Risposte muscolari e della temperatura corporea durante la corsa in salita e in discesa

Obiettivo primario: alterare la temperatura muscolare indipendentemente dalla temperatura interna e cutanea, per indagare l'esistenza di cellule nervose sensibili alla temperatura nel tessuto muscolare umano.

Nei modelli animali di controllo della termoregolazione, sono stati identificati più loci di sensazione termica, inclusi muscoli, vene della pelle e dell'addome, colonna vertebrale, vie aeree superiori, parete addominale, esofago inferiore, stomaco e intestino tenue. Contrariamente a questi modelli animali, nei modelli umani di controllo della termoregolazione, in genere, vengono considerati solo gli input termici dal cervello (solitamente rappresentati come temperatura "core", con misure proxy prese a livello dell'esofago, del retto, dell'intestino o del canale uditivo), insieme a ulteriori input dalla pelle che modificano la segnalazione cerebrale centrale.

Il numero limitato di posizioni termicamente sensibili riconosciute negli esseri umani non è probabilmente dovuto a un numero veramente piccolo di loci termicamente sensibili, ma piuttosto alla difficoltà di testare queste posizioni negli esseri umani. In effetti, il modello tipico per identificare le posizioni termicamente sensibili negli animali consiste nel sedarli, aprirli chirurgicamente, stimolare l'area di interesse con una sonda calda o fredda e quindi misurare le risposte termoregolatrici; un protocollo che è chiaramente inaccettabile negli esseri umani.

Sostenendo l'idea che la mancanza di luoghi termicamente sensibili riconosciuti sia dovuta a limiti di test, piuttosto che a un'effettiva inesistenza di luoghi fisici, il principale ricercatore dell'attuale applicazione (Dr. Morris) ha condotto in precedenza una serie di studi fornendo prove dell'esistenza di termorecettori nell'addome umano. In effetti, recenti revisioni riguardanti il ​​controllo della termoregolazione umana hanno aggiornato il numero di siti termicamente sensibili per includere l'addome.

Nella presente proposta di studio, i ricercatori ritengono di aver identificato un protocollo che identificherebbe un'altra posizione termicamente sensibile: il muscolo scheletrico umano.

Il metodo per misurare il bilancio termico negli esseri umani può essere espresso utilizzando la seguente equazione:

M ± W = K ± C ± R + E

Dove M è il dispendio energetico metabolico, W è la quantità di energia scambiata con l'ambiente attraverso il lavoro meccanico, K è la conduzione, C è la convezione, R è la radiazione ed E è l'evaporazione. Qui, se M ± W supera K ± C ± R + E, ci sarà un accumulo di calore nel corpo e le temperature interne aumenteranno. Al contrario, se K ± C ± R + E supera M ± W, ci sarà una perdita netta di calore dal corpo e le temperature interne diminuiranno. Tuttavia, poiché gli esseri umani sono omeotermi, il corpo si regolerà tipicamente in modo che entrambi i lati dell'equazione siano uguali. Con lo stress da calore, ciò avviene principalmente attraverso un aumento della sudorazione che aumenta la perdita di calore per evaporazione.

Da quanto sopra, ciò indicherebbe che se il lavoro esterno viene manipolato mentre il dispendio energetico metabolico viene mantenuto costante, è necessaria una variazione proporzionale e inversa sul lato della perdita di calore dell'equazione (principalmente attraverso l'evaporazione). Un modo per manipolare il lavoro esterno è correre su diverse pendenze e discese, poiché la quantità di lavoro esterno svolto durante la corsa può essere calcolata come lo spostamento verticale dell'individuo, moltiplicato per la sua massa e accelerazione dovuta alla gravità.

Questo tipo di protocollo di studio è stato impiegato solo due volte: entrambe le volte negli anni '60 ed entrambe utilizzando solo tre partecipanti maschi. Nel primo studio, è stato osservato che durante la corsa in salita rispetto alla pianura, la perdita di calore per evaporazione era inferiore (a causa della ridotta sudorazione) dell'esatta quantità di energia calcolata rispetto a quanta ne veniva persa nell'ambiente attraverso il lavoro esterno (come sarebbe previsto). Degno di nota, tuttavia, è stato che la temperatura interna e quella cutanea - le due aree termicamente sensibili riconosciute negli esseri umani - erano simili tra i due studi. Allo stesso modo, nel secondo studio, quando si corre in salita rispetto alla corsa in pianura, la perdita di calore per evaporazione è diminuita (in conseguenza della diminuzione della sudorazione) in proporzione alla quantità di calore persa per il lavoro esterno dalla corsa in salita. Inoltre, durante la corsa in discesa rispetto alla corsa in salita, la perdita di calore per evaporazione è aumentata (a causa dell'aumento della sudorazione) in proporzione alla quantità di calore che è stata acquisita dall'ambiente dalla corsa in discesa. Ancora una volta, la temperatura interna e quella cutanea erano simili in tutte e tre le prove.

Il cambiamento nella perdita di calore per evaporazione (conseguente ai cambiamenti nella sudorazione) combinato con la mancanza di differenza nella temperatura interna e cutanea in entrambi gli studi suggerisce l'esistenza di termorecettori in una posizione corporea diversa dal nucleo e dalla pelle. L'area più probabile sono i muscoli della gamba, come è stato notato dall'autore nel secondo studio. La ragione di ciò può essere spiegata di conseguenza:

Immagina di andare in bicicletta. L'energia necessaria per far muovere una persona viene prodotta all'interno del corpo, tuttavia, l'energia per rallentare una persona viene prodotta attivando i freni, il che provoca attrito tra i freni e le gomme e le gomme e la strada. Se una persona dovesse toccare i freni e le gomme dopo aver applicato i freni, sia le gomme che i freni si sentirebbero caldi a causa dell'attrito utilizzato per rallentare la persona. Gli esseri umani non hanno freni esterni come le biciclette, ma si affidano invece alle gambe per accelerare e frenare. Poiché è necessario fare più lavoro per superare la gravità mentre si va in salita rispetto alla corsa in pianura, la componente orizzontale (cioè velocità di corsa orizzontale) sarà più lenta quando si corre con un dispendio energetico metabolico equivalente. Al contrario, nella corsa in discesa rispetto alla pianura, il corpo viene "aiutato" dalla gravità, e quindi, per mantenere un dispendio energetico equivalente, la persona ha bisogno di correre più veloce. Di conseguenza, si verificano più azioni frenanti nelle gambe durante la corsa in discesa, con conseguente maggiore frenata per attrito e quindi più calore immagazzinato localmente all'interno del muscolo. Ciò, tuttavia, deve ancora essere confermato empiricamente.

Di importanza, i due studi condotti in precedenza in cui il lavoro esterno è stato manipolato mentre il dispendio energetico metabolico è stato mantenuto costante includevano esclusivamente partecipanti di sesso maschile. Le donne (almeno quando testate durante le prime fasi follicolari del ciclo mestruale) sembrano avere una temperatura interna e della pelle più bassa alla fine dell'esercizio, ma una temperatura del muscolo scheletrico attivo/inattivo più alta, rispetto ai maschi dopo l'esercizio. Inoltre, i meccanismi per la perdita di calore per evaporazione di tutto il corpo sono attenuati nelle femmine rispetto ai maschi a causa di una minore produzione di ghiandole sudoripare e di una minore velocità di sudorazione. Questo effetto della differenza sessuale sembra aumentare nelle popolazioni allenate alla resistenza rispetto a quelle non allenate. Pertanto, è plausibile che in situazioni che richiedono una maggiore perdita di calore evaporativo per accogliere più calore immagazzinato localmente nel muscolo scheletrico (ad esempio, corsa in discesa), le donne dimostreranno un aumento maggiore della temperatura muscolare rispetto alla corsa in pianura a causa di un'incapacità aumentare il tasso di sudorazione oltre una certa soglia.

Pertanto, se le ipotesi di questo studio si dimostrassero corrette, i risultati di questo studio dimostrerebbero che gli esseri umani hanno termorecettori che risiedono in aree del corpo, diverse dal nucleo e dalla pelle, che possono influenzare le risposte di perdita di calore di tutto il corpo. Oltre a fornire conoscenze fondamentali su come il corpo umano termoregola, questi risultati potrebbero influenzare le politiche in atto relative ai protocolli di riscaldamento e raffreddamento di tutto il corpo utilizzati in scenari di emergenza, atletici e chirurgici. Inoltre, data la quantità limitata di ricerca sulla termoregolazione che ha incluso le donne, il completamento con successo di questo studio potrebbe influenzare le pratiche specifiche del sesso per la sicurezza termica.

Obiettivo secondario: indagare se la temperatura muscolare influenza il flusso sanguigno muscolare e, di conseguenza, l'ipotensione post-esercizio.

Oltre a rispondere a domande riguardanti il ​​controllo della termoregolazione, la capacità del presente progetto di studio di alterare indipendentemente la temperatura muscolare dalla temperatura cutanea e interna può essere utilizzata per rispondere a domande riguardanti l'effetto della temperatura muscolare locale sul flusso sanguigno. La temperatura muscolare elevata è stata associata a cambiamenti nel controllo cardiovascolare e a una maggiore vasodilatazione post esercizio nel muscolo precedentemente attivo. Tuttavia, il muscolo è tipicamente riscaldato esternamente, il che altera in concomitanza la temperatura della pelle, che ha anche effetti importanti sul flusso sanguigno locale e cutaneo. Di conseguenza, la presente metodologia ci consentirà di alterare la temperatura muscolare mantenendo la temperatura interna e cutanea coerente tra le prove, consentendoci di studiare l'effetto indipendente della temperatura muscolare sul flusso sanguigno muscolare. Inoltre, i ricercatori ritengono che questo sarà il primo tentativo di confrontare gli effetti delle differenze mediate dalla temperatura muscolare nel flusso sanguigno muscolare tra uomini e donne.

Obiettivo terziario: corsa in discesa, di durata e intensità simili alla prova in discesa proposta in questo studio (es. Il 60% del consumo massimo di ossigeno [VO2max], con una diminuzione del -10%, per 60 minuti), viene regolarmente utilizzato per studiare il danno muscolare indotto dall'esercizio. Nello specifico, studi precedenti hanno impiegato uomini che correvano per 40 min al 70% VO2max con un calo del -10%, 30 min al 70% VO2max con un calo del -15%, 60 min al 65% VO2max con un calo del -10%, 60 min al 65% VO2max con un calo del -10% e donne che corrono per 60 minuti al 75% VO2max con un calo del -10%. Di particolare rilievo, sebbene il danno muscolare indotto dalla corsa in discesa sia stato studiato negli uomini e nelle donne, è stato eseguito solo un confronto tra i sessi all'interno dello studio. In questo studio, in cui i partecipanti hanno corso per 30 minuti al 70% del loro VO2max su una pendenza del -15%, è stato osservato che i partecipanti di sesso maschile avevano marcatori più elevati di danno muscolare indotto dall'esercizio, rispetto al gruppo femminile, 24 ore dopo l'esercizio . Inoltre, da notare, nessuno studio fino ad oggi ha esaminato le interazioni tra sesso e inclinazione (ad es. discesa vs pianura vs salita) sul danno muscolare. Pertanto, gli investigatori intendono prendere misure del danno muscolare poiché gli investigatori stanno comunque eseguendo queste prove di corsa su inclinazione.