CC BY
11
ТЕРМОВЕГЕТАТИВНАЯ РЕАКЦИЯ КОЖИ НА КРАТКОВРЕМЕННЫЕ ХОЛОДОВЫЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ У МАЛЬЧИКОВ 13-16 ЛЕТ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ СПОРТИВНЫМ ПЛАВАНИЕМ
Т.С. Пронина*1, Н.И Орлова*, В.Д. Сонькин*, Ю.Л. Войтенко**., А.Д. Колесов** *ФГНУ «Институт Возрастной физиологии РАО», Москва **«Российский Государственный Университет Физической Культуры,
Спорта, Молодежи и Туризма», Москва
Целью настоящей работы было определить степень термовегетативной реактивности кожи (амплитуда подъема температуры) в разных анатомических точках под влиянием кратковременной холодовой и физической нагрузки. У 11 мальчиков подростков, регулярно занимающихся спортивным плаванием в возрасте от 13-14 до 15-16лет, методом «Термохрон iButton» определяли Т в четырёх областях: шеи, груди, плеча, спины. Нагрузки, с интервалом 15 минут, давались в следующей последовательности: первая холодовая 1 -минутная нагрузка (кисти рук в воде 18 °С), физическая нагрузка (3 минуты на велоэргометре, мощность 100 Вт), и вторая холодовая нагрузка, аналогичная первой. Показано, что в разных анатомических участках кожи реакция различна. Выявлены возрастные особенности реактивности, она максимальна у подростков 14-15 лет. Обсуждается возможность применения количественного термографического метода для индивидуальной оценки затрат энергии у подростков в период полового созревания.
Ключевые слова: температура кожи, термовегетативная реакция на холод и физическую нагрузку, юные спортсмены, возраст 13-16 лет.
Thermal vegetative reaction of skin to short-term low temperatures and physical loads in 13-16-year-old boys involved in sports swimming. The aim of this work was to determine the degree of thermo-vegetative skin susceptibility (temperature rise amplitude) in different anatomical areas under the influence of short-term cold and physical exercise. 11 teenage boys, aged between 13-14 to 15-16 years old, regularly engaged in sports swimming, Thermochron iButton method was used to determine T in four areas: neck, chest, shoulder, and back. The work loads, with an interval of 15 minutes, were given in the following sequence: the first 1-minute cold exposure (hands in water 18 ° C), then physical activity (3 minutes on a bicycle ergometer; power 100 W), then the second cold exposure, the same as the first one. It was shown that the reaction is different in different skin areas. The age-related features of skin susceptibility were identified. It reaches its peak at the age of 14-15 years old. The possibility of using the quantitative thermographic method to assess individual energy expenditures in adolescents during puberty is being discussed.
Key words: skin temperature, thermo-vegetative reaction to cold and physical activity, young athletes, age of 13-16 years old.
Контакты: 1 Пронина Т.С. - E-mail: <pronina.ts@mail.ru>
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 [4; 6]. Величина температуры на разных анатомических участках кожи является отражением термовегетативной функции. Терморегуляция, то есть поддержание нормального теплообмена через кожу, происходит при помощи различных механизмов: кожного кровоснабжения, потовой секреции, тепловой проводимости кожи [1]. При физических нагрузках в кровоток включаются почти все капилляры работающей мышцы. В экспериментальных исследованиях воздействия холода и физических упражнений на термогенез человека учитывается множество различных морфофизиологических факторов, включая возраст, пол, наличие и характер заболеваний, травм, степень развития жирового компонента, и др. [7; 10]. Кроме того, принципиально важна интенсивность и длительность упражнений [13; 16]. Появление портативных, высокотехнологичных приборов, регистрирующих Т кожи с точностью до 0,05°, делает возможным исследование изменений термовегетативной функции при кратковременных нагрузках, что является важным для выявления индивидуальных особенностей, а в перспективе - для персонифицированной оптимизации спортивных тренировок. Известно, что чрезмерное повышение температуры тела, вызванное физическими нагрузками (гипертермия), может негативно повлиять на спортивный результат [9]. Использование предшествующих сеансов охлаждения (предварительное охлаждение), вовремя или непосредственно после физических нагрузок, может ограничивать увеличение температуры ядра тела и, следовательно, улучшать физические возможности.
Целью настоящей работы было определить степень термовегетативной реактивности кожи (амплитуда подъема Т) подростков 13-16 лет в разных анатомических точках под влиянием кратковременных чередующихся холодовых и физических нагрузок.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проведено на базе детской спортивной школы по плаванию РГУФКСМиТ (тренер - к.б.н. А.Д. Колесов) в 2016-2019 гг. Участники исследования - 12 подростков мальчиков, обследованных в весенне-летний предсоревно-вательный период в возрасте 13-14, 14-15 и 15-16 лет. В каждом исследовании испытуемые выполняли стандартный комплекс нагрузок в течение получаса: первое (1) воздействие охлаждением - опускание на 1 минуту кистей рук в воду с температурой 18°. Следующее воздействие (2) - стандартная физическая нагрузка (3 минуты на велоэргометре, мощность 100 Вт) и третья нагрузка (3) - охлаждение в первоначальных условиях.
Для количественного определения Т был использован метод «ТИегшосЬгоп iButton» [3]. В нашем исследовании Т измеряли в градусах С с интервалом 1 минута. Считывание полученных результатов с термометра-таблетки осуществляли через специальный интерфейс, соединенный с компьютером, с применением специализированного программного обеспечения. Измеряли температуру на разных
участках кожи: шеи - над ключицей (1), груди на грудине (2), плеча - верхней части (3), спины - межлопаточная область (4).
Индекс массы тела (ИМТ) незначительно отличался в трех возрастных группах (Табл.1). Именно поэтому для всех мальчиков, участвующих в эксперименте, физическая нагрузка на велоэргометре была равна 100 W.
Таблица 1
Средний рост, вес, Индекс массы тела (ИМТ) у мальчиков трех возрастов.
Возраст (лет) Рост (см) Вес (кг) ИМТ
13-14 167,3 ±3,7 48,8 ±2,0 18,9 ±1,26
14-15 173,7 ±3,8 61,6 ±2,3 20,3 ±1,3
15-16 176,0 ±0,84 63,9 ±1,43 20,6 ±0,4
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
У всех испытуемых на протяжении 6 минут до начала эксперимента была зарегистрирована базовая Т (Табл. 2).
Таблица 2
Средняя температура на анатомически разных участках кожи подростков мальчиков трех возрастов.
шея грудь плечо спина
среднее ст. откл. 35,35±0,05 (0,44) 33,79±0,13 (0,84) 34,26±0,08 (0,70) 34,59±0,06 (0,48)
Полученные результаты показывают, что наибольшая Т определятся в области шеи (р <0,001), меньшая величина - Т спины (р <0,001), еще более сниженная - Т плеча и самая низкая - Т груди (р <0,001). По-видимому, такое распределение температур отражает разную степень тонуса кожных капилляров в исследованных анатомических точках.
Величину ДТ после нагрузки рассчитывали индивидуально сразу от первой минуты воздействия до максимальной величины. Для каждого испытуемого были построены индивидуальные графики. Объединенные результаты для трех возрастных групп представлены на диаграмме. Диаграмма отражает реакцию кожной Т в четырех анатомических областях у подростков трех возрастных групп в ответ на три воздействия.
Рис. 1. Увеличение температуры кожи (ДТ) в четырех анатомических точках (шея, грудь, плечо, спина) под влиянием трех нагрузок - холод 1, физическая нагрузка, холод 2 у мальчиков трех возрастов.
Реакции кожи на холод 1 у разных возрастных групп различна. Так, у младшей группы мальчиков (13-14 лет), первое холодовое воздействие слабо выражено на трех участках кожи. Достоверная увеличенная реакция (р <0,05) имеет место только на спине. В следующей возрастной группе (14-15 лет) наблюдается большая реакция на всех участках кожи, особенно в области спины (р <0,05). В старшей группе (15-16 лет) происходит снижение Т во всех точках по сравнению с предшествующей возрастной группой.
Реакция на физическое воздействие имеет свои возрастные особенности. У группы мальчиков 13 -14 лет наименьшая реакция наблюдается в области шеи, а в других анатомических областях она одинакова. С возрастом (14-15 лет) реакция в области шеи возрастает, а в области плеча - падает. У мальчиков старшей группы реакция на физическую нагрузку ниже, чем у предыдущей группы.
Воздействие второй холодовой экспозиции на Т кожи по сравнению с физическим воздействием у детей всех возрастных групп приводит к резкому увеличению реакции в области кожи спины, особенно у детей 14-15 лет.
Если провести общий анализ возрастных изменений термовегетативных реакций на разных анатомических участках кожи в разных возрастных группах, то можно отметить следующую особенность: увеличенная теплопродукция под влиянием нагрузок происходит в возрасте 14-15 лет. Наибольшая реакция во всех возрастных группах, особенно после второго охлаждения, наблюдается в области спины.
Обращает на себя внимание большая вариабельность данных, особенно при втором холодовом воздействии. Действительно, индивидуальный прирост ДТ может на порядок отличаться по величине (от 0,06° до 0,55°). Индивидуальная термореакция отличается и по времени наступления максимума - при воздействии холода 1 - от 2-х до 6 минут, при физической нагрузке - от 4-х до 6 минут, при второй холодовой нагрузке - от 3-х до 6 минут.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Известно, что повышение температуры тела, вызванное физическими нагрузками, может негативно повлиять на спортивный результат. Любая возможность снизить температуру кожи до или во время тренировки может быть полезна для улучшения физических возможностей и восстановления после стрессовой нагрузки [15].
Температура тела человека регулируется для обеспечения нормальной функции организма. Во время тренировки только ~ 20-30 % произведенной энергии преобразуется в механическую работу, тогда как ~ 70-80 % энергии выделяется в виде тепла [7; 12]. Теплопродукция, вызванная физическими нагрузками, обычно приводит к увеличению Т тела. Многочисленные исследования показали значительное увеличение Т у спортсменов, работающих в холодных, теплых, и влажных условиях окружающей среды. Поэтому очень важны стратегии снижения теплового напряжения до, вовремя и непосредственно после тренировки [11]. Благоприятные эффекты предварительного охлаждения могут быть объяснены терморегуляторными, а также сердечно-сосудистыми и метаболическими механизмами. Ранние обзоры были в основном сосредоточены на воздействии предва-
рительного охлаждения на терморегуляцию [14]. Предварительное охлаждение нацелено на снижение Т до начала тренировки, тем самым увеличивая запас производства энергии и увеличения тепла. Тепловой буфер с предварительным охлаждением позволяет спортсменам выполнять больше работы до достижения критического предела. В этих работах представлены сведения о длительных физических нагрузках (от получаса). Отсутствие стандартизации затрудняет прямое сравнение между исследованиями [9].
Задачей настоящей работы было изучить процесс терморегуляции с применением метода «Thermochron iButton» для количественной оценки при кратковременной физической нагрузке в сочетании с краткосрочным охлаждением в четырех анатомических областях кожи у подростков 13-16 лет в сложный период гормональной перестройки организма. Если рассматривать возрастную картину изменения реакции Т на нагрузки, то можно отметить следующее. Кратковременное охлаждение кистей рук (холод 1) по-разному изменяет тепловой баланс организма подростков в разные периоды полового созревания: подъем Т минимален в 12-13 лет, значительно возрастает в 14-15 лет и вновь снижается в 15-16 лет. Следует отметить увеличенную термореакцию в области спины. Трехминутная физическая нагрузка увеличивает Т в периоды 13-14 и 14-15 лет. У старшей возрастной группы значительного изменения не наблюдается. Воздействие второго охлаждения стимулирует температурную реакцию практически во всех областях кожи в каждом возрасте. Особенно резкий подъем Т в этот период происходит на спине, что может быть следствием вовлечения в терморегуляцию организма тренированных мышц спины у подростков-пловцов. В то же время, это может быть также отражением выраженной активности бурой жировой ткани - специализированного органа терморегуляции у млекопитающих и человека, который часто располагается в межлопаточной области под слоем кожи и подкожного белого жира.
Таким образом, результаты нашей работы показали возрастные особенности терморегуляторных реакций у детей в сложный период гормональной перестройки и подтвердили, что кожная Т может быть важным и информативным показателем активности процессов терморегуляции при различных нагрузках. Выявленный нами факт наибольшего увеличения ДТ на спине у спортсменов подростков мальчиков, согласуется с результатами исследования температурной динамики у девочек 13-14 лет [2]. В нашем эксперименте участвовали подростки, которые профессионально занимаются плаванием (три раза в неделю по 2 часа), а плавание, как хорошо известно, сильно развивает мышцы спины. В то же время, необходимо учитывать возможность наличия у подростков в межлопаточной области спины подкожных термогенных структур - таких, как бурый жир [1; 5].
Использование метода «Термохрон iButton» для быстрой оценки кожной реакции температуры в разных анатомических точках предполагает в дальнейшем разработку практических рекомендаций, по количественной оценке, индивидуальной термовегетативной реактивности спортсменов. Учет физиологических показателей имеет немаловажное значение для индивидуальной оптимизации тренировочного процесса и успешности соревновательной деятельности юных спортсменов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акимов Е.Б., Сонькин В.Д. Кожная температура и лактатный порог во время мышечной работы у спортсменов // Физиология человека. - 2011 - Т. 37 (5). -С. 120-128
2. Васильева Р.М. Индивидуальные особенности реакции центральной гемодинамики и термовегетативной реактивности кожи у девочек-спортсменок 13-14 лет при стандартной физической нагрузке / Васильева Р., Сонькин В., Орлова Н., Колесов А. // Новые исследования. - 2018 - № 2 - С. 64-76.
3. Программа Thermo Chron Revisor,
URL: http;//www.elin.ru / (дата обращения 10.01.2005).
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. 121-127.
5. Anouk A. J. Supraclavicular skin temperature and BAT activity in lean healthy
adults. / A.J Anouk, J. van der Lans, Maarten, J. Vosselman ,W. Hanssen // J Physiol Sci. - 2016. - V. 66. - Р. 77-83.
6. Arfaoui A. Thermoregulation during incremental exercise in masters cycling. /Arfaoui A, Bertucci W, Letelie T, Polidori G. // J. Sci Cycling.Vol. 3(1), 33-41
7. Benzinger T.H. Heat regulation: homeostasis of central temperature in man. /
T.H. Benzinger // Physiol. Rev. - 1969. - V. 49(4). - Р. 671-759
8. Bertucci W, Arfaoui A, Polidori G. The pedaling biomechanics of master's cyclists: a preliminary study. Journal of Science and Cycling - 2012. - 1(2): 42-46
9. Coen C. Cooling interventions for athletes: An overview of effectiveness, physiological mechanisms, and practical considerations. / Coen C., Bongers G., Maria T. E. Hopman // Temperature (Austin) 2017; 4(1): 60-78.
10. Jay O, Cramer A new approach for comparing thermoregulatory responses of subjects with different body sizes. / O. Jay, M.N. Cramer // Temperature. - 2015. -V. 2. - P. 42-43.
11. Cramer M.N. Selecting the correct exercise intensity for unbiased comparisons of thermoregulatory responses between groups of different mass and surface area. / M.N. Cramer, O. Jay // J Appl Physiol. - 2014. - № 116. - P.1123-1132.
12. Limbaugh J.D. Body fatness, body core temperature, and heat loss during moderate-intensity exercise. / J.D. Limbaugh, G.S. Wimer, L.H. Long, W.H. Baird // Aviat Space Environ Med. - 2013. - V. 84. - P. 1153-1158.
13. Lowell BB, Towards a molecular understanding of adaptive thermogenesis / B.B. Lowell, B.M. Spiegelman // Nature. - 2000. - V. 404 (6778). - P. 652-660.
14. Kruk B Thermoregulatory responses to exercise at low ambient-temperature performed after precooling or preheating procedures. / Kruk B, Pekkarinen H, Harri M, Manninen K, Hanninen O. // Eur J Appl Physiol. - 1990. - 59. - P. 416-20.
15. 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.
16. Rowland T. Thermoregulation during exercise in the heat in children: old concepts revisited. / T Rowland // J Appl Physiol. - 2008. - V.105. - P. 718-724.
REFERENCES
1. Akimov E.B., Sonkin V.D. Skin temperature and lactate threshold during muscle work in athletes // Human Physiology. - 2011 - T. 37 (5). - S. 120-128.
2. Vasilyeva R.M. Individual characteristics of the reaction of central hemodynamics and thermovegetative skin reactivity in female athletes 13-14 years old with standard physical activity / R.M. Vasilieva, V.D. Sonkin, N.I. Orlova, A.D. Kolesov // Almanac New research. - 2018. - No. 2. - S. 64-76.
3. Thermo Chron Revisor.
URL: http; // www.elin.ru / (accessed January 10, 2005).
4. Son'kin V.D. Homeostatic non-shivering thermogenesis in humans: facts and hypotheses. / V.D. Son'kin, A.A Kirdin., R.S. Andreev, E.B. Akimov // Human Physiology. - 2010. - T. 36. (5). - S. 121-131.
