Reakcje mięśni i temperatury ciała podczas biegu pod górę i z góry

Główny cel: Zmiana temperatury mięśni niezależnie od temperatury rdzenia i skóry, zbadanie istnienia wrażliwych na temperaturę komórek nerwowych w ludzkiej tkance mięśniowej.

W zwierzęcych modelach kontroli termoregulacji zidentyfikowano wiele miejsc odczuwania ciepła, w tym w mięśniach, żyłach skóry i jamie brzusznej, kręgosłupie, górnych drogach oddechowych, ścianie brzucha, dolnej części przełyku, żołądku i jelicie cienkim. W przeciwieństwie do tych modeli zwierzęcych, w ludzkich modelach kontroli termoregulacyjnej zazwyczaj bierze się pod uwagę tylko bodźce termiczne z mózgu (zwykle przedstawiane jako temperatura „głęboka”, z pomiarami zastępczymi wykonywanymi w przełyku, odbytnicy, jelicie lub kanale słuchowym), wraz z dalszymi bodźcami ze skóry, które modyfikują centralną sygnalizację mózgową.

Ograniczona liczba rozpoznanych miejsc wrażliwych na ciepło u ludzi prawdopodobnie nie wynika z naprawdę małej liczby miejsc wrażliwych na ciepło, ale raczej z trudności w testowaniu tych miejsc u ludzi. Rzeczywiście, typowy model identyfikacji miejsc wrażliwych na ciepło u zwierząt polega na ich uspokojeniu, chirurgicznym otwarciu, stymulacji obszaru zainteresowania za pomocą gorącej lub zimnej sondy, a następnie zmierzeniu odpowiedzi termoregulacyjnych; protokół, który jest wyraźnie nie do zaakceptowania u ludzi.

Popierając ideę, że brak rozpoznanych lokalizacji wrażliwych termicznie wynika raczej z ograniczeń testowych niż z faktycznego braku lokalizacji fizycznych, główny badacz obecnej aplikacji (dr. Morris) wcześniej przeprowadził serię badań dostarczających dowodów na istnienie termoreceptorów w ludzkim jamie brzusznej. Rzeczywiście, ostatnie przeglądy dotyczące kontroli termoregulacyjnej człowieka zaktualizowały liczbę miejsc wrażliwych termicznie, obejmując brzuch.

W obecnej propozycji badania badacze uważają, że zidentyfikowali protokół, który identyfikowałby inną lokalizację wrażliwą na ciepło: ludzki mięsień szkieletowy.

Metodę pomiaru bilansu cieplnego człowieka można wyrazić za pomocą następującego równania:

M ± W = K ± C ± R + E

Gdzie M to metaboliczny wydatek energetyczny, W to ilość energii wymienianej z otoczeniem poprzez pracę mechaniczną, K to przewodzenie, C to konwekcja, R to promieniowanie, a E to parowanie. Tutaj, jeśli M ± W przekroczy K ± C ± R + E, w ciele nastąpi magazynowanie ciepła i wzrośnie temperatura rdzenia. I odwrotnie, jeśli K ± C ± R + E przekroczy M ± W, nastąpi utrata ciepła netto z ciała i temperatura rdzenia spadnie. Ponieważ jednak ludzie są homeotermami, ciało zazwyczaj reguluje się tak, aby obie strony równania były równe. W przypadku stresu cieplnego odbywa się to głównie poprzez zwiększone pocenie się, które zwiększa utratę ciepła przez parowanie.

Z powyższego wynikałoby, że jeśli praca zewnętrzna jest manipulowana, podczas gdy metaboliczny wydatek energetyczny jest utrzymywany na stałym poziomie, wymagana jest proporcjonalna, odwrotna zmiana po stronie równania utraty ciepła (głównie poprzez parowanie). Jednym ze sposobów manipulowania pracą zewnętrzną jest bieganie z różnymi nachyleniami i spadkami, ponieważ ilość pracy zewnętrznej wykonywanej podczas biegu można obliczyć jako pionowe przemieszczenie jednostki pomnożone przez jej masę i przyspieszenie grawitacyjne.

Ten rodzaj protokołu badawczego zastosowano tylko dwukrotnie: za każdym razem w latach 60. iw obu z udziałem tylko trzech uczestników płci męskiej. W pierwszym badaniu zaobserwowano, że podczas biegu pod górę w porównaniu do biegu po równinie utrata ciepła przez parowanie była mniejsza (z powodu zmniejszonego pocenia się) o dokładną ilość energii obliczoną w stosunku do tego, ile zostało utracone do środowiska w wyniku pracy zewnętrznej (tak jak przewidział). Warto jednak zauważyć, że temperatura wewnętrzna i temperatura skóry – dwa uznane obszary wrażliwe na ciepło u ludzi – były podobne w obu badaniach. Podobnie w drugim badaniu, podczas biegu pod górę w porównaniu z terenem płaskim, utrata ciepła przez parowanie zmniejszyła się (w wyniku zmniejszonego pocenia się) proporcjonalnie do ilości ciepła traconego na pracę zewnętrzną podczas biegu pod górę. Ponadto, podczas biegu w dół w porównaniu z biegiem pod górę, utrata ciepła przez parowanie wzrosła (z powodu zwiększonego pocenia się) proporcjonalnie do ilości ciepła, które zostało uzyskane z otoczenia podczas biegu w dół. Ponownie temperatura wewnętrzna i temperatura skóry były podobne we wszystkich trzech próbach.

Zmiana w utracie ciepła przez parowanie (w wyniku zmian w poceniu się) w połączeniu z brakiem różnicy w temperaturze rdzenia i skóry w obu badaniach sugeruje istnienie termoreceptorów w innym miejscu ciała niż rdzeń i skóra. Najbardziej prawdopodobnym obszarem są mięśnie nogi, jak zauważył autor w drugim badaniu. Przyczynę tego można odpowiednio wytłumaczyć:

Wyobraź sobie jazdę na rowerze. Energia potrzebna do poruszenia osoby jest wytwarzana w ciele, jednak energia do spowolnienia osoby jest wytwarzana przez uruchomienie hamulców, co powoduje tarcie między hamulcami a oponami oraz oponami i drogą. Gdyby osoba dotknęła swoich hamulców i opon po uruchomieniu hamulców, zarówno opony, jak i hamulce byłyby gorące z powodu tarcia zastosowanego do spowolnienia osoby. Ludzie nie mają zewnętrznych hamulców, takich jak rowery, ale zamiast tego polegają na nogach, aby przyspieszać i hamować. Ponieważ pokonanie grawitacji podczas biegu pod górę wymaga więcej pracy niż podczas biegu po płaskim terenie, składowa pozioma (tj. pozioma prędkość biegu) będzie wolniejsza, gdy biegnie się z równoważnym metabolicznym wydatkiem energetycznym. I odwrotnie, podczas biegu w dół w porównaniu do płaskiego terenu, ciału „wspomagana” jest grawitacja, a zatem, aby utrzymać równoważny wydatek energetyczny, osoba musi biec szybciej. W związku z tym podczas biegu w dół w nogach występuje więcej hamowań, co skutkuje silniejszym hamowaniem tarciowym, a tym samym większym magazynowaniem ciepła lokalnie w mięśniach. Nie zostało to jednak jeszcze potwierdzone empirycznie.

Co ważne, dwa wcześniej przeprowadzone badania, w których manipulowano pracą zewnętrzną, przy jednoczesnym utrzymywaniu stałego wydatku energii metabolicznej, obejmowały wyłącznie mężczyzn. Wydaje się, że kobiety (przynajmniej podczas badania podczas wczesnych i środkowych faz cyklu miesiączkowego) mają niższą temperaturę rdzenia i skóry pod koniec ćwiczeń, ale wyższą temperaturę aktywnych / nieaktywnych mięśni szkieletowych w porównaniu z mężczyznami po wysiłku. Ponadto mechanizmy utraty ciepła przez parowanie całego ciała są osłabione u kobiet w porównaniu z mężczyznami ze względu na niższą produkcję gruczołów potowych i szybkość pocenia się. Ten efekt różnicy płci wydaje się być większy w populacjach trenujących wytrzymałościowo w porównaniu z populacjami nietrenującymi. W związku z tym jest prawdopodobne, że w sytuacjach, które wymagają większej utraty ciepła przez parowanie, aby pomieścić więcej ciepła zmagazynowanego lokalnie w mięśniach szkieletowych (tj. aby zwiększyć szybkość pocenia się powyżej pewnego progu.

Dlatego też, jeśli hipotezy tego badania potwierdzą się, wyniki tego badania wykażą, że ludzie mają termoreceptory znajdujące się w obszarach ciała innych niż rdzeń i skóra, które mogą wpływać na reakcje utraty ciepła w całym ciele. Oprócz dostarczenia podstawowej wiedzy na temat termoregulacji ludzkiego ciała, wyniki te mogą wpłynąć na obowiązujące zasady dotyczące protokołów ogrzewania i chłodzenia całego ciała stosowanych w sytuacjach awaryjnych, sportowych i chirurgicznych. Ponadto, biorąc pod uwagę ograniczoną liczbę badań termoregulacyjnych, które obejmowały kobiety, pomyślne zakończenie tego badania może wpłynąć na praktyki bezpieczeństwa termicznego specyficzne dla płci.

Cel drugorzędny: Zbadanie, czy temperatura mięśni wpływa na przepływ krwi w mięśniach, aw konsekwencji na hipotonię powysiłkową.

Oprócz odpowiedzi na pytania dotyczące kontroli termoregulacyjnej, zdolność niniejszego projektu badawczego do niezależnej zmiany temperatury mięśni od temperatury skóry i rdzenia może być wykorzystana do odpowiedzi na pytanie dotyczące wpływu lokalnej temperatury mięśni na przepływ krwi. Podwyższona temperatura mięśni była związana ze zmianami w kontroli sercowo-naczyniowej i większym rozszerzeniem naczyń po wysiłku w wcześniej aktywnych mięśniach. Jednak mięsień jest zazwyczaj ogrzewany z zewnątrz, co jednocześnie zmienia temperaturę skóry, co ma również duży wpływ na lokalny i skórny przepływ krwi. W związku z tym obecna metodologia pozwoli nam zmieniać temperaturę mięśni przy jednoczesnym utrzymaniu stałej temperatury rdzenia i skóry między próbami, co pozwoli nam zbadać niezależny wpływ temperatury mięśni na przepływ krwi w mięśniach. Co więcej, badacze uważają, że będzie to pierwsza próba porównania wpływu różnic temperaturowych w przepływie krwi w mięśniach między mężczyznami i kobietami.

Cel trzeci: bieg zjazdowy o podobnym czasie trwania i intensywności jak proponowany w tym badaniu bieg zjazdowy (tj. 60% maksymalnego poboru tlenu [VO2max], ze spadkiem -10%, przez 60 min) jest regularnie używany do badania uszkodzeń mięśni wywołanych wysiłkiem fizycznym. Konkretnie, poprzednie badania obejmowały mężczyzn biegnących przez 40 min przy 70% VO2max przy spadku o -10%, 30 min przy 70% VO2max przy spadku o -15%, 60 min przy 65% ​​VO2max przy spadku o -10%, 60 min przy 65% ​​VO2max przy -10% spadku i kobiet biegnących przez 60 min przy 75% VO2max przy spadku -10%. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że chociaż badano uszkodzenia mięśni wywołane biegiem zjazdowym u mężczyzn i kobiet, przeprowadzono tylko jedno porównanie płci w ramach badania. W tym badaniu, w którym uczestnicy biegali przez 30 minut przy 70% swojego VO2max na nachyleniu -15%, zaobserwowano, że uczestnicy płci męskiej mieli wyższe wskaźniki uszkodzeń mięśni wywołanych wysiłkiem w porównaniu z grupą kobiet, 24 godziny po wysiłku . Warto również zauważyć, że żadne dotychczasowe badania nie dotyczyły interakcji między płcią a nachyleniem (tj. downhill vs flatland vs uphill) na uszkodzenia mięśni. Dlatego badacze zamierzają zmierzyć uszkodzenia mięśni, ponieważ i tak wykonują te próby biegowe po zboczu.