Produksi dan Disipasi Panas Selama Berolahraga

Karena kontraksi otot hanya mengubah sebagian kecil energi metabolik menjadi kerja eksternal, sisanya muncul sebagai panas, dan selama berolahraga produksi panas internal ini dapat meningkat berkali-kali lipat dari laju istirahat. Tubuh harus memindahkan panas tersebut ke lingkungan melalui radiasi, konveksi, konduksi, dan penguapan keringat; ketika produksi melebihi disipasi, panas disimpan dan suhu inti tubuh meningkat.

Definition

Produksi panas selama berolahraga adalah panas metabolik yang dilepaskan oleh otot yang bekerja (energi yang tidak ditangkap sebagai kerja eksternal), dan disipasi panas adalah transfernya ke lingkungan melalui radiasi, konveksi, konduksi, dan penguapan; perbedaan di antara keduanya menentukan penyimpanan panas dan perubahan suhu tubuh.

Scope

Topik ini mencakup sumber panas metabolik selama berolahraga, persamaan keseimbangan panas yang menghubungkan produksi dengan jalur kehilangan, cara intensitas olahraga dan kondisi lingkungan menggeser keseimbangan tersebut, dan konsekuensi ketidakseimbangan – penyimpanan panas dan peningkatan suhu inti. Ini memperlakukan pertukaran panas sebagai fisiologi, bukan sebagai panduan untuk berolahraga dengan aman dalam kondisi panas.

Core questions

• Mengapa otot yang berolahraga menghasilkan panas, dan seberapa besar beban panasnya?
• Apa saja jalur pertukaran panas, dan bagaimana persamaan keseimbangan panas menggambarkannya?
• Bagaimana intensitas olahraga, suhu udara, dan kelembapan mengubah keseimbangan?
• Apa yang terjadi secara fisiologis ketika produksi panas melebihi disipasi?

Key concepts

• Efisiensi metabolik dan panas sebagai produk sampingan dari kerja
• Persamaan keseimbangan panas (penyimpanan = produksi - disipasi)
• Radiasi, konveksi, konduksi, penguapan
• Kehilangan panas kering (sensibel) versus evaporatif (laten)
• Suhu inti dan penyimpanan panas
• Modifikasi lingkungan: suhu udara, kelembapan, pergerakan udara, beban radiasi
• Hipertermia dan batasan kinerja

Mechanisms

Pada efisiensi mekanis yang khas, sebagian besar energi yang digunakan oleh otot yang berolahraga menjadi panas, yang kemudian dihantarkan ke aliran darah dan dibawa menuju inti dan permukaan tubuh. Kandungan panas tubuh berubah sesuai dengan keseimbangan: panas yang disimpan sama dengan produksi metabolik dikurangi jumlah pertukaran radiasi, konveksi, konduksi, dan penguapan (masing-masing dapat menambah atau menghilangkan panas tergantung pada gradien antara kulit dan lingkungan). Di udara yang sejuk, kering, dan bergerak, kehilangan panas kering dapat menanggung sebagian besar beban, tetapi ketika suhu udara mendekati atau melebihi suhu kulit, jalur kering gagal dan penguapan keringat menjadi rute yang dominan – dan di udara yang tenang dan lembap, menjadi rute yang membatasi. Ketika disipasi tidak dapat mengimbangi produksi, panas disimpan, suhu inti meningkat, dan hipertermia progresif berkontribusi pada kelelahan dan, dalam kasus ekstrem, pada penyakit panas akibat aktivitas fisik.

Clinical relevance

Keseimbangan antara produksi dan disipasi panas menjelaskan mengapa olahraga yang berkepanjangan atau intens, terutama dalam kondisi panas atau lembap, meningkatkan suhu inti dan dapat berujung pada hipertermia akibat aktivitas fisik dan sengatan panas. Entri ini menjelaskan fisiologi yang mendasari untuk mendukung pemahaman tentang kondisi-kondisi ini; ini bukan protokol untuk pencegahan, pendinginan, atau pengobatan.

Evidence & guidelines

Kerangka produksi panas metabolik, jalur disipasi, dan biaya kardiovaskular untuk mengangkut panas ke permukaan berasal dari tinjauan dasar (Rowell, 1974) dan sintesis kontemporer tentang hipertermia dan kinerja (Nybo et al., 2014; Cheuvront & Kenefick, 2014). Ekstrem patofisiologis dari kegagalan disipasi dijelaskan dalam tinjauan sengatan panas (Bouchama & Knochel, 2002).

History

Perlakuan kuantitatif pertukaran panas manusia berkembang seiring dengan fisiologi lingkungan pada abad kedua puluh, ketika kalorimetri partisi memungkinkan untuk mengalokasikan kehilangan panas di antara radiasi, konveksi, konduksi, dan penguapan. Tinjauan Rowell tahun 1974 mengintegrasikan ini dengan respons kardiovaskular terhadap olahraga, dan pekerjaan selanjutnya menghubungkan kegagalan disipasi dengan kelelahan yang diinduksi hipertermia dan patofisiologi sengatan panas.

Key figures

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

Seminal works

• rowell-1974
• nybo-2014

Frequently asked questions

Berapa banyak energi yang digunakan dalam olahraga menjadi panas?

Karena efisiensi mekanis kerja otot relatif rendah, sebagian besar energi metabolik yang digunakan selama berolahraga dilepaskan sebagai panas daripada sebagai kerja eksternal, itulah sebabnya bahkan olahraga sedang pun menimbulkan beban panas yang signifikan.

Mengapa berolahraga dalam kondisi panas lembap sangat sulit?

Ketika suhu udara mendekati atau melebihi suhu kulit, tubuh tidak dapat lagi kehilangan panas melalui jalur kering dan bergantung pada penguapan; kelembapan tinggi mengurangi penguapan keringat, sehingga disipasi panas menurun dan suhu inti cenderung meningkat.