EDGAR LOPATEGUI CORSINO
Universidad Interamericana de PR - Metro, División de Educ.
Dept. de Educación Física,
PO Box 191293, San Juan, PR 00919-1293
[Tel: 250-1912, X2286; Fax: 250-1197]
A. Introducción
Toda persona involucrada en el campo
de la educación física (incluyendo baile y
movimiento corporal) y las ciencias
del ejercicio (o salud deportiva), particularmente la
fisiología del ejercicio aplicada/clínica,
el entrenamiento físico/deportivo, el
diseño/estructuración
de programas de ejercicio, y en la administración de pruebas
ergométricas de esfuerzo/ejercicio
progresivo, debe poseer las destrezas y el
conocimiento de poder estimar el gasto/costo
energético y la potencia producida durante
el ejercicio/entrenamiento, deporte
recreativo/competitivo, o actividades físicas
cotidianas. La práctica del deporte
y ejercicio o actividad física requiere el uso de
energía. Para poder determinar
cuantas calorías necesita un individuo, de manera que
pueda reducir una cantidad dada de grasa/peso,
requiere conocer el gasto/costo
energético durante el ejercicio/deporte
ha ser practicado o bajo el cual se entrena. Esto
se consigue por medio de su estimación
a base de la potencia que genera o mediante su
medición en el laboratorio utilizando
calorimetría indirecta (comunmente mediante
espirometría en circuito abierto).
Para poder prescribir ejercicio utilizando algún
ergómetro (cicloergómetro
[bicicleta estacionaria], banda sinfín, banco/escalón,
entre otros) es necesario estimar el
gasto/costo energético a niveles submáximo y/o
máximos en estos aparatos. Más
aún, se pueden realizar pruebas de campo que estimen
el gasto/costo energético, de
manera que pueda ser utilizado para la planificación de un
programa de ejercicio individualizado.
En esta sección discutiremos las diversas formas
de medir, trabajo, potencia y el gasto
energético, y los principios fisiológicos de los
procedimientos ergométricos requeridos
para la prescripción de ejercicio y periodización
del entrenamiento de un atleta a nivel
recreativo y/o competitivo.
B. Definiciones
1. Bioenergética:
El estudio de los procesos
involucrados en la extracción y transferencia de energía
química.
2. Metabolismo:
La suma/conjunto de
todos los cambios/reacciones físicas y químicas de los
nutrimentos/sustratos
(carbohidratos, grasas y proteínas) absorbidos en el aparato
gastrointestinal que
tienen lugar en las células de los organismos, mediante el cual
ocurre la oxidación
de dichas sustancias alimenticias con el fin de proveer energía
para
el mantenimiento de
la vida.
3. Metabolismo aeróbico:
Aquella vía
metabólica que cataboliza las sustancias nutricias (carbohidratos,
grasas y
proteínas)
en la presencia de oxígeno (aeróbico) mediante la glucólisis
aeróbica, ciclo
de Krebs y sistema
de transporte electrónico (o cadena respiratoria), de manera que
se
suministre energía
útil para las funciones vitales del cuerpo (principalmente para
la
contracción
de las células/fibras musculares durante el ejercicio), sin la acumulación
en altos niveles de
ácido láctico.
4. Oxidación:
a. El proceso de una sustancia combinándose con oxígeno molecular.
b. Una reacción
química en la cual los electrones (-e) o iones de hidrógeno
(H+) de
un compuesto (el agente reductor) son transferidos a otro compuesto (el
agente
oxidante), donde el oxígeno (O2) se combina con el hidrógeno
(H) para formar agua
(H2O) al final del proceso.
c. Ejemplo:
1)
Reacción óxido-reducción completa de la glucosa hasta
bióxido de carbono (CO2)
y agua (H2O):
C6H2O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + energía
Glucosa
5. Respiración:
a. Los procesos físicos
y químicos a través del cual un organismo adquiere oxígeno
(O2) y libera bióxido de carbono (CO2).
b. Respiración celular/interna:
1)
Fase del metabolismo en la cual ocurren una serie de reacciones químicas
que
efectúa la célula viva a partir de materias alimenticias
(nutrientes o sustratos) con
el fin de producir/liberar energía química útil para
ser utilizada en último término
en diversas actividades/funciones celulares vitales.
2)
La combinación de oxígeno con diferentes sustancias dentro
de las células,
resultando en la formación de bióxido de carbono (CO2) y
agua (H2O).
3)
Un proceso que genera ATP en el cual un compuesto inorgánico (tal
como el
oxígeno) sirve en último término como el electrón
aceptor, donde el electrón
donador puede ser un compuesto inorgánico o uno orgánico.
6. Oxígeno:
Un elemento no metálico
que ocurre libremente en la atmósfera como un gas incoloro,
inodoro y sin sabor,
el cual es necesario para la respiración y oxidación/combustión.
7. Consumo de oxígeno (VO2):
a. La proporción
a la cual el oxígeno es utilizado por las mitocondrias (metabolismo
aeróbico) de todas las células del cuerpo durante el reposo
o durante un nivel
específico de actividad física/ejercicio, en función
respiratoria interna/celular.
b. La cantidad de oxígeno
(en litros o mililitros) extraído del aire/gas ambiental
inspirado durante un período de tiempo (usualmente en un minuto),
en condiciones
estandarizadas (STPD) de los volumenes del aire/gas inspirado.
c. Normalmente se expresa en términos:
1) Absoluto:
a) Litros (L) de oxígeno consumido por minuto:
VO2, L/min
2) Relativo:
a) Mililitros (ml) de oxígeno consumido por kilogramo del peso corporal
por
minuto:
VO2, ml/kg min
8. STPD:
a. Un volumen de gas
en condiciones estándar de temperatura y presión, libre de
vapor de agua (seco).
b. Las condiciones estandarizadas son:
1) Standard Temperature (Temperatura Estándar):
273 K ó 0 C
2) Standard Pressure (Presión Estándar):
760 mm Hg, es decir, a una atmósfera "estándar".
3) Dry (seco):
0% de humedad relativa, es decir, en ausencia de vapor de agua.
9. Mitocondria:
Estructura/organelos
microscópicos comparmentalizados, rodeados de doble membrana
localizados dentro
del citoplasma de las células (sarcoplasma en la fibra muscular),
las
cuales contienen enzimas
responsables para la formación de energía útil mediante
la
síntesis de
ATP (adenosina de trifosfato) por mecanismo aeróbico, y estan
involucradas en la
síntesis de proteína y el metabolismo de los lípidos
(grasas).
10. Costo calórico/energético:
El número de
calorías utilizadas por una tarea específica, normalmente
informado en
calorías, kcal/min
ó METS.
11. Costo de oxígeno:
La cantidad de oxígeno
utilizado por los tejidos del cuerpo durante una actividad
física/ejercicio.
12. Costo aeróbico total del trabajo/ejercicio:
a. La cantidad de oxígeno
(o kilocalorías o el equivalente en kilogramos-metro)
requerido durante el trabajo/ejercicio y la recuperación.
b. Ecuación/fórmula:
Costo Total = VO2 Ejercicio (litros) + VO2 Recuperación (litros)
13. Costo aeróbico neto del trabajo/ejercicio:
a. Costo total del
trabajo/ejercicio menos el consumo de oxígeno en reposo durante
un
período de tiempo equivalente.
b. Ecuación/fórmula:
Costo Neto = VO2 Ejercicio (litros) - (VO2 Reposo [L/min])
X Minutos de Ejercicio y Recuperación
14. Atracción o fuerza gravitatoria (o de gravedad):
a. La atracción
(o halón) que ejerce el centro de la superfice del planeta tierra
sobre
los cuerpos (o de sus segmentos) u objetos dentro de su campo de poder.
b. Aquella fuerza que
causa o tiende a provocar un cambio en el movimiento o
configuración de un cuerpo u objeto.
15. Masa:
a. La cantidad de materia que contiene un cuerpo.
b. Una medida de la resistencia del cuerpo al cambio de su estado de movimiento.
c. Una medida de la inercia o resistencia de un cuerpo/objeto a la fuerza.
d. La masa de un cuerpo u objeto no cambia con la variación de la fuerza gravitatoria.
16. Peso:
a. El resultado o medida
de la fuerza/atracción gravitatoria que el campo gravitatorio
del centro de la superficie del planeta tierra ejerce sobre la masa de
un cuerpo u
objeto.
b. Una masa experimentando aceleración gravitatoria.
c. El peso es una fuerza.
d. El peso de un cuerpo u objeto varía/cambia según su localización:
Esto
implica que cuanto más distanciado se encuentre este cuerpo del
centro de la
tierra, más pequeño será su peso (ya que posee menos
atracción gravitatoria), y
viceversa.
17. Fuerza:
a. Aquello que empuja
o hala/tira un cuerpo por medio del contacto mecánico o
a través de la fuerza/atracción gravitatoria, lo cual causa
un cambio en el estado de
reposo o movimiento de dicho cuerpo u objeto o altera su configuración.
b. Cualquier acción
que produce movimiento o aceleración o posee la capacidad para
hacerlo.
c. Es una masa acelerando
(F = m x a, donde m = masa y a = aceleración
gravitatoria).
18. Trabajo Físico:
Trabajo mecánico
externo calculado mediante la medición de fuerza y desplazamiento
(o distancia).
19. Esfuerzo fisiológico:
La reaccción
del individuo durante la actividad física, en términos de
funciones
internas, tales como
metabolismo, respiración y circulación.
20. Carga:
a. La carga colocada sobre el trabajador (o el que se ejercita).
b. El rítmo al cual se realiza el trabajo/ejercicio en cualquier momento.
c. La potencia ergométrica
bajo la cual se somete un individio durante una prueba
ergométrica/de esfuerzo.
21. Carga de trabajo ergométrica:
El producto de las
magnitudes Fuerza y Distancia por unidad de tiempo que indica el
ergómetro durante
la prueba.
22. Cadencia de trabajo ("work rate") o carga/potencia
ergométrica
(kgm/min ó
kpm/min):
El producto de fuerza
y distancia (F X D) en kilogramos-metros o en
kilopondios-metros
dividido por la unidad de tiempo (t) en minutos:
F X D (kgm ó kpm)
Cadencia de Trabajo = ---------------------------
t (min)
23. Capacidad:
a. Facultad.
b. Producción a máxima potencia.
24. Capacidad de esfuerzo:
La capacidad física
y psíquica del individuo para alcanzar un esfuerzo máximo
individual (esfuerzo
límite/pico bajo condiciones normales), el cual puede ser
considerablemente
afectado por las condiciones ambientales.
25. Prueba funcional ergométrica:
Determinación de parámetros del rendimiento cardiopulmonar.
26. Caloría (cal):
a. Unidad de medida
para la energía consumida (de los alimentos) y la gastada (del
metabolismo en reposo y de las actividades físicas/ejercicio).
b. Una (1) caloría
equivale a la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura
de un (1) gramo (g) de agua a un (1) grado centígrado (desde 14.5
C hasta
15.5 C) bajo una presión atmosférica normal (760 milímetros
de mercurio; 760
torr; 101,325 pascales ó 1 atmósfera).
c. Sinónimos:
1) caloría gramo.
2) caloría pequeña:
Se escribe con una c minúscula (cal).
27. Kilocaloría (kcal ó Cal):
a. La unidad de medida
que se utiliza con mayor frecuencia para describir/expresar el
contenido/valor energético de los alimentos (energía ingerida)
y los requerimientos
energéticos de diversas actividades físicas/ejercicio (energía
gastada).
b. Una (1) kilocaloría
(kcal ó Cal) equivale a la cantidad de calor que se necesita para
cambiar/elevar la temperatura de un (1) kilogramo (kg) de agua a un (1)
grado
centígrado (o Celsius), de 14.5 C a 15.5 C, bajo una presión
barométrica normal
de 760 milímetros de mercurio (mm Hg) o una (1) atmósfera
(atm).
c. Mil calorías (1 kcal = 1,000 cal).
d. Sinónimos:
1) Caloría kilogramo.
2) Caloría grande:
Siempre se escribe con una C mayúscula (Cal).
28. Joule ó Julio (J):
a. Unidad de medida para expresar:
1) Valor energético.
2) Trabajo.
b. Un (1) Joule equivale
a la energía consumida/liberada al efectuar trabajo, i.e.,
cuando el punto de aplicación de una fuerza de un (1) Newton (kg/m/seg2)
desplaza/mueve un (1) kilogramo (kg) a una distancia de un (1) metro (m)
en el
mismo sentido y dirección de la fuerza.
29. Kilojoule (kJ):
a. Unidad de medida de energía y trabajo.
b. Mil (1,000) joules (o julios).
30. Espirometría:
Medición de la capacidad de aire de los pulmones.
31. Espirómetro:
Aparato para medir volumenes de aire espirado.
32. Calorimetría:
Método utilizado
para medir el metabolismo/tasa metabólica o consumo energético
(en
calorías, kilocalorías
o julios) de un individuo en estado de reposo o en actividad
física/ejercicio
mediante el cálculo directo de la cantidad de calor producido/liberado
por los procesos metabólicos/respiración
celular (calorimetría directa) o a través de la
medición indirecta
del intercambio respiratorio de los gases, i.e., la determinación
del
consumo de oxígeno
y el bióxido de carbono producido (utilizando los diversos
aparatos respiratorios
o espirómetros) que resulta de la oxidación/combustión
de las
sustancias nutricias
o alimentos (calorimetría indirecta).
33. Calorímetro:
Instrumento/artefacto
utilizado para medir la cantidad de calor liberado por un
individuo.
34. Bomba calorímetro:
Aparato que sirve para medir el contenido energético en los alimentos.
35. Calorímetro respiratorio:
Cámara (con
sus paredes provistas de aisladores para evitar la pérdida de calor)
bastante grande en
capacidad para albergar una persona, permitiéndole llevar a cabo
las actividades/ejercicio
bajo estudio, con el fin de determinar el calor producido del
intercambio respiratorio
que demanda dicha actividad o ejercicio que realiza la
persona.
36. "Atwater-Rosa Human Calorimeter":
Tipo de calorímetro
respiratorio en la cual un individuo puede residir durante un
período prolongado
de tiempo con el fin de medir la producción total del calor
corporal.
37. "Benedict-Roth Calorimeter":
Artefacto/aparato utilizado
en la estimación de la tasa metabólica basal mediante la
medición de
la cantidad de oxígeno utilizado durante la respiración normal/en
reposo
de un individuo.
38. Gas espirado:
El aire que es exhalado
de los pulmones que comunmente se analiza para determinar
los cambios en oxígeno
y bióxido de carbono del aire inspirado.
39. Calorimetría directa:
Medición real
del consumo energético al medir directamente la producción
de calor
que libera un individuo.
40. Calorimetría indirecta:
a. Cálculo indirecto
de la cantidad de energía liberada por el cuerpo mediante el
consumo de oxígeno (VO2) y el bióxido de carbono producido
(VCO2).
b. Se fundamenta en
que una cantidad dada de oxígeno siempre representa una
cantidad dada de calor (1 L O2 5 kcal).
II. TRABAJO
A. Concepto
1. El producto de la fuerza por la distancia a la cual se aplica.
2. Aplicación de una fuerza a lo largo de una distancia.
B. Fórmula/Ecuación
T = F x d, donde:
T
= Trabajo mecánico.
F = Fuerza (aquella masa de un cuerpo experimentando una
aceleración normal de gravedad [9.807 m/seg2 ó 32 pies/seg2]).
d = Distancia a través de la cual se ha desplazado la fuerza.
C. Cálculo de Trabajo
Problema:
Determinar el trabajo mecánico
realizado al levantar un eso de 5
kilogramos (kg) 2 metros
(m) de altura.
Dado:
F = Peso (masa) levantada:
5 kilogramos (kg).
d = Distancia vertical
recorrida: 2 metros (m).
Conocido:
T = F x d
Solucion:
T = F x d
= 5 kp x 2 m
= 10 kpm
T = 10 kpm
D. Unidades de Medida
1. Unidades de masa/peso:
a. kilogramo (kg):
Unidad de medida del sistema métrico que determina la cantidad de
masa en un
cuerpo u objeto.
b. Libra (lb):
Unidad de medida del Sistema Anglozajón que determina la cantidad
de masa en
un cuerpo u objeto.
c. Equivalencias Métricas e Inglesas:
1 kg = 1,000 gramos (g) = 1,000,000 miligramos (mg)
= 35.3 onzas (oz) = 2.2046 libras (lb)
1 lb = 16.0 oz = 454 g = 0.453 kg
1 g = 0.0353 oz = 0.0022 lb = 0.001 kg = 1.000 mg
2. Unidades de fuerza:
a. Pondio (p):
Aquella fuerza que le imparte una aceleración gravitatoria estándar/normal
(9.807
m/seg2 ó 32 pies/seg2) a la masa de un (1) gramo (g).
b. Kilopondio (kp):
1) Aquella fuerza que le imparte una aceleración gravitatoria normal/estándar
(9.807 m/seg2 ó 32 pies/seg2) a la masa de un (1) kilogramo (kg).
2) La fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de un (1) kilogramo (kg)
a una
aceleración normal de gravedad (9.807 m/seg2 ó 32 pies/seg2).
c. Newton (N):
Aquella fuerza que le imprime una aceleración de un (1) metro (m)
por segundo
por segundo (1 m/seg2) al cuerpo u objeto de una masa de un (1) kilogramo
(kg),
en dirección a la acción de la fuerza.
d. Equivalencias:
1 p = 9.80665 x 10-3 N
1 kp = 9.80665 N
1 N = 0.2248 lb = 1 kgm/seg2
3. Unidades de trabajo:
a. Kilopondio-metro (kpm):
1) Trabajo (T), el cual es el producto de una fuerza (F) que actúa
contra la masa
de 1,000 gramos (1 kg) a través de una distancia (d), medida en
metros (m).
2) El trabajo (T) realizado cuando una fuerza (masa) constante de un (1)
kilogramo
(1,000 gramos) actúa sobre un cuerpo u objeto que se mueve verticalmente
a una
distancia de un (1) metro (m), en la misma dirección que la fuerza.
3) Una masa de un (1) kilogramo (kg) es elevada un (1) metro (m) contra
la
fuerza de gravedad.
4) Distancia a través de la cual 1 kg se mueve 1 metro.
b. Pies-libras (pie-lb):
El trabajo (T) realizado cuando el punto de aplicación de una fuerza
de una (1)
libra (lb) se mueve a través de una distancia (d) de un (1) pie,
en la misma
dirección de la fuerza.
c. Joule ó Julio (J):
La energía consumida/liberada cuando el punto de aplicación
de una fuerza de un
(1) Newton (kg/m/seg2) desplaza/mueve un (1) kilogramo a una distancia
de un (1)
metro (m), en el mismo sentido y dirección de la fuerza.
d. Equivalencias métricas e inglesas:
1 kpm = 7.2307 pies-lb = 9.80665 J = 10 Nm
1 pie-lb = 0.13825 kgm = 1.356 J = 1.3560 Nm
1 Newton-metro (Nm) = 0.1020 kgm = 0.7375 pie-lb = 1 J
III. POTENCIA
A. Concepto
La cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.
B. Importancia/Utilidad
1. Determina la cadencia
de trabajo o carga/potencia ergométrica realizado en un
ergómetro
particular durante pruebas de ejercicio o sesiones de entrenamiento
efectuados
en el ergómetro, lo cual:
a. Ayuda a calcular la intensidad bajo la cual un individuo debe ejercitarse.
b. Puede estimar la energía gastada y/o consumo de oxígeno.
C. Fórmula/Ecuación
F x d
P = T ÷
t ó ------------- , donde:
t
P = Potencia.
T = Trabajo mecánico realizado.
t = Unidad de tiempo.
D. Cálculo de Potencia
Problema:
Calcular la potencia
producida de un atleta que trabaja a 2,000 kpm
durante un período
de 60 segundos (seg).
Dado:
T = Trabajo total
rendido por el atleta: 2,000 kpm.
t = Tiempo tomado
por el atleta: 60 seg.
Conocido:
T
P =
------
t
Solucion:
T
P
= ------
t
= 2,000 kpm
----------------
60 seg
= 33.33 kpm/seg
P = 33.33 kpm/seg
E. Unidades de Medida
1. Unidades de potencia:
a. Kilopondio-metro por minuto (kpm/min):
1) La fuerza (F) requerida para mover una resistencia, peso o masa de 1
kg a
través de una distancia (d) de un (1) minuto.
2) Se utiliza para describir la cadencia de trabajo (potencia producida)
en un
cicloergómetro mecánico.
b. Pies-libras por minuto (pie-lb/min):
Potencia (P) producida cuando el punto la fuerza (F) constante de una (1)
libra
actúa sobre un cuerpo u objeto que se mueve verticalmenmte a lo
largo de una
distancia (d) de un (1) pie en un (1) minuto (min).
c. Vatio o Watt (W):
1) Es la potencia (P) producida por el paso de un (1) amperio de corriente
que
circula con una fuerza o presión electromotriz de un (1) voltio.
2) El trabajo realizado durante un (1) segundo capaz de producir/emitir
la energía
de un (1) Julio (J).
3) Es la medida que describe la potencia eléctrica producida en
un cicloergómetro
electromecánico.
d. Caballo de fuerza (CF), caballo de vapor (CV) o "horse power" (hp):
1) Aquel trabajo capaz de levantar/desplazar verticalmente un peso o masa
de 75
kilogramos a la altura/distancia de un (1) metro (m) en el tiempo de un
(1)
segundo (seg).
2) Es utilizado como una unidad de potencia mecánica.
e. Equivalencias métricas e inglesas:
1 kpm/min = 7.2307 pies-lb/in = 0.16345 W = 0.000219 hp
1 kpm/seg = 9.81 W
1 pie-lb/min = 0.13825 kgm/min = 0.0226 W = 0.00003 hp
1 pie-lb/seg = 1.3559 W
1 W = 6.118 kgm/min = 44.236 pies-lb/min = 0.001341 hp
1 hp = 4,464.0 kgm/min = 33,000.0 pies-lb/min = 746.0 W
1 hp = 75 kpm/seg
IV. ENERGIA
A. Concepto
La capacidad para hacer trabajo.
B. Tipos de Energía
1. Energía potencial:
Energía almacenada.
2. Energía cinética:
Energía involucrada en la producción de trabajo.
C. Ley de la Conservación de Energía
La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma.
D. Formas de Energía
1. Mecánica.
2. Calórica.
3. Solar.
4. Química.
5. Nuclear.
E. Unidades de Energía
1. Caloría (cal) ó kilocaloría (kcal).
2. Julio (J) o kilojulios (kj).
3. Megajulios (MJ).
V. ERGOMETRIA
A. Concepto
1. Significado literal:
a. Estudio de la medición del trabajo/esfuerzo.
b. Del Griego:
"Ergo" = Obra, trabajo, esfuerzo/rendimiento.
2. Definición Formal:
Ciencia que estudia
la medición del trabajo/potencia física y de los cambios/efectos
fisiológicos/biológicos
del esfuerzo/ejercicio que se producen al ejercitarse un
individuo en algún
tipo de ergómetro (calibrado en unidades de potencia, tales como:
kpm/min ó vatios)
y al utilizar simultáneamente instrumentos que miden variables
fisiológicas
(metabólicas, circulatorias y cardio-pulmonares) y el gasto energético
durante un período
específico de tiempo.
B. Importancia/Utilidad (Indicaciones)
1. Propósitos diagnósticos:
Diagnosticar o confirmar
enfermedades y trastornos latentes/potenciales o
evidentes/manifiestos
en los sistemas cardíaco, circulatorio y/o pulmonar.
2. Propósitos evaluativos:
a. Evaluar la capacidad
funcional o del esfuerzo de individuos con enfermedades
cardio-pulmonares o en atletas, como base para:
1) Preparar una prescripción y programa de ejercicio rehabilitativo y preventivo.
2) Diseñar programas de entrenamiento para atletas.
3)
Determinar la efectividad de un programa de entrenamiento al examinar los
cambios fisiológicos crónicos.
3. Propósitos investigativos:
Estudiar/medir las
respuestas/funcionales fisiológicas normales durante el esfuerzo
físico ergométrico.
C. Tipos de Mediciones que se Registran
1. Trabajo/potencia mecánica.
2. Parámetros fisiológicos:
a. Cardiovasculares:
Frecuencia
cardíaca (FC, latidos/min), electrocardiograma (EKG), presión
arterial
(PA, medida en: mm.Hg.), valores de presión intracardíaca
y otras variables
derivadas (gasto cardíaco [GC ó Q], medido en: L/min; volumen
de eyección
sistólica [VES ó Vs] medida en: ml/latidos, entre otra variables).
b. Pulmonares:
Frecuencia
respiratoria (FR ó f), volumen minuto respiratorio o ventilación
pulmonar (VE, L/min), flujo respiratorio y otras variables derivadas (volumen
de
ventilación pulmonar [VVP] medida en L; ventilación alveolar
[VA], medida en
L/min, entre otras).
c. Metabólicas:
Consumo
de oxígeno (VO2, L/min), producción de bióxido de
carbono
(VCO2, L/min), la saturación de oxígeno en la sangre (PO2;
PCO2; pH; Bicarbonato
estándar, HCO3-, mmol/L, etc), temperatura y otras variables derivadas
(cosciente
respiratorio [CR]; nivel del umbral anaeróbico [Uan]; consumo de
oxígeno máximo
[VO2máx]; gasto energético, entre otras).
d. Hematológicas/sanguíneas:
Lactato (La-, mmol/L), fermentos de suero y otras.
e. Signos y síntomas de tolerancia al esfuerzo.
Dolor de pecho, confusión mental, mareos, cianosis, ataxia, entre otras.
f. Psicológicas:
Escala de Borg (percepción del esfuerzo [RPE]).
D. Equipos/Artefactos e Instrumentos de Medición Utilizados
1. Ergómetros:
a. Ergómetro utilizados en ambiente aire:
1) Cicloergómetros.
2) Banda sinfín.
3) Escalones/banco.
4) Ergómetro de esquí de campo traviesa.
5) Remo-ergómetro.
6) Ergómetros para brazos.
7) Bancos de natación (convencional y de natación simulada).
b. Ergómetros utilizados en ambiente agua:
1) Ergómetro de brida o natación estática.
2) Canal de natación.
3) Pisina ergómetro:
Natación libre.
2. Equipos/instrumentos para mediciones cardiovasculares:
a. Frecuencia cardíaca:
1) Electrocardiógrafo.
2) Aparato de contador pulsaciones fotoeléctrico.
3) Cardiotacómetro dinámico.
4) Estetoscopio (auscultación).
5) Palpación.
b. Presión arterial:
1) Métodos indirectos/no invasivos auscultativos:
Esfignomanómetro y estetoscopio.
2) Métodos indirectos/no invasivos, no auscultatorios:
Esfignomanómetro ultrasonido con sensor Doppler.
3) Métodos directos/invasivos:
Manómetro de presión conectado a un cateter insertado, con
voltaje amplificado
y registrado vía osciloscopio.
3. Equipos/instrumentos para mediciones pulmonares y metabólicas:
a. Medición
de volumen, cantidad del flujo de aire o ventilación (espirado o
inspirado).
1) Gasómetros secos (medición del volumen de ventilación inspirada):
a) "Parkinson-Cowan Gasometer".
b) "Rayfield air flow meter".
c) "Vacumed air flow meter".
d) "Harvard/SRI dry gas meter".
2)
Gasómetros de campana metálica sellado con agua (medición
del volumen de
ventilación espirada):
"Collins chain-compensated tissot spirometer".
3)
Pneumotacógrafo (medición de volumen de ventilación
espirada o inspirada
mediante la integración de una señal que deriva/obtiene el
flujo de aire
ventilado):
"Fleisch pneumotacógrafo".
4) Medidores/transductores del flujo/volumen de aire de turbina/aspa rotatoria:
"Jewel-mounted turbine flowmeter".
5) Medidores ultrasónico del flujo de aire.
b. Colección
del aire/gas espirado (para su posterior análisis volumétrico
[litros o
mililitros de aire espirado] o químico [%CO2 y %O2]):
1) Globos/bolsas de hule metereológicas.
2) Bolsas de gas no-difusorias ("vacummed, Inc").
3) Bolsas/sacos de Douglas.
4)
Bolsas respiratorias de caucho (muestras de gas espirado para su análisis
químico).
c. Cámaras/cajas
para la colección y mezcla del gas espirado (utilizadas para el
análisis contínuo del porciento de oxígeno y bióxido
de carbono):
1) Ejemplo:
"Rayfield mixing/sampling chamber".
d. Análisis químico fraccionario (porciento) del gas espirado (%CO2 y %O2):
1) Métodos manuales (manométricos):
a) "Lloyd-Haldane Apparatus".
b) "Scholander Microanalyzer".
2) Métodos electroquímicos:
a) Analizadores de oxígeno:
Analizador Paramagnético de oxígeno:
"Pauling type"
Analizador polarográfico de oxígeno:
Modelos:
OM-11 (Medical Gas, Beckman).
Analizador con sensor de celda/pila electroquímica:
Modelos:
S-3A (Applied Electrochemistry, AMETEK).
b) Analizadores de bióxido de carbono:
Analizadores de radiación Infraroja:
Modelos:
- LB-2 (Medical Gas, Beckman).
- CD-34 (Applied Electrochemistry, AMETEK).
3) Espectrómetro de masa ("mass spectrometer").
e. Conductos (tubos flexibles de goma corrugados/en espiral):
Deben poseer un diámetro interno de 3 a 5 cm (de baja resistencia).
f. Válvulas respiratorias:
1) "Ruben Valve" (la más pequeña y con la resistencia más alta).
2)
"Otis-McKerrow Valve" (de baja resistencia, pero con un alto volumen/espacio
muerto, utilizado para pruebas de ejercicio máximas).
3) "Plastic flap valve" (del tipo "Lloyd").
g. Conectores.
h. Llaves direccionales.
i. Boquillas.
j. Prensadores de nariz.
k. Sosten de cabeza (o cabestrillo).
4. Equipos/instrumentos para mediciones de los gases sanguíneos:
a. Métodos invasivos:
Cateter insertado en la arteria.
b. Métodos no-invasivos:
Oximetría del oído.
5. Otros instrumentos de medición utilizados:
a. Relojes/cronómetros.
b. Metrónomo.
c. Computadoras.
d. Instrumentos para mediciones ambientales:
1) Barómetros (presión atmosférica).
2) Indicadores de humedad.
3) Termómetros.
e. Analizador de Lactato:
"YSI Lactate Analyzer" (YSI Scientific).
f. Registros, papel de gráfico.
E. Factores que Afectan/Determinan el Grado de Acción del Esfuerzo Biológico (i.e., la Respuesta Fisiológica) en la Prueba Ergométrica:
1. Factores protocolarios de la prueba ergométrica:
a. La rapidez con la cual se inicia la etapa del esfuerzo de la prueba.
b. El ajuste que se
requiere para progresar en tiempo y carga de trabajo hacia la etapa
inicial de la prueba donde comienza el esfuerzo biológico del sujeto.
c. Magnitud de la carga de trabajo aplicada en cada etapa/nivel de la prueba.
d. Duración de:
1) Cada carga de potencia ergométrica para las etapas.
2) La prueba ergométrica total.
e. La rapidez con la
cual se detiene la prueba.
2. Factores atmosféricos y climatológicos:
a. La temperatura del aire.
b. La humedad relativa.
c. La presión atmosférica/barométrica.
3. Factores mecánicos y electrónicos (dependiendo del tipo de ergómetro) del ergómetro.
4. La eficiencia con la cual el sujeto realiza la prueba ergométrica:
La capacidad para ejecutar
la prueba ergométrica con el menor gasto posible de
energía.
5. Factores morfofuncionales/antropométricos del individuo.
6. Edad.
7. Sexo.
8. Nivel de aptitud/condición física y psíquica.
9. Estilo de vida o comportamiento/hábitos del sujeto:
a. Alimentación.
b. Nivel de entrenamiento.
c. Uso y abuso de sustancias nocivas a la salud.
d. Capacidad para controlar/adaptarse al estrés/tensiones.
e. Cantidad de horas
de sueño (dormidas) y de recuperación después de una
lesión de
ejercicio/entrenamiento.
10. Factores biorítmicos:
a. La hora de la prueba.
b. La epoca del año
en que se lleva a cabo la prueba ergométrica.
F. Ergómetros
1. Concepto:
a. Definición literal:
1) Instrumento que mide trabajo.
2) Del Griego:
"Ergo" = Trabajo
"metro" = Instrumento de medición
b. Definición formal:
Equipo/artefacto
o mecanismo utilizado para medir y registrar la cantidad de un tipo
de trabajo mecánico y potencia específica, al igual que las
respuestas fisiológicas del
ejercicio realizado por el ser humano o animal.
2. Tipos de ergómetros:
a. Ergómetros utilizados en ambiente aire:
1) Cicloergómetros (mecánico o electromecáncos).
2) Banda sinfín.
3) Escalones/banco.
4) Ergómetro de esquí de campo traviesa.
5) Remo-ergómetro.
6) Ergómetros de manivela para brazos.
7) Bancos de natación (convencional y de natación simulada).
b. Ergómetros utilizados en ambiente agua:
1) Ergómetro de brida o natación estática.
2) Canal de natación.
3) Pisina ergómetro:
a. Natación libre. b. "Windsurfing"
VI. BANDA SINFIN
A. Descripción de las Variables Requeridas para el Cálculo de Trabajo y Potencia
1. Inclinación de la banda sinfín:
a. Unidades:
1) "Porciento de grado (de elevación)":
a) Descripción:
La cantidad del levantamiento vertical por 100 unidades de viaje/recorrido
de
la correa de la banda sinfín:
b) Ejemplo:
10% grado Viaja 100 metros de la Correa
c) Cálculo del porciento de grado/inclinación:
El seno del ángulo de la banda sinfín multiplicado por 100.
2. Desplazamiento vertical:
Desplazamiento vertical = % de grado X D
B. Medición de Trabajo
1. Concepto:
El trabajo realizado
en la banda sinfín equivale a la masa (peso) de la persona (F)
multiplicado
por la distancia vertical (d) a través de la cual recorre la persona
al
caminar o correr
una inclinación.
2. Fórmula/Ecuación:
a. Primera fórmula:
T = F x d, donde:
T = Trabajo realizado en la banda sinfín.
F = Fuerza (masa corporal).
d = Distancia vertical (seno del ángulo X distancia
[A];
A = velocidad de la banda sinfín X tiempo).
b. Fórmula
final:
T = F x d (Seno x A)
3. Cálculo de trabajo en la banda sinfín:
Problema:
Determinar el trabajo realizado en la banda sinfín fijada a una
elevación de 8 (aproximadamente 14% de elevación) mientras
una
persona que pesa 50 kg camina a 5,000 m por hora durante una hora de
ejercicio.
Dado:
F = Peso (masa corporal) levantado = 50 kilogramos (kg).
Angulo = 8 (14% de inclinación).
Seno del ángulo = 0.1392 (según tabla de trigonometría
[véase Tabla 1]).
Velocidad = 5000 m/hr
tiempo (t) = 1 hr = 60 min
A = 5,000 m/hr x 1 hr = 5000 m
d = Distancia vertical recorrida = 0.1392 x 5,000 m = 696 m
Conocido:
T = F x d (Seno x A)
Solucion:
T = F x d (Seno x A)
= 50 kg x 696 m
= 34,800 kg-m
T = 34,800 kg-m
C. Medición de Potencia
1. Fórmula:
F x d (Seno x A)
P = --------------------------
t
Tabla 1
FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS Y DETERMINACIÓN
DEL PORCIENTO DE INCLINACIÓN
| (GRADOS) | SENO | TANGENTE | PORCIENTO DE
INCLINACION |
| 1 | 0.0175 | 0.0175 | 1.75 |
| 2 | 0.0349 | 0.0349 | 3.49 |
| 3 | 0.0523 | 0.0523 | 5.23 |
| 4 | 0.0698 | 0.0698 | 6.98 |
| 5 | 0.0872 | 0.0872 | 8.72 |
| 6 | 0.1045 | 0.1051 | 10.51 |
| 7 | 0.1219 | 0.1228 | 12.28 |
| 8 | 0.1392 | 0.1405 | 14.05 |
| 9 | 0.1564 | 0.1584 | 15.84 |
| 10 | 0.1736 | 0.1763 | 17.63 |
| 11 | 0.1908 | 0.1944 | 19.44 |
| 12 | 0.2079 | 0.2126 | 21.26 |
| 13 | 0.2250 | 0.2309 | 23.09 |
| 14 | 0.2419 | 0.2493 | 24.93 |
| 15 | 0.2588 | 0.2680 | 26.80 |
| 16 | 0.2756 | 0.2867 | 28.67 |
| 17 | 0.2924 | 0.3057 | 30.57 |
| 18 | 0.3090 | 0.3249 | 32.49 |
| 19 | 0.3256 | 0.3443 | 34.43 |
| 20 | 0.3420 | 0.3640 | 36.40 |
2. Cálculo de potencia en
la banda sinfín: siguiendo el ejemplo anterior:
F X d (Seno X A)
P = --------------------------
t
50 kg X 696 m
= --------------------
60 min
34,800 kg-m
= ------------------
60 min
P = 580 kg-m/min
VII. CICLOERGOMETROS
A. Consideraciones Preliminares
1. Pruebas ergométricas utilizando cicloergómetros:
a. Requisitos:
1) Una lectura de potencia constante.
2) El manubio, sillín, largo del pedal deben ser ajustables.
3) La potencia debe ser relativamente independiente de la frecuencia de pedaleo.
B. Cicloergómetros Mecánicos (de Manivela para las Piernas)
1. Concepto:
Un ergómetro
de bicicleta compuesto de una rueda cíclica fíja y una rueda
ajustable
utilizado
para medir trabajo y potencia y para conocer las respuestas fisiológicas
del
ejercicio
y la capacidad funcional de la persona, así como un vehículo
de
entrenamiento.
2. Medición de trabajo:
a. Fórmulas:
Trabajo (kpm) = Resistencia X (2 r/rev), donde:
2 r = Circumferencia
del Aro de la Rueda (la distancia que viaja
cualquier punto en el aro de la rueda en una revolución)
rev = El número
de revoluciones durante el período de trabajo.
3. "Monark-Crescent AB":
a. Medición de trabajo (cálculo de la carga de trabajo [kpm]):
1) Fórmulas/ecuaciones:
Trabajo
(kpm) = Resistencia (kp [lectura del péndulo])
X Circumferencia del Aro de la Rueda (6 m)
ó
T
(kpm) = [kp (lectura del péndulo)] X (6 m)
b. Medición de potencia:
1) Fórmulas:
a) Fórmula general (potencia en un tiempo dado):
Potencia (kpm/unidad de tiempo) = Resistencia (kp) X Revoluciones/Unidad
de Tiempo
X Circumferencia del Aro de la Rueda (6 m)/Revolución
ó
P (kpm/tiempo) = [kp (lectura del péndulo)]
X (Rev/Unidad de Tiempo X 6 m/rev)
b) Potencia realizada en un minuto (cadencia de trabajo):
P (kpm/min) = Resistencia (kp) X Circumferencia del Aro (6 m/rev) X Rev/min
ó
P (kpm/min) = [kp (lectura del péndulo)] X (6 m/rev X rev/min)
c) Potencia realizada en un segundo:
Resistencia (kp) X Rev/min (60 seg) X Circumferencia del Aro
P (kpm/seg) = ----------------------------------------------------------------
60 seg
ó
[kp (lectura del péndulo)] X (rev/min x 6 m/rev)
P (kpm/seg)
= ---------------------------------------------------
60 seg
d) Potencia en intérvalos de 5 segundos:
P (kpm/30 seg) = Resistencia (kp) X rev/5
seg X Circumferencia del Aro
P
(kpm/seg) = [kp (lectura del péndulo)] X (rev/5 seg x 6 m/rev)
c. Ejemplos:
1) Medición de trabajo:
DADO:
Cadencia del Metrónomo = 120 lat/min
2 lat del Metrónomo/Rev Completa del Pedal
Revoluciones por Minuto (rev/min ó rpm) =
--------------------------------------------
120 latidos/minuto
2 lat/rev
= -------------------
120 lat/min
= 60 rev/min (ó rpm)
Resistencia de Fricción/Freno
Ejercida sobre la Rueda
(Lectura
de la pesa/péndulo en la Escala)
= 1.5 kp
Distancia que Recorre la Rueda Delantera por cada Revolución Completa del Pedal = 6 m
Duración del Ejercicio = 10 min
Total de Revoluciones = 10 min X 60 rev/min
= 10 min X 60 rev/min
= 600 rev
CONOCIDO:
Trabajo (T) = Fuerza (F) X Distancia (d)
T
Potencia (P) = ------
t
Potencia Ergométrica en el Cicloergómetro "Monark-Cresent
AB" (PE)
= [ kp (lectura del Péndulo) ] X (6 m/rev X rev/min)
SOLUCION:
T = (1.5 kp) X [(6 m/rev) (600 rev)]
= (1.5 kp) X [(6 m/rev) (600 rev)]
= (1.5 kp) X 1,200 m
T = 5,400 kpm
NOTA: Si se divide 5,400 kpm entre 10 min el resultado será en unidades
de potencia (5,400 kpm ÷ 10 min = 540 kpm/min)
2) Medición de potencia:
DADO:
Cadencia del Metrónomo = 100 latidos/minuto
2 lat/rev
rev/min ó rpm = ----------------- = 50 rev/min
100 lat/min
Fuerza (F) = 1 kp
Distancia (d) = 6 m/rev
CONOCIDO:
Trabajo (T) = Fuerza (F) X Distancia (d)
T
Potencia (P) = ------
t
Potencia Ergométrica en el Cicloergómetro "Monark-Cresent
AB" (PE)
= [ kp (lectura del Péndulo) ] X (6 m/rev X rev/min)
SOLUCION:
PE = (kp) X [(6 m/rev X rev/min)]
= (1 kp) X [(6 m/rev X 50 rev/min)
= (1 kp) X [(6 m/rev X 50 rev/min)]
= (1 kp) X [(300 m/min)
= 300 kpm/min
PE = 300 kpm/min
VIII. ESCALON/BANCO
A. Concepto
1. Definición:
Aparato
que mide trabajo/potencia y que sirve para determinar la capacidad
funcional (mediante pruebas de función cardiorespiratoria), en la
cual se requiere
que el sujeto suba (trabajo positivo o acción en contra de la fuerza
gravitatoria) y
baje (trabajo negativo/eccéntrico o a favor de la fuerza de gravedad)
su peso a una
altura (del escalón/banco) dada y a una cadencia predeterminada
que se
establece/fija por un metrónomo.
B. Ventajas vs Desventajas
1. Ventajas:
a. Requiere poca destreza.
b. Representa una forma de trabajo que es familiar para todos.
c. Se presta muy bien para pruebas utilizando grandes grupos de personas.
d.
Son económicos (con excepción del "Stair Master 600") y no
requieren costos
adicionales de mantenimiento.
e. Requiere poco espacio y mantenimiento.
f. Se puede trasladar con facilidad a cualquier lugar.
g.
No requiere procedimientos de calibración complicados en la evaluación
del
trabajo realizado y el equivalente de oxígeno de la prueba del escalón.
2. Desventajas:
a.
Los sujetos, particularmente cuando se sienten cansados, tienden a no enderezar
sus cuerpos a nivel de las articulaciones de la cadera y rodilla:
1) Consecuencias:
El sujeto no levantará su centro de gravedad completamente a la
altura del
escalón/banco.
b. El sujeto realiza tanto trabajo positivo como negativo:
1) Dificultad del trabajo negativo:
Aunque se sabe que requiere considerablemente menos gasto energético
(se
estima ser de 1/3 a 1/7 del trabajo de subir el escalón), es dificil
de evaluar.
c.
Casi se hace imposible/difícil tomar/determinar cualquier medición
fisiológica
(con excepción de el electrocardiograma) durante la prueba:
El sujeto no puede ser sobrecargado de conductos y cables necesarios para
mediciones de espirometría (monitoreo del intercambio de gases respiratorios)
y
hemodinámicas.
d.
Es dificil cuantificar de forma contínua la cadencia de trabajo
(excepción: "Stair
Master 600"):
Esto se debe a que no posee los deseados controles automáticos.
C. Requisitos/Especificaciones
1. Banco sencillo (un
escalón) o doble (dos escalones) o de niveles múltiples,
de altura
fija o ajustable entre 2 y 12 pulgadas (5 a 30 cm):
También
existen protocolos de pruebas del escalón utilizando bancos con
alturas de:
40 y 50 cm (16 y 20 pulgadas) 10, 20, 30, 40 y 50 cm (4, 8, 12, 16 y 20
pulgadas).
2. Dimenciones típicas:
a. Altura: 23 - 25 cm c. Profundidad: 25 cm
b.
Ancho: 50 - 60 cm
3. Deben ser estables (no moverse) y estar cubiertos con una superficie no resbaladiza.
4. Para pruebas con envejecientes, se le puede añadir pasamanos.
D. Aspectos Técnicos de la Prueba:
1. Al subir el sujeto
al escalón, éste debe de mantener una postura erecta, i.e.,
sin
flexionar caderas y rodillas.
2. Se debe evitar sujetarse
a cualquier objeto fíjo durante la prueba del escalón, ya
que esto altera el movimiento de las ascenciones y descensos al escalón/banco
y
afecta el esfuerzo.
3. Se recomienda utilizar
un indicador de altura al subir el sujeto sobre el escalón
durante la prueba, de manera que cuando se encuentre en una postura erecta
normal, su cabeza debe tocar dicho indicador.
E. Determinación de la Intensidad del Esfuerzo:
1. Ajustando la altura
del escalón/banco (utilizando un escalón/banco de altura
cambiable.
2. Ajustando la cadencia
de los ciclos (un ciclo equivale a subir y bajar el escalón una
vez) (utilizado para escalones de altura fíja).
F. Cálculo de Trabajo y Potencia (Para un Banco de un [1] Escalón)
1. Para trabajo:
1) Fórmula/ecuación:
a) Primera fórmula:
TE = [ Peso ( Altura E/Ciclo X Ciclos ) ] 1.33, donde:
TE = Trabajo realizado en el escalón o banco (kpm).
Peso = Peso corporal del sujeto (la fuerza ejercida
en unidades de kilopondios [kp]).
Altura E/Ciclo = Altura
del escalón o banco (m) que se rebasa por cada ciclo
ejecitado (ciclo), utilizando la unidad de medida: m/ciclo.
Ciclos = Número/cantidad de ciclos o ejecuciones completas
durante
la prueba. Un (1) ciclo corresponde al recorrido de subir
y bajar el escalón en una (1) ocasión.
1.33 = Factor constante, i.e., el trabajo negativo o excéntrico
realizado al bajar el escalón o banco (equivalente
aproximadamente a 1/3 del trabajo positivo efectuado al
subir el Escalón).
b) Segunda fórmula:
TE = [ Peso ( Altura E/Ciclo X C Ciclos X t ) ] 1.33, donde:
TE = Trabajo mecánico realizado en el escalón
(kpm).
Peso = Peso del sujeto o la fuerza aplicada (kp).
Altura E/Ciclo = Altura del escalón
por cada ciclo que se lleva a cabo (m/ciclo).
C Ciclos
= Cadencia o frecuencia de los ciclos ejecutados por minuto, i.e.,
el número de veces que el sujeto completa un (1) viaje de subir
y
bajar el escalón durante cada minuto (ciclos/min). Para calcular
la
Cadencia de los Ciclos, se utiliza un Metrónomo que se coloca a
un
Número dado de Latidos por Minuto. Cada cuatro (4) latidos del
metrónomo representa un (1) ciclo o ejecución, i.e., subir
y
bajar el escalón una sola vez en un conteo de 4:
(1) Arriba Pie Izquierdo
(2) Arriba Pie Derecho
(3) Abajo Pie Izquierdo
(4) Abajo Pie Derecho
Por lo tanto, la cadencia de los ciclos equivale al número de
latidos por minuto en que se coloca el metrónomo dividido entre
el conteo de cuatro (4), i.e.:
Lat/min
C Ciclos = -------------
4
ó 1/4 (0.25) de ciclo multiplicado por el número de latidos
por minuto en que se fijó el metrónomo, i.e.:
C Ciclos = 0.25 ciclo X lat/min
t = Duración total de la prueba del escalón (min).
1.33 = Trabajo negativo (1/3 del trabajo positivo).
2) Ejemplos:
a) Utilizando la primera fórmula:
Problema:
Determinar el trabajo realizado de un individuo con un peso de 70
kilogramos (kg) que sube y baja 10 veces un escalón de 50 cm (0.5m)
de
altura.
Dado:
F = Peso Corporal (Peso): 70 kp
Altura E = Altura del Escalón: 0.5 m
1 Ciclo = Subir y Bajar el Escalón una vez
Altura E/Ciclo = 0.5 m/ciclo
Ciclos = 10
d = Distancia Recorrida (m)
= Altura E/Ciclo X Ciclos
= 0.5m/ciclo X 10 ciclos
= 5 m
Conocido:
Trabajo Negativo = 1.33
T = F X d
TE = [Peso (Altura E/Ciclo X Ciclos)] 1.33
Solución:
TE = [70 kp (0.5 m/ciclo X 10 ciclos)] 1.33
70 kp 0.5 m
10 ciclos
TE = -------- (--------- X ------------)
1.33
1 ciclo
1
70 kp 5 m
TE = -------- (--------) 1.33
1 1
TE = 465.5 kpm
TE = 466 kpm
b) Utilizando la segunda fórmula:
Problema:
Determinar el trabajo mecánico de un individuo con un peso de 70
kg que
sube y baja un banco de 50 cm durante diez (10) minutos a una cadencia
determinada por un metrónomo colocado a 120 latidos por minuto.
Dado:
F = Peso Corporal: 70 kp
Altura E = 50 cm = 0.5 m
1 Ciclo = Subir y Bajar el Escalón una vez
Altura E/Ciclo = 0.5 m/ciclo
Ritmo de Metrónomo = 120 lat/min
C Ciclos = Cadencia de los Ciclos
= (0.25 ciclos) (120/min)
= 30 ciclos/min
t = 10 minutos
d = Distancia Recorrida (m)
= [(Altura E/Ciclo) (C Ciclos)] (t)
= [(0.5 m/ciclo) (30 ciclos/min)] (10 minutos)
= 150 m
Conocido:
Trabajo Negativo = 1.33
T = F X d
TE = {Peso[(Altura E/Ciclo) (C Ciclos) (t)]} 1.33
Solución:
TE = {70 kp[(0.5 m/ciclo) (30 ciclos/min (10 min)]} 1.33
70 kp 0.5 m
30 ciclos 10 min
1.33
TE = { -------- [ (---------) ( -------------) (---------) ] } -------
1 ciclo
min
1
1
70 kp 0.5 m
30 10
1.33
TE = { -------- [ (---------) (------) (------) ] } -------
1 1
1 1
1
70 kp 150 m
1.33
TE = [ -------- (--------) ] -------
1 1
1
10,500 kpm 1.33
TE = ( -------------- ) -------
1
1
13,965 kpm
TE = ---------------
1
TE = 13, 965 kpm
2. Para potencia:
1)
Fórmula/ecuación:
a) Primera fórmula (no toma en consideración la duración
total de la prueba):
PE = [ Peso ( Altura E/Ciclo X C Ciclos ) ] 1.33, donde:
PE = Potencia mecánica producida por la prueba del
escalón o banco (kpm/min).
Peso = Masa/peso corporal del sujeto (la fuerza en kp).
Altura
E/Ciclo = Altura del escalón rebasada por ciclo (m/ciclo).
C Ciclos = Cadencia de los ciclos por minuto (ciclos/min).
1.33 = Trabajo negativo/excéntrico (factor constante).
b) Segunda fórmula:
PE = [ Peso ( Ciclos/t X Altura E/Ciclo ) ] 1.33, donde:
PE = Potencia que produce la prueba del escalón (kpm/min).
Peso = Peso corporal o la fuerza (kp).
Ciclo/t = Número de ciclos completados dividido entre
la duración
total de la prueba (ciclos/min).
t = Duración total de la prueba del escalón (min).
Altura E/Ciclo = Altura del banco
que se rebasa durante cada ciclo (m/ciclo).
1.33 = Trabajo realizado al bajar el banco.
b) Tercera fórmula:
PE = [ Peso ( Altura E/Ciclo X C Ciclos X t ) ] 1.33/t, donde:
PE = La potencia que se lleva a cabo en el escalón
o banco (kpm/min).
Peso = Masa corporal (fuerza que aplica el sujketo al subor
el escalón, en kp).
Altura E/Ciclo = Altura del escalón
que se recorre en cada ciclo (m/ciclo).
C Ciclos
= Frecuencia o cantidad de ciclos ejecutados en un minuto (ciclos/min).
t = Duración que dura prueba del escalón.
1.33 = Trabajo excéntrico (de bajar el escalón).
2) Ejemplos:
a) Utilizando la primera fórmula:
Problema:
Calcular la potencia que pruduce un sujeto de 70 kg que sube y baja un
escalón de 50 cm (0.5m) a una cadencia fijada por un metrónomo
que late
120 latidos por minuto.
Dado:
F = Peso = 70 kp
Altura E/Ciclo = 0.5 m/ciclo
C Ciclos = (0.25 ciclos) (120/min) = 30 ciclos/min
Conocido:
Trabajo Negativo = 1.33
F X d T
P = ----------- = -----
t t
PE = [Peso (Altura E/Ciclo X C Ciclos)] 1.33
Solución:
PE = [70 kp (0.5 m/ciclo x 30 ciclos/min)] 1.33
70 kp 0.5 m
30 ciclos 1.33
PE = --------- (---------- X ---------------)
----------
1 ciclo
min
1
70 kp 0.5 m
30 1.33
PE = --------- (---------- X -----------)
----------
1 1
min
1
70 kp 15 m
1.33
PE = --------- (----------) ---------
1 min
1
1050 kpm 1.33
PE = ------------ ---------
min 1
1396.5 kpm
PE = ---------------
min
PE = 1397 kpm/min
b) Utilizando la segunda fórmula:
Problema:
Determinar la potencia de un individuo con un peso de 70 kg subiendo y
bajando 30 veces el escalón de 0.5 m de altura durante 10 minutos.
Dado:
F = 70 kp
Ciclos = 30
t = 10 minutos
Altura E/Ciclo = 0.5 m/ciclo
Conocido:
Trabajo Negativo = 1.33
F X d T
P = --------- = ------
t t
PE = [Peso (Ciclos/t X Altura E/Ciclo] 1.33
Solución:
PE = [70 kp (30 ciclos/10 min X 0.5 m/Ciclo)] 1.33
70 kp 30 ciclos
0.5 m 1.33
PE = --------- (------------- X ----------)
----------
1 10 min
ciclo 1
70 kp 30
0.5 m 1.33
PE = --------- (--------- X ----------)
----------
1 10 min
1
1
70 kp 15 m
1.33
PE = --------- (----------) ---------
1 10 min
1
1050 kpm 1.33
PE = ------------- ---------
10 min 1
1396.5 kpm
PE = ---------------
10 min
PE = 139.65 kpm/min
PE = 140 kpm/min
c) Utilizando la tercera fórmula:
Problema:
Computar la potencia producida por una persona de 70 kilogramos que sube
y baja un banco de 0.5 m durante 10 minutos a una cadencia establecida
por un metrónomo que posee un ritmo de 120 latidos por minuto.
Dado:
F = 70 kp
Altura E/Ciclo = 0.5
m/ciclo
C Ciclos = (0.25 ciclos) (120/min) = 30 ciclos/min
t = 10 minutos
Conocido:
Trabajo Negativo = 1.33
F X d T
P = ----------- = ------
t
t
PE = [Peso (Altura E/Ciclos/t X C Ciclos X 10 t)] 1.33/t
Solución:
PE
= [70 kp (0.5 m/ciclo X 30 ciclos/min X 10 min)] 1.33/10 min
70 kp 0.5 m
30 ciclos 10 min
1.33
PE = --------- ( --------- X -------------- X -----------
) ---------
1 ciclo
min
1 10 min
70 kp 0.5 m
30 10
1.33
PE = --------- ( --------- X ------- X ------- )
---------
1 1
1 1
10 min
70 kp 150 m
1.33
PE = --------- (---------) ---------
1 1
10 min
10,500 kpm 1.33
PE = --------------- ---------
1
10 min
13,965 kpm
PE = -----------------
10 min
PE
= 1396.5/min
PE = 1397 kpm
IX. EFICIENCIA MECANICA Y ECONOMIA
A. Economía de un Ejercicio
1. Modo de describirla:
a. Eficiencia general:
1) Definición matemática:
La proporción del trabajo producido dividido entre la energía gastada.
2) Fórmula:
Trabajo Producido
% Eficiencia General = ----------------------- X
100
Energía gastada
B. Eficiencia de una Máquina y el Ser Humano
1. Para la máquina:
a. Nunca es 100%
eficiente puesto que siempre algo de energía se pierde debido a
la
fricción de las partes moviéndose.
b. Ejemplo: Motor de un automóvil de gasolina:
1) Eficiencia general/total con que opera:
Aproximadamente 20% - 25%.
2. Para el ser humano:
a. No es 100% eficiente porque se pierde energía en la forma de calor.
b. Ejemplo: Ser Humano Ejercitandose en un Cicloergómetro:
1) Eficiencia general/total:
Fluctúa entre 15% y 25%, dependiendo de la carga/potencia ergométrica
(kpm/min á Vatios).
C. Eficiencia General
1. Durante un cicloergómetro o banda sinfín:
a. Requisito de medición:
1) Trabajo producido.
2) Evaluación del gasto energético del sujeto durante el ejercicio.
b. Requisitos particulares:
1) Las mediciones de VO2 deben de realizarse durante condiciones de estado
estable.
c. Requisitos de cálculo/computaciones de las unidades de medida utilizadas:
Ambos: Tanto el numerador como el denominador deben ser expresados en
términos similares (utilizando los factores de conversión).
Por lo tanto:
El numerador (trabajo producido) es expresado en unidades de kpm.
El denominador (gasto energético) que es expresado en kcal, debe
de ser
convertido en unidades de kpm.
o viceversa.
d. Ejemplo:
DADO:
Resistencia de Fricción/Freno Contra el Aro del Cicloergómetro = 2 kp
Velocidad de Arrancar con la Manivela del Pedal = 5 rev/min
VO2 en Estado Estable = 1.5 L/min
Distancia Recorrida por Revolución = 6m/rev
CONOCIDO:
Trabajo (T) = Fuerza (F) X Distancia (d)
T
Potencia (P) = ------
t
Potencia Ergométrica en el Cicloergómetro "Monark-Cresent
AB" (PE)
= [ kp (lectura del Péndulo) ] X (6m/rev X rev/min)
Trabajo Producido
Eficiencia = ------------------------ X 100
Energía gastada
1 L O2 5 kcal
1 kcal = 426.8 kpm
SOLUCION:
2 kp
50 rev 6 m
Potencia en el Cicloergómetro
= ( ------ ) X ( ----------) ( -------)
1
min rev
2 kp 300 m
= ( ------ ) X ( ---------- )
1 min
= 600 kpm/min
1.5 L O2 5 kcal
Gasto Energético
(kcal/min) = ( -------------) ( ------------ )
min
L O2
= 7.5 kcal/min
7.5 kcal 426.8 kpm
Gasto Energético
(kp/min) = ( ------------- ) ( ---------------)
min
1 kcal
3201 kpm
= ---------------
min
= 3,201 kpm/min
600 kpm/min
Eficiencia General = ------------------- X 100
3,201 kpm/min
= 0.187 X 100
= 18.7 %
D. Variación en la Eficiencia
La eficiencia tiende a aumentar
hasta un punto conforme aumenta la carga/potencia
ergométrica:
E. Movimiento de Velocidad y Eficiencia
1. Velocidad óptima de un movimiento para una cadencia dada de trabajo:
a. Resultados de investigaciones:
1) La velocidad óptima de un movimiento aumenta conforme la potencia aumenta.
2) En otras palabras:
A niveles altos de potencia, se requiere una mayor eficiencia de velocidad
para
poder optener una eficiencia óptima.
3) Cualquier cambio en la velocidad de un movimiento fuera de lo óptimo
resulta
en una reducción en la eficiencia.
4) A cargas/potencia ergométricas de baja a moderado con una velocidad
de
pedaleo a 60 rev/min:
Es generalmente considerado óptima durante un cicloergómetro de brazos.
2. Velocidad de la eficiencia a bajas velocidades de movimiento:
1) Declina:
a) Razón:
Probablemente por inercia.
X. MEDICION DEL GASTO ENERGETICO (CALORIMETRÍA)
A. Calorimetría
1. Concepto:
Método utilizado
para medir el metabolismo/tasa metabólica basal o consumo/gasto
energético
(en calorías, kilocalorías o Julios).
2. Unidades de medida (de energía):
a. Caloría (cal):
Cantidad
de calor requerido para elevar la temperatura de un gramo de agua a un
grado centígrado a nivel del mar (760 mm. Hg.).
b. kilocaloría:
La
cantidad de calor que se necesita para cambiar la temperatura de 1 kg de
agua a
1 C a nivel del mar (760 mm. Hg.).
Respiración
Sustancias Nutricias + O2
ATP + Calor
Trabajo Celular
Calor
Figura 1
RELACION ESQUEMATICA ENTRE
EL METABOLISMO CELULAR Y LA PRODUCCION DE CALOR
(Tomado de: Brooks, George
A., Thomas D. Fahey, y Timothy P. White. Exercise
Physiology: Human
Bioenergetics and its Applications. California: Mayfield
Publishing Company, 1996. Pág. 38.)
B. Calorimetría Directa
1. Concepto:
Método utilizado
para medir directamente el calor despedido/liberado por los
procesos metabólicos/respiración
celular.
2. Justificación para su utilización:
a. Principios/teoría:
1)
La energía total liberada por el cuerpo puede ser medida vía
conducción,
radiación y evaporación.
2)
La proporción del calor producido por un animal es directamente
proporcional a
su tasa metabólica (véase Figura 1).
3. Cámara respiratoria (bomba calorímetra para humanos):
a. Descripción/concepto:
El
aparato utilizado para determinar el calor producido por una persona, donde
eventualmente se calcula la energía liberada por los procesos metabólicos.
b. Utilidad/importancia en el campo de la fisiología del ejercicio:
1) Desventajas:
a) Es relativamente pequeño.
b) Es considerablemente costoso.
c) Toma mucho tiempo el cálculo de la producción de calor.
d) Su utilidad generalmente no aplica para determinaciones energéticas
durante
deportes o actividades recreativas comunes.
C. Calorimetría Indirecta (Véase Figura 2 y 3)
1. Concepto:
Medición indirecta
del gasto energético mediante la determinación/cálculo
de los
gases respiratorios
(el oxígeno utilizado y el bióxido de carbono producido)
involucrados en la
oxidación/combustión de las sustancias nutricias.
2. Justificación para su utilización:
a. Principios/teoría:
1)
Todos los procesos metabólicos del cuerpo utilizan oxígeno
y producen bióxido
de carbono.
2)
La producción de energía se encuentra directamente relacionada
con el consumo
de oxígeno y el bióxido de carbono producido.
3)
Una cantidad dada de oxígeno siempre representa una cantidad dada
de calor
(véase Figura 2).
Se Mide
Se Mide
Sustancias
Alimenticias + O2
Calor + CO2 + H2O
(Calorimetría Indirecta)
(Calorimetría Directa)
Figura 2
TEORIA/JUSTIFICACION PARA LA CALORIMETRIA INDIRECTA
(Adaptado
de: Brooks, George A., Thomas D. Fahey, y Timothy P. White.
Exercise Physiology: Human Bioenergetics and its Applications.
California: Mayfield Publishing Company, 1996. Pág. 39.)
4)
Relación de estoicometría entre la combustión de las
sustancias nutricias, el
oxígeno requerido para dicho proceso y el bióxido de carbono
producido:
Se Mide
Se Mide
C6H12O6 + 6O2 =
6CO2 + 6H2O +
674 kcal
(Calorimetría Indirecta)
(Calorimetría Directa)
Figura 3
RELACION EXPRESADA EN ESTOICOMETRIA ENTRE LA
CALORIMETRIA INDIRECTA VERSUS LA CALORIMETRIA DIRECTA
3. Espirometria en Circuito Abierto:
a. Concepto:
El
método utilizado para medir el consumo de oxígeno mediante
la determinación
de los volumenes de aire inspirado o espirado y su eventual análisis
químico
(análisis fraccionario del O2 Y CO2).
b. Descripción:
1)
El sujeto inhala aire ambiental que posee una composición química
constante
(20.93% de O2 y 0.03% de CO2), determinando el volumen de aire respirado.
2)
Muestras del gas espirado se toman de un recipiente para determinar el
porciento de los gases oxígeno y bióxido de carbono presentes
en un volumen
conocido de aire.
3)
Eventualmente se mide el oxígeno consumido por el cuerpo (volumen
de O2
inspirado - volumen de O2 espirado) e indirectamente se infiere el gasto
energetico.
c. Métodos:
1) Espirómetro portátil.
2) Sacos metereológicos.
3) Instrumentación computarizada.
d. Equivalencia calórica del consumo de oxígeno:
1) Principio:
Se puede calcular la cantidad de calor producido si conocemos cuanto oxígeno
es
utilizado/consumido para la oxidación/catabolismo de los carbohidratos,
grasas y
proteínas en sus productos principales (ATP y calor).
2) Requisitos:
a) Conocer el tipo de sustrato (sustancias nutricias que proveen calorías)
oxidado/metabolizado (al ingerirse en la dieta):
Carbohidratos.
Grasas.
Proteínas.
Combinación/mezcla de carbohidratos, grasas y proteínas.
Alcohol.
Ningún nutriente (ayuno).
3) Problema:
Los cambios en los hábitos dietéticos.
4)
Equivalencias energéticas/calóricas (la energía liberada)
cuando un (1) litro de
oxígeno se consume para oxidar/metabolizar las sustancias nutricias
que proveen
calorías (sustratos) ingeridos en la dieta:
Tabla 2
EQUIVALENCIAS ENERGETICAS PARA
CADA NUTRIENTE CALORICO OXIDADO
| SUSTRATO OXIDADO | EQUIVALENCIA RESPIRATORIA |
| (1 gramo) | Equivalencia Calórica/Litro de O2 |
| [Tipo de Dieta] | Valor Calórico de 1 Litro de O2 (kcal/L de O2) |
| Carbohidratos | 5.047 |
| Grasas | 4.686 |
| Proteínas | 4.485 |
| Dieta Mixta
(Carbohidratos, Grasas y Proteínas) |
4.863 |
| Alcohol | 4.86 |
| Inanición (Ayuno) | 4.70 |
5) El gasto calórico del ejercicio:
a) Estimación:
5 kcal por litro de O2 consumido.
b) Ejemplo:
PROBLEMA:
Determinar el gasto energético por minuto de un individuo ejercitándose
con un consumo de oxígeno de 2.0 litros por minuto.
DADO:
VO2(L/min) = 2.0
Gasto Energético del Ejercicio (kcal/L O2) = 5 kcal/L de O2
SOLUCION:
Gasto Energético del Eiercicio (kcal/min) = (5 kcal/L O2) X (2.0
L O2)
= 10 kcal/min
e. La Proporción del intercambio respiratorio (R) o Cociente Respiratoratorio (CR):
1) Concepto:
La proporción o razón entre el volumen de bióxido
de carbono producido por
minuto y el volumen de oxígeno consumido por minuto.
2) Fórmula:
R ó CR = VCO2/VO2
3) Utilidad/Importancia:
Se puede estimar el tipo de sustancia nutricia (sustrato) que se encuentra
oxidando las células del cuerpo.
4) Determinante:
El tipo de sustrato (carbohidratos o grasas) metabolizados.
5) Requisitos:
La validez del cociente respiratorio estriba en que el ejercicio se encuentre
en un
estado estable del consumo de oxígeno.
6) Cociente respiratorio (CR) de los sustratos:
a) Cuando un (1) litros (L) de oxígeno (O2) se consume:
Carbohidratos:
Glucosa: C6H12O6
Oxidación: C6H12O6 + 6O6
6CO2 + 6H2O
VCO2 Cada Volumen de Oxígeno
Cosumido es Asociado con el
CR = ------------
Mismo Volumen de Bióxido de Carbono Producido
VO2
6CO2
CR = ------------
6O2
CR = 1
CR = 1.0
para los carbohidratos
Grasas:
Acido Palmítico:
Oxidación: C16H32O2 + 23O2
16CO2 + 16H2O
VCO2
CR = -------------
VO2
16CO2
CR = -------------
La Oxidación de las Grasas Requiere más Oxígeno que
la
32O2 Oxidación de
los Carbohidratos
CR = 0.70
CR = 0.70
para las Grasas
Proteínas:
Debido a que la proteína juega un papel pequeño en el metabolismo
energético, bajo circunstancias normales, es considerado un factor
insignificante en la interpretación de un valor de CR.
NOTA: El Valor CR para
El CR es No Proteínico
las Proteínas es
Alrededor de 0.83
b) Contribución equitativa de carbohidratos y grasas como sustratos energéticos:
50% Carbohidratos Oxidados
50% Grasas Oxidadas
EQUIVALENCIAS ENERGETICAS SEGUN EL COCIENTE RESPIRATORIO
PARA CADA SUSTRATO OXIDADO
| Proporción | Equivalentes | Calóricos/ | Energéticos | Contribución | Relativa |
| del
Intercambio |
Calorimetría
Indirecta |
Calorimetría | Directa | de | los |
| Respiratorio
(R) |
Valor Calórico | Energía Liberada
1 gramo de |
de
Sustrato |
Sustratos | Oxidados |
| o
Cociente Respiratorio (CR) |
de
1 litro de O2 (kcal/L O2) |
Externa
(kcal/g) |
Interna o
Fisiológica (kcal/g) |
Carbohidrato
(%) |
Grasas
(%) |
| 1.00 | 5.047 | 4.10 | 4.02 | 100 | 0 |
| 0.85 | 4.862 | 50 | 50 | ||
| 0.70 | 4.686 | 9.45 | 8.98 | 0 | 100 |
7)
La Tabla 3 describe la contribución relativa (porciento) de los
carbohidratos y
grasas metabolizadas (sin tener en cuenta las proteínas), a base
del cociente
respiratorio, con sus equivalentes energéticos/calóricos
determinados vía
calorimetría directa (externa o vía bomba calorímetra
e interna/fisiológica o vía
bomba/cámara calorímetría respiratoria) y calorimetría
indirecta (valor calórico
de 1 litro de O2 según se determinó mediante la espirometría
en circuito abierto):
f. Formas de expresar el gasto calórico de cualquier actividad física:
1) Descripción general:
Medidas Absolutas Medidas Relativas
VO2 en Litros/min VO2 en ml/kg/min
VO2 en ml/min METS
kilocalorías/min
kilocalorías/kg/min
2) El consumo de oxígeno:
a) Valor/medida absoluta (mediciones absolutas de trabajo o metabolismo):
Concepto:
La capacidad total para realizar trabajo externo al cuerpo.
Utilidad/importancia/aplicabilidad:
Si se esta interezado en la habilidad individual para producir trabajo
externo
(e.g., conducir un camión, operar maquinaria, hacer labor manual,
entre
otros).
Unidades de expresión:
VO2 (L/min):
- Concepto:
El volumen/cantidad (en litros) de oxígeno utilizado por todas las
células
del cuerpo durante intérvalos de un (1) minuto a nivel del mar (i.e.,
en
condiciones estandarizadas en cuanto a temperatura, presión atmosférica
y
humedad relativa).
- Valor típico/normal en reposo:
VO2, L/min en Reposo = 0.250 Litros/min
VO2 (ml/min):
- Concepto:
El volumen del gas oxígeno consumido bajo condiciones ambientales
estandarizadas en cuanto a temperatura (273 K ó 0 C), presión
atmosférica (760 mm. Hg. ó 760 torr ó 101,325 Pa ó
1 atm) y humedad
relativa (seco, 0% humedad relativa o en ausencia de vapor de agua),
expresado en mililitros (ml) por minuto (min).
b) Valor/medida relativa (al peso corporal):
Concepto:
La capacidad del cuerpo para producir trabajo (i.e., la cantidad de trabajo
realizado en relación al cuerpo).
Utilidad/importancia/aplicabilidad:
Provee evidencia de cuan bien la gente se desempeña en las actividades
que requieren levantar el peso de la propia persona (e.g., caminar y
correr).
Permite hacer comparaciones entre individuos con diferentes pesos
corporales.
Unidades de expresión:
VO2 (ml/kg/min):
- Concepto:
El volumen o cantidad (en mililitros) de oxígeno (O2)
utilizado/consumido por las mitocondrias de todas las células del
cuerpo
relativo al peso corporal (kg) en intérvalos de tiempo de un (1)
minuto
bajo condiciones estandarizadas (STPD) de los volumenes del aire/gas
ambiental espirado.
- Valor típico/normal en reposo (tasa metabólica basal/de
reposo
promedio):
VO2, ml/kg/min = 3.5 ml/kg/min
c) Significado de las abreviaciones:
O2
= El Gas Oxígeno
V
= Volumen
= Por Unidad de Tiempo (Normalmente en un Minuto)
V
O2 L/min
ml/min
ml/kg/min
3) METs (equivalencia metabólica):
a) Concepto:
Medida energética y de potencia relativa (al peso corporal) que
equivale a
la cantidad de energía (o consumo de oxígeno) requerida para
mantener los
procesos vitales del cuerpo durante un estado de reposo, despierto y
relajado, después de 12-14 horas de la última comida.
Implicación:
Equivale a:
- La tasa metabólica basal (VO2, ml/kg/min en reposo).
- El volumen de oxígeno con consumido por kilogramo del peso corporal
por minuto (VO2, ml/kg/min) en reposo.
- 3.5 ml de O2/kg/min (promedio de la tasa metabólica basal).
METs:
Múltiplos de la tasa metabólica basal:
Número de veces que un nivel dado de trabajo (ejercicio o actividad
física)
se encuentra sobre el nivel metabólico en reposo.
Múltiplos del consumo de oxígeno relativo al peso corporal
en reposo
(3.5 ml de O2/kg/min):
- Múltiplos del VO2, ml/kg/min en reposo.
- Múltiplos de 3.5 ml O2/kg/min.
Costo Energético del Ejercicio:
- Expresado en METS: Múltiplos del VO2(ml/kg/min) en Reposo.
Equivalencia:
1 MET = 3.5 ml O2/kg/min = Equivalencia Metabólica
= Tasa Metabólica Basal = VO2(ml/kg/min) en Reposo
b) Utilidad:
Forma de expresar/describir en valores relativos el gasto/costo energético
del
ejercicio, actividades físicas o trabajo laboral.
c) Ventaja:
Simplifica la cuantificación de los requisitos energéticos
del
ejercicio/actividad física:
Cuantifica en unidades simples el costo energético del ejercicio,
actividad
física o trabajo laboral.
d) Equivalencias/constantes:
1 MET = 3.5 ml/kg/min
1 MET = 1 kcal/kg/hr
e) Fórmulas:
VO2 ml/kg/min
METS = -------------------
3.5 ml/kg/min
(kcal/min dividido entre 5 kcal/L O2) (1000 ml)
dividido
METS = ----------------------------------------------------
entre
Peso Corporal (kg)
3.5 ml/kg/min
4) kcal (kg/hr): medida/valor relativo:
a) Concepto:
Expresión del gasto energético en kilocalorías por
kilogramo del peso
corporal por hora (kcal/kg/hr).
Es lo mismo que la expresión del MET, pero con una ventaja:
Se facilita el calcular la cantidad de kilocalorías que una persona utiliza.
b) Equivalencias/constantes:
1 kcal/kg/min = 1 MET
1 kcal/kg/min = 3.5 ml/kg/min
5) Kilocalorías gastadas por minuto (kcal/min): Medida/valor absoluto:
a) Utilidad:
Expresa el consumo de oxígeno en kilocalorías utilizadas
por minuto:
1 Litro de O2 Consumido por minuto 5.0 kcal/L de O2
b) Equivalencias/constantes:
1 kcal/min = 426.8 kpm/min = 69.759 W = 4,186 J = 4.1855 kj/min
c) Fórmula:
kcal/min = METs X 3.5 ml/kg/min X Peso (kg) X 0.001 L X 5 kcal/L O2
MET X Peso Corporal (kg)
kcal/min = -------------------------------
60 min/hr
6) Fórmulas/ecuaciones (conversiones):
a) Proporción del intercambio respiratorio (R) o cociente respiratorio
(CR):
VCO2
R ó CR = --------
VO2
b) Consumo de oxígeno (VO2):
VO2 L/min X 1000 ml
VO2 ml/kg/min = ------------------------
Peso Corporal (kg)
c) Equivalencia metabólica (MET):
VO2 ml/kg/min
MET = ------------------
3.5 ml/kg/min
kcal/min 1 L
(------------) (----------)
Dividido entre
METS = 5 kcak/L
1000 ml 3.5
ml de O2/kg/min
------------------------------------
Peso Corporal (kg)
d) kilocaloría por minuto (kcal/min):
kcal/min = METS X 3.5 ml de O2/kg/min
X Peso Corporal (kg) X .001 L X 5 kcalL O2
MET X Peso Corporal (kg)
kcal/min = -----------------------------
60 min/hr
D. Estimacion del Gasto Energetico
1. Caminar:
a. Requisitos:
Velocidades
entre 50 y 100 metros/min (1.9 y 3.7 millas/hora) o mayores (si
verdaderamente camina).
b. Costo/gasto energético
(VO2 en ml de O2/kg/min) para caminar un (1) metro por
minuto sobre una superficie, pista de correr o la calle:
ml de O2/kg/min
VO2 (ml/kg/min por m/min) Para Caminar Horizontalmente
= 0.1 --------------------
m/min
c. Costo/gasto energético/calórico
(VO2 en ml de O2/kg/min) para caminar un (1)
metro por minuto sobre una superficie que se inclina hacia arriba (en una
banda
sinfín, terreno o calle):
ml de O2/kg/min
VO2 (ml/kg/min por m/min) Para Cualquier Trabajo/Actividad Vertical
= 1.8 -----------------
m/min
d. Costo/gasto energético
(VO2 ml/kg/min) para el Componente Horizontal (CH)
requerido para caminar:
1)
Cuando solo se quiere estimar el costo energético total requerido
para caminar
sobre una superficie plana/horizontal (sin que la persona camine en una
cuesta):
CH + VO2 Reposo:
ml de O2/kg/min
CH = Velocidad (m/min) X (0.1 ------------------) + 3.5 ml de O2/kg/min
m/min
NOTA:
Véase que se incluye el componente del consumo de oxígeno
relativo al
peso en reposo (3.5 ml/kg/min).
2) Cuando se estimará también el costo energético
del trabajo vertical (i.e., si se
camina, corre o trota en una cuesta o a un porciento de elevación
en una banda
sinfín), el componente horizontal no incluye el consumo de oxígeno
en reposo:
ml de O2/kg/min
CH = Velocidad (m/min) X (0.1 ------------------)
m/min
e. Costo/gasto
energético (VO2 ml/kg/min) para el Componente Vertical (CV)
requerido para caminar:
% Elevación
ml de O2/kg/min
CV = (-------------)
X Velocidad (m/min) X (1.8 -----------------)
100
m/min
f. Costo energético
en reposo (VO2 Reposo):
3.5 ml de O2/kg/min
g. Costo/gasto
energético (VO2 ml/kg/min) total para caminar a lo largo de una
elevación:
VO2(ml de O2/kg/min) Caminar Hacia Arriba
= CH + CV + VO2 Reposo =
ml/kg/min
% Elevación
Velocidad (m/min) X (0.1 ----------- )
+ ( --------------) X Velocidad (m/min)
m/min
100
ml/kg/min
X ( 1.8 ------------- ) + 3.5 ml/kg/min
m/min
2. Correr/trotar:
a. Velocidades sobre 134 m/min (>5 mi/hr ó >8 km/hr). encuentra trotando.
b. Si realmente se encuentra trotando (no caminando):
Tambien puede incluir velocidades entre 80 y 134 m/min (3 y 5 min/hr).
c. Esta ecuación
no aplica si se corre en terrenos con cuestas (solo en aquellos
llanos).
d. Costo/gasto
energético (VO2 en ml de O2/kg/min) para correr/trotar un (1) metro
por minuto sobre una superficie horizontal de una banda sinfín,
pista de correr o la
calle:
ml de O2/kg/min
VO2 (ml/kg/min por m/min) Para Correr/Trotar Horizontalmente
= 0.2 --------------------
m/min
e. Costo/gasto energético/calórico
(VO2 en ml de O2/kg/min) para trotar o correr un
(1) metro por minuto sobre una superficie que se inclina hacia arriba en
una banda
sinfín:
ml de O2/kg/min
VO2 (ml/kg/min por m/min) Para Trotar/Correr en inclinación
Vertical = 0.9 -----------------
m/min
e. Costo/gasto
energético (VO2 ml/kg/min) para el Componente Horizontal (CH)
requerido para correr/trotar:
1) Cuando solo se quiere estimar el costo energético total requerido
para
correr/trotar sobre una superficie plana/horizontal: CH + VO2 Reposo
ml de O2/kg/min
CH = Velocidad (m/min) X (0.2 ------------------) + 3.5 ml de O2/kg/min
m/min
NOTA:
Véase que se incluye el componente del consumo de oxígeno
relativo al
peso en reposo (3.5 ml/kg/min).
2) Cuando se estimará también el costo energético
del trabajo vertical (i.e., se
corre o trota en una cuesta o a un porciento de elevación en una
banda sinfín), el
componente horizontal no incluye el consumo de oxígeno en reposo:
ml de O2/kg/min
CH = Velocidad (m/min) X (0.2 ------------------)
m/min
f. Costo/gasto
energético (VO2 ml/kg/min) para el Componente Vertical (CV)
requerido para correr/trotar en una banda sinfín:
% Elevación
ml de O2/kg/min
CV = (-------------)
X Velocidad (m/min) X (0.9 -----------------)
100
m/min
g. Costo energético
(VO2 ml/kg/min) total para correr/trotar a lo largo de una
elevación en la banda sinfín:
ml/kg/min
% Elevación
Velocidad (m/min) X (0.2 ----------- )
+ ( --------------) X Velocidad(m/min)
m/min
100
ml/kg/min
X ( 0.9 ------------- ) + 3.5 ml/kg/min
m/min
3. Cicloergómetro:
a. Requisitos:
1) Cadencias de trabajo entre 300 kpm/min y 1200 kpm/min:
kpm/min = Resistencia (kg ó kp) X Revoluciones del Pedal (m)
X Frecuencia del Pedaleo (Rev/min)
kg = Resistencia o "tensión" del cicloergómetro
Metros por Revoluciones del Pedal = Circumferencia de la Rueda
Delantera del Cicloergómetro, y depende del tipo de
cicloergometro:
- "Monark" = 6 m/rev,
- "Tunturi" = 3m/rev
- "BodyGuard" = 3m/rev
La frecuencia del pedaleo debe ser:
- Ciclistas no Entrenados: 50 ó 60 rev/min
- Ciclistas Entrenados: 80 rev/min
Los ergómetros electrónicos controlan la producción
de potencia
independientemente de la frecuencia del pedaleo.
b. Costo energético (VO2
ml de O2/kg/min) del Componente de la
Resistencia (CR) o de la carga de trabajo (kpm):
ml/kg/min
VO2(ml/kg/min por kpm) cicloergómetro = 2 -------------
kpm
c. No existe
Componente Horizontal (CH): CH = 0.0
d. Costo/gasto
energético (VO2 ml de O2/min) para el Componente de Resistencia
(CR) requerido en el cicloergómetro:
2 ml
CR = Cadencia de Trabajo (kpm/min) X (-------)
kpm
e. Costo
energético en reposo (VO2 ml de O2/kg/min) corregido por el peso
corporal (kg) (VO2 ml de O2/min):
VO2
Reposo Corregido por Peso = 3.5 ml de O2/kg/min X Peso Corporal (kg)
f. Costo
energético (VO2 ml de 02/min) total para el cicloergómetro:
VO2 (ml/min) Cicloergómetro = CR + VO2 Reposo Corregido po el Peso
=
kpm
2 ml de O2
(-------) X (------------)
+ 3.5 ml de O2/kg/min X Peso Corporal (kg)
min
kpm
g. Costo
energetico total en el cicloergómetro relativo al peso corporal
(VO2 ml de
O2/kg/min):
Costo Energético Total en VO2 ml de O2/min
VO2 (ml/kg/min por kpm) Cicloergómetro = ---------------------------------------------
Peso Corporal (kg)
Tabla 4
RESUMEN DE LOS CALCULOS METABOLICOS
| Modo de VO2
(Unidades) |
= | Componentes Horizontales | + | Componente Vertical o Resistivo | + | Componente de
Reposo |
| Caminar
(ml/kg/min) |
= | ml/kg/min
m/min X (0.1 ------------) m/min |
+ | % Elevación
----------- X m/min 100
ml/kg/min X 1.8 ------------ m/min |
+ | 3.5 ml/kg/min |
| Correr
(ml/kg/min) |
= | ml/kg/min
m/min X (0.2 ------------) m/min |
+ | % Elevación
----------- X m/min X 100
ml/kg/min 0.9 ---------- m/min |
+ | 3.5 ml/kg/min |
| Ciclo-
ergómetro de Piernas (ml/min) |
= | Ninguno | + | kg-m 2 ml
------ X ------ min kg-m |
+ | 3.5 ml/kg/min
X kg (Peso Corporal) |
| Ergómetro para Brazos
(ml/min) |
= | Ninguno | + | kg-m ml
------ X 3 ------ min kg-m |
+ | 3.5 ml/kg/min
X kg (Peso Corporal) |
| Banco (Escalón)
(ml/kg/min) |
= | ciclos ml/kg/min
------ x 0.35 ------------ min ciclos/min |
+ | m Ciclos
----- X ------- X 1.33 Ciclos min
ml/kg/min X 1.8 ---------- m/min |
+ |
Incluído en
los componentes horizontales y verticales
|
Adaptado de: American College of Sports Medicine. Guidelines for Exercise Testing and Prescription. 5ta. ed.; Philadelphia: Lea & Febiger, 1995. Págs. 278-281.
XI. EJERCICIOS/PROBLEMAS DE PRACTICA
1. Determine el trabajo realizado al levantar un
peso de 53 kilogramos 7 metros de altura
(Escriba la fórmula y desgloce
el resultado).
2. ¿Cuantos kilogramos equivale a 170 libras? (1 kg = 2.2046 libras).
3. ¿Cuantos kilopondios hay en 40 Newtons? (1 kp = 9.80665 N).
4. Una persona produjo un total de 70 julios de trabajo.
¿A cuanto equivale esto en
unidades de kilopondios-metros?
(1 kpm = 9.80665 J).
5. Un atleta pesando 145 libras subió en 45
segundos unas escalinatas que tenian 19 pies
de altura. ¿Cual fue el
trabajo (en kpm) y potencia (en kpm/seg) que realizó este atleta?
(1 kg = 2.2046 libras; 1 metro
= 3.2808 pies; 1 Pie-Lb = 0.13825 kpm;
1 kpm = 7.2307 pies-Lb; 1 kpm/min
= 7.23 pies-Lb/min; kg = kp). (Escriba la
fórmula y desgloce el resultado).
6. Durante una prueba de ejercicio, un individuo
realizó una potencia de 900 kpm/min.
Convierta esto en unidades de
Vatios (Watts). (1 kpm/min = 0.16345 W).
7. Determine el trabajo y potencia realizado por
un sujeto de 83 kilogramos que sube y
baja un banco de 30 cm durante
15 minutos a una cadencia determinada por un
metrónomo colocado a 96
latidos por minuto. Utilice las siguientes fórmulas:
Altura E
Ciclos
Trabajo (TE) = Peso (kp) -------- X Cadencia Ciclos
(-------) X Duración Prueba(t) X 1.33
Ciclo
min
Altura E
Ciclos
Potencia (PE) = Peso (kp) -------- X Cadencia Ciclos (------)
X Duración Prueba(t) X 1.33/t
Ciclo
min
8. Durante una prueba en el cicloergometro Monark,
el sujeto estuvo ejercitándose a una
resistencia (lectura del péndulo
en la escala) de 7.5 kp y a una cadencia determinada por
un metrónomo fijado a 100
latidos por minuto. ¿Cual es la potencia producida?
(Circumferencia del aro de la
Rueda = 6 metros; 1 revoluci6n = 6 metros).
9. Un individuo en una prueba de espirometría
en circuito abierto alcanzó un consumo de
oxígeno de 4.5 litros por
minuto. Determine el gasto calórico (kcal/min) de esta persona
(1 litro de O2 consumido = 5 kcal/Litro).
Detalle sus resultados).
10. Una persona de 85 kg obtuvo un consumo de oxígeno
de 5 litros/min. ¿Cuanto
equivale esto en unidades relativas
de:
a. VO2, ml/kg/min
b. METS
c. Kcal/kg/min
(1 litro = 1000 mililitros; 1 MET = 3.5 ml/kg/min; 1 MET = 1 kcal/kg/hr)
11. El gasto calórico relativo total de una persona
fue 15 METS ¿A cuanto equivale esto
en VO2, ml/kg/min?
12. Una persona de 65 kg se encuentra ejercitandose a una
intensidad equivalente a
17 kcal/min. Expresa esto en METS.
13. Un individuo pesando 87 kilogramos esta corriendo a
un gasto energético de 8 METS.
Expresa esto en kcal/min.
14. Una persona de 80 kg trabajó durante 30 min
a un promedio de 8 METS. ¿Cuantas
calorías gastó?
15. ¿Cual es el costo energético (expresado
en VO2, ml/kg/min y en METS) para una
persona de 154 libras en las siguientes
condiciones? (1 kg = 2.2 lbs,
1 milla/hora = 26.8 m/min):
a. Caminando sobre una superficie horizontal a una velocidad de 2 millas por hora.
b. Caminando en una banda sinfín a 1.9 millas por hora y a una elevación de 12%.
c. Corriendo sobre una banda sinfín a 7.5 millas por hora y a una elevación de 4%.
d. Ejercitandose en un cicloergómetro
a 950 kpm/min.
XII. REFERENCIAS
1. American College of Sports Medicine. Guidelines
for Exercise Testing and
Prescription. 5ta. ed.; Philadelphia: Lea & Febiger, 1995. Págs.
269-287.
2. Brooks, George A., Thomas D. Fahey, y Timothy
P. White. Exercise Physiology:
Human Bioenergetics and its Applications. California: Mayfield Publishing
Company, 1996. Págs. 37-52.
3. Burke, Edmund J. y Ernest D. Michael. Laboratory
Experiments in Exercise
Physiology. 2da. ed.; Ithaca, N.Y.: Mouvement Publications, 1990.
Págs. 171-177.
4. De Vries, Herbert A. Physiology of Exercise:
for Physical Education and
Athletics. 4ta. ed.; Dubuque,
Iowa: Wm. C. Brown Publishers, 1986. Págs.
209 -235.
5. Fox, Edward L., Richard W. Bowers y Merle
L. Foss. The Physiological Basis for
Exercise and Sport. 5ta. ed.; Wisconsin: WCB Brown & Benchmark Publishers,
1993. Págs. 64-91.
6. Howley, Edward T. y B. Don Franks. Health/Fitness
Instructor's Handbook. 2da.
ed, Champaign, Illinois:
Human Kinetics Publishers, Inc., 1992. Págs. 131-151.
7. Lamb, David R. Physiology of Exercise: Responses
& Adaptations. 2da.ed.; New
York: Macmillan Publishing
Company, 1984. Págs. 99- 113, 173-190, 416-417.
8. McArdle, William D., Frank I. Katch y Victor
L. Katch. Exercise Physiology:
Energy, Nutrition,
and Human Performance. 3ra. ed.; Baltimore: Williams &
Wilkins, 1996. Págs. 158-173, 138-149.
9. McArdle, William D., Frank I. Katch y Victor
L. Katch. Essentials of Exercise
Physiology. Philadelphia:
Lea & Febiger, 1994. Págs. 67, 78-113.
10. Morehouse, Laurence E. Laboratory Manual for
Physiology of Exercise. Saint
Louis: The C.V. Mosby Company,
1972. Págs. 122-159.
11. Nieman, David C. Fitness and Sports Medicine:
An Introduction. Ed. Rev., Palo
Alto, CA: Bull Publishing
Company, 1990. 600 págs.
12. Powers, Scott K. y Edward T. Howley. Exercise
Physiology: Theory and
Applications. 2da. ed.; Dubuque, I.A.: Wm. C. Brown Publishers, 1994.
Págs. 109-123.
13. Shepard, Roy, J. Exercise Physiology. Philadelphia:
B.C. Decker, Inc., 1987.
Págs. 9-19.
14. Wilmore, Jack H. y David L. Costill. Physiology
of Sport and Exercise.
Champaign, IL: Human Kinetics Pub., 1994. Págs. 11-15, 104-114.
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