Egzersiz Sırasında Isı Üretimi ve Dağılımı
Kas kasılması metabolik enerjinin yalnızca küçük bir kısmını dış işe dönüştürdüğü için, geri kalanı ısı olarak ortaya çıkmaktadır ve egzersiz sırasında bu iç ısı üretimi dinlenme hızının birçok katına çıkabilmektedir. Vücut bu ısıyı radyasyon, konveksiyon, kondüksiyon ve terin buharlaşması yoluyla çevreye aktarmak zorundadır; üretim dağılımı aştığında, ısı depolanır ve çekirdek vücut sıcaklığı yükselmektedir.
Tanım
Egzersiz sırasında ısı üretimi, çalışan kas tarafından salınan metabolik ısıdır (dış iş olarak yakalanmayan enerji) ve ısı dağılımı ise bu ısının radyasyon, konveksiyon, kondüksiyon ve buharlaşma yoluyla çevreye aktarılmasıdır; bu ikisi arasındaki fark, ısı depolanmasını ve vücut sıcaklığındaki değişimi belirlemektedir.
Kapsam
Bu konu, egzersiz sırasında metabolik ısı kaynaklarını, üretimi kayıp yollarına bağlayan ısı dengesi denklemini, egzersiz yoğunluğunun ve çevresel koşulların bu dengeyi nasıl değiştirdiğini ve dengesizliğin sonucunu – ısı depolanması ve yükselen çekirdek vücut sıcaklığını – kapsamaktadır. Isı alışverişini fizyoloji olarak ele almakta, sıcakta güvenli egzersiz yapmaya yönelik bir rehber olarak değerlendirmemektedir.
Temel sorular
- Egzersiz yapan kas neden ısı üretir ve ısı yükü ne kadar büyüktür?
- Isı alışverişinin yolları nelerdir ve ısı dengesi denklemi bunları nasıl tanımlar?
- Egzersiz yoğunluğu, hava sıcaklığı ve nem dengeyi nasıl değiştirir?
- Isı üretimi dağılımı aştığında fizyolojik olarak ne olur?
Anahtar kavramlar
- Metabolik verimlilik ve işin bir yan ürünü olarak ısı
- Isı dengesi denklemi (depolama = üretim - dağılım)
- Radyasyon, konveksiyon, kondüksiyon, buharlaşma
- Kuru (duyulur) ve buharlaşmalı (gizli) ısı kaybı
- Çekirdek vücut sıcaklığı ve ısı depolanması
- Çevresel değiştiriciler: hava sıcaklığı, nem, hava hareketi, radyant yük
- Hipertermi ve performans sınırları
Mekanizmalar
Tipik mekanik verimliliklerde, egzersiz yapan kas tarafından harcanan enerjinin büyük çoğunluğu ısıya dönüşmektedir; bu ısı, kan dolaşımına iletilmekte ve vücudun çekirdeğine ve yüzeyine doğru taşınmaktadır. Vücudun ısı içeriği bir dengeye göre değişmektedir: depolanan ısı, metabolik üretim eksi radyatif, konvektif, kondüktif ve buharlaşmalı alışverişin toplamına eşittir (bunların her biri, cilt ile çevre arasındaki gradyente bağlı olarak ısı ekleyebilir veya uzaklaştırabilir). Serin, kuru, hareketli havada, kuru ısı kaybı yükün çoğunu karşılayabilmektedir, ancak hava sıcaklığı cilt sıcaklığına yaklaştığında veya onu aştığında, kuru yollar yetersiz kalmakta ve terin buharlaşması baskın – ve durgun, nemli havada sınırlayıcı – yol haline gelmektedir. Dağılım üretime yetişemediğinde, ısı depolanmakta, çekirdek vücut sıcaklığı yükselmekte ve ilerleyici hipertermi yorgunluğa ve aşırı durumlarda egzersize bağlı ısı hastalığına katkıda bulunmaktadır.
Klinik önem
Isı üretimi ve dağılımı arasındaki denge, özellikle sıcak veya nemli koşullarda uzun süreli veya yoğun egzersizin neden çekirdek vücut sıcaklığını yükselttiğini ve egzersize bağlı hipertermi ve sıcak çarpması ile sonuçlanabileceğini açıklamaktadır. Bu madde, bu durumların anlaşılmasını desteklemek amacıyla altta yatan fizyolojiyi tanımlamaktadır; bu, önleme, soğutma veya tedavi için bir protokol değildir.
Kanıt ve kılavuzlar
Metabolik ısı üretimi çerçevesi, dağılım yolları ve ısının yüzeye taşınmasının kardiyovasküler maliyeti, temel derlemelerden (Rowell, 1974) ve hipertermi ile performansın çağdaş sentezlerinden (Nybo et al., 2014; Cheuvront & Kenefick, 2014) türetilmektedir. Başarısız dağılımın patofizyolojik aşırı durumu, sıcak çarpması derlemelerinde (Bouchama & Knochel, 2002) tanımlanmaktadır.
Tarihçe
İnsan ısı alışverişinin nicel olarak ele alınışı, yirminci yüzyılda çevresel fizyoloji ile birlikte olgunlaşmıştır. Bu dönemde, bölmeli kalorimetri (partitional calorimetry) ısı kaybını radyasyon, konveksiyon, kondüksiyon ve buharlaşma arasında paylaştırmayı mümkün kılmıştır. Rowell'in 1974 tarihli derlemesi bunu egzersize verilen kardiyovasküler yanıtla bütünleştirmiş ve daha sonraki çalışmalar dağılımın başarısızlığını hipertermiye bağlı yorgunluk ve sıcak çarpmasının patofizyolojisi ile ilişkilendirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Loring B. Rowell
- Lars Nybo
- Michael N. Sawka
- Abderrezak Bouchama
İlgili konular
Temel eserler
- rowell-1974
- nybo-2014
Sıkça sorulan sorular
- Egzersizde kullanılan enerjinin ne kadarı ısıya dönüşür?
- Kas çalışmasının mekanik verimliliği mütevazı olduğu için, egzersiz sırasında harcanan metabolik enerjinin çoğu dış iş yerine ısı olarak salınmaktadır. Bu nedenle, orta düzeyde egzersiz bile önemli bir ısı yükü oluşturmaktadır.
- Nemli sıcakta egzersiz yapmak neden özellikle zordur?
- Hava sıcaklığı cilt sıcaklığına yaklaştığında veya onu aştığında, vücut artık kuru yollarla ısı kaybedememekte ve buharlaşmaya bağımlı hale gelmektedir. Yüksek nem, terin buharlaşmasını azaltmakta, bu nedenle ısı dağılımı düşmekte ve çekirdek vücut sıcaklığı yükselme eğilimi göstermektedir.