Teplotní odezvy svalů a těla při běhu do kopce a z kopce

Primární cíl: Změnit teplotu svalů nezávisle na teplotě jádra a kůže, prozkoumat existenci teplotně citlivých nervových buněk v lidské svalové tkáni.

Na zvířecích modelech termoregulační kontroly bylo identifikováno mnoho lokusů tepelného vjemu, včetně svalů, žil v kůži a břicha, páteře, horních cest dýchacích, břišní stěny, dolního jícnu, žaludku a tenkého střeva. Na rozdíl od těchto zvířecích modelů se v lidských modelech termoregulační kontroly obvykle berou v úvahu pouze tepelné vstupy z mozku (obvykle reprezentované jako „teplota jádra“ s náhradními měřeními prováděnými v jícnu, konečníku, střevě nebo ušním kanálu). spolu s dalšími vstupy z kůže, které modifikují centrální mozkovou signalizaci.

Omezený počet rozpoznaných tepelně citlivých míst u lidí pravděpodobně není způsoben skutečně malým počtem tepelně citlivých lokusů, ale spíše kvůli obtížnosti testování těchto míst u lidí. Typickým modelem pro identifikaci tepelně citlivých míst u zvířat je jejich sedace, chirurgické otevření, stimulace oblasti zájmu teplou nebo studenou sondou a pak měření termoregulačních reakcí; protokol, který je u lidí jednoznačně nepřijatelný.

Hlavní výzkumník současné aplikace (Dr. Morris) dříve provedl řadu studií poskytujících důkazy o existenci termoreceptorů v lidském břiše. Nedávné recenze týkající se lidské termoregulační kontroly skutečně aktualizovaly počet tepelně citlivých míst tak, aby zahrnovaly břicho.

V tomto návrhu studie se vědci domnívají, že identifikovali protokol, který by identifikoval další tepelně citlivé místo: lidský kosterní sval.

Metodu měření tepelné bilance u lidí lze vyjádřit pomocí následující rovnice:

M ± W = K ± C ± R + E

Kde M je metabolický energetický výdej, W je množství energie vyměněné s prostředím prostřednictvím mechanické práce, K je vedení, C je konvekce, R je záření a E je vypařování. Zde, pokud M ± W překročí K ± C ± R + E, dojde k akumulaci tepla v těle a teploty jádra se zvýší. Naopak, pokud K ± C ± R + E překročí M ± W, dojde k čistým tepelným ztrátám z těla a teploty jádra se sníží. Nicméně, protože lidé jsou homeotherms, tělo se bude typicky regulovat samo tak, že obě strany rovnice jsou stejné. Při tepelném stresu se to děje především zvýšeným pocením, které zvyšuje tepelné ztráty odpařováním.

Z výše uvedeného by to znamenalo, že pokud je vnější práce manipulována, zatímco metabolický energetický výdej je udržován konstantní, je nutná proporcionální, inverzní změna na straně tepelných ztrát rovnice (především prostřednictvím vypařování). Jedním ze způsobů, jak manipulovat s externí prací, je běh v různých sklonech a poklesech, protože množství externí práce vykonané během běhu lze vypočítat jako vertikální posunutí jednotlivce vynásobené jeho hmotností a zrychlením způsobeným gravitací.

Tento typ studijního protokolu byl použit pouze dvakrát: v obou případech v 60. letech 20. století a oba s použitím pouze tří mužských účastníků. V první studii bylo pozorováno, že při běhu do kopce ve srovnání s rovinou byla ztráta tepla vypařováním nižší (v důsledku sníženého pocení) o přesné množství energie, jak bylo vypočteno ve srovnání s tím, kolik bylo ztraceno pro životní prostředí externí prací (jak by bylo předpovězeno). Pozoruhodné však bylo, že teplota jádra a kůže – dvě rozpoznané tepelně citlivé oblasti u lidí – byly v obou studiích podobné. Podobně ve druhé studii, při běhu do kopce ve srovnání s rovinou, se ztráta tepla odpařováním snížila (v důsledku sníženého pocení) úměrně množství tepla ztraceného vnější prací při běhu do kopce. Také při běhu z kopce ve srovnání s během do kopce se ztráty tepla odpařováním zvýšily (v důsledku zvýšeného pocení) úměrně množství tepla, které bylo získáno z prostředí při běhu z kopce. Teplota jádra a kůže byly opět podobné ve všech třech studiích.

Změna ve ztrátě tepla odpařováním (v důsledku změn pocení) v kombinaci s nedostatečným rozdílem v teplotě jádra a kůže v obou studiích naznačuje existenci termoreceptorů v jiné tělesné poloze než jádro a kůže. Nejpravděpodobnější oblastí jsou svaly nohy, jak poznamenal autor ve druhé studii. Důvod k tomu lze vysvětlit následovně:

Představte si jízdu na kole. Energie potřebná k tomu, aby se člověk pohyboval, se vyrábí v těle, ale energie ke zpomalení člověka se vyrábí aktivací brzd, což způsobuje tření mezi brzdami a pneumatikami a pneumatikami a vozovkou. Pokud by se člověk po použití brzd dotkl svých brzd a pneumatik, byly by pneumatiky i brzdy horké v důsledku tření použitého ke zpomalení osoby. Lidé nemají vnější brzdy jako jízdní kola, ale místo toho se spoléhají na nohy, aby zrychlovaly i brzdily. Vzhledem k tomu, že je třeba vykonat více práce k překonání gravitace při jízdě do kopce ve srovnání s jízdou po rovině, horizontální složka (tj. horizontální rychlost běhu) bude pomalejší při běhu s ekvivalentním metabolickým výdejem energie. Naopak při běhu z kopce ve srovnání s rovinou tělu „pomáhá“ gravitace, a proto k udržení ekvivalentního energetického výdeje potřebuje člověk běžet rychleji. V souladu s tím dochází k většímu brzdnému účinku v nohách při běhu z kopce, což má za následek více třecí brzdění a tím více tepla uloženého lokálně ve svalu. To však ještě musí být empiricky potvrzeno.

Důležité je, že dvě dříve provedené studie, ve kterých byla manipulována externí práce, zatímco metabolický energetický výdej byl udržován konstantní, zahrnovaly výhradně mužské účastníky. Zdá se, že ženy (alespoň při testování během časných až středních folikulárních fází menstruačního cyklu) mají nižší teplotu jádra a pokožky na konci cvičení, ale vyšší teplotu aktivního/neaktivního kosterního svalstva ve srovnání s muži po cvičení. Navíc jsou mechanismy pro ztrátu tepla odpařováním celého těla u žen ve srovnání s muži oslabeny v důsledku nižšího výkonu potních žláz a rychlosti pocení. Tento efekt rozdílu mezi pohlavími se zdá být větší u trénované vytrvalostní populace oproti netrénované populaci. Jako takové je pravděpodobné, že v situacích, které vyžadují větší ztráty tepla odpařováním, aby se přizpůsobily většímu množství tepla uloženého lokálně v kosterním svalu (tj. při běhu z kopce), budou ženy vykazovat větší nárůst teploty svalů ve srovnání s běháním na rovině kvůli neschopnosti. zvýšit rychlost pocení nad určitou hranici.

Pokud se tedy hypotézy této studie prokážou jako správné, výsledky této studie by prokázaly, že lidé mají termoreceptory sídlící v jiných částech těla, než je jádro a kůže, které mohou ovlivnit reakce na tepelné ztráty celého těla. Kromě poskytnutí základních znalostí o tom, jak lidské tělo termoreguluje, mohou tyto výsledky ovlivnit platné zásady týkající se protokolů zahřívání a ochlazování celého těla používaných v nouzových, atletických a chirurgických scénářích. Kromě toho, vzhledem k omezenému množství termoregulačního výzkumu, který zahrnoval ženy, by úspěšné dokončení této studie mohlo ovlivnit pohlavně specifické praktiky tepelné bezpečnosti.

Sekundární cíl: Zjistit, zda teplota svalů ovlivňuje prokrvení svalů a následně hypotenzi po cvičení.

Kromě zodpovězení otázek týkajících se termoregulační kontroly může být schopnost současného návrhu studie nezávisle měnit teplotu svalů od teploty kůže a jádra použita k zodpovězení otázky týkající se vlivu místní teploty svalů na průtok krve. Zvýšená teplota svalů byla spojena se změnami v kardiovaskulární kontrole a větší vazodilatací po cvičení v dříve aktivním svalu. Sval je však typicky zahříván externě, což současně mění teplotu kůže, což má také velký vliv na místní a kožní prokrvení. V souladu s tím nám předkládaná metodologie umožní měnit teplotu svalů a zároveň udržovat konzistentní teplotu jádra a kůže mezi jednotlivými zkouškami, což nám umožní studovat nezávislý vliv teploty svalů na průtok krve svalem. Navíc se vyšetřovatelé domnívají, že to bude první pokus porovnat účinky svalové teploty zprostředkované rozdíly v krevním průtoku svalů mezi muži a ženami.

Terciární cíl: Běh z kopce, podobného trvání a intenzity jako navrhovaný sjezd v této studii (tj. 60 % maximálního příjmu kyslíku [VO2max], při poklesu o -10 % po dobu 60 minut), se pravidelně používá ke studiu poškození svalů způsobeného cvičením. Konkrétně předchozí studie zaměstnávaly muže, kteří běželi 40 minut při 70% VO2max při poklesu o -10%, 30 minut při 70% VO2max při poklesu -15%, 60 minut při 65% VO2max při poklesu -10%, 60 min. při 65% VO2max při -10% poklesu a ženy běžící 60 minut při 75% VO2max při -10% poklesu. Je třeba poznamenat, že ačkoliv poškození svalů způsobené sjezdem bylo studováno u mužů a žen, bylo v rámci studie provedeno pouze jedno srovnání pohlaví. V této studii, kde účastníci běželi po dobu 30 minut při 70 % svého VO2max na -15% sklonu, bylo pozorováno, že mužští účastníci měli vyšší markery poškození svalů způsobeného cvičením ve srovnání se skupinou žen 24 hodin po cvičení. . Je také třeba poznamenat, že dosud žádné studie nezkoumaly interakce mezi pohlavím a sklonem (tj. downhill vs flatland vs uphill) na poškození svalů. Vyšetřovatelé proto hodlají provést měření svalového poškození, protože vyšetřovatelé provádějí tyto pokusy s nakloněním.