Реакция мышц и температуры тела во время бега в гору и под гору

Основная цель: изменить температуру мышц независимо от внутренней температуры и температуры кожи, чтобы исследовать существование чувствительных к температуре нервных клеток в мышечной ткани человека.

В моделях терморегуляции на животных были идентифицированы множественные очаги тепловой чувствительности, в том числе в мышцах, венах кожи и живота, позвоночнике, верхних дыхательных путях, брюшной стенке, нижнем отделе пищевода, желудке и тонкой кишке. В отличие от этих животных моделей, в человеческих моделях терморегуляторного контроля, как правило, учитываются только тепловые входы от мозга (обычно представляемые как «центральная» температура с косвенными измерениями, принимаемыми в пищеводе, прямой кишке, кишечнике или ушном канале). наряду с дальнейшими входными сигналами от кожи, которые изменяют сигнализацию центрального мозга.

Ограниченное количество признанных термочувствительных участков у людей, вероятно, связано не с действительно небольшим количеством термочувствительных локусов, а, скорее, с трудностями тестирования этих участков у людей. Действительно, типичная модель для выявления термочувствительных участков у животных состоит в том, чтобы дать им седативное средство, открыть их хирургическим путем, стимулировать интересующую область горячим или холодным зондом, а затем измерить терморегуляторные реакции; протокол, который явно неприемлем для людей.

Поддерживая идею о том, что отсутствие признанных термочувствительных мест связано с ограничениями тестирования, а не с фактическим отсутствием физических местоположений, главный исследователь текущего приложения (д-р. Моррис) ранее провел ряд исследований, доказывающих существование терморецепторов в брюшной полости человека. Действительно, недавние обзоры, касающиеся контроля терморегуляции человека, обновили количество термочувствительных участков, включив в них брюшную полость.

В настоящем исследовательском предложении исследователи считают, что определили протокол, который идентифицирует другое термочувствительное место: скелетную мышцу человека.

Метод измерения теплового баланса у человека можно выразить с помощью следующего уравнения:

M ± W = K ± C ± R + E

Где M — расход метаболической энергии, W — количество энергии, обмениваемой с окружающей средой за счет механической работы, K — проводимость, C — конвекция, R — излучение, E — испарение. Здесь, если M ± W превышает K ± C ± R + E, в организме будет накапливаться тепло, и температура ядра повысится. И наоборот, если K ± C ± R + E превышает M ± W, произойдет чистая потеря тепла телом, и температура ядра снизится. Однако, поскольку люди являются гомойотермами, тело обычно регулирует себя так, чтобы обе части уравнения были равны. При тепловом стрессе это в первую очередь происходит за счет увеличения потоотделения, что увеличивает потери тепла при испарении.

Из вышеизложенного это указывает на то, что если внешней работой манипулируют, в то время как расход метаболической энергии поддерживается постоянным, требуется пропорциональное обратное изменение в части уравнения, связанной с потерей тепла (в основном за счет испарения). Одним из способов управления внешней работой является бег с разными наклонами и спусками, поскольку объем внешней работы, выполняемой во время бега, можно рассчитать как вертикальное смещение человека, умноженное на его массу и ускорение под действием силы тяжести.

Этот тип протокола исследования использовался только дважды: оба раза в 1960-х годах и оба с участием только трех мужчин. В первом исследовании было замечено, что при беге в гору по сравнению с равниной потери тепла при испарении были ниже (из-за уменьшения потоотделения) на точное количество энергии, рассчитанное как то, сколько было потеряно в окружающую среду в результате внешней работы (как было бы). предсказано). Следует отметить, однако, что внутренняя температура и температура кожи — две признанные термочувствительные области у людей — были одинаковыми в обоих испытаниях. Точно так же во втором исследовании при беге в гору по сравнению с равниной потери тепла при испарении уменьшались (вследствие уменьшения потоотделения) пропорционально количеству тепла, теряемому на внешнюю работу при беге в гору. Кроме того, при беге вниз по склону по сравнению с бегом вверх потери тепла при испарении увеличивались (из-за повышенного потоотделения) пропорционально количеству тепла, которое было получено из окружающей среды при беге вниз по склону. Опять же, внутренняя и кожная температура были одинаковыми во всех трех испытаниях.

Изменение теплоотдачи при испарении (следствие изменения потоотделения) в сочетании с отсутствием различий в температуре тела и кожи в обоих исследованиях предполагает существование терморецепторов в теле, отличном от тела и кожи. Наиболее вероятной областью являются мышцы голени, как было отмечено автором во втором исследовании. Причину этого можно объяснить следующим образом:

Представьте, что вы едете на велосипеде. Энергия, необходимая для того, чтобы заставить человека двигаться, вырабатывается внутри тела, однако энергия для замедления человека производится за счет активации его тормозов, что вызывает трение между тормозами и их шинами, а также шинами и дорогой. Если бы человек коснулся своих тормозов и шин после включения тормозов, и шины, и тормоза стали бы горячими из-за трения, используемого для замедления человека. У людей нет внешних тормозов, как у велосипедов, вместо этого они полагаются на свои ноги, чтобы выполнять как ускорение, так и торможение. Поскольку для преодоления силы тяжести при подъеме в гору необходимо выполнить больше работы по сравнению с бегом по равнине, горизонтальная составляющая (т. скорость горизонтального бега) будет медленнее при беге с эквивалентным расходом метаболической энергии. И наоборот, при беге под гору по сравнению с равниной телу «помогает» сила тяжести, и поэтому для поддержания эквивалентных затрат энергии человеку необходимо бежать быстрее. Соответственно, при беге вниз по склону в ногах происходит больше тормозных действий, что приводит к большему фрикционному торможению и, следовательно, к большему локальному накоплению тепла в мышцах. Однако это еще предстоит подтвердить эмпирически.

Важно отметить, что два ранее проведенных исследования, в которых манипулировали внешней работой, в то время как расход метаболической энергии оставался постоянным, включали исключительно мужчин. Женщины (по крайней мере, при тестировании в период от ранней до средней фолликулярной фазы менструального цикла), по-видимому, имеют более низкую температуру тела и кожи в конце тренировки, но более высокую активную/неактивную температуру скелетных мышц по сравнению с мужчинами после тренировки. Кроме того, механизмы потери тепла при испарении всего тела у женщин ослаблены по сравнению с мужчинами из-за более низкой продукции потовых желез и скорости потоотделения. Этот эффект половых различий, по-видимому, становится больше у тренированных на выносливость популяций по сравнению с нетренированными. Таким образом, вполне вероятно, что в ситуациях, когда требуется большая потеря тепла при испарении, чтобы приспособиться к большему количеству тепла, хранящемуся локально в скелетных мышцах (например, бег с горы), женщины будут демонстрировать большее повышение температуры мышц по сравнению с бегом по равнине из-за неспособности увеличить скорость потоотделения выше определенного порога.

Следовательно, если гипотезы этого исследования окажутся верными, результаты этого исследования продемонстрируют, что у людей есть терморецепторы, расположенные в областях тела, отличных от ядра и кожи, которые могут влиять на реакцию потери тепла всего тела. Помимо предоставления фундаментальных знаний о терморегуляции человеческого тела, эти результаты могут повлиять на действующие политики в отношении протоколов согревания и охлаждения всего тела, используемых в экстренных, спортивных и хирургических сценариях. Кроме того, учитывая ограниченное количество исследований терморегуляции, в которых участвовали женщины, успешное завершение этого исследования может повлиять на специфические для пола методы обеспечения тепловой безопасности.

Вторичная цель: выяснить, влияет ли температура мышц на мышечный кровоток и, следовательно, на гипотензию после тренировки.

В дополнение к ответам на вопросы, касающиеся контроля терморегуляции, способность настоящего исследования независимо изменять температуру мышц в зависимости от температуры кожи и внутренней температуры может быть использована для ответа на вопрос о влиянии локальной температуры мышц на кровоток. Повышенная мышечная температура была связана с изменениями в сердечно-сосудистом контроле и большей вазодилатации после тренировки в ранее активной мышце. Однако мышцы, как правило, нагреваются извне, что одновременно изменяет температуру кожи, что также оказывает большое влияние на локальный и кожный кровоток. Соответственно, настоящая методология позволит нам изменять температуру мышц, поддерживая постоянную температуру тела и кожи между испытаниями, что позволит нам изучить независимое влияние температуры мышц на мышечный кровоток. Кроме того, исследователи считают, что это будет первая попытка сравнить влияние температуры мышц на различия в мышечном кровотоке между мужчинами и женщинами.

Третичная цель: бег по скоростному спуску такой же продолжительности и интенсивности, как и предлагаемый спуск в этом исследовании (т. 60% от максимального потребления кислорода [VO2max] при снижении на -10% в течение 60 минут) регулярно используется для изучения повреждения мышц, вызванного физической нагрузкой. В частности, в предыдущих исследованиях использовались мужчины, бегущие в течение 40 минут при 70% VO2max при снижении на -10%, 30 минут при 70% VO2max при снижении на -15%, 60 минут при 65% VO2max при снижении на -10%, 60 минут. при 65% VO2max при снижении на -10%, а женщины бегут в течение 60 минут при 75% VO2max при снижении на -10%. Особо следует отметить, что хотя повреждения мышц, вызванные бегом на спуске, изучались у мужчин и женщин, в рамках исследования было проведено только одно сравнение полов. В этом исследовании, где участники бежали в течение 30 минут с 70% от своего VO2max на уклоне -15%, было замечено, что у участников мужского пола были более высокие маркеры повреждения мышц, вызванного физической нагрузкой, по сравнению с женской группой через 24 часа после тренировки. . Кроме того, следует отметить, что на сегодняшний день ни одно исследование не рассматривало взаимодействие между полом и наклоном (т.е. вниз по склону против равнины против подъема) на повреждение мышц. Таким образом, исследователи намереваются принять меры по повреждению мышц, поскольку исследователи в любом случае проводят эти испытания в беге на наклонной поверхности.