Εφαρμοσμένη Αθλητική Εργοφυσιολογία Άσκηση σε θερμό και ψυχρό περιβάλλον Βασίλης Πασχάλης Επίκουρος καθηγητής ΤΕΦΑΑ - ΕΚΠΑ
Έλεγχος θερμοκρασίας σώματος Το στρες από την φυσική εξάντληση μπορεί να επιδεινωθεί από τους θερμικούς παράγοντες του περιβάλλοντος. Ο ανθρώπινος οργανισμός είναι κατασκευασμένος να λειτουργεί σε σταθερή θερμοκρασία. Η εσωτερική θερμοκρασία του σώματος παραμένει σχεδόν πάντα σταθερή ανεξάρτητα από τις αλλαγές της θερμοκαρασίας του περιβάλλοντος. Θερμορύθμιση: ρύθμιση της θερομοκρασίας του σώματος γύρω από ένα φυσιολογικό όριο 37 ο C.
Έλεγχος θερμοκρασίας σώματος Εγκλιματισμός: προσαρμογή στις περιβαλλοντικές συνθήκες (μέρες/μήνες). Μονάδες μέτρησης C και F Εξισώσεις μετατροπής C = ( F 32) / 1.8 F = ( C x 1.8) + 32
Παραγωγή θερμότητας μέσω του μεταβολισμού Παραγωγή θερμότητας μέσω του μεταβολισμού <25% ATP è παραγωγή έργου (W) >75% ATP è αύξηση της θερμοκρασίας Μεταφορά θερμότητας μεταξύ του σώματος και του περιβάλλοντος. Η θερμότητα κινείται από τον πυρήνα του σώματος στην επιφάνεια του σώματος μέσω του αίματος. Όταν η θερμότητα φτάσει στο δέρμα, μπορεί να αποβληθεί μέσω αγωγής, μεταφοράς, ακτινοβολίας ή εξάτμισης.
Παραγωγή θερμότητας μέσω του μεταβολισμού
Μεταφορά της θερμότητας Αγωγή (Αγ) Η θερμότητα μεταφέρεται από ένα σταθερό υλικό σε ένα άλλο μέσω της άμεσης επαφής (π.χ., καθόμαστε σε κρύες ή ζεστές κερκίδες). Μεταφορά (Με) Η θερμότητα μεταφέρεται από την κίνηση υγρών ή αερίων στο δέρμα μας. Κύριος καθημερινός θερμορυθμιστικός παράγοντας.
Μεταφορά της θερμότητας Ακτινοβολία (Ακ) Αποβολή θερμότητας με τη μορφή υπέρυθρων ακτίνων Το σώμα μας μπορεί να αποβάλει και να προσλαμβάνει θερμότητα με ακτινοβολία Κύριος παράγοντας ανταλλαγής θερμότητας καθημερινά Αγ + Με + Ακ = Ξηρή ανταλλαγή θερμότητας. Μόνωση (Μο): αντίσταση στη ξηρή ανταλλαγή θερμότητας. Ο φυλακισμένος αέρας δημιουργεί συνθήκες μόνωσης.
Μεταφορά της θερμότητας Εξάτμιση (E) Αποβολή θερμότητας μέσω της μετατροπής του υγρού ιδρώτα σε αέριο (ο ιδρώτας πρέπει να εξατμιστεί για να ψύξει το σώμα). Κύριος τρόπος αποβολής θερμότητας κατά τη διάρκεια της άσκησης. Ο ρουχισμός προκαλεί αντίσταση στην εξάτμιση. Εξισώσεις θερμικής ισοροπίας Μετ Έργο ± Αγ ± Με ± Ακ E = 0 θερμική ισορροπία Μετ Έργο ± Αγ ± Με ± Ακ E < 0 é απώλειας θερμ. Μετ Έργο ± Αγ ± Με ± Ακ E > 0 é πρόσληψης θερμ.
Μεταφορά της θερμότητας του σώματος Υγρασία και αποβολή θερμότητας Η υγρασία επιρεάζει την εξάτμιση é υγρασίας προκαλεί ê εξάτμισης ê υγρασίας προκαλεί éεξάτμισης Παρατεταμένη εξάτμιση μέσω του ιδρώτα ή παρατεταμένη παραγωγή ιδρώτα χωρίς εξάτμιση προκαλεί αφυδάτωση. Ικανότητα ψύξης μέσω του ιδρώτα Η θερμοκρασία του αέρα μπορεί να γίνει θερμοκρασία του δέρματος. Η αποβολή θερμότητας με μεταφορά δεν λειτουργεί, και η ψύξη εξαρτάται πλέον από την εξάτμιση. Τα ρούχα πρέπει να διαβραχούν για να ξεκινήσει η διαδικασία της εξάτμισης.
Μεταφορά της θερμότητας του σώματος
Θερμορυθμιστικός έλεγχος Αν η μεταφορά και εξάτμιση ήταν απεριόριστες το ανθρώπινο σώμα θα μπορούσε να αντέξει θερμοκρασίες μέχρι 200 C Για μικρό χρονικό διάστημα μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες πυρήνα <35 C, >41 C Με θερμοκρασία σε φυσιολογικά όρια, οι θερμορυθμιστικοί παράγοντες του σώματος είναι πολύ αποτελεσματικοί. Η θερμοκρασία πυρήνα είναι γύρω στους 37 C, ενώ με θερμοκρασίες >40 C αναστέλεται η φυσιολογική λειτουργία του σώματος. Ο έλεγχος της θερμορυθμιστικής λειτουργίας πραγματοποιείται από τον υποθάλαμο (πρόσθιος προοπτικός υποθάλαμος).
Θερμορυθμιστικός έλεγχος Πρόσθιος προοπτικός υποθάλαμος Ο θερμοστάτης του σώματος βρίσκεται στον εγκέφαλο. Συλλέγει πληροφορίες από τους αισθητικούς θερμοϋποδοχείς. Όταν η θερμοκρασία του σώματος αποκλίνει, ενεργοποιούνται από τον υποθάλαμο οι θερμορυθμιστικοί μηχανισμοί. Αισθητικοί υποδοχείς Περιφερικοί θερμοϋποδοχείς στο δέρμα. Κεντρικοί θερμοϋποδοχείς στον εγκέφαλο και στον νωτιαίο μυελό.
Θερμορυθμιστικός έλεγχος
Θερμορυθμιστικός έλεγχος Ο υποθάλαμος ενεργοποιεί το συμπαθητικό νευρικό σύστημα Επίδραση στην αιμάτωση του δέρματος. Αγγειοσυστολή που ελαχιστοποιεί την απώλεια της θερμότητας. Αγγειοδιαστολή που αυξάνει την αποβολή της θερμότητας. Σκελετικός μυς Αύξηση της θερμότητας μέσω του ακούσιας κίνησης (τρέμουλο). Ακούσιος κύκλος σύσπασης χαλάρωσης. Μόνο παραγωγή θερμότητας χωρίς παραγωγή έργου. Ενδοκρινείς αδένες Αύξηση του μεταβολισμού έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγής θερμότητας. Ορμονικός έλεγχος της παραγωγής θερμότητας.
Φυσιολογικές ανταποκρίσεις της άσκησης σε θερμό περιβάλλον Η άσκηση οδηγεί σε αύξηση του μεταβολικού θερμικού φορτίου, διαταράσει τη θερμική ισορροπία σε κάθε σχεδόν περιβάλλον. Επιδράσεις στην καρδιαγγειακή λειτουργία Αγγειοδιαστολή στα αγγεία του δέρματος για αύξηση της απώλειας θερμότητας με με αγωγή, όπου χρειάζεται αυξημένη αιματική ροή σε σχέση με την άσκηση στο κρύο. Αύξηση της καρδιακής παροχής και αύξηση της αγγειοσυστολής στους ιστούς που δεν χρησιμοποιούνται. Μείωση του όγκου αίματος (ιδρώτας), ο όγκος παλμού δεν μπορεί να αυξηθεί λόγω λίμνασης του αίματος και έτσι η καρδιακή συχνότητα αυξάνεται (καρδιαγγειακή παρέκλιση - dri{).
Φυσιολογικές ανταποκρίσεις της άσκησης σε θερμό περιβάλλον Περιορισμοί: υπερφόρτιση καρδιαγγειακού συστήματος Η καρδιά δεν μπορεί να παρέχει ποσότητα αίματος τόσο στους ασκούμενους μυς όσο και στο δέρμα Μειωμένη απόδοση, αύξηση του κινδύνου υπερθέρμανσης Ειδικά στους απροπόνητους και τους αθλητές χωρίς εγκλιματισμό Περιορισμοί: θεωρία της κρίσιμης θερμοκρασίας Ο εγκέφαλος σταματάει την άσκηση στους 40 με 41 C Η θεωρία αυτή βοηθάει στην εξήγηση της μειωμένης απόδοσης σε προπονημένους, καλά εγκλιματισμένους αθλητές
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Ισορροπία σωματικών υγρών Εφίδρωση Θερμό περιβάλλον αυξάνει τη θερμοκρασία στο δέρμα και στον πυρήνα του σώματος. Αγ, Με, Ακ προκαλούν πρόσληψη θερμότητας, μόνο η Ε αποβάλει θερμότητα. Περιεκτικότητα ηλεκτρολυτών στον ιδρώτα < πλάσμα του αίματος Επαναπορρόφηση Na +, Cl - από τους ιδρωτοποιούς αδένες στον σωλήνα του ιδρωτοποιού αδένα Ελαφριά εφίδρωση: πολύ αραιός ιδρώτας Μεγάλη εφίδρωση: πυκνός ιδρώτας (μεγαλύτερη αποβολή Na +, Cl - )
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Ισορροπία σωματικών υγρών
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Ισορροπία σωματικών υγρών Η προπόνηση επηρεάζει τη σύσταση του ιδρώτα Μεγαλύτερη ευαισθησία στην αλδοστερόνη Επαναπορρόφηση περισσότερο Na + και Cl - Η απώλεια K +, Ca 2+, Mg 2 + παραμένει αναλοίωτη Απώλεια ιδρώτα κατά τη διάρκεια της άσκησης Μπορεί να χαθεί ποσότητα 1,6 με 2,0 L (2,5-3,2% του σωματικού βάρους) κάθε ώρα é ιδρώτα οδηγεί ê όγκος αίματος και ê της καρδιακής παροχής Μεγάλη αφυδάτωση οδηγεί στην θερμοπληξία
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Ισορροπία σωματικών υγρών
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία Έξι παράγοντες κινδύνου Η παραγωγή μεταβολικής θερμότητας Θερμοκρασία του αέρα Υγρασία ατμόσφαιρας Ταχύτητα του αέρα Πηγές θερμότητας από ακτινοβολία Ρουχισμός Όλοι οι παράγοντες αυτοί επηρεάζουν την ένταση του θερμικού στρες
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία - κράμπες Έντονος πόνος των μεγάλων μυϊκών ομάδων. Οφείλεται σε απώλεια Na + και στην αφυδάτωση. Συνηθησμένη κατάσταση σε άτομα που ιδρώνουν πολύ. Πρόληψη με κατανάλωση Na + και νερού. Μεταφορά σε δροσερό μέρος.
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Θερμική εξάντληση Συνοδεύεται από κόπωση, ζαλάδα, εμετό, απώλεια συνείδησης, αδυναμία και ταχυκαρδία. Συμβαίνει εξαιτίας της μεγάλης αφυδάτωσης από την εφίδρωση. Παράλληλη αιματική παροχή των μυών και του δέρματος δεν είναι δυνατή εξαιτίας του μικρού όγκου αίματος. Οι θερμορυθμιστικοί μηχανισμού λειτουργούν αλλά δεν είναι ικανοί να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις της έντασης της άσκησης και του περιβάλλοντος.
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία - Θερμοπληξία Κατάσταση επικίνδυνη για τη ζωή Αποτυχία θερμορυθμιστικών μηχανισμών Χαρακτηρίζεται από Θερμοκαρασία πυρήνα >40 C Σύγχηση, αποπροσανατολισμός, έλλειψη αισθήσεων Αν δεν θεραπευτεί, οδηγεί σε κώμα και στον θάνατο Άμεση ψύξη όλου του σώματος (παγωμένο μπάνιο)
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Πρόληψη υπερθερμίας Όχι εξωτερικές φυσικές δραστηριότητες με θερμοκρασίες >30 C. Προγραμματισμός προπόνησης νωρίς το πρωί ή το αργά το απόγευμα. Ποτέ δεν περιορίζουμε τη λήψη υγρών Έτοιμα συμπληρώματα υγρών για την αναπλήρωση του ιδρώτα Διαλείμματα για ενυδάτωση κάθε 15 με 30 min Ελαχιστοποιεί την αύξηση του καρδιακού ρυθμού και της θερμοκρασίας του πυρήνα Ελαχιστοποίηση των ρούχων (ειδικά στους ποδοσφαιριστές).
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Πρόληψη υπερθερμίας Λήψη υγρών
Άσκηση σε θερμό περιβάλλον: Οδηγίες για πρόληψη Οι αγώνες δεν θα πρέπει να γίνονται στις μεσημβρινές ώρες της μέρας. Επαρκής προμήθεια νόστιμων φρούτων. Επαρκής πρόσληψη υγρών ανάλογα με αυτά που χάνονται (1 L ιδρώτα = 1 kg απώλεια βάρους). Προσοχή στα σημάδια για θερμοπληξία. Οι οργανωτές θα πρέπει να μπορούν να αποφασίζουν για την διακοπή των αγώνων και τον αποκλεισμό αθλητών που δείχνουν σημάδια ασθένειας από τη ζέστη.
Εγκληματισμός για άσκηση σε θερμό περιβάλλον Επαναλαμβανόμενη άσκηση σε θερμό περιβάλλον. Εγκληματισμός: 9-14 μέρες Επίδραση του εγκληματισμού Προσαρμογή της καρδιαγγειακής λειτουργίας. Ρυθμός εφίδρωσης και περιεκτικότητας του ιδρώτα σε ηλεκτρολύτες. Αποτέλεσμα η μικρότερη θερμοκρασία πυρήνα κατά τη διάρκεια της άσκησης.
Εγκληματισμός για άσκηση σε θερμό περιβάλλον Αύξηση του όγκου πλάσματος λόγω ωσμωτικής πίεσης των πρωτεϊνών Παροδικό φαινόμενο (επιστροφή μετά από 10 μέρες) Υποστηρίζει τον όγκο παλμού, επιτρέποντας στο σώμα να διατηρήσει την καρδιακή παροχή μέχρι να γίνουν όλες οι ρυθμίσεις/προσαρμογές στο σώμα. Παραγωγή ιδρώτα νωρίτερα και περισσότερο αραιού Προστατεύει από επικίνδυνη απώλεια Na + Ρυθμίζει την απώλεια θερμότητας με εξάτμιση
Εγκληματισμός για άσκηση σε θερμό περιβάλλον
Εγκληματισμός για άσκηση σε θερμό περιβάλλον Διαφορές φύλων Οι γυναίκες έχουν την ίδια ικανότητα για άσκηση στη ζέστη όπως και οι άνδρες στην ίδια σχετικής έντασης άσκηση. Χαμηλότερος ρυθμός παραγωγής ιδρώτα στις γυναίκες Οι γυναίκες έχουν περισσότερους ιδρωτοποιούς αδένες αλλά παράγουν λιγότερο ιδρώτα/αδένα Πλεονέκτημα σε υγρά κλίματα Μειoνέκτημα σε ζεστά και ξηρά κλίματα
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Στρες ψύχους: κάθε περιβαλλοντική κατάσταση που προκαλεί απώλεια θερμότητας από το σώμα Μείωση της θερμοκρασίας του πυρήνα ή του δέρματος πυροδοτεί φυσιολογικούς και συμπεριφερικούς μηχανισμούς Υποθάλαμος: περιφερική αγγειοσυστολή Υποθάλαμος: παραγωγή θερμότητας χωρίς μυϊκή σύσπαση Υποθάλαμος: ακούσια κίνηση σκελετικών μυών (τρέμουλο) Εγκεφαλικός φλοιός: συμπεριφορικές προσαρμογές
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Εξοικίωση στο ψύχος Συμβαίνει μετά από επαναλαμβανόμενη έκθεση στο ψύχος χωρίς σημαντική απώλεια θερμότητας Αγγειοσυστολή, ανατρίχιασμα που εμποδίζει την μείωση της θερμοκρασίας του πυρήνα Μεταβολικός εγκλιματισμός Συμβαίνει μετά από επαναλαμβανόμενη έκθεση στο ψύχος με απώλεια θερμότητας Βελτίωση της μεταβολικής και με ακούσια κίνηση παραγωγής θερμότητας Μονωτικός εγκληματισμός Όταν η αύξηση του μεταβολισμού δεν μπορεί να εμποδίσει την απώλεια θερμότητας Αυξημένη αγγειοσυστολή στο δέρμα, μόνωση των περιφερικών ιστών
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Επικίνδυνες περιβαλλοντικές καταστάσεις που δεν μπορούν εύκολα να προσδιοριστούν και προκαλούν υποθερμία. Η σωματική σύσταση επηρεάζει την απώλεια θερμότητας Αύξηση των αδρανών περιφερικών μυών = αύξηση της μόνωσης Αυξημένο υποδόριο λίπος= αύξηση της μόνωσης Μικρότερος λόγος επιφάνειας σώματος/μάζα = μείωση απώλειας θερμότητας Παιδιά vs. Ενήλικες vs. Ηλικιωμένοι Άνδρες vs. Γυναίκες Οι γυναίκες έχουν περισσότερο υποδόριο λίπος που είναι πλεονέκτημα αλλά μικρότερη μυϊκή μάζα που είναι μειονέκτημα
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Όπως και με τη ζέστη, μόνο η θερμοκρασία του αέρα δεν είναι καλός δείκτης της απώλειας θερμότητας Η θερμοκρασία του αέρα επηρεάζει την απώλεια θερμότητας Συχνά παρεξηγείται: η κίνηση του αέρα και όχι η θερμοκρασία του Ο δείκτης βασίζεται στην ικανότητα του αέρα να προκαλεί ψύχος Αύξηση της απώλειας θερμότητας με Μεταφορά Αναφέρεται στην ικανότητα του περιβάλλοντος να ψύχει Αυξημένη ταχύτητα αέρα = αυξημένος κίνδυνος να ψυχθούν οι ιστοί
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Το νερό έχει θερμική αγωγιμότητα 26 φορές μεγαλύτερη από τον αέρα Κρύο νερό vs. Κρύος αέρας Όταν λαμβάνονται υπόψιν η αγωγή, η μεταφορά, η ακτινοβολία και η εξάτμιση, η απώλεια θερμότητας είναι 4 φορές μεγαλύτερη στο κρύο νερό από ότι στον κρύο αέρα Η θερμοκρασία πυρήνα παραμένει σταθερή μέχρι τη θερμοκρασία του νερού <32 C Η θερμοκρασία του πυρήνα μειώνεται 2,1 C / ώρα σε νερό 15 C Η απώλεια θερμότητας μεγαλύτερη σε κινούμενο νερό και μικρότερη με την άσκηση Υποθερμία από κρύο νερό συμβαίνει πολύ πάνω από τους 0 C
Φυσιολογικές ανταποκρίσεις κατά την άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Μειωμένη μυϊκή λειτουργία Μειώνονται η ταχύτητα και ισχύς της μυϊκής συστολής Επειρεάζονται κυρίως οι επί πολλοίς μυϊκές ομάδες (οι εν τω βάθει μένουν ανεπηρέαστες) Καθώς η κόπωση αυξάνεται, μειώνεται η μεταβολική παραγωγή θερμότητας Γρηγορότερη ξάντληση των αποθεμάτων ενέργειας με την άσκηση αντοχής
Φυσιολογικές ανταποκρίσεις κατά την άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον Μεταβολικές ανταποκρίσεις ελεύθερων λιπαρών οξέων Φυσιολογικά, αύξηση των κατεχολαμινών προκαλούν αύξηση της οξείδωσης των ελεύθερων λιπαρών οξέων Στο κρύο έχουμε αύξηση των κατεχολαμινών αλλά δεν έχουμε αύξηση των ελεύρερων λιπαρών οξέων Η αγγειοσυστολή στο υποδόριο λίπος μειώνει την κινητικότητα των ελεύθερων λιπαρών οξέων Μεταβολικές ανταποκρίσεις γλυκόζης Η γλυκόζη του αίματος διατηρείται σε καλά επίπεδα κατά τη διάρκεια έκθεσης στο κρύο Αυξάνεται όμως η χρήση μυϊκού γλυκογόνου Η υπογλυκαιμία μειώνει την ακούσια μυϊκή συστολή (τρέμουλο)
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία Υποθερμία Θερμοκρασία πυρήνα 34,5 με 29,5 C: η λειτουργία του υποθαλάμου μειώνεται Θερμοκρασία πυρήνα <29,5 C: η θερμορύθμιση του υποθαλάμου χάνεται εντελώς, ο μεταβολισμός μειώνεται, υπνηλία, λίθαργος, κώμα Η επίδραση του ψύχους στο καρδιοαναπνευστικό σύστημα Χαμηλή θερμοκρασία πυρήνα προκαλεί μείωση της καρδιακής συχνότητας (αρνητική επίδραση στον φλεβόκομβο) Ο ψυχρός αέρας δεν τραυματίζει τους ιστούς του αναπνευστικού συστήματος Το ψύχος μπορεί να μειώσει τον αερισμό (τόσο τον ρυθμό όσο και τον όγκο)
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία Θεραπεία υποθερμίας: ύπιας μορφής Απομάκρυνση ατόμου από το κρύο Στεγνά ρούχα, κουβέρτες, ζεστά ροφήματα Θεραπεία υποθερμίας: έντονης μορφής Προσεκτικούς χειρισμούς για την αποφυγή αρρυθμιών Σταδιακή επαναφορά της θερμοκρασίας Μπορεί να χρειαστεί νοσοκομειακή περίθαλψη και ιατρική φροντίδα
Άσκηση σε ψυχρό περιβάλλον: Κίνδυνοι για την υγεία Κρυοπαγήματα Παγώνει ο περιφερικός ιστός (θερμοκρασία αέρα -29 ο C) Έντονη αγγειοσυστολή προκαλεί έλλειψη O 2 και θρεπτικών συστατικών που οδηγεί σε θάνατο του ιστού Κρυοπάγημα που δεν θα θεραπευτείà γάγγραινα, θάνατο του ιστού Σταδιακή θέρμανση μόνο όταν δεν υπάρχει κίνδυνος ξαναπαγώματος του μέλους Ασκησιογενές άσθμα Επηρεάζει περίπου το 50% των αθλητών χειμερινών αθλημάτων Μεγάλη ξηρότητα των αεραγωγών (μεγάλος αερισμός, ψηρός αέρας) Θεραπεύεται με β-αγωνιστές και με εισπνοή βρονχοδιασταλτικών (π.χ., κορτικοστεροειδή)