CC BY
15
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ КОЖИ ПРИ РАЗНЫХ КРАТКОВРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ У ПОДРОСТКОВ 15-16 ЛЕТ, СИСТЕМАТИЧЕСКИ ЗАНИМАЮЩИХСЯ ПЛАВАНИЕМ
Т.С. Пронина1*, Н.И. Орлова*, В.Д. Сонькин*, Ю.Л. Войтенко**., А.Д. Колесов** . *ФГБНУ «Институт Возрастной физиологии Российской академии образования», Москва **«Российский Государственный Университет Физической Культуры, Спорта, Молодежи и Туризма», Москва
Целью настоящей работы было определить степень термовегетативной реактивности кожи в разных анатомических точках под влиянием трех нагрузках: одноминутное охлаждение кистей рук, трехминутная физическая нагрузка на велоэргометре (100w) и повторное одноминутное охлаждение кистей рук. В эксперименте принимали участие 10 мальчиков-подростков 15-16 лет, регулярно занимающихся плаванием. Температуру (Т) регистрировали высокочувствительным методом «Термохрон iButton», с интервалом 1 минута в четырех анатомических точках: шеи (над ключицей), груди, плеча (верхней части) и спины. Величина Т увеличивалась сразу после каждой нагрузки, а затем резко падала. Расчет подъема и падения Т под влиянием нагрузок показал значительно большие величины в области спины и груди. Выявлены значительные индивидуальные реакции, которые отражают особенности индивидуального баланса периферического кровотока и физиологический механизм поддержания температурного гомео-стаза. Обсуждается возможность применения подобного количественного метода для индивидуальной оценки затраты энергии у спортсменов.
Ключевые слова: подростки 15-16 лет, температура кожи, холодовая и физическая нагрузки.
Skin thermoregulation during different short-term activities in 15-16-year-old adolescents, involved in systematic swimming training. The purpose of this work was to determine the degree of skin thermovegetative reactivity in different anatomical areas under the influence of three types of loads: one-minute cooling of the hands, a three-minute physical exercise on a bicycle ergometer (100w) and repeated one-minute cooling of the hands. The experiment involved 10 adolescent boys at the age of 15-16 y.o., involved in regular swimming training. The temperature (T) was recorded by a highly sensitive method "Thermochron iButton ", with an interval of 1 minute at four anatomical points: the neck (above the clavicle), chest, shoulder (upper part) and back. The T parameter increased immediately after each load, and then dropped sharply. The study of T rise and fall under the influence of loads showed significantly larger values in the areas of the back and the chest. There were revealed significant individual reactions reflecting individual characteristics of the peripheral blood flow balance and the physiological mechanism maintaining the temperature homeostasis. The possibility of using
Контакты: 1 Пронина Т.С. - E-mail: <pronina.ts@mail.ru>
such a quantitative method for the individual assessment of athletes energy costs is being discussed.
Key words: 15-16 year old adolescents, skin temperature, low-temperature activities, physical work load.
Температура тела является одним из интегративных показателей общего состояния организма, в том числе, его энергетического обмена. Тепловое состояние организма оценивают, как правило, по температуре (Т) кожи, которая зависит от состояния капиллярной системы, что, в свою очередь, зависит от функционирования нейроэндокринной системы [5]. Величина Т на разных анатомических участках кожи является отражением термовегетативной функции. Терморегуляция (поддержание нормального метаболизма) через кожу происходит при помощи различных механизмов: кожного кровоснабжения, потовой секреции, проводимости кожи. При физических нагрузках в кровоток включаются почти все капилляры работающей мышцы [12]. В экспериментальном исследованиях, воздействия физических упражнений на термогенез человека учитываются множество различных физиологических факторов, таких как возраст, пол, болезнь, травмы, степень ожирелости [9]. Кроме того, принципиальна важна интенсивность и время воздействия упражнений [13].
Появление портативных, высокотехнологичных приборов, регистрирующих Т кожи с точностью до 0,05°, делает возможным исследование изменений термовегетативной функции при кратковременных охлаждениях и физических нагрузках, что является важным для выявления индивидуальных физиологических особенностей спортсменов и для оптимизации их тренировок.
Целью настоящей работы было определить степень термовегетативной реактивности кожи (степень затраты энергии) в разных анатомических точках по величинам подъема и падения Т во время холодовой и физической нагрузки. Настоящее исследование является пилотным экспериментом, оценивающим влияние краткосрочных воздействий на организм мальчиков 15-16 лет.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
У 10 подростков мальчиков 15-16 лет, регулярно занимающихся плаванием, каждую минуту измеряли температуру на 4-х участках кожи: шеи
(над ключицей), груди, плеча (верхней части), спины, под влиянием трех нагрузок. Первая нагрузка - холодовая (опускание кистей рук и дистальных участков предплечья на одну минуту в воду с Т=16-17 градусов). После десятиминутного интервала испытуемым давали вторую нагрузку (3 минута на велоэр-гометре 100 W). В нашем исследовании физическая нагрузка была для всех детей одинакова по абсолютной мощности, основанием для этого было то, что испытуемые подростки одного возраста, одинаковой конституции и незначительно отличались по ИМТ. Третью холодовую нагрузку вновь проводили после 10-минутного интервала (условия такие же, как у первой). Средний вес испытуемых был 63,3 ± 1,8 см, рост 176,5 ± 1,0 кг, ИМТ 20,7 ± 0,4.
Для количественного определения Т был использован метод «Термохрон iButton» [2], который дает возможность провести мониторинг Т с любым заданным интервалом тестирования и в любом участке кожи. С помощью прикреплен-
ных к коже термохронов можно исследовать длительные процессы термоадаптации. Считывание полученных результатов с термометра-таблетки осуществляли через специальное крепежное приспособление к компьютеру и с применением специальной программы. Для каждого испытуемого были построены графики динамики Т в четырех разных точках кожи. На рисунке 1 показан образец динамики Т у одного подростка на плече и на спине под влиянием трех последовательных нагрузок: холодовой, физической и второй холодовой (время воздействия отмечены стрелками).
Представленный рисунок показывает, что колебания в разных точках отличается не только по средней величине, но и по величинам амлитуд при разных нагрузках. Для описания процесса термоадаптации именно две величины амплитуды - подъем и падение, учитывались в настоящей работе.
Рис. 1. Образец динамики температуры у одного мальчика 16 лет на плече и спине под влиянием трех последовательных нагрузок (1-холод, 2 физическая, 3-холод), время воздействия которых показаны стрелками.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
У всех подростков на протяжении 6 минут до начала эксперимента была зарегистрирована базовая Т (Таблица 1).
Таблица 1
Средняя температура на анатомически разных участках кожи мальчиков подростков.
Место прикрепления шея грудь плечо спина
среднее 35,35±0,05 33,79±0,13 34,26±0,08 34,59±0,06
Результаты таблицы показывают, что наибольшая Т определятся в области шеи, меньшая величина Т спины (р <0,001), еще более сниженная - Т плеча и, самая низкая - Т груди (р <0,001). По-видимому, такое распределение в температур отражает разную степень тонуса кожных капилляров в исследованных анатомических точках.
При сопоставлении индивидуальных данных наблюдается большой разброс, так как они отражают индивидуальную реактивность, которая зависит как от индивидуальных особенностей термовегетативной функции организма, так и от начала времени нагрузки с учетом фазы индивидуального процесса колебаний Т. Сравнение средних величин подъема и падения Т в разных анатомических точках показало, что оба физиологических процесса происходят на любом участке кожи (таблица 2). Охлаждение рук (1 нагрузка) стимулирует выработку тепла во всех областях, несколько большее в области груди, а физическая нагрузка - как на груди, так и на спине. Второе воздействие холодом приводит к подъему Т на трех точках: шее, груди и спине (особенно значимое). Последующее падение Т наблюдается во всех областях кожи. Величина падение Т во всех исследуемых областях под влиянием охлаждения одинакова.
Таблица 2
Величина подъема и падения температуры сразу после охлаждения и физической нагрузки в четырех участках кожи у мальчиков 15-16 лет.
подъем шея грудь плечо спина
Холод. 0,27 ± 0,07 0,36 ± 0,12 0,26 ± 0,07 0,29 ± 0,08
Физич. 0,26 ± 0,03 0,32 ± 0,04 0,25 ±0,04 0,38 ± 0,08
Холод.2 0,34 ± 0,11 0,35 ± 0,04 0,25 ± 0,05 0,45 ± 0,09
падение
Холод. 0,26 ± 0,06 0,26 ± 0,08 0,28 ± 0,07 0,26 ± 0,08
Физич. 0,34 ± 0,07 0,45 ± 0,08 0,34 ± 0,04 0,58 ± 0,08
Через несколько минут после физической нагрузки Т снижается на груди и, особенно, на спине (р <0,02) - по отношению к ответу на охлаждение.
0,30 1 0,20 0,10 0,00 -0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,50
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 -0,10 -0,20 -0,30 -0,40 -0,50 -0,60
СПИНА
Рис. 2. Диаграмма реакции кожи подростков (подъем и падение температуры) в
четырех анатомических областях кожи в ответ на охлаждение рук (1 и 3 -темные столбики) (темные столбики) и физической нагрузки (2 - светлые столбики).
3
Сравнение механизма терморегуляции на разных участках кожи в виде диаграммы (рисунок 2) наиболее четко отражает процесс адаптивного термогенеза [3, 11] кожи в ответ на различные кратковременные воздействия на организм. Т кожи в разных анатомических областях сначала возрастает, что является компенсаторной термогенной функцией в ответ на нагрузку, а затем падает, что отражает процесс термоадаптации (рассеивание тепла через кожу). В этом процессе именно физическая трехминутная нагрузка приводит к наибольшему падению Т во всех исследуемых областях кожи. Известно, что мышечное упражнение увеличивает внутреннюю температуру и сопровождается генерация тепла [8; 10]. Для поддержания внутренней температуры, тело должно потерять тепло, генерируемое во время нагрузки [6; 7]. Аноук А. с сотрудниками [4], исследуя методом инфракрасной термометрии термоадаптацию участков кожи над икроножной мышцей у тренирующихся спортсменов-велосипедистов (100 Вт), показали снижение Т кожи в течение первых трех минут силовой нагрузки. Эти сведения совпадают с результатами нашей работы, полученной с применением метода «Термохрон», что еще раз отражает многоступенчатость процессов термоадаптации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты настоящей работы подтвердили, что кожная Т может быть важной информативным сведением о системе теплового контроля и терморегуляции при разных нагрузках, что отражает различия в динамических процессах адаптации между разными участками поверхности тела. Выявленный нами факт наибольшего снижения Т на спине у спортсменов подростков мальчиков, согласуется с результатами исследования температурной динамики у спортсменов подростков девочек [1]. Это дало нам основание предположить наличие у подростков на спине, подкожных термогенных структур - таких, как бурый жир (БЖТ) [4], основная функция которого поддержание температуры ядра тела при определенных условиях. Кроме того, применяемый нами неинвазивный метод «Термохрон iButton», дает возможность количественно оценить влияние холодовой и физической нагрузки, необходимой в спортивной деятельности и проанализировать влияние других физиологических факторов на динамику изменения температуры [7]. метод который предоставляет информацию о тепловом аспект в сложном термо-регуляторном процессе.
Практическое применение Целью этого пилотного эксперимента было улучшение понимания механизма терморегуляции при воздействии разного типа кратковременных физиологических влияний на организм спортсменов.
Использование метода «Термохрон iButton» для быстрой оценки адаптивного термогенеза [10] кожи в разных анатомических точках предполагает в дальнейших исследованиях разработать практические рекомендации количественной методики для оценки индивидуальной термовегетативной особенности спортсменов. Учет физиологических показателей имеет немаловажное значение для индивидуальной оптимизации тренировочного процесса и успешности соревновательной деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васильева Р.М., Сонькин В.Д., Орлова Н.И., Колесов А.Д. Индивидуальные особенности реакции гемодинамики и термовегетативной реактивности кожи у девочек-спортсменок 13-14 лет при стандартной физической нагрузке // Новые исследования. - 2018. - № 2. - С. 64-79.
2. Программа Thermo Chron Revisor, [Электронный ресурс] URL http;//www.elin.ru / (дата обращения 10.01.2005).
3. Сонькин В.Д., Кирдин А.А., Андреев Р.С., Акимов Е.Б. Гомеостатический несократительный термогенез у человека: факты и гипотезы // Физиология человека. - 2010. - Т. 36. (5). - С. 121-127.
4. Anouk A. J., J. van der Lans, Maarten, J. Vosselman ,W. Hanssen Supraclavicular skin temperature and BAT activity in lean healthy adults. // Physiol Sci. - 2016. -V. 66. - Р. 77-83.
5. Benzinger T.H. Heat regulation: homeostasis of central temperature in man // Physiol. Rev. - 1969. - V. 49(4). - Р. 671-759.
6. .Bertucci W, A. Arfaoui, G. Polidori The pedaling biomechanics of master's cyclists: a preliminary study // Journal of Science and Cycling. - 2012. - V. 1, №. 2. -P. 42-46.
7. Chudecka M, Lubkowska A. () The use of thermal imaging to evaluate body temperature changes of athletes during training and a study on the impact of physiological and morphological factors on skin temperature. // Human movement. - 2012. - V. 13, №. 1. - P. 33-39.
8. Cramer M.N.? O. Jay Selecting the correct exercise intensity for unbiased comparisons of thermoregulatory responses between groups of different mass and surface area. // J Appl Physiol. - 2014. - № 116. - P. 1123-1132.
9. Jay O, Cramer A new approach for comparing thermoregulatory responses of subjects with different body sizes. // Temperature. - 2015. - V. 2. - P. 42-43.
10. Limbaugh J.D., G.S. Wimer, L.H. Long, W. Hbaird Body fatness, body core temperature, and heat loss during moderate-intensity exercise. // Aviat Space Environ Med. - 2013. - V. 84. - P. 1153-1158.
11. Lowell BB, Towards a molecular understanding of adaptive thermogenesis /B.B. Lowell, B.M. Spiegelman // Nature. - 2000. - V. 404 (6778). - P. 652-660.
12. McArdle W.D. Physiology of exercise: nutrition, energy and human performance. / WD McArdle, FI Katch, VL Katch // Philadelphia, PA: Kluwer Health. - Lippincott Williams and Wilkins. - 2015. - 1028 p.
13. Rowland T. Thermoregulation during exercise in the heat in children: old concepts revisited. / T Rowland // J Appl Physiol. - 2008. - V. 105. - P. 718-724.
REFERE^E
1. Vasilieva R.M. Individual features of the reaction of hemodynamics and ther-movegetative reactivity of the skin in girls-athletes 13-14 years old with standard physical activity / R.M. Vasiliev, V.D. Sonkin, N.I. Orlova, A.D. Kolesov // Almanac New Research. - 2018. - №. 2. - S. 64-79.
2. The program Thermo Chron Revisor, [Electronic resource] URL http: // www.elin.ru/ (the date of circulation is January 10, 2005).
3. Sonkin V.D. Homeostatic non-contractile thermogenesis in humans: facts and hypotheses. / V.D. Sonkin, A.A. Kirdin., R.S. Andreev, E.B. Akimov // Human Physiology. - 2010. - T. 36. (5). - S. 121-127.
