (tid for forsøget, tagfrekvensen, effekten i det enkelte tag og gennemsnitseffekten).
Metode og materiale
25
3.3.5 Elastik
Kæden, som bliver trukket for at
påvirke flyhjulet, er monteret med en
elastik, som sikrer tilbageførslen
under recoveryfasen. Denne elastik
kan justeres, således at der undgås at
kæden ”bliver løs” under recovery.
Elastikken blev justeret før første
forsøgsdag. Herefter blev
nedenstående delforsøg gennemført.
Dette medfører, at den energi, der
produceres af flyhjulet, ikke modsvarer det totale eksterne arbejde. Der ses bort fra den energi,
der skabes under recovery, hvor elastikken kan yde en del af det arbejde, kroppen yder (dette er
grundet i den lille kraft, der blev målt af kraftmåleren under recovery (under 20 N). Den energi,
der skal benyttes til at forflytte denne elastik, er kun det arbejde, der skabes under taget (positivt
arbejde). Energien i elastikken bliver estimeret ud fra følgende delforsøg (se figur 4):
Kraft målt i elastik ved 1,5 m er lig med 5,5 kg eller 55 Newton. Kraft målt ved 0 m er lig 0 kg
eller 0 Newton.
Beregning af fjederkonstant K = m
NN
5,1
055 = 36,7 (Formel 1) (Ozkaya 1999, kap. 7).
Beregning af energi i elastikken Epot-elastik = 2)(**5,0 LK (Formel 2).
hvor L = distancen af taget i meter. (Ozkaya 1999, kap. 12).
Beregningseksempel: Person A ms belastning 1 tag 1 = 2)49,1(*67,36*5,0 = 40,7 J.
Omregnes til Watt ved at dele med tiden for totaltaget = )92,1(0,86s
J 40,71
s= 14,6 Watt.
Figur 4. Kraft i elastikken (som trækker kæden tilbage under recovery) under forudsætning af, at elastikken opfylder totalelastiske betingelser.
0
10
20
30
40
50
60
0 0.5 1 1.5 2Afstand(m)
Kra
ft (N
)
Metode og materiale
26
3.4 Fysiologi
3.4.1 Fysiologisk testprotokol
Den fysiologiske del af forsøget består af forsøget med slide, uden slide og maks. forsøget med
slide. De to submaksimale forsøg med og uden slide, er begge opdelt i 3 submaksimale delforsøg
således, at der kan beregnes arbejdsøkonomi ud fra differencerne. De tre submaksimale forsøg
beregnes til henholdsvis 40 %, 55 % og 70 % af maks. belastning (se beregning formel 3
afsnittet 3.4.3 fysiologiske beregninger). Grunden til at have tre arbejdsbelastninger frem for kun
to er, at højere belastninger ligger tættere på konkurrenceroning, mens lave belastninger giver det
bedste estimat for rent aerobt arbejde.
For at sikre at ingen af de tre submaksimale arbejdsbelastningerne ligger i det anaerobe område,
bliver der foretaget en Laktatmåling inden for et minut efter hvert delforsøg. Hvert delforsøg har
en varighed af 6 minutter, efterfulgt af en pause på ca. 4-5 minutter. Under hele forsøget bliver
der målt iltoptagelse og puls, data fra 5. – 6. minut bliver anvendt til videreberegninger, idet der
er opnået steady state (Åstrand, 1986 kap. 7). Det antages, at forsøgspersonerne kan opretholde
den eksakte effekt (arbejdsbelastning), som er beregnet til de enkelte delforsøg (formel 3).
Forskellen fra Concept II ro-ergometret til f.eks. cykel ergometret er, at effekten kun opretholdes
af roeren og ikke af en ekstern belastning (Torres-Moreno, 2000).
Maks.-forsøget har desuden en varighed af 6 minutter, her er tale om en all-out-test, hvor
forsøgspersonen skal ro så mange meter som muligt på 6 minutter. Denne testprocedure giver
signifikant samme resultater som en progressiv trappe test, når den totale udmattelse opnås
(Macdougall, 1982, Åstrand, 1986, kapitel 7). Her bliver den højeste værdi målt over 30
sekunder benyttet som maks. iltoptagelse. Denne testprotokol forudsætter, at forsøgspersonerne
kender deres egen maks. ydeevne (Macdougall, 1982). Under maks.-testen blev der i følgende
tidsintervaller målt kraft distance, og videofilmet. Fra 0.-0,30. minut, 1,15.-1,45. minut, 2,45.-
3,15. minut, 4,15.-4,45. minut, 5,30.-6,00. minut. Disse tidsintervaller blev udvalgt, så de
repræsenterer et bredt udsnit af maks.-forsøget. Maks.-testen blev efterfulgt af en laktatmåling
for at sikre, at totaludmattelse var opnået. Nogle data fra maks.-testen vil blive medtaget under
resultatafsnittet.
Metode og materiale
27
3.4.2 Kalibrering og beskrivelse af iltoptagelsesudstyr
Det udstyr, der anvendes til måling af iltoptagelse, er Amis 2000, som måler iltoptagelsen direkte
(Breath by breath) ved hjælp af optisk gasanalyse. Udstyret kalibreres før hvert delforsøg med
hensyn til Flow (l/min) og gasblanding. Med hensyn til Flowkalibreringen foretages denne ud fra
manualen med 10 pump med en kendt luftmængde (her 3 l). Dette giver en nøjagtighed på ca. 2
% (Inovision, brugermanual Amis 2001). Gaskalibreringen foretages med en 16 % O2 og 4%
CO2 glasblanding (opbevares i gasflaske). Denne kalibreringsmetode giver en nøjagtighed på ca.
2 % (Jensen, upubliceret). Forsøgspersonerne blev udstyret med maske efterfulgt af ensretter, en
forsøgsperson valgte dog at anvende et mundstykke. Der blev set bort fra den energi, det kostede
at bevæge den slange, der efter ensretteren forbinder iltudstyret.
Udstyret var desuden, som beskrevet i manualen, tændt minimum 30 minutter før kalibrering.
Udstyret blev indstillet til at opsamle data for hvert 10. sek. Iltoptagelsesudstyret måler desuden
temperatur, lufttryk og relativ luftfugtighed (se tabel 3).
Test dag 1 ± sd Test dag 2 ± sd Test dag 3 ± sd Mean ± sd Temperatur (ºC) 21,4 ± 0,5 22,6± 1 21,0± 0,4 21,7±0,9 Luftfugtighed (%) 45,5±1 43,8±2,2 39±1,4 41,4±2,5 Lufttryk (mmHg) 755,8±0,5 748±0,8 736,3±0,5 746,7±8,4 Tabel 3. Temperatur, luftfugtighed og lufttryk målt med Amis iltoptagelsesudstyr på de tre forsøgsdage, n=4 for hver forsøgsdag. Disse målinger benyttes kun af iltoptagelsesudstyret, idet ro-ergometret er udstyret med en sensor, der registrere skemaets ændringer, som anvendes til at beregne den korrekte modstand.
3.4.3 Fysiologiske beregninger
Roernes kendskab til deres bedste tid på 2000 m. (konkurrencedistance, som varer lidt over 6
minutter) benyttes til at beregne arbejdsbelastning ved de tre submaksimale belastninger (40 %,
55 % og 70%) (Rusell, 1998). Ved at benytte nedenstående formel, som beregner forholdet
mellem effekten og antal meter roet, kan de tre submaksimale arbejdsbelastninger bestemmes.
Det antages her, at forsøgspersonerne arbejder ved deres maks. Iltoptagelse, når de udfører et
2000 m løb. Herved vil den effekt, der beregnes fra de 2000 m.( gennem formel 3) svare til den
effekt, de yder ved deres maks. iltoptagelse. Denne antagelse ser hermed bort fra, at der under et
2000 m. løb arbejdes anaerobt. Dette medfører, at de submaksimale belastninger bliver højere
end de ønskede (Rusell, 1998).
Metode og materiale
28
Beregning af arbejdsbelastning ved submaksimale forsøg.
Watt= 53 10*)(min)
(*27
35
Tid
Meter (Formel 3)
(Formel 3 opgivet af producent af Concept II )
Eksempel Person A Belastning 1 ms og us : Watt = 53 10*)2,6
2000(*
27
35 = 435 Watt
40 % af maks. = 435,13 * 0,4 = 174 Watt. (modsvare belastning 1 med og uden slide).
55 % af maks. = 435,13 * 0,55 = 239 Watt. (modsvare belastning 2 med og uden slide).
70 % af maks. = 435,13 * 0,7 = 305 Watt. (modsvare belastning 3 med og uden slide).
Beregning af nyttevirkning: Her anvendes data fra iltoptagelsesmålingerne,
displayudlæsningerne af arbejdseffekten fra Concept II ro-ergometrets display og effekten
beregnet fra kraftmåleren.
Beregning af relative belastningsniveau: Her anvendes maks. iltoptagelse og hvileiltoptagelsen
fastsættes til 0,2 l O2 *min-1 (Åstrand, 1986 kap. 4).
Beregning af relative belastningsniveau = 100*22
22
HvileVOMaksVO
HvileVOBelastningVO
(Formel 4)
(Åstrand, 1986 kap. 11)
Eks. Person A ms belastning 1 = 100*min*2,0min*68,5
min*2,0min*76,211
11
ll
ll = 46,7 %
Delta nyttevirkning = 100*20*60*))min*(1.)min*(2.(
bel.1(W)Effektent - 2(W) bel.Effekten 11
21
2 KjslbelVolbelVo (Formel 5)
(Robergs, 1997 kap. 6)
Regneeksempel: Person A ms belastning 1 og 2
Metode og materiale
29
Delta nyttevirkning = 100*20*60*)min*76,2min*66,3(
W175,5 - W 243,25111 Kjsll
= 22,6 %
Nettonyttevirkning = 100*20*60*))min*()min*.((
(W) bel.Effekten 11
21
2 KjslHvileVolbelVo (Formel 6)
(Robergs, 1997 kap. 6)
Regneeksempel: Person A ms belastning 1
Netto nyttevirkning 100*20*60*)min*2,0min*76,2(
W175,5 111 Kjsll
= 20,6 %
3.4.4 Pulsmålinger
Pulsmålingerne foretages med polar pulsmåler (Vantage NV) med pc interface, som ingen
kalibrering kræver (Polar brugermanual), data bliver opsamlet for hvert 5. sekund, ved
submaksimale test anvendes gennemsnit over tiden 5 - 6 minut. Ved maks. forsøget blev den
højeste opnåede værdi under testen anvendt. pulsuret var monteret på åregrebet, hvilket gav de
bedste modtagerforhold.
Til beregning af relativ arbejdsbelastning benyttes formel 4, hvor puls indsættes i stedet for
iltoptagelse, hvilepulsen fastsættes til 50 bpm. (Åstrand, 1986 kap. 4).
3.4.5 Laktat
En laktatmåling blev foretaget efter hvert delforsøg (maks. 1 min efter), her blev blodprøve
udtrukket fra forsøgspersonens fingerspids, hvorefter den blev testet i Lactate Analyzer YSI
1500 Sport. Laktatmåleren blev kalibreret efter manualen. Kalibrering blev foretaget før hver
forsøgsdag samt efter 5 målinger, hvor et check af rigtigt laktatniveau blev foretaget, ud fra en
kendt laktatprøve. Korrektheden af dette check afgjorde kravet om ny kalibrering.
Metode og materiale
30
3.4.6 Vægt og højdemåler
Der er anvendt elektronisk vægt med ±100 g. præcision, hvor forsøgspersonerne er iført ro-dragter. Højden er målt med cm. måler monteret på en væg, forsøgspersonernes højde er målt uden sko.
Metode og materiale
31
3.5 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere
3.5.1 Testprotokol for ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere
Ved arbejdstiden 5.30 min. under hvert delforsøg blev de biomekaniske optagelser startet. Der
blev således målt på de mekaniske variable, når den fysiologiske respons havde nået steady state.
Her blev målt kraft, distance, samtidig blev en synkroniseringslampe tændt således, at tiden for
forsøgets start kunne synkroniseres med videooptagelserne (til kinematisk beregning af
biomekanisk modellering).Ved alle de efterfølgende biomekaniske beregninger vil det således
være de første fire tag efter tiden 5,30 min., som vil blive behandlet, det være sig kraftmålinger,
distance og videoanalyser. Disse tag vil blive betegnet tag 1 - 4 og kan tilpasses præcist mellem
kraft, distance og video, samtidig kan de tilpasses de udlæsninger, som er foretaget fra ro-
ergometer-displayet.
3.5.2 Kalibrering og
beskrivelse af kraftmåler
Den kraftmåler, der blev anvendt til
forsøgene, er en specielt konstrueret
kvadratisk aluminium kraftmåler,
baseret på strain gauge systemet,
kraftmåleren vejer ca. 0,4 kg og har en
maks. belastningsgrad på 200 kg.
Kraftmåleren var tilsluttet en målebro,
Analyzer 10, som består af strømforsyning, forstærker og måleenhed. Analyzer 10 blev tændt
minimum 30 minutter før kalibrering, desuden blev Analyzer 10s forstærkerdel kalibreret
således, at spændingsområdet på 10 Volt blev udnyttet (Modsvarer de 170 kg, som et maksimalt
kraft i taget (Torres-Moreno, 2000). Kalibreringen, som blev foretaget før hver forsøgsdag og
efter den sidste forsøgsdag, blev foretaget med kendte vægte fra 0-170 kg., med 20-25 kgs.
interval (se figur 5).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 500 1000 1500Vægt (N)
Spæ
ndin
g (V
)
y = 0.004x -0.0135
R2 = 1
Figur 5 Kalibreringskurve for kraftmåleren, første forsøgs dag.
Metode og materiale
32
Herved blev der opnået en total lineærregression (R2 =1) på alle målinger og en forskel på
ligningen for regression på mindre end 1 %. De tre specifikke ligninger for kraftspænding blev
brugt til videre beregninger for den dag, de var målt. Det analoge signal fra kraftmåleren blev,
under kalibreringerne og forsøgene, opsamlet digitalt med 1000 Hz., med softwareprogrammet
LabView på måle PC. Denne frekvens blev valg grundet i maks. forsøget, hvor tiden for taget
kommer ned på 0,6 sekunder. Herved kunne der opretholdes en god opløsning.
Kraftdata blev efterfølgende behandlet i et specielt designet MatLab program4, der adderede
kalibreringsfaktoren på, hvorefter data blev filtreret med et low-pass filter på 5 Hz (4-ordens
Buterworth filter).
Det endelige output blev således en kraftkurve (N) over tiden (1000 Hz).
Definition af start- og sluttidspunkter for kraftmåleren er som følger:
Start tag: Første kraftværdi, der overskrider 2 * Støjniveau (recoveryfase).
Slut tag: Første kraftværdi, der gå under 2 * Støjniveau.
Recovery: Fra slut tag til start tag +1 (Næste tag).
3.5.3 Kalibrering og beskrivelse af distancemåleren
For at kunne bestemme længden af taget og herved beregne det arbejde, personen udfører, blev
der konstrueret et specielt potentiometer5, som blev monteret på omdrejningsaksen for flyhjulet.
Dette skaber et spændingsfald over en runde, hvorved der kan udtrykkes en distance, når dette
kalibreres. Dette spændingsfald blev, synkront med kraftmålingerne, opsamlet af LabView
programmet med 1000 Hz. Kalibreringen blev foretaget ved at markere to punkter på kæden ved
en kendt afstand (1,5 m). Herefter placeres første markering på et kendt punkt, hvorefter
LabView programmet blev startet, herefter blev kæden trukket ud til punkt nr. to. Placering
holdes til LabView programmet er færdigt med at sample. Denne kalibrering blev anvendt i et
specieldesignet MatLab program6, som beregner den eksakte placering til tiden. Der er her tale
om den resulterende distance, idet det er underordnet om kæde trækkes ud horisontalt eller
vertikalt.
4 Programmeret af ingeniør tilknyttet Institut for idræt (Lars Vincent) 5 Konstrueret af ingeniør tilknyttet Institut for idræt (Lars Vincent) 6 Programmeret af ingeniør tilknyttet Institut for idræt (Lars Vincent)
Metode og materiale
33
Definition af start og slut tag: Den mindste værdi og den største værdi blev defineret således, at
taglængen blev beregnet ud fra denne difference.
3.5.4 Effekt og frekvens
Beregning af arbejde, effekt i taget og frekvens.
Bestemmelsen af arbejdet bliver gjort ved hjælp af sumerisk integration over hele tagets
distance:
Arbejde = SlutTag
StartTagdafsDxNF )tan()( =
SlutTag
StartTag
dAfsNF tan*)( = Arbejde (Joule) (Formel 7)
(Ozkaya, 1999 kap. 12)
Effekten (Kraftmåler)= )(covRe)(1
)det(
seryTidensTidenTag
JArbej
= Effekten (Watt) (Formel 8)
(Ozkaya, 1999 kap. 12)
Regneeksempel Arbejdet : Person A ms Belastning 1 tag 1: Arbejde = 1
1
*SlutTag
StartTag
XF = 532,5 J
Effekten beregnes videre til: Effekten (Kraftmåler) = ss
J
92,186,0
54,532
= 191,6 Watt
Frekvensen for robevægelsen (antal rotag * min-1) = 60 (s) * ( (Sum Tiden tag 1-4 + Sum Tiden
recovery 1-4)*4-1 ) -1
Regneeksempel: Person A ms Belastning 1 tag 1: Frekvens =
60(s) * ( ((0,86+0,96+0,86+0,85) + (1,92+1,78+1,89+1,86)) *4-1 ) –1 = 21,9 tag * min-1
Metode og materiale
34
3.6 Biomekanisk modellering
3.6.1 Kalibrering og beskrivelse af video til biomekanisk modellering
Videoudstyret, der blev anvendt til opsamling af data til biomekaniske modelleringsberegninger,
var S-VHS videokamera monteret på fod. Optagefrekvensen var 50 Hz. Der blev anvendt et
kamera, idet det blev antaget, at der kun foregår bevægelse i det sagitale plan (Torres-Moreno,
2000). Kalibreringen af kamera blev foretaget en gang før hver forsøgsdag og blev udført som
følger: En kalibreringsplade er monteret med kendte markeringer for henholdsvis 0,6 m i
vertikalplanet (X) og 0,6 m i horisontalplanet (Y) planet. Denne blev placeret på ergometret
værende i vatter i X,Y og Z retningen. Herefter blev der optaget en kalibreringssekvens på
videobåndet.
Forsøgspersonerne blev udstyret med 12 refleks markeringer på følgende led:
Figur 6. Markeringer på forsøgsperson til kinematiske beregninger.
Placering af reflekser fra oven: Hoved (toppunkt), øre, nakken (Cervikal 7), skulder (Acromion),
albue (laterale condyl), hånd (laterale condyl), fingerled (Metatarsi), hoftekam (Spina ilica
aterior superior), hofteled (Trochanter mejor), knæ (tibia laterale kondyl), fodled (laterale
malleolus), mellemfod (laterale kondyl). Markeringen i nakken og på toppen af hovedet var
reflekskugler med en diameter på ca. 3 cm., resterende markeringer var reflekstape varierende
mellem 2 og 4 cm i radius. Denne 12-punkts-model er valgt ud fra tidligere forsøgsprotokoller,
Metode og materiale
35
bl.a. foretaget ved AMI (se figur 6) (Laursen, 1999). Der blev desuden sat en refleks på
tyngdepunktet for ergometret (dette tyndepunkt er målt i X retningen (se figur 2).
Den videre behandling af data foregik ved at digitalisere de analoge billeder i software
programmet Peak Performance (Software version Motus 2000). Dette blev udført med semi-
automatisk indstilling, således at X og Y koordinaterne for de 12 segmenter og ro-
ergometerpunktet blev fundet. Denne bestemmelse forudsatte kalibreringsdata, som bestemmer
afstanden mellem hvert pixel.
3.6.2 Biomekanisk model
De rå X ogY koordinater blev herefter behandlet igennem software programmet Ergila, som er
blevet udviklet til bestemmelse af det indre arbejde. Ergila programmet er oprindeligt udviklet til
gang- og cykeleksperimenter, hvor de segmenter, der ikke er markeringer på, bevæges i modfase
(gælder for ben ved cykel- og gangforsøg, hvis armene ikke holdes parallelle). Programmet er
dog til dette projekt blevet omprogrammeret7, så det kan benyttes til roning. Programmet filtrerer
X ogY koordinaterne med et 5 Hz low pass filter ved 3 dB. (4-ordens Buterworth filter). Herefter
beregner det den energi, det koster at bevæge de segmenter, som de 12 reflekspunkter afgrænser:
Hoved-hals-krop, 2 * overarm, 2 * underarm, 2 * hånd, 2 * lår, 2 * læg, 2 * fod. Disse
beregninger foretages ud fra forsøgspersonens vægt, og segmenternes længde bestemmes ud fra
de filtrerede data. Data for bestemmelse af hvert segments vægt, tyngdepunkt og gyrotionsradius
benyttes (Kreighbaum, 1996 Appendiks III) i programmet. Herefter beregner programmet
henholdsvis potentiel, kinetisk og rotatorisk energi for segmenterne. Ekstremisterne, som ikke er
markeret (vender væk fra videokameraet), bliver beregnet til at være = ekstremiteten, der er
markeret, herved opnås 13 segmenter. Ergila programmet trækker placeringen af
gravitetscentrum for ergometret fra alle beregninger, grundet i at arbejdet her ønskes beregnet i
forhold til ergometret (dette blev valgt, for at kunne analysere arbejdet specifikt for ro-
ergometret).
Formel for energi, som benyttes i Ergila programmet for hvert kropssegment.
Epotentiel (J) = m (kg) * g (m * s-2 )* h (m) (Formel 9)
7 Ergila er omprogrammeret af ingeniør tilknyttet Institut for idræt (Lars Vincent).
Metode og materiale
36
Ekinetisk (J) = ½ * m (kg) * V2(m * s-1) (Formel 10)
Erotatorisk (J) = ½* I (kg * m2 )* ω2 (θ * s-1) (Formel 11)
3.6.3 Beregning af energi for bevægelse af ro-ergometer på slidesystemet
Ro-ergometerets filtrerede X ogY koordinater (digitaliseret ud fra tyngdepunktet af ro-
ergometret, se figur 2) blev anvendt til at beregne bevægelsesenergien for ro-ergometret, når der
blev roet med slide. Idet bevægelsen ideelt set kun foregår i X planet (der er ca. en forskydning
på ±1 cm i Y planet), består den samlede energi for ergometret kun af den kinetiske energi.
Energi (J) (FF-Ro-ergometer) = (m/s)V * massen(kg) * ½ 2 (Formel 12)
Denne energiberegning bliver adderet til det indre arbejde ved Winter modellen, idet det antages,
at denne forflyttelse foregår med energiudveksling mellem krop og ergometer. Ved Widrick og
Willems modellen, antages det, at der ikke er energiudveksling mellem kroppen og ergometret,
herved beregnes delta energiniveauet for forflyttelsen af ergometret. Det er her ikke muligt
teknisk at benytte den korrekte beregningsmodel med Willems, da det her er valgt, at beregning
af energien af ro-ergometret, foretages manuelt i regneark. Det skal desuden anføres at der ikke
er foretaget interpolation mellem punkterne i beregningen i forhold til Winter modellen.
Distancen af denne bevægelse bestemmes fra X og Y koordinaterne ved at bestemme afstanden
mellem start- og slut tag.
Regneeksempel: Person A ms Belastning 1 tag 1 1,79 m –1,2 m = 0,59 m.
3.6.4 Beregningen af det indre arbejde
Ud fra Ergila programmet er der fortaget beregninger af det indre arbejde. Metoden for denne
beregning er opdelt i tre metoder Winter-, Widrick- og Willemsmetoden. For at få et bedre
indblik i energiberegningerne, er Winter- og Widrickmetoden beregnet i regneark ud fra Ergila
programmets energidata (Epot, Ekin, Erot). Willems metodens beregninger er foretaget igennem
Ergila programmet, idet disse beregninger ikke kan foretages direkte i et regneark, men kræver
Metode og materiale
37
mere kompleks programmering. Alle beregninger er foretaget først uden medtagelse af energien
for forflytning af ro-ergometret, herefter med medtagelse af energien for forflyttelse af ro-
ergometret.
Winter: Denne metode antager total energiudveksling mellem alle segmenter og inden i
segmentet (Winter, 1990):
De 13 kropssegmenters energi og forflyttelsesenergien for ro-ergometret adderes sammen for
hvert tidsinterval i taget.
E-Tot-krop (Winter)= kErotatorisEkinetisklEpotientie (Formel 13)
(Winter, 1990)
Ændringer i E-tot-krop er det indre arbejde, som kroppen udfører. I perioden, hvor ændringen er
positiv der hvor kurven stiger (hældning E-tot-krop > 0), arbejder kroppen positivt (koncentrisk).
I perioder, hvor ændringen er negative der hvor kurven falder (hældning E-tot-krop < 0),
arbejder kroppen negativt (excentrisk). Det er antaget, at kroppen både skal udføre positivt og
negativt arbejde.
Widrick : Denne metode antager energiudveksling mellem segmenterne og inden i segmentet på
hver af ekstremiteterne, men ingen udveksling mellem ekstremiteterne og kroppen. Desuden
antages der ingen energiudveksling mellem kroppen og energien for forflyttelse af ro-ergometret.
Metoden er hermed modificeret således at den passer til roning, hvor ovenstående antagelser er
tilpasset Widricks metoder (Willems,1995, Widrick, 1992).: Kroppen opdeles i ekstremiteter og
krop, herefter adderes energien sammen for hvert tidsinterval i taget.
E-Tot-Arm = kErotatorisEkinetisklEpotientie
E-Tot-Ben = kErotatorisEkinetisklEpotientie
E-Tot-Torso = kErotatorisEkinetisklEpotientie
E-tot-ergometer =Ekinetisk
Metode og materiale
38
Ændringer i E-tot-krop er det indre arbejde, som hver del for E-Tot-Arm, E-Tot-Ben, E-Tot-
Torso, E-tot-ergometer udfører. I perioden hvor ændringen er positiv, der hvor kurven stiger
(hældning E-tot-krop > 0), arbejdes der positivt. Modsat i perioden, hvor ændringen er negativ,
der hvor kurverne falder (hældning E-tot-krop < 0), arbejdes der negativt. Det er antaget, at
kroppen både skal udføre positivt og negativt arbejde.
Willems: Her benyttes König teoremet, hvor samtlige segmenters resulterende massemidtpunkts
kinetiske og potentielle energier beregnes, samt samtidig hvert segments energier beregnes i
forhold til det resulterende massemidtpunkt. Der antages energiudveksling mellem segmenterne i
hver ekstremitet, men ikke mellem ekstremiteterne. Arbejdsintensiteten beregnes kun af det
positive arbejde for deltaenergikurven for Willems modellen.
E-tot- krop (Willems) = Epotentiel (samlet kropstyngdepunkt) + Ekinetisk (samlet
kropstyngdepunkt) +∑ E translatorisk (ekstremiteternes ændring af hastighed i forhold til
kroppen samlede tyngdepunkt) + Erotatorisk (ekstremiteternes ændring af hastighed i forhold til
kroppen samlede tyngdepunkt).
Energitilskuddet for forflytning af ro-ergometret er foretaget som i Widrickmodellen.
3.6.5 Beregning af energiomsætning for det samlede indre og ydre arbejde
For at omregne det indre arbejde til energiomsætning som kroppen skal yde for at modsvare
kroppens indre bevægelses arbejde, divideres den antaget nyttevirkning på henholdsvis 25 % for
positivt arbejde og 120% for negativt arbejde. Ved Winter og Widrick beregnes der både på det
positive og negative arbejde(summen af positiv og negativ energiændring), hvor der med
Willems modellen kun opnås positivt arbejde.
For at få kroppens samlede energiomsætning adderes det ydre arbejde. Det antages, at det ydre
arbejde har en nyttevirkning på 25 %. Beregningsteknisk beregner jeg her energiomsætningen
separat for det indre og det ydre arbejde, grundet i overskuelighed. Det er dog først den samlede
energiomsætning(summen af indre og ydre energiomsætning) eller det metaboliske arbejde, der
her giver mening. Der er kun foretaget beregninger af energiomsætningen af indre arbejde, hvor
forflytningen af ro-ergometret er medtaget.
Metode og materiale
39
Winter: Nyttevirkningen på positivt arbejde antages at være 25 %, nyttevirkningen på negativt
arbejde antages at være –120 % ( Norman, 1989).
Det positive og negative arbejde blev beregnet over hvert af de fire totaltag.
Indre metabolisk arbejde Winter =%120%25
var bejdeNegativtarbejdePositi (Formel 14) (Winter,
1990).
Regneeksempel: Indre arbejde: Person A ms Belastning 1 tag 1:
Positivt arbejde : 75,98 W *0,25-1 = 303,92 W + Negativt arbejde: -77,50 W *-1,2-1 = 64,6 W.
Indre metabolisk arbejde (Winter) = 303,92 W + 64,58 W = 369,5 W.
Widrick: Beregningen af nyttevirkningen fortages for hver af ekstremiteterne, kroppen og ro-
ergometret hver for sig, hvorefter de summeres op til det samlede indre arbejde. Her
multipliceres med 2 for beregning med begge arme og begge ben.
Regneeksempel: Indre arbejde: Person A ms Belastning 1 tag 1:
E-Tot-Arm = Positivt arbejde: 2 * 6,28 W * 0,25-1 = 50,24 W + Negativt arbejde: 2 * -6,31 W *
-1,2-1 =10,5 W.
E-Tot-Ben = Positivt arbejde: 2 * 8,6 W * 0,25-1 = 68,8 W + Negativt arbejde: 2 * -8,72 W * -
1,2-1 = 14,3 W.
E-Tot-Torso = Positivt arbejde: 47,99 W * 0,25-1= 191,96 W + Negativt arbejde: -48,8 *-1,2-1
= 40,7 W.
E-tot-ergometer = Positivt arbejde: 4,05 W * 0,25-1= 16,2 W + Negativt arbejde -4,05 W * -
1,2-1 = 3,4 W.
Metode og materiale
40
Indre metaboliske arbejde (Widrick) = 50,24 W + 10,46 W + 68,8 WJ + 14,33 WJ + 191,96 WJ
+ 40,66 W +16,28 W + 3,38 W = 396 W.
Beregning af det indre arbejde med Willems metoden anvender data fra Ergila programmet. Det
indre arbejde fra forflyttelse af ro-ergometret bliver beregnet med samme metode som
Widrickmetoden. Det må antages, at dette giver et overestimat i forhold til Willemsmetoden, det
har dog beregningsgrundet, været nødvendigt at foretage beregninger på denne metode.
Indre metaboliske arbejde (Willems) = %25
(Willems) krop-tot-E+
%25
)(ergometerbejdePositivtar
%120
)(ergometerbejdeNegativtar
Regneeksempel: Indre arbejde: Person A ms Belastning 1 gennemsnit over tag 1 til 4:
Indre metaboliske arbejde (Willems) = 75,6 W * 0,25 –1 + 16,2 W + 3,38 W = 322 W.
Ved beregning af nyttevirkningen af det ydre arbejde bliver der beregnet på det beregnede fra
kraftmåleren. Idet arbejdet fra kraftmåleren er beregnet ved numeriske integration over taget,
antages det, at det ydre arbejde kun består af en positiv arbejdsbelastning. Nyttevirkning (antages
at være 25 %) beregnes ved at dividere med 25 %.
Ydre metaboliske arbejde = %25
)(KraftmålerbejdePositivtar=Ydre metaboliske arbejde. (Formel
15).
Ydre metaboliske arbejde: Regneeksempel person A ms belastning 1 tage 1: 194,46 W *0,25–1
= 777,9 W.
Den sidste del af beregningen er estimering af det samlede metaboliske arbejde og
kropsiltoptagelsesniveau. Denne bestemmelse forudsætter her tre kendte størrelser, som er
Metode og materiale
41
beregnet oven for: Indre arbejde (formel 14), Energi for bevægelse af ro-ergometer på
slidesystemet (formel 12) og Kraftmålingerne (formel 15). Disse to (uden slide) eller tre (med
slide) skal alle have beregnet deres nyttevirkningsgrader, hvorefter de kan adderes. Herefter kan
en estimering af iltoptagelse beregnes ud fra energiproduktionen 1 l O2 pr 20 KJ. (Åstrand,
1986) og et hvilestofskifte på 0,2 l O2 antages (Robergs, 1997, kapitel 10). Estimeringen af
iltoptagelse, her det eksterne arbejde og det interne arbejde, beregnes fra modellen Winter,
Widrick og Willems. Iltoptagelsen bestemmes som et gennemsnit over de fire tag.
Samlet metaboliske arbejde med slide (Winter) =%120%25
bejdeNegativtarbejdePositivtar
%25
r)(KraftmåleEffekten (Formel 16)
Formel til iltoptagelses estimering = 22
2,0*.20
60(s)*(W) arbejdeSamlet lO
lOkJ (Formel 17) (Laursen,
1999).
Beregningseksempel: Winter Person A gennem snit over fire tag med slide:
Indere metabolisk arbejde Winter = 369,5 W.
Kraftmåler metabolisk arbejde = 777,9 W.
Samlet metabolisk arbejde = 369,5 W + 777,86 W = 1147,4 Watt.
Estimeret Iltoptagelse ud fra Winter modellen = (1147,4 W * (60 s) * (20 KJ * l O2-1) -1 ) + 0,2
l O2 = 3,64 l O2 * min-1 (den målte værdi var i dette tilfælde 2,76 l O2 * min-1).
Metode og materiale
42
3.7 Statistik
Den statistiske metode, som anvendes, er, grundet antallet af forsøgspersoner, nonparametrisk
analyse. Ved analysen af data for ensartethed anvendes der ingen fordelingsnøgler, og
Wilcoxons test anvendes. Testsandsynligheder beregnes ud fra en dobbeltsidet test, hvor et
niveau på p < 0,05 eller 5 % accepteres som signifikanssandsynligheds grænse for ensartethed
(p) (Granfeldt, 1999, Andersen, 1999). Der angives desuden gennemsnitsværdier (mean), antal
(n) og standardvariation (SD). Der foretages lineær regressionsanalyse, hvor
determinationskoefficienten (r2) angiver værdier mellem 1 og 0 for sikkerheden i regressionen.
De statistiske beregninger bliver foretaget i programpakken SAS version, 6,12 (Blæsild, 1999).
Resultater
43
0
1
2
3
4
5
0 50 100 150 200 250 300Belastning (W)
I O2 *
min
-1
35
45
55
65
75
85
95
%
4.0 Resultater
Som de øvrige afsnit vil også resultatafsnittet blive opdelt i fysiologisk, ydre arbejde og mekanik
og kinematik, hvor der i de kinematiske afsnit inddrages mange resultater fra både de
fysiologiske og biomekaniske data.
Den ydre arbejdsbelastning, beregnet fra tiden på 2000 meter (formel 3) som roeren skulle holde
konstant, var ved belastning 1 165 ± 9 W, belastning 2 227 ±12 W og belastningen 3 288 ±15
W. Belastningen var ikke forskellig med og uden slide, den ønskede belastningen blev opnået
ved de fire eksakte tag (se øvrige data i tabel 7 og 8).
4.1 Fysiologi
Den fysiologiske respons mellem belastning 1 og 2 og 3 viste, at stigningen i iltoptagelse fra
belastning 1 til 2 er lavere (0,91 l * O2* min-1) end fra belastingen 2 til 3 (0,96 l * O2* min-1),
på trods af at stigningen i Watt mellem belastning 1 og 2 og 2 og 3 i begge tilfælde var på 62 W
(se øvrige data i tabel 4).
Figur 7. Iltoptagelsen(linie) ved de tre belastninger (her repræsenteret som gennemsnit over de fire udlæsninger fra display): Ingen signifikant forskel med og uden slide p=0,29. Relativ % (stiplet linje): Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide p=0,28, n=18.
Resultater
44
De fysiologiske målinger, der blev foretaget under forsøget, viser, at der ingen signifikant
forskel kunne bestemmes for den fysiologiske respons (på nær åndedræts frekvensen) under
forsøg med og uden slide (se figur 7, 8 og tabel 4). Iltoptagelsen viser, at der ingen signifikant
forskel er mellem slide og uden slide p=0,29. Puls viser ingen signifikant forskel mellem slide og
uden slide p=0,67. De samme resultater viser sig ved beregninger foretaget i forhold til relativ
belastning af maks. iltoptagelse- p=0,27 og puls p=0,69.
Ved at ekstrapolere effekten fra figur 7 til 0 W kan et estimat for hvilestofskiftet bestemmes til
0,2 l * O2* min-1.
Ventilation i l * min-1 viste ingen signifikant forskel mellem slide og uden slide p=0,78 n=18.
Laktat viste ingen signifikant forskellighed for målinger med og uden slide p=0,5388 n=18 (se
tabel 4 og figur 9). Laktatniveauet blev målt til ikke at overstige en her fastsat grænse på 4
mmol. * l-1 (laktat treshold8) ( Robergs 1997, kapitel 10).
110
120
130
140
150
160
170
180
1 2 3Belastning
BP
M
40
50
60
70
80
90
100
%
Figur 8. Pulsstigning (linie) ved de tre belastninger: Ingen signifikant forskel med og uden slide p=0,67. Relativ (%) (stiplet): Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide p = 0, 69, n=18.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1 2 3Belastning
mm
ol*
l-1
Figur 9. Laktat ved de tre belastninger: Ingen signifikant forskel på målingerne med og uden slide p=0,5388 n=18.
Resultater
45
Belastning 1 ± sd Belastning 2 ± sd Belastning 3 ± sd
Iltoptagelse (l * O2* min-1) 2,68±0,2 3,59±0,23 4,55±0,35
Puls (BPM) 130±9 149±9 168±9
Laktat mmol. * l-1 0,99±0,3 1,1±0,2 2,4±0,7
Ventilationsfrekvens (l * min-1) 69,5±4 95,6±6 132,1±13
Relativ belastnings (%) (iltoptagelse)
45,6±3 62,8±3 80,9±4
Relativ belastning (%) (puls) 55,2±9 69,6±9 84,9±9 Ønsket arbejdsbelastning (W) 165± 8,9 227±12,3 288±16
Tabel 4. Iltoptagelse, puls, laktat, ventilation, relativ belastning ved de tre belastningsniveauer beregnet med iltoptagelse og puls og ønskede arbejdsbelastning ved de tre belastninger. Tabellen viser fysiologiske parametre, hvor der ingen signifikant forskel er på slide og uden slide, p>0,05, n=18.
Som det kan ses af figur 7 , 8 og tabel 4 er det relative belastningsniveauet højere end de
oprindelige ønskede arbejdsbelastninger på 40 %, 55% , 70 %, hvor de faktisk opnåede relative
arbejdsbelastninger blev 45,6 %, 62,8 % og 80,8 % ved de tre belastninger (grunden til, at et
højere faktisk belastningsniveau blev opnået, på trods af, at forsøgspersonerne kunne opretholde
deres fastsatte relative belastningsniveauer, er, at de beregnede effekter fra formel 3 (se afsnit
3.4.3) var for høje). Ovenstående beregninger er foretaget i forhold til iltoptagelsesmålingerne,
tilsvarende beregninger foretaget
med pulsmålinger viser signifikant
p=0,0001 højere relativ puls
henholdsvist 9,6 %, 6,8 % og 3,9 %
ved belastning 1, 2 og 3 (se tabel 4).
Åndedrætsfrekvensen eller antal
udåndinger pr min. viste sig at være
den eneste parameter, hvor der var
signifikant forskel på slide og uden
slide, dette kunne dog kun
registreres ved belastning 1 og 2, her
var en forskel på 3,26 udåndinger pr
8 Laktat treshold: Grænse, hvor laktatniveauet stiger. Hvis arbejdet foretages over denne grænse, vil arbejdstiden være betydeligt nedsat.
Figur 10. Åndedrætsfrekvensen med slide (linie) og uden slide (stiplet linie). Ved at se bort fra belastning 3 er der signifikant forskel p=0,0031. Med alle belastningerne er der ingen signifikant forskel p=0,255, n=18.
30
35
40
45
50
55
60
1 2 3Belastning
Ånd
edræ
t pr
min
.
Ms
Us
Resultater
46
min. eller en stigning med slide på 7,79 %. I forhold til uden slide p=0,0031(se figur 10 og tabel
5). Ved at medtage alle 3 belastninger findes ingen signifikant forskel p=0,255 (åndedræts
frekvensen vil blive holdt op i mod tagfrekvensen, se afsnit 4.2.6).
Belastning 1±sd Belastning 2±sd Belastning 3±sd Åndedrætsfrekvens (BPB) Med slide 40,2±4 47±4 53,8±4 Åndedrætsfrekvens (BPB) Uden slide 37±2 43,7±3 55,3±11
Tabel 5 Åndedrætsfrekvensen med og uden slide ved beregninger på belastning 1 og 2 er forsøg med slide signifikant p= 0,0031 n=18 højere end uden slide. Ved beregninger på alle tre belastninger var der ingen signifikant forskel p=0,255.
Maks.- testen viste, ved sit høje laktat
niveau på 15,4 ± 1,3 mmol. l-1, total
udmattelse. Desuden ses det af figur
11, hvorledes kraftpræstationen
varierede over de seks minutter.
Iltoptagelsen er desuden vist på figur
9, for at illustrere den fysiologiske
respons. Arbejdsformen, som
benyttes under maks. testen, viser
desuden stor overensstemmelse med,
hvorledes et 2000 meter løb ser ud
under roning på vand (Hagerman,
1994).
Figur 11. Maks. testens kraftpræstationer (linje), iltoptagelsen under maks. testen (fed linje)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 1 2 3 4 5 6Tiden (min)
Effe
kten
(W
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Iltop
tage
lse
(l *m
in-1
)
Resultater
47
4.2 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere
4.2.1 Ydre arbejde
Den ønskede belastning, som forsøgspersonerne skulle holde konstant under de 6 minutters
arbejdsbelastning (belastning 1 165 ±9 W, belastning 2 227 ±12 W og belastning 3 288 ±15 W),
blev af displayet gennemsnitsberegnet til: belastning 1 168 ± 8 W, belastning 2 228 ± 12 W og
belastning 3 290 ±15 W, denne værdi stemte ikke overens med den ønskede belastning p=0,0001
n=36. Den opnåde Wattproduktion er således 1,87 Watt højere i gennemsnit (se eksakte Watt
udlæsninger i tabel 6). Dette skyldes, at forsøgspersonerne under starten af forsøget havde
tendens til at ”lægge for hårdt ud”, hvorefter de fandt den korrekte belastning. Dette viser sig
korrekt ved at sammenligne den ønskede (beregnet i formel 3) belastning med gennemsnittet af
de 4 eksakte tag (se tabel 6). Her kunne ingen signifikant forskellighed bestemmes p=0,39 n=36
(dette passer overens med den øvrige forskning, hvor antagelsen er, at roere kan fastholde en
given ønsket belastning) (Mahony, 1999, Torres-Moreno, 2000). Der blev ingen signifikant
forskel fundet mellem displayudlæsningen ved belastning med og uden slide p=0,29 n=18.
Belastning 1±sd Belastning 2±sd Belastning 3±sd Ønsket arbejdsbelastning (W) 165± 8,9 227±12,3 288±16 Displayudlæsning over de 6 minutter (W)
168,4±8,3 227,8±11,8 290,2±14,6
Displayudlæsning over de fire tag (W)
167 ± 9,9 228,5 ± 13,2 289,4 ± 15
Tabel 6. Ønsket belastning ved submaksimalt forsøg 1, 2 og 3 med og uden slide. Displayudlæsningen fra Concept II ro-ergometret gennemsnit over de 6 minutter og gennemsnittet over de 4 eksakte tag. Der var ingen signifikant forskel på udlæsningen med og uden slide, p=0,29, n=18. Displayudlæsningen over de 6 minutter var signifikant højere p=0,0001 end den ønskede belastning. Der var ingen signifikant forskel på den ønskede og opnåede arbejdsbelastning over de 4 eksakte tag p=0,39 n=18.
4.2.2 Effekt fra kraftmåleren
Effekt beregninger med slide var
signifikant højere end uden slide
p=0,0003 n=18. Her var forskellen ved
belastning 1 2 W, ved belastning 2 6,5
W og belastning 3 8,4 W, eller mellem
1,1 % og 2,6 % ved de tre
140
180
220
260
300
340
Belastnig
Wat
t
ms
us
Figur12. Beregninger af effekten foretaget med slide (venstre) er signifikant højere p=0,003 n=18 end forsøg uden slide (højre). Effekten beregnet fra kraftmåler (linje) er signifikant højere end displayudlæsningerne (stiplet linje) p=0,0001 n=36.
Resultater
48
belastninger. (se tabel 7 for øvrige data).Den beregnede effekter fra kraftmåleren viste sig at
være signifikant større end displayudlæsningerne p=0,0001 n=36 (se figur 12 og tabel 7). Dette
betyder, at det eksterne arbejder, som flyhjulet bidrager med, ikke er udtryk for det samlede
eksterne arbejde. Forskellen er mellem17,7 W og 30.1 W eller 7,6 % og 10,7 % højere for
kraftmåleren. Effekten under maks.- forsøget varierede, som det kan ses af figur 10, fra
startværdier på 781,8 Watt ved tiden 0 min. til 422,4 Watt ved tiden 2,45 min. (se tabel 10).
4.2.3 Ro-ergometer-elastik og ydre arbejde
Idet den beregnede energi fra kraftmåleren var højere end display udlæsningen, kom den
resterende del af energien, som roeren benytter til det eksterne arbejde, fra elastikken. Dette
passer overens med, bl.a. den højere frekvens der roes med på slide. Dette skyldes, at effekten
med slide er højere end uden slide, beregnet fra kraftmåleren. Beregningen af den energi, der
benyttes til at trække elastikken ud, kan ses i tabel 7, hvor også effekten fra kraftmåleren vises.
Ms Bel. 1±sd Ms Bel. 2±sd Ms Bel. 3±sd Us Bel. 1±sd Us Bel. 2±sd Us Bel. 3±sd Effekt beregnet fra kraftmåler(W)
187±8,8 255±14,4 320,4±15,2 184,9±10,4 248,5±14,5 312,1±14,9
Effekt fra display(W)
166,8±10,9 229,2±13,3 290,3±15,5 167,2±9,8 227,8±14,3 288,5±16
Effekt i elastikken (W)
19,3±2,8 24,3±3,5 29,3±5,2 18±2,7 21,4±2,8 26,4±3,3
Effekten display + elastik (W)
186,2±11,5 253,6±14,3 319,7±17,6 185,2±11,4 249,1±15,3 314,9±16,3
Ønsket arbejds- belastning (W)
165± 8,9 227±12,3 288±16 165± 8,9 227±12,3 288±16
Tagdistancen (m)
1,41±0,04 1,46±0,05 1,48±0,04 1,46±0,06 1,48±0,05 1,51±0,05
Tabel 7. Effekten beregnet fra kraftmåler, effekten fra displayet, effekten beregnet fra elastikken, den ønskede arbejdsbelastning og distancen af taget. Ved at addere effekten fra elastikken med display udlæsningerne (se tabel for beregning) kan den samlede effekt beregnes. Der er ingen signifikant forskel mellem denne addition og effekten beregnet fra kraftmåler.P=0,836 n=36. Tagdistancen er signifikant længere med slide end uden slide p=0,0001 n=18.
Ved at addere effekten beregnet i elastikken med udlæsningerne fra displayet, fås det totale
eksterne arbejde. Denne beregning giver signifikant p=0,836 ingen forskel fra effekten beregnet
fra kraftmåleren. Denne additionsberegning varierer i forhold til effekten fra kraftmåleren med
Resultater
49
mellem –1,85 % og +2,87 % i de dårligste tilfælde (i alt under 5 %), Jeg antager, at effekten fra
kraftmålingerne, er det totale eksterne arbejde.
Det eksterne arbejde, der benyttes til at udtrække elastikken, varierede mellem belastning 1 og 3
mellem 8 % og 12%. Arbejdet der bruges til at udtrække elastikken udgøre af det totale eksterne
arbejde (kraftmåler) ved belastning 1 10-11 %, ved belastning 2 9% og ved belastning 3 8,2 %.
Denne tendens gælder både med og uden slide.
4.2.4 Nyttevirkning
Nyttevirkningen, beregnet ud fra displayudlæsningen, kan bestemmes mellem de tre
belastninger, her udtrykt som et gennemsnit for delta-nyttevirkningen mellem 1 og 2, 2 og 3 og 1
og 3 til 19,8 ±1,9 % (se øvrige data i tabel 8). Der var ingen forskel på
nyttevirkningsberegninger ved forsøg med og uden slide p=0,21 n=12. Hvis man foretager nye
nyttevirkningsberegninger, hvor kraftmålerens beregnede effekter anvendes, opnås
nyttevirkningsgrader på gennemsnitligt 21,5 %. Der er ingen signifikant p=0,1433 forskel på
forsøg med og uden slide. Nyttevirkningsberegningen ligger 1,3 % højere ved beregninger fra
kraftmåleren p=0,0001 n=18 end ved display udlæsningen.
Ved beregninger af netto-nyttevirkningen blev ingen signifikant forskel beregnet, hverken ved
kraftmåler- eller displayudlæsning i forhold til forsøg med og uden slide p=0,8241 og 0,1239 (se
tabel 7). Dog signifikant forskel på de to niveauer p=0,0001, hvor netto-nyttevirkning fra
kraftmåleren er beregnet til 22,2 % (ingen signifikant forskel mellem belastning 1, 2 og 3
p>0,05) og 2 % højere end displayudlæsningen (nyttevirkning gennemsnit 20,2 %).
Belastning 1 til Belastning 2 ±sd Belastning 2 til Belastning 3 ±sd Delta-nyttevirkning (display) (%) 20,6 ± 1,9 19,1 ± 1,5 Delta-nyttevirkning (kraftmåler) (%)
22,1± 3,4 20,2±20,9
Bel 1 med og uden slide Bel 2 med og uden slide Bel 3 med og uden slide Netto-nyttevirkning (display) (%) 20,3±0,01 20,2±0,003 20±0,004 Netto-nyttevirkning (kraftmåler) (%) 22,6±0,01 22,3±0,01 21,8±0,01
Tabel 8. Delta-nyttevirkningen mellem belastning 1 og 2, 2 og 3 fra display og fra kraftmåler. Netto-nyttevirkning ved belastning 1, 2 og 3. Ingen signifikant p=0,21 forskel på delta-nyttevirkning mellem forsøg med og uden slide beregnet ud fra display. Ingen signifikant p=0,14 forskel på delta-nyttevirkning mellem forsøg med og uden slide ved beregning fra kraftmåler n=12. Delta-nyttevirkningen er højere ved forsøg beregnet fra kraftmåleren p=0,0001 end ved displayudlæsningen. Ingen signifikant p=0,8241 forskel med og uden slide på netto-nyttevirkningen med kraftmåler. Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide for netto-nyttevirkningen beregnet fra display p=0,1239.
Resultater
50
4.2.5 Tagdistancen
Tagdistancen mellem forsøg med
slide og uden slide er signifikant
forskellige p=0,0001 n=18, hvor
forsøg uden slide er 1.0 cm eller 2,2
% længere (se figur 13). Forskellen
er størst ved belastning 1. Dette kan
skyldes, at bevægelsen foregår
langsommere, hvorved
forsøgspersonerne har mere tid til at
gennemføre robevægelsen. Tagdistancen varierer med slide fra belastning 1 til 2 fra 1,41 meter
til 1,46 meter og fra belastning 2 til 3 fra 1,46 meter til 1,48 meter. Tendensen er den samme
uden slide, hvor den største stigning finder sted mellem belastning 1 og 2 (se øvrige data i tabel
7). Tagdistancen under maks.- forsøget varierede fra 1,38 ± 0,08 m. ved tiden 0 til 1,44 ± 0,08 m.
under det resterede forsøg (se tabel 10).
4.2.6 Kraft og
frekvens
Den karakteristiske
kraftkurve (se figur 14)
over taget viser, at den
maksimale kraft i taget er
signifikant højere
p=0,0001 n=18, når der
roes uden slide end
forsøg med slide (se tabel 9). Kraften i taget varierer fra belastning 1 med slide fra 634,7 N til
belastning 3 til 823,7 N. Kraftudviklingen i forsøg uden slide var 7,3 % højere. Denne højere
kraftudvikling var konstant over forsøg 1,2 og 3.
Figur 14 Kraftkurven af taget. Medslide (fede linje) Uden slide (tynd linje). Her Forsøgsperson A belastning 3. Den største kraft opnået er signifikant højere uden slide p= 0,0001 n=18 end med slide.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 0.2 0.4 0.6 0.8Tid (s)
Kra
ft (N
)
Figur 13. Tagdistancen med (stiplet linje) og uden slide (linje), Uden slide er signifikant længere end med slide p=0,0001 n=18.
1.37
1.39
1.41
1.43
1.45
1.47
1.49
1.51
1.53
1 2 3Belastning
Tag
dist
acen
(m
)
Us
Ms
Resultater
51
Den største kraft, der blev målt under maks.-forsøget, blev målt under de første fire tag ved tiden
0 min. (se tabel 10) til en kraft på 1029,8 ± 81,2 N. Dette modsvarer, at der arbejdes ved ca. 80
% af maks.-kraften ved belastning 3 under det submaksimale forsøg med slide. Kraften under
maks.-forsøget falder desuden til et niveau svarende til belastning 3 i den resterende del af maks.
-forsøg (se tabel 10).
Frekvensen af tag pr. minut under
forsøget steg fra en
begyndelsesværdi på 21,7 ± 1,6 ved
forsøg med slide til 27,8 ± 1,4 ved
belastning 3. Denne stigning på 6 tag
pr min. kunne også observeres ved
roning uden slide. Der var dog
signifikant forskel p=0,0001 n=18 på
niveauet for disse to forsøg, hvor
roning med slide ligger væsentligt
højere end roning uden slide,
forskellen var 2,4 tag pr. min. eller
10,6 % højere for forsøg med slide, Denne forskel var stabil over belastning 1, 2 og 3 (se figur
15 og tabel 9).
Frekvensen under maks.- testen ligger væsentligt højere startende ved 54 tag pr min. og flader ud
ved tiden 1,15 og frem. En gennemsnitsfrekvens på 40 blev målt, dog lidt stigende mod
slutningen af maks.- testen (se tabel 10).
Ud fra tagfrekvensen og åndedrætsfrekvensen kan åndedræt pr. tag bestemmes. Ingen signifikant
forskel kunne dog bestemmes p=0,104 n=18. mellem forsøg med og uden slide. En stigning fra
1,9 åndedræt per tag ved belastning 1, til 1,9 ved belastning 2. Ved belastning 3 en
åndedrætsfrekvens pr. tag på 2,1 (se øvrige data i tabel 9).
17
19
21
23
25
27
29
1 2 3Belastning
Tag
*'m
in-1
Ms
Us
Figur 15 Tag Frekvensen (tag per minut) med slide (linje)er signifikant højere end Uden slide (stiplede linje), p=0,0001 n=18.
Resultater
52
4.2.7 Tid tag / recovery og tid til maks. kraft
Tiden for taget ligger ved belastning 1
med slide på 0,84 ± 0,08 s., herefter
falder tiden med 4,5 % til belastning 2
og 7,1 % til belastning 3. Forsøg uden
slide var tiden 0,89 ± 0,02 s. ved
belastning 1, hvor faldet er
henholdsvis 9 % og 6,6 % mellem
belastning 1 og 2 og 2 og 3. Der er
signifikant forskel på tiden for taget
p=0,048 n=18, hvor tiden for taget
uden slide varer 0,022 sekund
længere, eller 2,7 % længere, end med
slide (se figur 16 og tabel 9). Denne
forskel i tid kunne dog kun
bestemmes signifikant ved belastning 1.
Tiden for recoveryfasen starter ved 1,94 ± 0,19 s. ved belastning 1 med slide. Faldet i tiden
mellem belastning 1 og 2 var 0,29 s. eller 15,2 %, og faldet mellem belastning 2 og 3 var 14,3 %.
Tilsvarende observationer for faldet i tiden fandtes ved forsøg uden slide.
Tiden for recovery uden slide lå på et højere udgangsniveau startende ved forsøg 1 ved 2,22 ±
0,22 s. Der var signifikant forskel på recoveryfasen med og uden slide p=0,0001 n=18, hvor
forsøg uden slide varede 0,25 s. længere eller 13 % længere end med slide (se figur 16 og tabel
9).
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
1 2 3Belastning
tid (
s) r
ecov
ery
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
tid (
s) ta
g
Tag
Recovery
Figur 16. Tiden for taget uden slide (stiplede linje) varer signifikant længere p= 0,048 n=18 end med slide (linje). Ved belastning 2 og 3 for tiden kunne der ikke bestemmes signifikant forskel p=0,1026 Tiden for recovery (fed linjer) uden slide (fed linje) varer signifikant længere end med slide(fed stiplet linje) p=0,0001 n=18.
Resultater
53
Tabel 9. Submaksimale forsøg. Maks. kraft i taget er signifikant højere uden slide p=0,001, n=18. Frekvensen er signifikant højere p=0,001 n=18 med slide end uden slide. Ingen signifikant forskel kunne bestemmes for åndedrætsfrekvensen i forhold til tag frekvensen p=0,104 n=18. Tiden for taget er signifikant højere p=0,048 n=18 uden slide end med slide. Ingen signifikant forskel i tiden for taget ved belastning 2 og 3 p=0,1026 n=12. Tiden for recoveryfasen er signifikant kortere med slide p=0,001 n=18. Tiden til maks.- kraften er signifikant lavere med slide p=0,0341 n=18 end unde slide.
Tiden 0 ± sd Tiden 1,15 ± sd Tiden 2,45 ± sd Tiden 4,15 ± sd Tiden 5,30 ± sdMaks.- kraft maks. Forsøget(N)
1030±81 820±62 797±48 800±50 813±47
Frekvens tag * min-1 54,2±4,6 40,1±1,8 39,2±1,7 40,1±2,1 41,9±1,9
Tid tag (s) 0,59±0,02 0,67±0,01 0,67±0,01 0,66±0,03 0,66±0,02 Tid tecovery (s) 0,51±0,08 0,84±0,07 0,86±0,07 0,85±0,07 0,78±0,05 Tid total taget (s) 1,10±0,09 1,51±0,07 1,53±0,06 1,50±0,07 1,44±0,06
Tabel 10. Data for maks.- forsøget ved de 5 udvalgte tidspunkter: Maks. kraft, frekvens, tid tag, tid recovery og tid totaltaget.
Tiden for recoveryfasen ved maks.-forsøget lå fra tiden 1,15 min. 39,7 % lavere end ved
belastning 3 med slide. Tiden for taget under de submaksimale forsøg sammenlignet med maks.-
forsøg viser, at efter første belastning (fra tiden 1,15) benyttes 20 % mindre tid på taget (se tabel
10).
Den procentvise fordeling af tiden for taget og recovery viser, at med slide benyttes 33 % af
tiden på taget og 67 % på recovery. Ved forsøg uden slide var fordelingen 30 % på taget og 70 %
på recovery. Ved maks.-forsøget, som foregik med slide, var denne fordeling 44 % for taget og
56 % for tiden for recovery.
Ms Bel. 1±sd Ms Bel. 2 ±sd Ms Bel. 3±sd Us Bel. 1 ±sd Us Bel. 2 ±sd Us Bel. 3 ±sd
Maks.- kraft i taget (N)
634,7±84 742±77 823,7±80 687,8±87 813±93 872±88
Frekvensen tag *
min-1
21,7±1,6 24,5±1,4 27,8±2,4 19,4±1,5 22,1±1,4 25,4±1,4
Åndedræt *tag-1 1,86±0,19 1,92±0,14 1,94±0,08 1,92±0,15 1,97±0,03 2,17±0,44
Tid tag (s) 0,84±0,08 0,81±0,02 0,75±0,02 0,89±0,02 0,81±0,02 0,76±0,01 Tid recovery (s) 1,94±0,19 1,65±0,16 1,41±0,2 2,22±0,22 1,92±0,17 1,61±0,13 Tid total tag (s) 2,79±0,21 2,45±0,14 2,16±0,18 3,11±0,24 2,73±0,18 2,37±0,13 Tid til maks.- kraft (s)
0,40±0,05 0,40±0,02 0,36±0,03 0,43±0,04 0,41±0,03 0,38±0,01
Resultater
54
Tiden til maks.-kraften er signifikant
lavere med slide p=0,0341 n=18 end
uden slide.
Tiden med slide, ved belastning 1, er
0,4 s faldende til 0,36 s. ved belastning
3. Forskellen mellem forsøget 1, 2 og 3
med og unde slide er henholdsvis 7 %
1,3 % og 7,2 %, hvor forsøg med slide
er lavest (se tabel 9 og figur 17).
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
1 2 3Belastning
Tid
til m
aks
kraf
t (s)
ms
us
Figur 17. Tiden til maks.-kraften i taget er signifikant lavere med slide (stiplet linje) p=0,0341 n=18 end uden slide (linje).
Resultater
55
4.3 Biomekanisk modellering
4.3.1 Forflyttelse af ergometer
Distanceforflytning af ro-ergometret på
slidesystemet blev bestemt til 0,61 m.
uden signifikant p=0,14 variation
mellem de tre belastningsgrader.
Det ses af figur 18, at forflytningen
bevæger sig mellem 0 m. og ca. 0,61 m.
og tilbage til udgangsniveau (se tabel
11).
Energiforbruget ved denne forflytning a
roergometret er beregnet i afsnit 3.6.2. Denne energiberegning viser en stigning mellem
belastning 1 og 2 på 4,7 W, eller 29 %, og mellem belastning 2 og 3 på 3,8 W, eller 26 %, (se
tabel 11).
Bel. 1 ms Bel 2 ms Bel. 3 ms Afstandsforflytning af ro-ergometer (m)
0,61±0,06 0,61±0,04 0,61±0,04
Energiforflytning af ergometer (W)
9,24±1,2 13,02±1,7 17,69±3,2
Tabel 11. Afstand forflytningen af ro-ergometret på slidesystemet: Ingen signifikant forskel på bel. 1, 2 og 3 p=0,14 n=12. Energiberegninger for forflyttelse af ergometret på slidesystemet, som benyttes ved Widrick og Willemsmodellerne. Energiforbruget ved denne forflytning af ro-ergometret benyttes ved model Widrick og Willems
til estimering af det totale indre arbejde. Ved model Widrick udgør forflytningen 6 % af det
totale indre arbejde. Med model Willems udgør arbejdet 13 %. Her skal dog bemærkes, at
ovenstående bygger på en model, der ikke helt underbygges af Willems korrekte beregnings-
metoder. Ved sammenligning af beregning af det indre arbejde med Wintermodellen, kan
forflyttelsen af ergometret bestemmes til 6 % af det totale indre arbejde. Det stigende
energiforbrug over de tre belastninger er grundet i en øget hastighed (idet afstanden er konstant
og energien kun er kinetisk) af gennemførslen af totaltaget.
Figur 18. Distance forflytningen af ergometret på slide systemet. Her person A med slide bel. 1. Tiden for taget 0,86 s. tiden for recovery 1,92 s. Kurven starter hvor taget starter.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 1 2 3Tid (s)
Dis
tanc
e (m
)
Tag Recovery
Resultater
56
4.3.2 Indre arbejde
Det indre arbejde er blevet bestemt
ud fra tre modeller. En oversigtsgraf
er vist i figur 19, hvor andelen af
potentiel og kinetisk energi kan ses.
Idet hældningen af den kinetiske
energi er højest, bidrager dette
energiforbrug primært til det
samlede energiforbrug. Det kan ses
af figur 19 og 20, at henholdsvist 50
% af energiforbruget kommer fra
positivt og 50 % fra negativt arbejde.
Dette ses ved, at der ikke er en
stigning i energiniveauet mellem
tagene, desuden bevæger kurverne sig
symmetrisk omkring en fast X akse.
Figur 20 er beregnet ud fra delta
energiniveauet fra Etotalbody fra figur
19, denne delta energikurve illustrere
den stigning og det fald, der er i det energiniveauet, som er krævet af kroppen.
Den første beregning af det indre arbejde er foretaget uden medtagelse af forflytningen af ro-
ergometret. Denne viser signifikant forskel mellem de tre modeller p<0,05. Desuden viser den
ingen signifikant forskel mellem forsøg med og uden slide p>0,05. Idet jeg antager det for
Usandsynligt, at forflytningen af ergometret intet arbejde koster, vil de primære resultater blive
analyseret, hvor medtagelse af energien fra ro-ergometret er foretaget. Det beregnede indre
arbejde, uden medtagelse af ro-ergometret, kan ses i tabel 12.
Figur 20. Delta energiudviklingen for det totale indre arbejde under robevægelsen for person A med slide ved belastning et (linje) belastning to (stiplet linje) og belastning tre (fed linje). Tiden for tag og recovery ved belastning 1er vist.
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Tid (s)
delta
E-t
otal
bod
y (
J)
Tag (bel 1) rcovery (bel 1)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 1 2 3 4 5Tid (s)
Eto
t, E
pot
(J)
0
20
40
60
80
100
120
Eki
n (J
)
Figur 19. Indre arbejde med slide belastning 1 person A, beregnet med model Winter. Etotalbody (hvid linje) Epot (fed linje), Ekin (grå stiplet linjer).Der er på figuren vist energi over to tag.
Resultater
57
Belastning 1 ms ± sd
Belastning 2 ms ± sd
Belastning 3 ms ± sd
Belastning 1 us ± sd
Belastning 2 us ± sd
Belastning 3 us ± sd
Winter (W) 136±11 182±22 247±19 136±24 181±25 227±31 Widrick (W) 148±11 196±23 262±27 150±27 199±27 250±30 Willems (W) 74±3 98±6 131±12 70±12 96±14 125±17
Tabel 12. Indre arbejde under roning med og uden slide i Watt beregnet med Winter Widrick og Willems modeller, beregnet uden medtagelse af forflytning af ro-ergometer. Widrickmetoden er signifikant p=0,001 højere end Wintermetoden. Willemsmetoden er signifikant lavere end Winter metoden p=0,0001 n=12. Winter (W): Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide p=0,3222. n=18. Widrick (W): Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide p=0,7445 n=18. Willems (W): Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide p=0,0763 n=12.
Beregningen af det metaboliske indre arbejde, hvor medtagelse af energiforbruget for forflyttelse
af ro-ergometret er foretaget, viser følgende. Widrick modellen beregner højere
arbejdsbelastning end Winter modellen p=0,001 n=18 (se tabel 10). Forskellen er med slide 7,6
% og uden slide 9,2 %.
Belastning 1 ms ± sd
Belastning 2 ms ± sd
Belastning 3 ms ± sd
Belastning 1 us ± sd
Belastning 2 us ± sd
Belastning 3 us ± sd
Winter (W) 144±11 192±25 262±23 136±24 181±25 227±31 Widrick (W) 157±11 209±25 280±29 150±27 199±27 250±30 Willems (W) 84±4 111±8 149±15 70±12 96±14 125±17
Tabel 13. Indre arbejde under roning med og uden slide i Watt beregnet med Winter Widrick og Willems modellerne, beregnet ved medtagelse af forflytning af ro-ergometer. Beregninger er med slide signifikant højere medtaget forflyttelse af ro-ergometret p<0,005 for alle tre modeller n=12. Winter (W) beregner signifikant højere indre arbejde med slide end uden slide p=0,0328. n=18. Widrick (W): Ingen signifikant forskel på forsøg med og uden slide p=0,0638 n=18. Willems (W): Signifikant højere indre arbejde med slide end uden slide p=0,0298 n=12.
Willemsmodellen beregnede 60-113 Watt eller 44,5 %, lavere indre arbejde sammenlignet med
Wintermodellen p=0,0001 n=12. Denne store forskel skal der dog ikke konkluderes på, idet den
videre metaboliske beregning er forskellig fra Willemsmodellen, der kun beregner et positivt
arbejde, som dog er højere end det positive tilskud fra Winter- og Widrickmodellerne.
Stigningen mellem arbejdsbelastning 1 og 2 og 2 og 3 var nogenlunde ensartet på 24 %, både
beregnet efter Winter, Widrick og Willems metoden. Der var signifikant forskel på beregninger
af effekten med slide og uden slide både med Winter og Willems modellerne, testsandsynlighed
henholdsvis p=0,0328 og p=0,0298 n=18 og n=12., hvor forsøg med slide var højest. Forskellen i
forsøg med slide og unde slide var med Wintermodellen henholdsvist ved belastning 1,2 og 3: 8
W eller 6 %, 11 W eller 6 % og 35 W eller 13 %. Forskellen med slide og uden slide i Willems
modellen var henholdsvis ved belastning 1,2 og 3: 13 W eller 16 %, 15 W eller 14 % og 24 W
eller 16 %.
Resultater
58
Der blev ingen signifikant forskel bestemt mellem forsøg med slide og uden slide med Widrick
modellen p=0,0638 n=18.
4.3.3 Estimering af iltoptagelse
Estimering af iltoptagelse er beregnet i forhold til tre modeller: Winter, Widrick og Willems (se
tabel 14). Alle modellerne giver et overestimat for iltoptagelsen. Den højeste værdi bliver
beregnet med Widrick, herefter Winter og til sidst Willems, som giver det bedste estimat for
iltoptagelse. Widrickmodellen beregner med slide 24 % højere iltoptagelse end de målte værdier,
uden slide 23 %. Winter modellen beregner 22 % højere iltoptagelse med slide end de målte
værdier, uden slide 20 % højere. Willemsmodellen beregner med slide 20 % højere iltoptagelse
og uden slide 18 % højere iltoptagelse. En generel antagelse med alle modellerne er, at
estimeringen med slide giver det højeste estimat i forhold til de målte værdier.
Belastning
1 ms ± sd Belastning 2 ms ± sd
Belastning 3 ms ± sd
Belastning 1 us ± sd
Belastning 2 us ± sd
Belastning 3 us ± sd
Iltoptagelse Winter (l * O2* min-1) 3,49±0,16 4,67±0,19 5,96±0,28 3.37±0,24 4,45±0,32 5,59±0,37
Iltoptagelse Widrick(l* O2* min-1) 3,58±0,16 4,78±0,21 6,08±0,33 3,48±0,25 4,58±0,33 5,76±0,37
Iltoptagelse Willems(l*O2* min-1) 3,40±0,46 4,53±0,63 5,75±0,82 3,26±0,46 4,33±0,61 5,45±0,77
Iltoptagelse målt(l * O2* min-1) 2,75±0,16 3,59±0,19 4,58±0,31 2,6±0,17 3,59±0,24 4,52±0,27
Tabel 14. Beregnet iltoptagelse med model Winter, Widrick og Willems (inkl. hvilestofskifte). Målt iltoptagelse. Beregningerne af iltoptagelse er alle foretaget ud fra data, hvor energien for forflyttelse af ro-ergometret er medtaget.
Regressionslinierne, der blev
beregnet ved de tre modeller,
viser, at der er tæt
overensstemmelse mellem de
målte- og de beregnede værdier.
Regressions-værdierne med slide
ved Winter, Widrick og Willems
blev henholdsvist beregnet til
R2 = 0.7555
R2 = 0.9458
R2 = 0.949
2
3
4
5
6
7
2 3 4 5 6 7Målt iltoptagelse l *min-1
Ber
egne
t Ilto
ptag
else
l* m
in-1
Winter
Widreick
Willems
Figur 21. Regressionslinier for målt iltoptagelse stillet op mod beregnet iltoptagelse med modellerne: Winter(cirkler og linje) r2=0,949, Widrick (firkanter og stiplet linje) r2=0,956, Willems (trekanter fed linje) r2=0,756.
Resultater
59
R2=0,949, R2=0,946 og R2=0,756 (se figur 17). Forsøg uden slide blev beregnet af Winter,
Widrick og Willems til henholdsvis R2=0,966, R2=0,967 og R2=0,783. Det kan dog ses af figur
21, at niveauet for de beregnede ligninger ligger over, på trods af, at hældningerne er korrekte.
Diskussion
60
5.0 Diskussion
Målet med dette speciale var at sammenligne Concept II ro-ergometer med og uden slide inden
for fysiologisk, ydrearbejde og biomekaniske forhold for roere og indre arbejde beregnet ved
biomekaniske modellering. Jeg har derfor designet testprotokoller, der ved samme ydre
arbejdsbelastning sammenligner forskellige responser, der måtte fremkomme. Som i de
forudgående afsnit vil en opdeling i afsnit om henholdsvis det fysiologiske, det ydre arbejde og
biomekaniske forhold for roere og det biomekanisk modellerings afsnit give et overblik. Dette
vil dog blive afsluttet i en sammenfatning, hvor elementer fra de tre områder vil blive
sammendraget.
5.1 Fysiologi
Trods de forventede lavere metaboliske parametre under roning med end uden slide, måtte det
konkluderes, at de primære fysiologiske parametre ikke kunne bestemmes som forskellige med
og uden slide. Der var ikke signifikante forskelle på iltoptag, puls, laktat og ventilation. Den
beskrevne højere puls i forhold til iltoptagelse, som kan forekomme under roning grundet
aktivering af små muskelgrupper, blev observeret ved dette forsøg. Her blev forskellen i
nyttevirkning mellem puls og iltoptagelse beregnet til mellem 4 og 10 %, hvor beregninger med
puls var højest. Her skal det forbehold dog tages, at et estimat for hvilepuls og iltoptagelse kan
ændre denne konklusion, her specielt hvilepulsen, som for veltrænede kan være lavere end de her
antagede 50 bpm. (Wilmore, 1994 Kapitel 8).
En ikkelineær iltoptagelse blev observeret ved forsøget, hvilket modsvarer forsøg foretaget på
vand. Nyttevirkningen blev beregnet til 19,8 %. Dette niveau stemmer overens med tidligere
forsøg foretaget både på vand og ved ro-ergometer-forsøg (16-24 %). Nyttevirkningen, som blev
beregnet, ligger i den høje ende af før målte, værdier hvilket passer fint med variationen med 10
% for øvede og uøvede. De opnåde maks. iltoptagelses niveauer på 5,57 l ±0,16 * O2* min-1
viser, at forsøgsgruppen er veltrænet. De relative høje belastningsniveauer på 80,9 %, som blev
opnået ved delforsøg 3, kunne kun opretholdes grundet forsøgsgruppens veltrænethed. Der må
stilles spørgsmålstegn ved den anvendte metode til estimering af arbejdsbelastning for
forsøgspersonerne (formel 3). Fremtidig forskning bør derfor anvende formel 3 (afsnit 3.4.3)
med forsigtighed, enten ved at foretage prøveforsøg, hvor maks. iltoptagelse måles, eller ved at
____________________________________________________________________Diskussion
61
foretage en nedgradering af de ønskede arbejdsbelastninger. Ved at trække 10 % fra de
beregnede værdier opnås ca. de ønskede arbejdsbelastninger.
Åndedrætsfrekvensen var den eneste fysiologiske parameter, som viste signifikant forskel
mellem forsøg med og uden slide (dog kun ved belastning 1 og 2). Dette kan skyldes
sammenhængen med tagfrekvensen, hvor teorien beskriver, at der foretages mindst to
åndedrætsbevægelser per tag. Dette forsøg viste dog ingen signifikant forskel, når tagfrekvensen
blev indregnet i forhold til åndedrætsfrekvensen. De opnåede åndedræt per tag blev beregnet til
henholdsvis 1,88, 1,94 og 2,06 ved belastning 1, 2 og 3. Dette passer fint med teorien, når
belastningen bliver højere ved belastning 3.
Maks. forsøget viste fysiologisk stor overensstemmelse med afvikling af rokonkurrencer på
vand. Desuden blev totaludmattelse opnået ved all-out-testen. Denne testform kræver dog, at
forsøgspersonen kender sine egen maksimale fysiologiske ydeevne godt. Herved kan denne
testform kun anbefales til forsøgspersoner med stort kendskab til egen formåen.
5.2 Ydre arbejde og biomekaniske forhold for roere
Det ydre arbejde og den mekaniske del af testprotokol viste, at forsøg med og uden slide var
forskellige på mange punkter. Problemstillingen med at fastholde en konstant arbejdsbelastning9
viste sig uproblematisk, forsøgspersonerne opnåede den ønskede arbejdsbelastning (ingen
signifikant forskel mellem ønsket og opnået), dog med tendens til, at arbejdet, der blev ydet, var
lidt for højt i starten af forsøget (gennemsnitligt 1,87 W højere over de 6 minutter).
Det faktum, at forsøgspersonerne havde stort kendskab til roning på Concept II ro-ergometret,
betød her, trods de mange eksterne målinger af iltoptagelse, puls, kraftmålinger,
videomarkeringer og, at den ydre arbejdsbelastning skulle holdes konstant af forsøgspersonerne,
at en vellykket forsøgsprotokol kunne opretholdes. Mine anbefalinger til fremtidige forsøg med
Concept II ro-ergometer vil derfor være at anvende øvede roere.
____________________________________________________________________Diskussion
62
5.2.1 Displayudlæsning, ydre arbejde og nyttevirkning
Ud fra kraftmåleren blev det eksterne arbejde beregnet. Denne beregning viste sig dog ca. 8-11
% højere end den opnåede effekt udlæst af displayet. Herved kunne nye nyttevirkninger
bestemmes ud fra kraftmåleren med slide og uden slide til 22,2 % (netto), hvor nyttevirkningen
fra displayudlæseren blev bestemt til 20,2 % (netto), eller 2 % mindre. Dette yderligere arbejde
kunne dog bestemmes ved at addere arbejdet fra elastikken (elastikkens formål er at tilbageføre
kæden, som trækkes ud under robevægelsen) (se figur 2).
Det beregnede ydre arbejde, beregnet fra kraftmåleren, viste sig at være højere (fra 2 W til 8,4 W
eller 1 % til 2,6 %) med slide en uden slide. Det kan dog ikke konkluderes, at det er mere
økonomisk at ro på slide end uden slide, idet forskellen i nyttevirkning ikke var signifikant. Det
yderligere arbejde, der ydes med slide, stammer delvist fra elastikken, hvis effekt er højere
(grundet i en højere frekvens) og evt. delvist stammer fra forflyttelse af sliderammen eller
kroppen .
5.2.2 Elastik, tagdistance og kraft
Det eksterne arbejde, der blev ydet for at trække elastikken ud, udgjorde mellem 8 % og 11 %
faldende med de laveste værdier (8 %) ved belastning 3. Denne tendens viste sig gældende både
ved forsøg med og uden slide. Denne elastik, hvis hårdhed kan justeres, er en energikilde, som
roeren skal modstå. Elastikken kan have indflydelse ved konkurrenceroning, hvor en optimering
kan medføre bedre tider. Dette kræver dog, at elastikken ikke bliver så slap, at det medfører, at
recoverytiden bliver forlænget grundet i, at kæden ikke tilbageføres tilstrækkeligt hurtigt.
Tagdistancen blev, ved forsøg uden, slide målt til at være længere end forsøg med slide. Her blev
en forskel målt til 1 cm. Eller 2,16 % længere uden slide. Denne forskel i tagdistancen har både
betydning på effekten på flyhjulet og elastikken. Denne tagdistance forøgelse medfører, at et
yderligere arbejde skal ydes på elastikken, hvilket medfører en effektforøgelse mellem slide og
uden slide ved belastning 1,2 og 3 på 1,3 W, 2,9 W og 3 W.
9 Concept II ro-ergometret adskiller sig fra andre ergometertyper ved, at effekten der ydes, kun afhænger af den arbejdsbelastning, forsøgspersonen yder, dette står i modsætning til andre ergometre, hvor en ekstern belastning skal modstås.
____________________________________________________________________Diskussion
63
Tagdistancen øges desuden over de tre belastninger: Fra belastning 1 til 2 fra 1,41 m. til 1,46 m.
og videre til 1,48 m. ved belastning 3 (forsøg med slide, forsøg uden slide ligger ca. 1 cm under
ved de tre belastninger).
Denne tagdistancen er længere ved belastning 2 og 3 end forsøg foretaget på Rowperfect, hvor
en tagdistance på 1,4 m. blev opnået.
Den højeste kraft under taget målt i Newton var 7,3 % højere uden slide end med slide, dette
skyldes bl.a., at tagets distance uden slide er kortere, og derfor må en højere kraft ydes for at
opretholde den samme effekt. Dette antyder, at roning med slide modsvarer mere aerobt arbejde
end uden slide, idet innovationen af fast-twitch muskelfibre, må antages at være mindre. Den
højeste kraft, der blev ydet ved belastning 3 med slide, svarer til 80 % af den højeste kraft under
maks.-forsøget og ligger tæt på den fysiologiske relative belastningsgrad på 80,9 %.
5.2.3 Frekvens, tid tag / recovery og tid til maks. kraft
Frekvensen, der blev roet med på slide, var signifikant højere end uden slide. Forskellen var
således 2,6 tag højere per minut. Mellem belastning 1 og 3 blev der med og uden slide målt
stigninger på ca. 6 tag per min. startende med slide ved belastning 1 på 21,7 til 27,8 tag per min
ved belastning 3. Tagfrekvensen under maks.-forsøget lå væsentligt højere og med et
gennemsnitsniveau på 40,3 efter den første måling ved tiden 0. Sammenlignet med de
tagfrekvenser, der er foretaget på vand, passer maks.-forsøget godt til de her målte værdier på
mellem 37 og 41.
Tagfrekvensen ved de submaksimale forsøg ligger noget under de tidligere forsøg på Rowperfect
ro-ergometret (frekvens 30 ), men det er uvist om denne frekvens er submaksimal eller fastsat af
en forsøgsleder.
Tiden for taget og recoveryfasen var signifikant kortere med slide end uden slide, hvor tiden for
recoveryfasen stod for den største forskel på 0,25 s. eller 13 % længere ved forsøg uden slide
(kun 0,02 s. længere for taget). Når belastningen steg, var det primært tiden for recovery, der
blev nedsat. Denne faldt således fra belastning 1 med slide fra 1,94 s. til 1,65 s. til 1,14 s. ved
belastning 3. Dette modsvarer et fald på 15 % mellem belastning 1 og 2, og 14 % ved belastning
2 og 3.
____________________________________________________________________Diskussion
64
Tiden for taget faldt ligeledes fra belastning 1 med slide 0,84 s. til 0,8 s. og til 0,75 s. ved
belastning 3. Dette modsvarer et fald på 4,5 % og 7,1 % mellem belastning 1 og 2 og 2 og 3.
Dette modsvarer de observationer, der er beskrevet i teorien, hvor det primære fald i et hurtigere
tag opnås ved at nedsætte recoverytiden.
Den procentvise fordeling mellem tiden for taget og recovery viser, at udnyttelsen af
arbejdstiden er bedre med slide, idet 33 % af tiden udnyttes til taget, hvor det uden slide kun er
30 % af tiden, der udnyttes på taget. Forsøg, der er fortaget på Rowperfect ro-ergometer, har vist
en tid for taget på 45 %. Tiden for taget og recovery ved maks.-forsøget viser tilsvarende
fordelinger, hvor tiden af recoveryfasen er nedskåret mest, her blev andelen af tiden for taget 44
%.
Tiden til maks. kraft var mellem 1% og 7% kortere med slide end uden slide. Der var en stigende
tendens ved højere belastninger, hvilket må antages at være træningsrelevant sammenlignet med
roning på vand, hvor denne tid forsøges nedbragt for at kunne yde en højere effekt. Den opnåede
tid til maks. kraft med slide og ved belastning 3 0,36 s. Dette passer fint med de beskrevne tider
på 0,3-0,4 s. (Secher, 1993). Den lavere tid kan skyldes den højere frekvens, når der roes med
slide.
5.3 Biomekanisk modellering
Forskydningen af ro-ergometret under roning med slide var 0,61 m., uafhængig af hvilken
belastning, der blev roet ved. Dog stiger det indre arbejde, der kræves for denne forskydning, fra
belastning 1 til 2 og 2 til 3.
Det forøgede metaboliske arbejde, der skal ydes, er grundet i en nedsættelse af tiden for
totaltaget og hermed forskydningen af ergometret. Der ligger bag dette speciale yderligere data
fra roerens bevægelsesmønsteret, som kan analyseres på, men som ikke er medtaget i dette
speciale grundetdata mængdens omfang. Det kan dog allerede nu konkluderes, at betydelige
ændringer i segmenternes hastighed vil være højere med slide.
____________________________________________________________________Diskussion
65
5.3.1 Indre arbejde
Estimering af det metaboliske indre arbejde under roning er foretaget før på et andet ro-
ergometer, her er valget af metode lig dette studie, dog udbygget med metoder, der bygger på
forskning foretaget på gang, cykling og skiløb. Jeg har benyttet metoder, der kan estimere det
indre arbejde ved roning.
De tre metoder, jeg har anvendt, bygger på Winter, Widrick og Willemsmodellerne. Winter og
Widrick metoderne er de simpleste metoder til estimering af det indre arbejde og er fundet
velegnet til estimering af iltoptagelse ved gang, cykling og skiløb. Dette sikrer dog ikke, at
metoden kan anvendes direkte til roning. Willems metode bygger på mere komplicerede
antagelser og kræver herved mere komplekst programmel at afvikle.
Der er signifikant forskel på resultaterne fra de tre metoder, hvor Willems er lavest, Winter
næstlavest, mens Widrick giver det højeste estimat for det indre arbejde. Det indre metaboliske
arbejde i Watt beregnet med slide er højere end uden slide. Der er dog ingen signifikant forskel i
forhold til Widrick modellen.
Det indre arbejde stiger med 24 % mellem tre belastninger, denne stigning gør det vanskeligt at
foretage yderligere valideringer af metoderne ved hjælp af nyttevirkningsberegninger.
Det forøgede energikrav kommer primært fra en forøgelse af den kinetiske energi, idet
bevægelsesmønsteret er næsten uændret (taglængden forøges lidt), men hastigheden for
gennemførelse af taget er forøget. Mine fremtidige anbefalinger til forskning på området er, at
lave forsøg, hvor 0 belastninger anvendes, og hvor frekvensen holdes konstant. Herved kunne en
validering af det indre arbejde foretages.
5.3.2 Estimering af iltoptagelse
Estimeringen af iltoptagelse er en validering af de metodevalg, der er foretaget. Udgangspunktet
er en direkte sammenligning af de målte værdier og de her beregnede, der viser, at alle
metoderne giver et overestimat for bestemmelsen af iltoptagelsen. Willemsmetoden giver det
bedste estimat for iltoptagelse, som dog er mellem 18 % og 20 % for højt i forhold til de målte
værdier.
Forsøg uden slide giver ved alle tre modeller det tætteste estimat og hermed den bedste
regression med de målte værdier. Ud fra estimatet for iltoptagelse ses det, at nyttevirkningen for
____________________________________________________________________Diskussion
66
det ydre og indre arbejde er for lav. Det kan desuden konkluderes, at nyttevirkningen for arbejde
på slide er højere, idet det indre arbejde og det ydre arbejde beregnet fra kraftmåleren er højere.
Det kræver dog yderligere forskning at kunne validere disse konklusioner og bestemme
nyttevirkninger.
5.4 Sammenfatning
Det motorisk anderledes bevægelsesmønster for roning med slide giver sig udtrykt i
forskellighed i tagfrekvens, tagdistance, tid for tag og recovery og kraft i taget. Dette medføre
dog i dette studie ikke at målbare metabolisk forskel findes.
Når kraftmålerens effekt beregnes, kan en fysiologisk nyttevirkning beregnes således, at en
højere nyttevirkning bestemmes i forhold til nyttevirkningen beregnet fra displayudlæseren.
Denne højere effekt benyttes dog til dels i effekten i elastikken på ro-ergometret og måske til
dels i forflytning af ro-ergometret på slidesystemet.
Den højere kraftudvikling og hastighed, der blev målt under forsøg uden slide, kunne antyde, at
kroppen burde arbejde mere anaerobt, hvilket kunne have medført forhøjet laktatniveauer ved de
forskellige belastningsgrader, men forskel kunne dog ikke vises. En grund til dette kan findes i,
at taget og recoveryfasen i forsøg med slide, foregår hurtigere, og herved forekommer samme
laktatniveau.
Den forskydning af ro-ergometret, der fremkommer på slidesystemet, har i dette studie ikke vist
sig at nedsætte det indre arbejde under roning med slide. Hypotesen, som bliver opstillet i
indledningen (inspireret af Rekers, 1993 fra forsøg på Rowperfect ro-ergometer), må derfor
forkastes. Den del af specialet, som omhandler bestemmelse af indre arbejde og ydre arbejde til
estimering af iltoptagelse, kræver endvidere yderligere forskning. Det indre og ydre arbejde er
dog højere med slide, hvorfor en højere nyttevirkning med slide må formodes.
Konklusion
67
6.0 Konklusion
Roere beskriver, at fornemmelsen af at ro på Concept II ro-ergometret med slide som værende
anderledes end roning uden slide. Nogle syntes, at det er tættere på roning på vand, andre
beskriver roning på slide som værende mindre belastende. Forskelle er der uden tvivl. Jeg har
testet 6 teknisk dygtige roer i de to situationer og er kommet frem til følgende konklusioner.
Hypotesen om et mindre energiforbrug ved roning på slide, må forkastes grundet i nedenstående
konklusioner.
Metaboliske parametre er ikke forskellige med og uden slide. Iltoptagelse, puls, laktat
samt ventilation viste ingen signifikant forskel på forsøg foretaget med og uden slide.
Ved at benytte effekten fra displayudlæsningen fra ro-ergometret blev der ingen
signifikant forskel beregnet i nyttevirkning, denne blev beregnet til 20,2 % (netto). Ved
at benytte kraftmålerens effektberegninger kunne en højere nyttevirkning bestemmes til
22,2 %(netto).
1. En signifikant forskel i åndedrætsfrekvensen på 7,8 %, hvor forsøg med slide var højere
end uden slide, kunne bestemmes ved belastning 1 og 2. Denne åndedrætsfrekvens
hænger tæt sammen med tagfrekvensen således, at der benyttes ca. 2 åndedræt per.
totaltag. Når tagfrekvensen medregnes, er der ingen forskel i åndedrætsfrekvensen ved
forsøg med og uden slide.
Det motoriske bevægelsesmønster er forskelligt med og uden slide. Frekvensen med
slide er 10,6 % højere end uden slide, dette medfører, at tiden for taget og recoveryfasen
bliver kortere med slide. Denne reduktion var henholdsvis 2,7 % kortere for tiden af
taget (kun signifikant ved belastning 1) og 13 % kortere for tiden af recovery, med slide
end uden slide.
1. Maks.-kraften i taget under forsøg uden slide er 7,3 % højere end med slide. Denne
parameter kunne medføre, at roning uden slide belaster kroppen mere anaerobt, dette
kunne dog ikke underbygges i de fysiologiske målinger. Effekten målt fra kraftmåleren
viste, at roning med slide udviklede en højere effekt (mellem 1 % og 2,6 % ved de tre
delforsøg), denne eksterne effekt kan dog ikke registreres på displayudlæseren fra ro-
ergometret.
Konklusion
68
2. Tagdistancen med slide er 2,16 % længere end uden slide, dette medfører, at den effekt,
der benyttes til at udtrække elastikken i ro-ergometret, bliver højere. Denne eksterne
effekt, i forhold til uden slide, udgør dog ikke hele den forøgede effekt, der er i taget.
Det indre og ydre arbejde er højere med slide, og dermed må det formodes, at
nyttevirkningen er højere med slide. Det indre arbejde er højere med slide end uden
slide med model Winter og Willems. Herved må det formodes, at de anvendte
nyttevirkningsstørrelser var for lave. Estimering af iltoptagelse gav med alle modeller et
overestimat.
6.1 Perspektivering
Dette speciale har bidraget til viden omkring roning på Concept II med og uden slide. Yderligere
forskning kan dog foretages for at underbygge specialet, specielt afsnittet omkring indre arbejde.
Her kunne forsøg med 0 belastning og evt. fastsatte frekvenser yderligere validere modellerne,
og bedre estimater for nyttevirkning kunne gives.
En yderligere tilgangsvinkel til videre forskning kunne være en sammenligning af Concept II
ergometret og roning på vand. Herved kan ro-ergometret blive valideret i forhold til roning på
vand. Dette kunne have speciel interesse for trænere og roere. Her kunne et studie, hvor f.eks.
Concept II med og uden slide, Rowperfect med og uden slide og roning på vand, indgå, hvorved
det ergometer, der bedst simulerede roning på vand, kunne udvælges.
Ved at anvende en bred tilgangsvinkel til analysen, hvor både fysiologiske, mekanisk og
kinematiske forhold bliver bestemt, fås en bred og grundig analyse af roning.
Referenceliste
69
7.0 Referenceliste
Andersen, E. B., (1998), Statistik for Idrætsstuderende, Kbh.
Blæsild, P., (1999), Supplement til Erling B. Andersen: Statistik for Idrætsstuderende , Århus.
Cavagna, G. A., (1977), Mechanical work and efficiency in level walking and running, Journal
of Physiology, 268, 467-481.
Celentano, F., (1974), Mechanical aspects of rowing, Journal of Applied Physiology, 36,6, 642-
647.
Concept II ro-ergometer model C og slide brugermanual.
Cosgrove, M. J., (1999), The relationship between selected physiological variables of rowers and
rowing performance as determined by a 2000 m ro-ergometer test, Journal of Sports Sciences,
17, 845-852.
Di Prampero, P.E., (1971), Physiological aspects of rowing, Journal of Applied Physiology, 31,6,
853-857.
Granfeldt, J., (1999), Introduktion til edb på bio- og geostatistik, Introduktion til SAS, Århus.
Hagerman, F. C., (1994), Applied Physiology of Rowing, Sports Medicine, 1, 303-326.
Hahn, A.G., (1988), Physiological testing of oarswomen on Gjessing and Concept II rowing
ergometers, Excel, Vol.5. No 1. September.
Inovision, Brugermanual, Amis, 2001.
Jensen, K., (unpublicised article), A metabolic cart for VO2 during exercise using the inspiratory
flow rate", Teamdanmark Odense University.
Referenceliste
70
Jensen, R. L., (1996), The prediction of power and efficiency during near-maximal rowing,
European Journal of Applied Physiology, 73, 98-104.
Kramer, J. F., (1994), Rowing Performance and Selected Descriptive, Field, and Laboratory
Variables, Canadian Journal of Applied Physiology, 19(2), 174-184.
Kreighbaum, E., (1996), Biomechanics, A Qualitative Approach for Studying Human
Movement, Boston.
Laursen, B., (1999), Kinetic and energetic during uphill and downhill caring of different weights,
Applied Ergonomics, 1-8.
Luhtanen, P., (1987), Mechanical work and efficiency in ergometer bicycling at aerobic and
anaerobic thresholds, Acut. Physiology Scandinavian, 131, 331-337.
Macdougall, J. D., (1982), Physiological testing of the elite athlete, Canada.
Macfarlane, D. J., (1997), Instrumentation of an ergometer to monitor the reliability of rowing
performance, Journal of Sports Sciences, 15, 167-173.
Mahony, N., (1999), A comparison of physiological responses to rowing on friction-loaded and
air-braked ergometers, Journal of Sports Sciences, 17,143-149.
Martindale W.O., (1984), Mechanical Energy in Sculling and In Rowing an Ergometer,
Canadian Journal of Applied Sports Science, 9, 153-163.
Norman, R., (1989), Mechanical Power Output and Estimated Metabolic Rates of Nordic skiers
During Olympic Competition, International Journal of Sports Biomechanics, 169-184.
Ozkaya, N., (1999), Fundamentals of biomechanics, Equilibrium, Motion, and Deformation,
New York.
Referenceliste
71
Polar brugermanual (Vantage NV).
Rekers, C. J. N., (1993), Verification of the ROWPERFECT ergometer, Senior Rowing
Conference in London on the 2nd of October.
Robergs, R. A., ( 1997), Exercise Physiology, Exercise Performance and Clinical Applications,
St. Louis.
Rodriguez, R. J., (1987), Electromyographic analysis of rowing stroke biomechanics, Journal of
Sports medicine and Physical Fitness, 30,1, 103-108.
Rusell, A. P., (1998), Prediction of elite schoolboy 2000-m rowing ergometer performance from
metabolic, anthropometric and strength variables, Journal of Sports Science, 16, 749-754.
Schabort, E. J., (1999), High reliability of performance of well-trained rowers on a rowing
ergometer, Journal of Sports Sciences, 17, 627-632.
Secher, N. H., (1983), Maximal Aerobic Power in Oarsmen, European Journal Applied
Physiology, 51, 155-152.
Secher, N. H., (1983), The physiology of rowing, Journal of Sports Sciences, l, 23-53.
Secher, N.H., (1993), Physiological and Biomechanical Aspects of Rowing, Sports Medicine,
15(1),24-42.
Shephard, Roy J., (1998), Science and medicine of rowing: A review, Journal of Sports Sciences,
16, 603-620.
Torres-Moreno, R., (2000), Joint Excursion, Handle Velocity, and Applied Force: a
Biomechanical Analysis of Ergonometric Rowing, International Journal of Sports Medicine, 21,
41-44.
Referenceliste
72
Urhausen, A., (1993), Heart Rate, Blood Lactate, and Catecholamines During Ergometer and
Water Rowing, International Journal of Sport Medicine., 14, 20-23.
Wells, R., (1986), Internal work and physiological responses during concentric and excentric
cycle ergometry, European Journal of Applied Physiology, 55, 259-301.
Widrick, J. J., ( 1992), Effect of internal work on the calculation of optimal pedaling rate,
Medicine and Science In Sports and Exercise, 24,3, 376-382.
Willems, P.A., (1995), External, Internal and total work in human locomotion, Journal of
Experimental Biology, 198, 379-393.
Wilmore, L.H., (1994), Physiology of Sports and exercise, Human Kinetics, USA.
Winter, D. A., (1979), A new definition of mechanical work done in human movement, Journal
of Applied Physiology, 46(1), 79-83.
Åstrand, P-O., (1986), Textbook of work physiology, Physiological bases of exercise, New
York.
Bilag
73
Odense 8-12-2000
8.0 Bilag Information til forsøgspersoner Formål: At bestemme roeres arbejdsøkonomi ved forskellige belastninger under roning på Concept II henholdsvis med og uden slide. Varigheden af det samlede forsøg er ca. 3 ½ timer, som vil være fordelt således. 30 min. Omklædning vejning, højdemåling, pålimning af reflekser følgende 12 steder på kroppen: Hoved, øre, nakke, skulder, albue, hånd, finger, øverste på hofte, nederst på hofte, knæ, ankel og fod. Herefter foretages et submaksimale(ved en relativ lav belastning) forsøg af varigheden 40 min. Hvorunder der vil blive målt puls med en censor omkrig brystet, iltoptagelse med maske monteret på ansigtet, videoptagelse fra siden, kraftmåling ved kraftcensor monteret efter grebet desuden vil der blive foretaget laktat måling ved boldanalyse fra fingerspids i pausen. Disse målinger vil foregå ved tre forskellige belastninger således at der arbejdes i seks minutter og hviles i fire minutter osv. tre gange. Herefter vil der være en pause på ca. 40 - 50 minutter. Hvorefter ovenstående forsøg bliver gennemføret igen. Der vil være to personer der skal testes på samme dag, således at du enten får pause første eller sidst. De to test af 40 minutters varighed vil foregå på Concept II monteret med slide og uden slide. Efter de to submaksimale test vil der blive foretaget et maks. forsøg hvilket samlet vil have en varighed af 15 minutter. Her vil du efter 5 minutters opvarmning arbejde ved seks belastninger af et minuts varighed startende ved et submaksimalt niveau og afsluttende ved en maksimal belastning. Der vil blive foretaget målinger tilsvarende de submaksimale forsøg. Data for forsøget vil blive anvendt til et speciale samt efterfølgende forskellige andre videnskabelige publikationer. Du vil i alle publikationer optræde anonymt med en kode f.eks. betegnelse forsøgsperson A. Forsøget gennemføres på: Teamdanmark Testcenter ved Institut for Idræt og Biomekanik, Syddansk Universitet, Campusvej 55, 5230 Odense M. Vi håber at du vil deltage i undersøgelsen. Det skal dog understreges, at det er frivilligt at deltage. Selv om du har besluttet, at du gerne vil deltage, kan du når som helst forlade undersøgelsen, uden at skulle give nogle forklaring på hvorfor. Det gælder også, selv om du har ”skrevet under ” på at deltage. Er du i tvivl om noget er du velkommen til at kontakte: Martin Hejgaard Sørensen (mobil: 26559185/ priv.: 86248160) Kurt Jensen (arb.:65503446) eller Gisela Sögaard(arb.:655034298/ priv.: 3962463) ------------------------------------------------------------------ Bilag Oplysninger på forsøgsdagen ved gennemførsel af forsøg. ”Jeg bekræfter hermed, at jeg efter at have modtaget ovenstående information, såvel mundtligt som skriftligt, vil deltage i de beskrevne forsøg. Jeg er informeret om, at det er frivilligt at deltage, og at jeg når som helst kan forlade forsøget uden at give nærmere begrundelse” Dato:______________________________Underskrift:_________________________________________________
Bilag
74
Oplysninger til forsøgspersoner på forsøgsdagen: Submaksimale forsøg / Maks. Forsøg: Du skal her arbejde submaksimalt ved tre belastninger i 6 min. med 4 min. pause mellem hver arbejdsbelastning. Du må selv bestemme luftmodstanden på ergometret blot den bliver holdt konstant ved alle tre belastninger og ved roning på slide og uden slide. Du må selv bestemme frekvensen på dit tag blot den bliver holdt konstant hele forsøget igennem. Du får besked på hvornår du skal starte og slutte men du må godt taste tiden ind i på ergometret. 6 min. arbejde og 4 min. pause. Når du gennemføre testen skal du det sidste minut fra hvor videooptagelserne starter fastholde hovedet således at du ser fremad. Display aflæseren skal stå på Watt og du skal forsøge at fastholde en så konstant arbejdsbelastning som muligt. Jeg vil under testen oplæse de enkelte effektudlæsninger fra Concept II display i det sidste 30 sek. i hver delforsøg. Du skal være iklædt mørke korte tights og mørke sokker.