¿A dónde va toda la energía? Comprender la eficiencia mecánica humana y el calor en el deporte

La lectura rápida

Los seres humanos son notablemente adaptables pero sorprendentemente ineficientes a la hora de convertir la energía alimentaria en rendimiento deportivo. Durante el ejercicio, sólo alrededor del 20 al 25% de la energía producida por los músculos se transforma en movimiento; el resto se pierde en forma de calor. Esta ineficiencia no es un defecto de diseño sino una adaptación evolutiva con importantes implicaciones para los atletas. Comprender la ciencia detrás de la eficiencia mecánica y la gestión del calor nos permite optimizar el entrenamiento, mejorar el rendimiento y reducir el riesgo de sobrecalentamiento (Davis, 2020; Périard et al. 2021).

¿Qué es la eficiencia mecánica?

La eficiencia mecánica es la relación entre el trabajo útil realizado y la energía total gastada. Para los humanos, esto suele oscilar entre el 20 y el 25%. En otras palabras, por cada 100 calorías quemadas durante el ejercicio, sólo entre 20 y 25 calorías se convierten en trabajo físico; el resto se disipa en forma de calor (Davis, 2020).

Una persona que pedalea a 200 W realiza 720 kJ de trabajo mecánico o “externo” por hora, pero entre 3 y 4 veces esta cantidad de trabajo interno. Esto está en la región de 2160-2880 kJ de energía térmica, que debe ser absorbida por el tejido corporal o perdida. Lo que significa que la producción total de energía muscular está en la región de 3000 kJ por hora. La mayoría de nosotros entendemos Kcal como la unidad de ingesta energética (en los envases de nuestros alimentos) y 1 kJ = 0,24 kcal.

En comparación con los motores eléctricos, que convierten hasta el 90% de la energía en trabajo mecánico, los humanos son menos eficientes: sólo entre el 20% y el 25% de la energía metabólica se utiliza para el movimiento y entre el 75% y el 80% se libera en forma de calor. Esta ineficiencia es una adaptación evolutiva, ya que el calor producido durante el ejercicio mantiene la temperatura corporal central, optimizando las funciones enzimáticas y metabólicas críticas para la supervivencia en diversos climas (Sawka et al., 2011).

¿Puede cambiar la eficiencia mecánica?

La eficiencia mecánica varía con la actividad y los factores individuales. Andar en bicicleta, por ejemplo, es más eficiente (22-25%) que correr (18-22%) debido a las menores exigencias de carga de peso. La eficiencia también puede mejorar con habilidad, entrenamiento y técnica: los ciclistas de élite pueden aumentar la eficiencia del 20 % al 24 % mediante el pedaleo optimizado y la coordinación muscular. Sin embargo, la mayoría de los atletas y las actividades permanecen dentro del rango del 20-25%, limitados por límites biológicos (Wilmore & Costill, 2004; Coyle, 1995).

Producción de calor y termorregulación.

Como se mencionó anteriormente, entre el 75% y el 80% de la energía que no se utiliza para el movimiento se convierte en calor. Esta producción de calor, si bien es necesaria para mantener la temperatura corporal interna, puede convertirse en un factor limitante, particularmente en deportes de resistencia o ambientes calurosos. Durante actividades de resistencia o en ambientes calurosos, controlar este calor es fundamental.

Nuestros cuerpos dependen de varios mecanismos para regular este calor, principalmente la sudoración y el aumento del flujo sanguíneo a la superficie de la piel. Sin embargo, estos mecanismos no siempre son suficientes. En días calurosos y húmedos, por ejemplo, el sudor no se evapora con tanta eficacia, lo que dificulta el enfriamiento y puede provocar sobrecalentamiento (Périard et al. 2021).

Compensaciones evolutivas

¿Por qué los humanos no son más eficientes mecánicamente? La respuesta está en la evolución. Sólo entre el 20% y el 25% de la energía metabólica se convierte en movimiento durante el ejercicio, y entre el 75% y el 80% se libera en forma de calor, un compromiso que favorece la supervivencia. Este calor mantiene la temperatura corporal central, optimizando las funciones enzimáticas y metabólicas críticas para la vida en diversos climas (Sawka et al., 2011). A diferencia de las máquinas construidas para un alto rendimiento mecánico, los humanos evolucionaron como atletas de resistencia, adaptados para actividades prolongadas como la caza persistente en las sabanas. Nuestra baja eficiencia mecánica permitió realizar actividades de larga distancia aprovechando la disipación eficiente del calor a través de la sudoración, asegurando la adaptabilidad en diversos entornos (Bramble y Lieberman, 2004).

Implicaciones prácticas para los atletas

Conclusiones clave

1. ¡Los humanos no son muy eficientes termodinámicamente!
2. Eficiencia del movimiento: Refinar la técnica (por ejemplo, la forma de correr, la postura de andar en bicicleta) puede reducir el desperdicio de energía.
3. A medida que nuestra temperatura central aumenta, nuestra eficiencia de movimiento disminuye ya que se gasta más energía en eliminar el calor.
4. Hidratación y enfriamiento: Mantenerse hidratado y utilizar estrategias para aumentar la pérdida de calor corporal son clave para mantener el rendimiento.
5. Aclimatación al calor: La exposición gradual al calor mejora la respuesta al sudor y la eficiencia cardiovascular, mejorando el rendimiento en condiciones de calor.
6. Ajustes de entrenamiento: En días calurosos, reduzca la intensidad o la duración para minimizar el riesgo de sobrecalentamiento.

Las investigaciones en curso exploran formas de optimizar el equilibrio entre el uso de energía, la eficiencia mecánica y la gestión del calor. Los avances en la tecnología de la vestimenta, las estrategias de hidratación y los sistemas de enfriamiento están ayudando a los atletas a superar los límites del rendimiento. Mientras tanto, los estudios biomecánicos continúan perfeccionando nuestra comprensión de la eficiencia del movimiento.

Conclusión

Al final, si bien los humanos pueden no ser tan eficientes mecánicamente como las máquinas, nuestra capacidad para adaptarnos, soportar y regular el calor nos ha permitido sobresalir en una amplia gama de actividades físicas. Al comprender mejor estos procesos, podemos entrenar de manera más inteligente, recuperarnos mejor y seguir superando los límites del desempeño humano.

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Referencias

1. Davis, L. (2020). Eficiencia del cuerpo humano. LibreTexts de Física.  https://phys.libretexts.org/Bookshelves/Conceptual_Physics/Body_Physics_-_Motion_to_Metabolism_(Davis)/10:_Powering_the_Body/10.09:_Efficiency_of_the_Human_Body
2. Davis, L. (sin fecha). Eficiencia humana y pérdida de calor. OpenOregon - Física corporal 2.0.  https://openoregon.pressbooks.pub/bodyphysics2ed/chapter/locomotive-efficiency/
3. Périard, JD, Eijsvogels, TMH y Daanen, HAM (2021). Ejercicio bajo estrés por calor: termorregulación, hidratación, implicaciones en el rendimiento y estrategias de mitigación. Revisiones fisiológicas, 101(4), 1453–1492. doi:10.1152/physrev.00038.2020journals.physiology.org
4. Wilmore, JH y Costill, DL (2004). Fisiología del Deporte y el Ejercicio. Cinética humana. https://www.human-kinetics.co.uk/9781718228429/physiology-of-sport-and-exercise/
5. Coyle, EF (1995). Integración de los factores fisiológicos que determinan la capacidad de rendimiento de resistencia. Reseñas de ciencias del ejercicio y el deporte, 23, 25–63. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7556353/
6. Bramble, DM y Lieberman, DE (2004). Carrera de resistencia y la evolución del Homo. Naturaleza, 432 (7015), 345–352. doi:10.1038/naturaleza03052
7. Sawka, M. N., Wenger, C. B. y Pandolf, KB (2011). Respuestas termorreguladoras al ejercicio agudo: estrés por calor y aclimatación al calor. En Manual de fisiología: fisiología ambiental (págs. 157-185). Prensa de la Universidad de Oxford.

Sobre el autor

Alistair Brownlee es dos veces medallista de oro olímpico, campeón de Ironman y cofundador de Truefuels. Lo impulsa la creencia en el entrenamiento respaldado por la ciencia, la estructura clara y la eliminación de la fricción en el desempeño.