Medidas de trabalho, potência e dispêndio energético no exercício

ENERGIA , TRABALHO E POTÊNCIA Energia: é a capacidade de realizar trabalho Trabalho: é a aplicação de uma força através de uma determinada distância Potência: é o trabalho empreendido em uma unidade de tempo (ritmo) 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.

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

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 = 6.000 kpm T = 6.000 x 10 m/s2 = 60 KJ Potência P = 6.000 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

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.

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

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

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 = 10.500 kpm T=10.500 kpm x 10 m/s2=105 KJ Potência P = 10.500 kpm/10 min = 1.050 kpm/min P = 105.000 J/600 s = 175 w

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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

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.

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 C16H32O2 + 23 O2  16 CO2 + 23 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

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.

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

Cálculo de despêndio energético % CHO = 100 . [(R-0,707)/(1,00-0,707)] % Gordura = 100 . [(1-R)/(1,000-0,707)] Kcal/l O2 = 4,686 . % gordura/100 + 5,047 . % CHO/100

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

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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 %

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 %

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

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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]

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

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 = 2.249 ml/min