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Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercício

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Apresentação em tema: "Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercício"— Transcrição da apresentação:

1 Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercício

2 Objetivos da aula A final da aula, você deverá ser capaz de:
Definir trabalho, potência, energia e eficiência Realizar os procedimentos básicos para calcular o trabalho e potência em exercícios no cicloergômetro e na esteira -Descrever os fundamentos de medição do dispêndio energético através da calorimetria direta e indireta -Discutir os procedimentos para cálculo do dispêndio energético durante o deslocamento horizontal na caminhada e corrida -Definir: a) kpm, b) VO2 relativo, c) MET e d) expirometria de circuito aberto - Descrever os procedimentos usados para calcular a eficiência bruta no exercício em estado estável Principais conceitos: trabalho externo (mecânico) que é realizado às custas do trabalho interno (fisiológico) com alguma perda. Custo que possibilita estimar o trabalho interno, conhecendo o trabalho externo: isso é importante para calculo de dispêncio energético numa dieta,, p.ex.

3 Necessidades energéticas para prescrição
Introdução Aplicações de medidas de trabalho, potência e dispêndio energético Necessidades energéticas para prescrição de dietas Avaliar aptidão física A mensuração do gasto energético e da potência possui muitas aplicações na ciência do exercício. O conhecimento adequado das necessidades energéticas das atividades físicas, por exemplo a corrida, é importante para o treinador ao planejar um programa de treinamento e uma dieta para atletas.

4 UNIDADES SI Unidades Unidades SI Massa Quilograma (kg) Distância
Metros (m) Tempo Segundos (s) Força Newton (N) Trabalho Joule (J) Energia Joule (J) Quilocaloria (Kcal) Potência Watt (W) Velocidade Metros por segundo (m . s-1) Torque Newtons metro (N.m) Sistema internacional, padronização do relato de dados cientificos e facilitar a comparação dos valores publicados.

5 Balanço energético no organismo
Energia no alimento = Energia liberada (calor) + Energia liberada (trabalho) ± Energia armazenada (gordura)

6 Trabalho não aproveitado
Energia no exercício Calor Energia Química Trabalho não aproveitado Trabalho Interno Trabalho Externo Útil

7 Trabalho não aproveitado
Energia no exercício Calor Energia Química Trabalho não aproveitado Trabalho Interno Trabalho Externo Útil

8 Mensuração do Trabalho e da Potência
Ergometria: Mensuração do trabalho externo realizado Ergômetro: Aparelho ou dispositivo utilizados para mensurar um tipo especifico de trabalho

9 Trabalho e potência Potência P= F x D / t Unidade de medida
onde t = tempo Unidade de medida W: watt=J/s kcal/min: kgm/min ou kp/min: Trabalho T = F x D onde T: trabalho F: Força D: distância Unidade de medida J: joule cal: caloria kgm ou kpm: kilograma metro ou kilopound metro

10 Cálculo de trabalho e potência
Cicloergômetro (Monark) Duração do exercício = 10 min Resistência = 2,0 kp Distância por volta = 6 m Cadência = 50 rpm Qual o trabalho ? Qual a potência ? Trabalho T = F x d T = 2,0 kp x 10 min x 6 m x 50/min = kpm T = x 10 m/s2 = 60 KJ Potência P = kpm/10 min = 600 kpm/min Força: resistênica X duração do exercicio X numero de volta Distância: 50rpm Kpm para KJ, multiplicar por 10 m/s é a gravidade arredondado

11 Cálculo de trabalho e potência
Esteira Não existe trabalho horizontal, somente vertical Peso = 70 kg Velocidade = 12 km/h Inclinação = 7,5 % Tempo de exercício = 10 min Distância vertical (Dv) Dv = 10 min x 12000m/60min x 0,075 Dv = 150 m Trabalho T=70 kg x 150 m = kpm T= kpm x 10 m/s2=105 KJ Potência P = kpm/10 min = kpm/min P = J/600 s = 175 w

12 Trabalho não aproveitado
Energia no exercício Calor Energia Química Trabalho não aproveitado Trabalho Interno Trabalho Externo Útil

13 Princípios de calorimetria
Água Ar O2 consumido Termômetro Calorimetria direta: Mede calor produzido pelo corpo energia produzida pela combustão de alimentos é igual ao calor liberado Quando o organismo utiliza energia para realizar um trabalho, o calor é liberado. Essa produção de calor pelas células ocorre por meio da respiração celular (bioenergetica) e do trabalho celular. Alimento + O2 = ATP + Calor trabalho celular – calor 1 caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de agua em um grau Celsius. Como a caloria é muito pequena, o termo quilocaloria é utilizada para expressar o gasto energetico e os valores energeticos dos alimentos 1 kcal é equivalente a 1000 calorias 1 caloria = 4,186 joules A calorimetria direta é de alto custo e é mais utilizada para medição do metabolismo de repouso do que para exercicio devido: 1- o exercicio realizado dentro de um calorimetro direto causa um aumento da produção de calor pela fricção desenvolvida pelo ergometro e pelo voluntario, 2- durante o exercicio o corpo armazena calor, evidenciadp ´pelo aumento da temperatura central e 3 - não é adequado para fornecer dados em pequenos intervalos de tempo, necessario para medir a rapidez das mudanças metabolicas durante mudanças da intensidade do exercicio. Atulamente é utilizada para estudar o metabolismo basal, gasto energetico diario e a influencia de mudanças fisiologicas ou ambiente

14 Calorimetria indireta de circuito aberto
Princípio: calorias fornecidas por combustão de oxigênio depende do nutriente Medida através do consumo de oxigênio e assim avaliar a intensidade metabólica do exercício.Além disso a relação da produção de dióxido de carbono e oxigênio é usada para indicar as contribuições de dos carboidratos e gorduras para a produção de energia.

15 Equivalente calórico de carboidratos e gorduras
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O QR = VCO2/VO2 = 6/6 = 1 1 g CHO produz 4 Kcal 1 l O2 produz 5,05 Kcal Gorduras C16H32O O2  16 CO H2O QR =VCO2/VO2 = 16/23 = 0,70 -1 g Gordura produz 9 Kcal - l l O2 produz 4,7 Kcal A razão entre a produção de dióxido de carbono e o consumo de oxigênio é tradicionalmente chamado de quoeficiente respiratório (QR). O QR é usado para indicar a respiração celular e portanto o VO2 e o VCO2 resultantes do catabolismo do alimento. O QR pode ser usado para calculo do gasto energético durante o exercício

16 Relação QR e energia produzida por litro de O2
Quantas Kcal de energia são produzidos quando: QR=0,7 QR=1,0 Qual o combustível que utilizamos nas condições acima ? Quantas Kcal são produzidas quando utilizamos 1 l de O2 para oxidar: Gordura ? Carboidratos ? Qual combustível produz mais energia por litro de O2 ? Assim, quando a oferta de oxigênio é limitada, e há necessidade de produzir energia, é preferível utilizar CHO como combustível.

17 Exercício: Qual o dispendio energético ?
QR % Carboidratos % Gordura Kcal/l O2 0,70 0% 100% 4,70 0,72 7% 93% 4,72 0,74 13% 87% 4,75 0,76 20% 80% 4,77 0,78 27% 73% 4,79 0,80 33% 67% 4,82 0,82 40% 60% 4,84 0,84 47% 53% 4,86 0,86 4,89 0,88 4,91 0,90 4,93 0,92 4,96 0,94 4,98 0,96 5,00 0,98 5,03 1,00 5,05 Dados Duração 4 min Expirometria em estado estável VO2=2 l/min VCO2=1,92 l/min Calcule o QR Quantas Kcal nos 4 min ? Qual a proporção de energia de CHO ? E de gordura ? Exercitar

18 Cálculo de despêndio energético
% CHO = [(R-0,707)/(1,00-0,707)] % Gordura = [(1-R)/(1,000-0,707)] Kcal/l O2 = 4,686 . % gordura/ ,047 . % CHO/100

19 Equivalente metabólico: EM ou MET
Ocupacionais Escrever Digitar Tocar instrumento musical Assentar tijolos Carpintaria Escavar Recreacionais Dirigir automóvel Equitação, caminhada Volei recreacional Dança de salão Basquetebol Handebol, frescobol Condicionamento Caminhada 4 km/h Exercícios calistênicos Trabalho doméstico Costurar Varrer Esfregar, em pé Lavar roupas pequenas Limpar janela Cuidados pessoais Repouso Trocar de roupa Tomar banho Descer escada 1,5 2,0 2,5 3,5 5,5 7,5 3,0 4,5 9,0 10,0 1,0 Em repouso: 1 MET = 3,5 ml O2/ kg/min. Dispêndio/h = MET x Peso corporal em kg Ex: Caminhada a 4 km/h, 70 kg DE=3 x 70 = 210 Kcal/h

20 Trabalho não aproveitado
Energia no exercício Calor Energia Química Trabalho não aproveitado Trabalho Interno Trabalho Externo Útil

21 Eficiência Mecânica = Trabalho útil/ Energia utilizada
Ex: Natação 2.9 a 9.4 % Ciclismo: 24 a 34 % Eficiencia mecanica e economia geralmente são utilizadas como sinonimos qdo descrevem condições de exercicio. Isso é incorreto pois esses termos dizem respeito a condições bastante diferentes do corpo; Economia de movimento refere-se ao gasto de energia do movimento (consumo de oxigenio submaximo) biomecanica. Consumo de oxigenio necessario para determinado exercicio. Eficiencia do movimento refere-se a energia mecanica produzida durante o moviemento relativo a energia metabólica usada para causar o movimento. Razao entre a energia mecanica produzida durante o exerciio e o gasto energetico do exercico em %

22 Exemplo de cálculo de eficiência
Do exemplo da bicicleta P = 600 kpm/min VO2ss=1,5 l/min Admitindo que 1 l O2 produz 5 Kcal ou 21 KJ Dispêndio energético (DE) DE = 1,5 l/min x 21 KJ/l DE =31,5 KJ/min Potência mecânica P=600 kpm/min x 10 m/s2 = 6000 J/min=6 KJ/min Eficiência (e) e =P/DE e =6/31,5=19,0 %

23 Custo energético do exercício ou Economia de Corrida
Custo energético relaciona DE com medida de intensidade do exercício P.ex: VO2/velocidade de corrida Kcal/watt Exemplo: Do cicloergômetro VO2 = 1,5 l/min P = 600 kpm/min CE = (1500 ml/min)/(600 kpm/min) = 2,5 mlO2/kpm Eficiência é medida em % Custo é medido em Dipendio eneergético por medida de intensidade VO2 estado estável VO2 relativo – peso corporal ml.kg -1.min-1

24 Trabalho não aproveitado
Energia no exercício Calor Energia Química Trabalho não aproveitado Trabalho Interno Trabalho Externo Útil

25 Alguns exemplos de custos
Cicloergômetro VO2[mlO2/min]=12 mlO2/min/w x carga [watts] Caminhada DE [kcal] = 0,5 kcal/kg/km x distância [km] x peso [kg] Corrida DE [kcal] = 1,0 kcal/kg/km x distância [km] x peso [kg]

26 Algumas fórmulas comuns para cálculo de dispêndio energético
Caminhada na esteira (plano) VO2 [ml/(kg.min] = 0,1 ml/(kg.min) x velocidade [m/min] + 3,5 ml/(kg.min) {custo de repouso} Este é o componente horizontal Caminhada na esteira (inclinação) VO2 [ml/(kg.min)] = 1,8 ml/(kg.min) x velocidade [m/min] x inclinação [%] Este é o componente vertical Caminhada: Dispêndio energético total = VO2horizontal + VO2 vertical

27 Dispêndio energético na bicicleta ergométrica
VO2[ml/min] = 3,5 ml/(kg.min) x peso corporal [kg] + 12 ml/(min.watt) x potência [watt] Exemplo: Carga: 2 kp Velocidade: 30 km/h Peso: 70 kg Potência P = F . V V=30km/h/3,6=8,33 m/s P = 2 kp x 10 m/s2 x 8,33 m/s = 167 w VO2 = 3,5 ml/(kg.min) x 70 kg + 12 ml/(min.watt) x 167 w VO2 = ml/min


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