Lihasten ja kehon lämpötilavasteet ylä- ja alamäkeen juoksemisen aikana

Ensisijainen tavoite: Muuttaa lihasten lämpötilaa ytimen ja ihon lämpötilasta riippumatta, tutkia lämpötilaherkkien hermosolujen olemassaoloa ihmisen lihaskudoksessa.

Lämpösäätelyn säätelyn eläinmalleissa on tunnistettu useita lämpöaistin lokuksia, mukaan lukien lihaksessa, ihon ja vatsan suonissa, selkärangassa, ylähengitystietissä, vatsan seinämässä, ruokatorven alaosassa, mahassa ja ohutsuolessa. Toisin kuin näissä eläinmalleissa, lämpösäätelyn säätelyn ihmismalleissa otetaan tyypillisesti huomioon vain aivoista tulevat lämpösyötteet (yleensä ilmaistuna "ytimen" lämpötilana, ja välimittaukset tehdään ruokatorvessa, peräsuolessa, suolessa tai kuulokanavassa). sekä iholta tulevat lisäsyötteet, jotka muuttavat keskusaivojen signalointia.

Rajoitettu määrä tunnistettuja lämpöherkkiä paikkoja ihmisissä ei todennäköisesti johdu todella pienestä määrästä lämpöherkkiä lokuksia, vaan pikemminkin näiden paikkojen testaamisen vaikeuksista ihmisillä. Tyypillinen malli lämpöherkkien paikkojen tunnistamiseksi eläimissä onkin rauhoitella ne, avata ne kirurgisesti, stimuloida kiinnostavaa aluetta kuumalla tai kylmällä anturilla ja sitten mitata lämmönsäätelyvasteita; protokolla, jota ei selvästikään voida hyväksyä ihmisillä.

Nykyisen sovelluksen päätutkija (Dr. Morris) suoritti aiemmin sarjan tutkimuksia, jotka antoivat todisteita lämpöreseptoreiden olemassaolosta ihmisen vatsassa. Viimeaikaiset ihmisen lämmönsäätelyn hallintaa koskevat katsaukset ovatkin päivittäneet lämpöherkkien kohtien määrää vatsan mukaan.

Tässä tutkimusehdotuksessa tutkijat uskovat tunnistaneensa protokollan, joka tunnistaisi toisen lämpöherkän paikan: ihmisen luurankolihaksen.

Ihmisten lämpötasapainon mittausmenetelmä voidaan ilmaista käyttämällä seuraavaa yhtälöä:

M ± W = K ± C ± R + E

Missä M on aineenvaihdunnan energiankulutus, W on ympäristön kanssa mekaanisen työn kautta vaihdetun energian määrä, K on johtuminen, C on konvektio, R on säteily ja E on haihtuminen. Tässä, jos M ± W ylittää K ± C ± R + E, kehossa tapahtuu lämmön varastoitumista ja ydinlämpötilat nousevat. Kääntäen, jos K ± C ± R + E ylittää arvon M ± W, kehosta tulee nettolämpöhäviö ja ydinlämpötilat laskevat. Koska ihmiset ovat kuitenkin homeotermejä, keho tyypillisesti säätelee itseään siten, että yhtälön molemmat puolet ovat samanarvoisia. Lämpöstressissä tämä tapahtuu ensisijaisesti lisääntyneen hikoilun kautta, mikä lisää haihtuvaa lämpöhäviötä.

Edellä esitetyn perusteella tämä viittaa siihen, että jos ulkoista työtä manipuloidaan samalla, kun aineenvaihdunnan energiankulutus pidetään vakiona, yhtälön lämpöhäviöpuolella (ensisijaisesti haihtumisen kautta) tarvitaan suhteellinen, käänteinen muutos. Yksi tapa manipuloida ulkoista työtä on juoksemalla eri kaltevilla ja laskuilla, sillä juoksemisen aikana suoritettavan ulkoisen työn määrä voidaan laskea yksilön pystysuuntaisena siirtymänä kerrottuna sen massalla ja painovoiman aiheuttamalla kiihtyvyydellä.

Tämäntyyppistä tutkimusprotokollaa on käytetty vain kahdesti: molemmilla kerroilla 1960-luvulla ja molemmissa vain kolme miespuolista osallistujaa. Ensimmäisessä tutkimuksessa havaittiin, että ylämäkeen juostaessa tasanteeseen verrattuna haihtumislämpöhäviö oli pienempi (vähentyneen hikoilun vuoksi) tarkan energiamäärän verran laskettuna kuinka paljon ympäristöön hävisi ulkoisen työn kautta (kuten olisi ennustettu). Huomionarvoista oli kuitenkin, että sydämen ja ihon lämpötila - kaksi tunnistettua lämpöherkkää aluetta ihmisillä - olivat samanlaiset molemmissa kokeissa. Vastaavasti toisessa tutkimuksessa, kun juoksu ylämäkeen verrattuna tasanteeseen, haihtumislämpöhäviö väheni (johtuen vähentyneestä hikoilusta) suhteessa ylämäkeen juoksemisesta ulkoiseen työhön menetettyyn lämpömäärään. Myös alamäkeen juostessa ylämäkeen juoksemiseen verrattuna haihdutuslämpöhäviö kasvoi (lisääntyneen hikoilun vuoksi) suhteessa siihen lämpömäärään, jonka alamäkeen juoksemisesta saatiin ympäristöstä. Jälleen ydin- ja ihon lämpötila olivat samanlaiset kaikissa kolmessa kokeessa.

Muutos haihtumislämpöhäviössä (johtuen muutoksista hikoilussa) yhdistettynä ytimen ja ihon lämpötilaerojen puuttumiseen molemmissa tutkimuksissa viittaa lämpöreseptoreiden olemassaoloon muualla kuin ytimessä ja ihossa. Todennäköisin alue on jalan lihakset, kuten kirjoittaja totesi toisessa tutkimuksessa. Syy tähän voidaan selittää seuraavasti:

Kuvittele ajavasi polkupyörällä. Ihmisen liikkeelle saamiseen tarvittava energia tuotetaan kehossa, mutta ihmisen hidastamiseen tarvittava energia tuotetaan aktivoimalla hänen jarrujaan, mikä aiheuttaa kitkaa jarrujen ja renkaiden sekä renkaiden ja tien välillä. Jos henkilö koskettaisi jarrujaan ja renkaitaan jarrutuksen jälkeen, sekä renkaat että jarrut tuntuisivat kuumilta henkilön hidastamiseen käytetyn kitkan vuoksi. Ihmisillä ei ole ulkoisia jarruja, kuten polkupyörillä, vaan sen sijaan he luottavat jalkoihinsa sekä kiihdyttämisessä että jarrutuksessa. Koska painovoiman voittamiseksi on tehtävä enemmän työtä ylämäkeen mentäessä verrattuna tasaiseen juoksuun, vaakakomponentti (ts. vaakasuuntainen juoksunopeus) on hitaampi, kun juostaan ​​vastaavalla aineenvaihdunnan energiankulutuksella. Päinvastoin, alamäkeen juostessa tasanteeseen verrattuna painovoima "auttaa" kehoa, ja siksi ihmisen täytyy juosta nopeammin ylläpitääkseen vastaavan energiankulutuksen. Näin ollen jaloissa tapahtuu enemmän jarrutustoimintoja alamäkeen juostessa, mikä johtaa enemmän kitkajarrutukseen ja siten enemmän paikallisesti lihakseen varastoituun lämpöön. Tätä ei kuitenkaan ole vielä vahvistettu empiirisesti.

Tärkeää on, että kahdessa aiemmin tehdyssä tutkimuksessa, joissa ulkoista työtä manipuloitiin samalla kun aineenvaihdunnan energiankulutus pidettiin vakiona, osallistui yksinomaan miehiin. Naisilla (ainakin kuukautiskierron alku- ja puolivälissä follikulaaristen vaiheiden aikana testattuina) näyttää olevan alhaisempi harjoituksen lopussa oleva ydin- ja ihon lämpötila, mutta korkeampi aktiivisten/inaktiivisten luurankolihasten lämpötila verrattuna miehiin harjoituksen jälkeen. Lisäksi koko kehon haihtuvan lämmönhukan mekanismit heikkenevät naisilla miehiin verrattuna johtuen alhaisemmasta hikirauhasten erityksestä ja hikoilunopeudesta. Tämä sukupuolierovaikutus näyttää lisääntyvän kestävyysharjoitteluun saaneissa verrattuna harjoittamattomiin populaatioihin. Sellaisenaan on todennäköistä, että tilanteissa, joissa vaaditaan suurempaa haihtumislämpöhäviötä, jotta luurankolihakseen paikallisesti varastoituu enemmän lämpöä (eli alamäkeen juokseminen), naaraiden lihasten lämpötila nousee enemmän tasankojuoksuun verrattuna kyvyttömyyden vuoksi. lisätä hikoilunopeutta tietyn kynnyksen yli.

Siksi, jos tämän tutkimuksen hypoteesit osoittautuvat oikeiksi, tämän tutkimuksen tulokset osoittaisivat, että ihmisillä on lämpöreseptoreita, jotka sijaitsevat muilla kehon alueilla kuin ytimessä ja ihossa, jotka voivat vaikuttaa koko kehon lämpöhäviövasteisiin. Sen lisäksi, että nämä tulokset tarjoavat perustavanlaatuista tietoa siitä, miten ihmiskeho säätelee lämpöä, ne voivat vaikuttaa olemassa oleviin käytäntöihin, jotka koskevat koko kehon lämmitys- ja jäähdytysprotokollia, joita käytetään hätätilanteissa, urheilullisissa ja kirurgisissa skenaarioissa. Lisäksi ottaen huomioon naisten rajallinen määrä lämmönsäätelytutkimusta, tämän tutkimuksen onnistunut loppuun saattaminen voi vaikuttaa sukupuolikohtaisiin lämpöturvallisuuskäytäntöihin.

Toissijainen tavoite: Tutkia, vaikuttaako lihasten lämpötila lihasten verenkiertoon ja näin ollen harjoituksen jälkeiseen hypotensioon.

Lämmönsäätelyä koskeviin kysymyksiin vastaamisen lisäksi esillä olevan tutkimussuunnitelman kykyä muuttaa itsenäisesti lihaslämpötilaa ihon ja sydämen lämpötilasta voidaan käyttää vastaamaan kysymykseen paikallisen lihaslämpötilan vaikutuksesta verenkiertoon. Kohonnut lihaksen lämpötila on liitetty muutoksiin sydän- ja verisuonijärjestelmän hallinnassa ja voimakkaampaan rasituksen jälkeiseen vasodilataatioon aiemmin aktiivisessa lihaksessa. Tyypillisesti lihaksia kuitenkin lämmitetään ulkoisesti, mikä samalla muuttaa ihon lämpötilaa, millä on myös suuria vaikutuksia paikalliseen ja ihon verenkiertoon. Vastaavasti nykyinen menetelmä antaa meille mahdollisuuden muuttaa lihasten lämpötilaa pitäen samalla sydämen ja ihon lämpötila yhtenäisenä kokeiden välillä, jolloin voimme tutkia lihasten lämpötilan riippumatonta vaikutusta lihasten verenkiertoon. Lisäksi tutkijat uskovat, että tämä on ensimmäinen yritys verrata lihasten lämpötilavälitteisten erojen vaikutuksia lihasten verenkiertoon miesten ja naisten välillä.

Kolmannen asteen tavoite: Alamäkeen juoksu, jonka kesto ja intensiteetti on samanlainen kuin tässä tutkimuksessa ehdotettu alamäkikoe (ts. 60 % maksimaalisesta hapenottokyvystä [VO2max], -10 % laskussa, 60 minuutin ajan), käytetään säännöllisesti harjoituksen aiheuttamien lihasvaurioiden tutkimiseen. Erityisesti aikaisemmat tutkimukset ovat käyttäneet miehiä juoksemassa 40 minuuttia 70 % VO2max:lla -10 % laskulla, 30 minuuttia 70 % VO2max:lla -15 % laskulla, 60 minuuttia 65 % VO2maxilla -10 % laskulla, 60 minuuttia 65 % VO2max -arvolla -10 %:n laskulla, ja naiset juoksevat 60 minuuttia 75 %:lla VO2max -10 %:lla. Erityisen huomionarvoista on, että vaikka alamäkeen juoksun aiheuttamia lihasvaurioita on tutkittu miehillä ja naisilla, tutkimuksen sisällä on tehty vain yksi sukupuolivertailu. Tässä tutkimuksessa, jossa osallistujat juoksivat 30 minuuttia 70 %:lla VO2max-arvostaan ​​-15 %:n kaltevuuskulmassa, havaittiin, että miehillä oli korkeammat harjoituksen aiheuttamat lihasvauriot 24 tuntia harjoituksen jälkeen kuin naisilla. . On myös huomattava, että tähän mennessä ei ole tutkittu sukupuolen ja taipumusten välisiä vuorovaikutuksia (esim. alamäkeen vs tasainen vs ylämäkeen) lihasvaurioissa. Siksi tutkijat aikovat ryhtyä toimenpiteisiin lihasvaurioiden varalta, koska tutkijat suorittavat joka tapauksessa näitä kaltevia juoksukokeita.