إنتاج الحرارة وتبديدها أثناء التمرين

نظرًا لأن الانقباض العضلي يحول جزءًا فقط من الطاقة الأيضية إلى عمل خارجي، يظهر الباقي على شكل حرارة، وأثناء التمرين يمكن أن يرتفع إنتاج الحرارة الداخلي هذا إلى عدة أضعاف معدل الراحة. يجب على الجسم نقل هذه الحرارة إلى البيئة من خلال الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل وتبخر العرق؛ وعندما يتجاوز الإنتاج التبديد، تُخزن الحرارة وترتفع درجة حرارة الجسم الأساسية.

Definition

إنتاج الحرارة أثناء التمرين هو الحرارة الأيضية المتحررة من العضلات العاملة (الطاقة التي لم تُستغل كعمل خارجي)، وتبديد الحرارة هو انتقالها إلى البيئة عن طريق الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل والتبخر؛ ويحدد الفرق بينهما تخزين الحرارة والتغير في درجة حرارة الجسم.

Scope

يغطي هذا الموضوع مصادر الحرارة الأيضية أثناء التمرين، ومعادلة توازن الحرارة التي تربط الإنتاج بسبل الفقد، وكيف تؤدي شدة التمرين والظروف البيئية إلى تحويل هذا التوازن، ونتيجة عدم التوازن - تخزين الحرارة وارتفاع درجة حرارة الجسم الأساسية. ويتناول تبادل الحرارة كفسيولوجيا، وليس كإرشادات لممارسة الرياضة بأمان في الحرارة.

Core questions

• لماذا تنتج العضلات المتمرنة الحرارة، وما هو حجم الحمل الحراري؟
• ما هي سبل تبادل الحرارة، وكيف تصفها معادلة توازن الحرارة؟
• كيف تغير شدة التمرين ودرجة حرارة الهواء والرطوبة التوازن؟
• ماذا يحدث فسيولوجيًا عندما يتجاوز إنتاج الحرارة التبديد؟

Key concepts

• الكفاءة الأيضية والحرارة كمنتج ثانوي للعمل
• معادلة توازن الحرارة (التخزين = الإنتاج - التبديد)
• الإشعاع، الحمل الحراري، التوصيل، التبخر
• فقدان الحرارة الجاف (المحسوس) مقابل التبخيري (الكامن)
• درجة حرارة الجسم الأساسية وتخزين الحرارة
• المعدلات البيئية: درجة حرارة الهواء، الرطوبة، حركة الهواء، الحمل الإشعاعي
• فرط الحرارة وحدود الأداء

Mechanisms

عند الكفاءات الميكانيكية النموذجية، تتحول الغالبية العظمى من الطاقة التي تستهلكها العضلات أثناء التمرين إلى حرارة، تنتقل إلى مجرى الدم وتُحمل نحو جوف الجسم وسطحه. يتغير محتوى حرارة الجسم وفقًا لتوازن: الحرارة المخزنة تساوي الإنتاج الأيضي مطروحًا منه مجموع التبادل الإشعاعي والحملي والتوصيلي والتبخيري (وكل منها يمكن أن يضيف أو يزيل الحرارة اعتمادًا على التدرج بين الجلد والبيئة). في الهواء البارد والجاف والمتحرك، يمكن أن يتحمل فقدان الحرارة الجافة جزءًا كبيرًا من العبء، ولكن عندما تقترب درجة حرارة الهواء من درجة حرارة الجلد أو تتجاوزها، تفشل السبل الجافة ويصبح تبخر العرق هو المسار السائد - وفي الهواء الساكن والرطب، هو المسار المحدد. عندما لا يستطيع التبديد مضاهاة الإنتاج، تُخزن الحرارة، وترتفع درجة حرارة الجسم الأساسية، ويساهم فرط الحرارة التدريجي في الإرهاق، وفي الحالات القصوى، في أمراض الحرارة الناتجة عن الجهد.

Clinical relevance

يفسر التوازن بين إنتاج الحرارة وتبديدها سبب ارتفاع درجة حرارة الجسم الأساسية أثناء التمارين المطولة أو الشديدة، خاصة في الظروف الحارة أو الرطبة، وقد يؤدي ذلك إلى فرط الحرارة الناتج عن الجهد وضربة الشمس. يصف هذا المدخل الفسيولوجيا الكامنة لدعم فهم هذه الحالات؛ وهو ليس بروتوكولًا للوقاية أو التبريد أو العلاج.

Evidence & guidelines

يستمد إطار إنتاج الحرارة الأيضية، وسبل تبديدها، والتكلفة القلبية الوعائية لنقل الحرارة إلى السطح من المراجعات التأسيسية (Rowell, 1974) والتوليفات المعاصرة لفرط الحرارة والأداء (Nybo et al., 2014; Cheuvront & Kenefick, 2014). يوصف الحد الأقصى المرضي الفسيولوجي للتبديد الفاشل في مراجعات ضربة الشمس (Bouchama & Knochel, 2002).

History

نضج المعالجة الكمية لتبادل الحرارة البشرية جنبًا إلى جنب مع الفسيولوجيا البيئية في القرن العشرين، عندما أتاحت قياس السعرات الحرارية التجزيئي تقسيم فقدان الحرارة بين الإشعاع والحمل الحراري والتوصيل والتبخر. دمجت مراجعة Rowell لعام 1974 هذا مع الاستجابة القلبية الوعائية للتمرين، وربط العمل اللاحق فشل التبديد بالإرهاق الناجم عن فرط الحرارة وبفيزيولوجيا ضربة الشمس.

Key figures

• Loring B. Rowell
• Lars Nybo
• Michael N. Sawka
• Abderrezak Bouchama

Seminal works

• rowell-1974
• nybo-2014

Frequently asked questions

كم من الطاقة المستخدمة في التمرين يتحول إلى حرارة؟

نظرًا لأن الكفاءة الميكانيكية للعمل العضلي متواضعة، فإن معظم الطاقة الأيضية التي تُستهلك أثناء التمرين تُطلق كحرارة بدلاً من عمل خارجي، وهذا هو السبب في أن حتى التمارين المعتدلة تفرض حملًا حراريًا كبيرًا.

لماذا تكون ممارسة الرياضة في الحرارة الرطبة صعبة بشكل خاص؟

عندما تقترب درجة حرارة الهواء من درجة حرارة الجلد أو تتجاوزها، لا يستطيع الجسم فقدان الحرارة عبر المسارات الجافة ويعتمد على التبخر؛ وتقلل الرطوبة العالية من تبخر العرق، لذا ينخفض تبديد الحرارة وتميل درجة حرارة الجسم الأساسية إلى الارتفاع.