Ciepło, cieplej….GORĄCO!

 do Aktualności, Blog, Dr Szczepan Wiecha

Bieganie w upalne dni

Sportowcy, nie tylko wyczynowi są narażeni na stres cieplny, który może mieć negatywne skutki na możliwości wysiłkowe i wyniki sportowe. Skrajne temperatury, te niskie jak i wysokie utrudniają trenowanie i wymagają modyfikacji założeń treningowych. Niestety nie zawsze możemy uniknąć stresu cieplnego a najlepszym tego przykładem są starty w zawodach kiedy to nie mamy wpływu na godzinę czy warunki w jakich przyjdzie nam realizować.

Skąd bierze się stres cieplny….

i jakie są mechanizmy obronne organizmu?

W trakcie wysiłku znacząco potęgujemy produkcję ciepła tzw. metabolicznego, które jest wynikiem pracy naszych mięśni. Te do skurczu potrzebują energii, ale przy jej produkcji część jest uwalniana z komórek mięśniowych w postaci ciepła. Mówimy tu o efektywności mięśniowej pracy, która nie jest doskonała  i wynosi tylko 25% co oznacza, że tyle fizycznie powstaje energii mechanicznej. Tylko od warunków otoczenia zależeć będzie to czy w trakcie wysiłku możliwa będzie utrata nadmiaru ciepła z organizmu czy też następować będzie kumulacja temperatury.

Jak organizm broni się przed przegrzaniem?

Na szczęście matka natura wyposażyła nas w dosyć skuteczne mechanizmy termoregulacyjne, które pozwalają łagodzić ryzyko hipertermii (przegrzania). Do podstawowych należy pocenie, które sprawia, że nasze gruczoły potowe produkują pot i tym samym odparowują energię cieplną na drodze parowania. Również część energii jest tracona podczas oddychania tj. wentylowania płuc, kiedy ciepło z naszego ciała wydostaje się do otoczenia. Niemniej jednak możliwości utraty ciepła przy wysokiej temperaturze otoczenia i co gorsza wysokiej wilgotności stają się wraz ze wzrostem wspomnianych coraz mniejsze aż całkowicie zanikają. Tak może już być w warunkach temperatury okolicy 30-32°C przy wilgotności 80-100%, czyli określając to bardziej potocznie jak w dżungli. To co jest charakterystycznym objawem tego, że brakuje skutecznej wymiany cieplnej jest skraplanie się potu i jego spływanie, przez co nie odparowuje ciepło z powierzchni skóry w pełni efektywnie. Na efektywność parowania potu wpływa nie tylko różnica temperatur, ale również ruch samego powietrza. Ewaporacja znacząco poprawia się, jeśli jesteśmy owiewani przez co więcej ciepła może być uwalniane do otoczenia. Zjawisko to szczególnie dobrze znają kolarze, którzy trenując w pomieszczeniu na ergometrach dosłownie „wylewają” z siebie poty a jadąc na dworze z tym samym obciążeniem mają jedynie lekko wilgotną skórę. Podobnie biegacze i różnice pomiędzy bieżnią mechaniczną a warunkami naturalnymi.

Kiedy faktycznie zaczynam się przegrzewać?

Nasz organizm reaguje na wzrost temperatury rdzennej/korowej dosyć szybko, tym samym uruchamiając pracę gruczołów potowych i jednocześnie przesterowując krążenie krwi tak by zwiększyć wymianę wewnętrzną pomiędzy pracującymi mięśniami i skórą. W procesy te oczywiście zaangażowane są różne receptory w całym ciele (termoreceptory), ośrodki podkorowe mózgu, gruczoły dokrewne jak i system naczyniowy. Celem wbrew pozorom nie jest chronienie mięśni przed przegrzaniem a naszej elektroniki i systemów sterujących, czyli właśnie ośrodkowego układu nerwowego. To on jest najbardziej podatny na hipertermię i to zaburzenie jego pracy może mieć w skrajnych przypadkach tragiczne skutki.

Prawidłowa wewnętrzna temperatura ciała to poziom 36.6-37.0, łagodna hipertermia, normalnie występująca przy aktywności fizycznej to 37.2-38.5 , umiarkowana z która spotykamy się przy wyczerpujących aktywnościach 38.5-39.5, oraz faktyczna „kliniczna” hipertermia >39.5 gdzie zaczynają się problemy związane z nadmiernym przegrzaniem naszego układu nerwowego. Nasze możliwości do wysiłku gwałtownie spadają, jeśli temperatura zaczyna przekraczać 39-40 stopni. Dla wysiłków trwających kilka minut (<10) temperatura, w której rozgrywane są zawody nie ma większego wpływu, oczywiście jeśli wcześniej zawodnik/czka nie skumulowali za dużo ciepła biernie.

Jak uniknąć hipertermii?

Czy można schłodzić się na zapas?

Niestety nie! Ochładzanie ciała przed wysiłkiem nie pomoże w utrzymaniu komfortu cieplnego. Dobrze jest to objaśnić na podstawie fizycznych zależności, bo dotykamy tu czystej fizyki ciał stałych i gazów. W dużym uproszczeniu, przewodzenie i konwekcja ciepła to wielkości wektorowe, mające zarówno kierunek, jak i wielkość. Kierunek przepływu ciepła jest określany przez drugą zasadę termodynamiki, a jego wielkość przez równanie przewodzenia ciepła Fouriera. Równanie to określa szybkość, z jaką ciepło przemieszcza się wzdłuż gradientu termicznego. Zasady te mają zastosowanie do ludzi podczas wysiłku fizycznego, gdzie tempo zmian temperatury tkanki jest proporcjonalne do wielkości gradientów termicznych między źródłami ciepła (mitochondriami mięśni) a odbiornikami ciepła (mniej aktywnymi tkankami).

Schładzanie przed wysiłkiem…nie jest dobrym pomysłem

Badanie Bootha i współpracowników (2004) wykazało, że temperatury mięśni (Vastus lateralis, na głębokości 3 cm) uczestników ćwiczących na rowerze (35 minut, 60% maksymalnej wydolności tlenowej, przy temperaturze otoczenia 35 °C) różniła się o 6,9 °C w zależności od zastosowanego wcześniej przygotowania termicznego (schładzania/przegrzania), a głęboka temperatura ciała (mierzona w przełyku) różniła się o 1,3 °C. Tempo wzrostu temperatury mięśni w trakcie ćwiczeń było znacznie szybsze w przypadku mięśni schłodzonych przed wysiłkiem (0,23 °C/min) niż mięśni podgrzanych (0,04 °C/min). Schładzanie przed wysiłkiem nie opóźnia znacząco wzrostu temperatury mięśni i tym samym nie zmienia możliwości wysiłkowych czy ryzyka hipertermii. Zabieg taki może mieć też negatywny wpływ na podatność układu mięśniowo szkieletowego na urazy z uwagi na gorszą sprężystość tkanek czy zaburzenia czucia głębokiego.

Co ma znaczenie dla naszej termoregulacji?

Skład ciała oraz jego powierzchnia przekładają się bezpośrednio na właściwości cieplne i tym samym możliwości wymiany ciepła. Im większa powierzchnia w stosunku do masy tym lepiej/łatwiej wymieniamy ciepło z otoczeniem. Tu mogą być pomocne różne rozwiązania technologiczne jak np. specjalistyczna odzież zwiększająca powierzchnię wymiany cieplnej. Osoby o większej zawartości tkanki tłuszczowej w ciele będą się szybciej przegrzewać z uwagi na mniejszą pojemność cieplną tłuszczu do mięśni ( 1.8 J g−1 K−1 do 3.6 J g−1 K−1). Proporcje ciała również mają znaczenie i tym samym osoby niższe mają lepszy stosunek masy ciała do powierzchni skóry i łatwiej regulują temperaturę zewnętrzną. Tym samym osoby o wysokim BMI mają zdecydowanie bardziej utrudnione funkcjonowanie w warunkach cieplnych a ich możliwości wysiłkowe są przez to proporcjonalnie gorsze. Środowisko, w którym ćwiczymy ma również duże znaczenie i tu aktywność w wodzie znacząco różni się od tej na powietrzu. Przewodnictwo cieplne wody jest 24 krotnie większe od powietrza. Tym samym wymiana cieplna w wodzie o temperaturze 24°C w porównaniu do takiej samej temperatury powietrza jest dużo szybsza. Kij ma jednak dwa końce i z tego też względu aktywność w wodzie zbliżonej czy wyższej od temperatury ciała, gdyby ktoś może chciał popływać w źródłach termalnych, prowadzić będzie wprost do szybkiej hipertermii.

Przegrzanie i odwodnienie, czyli idealna recepta na samozagładę

Dla osoby ważącej 70 kg około 45 kg stanowi masa wody, co daje nam stosunkowo duże rezerwy jej utraty. Nie jesteśmy jednak tutaj jakoś szczególnie uprzywilejowani, bo mamy względnie wąskie optimum nawodnienia w jakim dobrze funkcjonuje nasze ciało. ACSM zaleca, aby utrzymać nawadnianie nie doprowadzając do spadku masy ciała (odwodnienia) > 2% przy czym WHO określa poziom odwodnienia do 5% masy ciała jako nie dający objawów. Wartości >10% masy ciała stanowią już ostre odwodnienie zagrażające zdrowiu. Wnioski z wielu badań eksperymentalnych wskazują, że odwodnienie <3% nie modyfikuje tempa powstawania hipertermii, ale dalsze zwiększanie odwodnienia nasila hipertermię o 0.1C na każdy dodatkowy spadek masy ciała o 1% Greenleaf and Castle (1971; U.S.A.). Warto pamiętać, że do odwodnienia może dochodzić bardzo szybko a tempo utraty wody z organizmu przy intensywnej aktywności i wysokiej temperaturze może wynosić 2-4 litrów na godzinę! W wielu dyscyplinach, zwłaszcza szybkościowych, ale również i wytrzymałościowych waga zawodnika ma duże znaczenie i z tego też względu nie rzadko celowo wprowadza się stan odwodnienia, poprzez redukcję przyjmowania płynów. Poziom, który względnie nie obniża jeszcze możliwości wydolnościowych to okolica 3-4% masy ciała Cheuvront and Kenefick 2014. Wyczynowi triatloniści, kolarze czy maratończycy potrafią na mecie „odwodnić” masę ciała na poziomie 10%, co realnie oznacza kilka kilogramów mniej i tym samym realnie poprawia stosunek masy do „mocy”. Realnie patrząc na różnice w utracie możliwości wysiłkowych to hipertermia ma dużo większe i szybsze konsekwencje dla organizmu niż odwodnienie.

Działaj, póki nie jest za późno!

Samo odwodnienie pociąga też za sobą zmianę osmolarności osocza (wzrasta zagęszczenie), co wpływa ujemnie na produkcję potu przez gruczoły i tym samym ewaporację ciepła z powierzchni skóry. Stan ten nasila się szczególnie przy wyższym stopniu odwodnienia >7%, przez co dodatkowo szybciej wzrasta temperatura wewnętrzna. Innymi słowy przekraczanie pewnych barier zarówno temperatury ciała jak i stopnia odwodnienia pociąga za sobą lawinę zmian prowadzać do groźnych sytuacji. Z całą pewnością, jeśli obserwujecie zanik pocenia w trakcie długiego wysiłku z jednoczesnym narastaniem temperatury ciała to jesteście na granicy…ratunek jest tylko jeden, jak najszybciej schłodzić ciało i nawodnić co oczywiście w warunkach rywalizacji sportowej raczej nie jest możliwe, jeśli już nastąpi.

Nawodnienie, kluczowy aspekt!

Nawet w spoczynku w normalnej temperaturze otoczenia tracimy sporo wody, która jest usuwana przez skórę, wydalana z moczem i kałem oraz wydychana. Te ilości dla osoby o wadze 75kg to nawet 4% masy ciała na dobę. Zmiany te wpływają na osmolarność krwi co pobudza ośrodki podkorowe i wzmaga u nas odczucie pragnienia, ale procesy te rozpoczynają się przy odwodnieniu na poziomie 2-3% (Armstrong and Kavouras 2019). Z tego też względu zalecane jest uzupełnianie płynów przy planowanym długotrwałym wysiłku trwającym >90 min od samego początku, zgodnie z przewidywaną utratą Kenefick 2018.  Spożywanie płynów a priori ma sens z jeszcze jednego powodu…czasu jaki jest potrzebny na przejście płynów od połknięcia do wypocenia. Niestety możliwości nawadniania są też ograniczone i co istotne mniejsze niż utrata płynów przy intensywnym wysiłku. Dla osób o wysokiej potliwości, która może sięgać nawet 4 L/h utrata wody będzie większa ponad dwukrotnie od możliwości jej wchłaniania. Te wynoszą wg. różnych źródeł od 1-1,5 L/h Sawka 1992. I tu również warto wspomnieć, że z potem tracimy elektrolity, głównie sód, którego utrata w konsekwencji prowadzi do groźnego stanu hiponatremii przy długotrwałym wysiłku >3-4 godzin.

Adaptacja do ciepła

Aklimacja to stan przejściowej adaptacji organizmu do warunków przebywania/aktywności w podwyższonej temperaturze otoczenia. Szczególnie wykorzystywane jest to w przygotowaniach do letnich startów. Kompletne zaadaptowanie może odbywać się tylko poprzez wieloletnie przebywanie w warunkach wysokiej temperatury otoczenia, chodź i tak nie osiągniemy takiej sprawności w termoregulacji jak mają np. rdzenni mieszkańcy stref tropikalnych, co wynika z różnic morfologicznych budowy ciała np. stosunku powierzchni ciała do masy. W naszych warunkach mając sezonowość pór roku nie mamy możliwości pełnego utrzymania sprawności termoregulacyjnej uzyskiwanej w lecie. Bazujemy więc na efekcie krótkotrwałym, głównie jako bieżącej kompensacji polegającej na zmianie „nastawień” w ośrodkowym układzie nerwowym i przesterowaniu układu krążeniowego oraz gruczołów potowych. Już po kilku dniach przebywania i ćwiczenia w podwyższonej temperaturze obserwujemy obniżanie częstości skurczów serca i poziomu temperatury wewnętrzne zakładając, że intensywność wysiłku (np. prędkość biegu/ generowana moc) jest taka sama.

Przyśpieszmy…pocenie się!

Usprawnienie to jest możliwe poprzez poprawę sprawności wydzielania potu. Na poziomie samych gruczołów potowych odbywa się to poprzez ich powiększenie i przesunięcie progu pobudliwości. Tym samym wcześniej się uruchamiają, jak rozpoczynamy wysiłek i produkują więcej potu, ale o mniejszym stężeniu elektrolitów (głównie sodu). Szybciej również poprzez adaptację mikrokrążenia dostarczana jest krew do mikrokrążenia skórnego umożliwiając efektywniejszą radiację ciepła do otoczenia. Organizm w trakcie aklimacji powiększa zasoby wodne, poprzez wzrost ilości wody (plazmy) we krwi. Można powiedzieć, że krew staje się rzadsza co widać m.in. poprzez spadek hematokrytu i ilości czerwonych krwinek w jednostce krwi. Co ważne nie jest to utrata zasobów krwinek/hemoglobiny jak przy anemii, nie wpływa ujemnie na możliwości transportowe tlenu.

Adaptacja szybka, głównie poprawiająca potliwość wymaga 4-7 dni a wysiłkowa, umożliwiająca lepszą równowagę termiczną podczas aktywności potrzebuje około 2 tygodni i dłużej.

Sposoby sztucznej adaptacji termicznej

Jest kilka metod praktykowanych przez sportowców, które pozwalają łagodzić następstwa hipertermii. Metody te są szczególnie cenne, jeśli nie mamy wystarczająco dużo czasu na adaptację do przewidywanych warunków startu, np. mieszkając w innej strefie cieplnej. Do najpopularniejszych metod zaliczyć można trenowanie w warunkach hipertermii np. w specjalnych komorach, podwyższanie temperatury poprzez kąpiele w ciepłej wodzie, korzystanie z sauny fińskiej lub parowej i różnego rodzaju skafandry, ubrania termiczne. Jeśli przygotowujemy się do startów w upalnych warunkach to zarówno kąpiele w ciepłej wodzie (temperatura 40-45C) jak i saunowanie powinny być łączone z aktywnością przed lub po tak aby wykorzystać wzrost temperatury wewnętrznej i jednocześnie obciążyć mięśnie i układ krążeniowy. Treningi tak prowadzone z dodatkową hipertermią nie powinny być bardzo wyczerpującymi i raczej ich intensywności i objętość powinna być umiarkowana. Te intensywne czy duże objętościowo powinny być robione w normalnych temperaturach, aby nie przeciążać organizmu za bardzo, bo potrzebna będzie dłuższa regeneracja. Idealnie, aby w miarę możliwości podczas przegrzewania kontrolować temperaturę wewnętrzną ciała i tym samym odpowiednio wydłużać kąpiel czy saunowanie. Laboratoryjnie temperatura mierzona jest rektalnie lub poprzez specjalne kapsułki, ale są to kosztowne rozwiązania. To co można zastosować alternatywnie to mierzenie temperatury tympanalnej (błony bębenkowej), która ma dużo lepszą korelację z tą wewnętrzną „rdzenną” temperaturą niż skórna. W teorii powinniśmy podnosić biernie temperaturę wewnętrzną do okolicy 38.5-39.0 C tak aby wywoływać reakcje termoregulacyjne.

Saunowanie vs gorące kąpiele….co wybrać?

Pomiędzy saunowaniem a kąpielami jest też różnica w rodzaju bodźca, szybciej wewnętrznie nagrzejemy się w wodzie, z kolei sauna i wysoka temperatura szybciej przegrzewa powłoki skórne co bardziej nasila pocenie i sprawność gruczołów. Osoby, które normalnie mają wysoką potliwość (np. wypacają 2-3L na godzinę aktywności) raczej nie powinny stosować sauny do adaptacji, bo dalsze usprawnienie gruczołów może być ryzykowne dla utrzymania prawidłowego nawodnienie (nie nadążymy z rehydratacją).

W miarę możliwości adaptacje cieplne można powtarzać blokowo, wprowadzając pewnego rodzaju periodyzację tego typu zabiegów. Dzięki temu szybciej i łatwiej organizm będzie powracać do stanu adaptacji (pamięć cieplna) a w okresach bez stosowania hipertermii możemy mieć fazy o większej objętości i intensywności treningowej przez co będą z kolei lepsze bodźce dla ogólnej poprawy wydolności.

Aklimacja cieplna a literatura naukowa

W naukowej literaturze wciąż brakuje badań w zakresie metod adaptacji termicznej dla wyczynowych zawodników, u których mamy niewielki margines na modyfikowanie treningu z uwagi na ryzyko ograniczenia ich sprawności. Również niewiele jest badań bezpośrednio porównujących różne sposoby adaptowania. Ostatnie z publikowanych badań w tym zakresie z 2022 roku porównywało kilka sposobów (Kissling LS, Akerman AP, Campbell HA, Prout JR, Gibbons TD, Thomas KN, Cotter JD. A crossover control study of three methods of heat acclimation on the magnitude and kinetics of adaptation. Exp Physiol. 2022 Apr;107(4):337-349.) Badacze w układzie losowym i naprzemiennym poddali grupę mężczyzn w okresie 5 dni: immersji w ciepłej wodzie, saunowaniu lub ćwiczeniu w podwyższonej temperaturze. Co ciekawe różne warunki adaptacji nie różniły się znacząco pomiędzy sobą w poprawie wskaźników świadczących o aklimacji (wzrost objętości osocza, spadek temperatury, niższe HR i ciśnienie). Nie wiadomo jednak jakie zmiany zachodziły by przy dłuższym stosowaniu aklimacji np. >2 tyg.

Literatura:

  • Casadio JR, Kilding AE, Cotter JD, Laursen PB. From Lab to Real World: Heat Acclimation Considerations for Elite Athletes. Sports Med. 2017 Aug;47(8):1467-1476. doi: 10.1007/s40279-016-0668-9. PMID: 28035584.
  • Heathcote SL, Hassmén P, Zhou S, Stevens CJ. Passive Heating: Reviewing Practical Heat Acclimation Strategies for Endurance Athletes. Front Physiol. 2018 Dec 20;9:1851. doi: 10.3389/fphys.2018.01851. PMID: 30618849; PMCID: PMC6306444.
  • Notley SR, Mitchell D, Taylor NAS. A century of exercise physiology: concepts that ignited the study of human thermoregulation. Part 4: evolution, thermal adaptation and unsupported theories of thermoregulation. Eur J Appl Physiol. 2024 Jan;124(1):147-218. doi: 10.1007/s00421-023-05262-9
Zobacz też
0

Wpisz poniżej szukane słowo/wyrażenie i naciśnij Enter

bol-kolana