Produção e Dissipação de Calor Durante o Exercício

Como a contração muscular converte apenas uma fração da energia metabólica em trabalho externo, o restante aparece como calor, e durante o exercício essa produção interna de calor pode aumentar para muitas vezes a taxa de repouso. O corpo deve mover esse calor para o ambiente através de radiação, convecção, condução e evaporação do suor; quando a produção supera a dissipação, o calor é armazenado e a temperatura central aumenta.

Definition

A produção de calor durante o exercício é o calor metabólico liberado pelo músculo em atividade (a energia não capturada como trabalho externo), e a dissipação de calor é sua transferência para o ambiente por radiação, convecção, condução e evaporação; a diferença entre eles determina o armazenamento de calor e a mudança na temperatura corporal.

Scope

Este tópico aborda as fontes de calor metabólico durante o exercício, a equação do balanço de calor que relaciona a produção com as vias de perda, a forma como a intensidade do exercício e as condições ambientais alteram esse balanço, e a consequência do desequilíbrio - armazenamento de calor e aumento da temperatura central. Ele trata a troca de calor como fisiologia, não como orientação sobre como se exercitar com segurança no calor.

Core questions

• Por que o músculo em exercício produz calor e qual é a magnitude da carga térmica?
• Quais são as vias de troca de calor e como a equação do balanço de calor as descreve?
• Como a intensidade do exercício, a temperatura do ar e a umidade alteram o balanço?
• O que acontece fisiologicamente quando a produção de calor excede a dissipação?

Key concepts

• Eficiência metabólica e calor como subproduto do trabalho
• Equação do balanço de calor (armazenamento = produção - dissipação)
• Radiação, convecção, condução, evaporação
• Perda de calor seco (sensível) versus evaporativo (latente)
• Temperatura central e armazenamento de calor
• Modificadores ambientais: temperatura do ar, umidade, movimento do ar, carga radiante
• Hipertermia e limites ao desempenho

Mechanisms

Nas eficiências mecânicas típicas, a grande maioria da energia utilizada pelo músculo em exercício se transforma em calor, que é conduzido para a corrente sanguínea e transportado em direção ao centro e à superfície do corpo. O conteúdo de calor do corpo muda de acordo com um balanço: o calor armazenado é igual à produção metabólica menos a soma da troca radiativa, convectiva, condutiva e evaporativa (cada uma das quais pode adicionar ou remover calor dependendo do gradiente entre a pele e o ambiente). Em ar fresco, seco e em movimento, a perda de calor seco pode suportar grande parte da carga, mas à medida que a temperatura do ar se aproxima ou excede a temperatura da pele, as vias secas falham e a evaporação do suor se torna a rota dominante - e em ar parado e úmido, a rota limitante. Quando a dissipação não consegue igualar a produção, o calor é armazenado, a temperatura central aumenta e a hipertermia progressiva contribui para a fadiga e, em casos extremos, para a doença de calor por esforço.

Clinical relevance

O balanço entre a produção e a dissipação de calor explica por que o exercício prolongado ou intenso, especialmente em condições quentes ou úmidas, eleva a temperatura central e pode culminar em hipertermia por esforço e insolação. Esta entrada descreve a fisiologia subjacente para apoiar a compreensão desses estados; não é um protocolo para prevenção, resfriamento ou tratamento.

Evidence & guidelines

A estrutura da produção de calor metabólico, as vias de dissipação e o custo cardiovascular do transporte de calor para a superfície derivam de revisões fundamentais (Rowell, 1974) e sínteses contemporâneas de hipertermia e desempenho (Nybo et al., 2014; Cheuvront & Kenefick, 2014). O extremo fisiopatológico da dissipação falha é descrito em revisões de insolação (Bouchama & Knochel, 2002).

History

O tratamento quantitativo da troca de calor humana amadureceu juntamente com a fisiologia ambiental no século XX, quando a calorimetria particional tornou possível repartir a perda de calor entre radiação, convecção, condução e evaporação. A revisão de Rowell de 1974 integrou isso com a resposta cardiovascular ao exercício, e trabalhos posteriores ligaram a falha da dissipação à fadiga induzida por hipertermia e à fisiopatologia da insolação.

Key figures

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

Seminal works

• rowell-1974
• nybo-2014

Frequently asked questions

Quanto da energia usada no exercício se transforma em calor?

Como a eficiência mecânica do trabalho muscular é modesta, a maior parte da energia metabólica utilizada durante o exercício é liberada como calor, e não como trabalho externo, razão pela qual mesmo o exercício moderado impõe uma carga térmica substancial.

Por que se exercitar em calor úmido é especialmente difícil?

Quando a temperatura do ar se aproxima ou excede a temperatura da pele, o corpo não consegue mais perder calor por vias secas e depende da evaporação; a alta umidade reduz a evaporação do suor, de modo que a dissipação de calor diminui e a temperatura central tende a aumentar.