1. César Osorio Fuentealba (MSc)
Laboratorio de Biología Celular
del Músculo, ICBM, Facultad
de Medicina, U. De Chile.

2. Contenidos
 Fuerza, Trabajo y Potencia
 Determinación de estas cantidades
durante el ejercicio
 Consumo de Energía durante el ejercicio
 Concepto de VO2

3. Ergometría: Medición del Trabajo

4. Fuerza
Masa= m
g
Unidades:
m
Newton(N) = kg ⋅ 2
s
Si consideramos solo la fuerza peso, mg, se define el kilopeso o
kilogramo, como la fuerza correspondiente a una masa de 1 kg.
€

5. Trabajo
F (N) M (kg)
F (N) M (kg)
D (m)
W= F x D
m
Joule = 1Newton ⋅ metro = kg ⋅ 2 ⋅ m
s
Joule = 0,2388⋅ caloria

6. Trabajo sólo en la dirección de la
fuerza
F=M g
D
F
h
M
α
W = M g h = M g D senα

7. Potencia
Por ejemplo, dos personas, A y B realizan un trabajo de igual
magnitud.
TA = 5 minutos
TB= 20 minutos → PA= 4PB

8. Energía
 Capacidad de realizar trabajo
Energía Cinética (velocidad)

Energía potencial (posición, altura)

Energía calórica…

1 caloría = energía necesaria para elevar la temperatura de 1 g
de H2O de 14,5 a15,5°C

9. Midiendo con un ergómetro
Una persona de 70 kg sube el escalón a una
velocidad de 30 veces por minuto, durante
10 minutos
Altura escalón = 0.35 m
Trabajo =?
W= F x D F= m x g = 70 kg x 9.8 ms-2 = 686 N
D= altura escalón x escalones por minuto x tiempo
D = 0.35 x 30 x 10 = 105 m W = 686 N x 105 m = 72.03 kJ
P = 72030 J/600 s = 120 W

10. Cinta rodante con pendiente
Ángulo α = 10°
Una persona de 60 kg camina
durante 45 minutos a 5 km/h
Trabajo =?
Potencia =?
h
α
D = 5 (km/h) x 0.75(h)
W = M x g x D x senα
D = velocidad x tiempo
D = 3750 km Sen 10 = 0.1736 W= 60 (kg) x 9.8(m/s2) x 3.75(km) x 0.1736
P = 382.8(kJ)/2700(s) = 141.8 W
W= 382.8 kJ

11. Cicloergómetro
Radio de la rueda = 1 m
Una persona pedalea a 60 rpm
durante 2 minutos
Fricción de la rueda = 2.5 kg
Trabajo =?
Potencia = ?
Distancia recorrida = perímetro de la
circunferencia x vueltas por minuto x tiempo
D= 2π x r x 60 rpm x 2 minutos D= 753.6 m F = 2.5 x 9.8 = 24.5 N
W= F x D= 753.6 x 24.5 W = 18.5 kJ P = 18500 J/120 s = 154.2 W

12. Medición de Energía
Calorimetría directa e indirecta

 Directa: medición directa del calor en un calorímetro
 Indirecta: medición de la tasa metabólica (consumo de O2)

13. Calorímetro
Calor liberado en la combustión → elevación de la temperatura del agua
circundante
Elevación de 1°C de 1 gramo de agua = 1caloría liberada en la combustión

14. Calorímetro humano
Calorímetro Atwater-Rosa

15. Calorimetría indirecta: medición de VO2
Energía de nutrientes + O2 → Calor + CO2 + H2O
Calor es proporcional al consumo de O2
¿De qué depende la constante de proporcionalidad?

16. Consumo de oxígeno VO2

17. Como relacionar VO2 con energía?
Si la fuente de energía son carbohidratos:
1 mol C6H12O6 + 6 mol O2 → 6 mol CO2 + 6 mol H2O
Si la fuente de energía son lípidos:
1 mol C16H32O2 + 23 mol O2 → 16 mol CO2 + 16 mol H2O
RER = producción de CO2
consumo de O2

18. RER kcal/L O2 % carbohidratos % Grasa
0.7 4.686 0 100
0.75 4.739 15.6 84.4
0.8 4.801 33.4 66.6
0.85 4.862 50.7 49.3
0.9 4.924 67.5 32.5
0.95 4.985 84 16
1 5.047 100 0

19. En qué momento medir?

20. ¿Cómo?
VO2= volumen de O2 inspirado-Volumen de O2 expirado
VCO2= volumen de CO2 inspirado-Volumen de CO2
expirado
VO2= (VI x FIO2) - (VE x FEO2)
VCO2= (VE x FECO2) - (VI xFICO2)
FIO2 = 0.2093 FICO2 = 0.0003

21. Espirometría de circuito cerrado

22. Estandarización de volúmenes
Ley de Charles

 T α V (si T aumenta, V aumenta)
Ley de Boyle

 VP = cte (si P aumenta, V disminuye)
→ Ley de los gases ideales

23. Condiciones estándar: T = 0°C

P = 760 mm Hg
Si las condiciones de medición son

Pm= 758 mm Hg Tm = 21°C
Vm = 110 L PH20= 18,61 mm Hg
El volumen en condiciones estándar sería
Vm = 99.33 L

24. VO2 relativo versus absoluto
Normalización por peso

VO2 medido= VO2 reposo + VO2 ejercicio


26. Componentes del gasto energético
8%
alimentación
30%
Actividad física
60%
Metabolismo basal

27. Intensidad del ejercicio
Dificultad de un ejercicio depende de dos

factores
 Duración
 Intensidad del esfuerzo
Equivalente metabólico (MET)

 Gastoenergético promedio o consumo de O2 basal
en un adulto: 250 mL/min, 1 kCal/(kg*h)

28. Clasificación de la actividad física
nivel kcal/min mL O2/kg/min METs
liviano 2.0-4.9 6.1-15.2 1.6-3.9
moderado 5.0-7.4 15.3-22.9 4.0-5.9
pesado 7.5-9.9 23.0-30.6 6.0-7.9
Muy pesado 10.0-12.4 30.7-38.3 8.0-9.9
Actividad kcal/min kcal/min
(65kg) (80kg)
volleyball 3.3 4.0
ciclismo 6.5 8.0
tenis 7.1 8.7
Natación 8.3 10.2

29. Eficiencia en el uso de energía
Trabajo ⋅ realizado
Eficiencia ⋅ mecánica = ×100
Energía ⋅ consumida
 Ejemplo:
Una persona realiza 15 min de bicicleta estática con un trabajo realizado de
€ 31.2 kcal. El consumo de oxígeno durante esta actividad fue de 25 L, con un
RER= 0.88. Eficiencia?
RER = 0.88 → 4.9 kcal por litro de oxigeno
4.9 x 25 = 122.5 kcal
Eficiencia = (31.2/122.5) x100
Eficiencia = 25.5 %

30. Conclusiones
La ergometría permite determinar fácilmente el trabajo

realizado durante una actividad física.
El gasto energético asociado a una actividad esta directamente

relacionado con el calor liberado por el organismo durante la
realización de dicha actividad.
El calor liberado esta directamente relacionado con el

consumo de oxigeno y el RER, los que pueden ser
determinados experimentalmente.
Como cualquier máquina, la eficiencia del cuerpo humano

para producir trabajo mecánico está lejos de ser 100%.

31. Referencias
Essentials of Exercise physiology. McArdle W., Katch F.,

Katch V.
Exercise Physiology. Brown S.,Miller W., Eason J.

Feynman lectures on physics. Feynman R.
