Sản Xuất và Tản Nhiệt Trong Khi Tập Luyện

Vì sự co cơ chỉ chuyển đổi một phần nhỏ năng lượng trao đổi chất thành công cơ học bên ngoài, phần còn lại xuất hiện dưới dạng nhiệt, và trong khi tập luyện, quá trình sản xuất nhiệt nội sinh này có thể tăng lên gấp nhiều lần so với tốc độ nghỉ ngơi. Cơ thể phải di chuyển nhiệt đó ra môi trường thông qua bức xạ, đối lưu, dẫn truyền và bay hơi mồ hôi; khi quá trình sản xuất vượt quá khả năng tản nhiệt, nhiệt được tích trữ và nhiệt độ cơ thể tăng lên.

Definition

Sản xuất nhiệt trong quá trình tập luyện là nhiệt trao đổi chất được giải phóng bởi cơ bắp đang hoạt động (năng lượng không được chuyển thành công cơ học bên ngoài), và tản nhiệt là sự truyền nhiệt đó ra môi trường bằng bức xạ, đối lưu, dẫn truyền và bay hơi; sự khác biệt giữa chúng quyết định sự tích trữ nhiệt và sự thay đổi nhiệt độ cơ thể.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nguồn nhiệt trao đổi chất trong quá trình tập luyện, phương trình cân bằng nhiệt liên quan đến quá trình sản xuất với các con đường mất nhiệt, cách cường độ tập luyện và điều kiện môi trường làm thay đổi sự cân bằng đó, và hậu quả của sự mất cân bằng - tích trữ nhiệt và nhiệt độ cơ thể tăng lên. Nó coi sự trao đổi nhiệt như một quá trình sinh lý, không phải là hướng dẫn về cách tập luyện an toàn trong điều kiện nóng.

Core questions

• Tại sao cơ bắp đang tập luyện lại sản xuất nhiệt, và lượng nhiệt tải là bao nhiêu?
• Các con đường trao đổi nhiệt là gì, và phương trình cân bằng nhiệt mô tả chúng như thế nào?
• Cường độ tập luyện, nhiệt độ không khí và độ ẩm thay đổi sự cân bằng như thế nào?
• Điều gì xảy ra về mặt sinh lý khi sản xuất nhiệt vượt quá khả năng tản nhiệt?

Key concepts

• Hiệu suất trao đổi chất và nhiệt như một sản phẩm phụ của công việc
• Phương trình cân bằng nhiệt (tích trữ = sản xuất - tản nhiệt)
• Bức xạ, đối lưu, dẫn truyền, bay hơi
• Mất nhiệt khô (hiển nhiên) so với mất nhiệt bay hơi (tiềm ẩn)
• Nhiệt độ cơ thể và tích trữ nhiệt
• Các yếu tố môi trường điều chỉnh: nhiệt độ không khí, độ ẩm, chuyển động không khí, tải bức xạ
• Tăng thân nhiệt và giới hạn hiệu suất

Mechanisms

Với hiệu suất cơ học điển hình, phần lớn năng lượng được cơ bắp hoạt động chuyển hóa thành nhiệt, sau đó được dẫn đến dòng máu và vận chuyển về phía trung tâm và bề mặt cơ thể. Lượng nhiệt của cơ thể thay đổi theo một sự cân bằng: nhiệt tích trữ bằng tổng sản xuất trao đổi chất trừ đi tổng của trao đổi bức xạ, đối lưu, dẫn truyền và bay hơi (mỗi yếu tố này có thể thêm hoặc loại bỏ nhiệt tùy thuộc vào gradient giữa da và môi trường). Trong không khí mát, khô, có gió, sự mất nhiệt khô có thể đảm nhận phần lớn gánh nặng, nhưng khi nhiệt độ không khí gần bằng hoặc vượt quá nhiệt độ da, các con đường khô không hiệu quả và sự bay hơi mồ hôi trở thành con đường chủ yếu - và trong không khí tĩnh, ẩm ướt, là con đường hạn chế. Khi sự tản nhiệt không thể đáp ứng được sự sản xuất, nhiệt được tích trữ, nhiệt độ cơ thể tăng lên, và tăng thân nhiệt tiến triển góp phần gây ra mệt mỏi và, trong những trường hợp cực đoan, gây ra bệnh lý nhiệt do gắng sức.

Clinical relevance

Sự cân bằng giữa sản xuất và tản nhiệt giải thích tại sao tập luyện kéo dài hoặc cường độ cao, đặc biệt trong điều kiện nóng hoặc ẩm ướt, làm tăng nhiệt độ cơ thể và có thể dẫn đến tăng thân nhiệt do gắng sức và sốc nhiệt. Mục này mô tả sinh lý học cơ bản để hỗ trợ việc hiểu các trạng thái này; nó không phải là một phác đồ để phòng ngừa, làm mát hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Khung sản xuất nhiệt trao đổi chất, các con đường tản nhiệt và chi phí tim mạch của việc vận chuyển nhiệt đến bề mặt xuất phát từ các đánh giá cơ bản (Rowell, 1974) và các tổng hợp hiện đại về tăng thân nhiệt và hiệu suất (Nybo et al., 2014; Cheuvront & Kenefick, 2014). Tình trạng bệnh lý cực đoan của sự tản nhiệt thất bại được mô tả trong các đánh giá về sốc nhiệt (Bouchama & Knochel, 2002).

History

Việc xử lý định lượng sự trao đổi nhiệt ở người đã phát triển cùng với sinh lý học môi trường trong thế kỷ XX, khi phương pháp đo nhiệt lượng phân chia (partitional calorimetry) cho phép phân bổ sự mất nhiệt giữa bức xạ, đối lưu, dẫn truyền và bay hơi. Đánh giá của Rowell năm 1974 đã tích hợp điều này với phản ứng tim mạch khi tập luyện, và các công trình sau này đã liên kết sự thất bại của quá trình tản nhiệt với sự mệt mỏi do tăng thân nhiệt và với bệnh lý của sốc nhiệt.

Key figures

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

Seminal works

• rowell-1974
• nybo-2014

Frequently asked questions

Bao nhiêu năng lượng được sử dụng trong tập luyện trở thành nhiệt?

Vì hiệu suất cơ học của công cơ bắp khá khiêm tốn, hầu hết năng lượng trao đổi chất được chuyển hóa trong quá trình tập luyện được giải phóng dưới dạng nhiệt thay vì công cơ học bên ngoài, đó là lý do tại sao ngay cả việc tập luyện vừa phải cũng tạo ra một lượng nhiệt đáng kể.

Tại sao tập luyện trong điều kiện nóng ẩm lại đặc biệt khó khăn?

Khi nhiệt độ không khí gần bằng hoặc vượt quá nhiệt độ da, cơ thể không thể mất nhiệt bằng các con đường khô và phụ thuộc vào sự bay hơi; độ ẩm cao làm giảm sự bay hơi của mồ hôi, do đó sự tản nhiệt giảm và nhiệt độ cơ thể có xu hướng tăng lên.