¿Un traje que actúe como sistema extracardiovascular te permitiría correr indefinidamente?

Generalmente, cuando corre una distancia larga o hace algo particularmente extenuante, comienza a respirar con dificultad debido a la disminución de oxígeno en la sangre. Tus jadeos y sibilancias son un esfuerzo por reponer el oxígeno que consumiste mientras trabajabas duro.

Así que digamos que existe un traje que contiene sangre adicional y una especie de bomba que agrega oxígeno y nutrientes a la sangre. Es básicamente un sistema cardiovascular externo que constantemente filtra la sangre usada y la repone con sangre oxigenada y rica en nutrientes. Ahora tiene dos sistemas trabajando para mantener su sangre fresca.

¿Te ayudaría esto a correr distancias más largas sin sentirte sin aliento? ¿Cuál sería la forma más efectiva de incorporar esta adición a su sistema cardiovascular actual? (Estaba pensando en muchas agujas, pero ickkk).

Jadeas y jadeas porque no estás en forma. Si entrena para correr (o cualquier actividad aeróbica), aumentará su capacidad cardiovascular y podrá correr largas distancias a un ritmo razonable, por ejemplo, maratones y ultramaratones, momento en el que descubrirá que no es el sistema CV el que funciona. el factor limitante, sino la fatiga muscular.
@jamesqf Sí, pero incluso los corredores de maratón se quedan sin aliento al final de su carrera. Estaba pensando que un CV adicional podría aumentar su resistencia para que la fatiga muscular sea realmente el único factor limitante.
Creo que es posible que desee buscar "dopaje sanguíneo", del tipo que ha sido un hecho tan controvertido en varios deportes. Tiene un efecto muy cercano a lo que desea, y ni siquiera tiene que estar físicamente en una persona, y esto no requiere nueva tecnología. Podría usar eso como base para extenderse a un futuro de más alta tecnología, sin dejar de estar basado en la ciencia.
@Faulkner: Los corredores de maratón se quedan sin aliento porque es una carrera, por lo que generalmente terminan poniendo todo lo que pueden en un último sprint hasta la línea de meta. Si solo sale por diversión, por ejemplo, correr senderos, no logra ese gran final. Mi punto es que SOLO mejorar el sistema CV con asistencia artificial no va a hacer mucho, porque entonces te encuentras con el siguiente punto débil. Así como, para cambiar las cosas, hacer un entrenamiento de fuerza puro no hace mucho por la resistencia CV.
Probablemente no. En algún momento, las articulaciones de los pies, las rodillas, posiblemente las caderas y la espalda estarán tan hinchadas y adoloridas que deseará que lo liberen de su miseria. No puedo imaginar que el proceso de curación del cuerpo supere el deterioro causado por correr. Sin embargo, no soy un experto, así que estoy completamente abierto a que me corrijan.
Si desea comparar con una versión ficticia de esto, la novela independiente de Peter F. Hamilton, "Fallen Dragon", tiene al personaje principal usando un "traje de piel", un traje de servoarmadura biomecánica que se conecta al sistema circulatorio del usuario, de modo que tanto la sangre los suministros se vuelven simbióticos durante el uso. Para responder a su pregunta, esto le permite al usuario correr más rápido, nadar más profundo, saltar más alto, etc., pero solo hasta los límites de la combinación de sangre de cuerpo + traje. Es como tener dos cuerpos para dibujar; eventualmente te quedarás sin energía y te verás obligado a detenerte y recargar (tanto el traje como la persona).
¿Por qué te molestarías con un sistema tan complejo cuando podrías simplemente crear un traje mecánico de piernas, atarte a él y luego simplemente dirigirlo giroscópicamente (al estilo Segway) o con neurotransmisiones (como las bandas para la cabeza que captan el cerebro)? ondas y convertirlas en comandos en un programa o sistema)? De esa manera, no tendrá que realizar mucha actividad y podrá correr mientras su traje tenga energía.
@TylerH ¿Por qué te molestarías con un sistema tan complejo cuando podrías simplemente crear un traje mecánico de piernas, atarte a él y luego simplemente dirigirlo giroscópicamente (a la Segway) o con neurotransmisiones ? ¿Por qué te molestarías con tal sistema complejo cuando podrías simplemente crear una moto?
@TessellatingHeckler Porque el alcance de la pregunta es un aparato de exo-traje que ayuda a correr. El nombre de usuario exacto es exacto.
@TylerH Estaba tratando de pensar en algo que no se volviera demasiado engorroso cuando/si se quedara sin energía. Veo que este diseño puede no ser el más eficiente, pero un exoesqueleto mecánico era algo que estaba tratando de evitar.
@TessellatingHeckler: Porque puedes correr en muchos lugares donde no podrías llevar una moto. O digamos que su carrera se interrumpe con partes de trepar, escalar, gatear, etc.: ¿planea llevar su motocicleta cuando hace esas partes?

Respuestas (6)

¡El proceso de quedarse sin aliento es bastante complicado! Hay más que solo oxigenación.

Stanford desarrolló un prototipo para ampliar la capacidad de ejercicio. No necesitaban un sistema cardiovascular externo. Todo lo que necesitaban era un puño . Resulta que una cantidad sorprendentemente grande de lo que nos fatiga es la temperatura. Nuestro cuerpo decide dejar de esforzarse si cree que puede sobrecalentarse hasta el punto de dañarse. Desarrollaron un intercambiador de calor que funciona con la palma de la mano y mostró efectos dramáticos para aumentar nuestra resistencia.

El oxígeno en realidad tiene menos que ver con el ejercicio de lo que piensas. En realidad, estamos más preocupados por sacar el CO2 que por el oxígeno. Los niveles de CO2 en la sangre hacen que la sangre sea más ácida, y eso puede causar problemas graves para muchos procesos metabólicos. Mientras tanto, la hemoglobina es muy buena en su trabajo. En términos generales, incluso en el ejercicio extremo, la saturación de oxígeno no desciende por debajo del 95 %. Por debajo del 90 % se considera hipoxia, y por debajo del 55 % generalmente se considera fatal (aunque se realizó una recopilación de datos asombrosa en el Everest que mostró que los escaladores no solo sobrevivieron al 40 % de saturación, sino que también escalaron. ¡Esto demuestra cuánto es la mente sobre la materia!)

De hecho, donde realmente te encuentras con problemas con las carreras de larga distancia es con la energía. Resulta que el cerebro es un poco un enigma para la evolución. Si pone suficiente almacenamiento de energía (es decir, azúcares) en el cerebro, en realidad se dispersa demasiado y el cerebro no hace su trabajo tan bien. El cuerpo tiene que almacenar azúcares para el cerebro en otra parte. La solución es maravillosa y se centra en la hormona insulina. El cerebro en realidad subsiste completamente con la energía almacenada en el hígado como glucógeno (el equivalente animal del almidón), y el hígado la libera en el torrente sanguíneo como glucosa para ser consumida. Por supuesto, la glucosa también alimenta otras partes del cuerpo, como los músculos. Si corría demasiado, sus músculos podrían tratar de robar glucosa al cerebro, lo que podría ser malo.

La solución es la insulina. Todos los músculos esqueléticos y el tejido adiposo, que en conjunto constituyen 2/3 de la masa corporal, no pueden extraer glucosa de la sangre a menos que haya insulina presente. Cuando comes, tu cuerpo reconoce que hay azúcares/almidones en los alimentos y libera insulina para permitir que los músculos capturen su parte. Cuando se ha consumido la comida, el cuerpo deja de producir insulina y el hígado comienza a emitir la glucosa que recogió durante el festín. Los únicos músculos que pueden recoger esa glucosa son los músculos cardíacos y los músculos lisos que recubren los órganos huecos (esenciales para procesar más alimentos cuando llegan... también encontramos músculos lisos que recubren el sistema cardiovascular para controlar la presión arterial).

Al hacer carreras de larga distancia, como maratones, los corredores experimentan lo que se conoce como "bonk". Es una pared que ocurre, para la mayoría de las personas, alrededor de la marca de 18 millas. Lo que realmente sucedió es que el hígado solo almacena alrededor de 4 horas de azúcares para trabajar, y los corredores recorren 18 millas alrededor de la marca de las 4 horas. En este punto, tu cerebro comienza a tener problemas. Literalmente le falta el combustible para seguir tomando buenas decisiones. Los músculos todavía tienen mucho glucógeno para mantenerse en marcha, ¡pero el cerebro se ha quedado sin!

La solución es simple: una bebida deportiva. El poco de azúcar en la bebida llega rápidamente al torrente sanguíneo y te anima de nuevo.

Al final, es posible que no se necesite un traje en absoluto. Entra en el mundo de los ultramaratonianos y el triatlón iron man infoamous. Iron Man es un nado de 2.4 millas, un paseo en bicicleta de 112 millas y una carrera de 26.2 millas, realizadas en el transcurso de un día. Estas personas claramente pueden seguir funcionando durante largos períodos, pero hay un límite: el sueño. En algún momento, tienes que dejar de correr para dormir. Cualquier carrera que intente evitar dormir va a tener nuevos problemas que no se resuelven con un mero traje cardiovascular. Para tener una idea de cómo se ven, considere mirar las demandas de los militares, donde llegar a la ubicación correcta es literalmente una cuestión de vida o muerte. Incluso allí, se valora el sueño .

Al final, la resistencia de larga distancia es mucho más que solo el contenido de oxígeno. Hay una gran multitud de factores interconectados que se alinean para formar resistencia. ¡Somos una máquina complicada de hecho!

¡+1 por explicar un sistema muy complicado en términos simples! Aunque supongo que diría que para la forma más simple de la pregunta de OP, la respuesta es en realidad No. Sin embargo, tengo curiosidad, ¿podría pensar en una solución que aumentaría el rendimiento de la manera que él quiere? Sin embargo, podría requerir más información de OP primero.
@automaton Creo que habría que ampliar el nivel de esfuerzo. Si quisiera poder correr a toda velocidad durante 10 minutos, los músculos externos pueden ser la forma más efectiva de maximizar la resistencia. Para las soluciones a más largo plazo, un sistema que promueva el enfriamiento y proporcione una alimentación de glucosa podría permitir algunos ciclos muy largos, pero no estoy muy familiarizado con los efectos secundarios de una fuente continua de glucosa como esa... puede haber efectos desagradables. .
Un pequeño punto: los triatlones son, creo, diferentes de los ultramaratones, que son distancias más largas que las de un maratón, normalmente 50 o 100 km o millas.
@jamesqf Actualizado. Estás bien. Cuando lo escribí inicialmente, pensé que el hombre de hierro era una carrera más larga que 26 millas. Cuando busqué las estadísticas correctas, no ajusté la redacción.
Any run which tries to avoid sleeping is going to have new problems that aren't solved by a mere cardivascular suitaunque hubo una historia hace unos años sobre este tipo que ganó una carrera a pie porque (¿aparentemente?) no se dio cuenta de que se suponía que debía dormir un poco por la noche... cambió por completo la forma en que es esa carrera. ahora corre
En cuanto al CO2, tengo entendido que la descomposición del glucógeno con oxígeno en la respiración aeróbica da como resultado CO2, que se difunde a la sangre y luego regresa al aire en los pulmones, que luego se exhala. Si el filtrado ocurriera antes de que la sangre llegara a los pulmones, reemplazando efectivamente la función del pulmón en el cuerpo, ¿sería eso suficiente para funcionar?
Una cosa que te perdiste es la fatiga muscular debido a la acumulación de ácido láctico que afectará la función muscular (es decir, el movimiento). Pero hice +1 en tu A de todos modos.
¿Hombre de Acero? Pfff, si quieres algo extremo, te sugiero Ultra Trails :D En serio, La Diagonale des Fous tiene "solo" 170 km, pero vas desde el nivel del mar hasta ~2000 m de altura y viceversa. Más extremo es el UTMB Ultra Trail du Mont Blanc 170 km, 10.000+m de desnivel entre 1.000m y ~2.5000m de altura en ~20h/~21h (para el ganador). esa gente esta loca...
No puedo encontrarlo ahora, pero leí un estudio que se concentró en la temperatura del cuero cabelludo ; básicamente manténgalo bajo y aguantará más tiempo. Ciertamente, puedo ir más rápido a más de 10K si se enfría con agua desde arriba.
@SGR Eso ayudaría con ese problema. La fatiga es un problema multifacético, por lo que incluso si se deshiciera del CO2, tendría que lidiar con los otros efectos.
Gracias por la muy detallada respuesta científica puesta en términos sencillos. Era exactamente la verificación de la realidad que necesitaba.

Veo dos maneras de ver este problema. Tienes en mente algún tipo de traje endurecido o exoesqueleto, o estás pensando en una prenda ligera estilo traje de jogging. Discutiré ambos para completar.

Exotraje

En primer lugar, está la opción de exoesqueleto/traje endurecido, que simplemente llamaré exotraje. El mayor problema que veo con esto es el tema del peso. Según este catálogo médico , una máquina de circulación extracorpórea tiene un peso de envío de 500 libras (226,8 kg). Incluso si supusiéramos que pudiéramos mejorar esa tecnología de modo que el peso se redujera a la mitad, no sería razonable intentar utilizarla. También puede hacer que el traje esté completamente mecanizado, lo que también reduce significativamente el estrés del humano que lo ocupa y aumenta el rendimiento. Con esta configuración, la infusión de oxígeno ocurre constantemente con un mantenimiento mínimo.

Traje suave

El traje suave, por otro lado, podría ser más funcional. Lo vería venir equipado con una especie de mochila que contiene una fuente de alimentación, un par de bombas pequeñas y un depósito de micropartículas cargadas de oxígeno . Probablemente también un sensor para detectar el nivel de oxígeno en la sangre del usuario. Cuando el traje detecta que sus niveles de oxígeno están bajos, enciende las dos bombas, una para agregar micropartículas y la otra para eliminar el exceso de líquido para compensar lo que se está bombeando (no es mucho). Con esta configuración, la infusión de oxígeno dura solo hasta que se agota el reservorio, momento en el que carga con 9 kg (20 lb) adicionales de peso muerto.

Inyección

Agregar oxígeno al torrente sanguíneo de una persona a través de una máquina no es un proceso fácil. La forma más eficiente sería inyectar directamente en una vena principal, como la vena femoral . Sin embargo, hacer esto es peligroso para la salud ya que la arteria y la vena femorales ocupan la misma parte del cuerpo y cortar cualquiera de las dos es un medio eficaz para matar a alguien. Esta actividad no se lleva a cabo fuera de los entornos clínicos, excepto en casos de emergencia.

Conclusión

Por lo tanto, se puede hacer, hay investigaciones existentes que lo respaldan y mejoraría el rendimiento relacionado con el oxígeno, pero existen riesgos significativos que podrían hacerlo inviable.

Lectura adicional: Mecánica Popular

Me imaginaba más un traje suave, pero gracias por cubrir ambas opciones.
¿Cree que sería posible evitar inyectar directamente en la vena femoral teniendo múltiples puntos de inserción más pequeños?
@Faulkner Podría ser posible. Tendría que haber puntos de inyección en algún lugar del torrente sanguíneo antes de la femoral, ya que esa es la vena que lo recoge todo y lo envía al corazón. Cuanto más retroceda en el sistema, más puntos podrá usar. Dejaré que alguien más descubra el equilibrio óptimo.

No te sorprenderá saber que el ejército de EE. UU. ha buscado exoesqueletos para ayudar a los soldados en el campo de batalla. Con la tecnología actual, los resultados muestran claramente que usar las exo-piernas es más extenuante para el soldado. ¡En lugar de aliviar su carga, la empeora! Esto dice algo bastante claro acerca de que 3 mil millones de años de evolución son bastante buenos para optimizarnos y la dificultad de mejorarlos. Su escenario asume que más sangre significa que habrá más oxígeno disponible para las células musculares Y que el metabolito limitante es O 2. Te dirijo a Wikipedia/Fatiga muscular para obtener más información. Notarás que no menciona el O2 como un factor. Entonces, creo que la respuesta a su pregunta se reduce a: para alguien con mala condición física, probablemente ayudaría mucho. Para alguien en excelente condición física, probablemente ayudaría marginalmente. Estaría suministrando más nutrientes, como la foscreatina, y supongo que eliminaría más desechos metabólicos. La pregunta es, ¿dónde pones las derivaciones? Bueno, hay dos opciones obvias: en la arteria (y vena) femoral. Dios, es mejor que esperes que nada salga mal: puedes desangrarte en segundossi te cortas la arteria femoral. La otra opción "obvia" es empalmar la aorta o la arteria (y la vena) ilíaca. Si esto no suena peligroso, entonces no estás prestando atención. Se cree que los chalecos antibalas han aumentado las tasas de exanguinación femoral, no sé por qué. Me parece que en teoriados corazones (si se coordinan adecuadamente, un gran si) podrían ser mejores que uno, y eso es parte de lo que estamos hablando. Si en la práctica del mundo real, estarían lo suficientemente bien coordinados es una cuestión diferente. Y necesitaría el peso adicional de la bomba, el filtro, los nutrientes, los circuitos de control y monitoreo, construidos de tal manera que sean tan eficientes como un sistema desarrollado (por prueba y error) durante 3 mil millones de años. Pero digamos que cultivamos un corazón humano, pulmones, riñones, hígado (todo sin duda modificado/aumentado genéticamente) y los ponemos en una caja en tu espalda y luego te enganchamos a ellos a través de un agujero serio en tu abdomen (infecciones bacterianas, ¿alguien? ) y obtienes tal vez el doble de tu resistencia actual - oye, ¿por qué no triplicar? Esto plantea la pregunta: ¿por qué razón? No somos los mejores animales para correr de todos modos.

> No somos los mejores animales para correr de todos modos Eso depende. Eche un vistazo a la búsqueda de persistencia. Es cierto que los humanos no son los corredores más rápidos , pero superar a alguien a largo plazo es lo que podemos hacer y lo que OP pregunta.
@Daerdemandt: Sin embargo, eche un vistazo a los perros de trineo. Corre una carrera de mil millas, luego sal y comienza a correr otra al día siguiente. Siempre que haga un frío decente, dejan a los humanos, y probablemente a todo lo demás, en la nieve en polvo.

La principal razón por la que sientes fatiga cardiovascular cuando corres (especialmente al empezar) es por la eliminación de dióxido de carbono, no por falta de oxígeno. Sus niveles de O2 en la sangre generalmente se mantienen fácilmente al inhalar, lo que siente es una acumulación de CO2 que lo obliga a exhalar con más frecuencia. Intente concentrarse en una exhalación más fuerte si se siente fatigado al correr.

Como han dicho otros, los niveles bajos de glucógeno probablemente sean lo siguiente, y eso puede ocurrir en tan solo 2 o 3 horas. Y luego fatiga muscular real después de eso.

No. El oxígeno es solo un factor en la producción de energía para funcionar. El otro es combustible. Si no puede mantener el nivel de combustible en su cuerpo (vea los artículos sobre cómo cargar combustible para carreras de larga distancia para evitar "golpes"), no importa cuánto oxígeno tenga, no hay nada que quemar.

Se trata de la acumulación de ácido láctico ...

Como explica Laurent Messonnier de la Universidad de Savoie, la diferencia es que su capacidad aeróbica es una medida del rendimiento de su sistema cardiovascular, mientras que su umbral de lactato es su capacidad para eliminar el lactato de su sangre y convertirlo nuevamente en energía.

¿Quizás su traje de alguna manera pueda descargar el ácido láctico para que los músculos del cuerpo puedan continuar funcionando con la máxima eficiencia?

¿Un traje que actúe como sistema extracardiovascular te permitiría correr indefinidamente?
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