تولید و دفع گرما در حین ورزش
از آنجایی که انقباض عضلانی تنها کسری از انرژی متابولیک را به کار خارجی تبدیل میکند، باقیمانده آن به صورت گرما ظاهر میشود و در طول ورزش، این تولید گرمای داخلی میتواند چندین برابر میزان استراحت افزایش یابد. بدن باید این گرما را از طریق تابش، همرفت، رسانش و تبخیر عرق به محیط منتقل کند؛ هنگامی که تولید گرما از دفع آن پیشی میگیرد، گرما ذخیره شده و دمای مرکزی بدن بالا میرود.
Definition
تولید گرما در حین ورزش، گرمای متابولیکی است که توسط عضلات در حال کار آزاد میشود (انرژی که به عنوان کار خارجی جذب نمیشود)، و دفع گرما، انتقال آن به محیط از طریق تابش، همرفت، رسانش و تبخیر است؛ تفاوت بین این دو، ذخیره گرما و تغییر دمای بدن را تعیین میکند.
Scope
این موضوع به منابع گرمای متابولیک در حین ورزش، معادله تعادل گرما که تولید را به راههای دفع مرتبط میکند، نحوه تغییر این تعادل توسط شدت ورزش و شرایط محیطی، و پیامد عدم تعادل – ذخیره گرما و افزایش دمای مرکزی بدن – میپردازد. این مبحث تبادل گرما را به عنوان فیزیولوژی بررسی میکند، نه به عنوان راهنمایی برای ورزش ایمن در گرما.
Core questions
- چرا عضلات در حال ورزش گرما تولید میکنند و میزان بار گرمایی چقدر است؟
- راههای تبادل گرما کدامند و معادله تعادل گرما چگونه آنها را توصیف میکند؟
- شدت ورزش، دمای هوا و رطوبت چگونه تعادل را تغییر میدهند؟
- هنگامی که تولید گرما از دفع آن فراتر میرود، از نظر فیزیولوژیکی چه اتفاقی میافتد؟
Key concepts
- بازده متابولیک و گرما به عنوان محصول جانبی کار
- معادله تعادل گرما (ذخیره = تولید - دفع)
- تابش، همرفت، رسانش، تبخیر
- دفع گرمای خشک (حسی) در مقابل دفع گرمای تبخیری (نهان)
- دمای مرکزی بدن و ذخیره گرما
- عوامل محیطی تعدیلکننده: دمای هوا، رطوبت، حرکت هوا، بار تابشی
- هایپرترمی و محدودیتهای عملکرد
Mechanisms
در بازده مکانیکی معمول، بخش عمدهای از انرژی مصرف شده توسط عضلات در حال ورزش به گرما تبدیل میشود که به جریان خون منتقل شده و به سمت هسته و سطح بدن حمل میشود. محتوای گرمایی بدن بر اساس یک تعادل تغییر میکند: گرمای ذخیره شده برابر است با تولید متابولیک منهای مجموع تبادل تابشی، همرفتی، رسانشی و تبخیری (که هر یک بسته به گرادیان بین پوست و محیط میتواند گرما را اضافه یا حذف کند). در هوای خنک، خشک و متحرک، دفع گرمای خشک میتواند بخش زیادی از بار را به عهده بگیرد، اما با نزدیک شدن یا فراتر رفتن دمای هوا از دمای پوست، راههای خشک ناکارآمد شده و تبخیر عرق به مسیر غالب – و در هوای ساکن و مرطوب، محدودکننده – تبدیل میشود. هنگامی که دفع نمیتواند با تولید مطابقت داشته باشد، گرما ذخیره میشود، دمای مرکزی بدن بالا میرود و هایپرترمی پیشرونده به خستگی و در موارد شدید، به بیماری گرمایی ناشی از فعالیت بدنی کمک میکند.
Clinical relevance
تعادل بین تولید و دفع گرما توضیح میدهد که چرا ورزش طولانیمدت یا شدید، به ویژه در شرایط گرم یا مرطوب، دمای مرکزی بدن را افزایش میدهد و میتواند به هایپرترمی ناشی از فعالیت بدنی و گرمازدگی منجر شود. این مدخل فیزیولوژی زمینهای را برای درک این حالات توصیف میکند؛ این یک پروتکل برای پیشگیری، خنکسازی یا درمان نیست.
Evidence & guidelines
چارچوب تولید گرمای متابولیک، راههای دفع، و هزینه قلبی عروقی انتقال گرما به سطح از بررسیهای بنیادی (Rowell, 1974) و سنتزهای معاصر هایپرترمی و عملکرد (Nybo et al., 2014; Cheuvront & Kenefick, 2014) نشأت میگیرد. حد پاتوفیزیولوژیک شدید دفع ناموفق در بررسیهای گرمازدگی (Bouchama & Knochel, 2002) توصیف شده است.
History
بررسی کمی تبادل گرمای انسان همزمان با فیزیولوژی محیطی در قرن بیستم، زمانی که کالریسنجی تقسیمی امکان تقسیم اتلاف گرما بین تابش، همرفت، رسانش و تبخیر را فراهم کرد، به بلوغ رسید. بررسی Rowell در سال 1974 این موضوع را با پاسخ قلبی عروقی به ورزش یکپارچه کرد، و کارهای بعدی شکست دفع را به خستگی ناشی از هایپرترمی و به پاتوفیزیولوژی گرمازدگی مرتبط ساخت.
Key figures
- Loring B. Rowell
- Lars Nybo
- Michael N. Sawka
- Abderrezak Bouchama
Related topics
Seminal works
- rowell-1974
- nybo-2014
Frequently asked questions
- چه مقدار از انرژی مصرف شده در ورزش به گرما تبدیل میشود؟
- از آنجایی که بازده مکانیکی کار عضلانی متوسط است، بیشتر انرژی متابولیک مصرف شده در طول ورزش به جای کار خارجی، به صورت گرما آزاد میشود، به همین دلیل حتی ورزش متوسط نیز بار گرمایی قابل توجهی را تحمیل میکند.
- چرا ورزش در گرمای مرطوب به خصوص دشوار است؟
- هنگامی که دمای هوا به دمای پوست نزدیک میشود یا از آن فراتر میرود، بدن دیگر نمیتواند گرما را از طریق مسیرهای خشک از دست بدهد و به تبخیر وابسته میشود؛ رطوبت بالا تبخیر عرق را کاهش میدهد، بنابراین دفع گرما کاهش یافته و دمای مرکزی بدن تمایل به افزایش دارد.