上り坂と下り坂のランニング中の筋肉と体温の反応

主な目的: 深部および皮膚の温度とは独立して筋肉の温度を変化させ、ヒトの筋肉組織における温度に敏感な神経細胞の存在を調査すること。

体温調節制御の動物モデルでは、筋肉、皮膚と腹部の静脈、脊柱、上気道、腹壁、下部食道、胃、小腸など、複数の熱感覚の場所が特定されています。 これらの動物モデルとは対照的に、体温調節制御の人間モデルでは、通常、脳からの熱入力のみ (通常は、食道、直腸、腸、または外耳道で行われたプロキシ測定値を使用して「コア」温度として表されます) が考慮されます。中枢脳のシグナル伝達を変更する皮膚からのさらなる入力とともに。

人間の認識された熱に敏感な場所の数が限られているのは、熱に敏感な遺伝子座の数が本当に少ないためではなく、人間でこれらの場所をテストすることが難しいためです。 確かに、動物の熱に敏感な場所を特定するための典型的なモデルは、動物を鎮静させ、外科的にそれらを開き、高温または低温のプローブで関心領域を刺激し、体温調節反応を測定することです。人間には明らかに受け入れられないプロトコルです。

熱に敏感な場所が認識されていないのは、物理的な場所が実際に存在しないのではなく、テストの制限によるものであるという考えを支持し、現在のアプリケーションの主任研究者 (Dr. Morris) は以前、ヒトの腹部に温度受容器が存在する証拠を提供する一連の研究を実施しました。 実際、人間の体温調節制御に関する最近のレビューでは、熱に敏感な部位の数が腹部を含むように更新されています。

現在の研究提案では、研究者は、別の熱に敏感な場所を特定するプロトコルを特定したと考えています: 人間の骨格筋.

人間の熱収支を測定する方法は、次の式を使用して表すことができます。

M ± W = K ± C ± R + E

ここで、M は代謝エネルギー消費量、W は機械的仕事によって環境と交換されるエネルギー量、K は伝導、C は対流、R は放射、E は蒸発です。 ここで、M ± W が K ± C ± R + E を超えると、体内に熱が蓄えられ、深部体温が上昇します。 逆に、K ± C ± R + E が M ± W を超えると、体から正味の熱損失が発生し、深部体温が低下します。 ただし、人間は恒温動物であるため、体は通常、方程式の両側が等しくなるように調整します。 熱ストレスでは、これは主に蒸発熱損失を増加させる発汗の増加によって行われます.

上記から、これは、代謝エネルギー消費が一定に保たれている間に外部仕事が操作された場合、方程式の熱損失側 (主に蒸発による) に比例した逆の変化が必要であることを示します。 外部仕事を操作する 1 つの方法は、さまざまな傾斜と下り坂で走ることです。ランニング中に実行される外部仕事の量は、個人の垂直方向の変位に質量と重力による加速度を掛けたものとして計算できるからです。

このタイプの研究プロトコルは 2 回しか採用されていません。2 回とも 1960 年代で、2 回とも 3 人の男性参加者のみを使用しています。 最初の研究では、平地と比較して上り坂を走った場合、蒸発熱損失は、外部仕事によって環境にどれだけ失われたかを計算した正確なエネルギー量だけ (発汗の減少により) 低いことが観察されました (予測されます）。 ただし、注目すべきは、深部と皮膚の温度（人間の2つの認識された熱に敏感な領域）が、両方の試験で類似していたことです. 同様に、2 番目の研究では、平地と比較して上り坂を走った場合、蒸発熱損失は、上り坂を走ることで外部仕事に失われた熱量に比例して減少しました (発汗の減少の結果として)。 また、上り坂を走る場合と比べて下り坂を走る場合は、下り坂を走ることで環境から得た熱の量に比例して、(発汗の増加により) 蒸発熱損失が増加しました。 繰り返しになりますが、コア温度と皮膚温度は 3 つの試験すべてで類似していました。

蒸発熱損失の変化 (発汗の変化の結果) と、両方の研究におけるコア温度と皮膚温度の差がないことは、コアと皮膚以外の身体の場所に温度受容器が存在することを示唆しています。 2番目の研究で著者が指摘したように、最も可能性の高い領域は脚の筋肉です. この理由は、次のように説明できます。

自転車に乗ることを想像してみてください。 人が動くために必要なエネルギーは体内で生成されますが、人を減速させるエネルギーは、ブレーキを作動させることによって生成されます。これにより、ブレーキとタイヤ、タイヤと道路の間に摩擦が生じます。 人がブレーキをかけた後にブレーキとタイヤに触れると、人が減速するために使用される摩擦により、タイヤとブレーキの両方が熱くなります。 人間は自転車のように外部ブレーキを持たず、加速と制動の両方を足に頼っています。 平地でのランニングと比較して、上り坂では重力に打ち勝つために多くの作業を行う必要があるため、水平成分 (つまり、 水平走行速度）は、同等の代謝エネルギー消費で走ると遅くなります。 逆に、平地と比べて下り坂を走る場合、体は重力の「助け」を受けているため、同等のエネルギー消費を維持するには、より速く走る必要があります。 したがって、下り坂を走っているときに足でより多くのブレーキ動作が発生し、その結果、より多くの摩擦ブレーキが発生し、その結果、筋肉内により多くの熱が局所的に蓄えられます. ただし、これはまだ経験的に確認されていません。

重要なことに、代謝エネルギー消費量を一定に保ちながら外部仕事を操作した以前に実施された2つの研究には、男性の参加者のみが含まれていました. 女性（少なくとも月経周期の初期から中期の卵胞期にテストした場合）は、運動後の男性と比較して、運動終了時のコアと皮膚の温度が低く、活動的/非活動的な骨格筋の温度が高いようです. さらに、全身の蒸発熱損失のメカニズムは、汗腺の出力と発汗量が低いため、男性と比較して女性で減衰します。 この性差効果は、持久力の訓練を受けた集団と訓練を受けていない集団で大きくなるようです。 そのため、骨格筋に局所的に蓄えられたより多くの熱に対応するために、より大きな蒸発熱損失が必要な状況 (つまり、下り坂のランニング) では、女性は運動不能のために平地でのランニングに比べて筋肉温度が大幅に上昇することを示す可能性があります。特定の閾値を超えて発汗量を増加させる。

したがって、この研究の仮説が正しいことが証明された場合、この研究の結果は、人間が全身の熱損失反応に影響を与える可能性のある体幹と皮膚以外の体の領域に存在する温度受容器を持っていることを示しています. これらの結果は、人体の体温調節に関する基本的な知識を提供するだけでなく、緊急、運動、および外科手術のシナリオで使用される全身の加温および冷却プロトコルに関する政策に影響を与える可能性があります。 さらに、女性を含む体温調節研究の量が限られていることを考えると、この研究が成功裏に完了することは、熱安全性に関する性別固有の慣行に影響を与える可能性があります。

二次的な目的: 筋肉の温度が筋肉の血流に影響を与え、その結果、運動後の低血圧に影響を与えるかどうかを調査します。

体温調節制御に関する質問に答えることに加えて、本研究デザインの皮膚温度とコア温度から独立して筋肉温度を変更する能力を使用して、血流に対する局所筋肉温度の影響に関する質問に答えることができます。 筋肉温度の上昇は、心血管制御の変化と、以前に活動していた筋肉の運動後の血管拡張の増加に関連しています。 ただし、筋肉は通常、外部から加熱されるため、同時に皮膚温度が変化し、局所および皮膚の血流にも大きな影響を与えます。 したがって、現在の方法論では、コアと皮膚の温度を試験間で一定に保ちながら筋肉の温度を変更することができ、筋肉の血流に対する筋肉の温度の独立した影響を研究することができます。 さらに、研究者らは、これが男性と女性の筋肉血流における筋肉温度を介した違いの影響を比較する最初の試みになると考えています.

第 3 の目的: この研究で提案されているダウンヒル トライアルと同様の期間と強度のダウンヒル ランニング (つまり、 最大酸素摂取量 [VO2max] の 60% (60 分間で -10% 低下) は、運動による筋肉損傷の研究に定期的に使用されます。 具体的には、以前の研究では、-10% の減少で 70% VO2max で 40 分間、-15% の減少で 70% VO2max で 30 分間、-10% の減少で 65% VO2max で 60 分間、60 分間ランニングする男性を採用しました。 65% VO2max で -10% 低下し、女性は 60 分間 75% VO2max で -10% 低下します。 特に注目すべきは、ダウンヒルランニングによる筋肉損傷が男性と女性で研究されているが、研究内での男女比較は1つしか行われていない. この研究では、参加者が VO2max の 70% で 15% の傾斜地を 30 分間走ったところ、男性の参加者は女性のグループと比較して、運動の 24 時間後に、運動による筋肉損傷のマーカーが高いことが観察されました。 . また、注目すべきは、これまでの研究で性別と傾斜 (すなわち、 下り坂 vs 平地 vs 上り坂) 筋肉の損傷について。 したがって、捜査官はとにかくこれらのインクラインランニング試験を実行しているため、捜査官は筋肉損傷の対策を講じるつもりです.