Muskel- und Körpertemperaturreaktionen beim Bergauf- und Bergablaufen

Primäres Ziel: Die Muskeltemperatur unabhängig von Kern- und Hauttemperatur zu verändern, um die Existenz von temperaturempfindlichen Nervenzellen im menschlichen Muskelgewebe zu untersuchen.

In Tiermodellen der thermoregulatorischen Kontrolle wurden mehrere Orte der thermischen Empfindung identifiziert, einschließlich im Muskel, in den Venen in der Haut und im Bauch, der Wirbelsäule, den oberen Atemwegen, der Bauchwand, der unteren Speiseröhre, dem Magen und dem Dünndarm. Im Gegensatz zu diesen Tiermodellen werden in menschlichen Modellen der thermoregulatorischen Kontrolle typischerweise nur thermische Eingaben aus dem Gehirn (normalerweise als "Kern" -Temperatur dargestellt, wobei Proxy-Messungen an der Speiseröhre, dem Rektum, dem Darm oder dem Gehörgang vorgenommen werden) berücksichtigt. zusammen mit weiteren Eingaben von der Haut, die die zentrale Gehirnsignalisierung modifizieren.

Die begrenzte Anzahl anerkannter thermisch empfindlicher Orte beim Menschen ist wahrscheinlich nicht auf eine wirklich kleine Anzahl thermisch empfindlicher Orte zurückzuführen, sondern vielmehr auf die Schwierigkeit, diese Orte beim Menschen zu testen. Tatsächlich besteht das typische Modell zur Identifizierung thermisch empfindlicher Stellen bei Tieren darin, sie zu sedieren, chirurgisch zu öffnen, den interessierenden Bereich mit einer heißen oder kalten Sonde zu stimulieren und dann die thermoregulatorischen Reaktionen zu messen; ein Protokoll, das beim Menschen eindeutig nicht akzeptabel ist.

Unterstützend für die Idee, dass das Fehlen anerkannter thermisch empfindlicher Stellen eher auf Testbeschränkungen als auf das tatsächliche Nichtvorhandensein physischer Stellen zurückzuführen ist, hat der Hauptforscher des aktuellen Antrags (Dr. Morris) führte zuvor eine Reihe von Studien durch, die Beweise für die Existenz von Thermorezeptoren im menschlichen Unterleib lieferten. In der Tat haben neuere Übersichten über die menschliche Thermoregulationskontrolle die Anzahl der thermisch empfindlichen Stellen aktualisiert, um den Bauch einzuschließen.

In dem vorliegenden Studienvorschlag glauben die Forscher, ein Protokoll identifiziert zu haben, das einen anderen thermisch empfindlichen Ort identifizieren würde: den menschlichen Skelettmuskel.

Das Verfahren zur Messung des Wärmehaushalts beim Menschen kann mit der folgenden Gleichung ausgedrückt werden:

M ± W = K ± C ± R + E

Wobei M der metabolische Energieverbrauch ist, W die Energiemenge ist, die durch mechanische Arbeit mit der Umgebung ausgetauscht wird, K die Leitung ist, C die Konvektion ist, R die Strahlung ist und E die Verdunstung ist. Wenn hier M ± W K ± C ± R + E übersteigt, kommt es zu einer Wärmespeicherung im Körper und die Kerntemperaturen steigen. Umgekehrt, wenn K ± C ± R + E M ± W übersteigt, gibt es einen Nettowärmeverlust vom Körper und die Kerntemperaturen sinken. Da Menschen jedoch Homöotherme sind, reguliert sich der Körper normalerweise selbst, so dass beide Seiten der Gleichung gleich sind. Bei Hitzestress geschieht dies vor allem durch vermehrtes Schwitzen, das den Wärmeverlust durch Verdunstung erhöht.

Aus dem Obigen würde dies darauf hinweisen, dass, wenn die externe Arbeit manipuliert wird, während der metabolische Energieverbrauch konstant gehalten wird, eine proportionale, umgekehrte Änderung auf der Wärmeverlustseite der Gleichung (hauptsächlich durch Verdunstung) erforderlich ist. Eine Möglichkeit, externe Arbeit zu manipulieren, besteht darin, mit unterschiedlichen Steigungen und Gefällen zu laufen, da die Menge der während des Laufens geleisteten externen Arbeit als vertikale Verschiebung des Individuums multipliziert mit seiner Masse und Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft berechnet werden kann.

Diese Art von Studienprotokoll wurde nur zweimal angewendet: beide Male in den 1960er Jahren und beide mit nur drei männlichen Teilnehmern. In der ersten Studie wurde beobachtet, dass beim Bergauflaufen im Vergleich zum Flachland der Verdunstungswärmeverlust (aufgrund des geringeren Schwitzens) um die exakte Energiemenge geringer war, die berechnet wurde, um wie viel Energie durch externe Arbeit an die Umwelt verloren ging (wie es sein würde vorhergesagt). Bemerkenswert war jedoch, dass Kern- und Hauttemperatur – die beiden anerkannten thermisch empfindlichen Bereiche beim Menschen – in beiden Studien ähnlich waren. In ähnlicher Weise verringerte sich in der zweiten Studie beim Bergauflaufen im Vergleich zum Flachland der Verdunstungswärmeverlust (als Folge des verringerten Schwitzens) proportional zur Menge an Wärme, die durch externe Arbeit beim Bergauflaufen verloren geht. Außerdem stieg beim Bergablaufen im Vergleich zum Bergauflaufen der Verdunstungswärmeverlust (aufgrund des erhöhten Schwitzens) proportional zur Wärmemenge, die beim Bergablaufen aus der Umgebung gewonnen wurde. Auch hier waren Kern- und Hauttemperatur in allen drei Versuchen ähnlich.

Die Veränderung des Verdunstungswärmeverlusts (als Folge von Veränderungen beim Schwitzen) in Kombination mit dem Fehlen eines Unterschieds in der Kern- und Hauttemperatur in beiden Studien legt die Existenz von Thermorezeptoren an einer anderen Körperstelle als dem Kern und der Haut nahe. Der wahrscheinlichste Bereich sind die Beinmuskeln, wie vom Autor in der zweiten Studie festgestellt wurde. Der Grund dafür lässt sich entsprechend erklären:

Stellen Sie sich vor, Sie fahren Fahrrad. Die Energie, die benötigt wird, um eine Person in Bewegung zu bringen, wird im Körper erzeugt, die Energie, um eine Person zu verlangsamen, wird jedoch durch Aktivieren ihrer Bremsen erzeugt, was Reibung zwischen den Bremsen und ihren Reifen und den Reifen und der Straße verursacht. Wenn eine Person ihre Bremsen und Reifen berühren würde, nachdem sie die Bremsen betätigt hat, würden sich sowohl Reifen als auch Bremsen aufgrund der Reibung, die verwendet wird, um die Person zu verlangsamen, heiß anfühlen. Menschen haben keine externen Bremsen wie Fahrräder, sondern verlassen sich beim Beschleunigen und Bremsen auf ihre Beine. Da beim Bergauflaufen mehr Arbeit geleistet werden muss, um die Schwerkraft zu überwinden, als beim Laufen im Flachland, ist die horizontale Komponente (d. h. horizontale Laufgeschwindigkeit) wird langsamer sein, wenn mit einem äquivalenten metabolischen Energieverbrauch gelaufen wird. Umgekehrt wird dem Körper beim Bergablaufen im Vergleich zum Flachland die Schwerkraft "unterstützt", und daher muss die Person schneller laufen, um einen gleichwertigen Energieverbrauch aufrechtzuerhalten. Dementsprechend treten beim Bergablaufen mehr Bremsaktionen in den Beinen auf, was zu mehr Reibungsbremsen und damit zu mehr lokal im Muskel gespeicherter Wärme führt. Dies muss jedoch empirisch noch bestätigt werden.

Wichtig ist, dass die beiden zuvor durchgeführten Studien, in denen externe Arbeit manipuliert wurde, während der metabolische Energieverbrauch konstant gehalten wurde, ausschließlich männliche Teilnehmer umfassten. Frauen (zumindest bei Tests während der frühen bis mittleren Follikelphasen des Menstruationszyklus) scheinen am Ende des Trainings niedrigere Kern- und Hauttemperaturen, aber höhere aktive/inaktive Skelettmuskeltemperaturen zu haben, verglichen mit Männern nach dem Training. Darüber hinaus sind die Mechanismen für den Wärmeverlust durch Verdunstung des gesamten Körpers bei Frauen im Vergleich zu Männern aufgrund einer geringeren Schweißdrüsenleistung und Schweißrate gedämpft. Dieser geschlechtsspezifische Effekt scheint bei ausdauertrainierten gegenüber untrainierten Populationen größer zu werden. Daher ist es plausibel, dass Frauen in Situationen, in denen ein größerer Wärmeverlust durch Verdunstung erforderlich ist, um mehr lokal in der Skelettmuskulatur gespeicherte Wärme aufzunehmen (z. B. beim Bergablaufen), aufgrund einer Unfähigkeit einen stärkeren Anstieg der Muskeltemperatur im Vergleich zum Laufen im Flachland aufweisen um die Schweißrate über einen bestimmten Schwellenwert hinaus zu erhöhen.

Wenn sich die Hypothesen dieser Studie als richtig erweisen, würden die Ergebnisse dieser Studie daher zeigen, dass Menschen Thermorezeptoren in anderen Körperbereichen als Kern und Haut haben, die die Reaktionen des ganzen Körpers auf Wärmeverlust beeinflussen können. Diese Ergebnisse liefern nicht nur grundlegendes Wissen darüber, wie der menschliche Körper thermoreguliert, sondern könnten sich auch auf die geltenden Richtlinien in Bezug auf Ganzkörper-Erwärmungs- und Kühlprotokolle auswirken, die in Notfall-, Sport- und chirurgischen Szenarien verwendet werden. Darüber hinaus könnte der erfolgreiche Abschluss dieser Studie angesichts der begrenzten Menge an Thermoregulationsforschung, an der Frauen beteiligt waren, geschlechtsspezifische Praktiken für die thermische Sicherheit beeinflussen.

Sekundäres Ziel: Untersuchen, ob die Muskeltemperatur den Muskeldurchblutungsfluss und folglich die Hypotonie nach dem Training beeinflusst.

Zusätzlich zur Beantwortung von Fragen zur Thermoregulationskontrolle kann die Fähigkeit des vorliegenden Studiendesigns, die Muskeltemperatur unabhängig von der Haut- und Kerntemperatur zu verändern, zur Beantwortung von Fragen zur Wirkung der lokalen Muskeltemperatur auf den Blutfluss verwendet werden. Eine erhöhte Muskeltemperatur wurde mit Veränderungen der kardiovaskulären Kontrolle und einer stärkeren Vasodilatation nach dem Training im zuvor aktiven Muskel in Verbindung gebracht. Muskeln werden jedoch typischerweise von außen erwärmt, was gleichzeitig die Hauttemperatur verändert, was auch große Auswirkungen auf die lokale Durchblutung und die Durchblutung der Haut hat. Dementsprechend wird es uns die vorliegende Methodik ermöglichen, die Muskeltemperatur zu ändern, während die Kern- und Hauttemperatur zwischen den Versuchen konstant gehalten wird, was es uns ermöglicht, die unabhängige Wirkung der Muskeltemperatur auf die Muskeldurchblutung zu untersuchen. Darüber hinaus glauben die Forscher, dass dies der erste Versuch sein wird, die Auswirkungen von Muskeltemperatur-vermittelten Unterschieden in der Muskeldurchblutung zwischen Männern und Frauen zu vergleichen.

Tertiäres Ziel: Bergab-Laufen mit ähnlicher Dauer und Intensität wie der in dieser Studie vorgeschlagene Bergab-Versuch (d. h. 60 % der maximalen Sauerstoffaufnahme [VO2max], bei einem Abfall von -10 % für 60 min) wird regelmäßig verwendet, um belastungsinduzierte Muskelschäden zu untersuchen. Insbesondere haben frühere Studien Männer eingesetzt, die 40 min bei 70 % VO2max bei einer Abnahme von -10 %, 30 min bei 70 % VO2max bei einer Abnahme von -15 %, 60 min bei 65 % VO2max bei einer Abnahme von -10 %, 60 min bei 65 % VO2max bei einer Abnahme um -10 % und Frauen, die 60 Minuten bei 75 % VO2max bei einer Abnahme um -10 % laufen. Besonders anzumerken ist, dass, obwohl Bergablauf-induzierte Muskelschäden bei Männern und Frauen untersucht wurden, nur ein Geschlechtsvergleich innerhalb der Studie durchgeführt wurde. In dieser Studie, in der die Teilnehmer 30 Minuten lang bei 70 % ihrer VO2max auf einer Steigung von -15 % liefen, wurde beobachtet, dass die männlichen Teilnehmer 24 Stunden nach dem Training im Vergleich zur weiblichen Gruppe höhere Marker für trainingsinduzierte Muskelschäden aufwiesen . Bemerkenswert ist auch, dass sich bisher keine Studien mit den Wechselwirkungen zwischen Geschlecht und Neigung (d.h. bergab vs. flachland vs. bergauf) auf Muskelschäden. Daher beabsichtigen die Ermittler, Muskelschäden zu messen, da die Ermittler diese Steigungslaufversuche ohnehin durchführen.