Analysis of the aerobic-anaerobic transition in elite cyclists during incremental exercise with the use of electromyography

To investigate the validity and reliability of surface electromyography (EMG) as a new non-invasive determinant of the metabolic response to incremental exercise in elite cyclists. The relation between EMG activity and other more conventional methods for analysing the aerobic-anaerobic transition such as blood lactate measurements (lactate threshold (LT) and onset of blood lactate accumulation (OBLA)) and ventilatory parameters (ventilatory thresholds 1 and 2 (VT1 and VT2)) was studied.Twenty eight elite road cyclists (age 24 (4) years; VO2MAX 69.9 (6.4) ml/kg/min; values mean (SD)) were selected as subjects. Each of them performed a ramp protocol (starting at 0 W, with increases of 5 W every 12 seconds) on a cycle ergometer (validity study). In addition, 15 of them performed the same test twice (reliability study). During the tests, data on gas exchange and blood lactate levels were collected to determine VT1, VT2, LT, and OBLA. The root mean squares of EMG signals (rms-EMG) were recorded from both the vastus lateralis and the rectus femoris at each intensity using surface electrodes. Results - A two threshold response was detected in the rms-EMG recordings from both muscles in 90% of subjects, with two breakpoints, EMG(T1) and EMG(T2), at around 60-70% and 80-90% of VO2MAX respectively. The results of the reliability study showed no significant differences (p > 0.05) between mean values of EMG(T1) and EMG(T2) obtained in both tests. Furthermore, no significant differences (p > 0.05) existed between mean values of EMG(T1), in the vastus lateralis and rectus femoris, and VT1 and LT (62.8 (14.5) and 69.0 (6.2) and 64.6 (6.4) and 68.7 (8.2)% of VO2MAX respectively), or between mean values of EMG(T2), in the vastus lateralis and rectus femoris, and VT2 and OBLA (86.9 (9.0) and 88.0 (6.2) and 84.6 (6.5) and 87.7 (6.4)% of VO2MAX respectively). Rms-EMG may be a useful complementary non-invasive method for analysing the aerobic-anaerobic transition (ventilatory and lactate thresholds) in elite cyclists.

Determination of metabolic equivalents during low-and high-intensity resistance exercise in healthy young subjects and patients with type 2 diabetes

The purpose of this study was to quantify the metabolic equivalents (METs) of resistance exercise in obese patients with type 2 diabetes (T2DM) and healthy young subjects and to evaluate whether there were differences between sessions executed at low- versus high-intensity resistance exercise. Twenty obese patients with T2DM (62.9±6.1 years) and 22 young subjects (22.6±1.9 years) performed two training sessions: one at vigorous intensity (80% of 1-repetition maximum (1RM)) and one at moderate intensity (60% of 1RM). Both groups carried out three strength exercises with a 2-day recovery between sessions. Oxygen consumption was continuously measured 15 min before, during and after each training session. Obese T2DM patients showed lower METs values compared with young healthy participants at the baseline phase (F= 2043.86; P<0.01), during training (F=1140.59; P<0.01) and in the post-exercise phase (F=1012.71; P<0.01). No effects were detected in the group x intensity analysis of covariance. In this study, at both light-moderate and vigorous resistance exercise intensities, the METs value that best represented both sessions was 3 METs for the obese elderly T2DM patients and 5 METs for young subjects.

Determination of subclinical metabolic disorders in transition dairy cows

Das Gesundheitsmanagement von Milchkühen hat in den vergangenen Jahren auf den landwirtschaftlichen Betrieben an Bedeutung gewonnen. Neben Präventionsmaßnahmen zur Gesunderhaltung der Tiere ist die frühzeitige und systematische Erkennung von Erkrankungen hierbei der Hauptbestandteil. Es zeigt sich vermehrt, dass vor allem Transitkühe verstärkt an Stoffwechselerkrankungen in sowohl klinischer als auch subklinischer Form erkranken. Letztere stellen ein hohes Risiko dar, zum einen weil subklinische Erkrankungen oftmals nur schwer oder gar nicht erkannt werden und zum anderen, weil sie in vielen Fällen die Grundlage für meist schwerwiegendere Folgeerkrankungen sind. In der vorliegenden Studie wird das Thema der Früherkennung von subklinischen Ketosen und der subakuten Pansenazidose behandelt. Verschiedene Methoden wurden unter praktischen Versuchsbedingungen auf ihre Tauglichkeit zur Krankheitserkennung hin geprüft. In einer ersten Studie wurde auf einem konventionellen Milchviehbetrieb ein Ketose-Monitoring bei frischlaktierenden Kühen ab Tag 3 postpartum durchgeführt. Insgesamt 15 Tiere waren an einer subklinischen Ketose erkrankt, was eine Aufkommensrate von 26% in den untersuchten Tieren bedeutete. Die Blutproben von insgesamt 24 Tieren wurden auf ihren IL-6-Gehalt untersucht. Von den untersuchten Tieren waren 14 Tiere erkrankt, 10 Tiere bildeten die gesunde Kontrollgruppe. Interleukin-6 wurde bestimmt, da dem Zytokin IL-6 in anderen Studien in Bezug auf Ketosen eine Rolle zugesprochen wurde. Die erwartete Erhöhung von IL-6 bei erkrankten Tieren konnte nicht festgestellt werden; die erkrankten Kühe zeigten vielmehr die niedrigsten IL-6 Werte der Studiengruppe. Insgesamt waren die IL-6 Konzentrationen auf einem niedrigen Niveau mit 27.2 pg/m l± 10.2. Es zeigte sich, dass die IL-6 Bestimmung im Blut hinsichtlich der Erkennung von subklinischen Ketosen nur eingeschränkt nutzbar ist. Es konnte ausschließlich eine schwache negative Korrelation zwischen Beta- Hydroxybutyrat (BHBA, Goldstandard für den Nachweis einer Ketose) und IL-6 detektiert werden. Zusätzlich zu den Blutanalysen wurde ebenfalls die tägliche Wiederkauaktivität mit dem „DairyCheck“ System bestimmt, welches kontinuierlich die charakteristischen Kaumuskelkontraktionen aufzeichnet und somit die Dauer des Wiederkäuens bestimmt werden kann. Es wurde geprüft, ob sich ketotische Tiere von nicht ketotischen Tieren hinsichtlich der täglichen Wiederkäuzeit unterscheiden. Milchkühe mit einer Ketose kauten im Schnitt 475 min/d ± 56 wieder, nach Genesung 497 min/d ± 48. Sie befanden sich somit im Durchschnitt immer unterhalb der gesunden Kontrollgruppe, welche 521 min/d ± 76 wiederkaute. Eine Korrelation zwischen der Wiederkauzeit und dem BHBA- Gehalt im Blut war nur sehr schwach ausgeprägt, nicht zuletzt da die Tiere generell eine hohe Variabilität in der Wiederkauaktivität zeigten. Bei einer weiteren Studie, ebenfalls auf einem Praxisbetrieb durchgeführt, wurde auf die Erkennung der subakuten Pansensazidose (SARA) fokussiert. Hierbei kam ein drahtloses, kommerziell verfügbares Bolussystem zum Einsatz, welches den pH Wert kontinuierlich im Retikulorumen misst. Es macht die Erkennung einer SARA auch unter Praxisbedingungen ohne invasive Methoden wie der Punktion möglich. Das Bolussystem wurde 24 Milchkühen kurz vor der Abkalbung oral eingegeben, um den pH-Wert während der gesamten Transitphase messen und überwachen zu können. Während in der Trockenstehphase nur vereinzelte SARA Fälle auftraten, erlitt ein Großteil der untersuchten Tiere in der Frühlaktation eine SARA. Auf Grundlage von pH-Werten von laktierenden Milchkühen, wurde zusätzlich eine Sensitivitätsanalyse von verschieden, bereits eingesetzten Nachweismethoden durchgeführt, um die Tauglichkeit für die SARA-Diagnostik zu untersuchen. Es handelte sich hierbei zum einen um einen SARA-Nachweis unter Heranziehung von Einzelwerten, Fress- und Wiederkäuzeiten, sowie ausgewählten Milchinhaltsstoffen und der Milchmenge. Die Analyse ergab, dass nahezu alle Nachweismethoden im Vergleich zur Langzeitmessung nur eingeschränkt zur SARA-Diagnostik nutzbar sind. In einem weiteren Teil der Studie wurde eine Kotfraktionierung bei den gleichen Tieren durchgeführt, um damit SARA-Tiere auch mittels der Kotanalyse erkennen kann. Es konnte gezeigt werden, dass zum einen die Ration einen Einfluss auf die Kotzusammensetzung hat (Trockensteherration versus Ration für Laktierende) zum anderen aber auch, dass eine SARA die Zusammensetzung des Kotes verändert. Hierfür wurden Kotproben ausschließlich von laktierenden Kühen untersucht, sodass der Einfluss der Ration ausgeschlossen werden konnte. Erhöhte Faseranteile im Kot von SARA - Kühen gaben Hinweis auf eine verminderte Verdaulichkeit. Dabei erwies sich vor allem die Hemizellulose als guter Parameter, um auf eine SARA schließen zu können. Die Versuchsbedingungen ließen es ebenfalls zu, die pH-Verläufe der Tiere in der Frühlaktation zu untersuchen. Eine Clusteranalyse von pH-Werten der ersten 12 Tage postpartum zeigte, dass die untersuchten Tiere trotz gleicher Haltungs- und Fütterungsbedingungen unterschiedliche pH-Wert Verläufe entwickelten. So gab es eine Gruppe von Milchkühen, die den pH-Wert stabil halten konnte, während die restlichen pH-Abfälle in verschiedenen Verläufen und Intensitäten aufzeigten. Es konnte ebenfalls aufgezeigt werden, dass Tiere innerhalb der Testherde unterschiedliche Schweregrade der SARA entwickelten. Auch in dieser Studie wurde deutlich, dass Tiere scheinbar unterschiedliche Möglichkeiten haben, auf ihre Umwelt zu reagieren, bzw. suboptimalen Bedingungen entgegenwirken zu können. Zusammengefasst wurden verschiedene Methoden zur Ketose- und SARA- Erkennung geprüft, von denen nur einzelne für die Praxis zu empfehlen sind. Die Variabilität der Tiere, sowohl bei der Ausprägung der Erkrankungen als auch bei den gemessenen Parametern verdeutlicht die Notwendigkeit, diese im Herden- und Gesundheitsmanagement in Zukunft stärker zu berücksichtigen.

Raman microscopy of formamide-intercalated kaolinites treated by controlled-rate thermal analysis technology

Raman spectroscopy of formamide-intercalated kaolinites treated using controlled-rate thermal analysis technology (CRTA), allowing the separation of adsorbed formamide from intercalated formamide in formamide-intercalated kaolinites, is reported. The Raman spectra of the CRTA-treated formamide-intercalated kaolinites are significantly different from those of the intercalated kaolinites, which display a combination of both intercalated and adsorbed formamide. An intense band is observed at 3629 cm-1, attributed to the inner surface hydroxyls hydrogen bonded to the formamide. Broad bands are observed at 3600 and 3639 cm-1, assigned to the inner surface hydroxyls, which are hydrogen bonded to the adsorbed water molecules. The hydroxyl-stretching band of the inner hydroxyl is observed at 3621 cm-1 in the Raman spectra of the CRTA-treated formamide-intercalated kaolinites. The results of thermal analysis show that the amount of intercalated formamide between the kaolinite layers is independent of the presence of water. Significant differences are observed in the CO stretching region between the adsorbed and intercalated formamide.

Detailed analysis of a conservative difference approximation for the time fractional diffusion equation

Diffusion equations that use time fractional derivatives are attractive because they describe a wealth of problems involving non-Markovian Random walks. The time fractional diffusion equation (TFDE) is obtained from the standard diffusion equation by replacing the first-order time derivative with a fractional derivative of order α ∈ (0, 1). Developing numerical methods for solving fractional partial differential equations is a new research field and the theoretical analysis of the numerical methods associated with them is not fully developed. In this paper an explicit conservative difference approximation (ECDA) for TFDE is proposed. We give a detailed analysis for this ECDA and generate discrete models of random walk suitable for simulating random variables whose spatial probability density evolves in time according to this fractional diffusion equation. The stability and convergence of the ECDA for TFDE in a bounded domain are discussed. Finally, some numerical examples are presented to show the application of the present technique.

Determination of preventive maintenance lead time using hybrid analysis

The time for conducting Preventive Maintenance (PM) on an asset is often determined using a predefined alarm limit based on trends of a hazard function. In this paper, the authors propose using both hazard and reliability functions to improve the accuracy of the prediction particularly when the failure characteristic of the asset whole life is modelled using different failure distributions for the different stages of the life of the asset. The proposed method is validated using simulations and case studies.

Hydrazine-hydrate intercalated halloysite under controlled-rate thermal analysis conditions

The thermal behaviour of halloysite fully expanded with hydrazine-hydrate has been investigated in nitrogen atmosphere under dynamic heating and at a constant, pre-set decomposition rate of 0.15 mg min-1. Under controlled-rate thermal analysis (CRTA) conditions it was possible to resolve the closely overlapping decomposition stages and to distinguish between adsorbed and bonded reagent. Three types of bonded reagent could be identified. The loosely bonded reagent amounting to 0.20 mol hydrazine-hydrate per mol inner surface hydroxyl is connected to the internal and external surfaces of the expanded mineral and is present as a space filler between the sheets of the delaminated mineral. The strongly bonded (intercalated) hydrazine-hydrate is connected to the kaolinite inner surface OH groups by the formation of hydrogen bonds. Based on the thermoanalytical results two different types of bonded reagent could be distinguished in the complex. Type 1 reagent (approx. 0.06 mol hydrazine-hydrate/mol inner surface OH) is liberated between 77 and 103°C. Type 2 reagent is lost between 103 and 227°C, corresponding to a quantity of 0.36 mol hydrazine/mol inner surface OH. When heating the complex to 77°C under CRTA conditions a new reflection appears in the XRD pattern with a d-value of 9.6 Å, in addition to the 10.2 Ĺ reflection. This new reflection disappears in contact with moist air and the complex re-expands to the original d-value of 10.2 Å in a few h. The appearance of the 9.6 Å reflection is interpreted as the expansion of kaolinite with hydrazine alone, while the 10.2 Å one is due to expansion with hydrazine-hydrate. FTIR (DRIFT) spectroscopic results showed that the treated mineral after intercalation/deintercalation and heat treatment to 300°C is slightly more ordered than the original (untreated) clay.

A second order control-volume finite-element least-squares strategy for simulating diffusion in strongly anisotropic media

An unstructured mesh �nite volume discretisation method for simulating di�usion in anisotropic media in two-dimensional space is discussed. This technique is considered as an extension of the fully implicit hybrid control-volume �nite-element method and it retains the local continuity of the ux at the control volume faces. A least squares function recon- struction technique together with a new ux decomposition strategy is used to obtain an accurate ux approximation at the control volume face, ensuring that the overall accuracy of the spatial discretisation maintains second order. This paper highlights that the new technique coincides with the traditional shape function technique when the correction term is neglected and that it signi�cantly increases the accuracy of the previous linear scheme on coarse meshes when applied to media that exhibit very strong to extreme anisotropy ratios. It is concluded that the method can be used on both regular and irregular meshes, and appears independent of the mesh quality.