Kiedyś na jednym z blogów znalazłem oto taki ciekawy artykuł (źródło: http://mathmed.blox.pl).
W wolnym, międzyegzaminacyjnym czasie napisałem prostą symulację numeryczną we flashu, opisującą podstawowe zależności pomiędzy procesami fizjologicznymi w organizmie podczas wysiłku fizycznego, uwzględniające puls, oddech, stężenie mleczanu, wypromieniowanie, generowanie ciepła i moc mechaniczną. Zmiennymi, definiowanymi przez użytkownika są temperatura otoczenia, wilgotność względna, prędkość jazdy i wiatr.
Zależności użyte na potrzeby modelu są następujące:
1. Moc mechaniczna to moc potrzebna na utrzymanie ustawionej przez użytkownika prędkości w zadanych warunkach wiatru.
2. Moc całkowita jest sumą ciepła generowanego jako produkt uboczny mocy mechanicznej, metabolizmu bazowego, ewentualnej termogenezy i pocenia się, które też jest energochłonne.
3. Częstość pulsu wynika z liniowej zależności z mocą generowaną, ale zależy też od intensywności pocenia się. Pocenie się samo w sobie nie obniża temperatury ciała, konieczny jest przepływ krwi, która przepływając przez skórę, schładza się. Czym jest cieplej, tym więcej krwi zdąża do skóry, a jeśli mięśnie mają stałe zapotrzebowanie dla danej intensywności wysiłku, to serce musi "przyspieszyć", żeby zaopatrzeć też skórę.
4. Częstość oddechów jest w zakresie pracy tlenowej liniowo zależna od mocy generowanej, a co za tym idzie, od pulsu. Stężenie mleczanu, rosnąc nieliniowo powyżej progu mleczanowego, powoduje zakwaszenie organizmu (kwasica metaboliczna), które kompensowane oddechowo, generuje nieliniowy przyrost częstotliwości oddychania w górym zakresie tlenowym/w zakresie progu i powyżej niego.
5. Stężenie mleczanu przez większość zakresu tlenowego, powoli rośnie, wraz ze wzrostem mocy generowanej, powyżej progu, zaczyna gwałtownie, nieliniowo akumulować się, co jednak szybko powoduje zmęczenie i sportowiec musi zmniejszyć intensywność wysiłku.
6. Temperatura ciała, termogeneza i pocenie się są ściśle od siebie zależne. Pocenie się jest najefektywniejszym sposobem chłodzenia, wiele wydajniejszym od pozostałych sposóbw z jakich korzysta nasz organizm - dyfuzji, konwekcji i radiacji. Jeżeli temperatura ciała zaczyna rosnąć, aktywują się mechanizmy, mające na celu utrzymanie homeostazy organizmu z zakresie generowanego ciepła. Początkowo zwiększa się przepływ skórny, pojawiają się pobudzenia gruczołów potowych, zależne od powierzchni skóry. Nie całe ciało zaczyna się pocić w jednym momencie. Czym wyższy przyrost temperatury, tym większa intensywność pocenia się. Należy jednak zauważyć, że dla danych warunków atmosferycznych, istnieje próg, powyżej którego wzrost objętości potu, nie zwiększa już chłodzenia, z powodu ograniczenia odparowywania. Intensywność chłodzenia przez parowanie, zależy w dużej mierze od wilgotności i szybkości przepływu powietrza. Efektywniejsze parowanie występuje podczas konwekcji wymuszonej, na przykład podczas jazdy na rowerze, powietrze opływając ciało poprawia warunki termoregulacji. Wytwarzanie potu jest procesem aktywnym, tj. energochłonnym (zwiększa moc całkowitą). Wymaga też wzrostu przepływu skórnego, a co za tym idzie, podnosi puls. W dłuższym czasie, powoduje odwodnienie, co dalej zwiększa częstość tętna.
Ciekawym paradoksem jest uprawianie sportu w warunkach 100% wilgotności, np we mgle. Tak jak wspomniałem wyżej, parowanie jest najefektywniejszym mechanizmem chłodzenia ciała, a czym niższa wilgotność względna, tym intensywniejsze parowanie. Przy 100% wilgotności, parowanie nie zachodzi. Czy w 10*C i 100% wilgotności, można się więc krytycznie przegrzać ? Powyższe zdania sugerują, że tak. Nie jest to jednak prawdą. Ilość pary wodnej mieszcząca się w jednostce objętości powietrza, ściśle zależy od temperatury. Zimne powietrze w 100% wysycone wilgocią, przepływając w sąsiedztwie nagrzanej do ponad 30*C skóry, gwałtownie ogrzewa się, a jego wilgotność znacznie spada. To umożliwia intensywne parowanie.
Termogeneza włącza się na drugim skraju skali temperatury. Jeśli skurcz naczyń skórnych i uboczne ciepło, tworzone podczas wysiłku nie umożliwia utrzymania homestazy w zakresie temperatury, uruchamiane są aktywne mechanizmy, zwiększająca ogólny wydatek energetyczny. Podnosi się spoczynkowe napięcie mięśniowe, aktywuje tkanka tłuszczowa brunatna, rośnie metabolizm organizmu ( wyrzut katecholamin), a w końcu uruchamia termogeneza drżeniowa. Jeśli jednak zwiększymy intensywność wysiłku, ten sposób wystarczy dla utrzymania odpowiedniej temperatury ciała w większości przypadków.
Model ma wiele ograniczeń. Powstał w kilka godzin ;-) Nie uwzględnia zależności czasowych i przesunięć fazowych np: temperatura spada na zjeździe, a ubranie dalej mokre, nie bierze pod uwagę dyskretnych mechanizmów regulacyjnych przepływu skórnego itp, itd.
Zapraszam do zabawy. Zmiany parametrów czasem prowadzą do dość zaskakujących i nieintuicyjnych wniosków. Na przykład, jak się okazuje, niska prędkość stwarza najlepsze warunki termoregulacji, w porównaniu do spoczynku i szybkiej jazdy.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz