व्यायाम के दौरान ऊष्मा उत्पादन और उसका क्षय

चूंकि मांसपेशियों का संकुचन उपापचयी ऊर्जा के केवल एक अंश को बाहरी कार्य में परिवर्तित करता है, शेष ऊष्मा के रूप में प्रकट होता है, और व्यायाम के दौरान यह आंतरिक ऊष्मा उत्पादन आराम की दर से कई गुना अधिक बढ़ सकता है। शरीर को उस ऊष्मा को विकिरण, संवहन, चालन और पसीने के वाष्पीकरण के माध्यम से पर्यावरण में स्थानांतरित करना चाहिए; जब उत्पादन क्षय से अधिक हो जाता है, तो ऊष्मा जमा हो जाती है और मुख्य तापमान बढ़ जाता है।

Definition

व्यायाम के दौरान ऊष्मा उत्पादन कार्यशील मांसपेशियों द्वारा मुक्त की गई उपापचयी ऊष्मा है (वह ऊर्जा जो बाहरी कार्य के रूप में प्राप्त नहीं होती है), और ऊष्मा क्षय विकिरण, संवहन, चालन और वाष्पीकरण द्वारा पर्यावरण में इसका स्थानांतरण है; उनके बीच का अंतर ऊष्मा भंडारण और शरीर के तापमान में परिवर्तन को निर्धारित करता है।

Scope

यह विषय व्यायाम के दौरान उपापचयी ऊष्मा के स्रोतों, ऊष्मा संतुलन समीकरण जो उत्पादन को हानि के मार्गों से संबंधित करता है, व्यायाम की तीव्रता और पर्यावरणीय परिस्थितियाँ उस संतुलन को कैसे बदलती हैं, और असंतुलन के परिणाम - ऊष्मा का भंडारण और बढ़ते मुख्य तापमान को शामिल करता है। यह ऊष्मा विनिमय को शरीर विज्ञान के रूप में मानता है, न कि गर्मी में सुरक्षित रूप से व्यायाम करने के मार्गदर्शन के रूप में।

Core questions

• व्यायाम करने वाली मांसपेशी ऊष्मा क्यों उत्पन्न करती है, और ऊष्मा का भार कितना बड़ा होता है?
• ऊष्मा विनिमय के मार्ग क्या हैं, और ऊष्मा संतुलन समीकरण उनका वर्णन कैसे करता है?
• व्यायाम की तीव्रता, हवा का तापमान और आर्द्रता संतुलन को कैसे बदलते हैं?
• जब ऊष्मा उत्पादन क्षय से अधिक हो जाता है तो शारीरिक रूप से क्या होता है?

Key concepts

• यांत्रिक दक्षता और कार्य के उप-उत्पाद के रूप में ऊष्मा
• ऊष्मा संतुलन समीकरण (भंडारण = उत्पादन - क्षय)
• विकिरण, संवहन, चालन, वाष्पीकरण
• शुष्क (संवेदी) बनाम वाष्पीकरणीय (अव्यक्त) ऊष्मा हानि
• मुख्य तापमान और ऊष्मा भंडारण
• पर्यावरणीय संशोधक: हवा का तापमान, आर्द्रता, हवा की गति, विकिरण भार
• अतिताप और प्रदर्शन की सीमाएँ

Mechanisms

विशिष्ट यांत्रिक दक्षताओं पर, व्यायाम करने वाली मांसपेशियों द्वारा परिवर्तित ऊर्जा का अधिकांश भाग ऊष्मा बन जाता है, जो रक्तप्रवाह में संचालित होता है और शरीर के मुख्य भाग और सतह की ओर ले जाया जाता है। शरीर की ऊष्मा सामग्री एक संतुलन के अनुसार बदलती है: संग्रहीत ऊष्मा उपापचयी उत्पादन के बराबर होती है, जिसमें से विकिरण, संवहन, चालन और वाष्पीकरण विनिमय का योग घटाया जाता है (इनमें से प्रत्येक त्वचा और पर्यावरण के बीच ढाल के आधार पर ऊष्मा जोड़ या हटा सकता है)। ठंडी, शुष्क, चलती हवा में, शुष्क ऊष्मा हानि अधिकांश भार वहन कर सकती है, लेकिन जैसे-जैसे हवा का तापमान त्वचा के तापमान के करीब या उससे अधिक होता है, शुष्क मार्ग विफल हो जाते हैं और पसीने का वाष्पीकरण प्रमुख - और स्थिर, आर्द्र हवा में, सीमित - मार्ग बन जाता है। जब क्षय उत्पादन से मेल नहीं खा पाता है, तो ऊष्मा जमा हो जाती है, मुख्य तापमान बढ़ जाता है, और प्रगतिशील अतिताप थकान में योगदान देता है और, अत्यधिक मामलों में, परिश्रमजन्य ऊष्मा बीमारी में।

Clinical relevance

ऊष्मा उत्पादन और क्षय के बीच का संतुलन बताता है कि क्यों लंबे समय तक या तीव्र व्यायाम, विशेष रूप से गर्म या आर्द्र परिस्थितियों में, मुख्य तापमान बढ़ाता है और परिश्रमजन्य अतिताप और हीट स्ट्रोक में परिणत हो सकता है। यह प्रविष्टि इन स्थितियों की समझ का समर्थन करने के लिए अंतर्निहित शरीर विज्ञान का वर्णन करती है; यह रोकथाम, शीतलन या उपचार के लिए एक प्रोटोकॉल नहीं है।

Evidence & guidelines

उपापचयी ऊष्मा उत्पादन का ढांचा, क्षय के मार्ग, और सतह पर ऊष्मा के परिवहन की हृदय संबंधी लागत मूलभूत समीक्षाओं (रोवेल, 1974) और अतिताप और प्रदर्शन के समकालीन संश्लेषणों (नाइबो एट अल।, 2014; चेवरॉन्ट और केनेफिक, 2014) से प्राप्त होती है। विफल क्षय की पैथोफिजियोलॉजिकल चरम सीमा का वर्णन हीट स्ट्रोक की समीक्षाओं (बौचामा और नॉचेल, 2002) में किया गया है।

History

मानव ऊष्मा विनिमय का मात्रात्मक उपचार बीसवीं शताब्दी में पर्यावरणीय शरीर विज्ञान के साथ परिपक्व हुआ, जब विभाजन कैलोरीमेट्री ने विकिरण, संवहन, चालन और वाष्पीकरण के बीच ऊष्मा हानि को विभाजित करना संभव बना दिया। रोवेल की 1974 की समीक्षा ने इसे व्यायाम के लिए हृदय संबंधी प्रतिक्रिया के साथ एकीकृत किया, और बाद के काम ने क्षय की विफलता को अतिताप-प्रेरित थकान और हीट स्ट्रोक के पैथोफिजियोलॉजी से जोड़ा।

Key figures

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

Seminal works

• rowell-1974
• nybo-2014

Frequently asked questions

व्यायाम में उपयोग की जाने वाली कितनी ऊर्जा ऊष्मा बन जाती है?

चूंकि मांसपेशियों के काम की यांत्रिक दक्षता मामूली होती है, व्यायाम के दौरान परिवर्तित अधिकांश उपापचयी ऊर्जा बाहरी कार्य के बजाय ऊष्मा के रूप में जारी होती है, यही कारण है कि मध्यम व्यायाम भी एक पर्याप्त ऊष्मा भार डालता है।

आर्द्र गर्मी में व्यायाम करना विशेष रूप से कठिन क्यों होता है?

जब हवा का तापमान त्वचा के तापमान के करीब या उससे अधिक होता है, तो शरीर शुष्क मार्गों से ऊष्मा खोने में असमर्थ होता है और वाष्पीकरण पर निर्भर करता है; उच्च आर्द्रता पसीने के वाष्पीकरण को कम करती है, इसलिए ऊष्मा क्षय कम हो जाता है और मुख्य तापमान बढ़ने लगता है।