CC BY
10
ТЕРМОАДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА ПОДРОСТКОВ 12-13 ЛЕТ К СЕМИДНЕВНЫМ ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ
Т.С. Пронина1
ФГБНУ «Институт Возрастной физиологии РАО», Москва
Е.А. Павлов
«Российский Государственный Университет Физической Культуры, Спорта, Молодежи и Туризма», Москва
Термоадаптация - один из важнейших механизмов, который обеспечивает функционирование организма в существующих условиях. Температура (Т) тела отражает состояние гомеостаза и является одним из интегративных показателей общего состояния организма, в том числе, его энергетического обмена и функционирования нейроэндокринной системы. В статье представлены результаты исследования процесса термоадаптации организма подростков 12-13 лет (6 мальчиков и 4 девочки) к физическим нагрузкам во время семидневного похода в горы Кавказа. Для этого, у каждого из 10 подростков, каждый день определяли циркадианный ритм температуры (ЦРТ) кожи методом «Термохрон iButton» (с 10 минутным интервалом). Рассчитывали два хронопоказателя: среднесуточный уровень (мезор) и амплитуду ЦРТ. Было выявлено, что во время похода, семидневная динамика мезора схожа с динамикой амплитуды ЦРТ. Наибольшие величины обеих хронопоказателей обнаружены на второй и пятый день похода, когда была наибольшая физическая нагрузка (по субъективным оценкам). На седьмой день показатели ЦРТ равны контрольным величинам. Контролем служили мезор и амплитуда ЦРТ у этих же подростков в школьно-домашних условиях. Кроме этого, была рассчитана средняя величина Т и амплитуда колебаний Т кожи детей во время сна в каждый день похода. Динамика среднего уровня Т в первые два дня находится в противофазе с мезором ЦРТ, на пятый день оба показателя -максимальны, тогда как амплитуда колебаний Т в эту ночь - минимальна, на следующую, шестую ночь амплитуда достигает максимальных величин. Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что физические нагрузки семидневного похода в горы подростков 12-13 лет оказывают существенное влияние на архитектонику и параметры ЦРТ. Динамика Т кожи во время сна, отражающая сложность термоадаптационного процесса организма подростка, может свидетельствовать об изменении термовегетативной функции не только под влиянием физической нагрузки, но и нервного напряжения,
Ключевые слова: физическая нагрузка, циркадианный ритм температуры, подростки.
Thermoadaptation of the organism of 12-13-year-old adolescents to seven-day physical loads. Thermoadaptation is one of the most important mechanisms that ensures the organism may function under the existing conditions. The temperature (T) of the body reflects the state of homeostasis, and it is one of the integrative indicators of the general state of the organism, including its energy metabolism and the functioning
Контакты:.1 Пронина Т.С. - E-mail: <pronina.ts@mail.ru>
of the neuroendocrine system. The article presents the results of the study of the organism thermo-adaptation process in 12-13-year-old adolescents (6 boys and 4 girls) to physical loads during a seven-day hike to the Caucasus Mountains. For this purpose, every day each of the 10 teenagers was measured for the skin circadian temperature rhythm (CTR) using the "Thermochron iButton" method (with a 10-minute interval). Two chrono-indicators were calculated: the average daily level (mezor) and CRT amplitude. It was revealed that during the hike, the seven-day mezor dynamics is similar to the dynamics of the CRT amplitude. The greatest values of both indices were found on the second and fifth days of the trip, when the physical load was the highest (according to the subjective estimates). On the seventh day, the CRT indices are equal to the control ones. Control indices were the mezor and the CRT amplitude in these same teens at school/home. In addition, the mean temperature (T) and the skin T amplitude of children were calculated during sleep on each day of the hike. The dynamics of the average T level in the first two days is in antiphase with the CRT mezor. On the fifth day both indices are maximum. The amplitude of the T oscillations is minimal this night; it reaches its maximum during the sixth night. The results of this work show that the seven-day physical loads in the mountains have a significant impact on architectonics and the parameters of the CRT in 12-13-year-old adolescents. The dynamics of the skin temperature during sleep, reflecting the complexity of the thermo-adaptive process of the adolescent's body, may indicate a change in the thermo-vegetative function not only under the influence of physical exertion, but also the nervous tension.
Key words: physical exercise, circadian rhythm of temperature, teenagers.
В настоящее время нет экспериментальных данных по проблеме адаптационных процессов у подростков во время длительных, физических нагрузок. Литературные сведения по этой проблеме касаются, в основном, достаточно кратковременных физических нагрузок у молодых людей. Термоадаптация - один из важнейших механизмов, который обеспечивает функционирование организма в существующих условиях. Температура (Т) тела отражает состояние гомеостаза, является одним из интегративных показателей общего состояния организма, в том числе, его энергетического обмена и функционирования нейроэндокринной системы. Этот показатель в хронофизиологии называют "золотым стандартом", он просто и объективно определяет состояние организма [1; 2].
Терморегуляционные механизмы позволяют сохранять достаточную работоспособность практически независимо от температуры окружающей среды. Тепловой баланс регулируется сложно, он определяется соотношением теплопродукции и теплоотдачи. Отведение тепла - важнейшая задача терморегуляции, а изменение уровня теплоотдачи зависит от уровня колебаний энергетического обмена и определяется уровнем основного обмена [3; 4]. Кожная температура является показателем функционального состоянием организма, оценка которого имеет значение в ситуации, связанной с адаптацией к факторам внешней среды, к мышечной деятельности, и отражает интенсивность теплоотдачи, которая в свою очередь, зависит от теплопродукции. Известно, что супрахиазматические ядра гипоталамуса (SCN) являются терморегуляторным центром, сигналы от которого инициируют механизмы усиления или потери тепла, создавая, таким образом, циркадианный ритм температуры (ЦРТ) тела. SCN организует циркадные ритмы в поведении и
физиологии через эндокринной и нервные пути. Гормональные системы включают мелатонин, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую и гипоталамо-гипофизарно-щитовидную оси.
В настоящее время имеется множество оснований для экспериментального изучения околосуточных (циркадианных) ритмов температуры (ЦРТ) у детей разного возраста при различных состояниях и нагрузках. Литературные данные и результаты наших многолетних исследований ЦРТ показывают, что эти ритмы обладают индивидуальными, возрастными и половыми особенностями, которые подлежат основательному и системному изучению [5; 6]. Хронобиологические характеристики функционального состояния ребенка являются наиболее чувствительными индикаторами [7; 8].
Возрастные особенности одного из показателей энергетического гомеокинеза - температуры, с учетом ее суточных изменений, в разные периоды активности организма в течение суток, расширяют представление о становлении терморегу-ляторных функций в период полового созревания.
Основными параметрами ЦР являются средний уровень (мезор), и амплитуда колебаний. Мезор «отражает» центральную линию, вокруг происходят колебания физиологической функции на протяжении суток, то есть является показателем среднесуточной величины теплоотдачи. Амплитуда ЦР наиболее пластичный показатель, этот показатель одним из первых отражает влияние как внутренних, так и внешних факторов на организм. Изменение амплитуды служит показателем адаптационного процесса как краткосрочного, так и долгосрочного. Общепризнанным маркером циркадианного ритма считаются ритмы температуры тела, мелатонина и кортизола.
Динамика амплитуды ЦРТ кожи свидетельствует об изменении многих функциональных систем организма: капиллярной системы кожи, теплоотдачи подкожной жировой прослойки, а также активности центральных органов, ответственных за цикл «активность - сон». Такая совокупность реакций отражает термовегетативную функцию человека.
Настоящая работа проводилась для исследования ежедневных изменений термовегетативной функции по величинам хронопоказателей ЦРТ у подростков 12-13 лет во время семидневного похода в горы, когда ежедневная физическая нагрузка на незрелый организм достаточна велика. Кроме того, необходимо было проследить динамику Т в период сна, когда организм не подвергался внешним влияниям. Появление портативных, высокотехнологичных приборов, регистрирующих Т кожи с частыми интервалами, делает возможным исследование суточных изменений термовегетативной функции при многодневных физических нагрузках, что является важным для выявления энергетических особенностей организма подростка.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование динамических изменений этой функции оценивали по ежедневным суммарным величинам мезора и амплитуды ЦРТ. Кроме того, для определения влияния физической нагрузки на динамику Т в период сна, отдельно бы-
ли рассчитаны средний уровень и амплитуда колебаний в период с 22-х до 7 часов утра.
Основу выбора вегетативного показателя (Т кожи) составили следующие требования: простота и воспроизводимость, возможность периодической регистрации, минимальные неудобства для испытуемых в проведении исследования без отрыва от режима дня.
Для измерения Т кожи был использован метод «Термохрон iButton» [9], который дает возможность провести мониторинг Т с любым заданным интервалом тестирования. У 10 подростков 12-13 лет (6 мальчиков и 4 девочки) Т измеряли (в градусах С) на верхней трети плеча с помощью таблетки-термометра. Измерения проводили круглосуточно с 10-минутными интервалами на протяжении 7 дней похода в горы Кавказа. У каждого подростка на протяжении одних суток было зарегистрировано 145 результатов измеренной Т. Сначала рассчитывали индивидуальные ритмологические показатели ЦРТ - мезор и амплитуду, затем суточные результаты у 10 испытуемых объединяли. Кроме того, во время похода у подростков проводили ежедневную субъективную оценку (в баллах) общей физической нагрузки. Контролем служили суммарные хронопоказатели ЦРТ (на протяжении трех суток) у этих же подростков уже в школьно-домашних условиях.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Динамика мезора, амплитуды ЦРТ и общей физической нагрузки у группы подростков 12-13 лет во время семи дней похода представлена на рисунке 1. Видно, что резкое увеличение мезора наблюдается во второй день (р < 0,001), на третий день величина этого показателя снижается (р < 0,01) на пятый день, мезор возрастает (р < 0,01) до величины второго дня, а затем, к седьмому дню, снижается до уровня контрольных величин (р <0,001).
Амплитуда ЦРТ в первые три дня меняется незначительно, снижаясь на четвертый день ф <0,05), и только на пятый день имеет место значительное увеличение (р <0,01). В последние два дня наблюдается резкое снижение этого хронопо-казателя до контрольной величины (школьно-домашнее пребывание (р <0,01). Эти изменения ЦРТ синхронны с динамикой ежедневной общей физической нагрузки у подростков: первое небольшое увеличение на второй день похода и значительное возрастание физической нагрузки на 5 день.
Динамика средней ночной температуры у подростков в период 7 дней похода изменяется иначе, чем среднесуточная. Так, в первый день ночная Т велика, на второй день Т сна резко падает (р <0,01), в то время как среднесуточная величина увеличивается. В последующие дни наблюдается синхронный процесс: увеличение как мезора, так и ночной Т, достигая максимальных величин на 5 день (р <0,01).
Амплитуда ночных колебаний Т снижается до минимума в пятую ночь и максимально возрастает в шестую (р <0,01), то есть, на следующие сутки после максимальной физической нагрузки и максимальных показателей ЦРТ.
темп. 34,00 мезор ЦРТ
33,80 33,60 3 3,78 3 3 3,61 3,75 3,58
33,40 3 3,40
33,20
33,00 32,80 3 2,80 3 2,95 32,8 7
32,60
1 2 3 4 5 6 7 К
темп 10,00 9,50 9,00 амплитуда ЦРТ
с ,25 с ,75
,98
8,50 ,52
8,00 7 ,95
7,50 7,00 ,35 7.С 8
1 2 3 4 5 6 7 К
Рис. 1. Динамика мезора (верхний рис.) и амплитуды (средний рис.) ЦРТ и общей физической нагрузки (нижний рис.) у подростков во время похода.
дни похода
Рис. 2. Динамика температуры в периоды сна: средний уровень (верхний рис.), амплитуда (нижний рис.)
Образование тепла зависит от общей метаболической активности, главным компонентом которой является метаболизм скелетных мышц. Внешняя температура на работоспособность человека оказывает небольшое влияние. Известно, что при всех видах мышечной активности, резко увеличивается нагрузка на терморегуляционный аппарат. в первую очередь, на периферическую часть системы -кожу [10].
Результаты настоящей работы являются доказательством того, что многодневная физическая нагрузка на организм подростков 12-13 лет оказывает существенное влияние на параметры ЦРТ. Количественное изменение процесса теплоотдачи организма (мезор ЦРТ) на второй и пятый день похода отражает степень
влияния общей физической нагрузки на нейроэндокринную и вегетативную системы подростка. Динамика амплитуды ЦРТ отражает высокую суточную лабильность (сужение и расширение хронодезма ЦРТ) характера адаптационного процесса. Особенно это проявляется на 4 и 5 день похода, когда теплоотдача падает (4 день) и резко возрастает (5 день).
Схожесть динамики мезора и амплитуды ЦРТ в дни похода при увеличение общей физической нагрузки на второй и на пятый день похода, является показателем однонаправленного изменения архитектоники ЦРТ в процессе термоадаптации организма подростка, у которого все физиологические системы находятся в незрелом состоянии. Интересно, что динамика ночной Т в первые два дня находится в противофазе с показателями ЦРТ. Только на 5 день, когда физическая нагрузка максимальна и все показатели резко возрастают, ночная Т также достигает максимальных величин. Феномен падения амплитуды ночных колебаний Т на пятые сутки и резкое увеличение этого показателя в шестую ночь может рассматриваться с точки зрения неврологического состояния ребенка: после тяжелой физической нагрузки процесс сна подростка меняет характер.
Известно, что цикл сон/бодрствование также связан с ритмами поведенческой активности, воздействиями окружающей среды и зависит от ритма множества гормонов, таких как мелатонин, кортизол, гормон роста, пролактин и ТТГ. Очень важна, в этом отношении, роль мелатонина, регулирующего суточный ритм организма и участвующего во многих физиологических функциях. Суточный мониторинг температуры может выявить (косвенным образом) особенности секретируе-мого гормона у детей и его влияние и роль в адаптации к физическим нагрузкам. Научные работы в последние два десятилетия значительно способствовали анализу основных процессов, лежащих в основе регулирования сна. Результаты этих исследований будут играть важную роль в будущих достижениях в этой области [11]. Такие исследования будут способствовать развитию соответствующих стратегий предотвращения или ослабления негативных последствий влияния на цир-кадный ритм.
Характер изменений показателей ЦРТ у детей в процессе долгосрочной адаптации к напряженной мышечной деятельности можно рассматривать и в плане взаимодействия механизмов теплопродукции и теплоотдачи. Результаты настоящей работы свидетельствуют о сложном процессе теплоотдачи в процессе семидневной физической нагрузки. Дальнейшее изучение этой проблемы требует последующих исследований механизмов поддержания теплового баланса при напряженной мышечной деятельности, в особенности, у детей.
В настоящее время в литературе имеется много противоречивых сведений о связи изменений величины амплитуды суточных ритмов с процессами быстрой или медленной адаптации к внешним условиям [12]. Экзогенные факторы, такие как: тепловое воздействие перед сном или яркий свет во время сна, социальный стресс, могут изменить амплитуду ЦРТ. Детский организм характеризуется выраженной подвижностью и малой устойчивостью параметров суточных ритмов, что обусловлено анатомо-физиологической незрелостью органов, их гетерохронным созреванием, лабильностью возбуждения и торможения. Т тела зависит от функционирования других физиологических систем [13; 14]. На каждом из этапов индивидуального развития организма обнаруживается сложная зависимость актив-
ности механизмов терморегуляции от роста и развития, интенсивности обменных процессов и состояния ряда вегетативных функций.
Для получения более полного представления об адаптивных возможностях организма подростков в процессе полового созревания планируется исследовать действие специфической физической нагрузки на термовегетативную функцию у других возрастных групп. Спортивные практики должны учитывать индивидуальные околосуточные ритмы Т для оптимизации тренировочных процессов и облегчения процессов реадаптации.
ВЫВОДЫ
1. Метод «Термохрон iButton» является информативным для определения термовегетативной реакции у человека при многодневных физических нагрузках.
2. Физические нагрузки семидневного похода в горы подростков 12-13 лет оказывают существенное влияние на архитектонику и показатели ЦРТ.
3. Изменения термовегетативной функции синхронны со степенью общей физической нагрузки во время похода и отражают динамику термоадаптации организма подростка.
4. Показатели ночной Т (средний уровень и амплитуда колебаний) отражают сложную взаимосвязь и зависимость гомеостаза сна не только от дневных физических нагрузок, но и от нервного напряжения организма подростка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Губин Г.Д. Температура тела человека как проблема хронобиологии. Теоретические и практические аспекты. Циклы. / Г.Д. Губин, Д.Г. Губин, С.В. Куликова // Материалы третьей международной конференции. - Ставрополь: СевКав-ГТУ. - 2001. - С. 95-116.
2. Степанова С.И. Биологические аспекты проблемы адаптации / С.И. Степанова. - М.: Наука, 1986. - 244 с.
3. Антропова М.В. Физическое развитие подростков и их работоспособность / М.Ф. Антропова. // Физиология развития подростка. - М.: Педагогика, 1988. - С. 158.
4. Сонькин В.Д. Гомеостатический несократительный термогенез у человека: факты и гипотезы. / В.Д. Сонькин, А.А. Кирдин, Р.С. Андреев. Е.Б. Акимов // Физиология человека. - 2010. - Т 36. (5). - С. 121.
5. Пронина Т.С., Циркадианный ритм температуры кожи у детей в период полового созревания / Т.С. Пронина, Н.И. Орлова, В.П. Рыбаков // Физиология Человека. - 2015. - Т. 41, № 2. - С. 74-84.
6. Павлов Е.А. Влияние экстремальных факторов подземной среды на суточный ритм температуры тела спортсменов спелеологов / Е.А. Павлов, Т.С. Пронина, Т.А. Филиппова // Материалы 1 российского съезда по хронобиологии и хрономедицине. Владикавказ. - 2008. - С. 96-98.
7. Refinetti R. The circadian rhythm of body temperature / R. Refinetti // Front Biosci. - 2010. - Jan 1 - 15. - P. 564-94.
8. Reinberg A. Problems related to circadian rhythms in human skin and their validation / A. Reinberg, I. Le Fur, E. Tschachier // J. Invest. Dermatol. - 1998. - Oct; 111(4). - P.708-9.
9. Программа Thermo Chron Revisor, [Электронный ресурс] URL http;//www.elin.ru. / (дата обращения 10.01.2005).
10. Сонькин В.Д. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. / В.Д. Сонькин, Р.В. Тамбовцева. - М.: Изд. Дом «Либроком», 2011. -368 с
11. Borbely AA. From slow waves to sleep homeostasis: new perspectives /A.A. Borbely // Arch Ital Biol. - 2001. - V. 139. - P. 53-61.
12. Reinberg A, Towards a molecular understanding of adaptive thermogenesis / A. Reinberg, B.M. Spiegelman // Nature. - 2000. - V. 404 (6778). - P. 652-660.
13. Van Someren E. J. Circadian and age-related modulation of thermoreception and temperature regulation: mechanisms and functional implications / R.J. Raymann, E.J. Scherder, H.A. Daanen, D.F Swaab // Ageing Res. Rev. - 2002. - Sep. V. 1, №4. -P. 721-778.
14. Scheer FA Impact of the human circadian system, exercise, and their interaction on cardiovascular function. / F.A. Scheer, К. Hu, Н. Evoniuk, EE Kelly, А. Mal-hotra A, MF Hilton, S.A. Shea // Proceedings of the National Academy of Sciences. -2010. - V. 107. - Р. 20541-20546.
REFERENCES
1.Gubin G.D. The human body temperature as a problem of chronobiology. Theoretical and practical aspects. Cycles. / D.G. Gubin, S.V. Kulikova // Materials of the third international conference. - Stavropol: SevKavSTU, 2001. - P. 95-116.
2. Stepanova S.I. Biological aspects of the problem of adaptation / S.I. Stepanova. -M.: Science, 1986. - 244 p.
3. Antropova M.V. Physical development of adolescents and their work capacity // Physiology of development of adolescents. - M: Pedagogy, 1988. - P. 158.
4. Sonkin V.D. Homeostatic incontinent thermogenesis in humans: facts and hypotheses. / V.D. Sonkin A.A. Kirdin, R.S. Andreev, E.B. Akimov // Physiology of man.
- 2010. - T 36. (5). - p. 121.
5. Pronina TS, Circadian rhythm of skin temperature in children during puberty / T.S. Pronina N.I. Orlova, V.P. Rybakov // Physiology of Man. - 2015. - Vol. 41., № 2.
- P. 74-84.
6. Pavlov EA Influence of extreme factors of the underground environment on the circadian rhythm of the body temperature of speleologists sportsmen / EA. Pavlov, T.S. Pronina, T.A. Filippova // Materials of the 1st congress on chronobiology and chrono-medicine. Vladikavkaz. - 2008. - P. 96-98.
9. Program Thermo Chron Revisor, [Electronic resource] URL http;//www.elin.ru. / (Circulation date 10.01.2005).
10. Sonkin V.D. Development of muscular energy and working capacity in ontogenesis / V.D. Son'kin, R.V. Tambovtseva. - Moscow: Izd. House "Librocom. - 2011. -368 p.
