Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Zamknij
Termoregulacja! Co dzieje się z nami podczas biegania?
Każdy z nas wychodząc pobiegać czuje, jak wiele energii produkowanej przez organizm zostaje wykorzystane na ogrzewanie, zamiast na przemieszczanie się ciała. Procesy regulujące termoregulację organizmu pozwalają uniknąć udaru i przegrzania (a także wychłodzenia), ale nie zawsze dzieje się to w optymalny dla biegacza sposób. Co więc robić, aby cenna energia została wykorzystywana na szybsze dotarcie do celu?

1.jpg

Regulacja temperatury podczas ćwiczeń

Pierwszą reakcją, kiedy zaczynasz ćwiczyć, jest zwiększony przepływ krwi do mięśni: serce pompuje szybciej krew, która jest kierowana z mniej ważnych organów do pracujących mięśni i skóry. Kiedy krew przepływa przez mięśnie jest nagrzewana i rozprowadza ciepło po całym ciele, szczególnie docierając do skóry i zewnętrznych tkanek, gdzie nadmiar ciepła ma zostać przekazywany na zewnątrz. Ciepło jest również bezpośrednio uwalniane przez skórę, która otacza pracujące mięśnie. Energia (w postaci ciepła) przenosi się dalej na otaczające obiekty. Występuje jednak swoisty konflikt interesów: powstaje energia do przemieszczania się, choć organizm dąży jednocześnie do utrzymania prawidłowej temperatury ciała, zarówno podczas wysiłku w chłodzie jak i w upale.

Podczas ćwiczeń następuje zmiana energii chemicznej, zmagazynowanej w ATP w energię mechaniczną powodującą ruch. Niestety proces ten wykorzystuje energię skrajnie nieefektywnie. Aż do 70% energii chemicznej używanej podczas skurczu mięśni jest uwalniane jako ciepło. Organizm nie ma wyboru: dostarczać krew do mięśni lub schładzać ciało przez odprowadzanie krwi do skóry. Wykonuje obie funkcje jednocześnie. Oczywiście podczas wysiłku priorytetem są mięśnie, więc utrata ciepła jest w pewnym stopniu upośledzona. Stały, intensywny wysiłek powodujący długotrwałą pracę mięśni szkieletowych zawsze powoduje znaczny wzrost temperatury ciała. Odprowadzanie ciepła przez organizm zależne jest od wcześniejszej aklimatyzacji do warunków otoczenia oraz wrodzonych zdolności. Jeżeli osobnik przekroczy maksymalny pułap odprowadzania ciepła może nastąpić hipertermia i udar cieplny. Na szczęście mózg, odpowiadając na sygnały płynące z sensorów ciepła zwykle zmniejsza intensywność (np. rekrutuje mniej włókien mięśniowych), jeżeli temperatura wewnętrzna przekroczy 41°C, przeciwdziałając przegrzaniu.

Stały, ale nieduży wzrost temperatury będzie skutkował rekrutowaniem mechanizmów termoregulacji na bieżąco, aż do momentu gwałtownego wzrostu, kiedy nastąpi fizjologiczne maksimum. Objawy, jakie się wtedy pojawiają się to: spadek wydolności, ból głowy, zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego takie jak zawroty głowy i zaburzenia koncentracji, a w końcu utrata przytomności. W niektórych przypadkach człowiek potrafi przeciwstawiać się takiemu obronnemu działaniu organizmu przez silną wolę i ambicję, co może kończyć się zasłabnięciem i dalszymi konsekwencjami. W sporcie znamy wiele takich przykładów, chociażby zasłabnięcia na mecie Alberto Salazara. Co ciekawe, zagrożenie udarem jest szczególnie duże przy wysiłkach od 15 do 60 minut (wyścigi od 5 km do półmaratonu u światowej klasy biegaczy), ponieważ jest to wysiłek praktycznie cały czas submaksymalny. Ale przegrzanie nie jest bardzo częstym zjawiskiem, co ciekawe więcej jest przypadków wychłodzenia (hipotermii) niż przegrzania - w badaniach biegaczy w USA przykładów wychłodzenia podczas biegania maratonów było prawie 3 razy więcej. 

Temperatura wokół nas

Człowiek jest stworzeniem stałocieplnym (homeotermicznym). Nawet przebywając w najbardziej ekstremalnych warunkach klimatycznych - saunie rozgrzanej do 130°C lub mrozach sięgających minus 40°C temperatura wewnętrzna organizmu jest utrzymywana w wąskim zakresie bliskim 37°C. Z fizjologicznego punktu widzenia utrzymanie temperatury wnętrza na tym poziomie ma ogromne znaczenie, przede wszystkim dla aktywności kluczowych enzymów regulujących przemianę materii.

Długoterminowe zwiększenie wydatku energetycznego jest regulowane hormonalnie (to ważna informacja dla osób zrzucających zbędne kilogramy), a intensywne bieganie (i każdy inny wysiłek) zwiększa tempo metabolizmu na kilkadziesiąt godzin. Jeszcze 15 godzin po dynamicznym wysiłku tempo podstawowego metabolizmu jest wyższe od spoczynkowego o 25%, a 48 godzin po wysiłku jest ciągle zwiększone o 10%. Wzrost lub obniżenie temperatury wewnętrznej o 2°C zakłóca podstawowe procesy metaboliczne i upośledza funkcjonowanie poszczególnych komórek i narządów. Wzrost lub obniżenie temperatury ciała powyżej lub poniżej 3°C powoduje upośledzenie funkcji fizycznych i psychicznych, a dalsze odchylenie od normy może być przyczyną poważnych zaburzeń zdrowotnych. Kiedy temperatura obniży się do 27°C lub przekroczy 42°C może prowadzić to do śmierci.

Informacja o zmianach temperatury zewnętrznej dociera do organizmu głównie za pomocą termoreceptorów skóry. Ośrodek termoregulacji, do którego docierają sygnały z termoreceptorów, umiejscowiony jest w podwzgórzu. Pobudzenie przedniej części podwzgórza aktywizuje proces oddawania, a tylnej – produkcji ciepła. 

Efektywność termoregulacji

Patrząc z perspektywy ekonomii wysiłku przepływ krwi przez skórę celem schłodzenia jest niepotrzebny. Kiedy temperatura jest niska, nie tracimy energii na chłodzenie ciała i temperatura zostaje utrzymana na odpowiednim poziomie bez włączania tego procesu. Krew może być transportowana tylko do mięśni, co jest korzystne dla ekonomii procesów. Kiedy organizm zaczyna skupiać się na schładzaniu tkanek, puls zwiększa się, aby dostarczyć krew do skóry i do mięśni. Następuje również wydzielanie hormonów: adrenaliny, noradrenaliny i kortykosteroidów. Dla organizmu ważniejsze jest utrzymanie stałego ciśnienia krwi, niż zapewnienie idealnej termoregulacji. Wysiłek odbywa się więc z uwzględnieniem pewnego wzrostu temperatury ciała. Zaczyna to stanowić problem dopiero wtedy, kiedy zwiększa się odwodnienie, a dodatkowe działanie hormonów (adrenaliny i noradrenaliny) kurczy naczynia krwionośne w skórze, aby zwiększyć dopływ krwi. Zwiększa się więc opór w naczyniach krwionośnych, mniejsza ilość krwi jest chłodzona w skórze, a temperatura wewnętrzna rośnie.
 
Przystosowanie organizmu do zmian temperatury otoczenia sprowadza się do oddawania ciepła w warunkach wysokich temperatur i jego zatrzymywaniu w niskich. Wiadomo, że od 60 do 80% energii oddawane jest do otoczenia w postaci ciepła, a jedynie 20-40% przekształcane jest w pracę użyteczną. W normalnych warunkach (w spoczynku w temperaturze 25°C) utrzymanie bilansu cieplnego nie stanowi problemu: zbyteczne ciepło, powstające na drodze metabolizmu, rozchodzi się w wyniku zużycia i konwekcji (20-30%), promieniowania (50-60%) i parowania (20-25%). W czasie wysiłku ciepło przekazywane jest drogą molekularnego kontaktu skóry z otoczeniem ciała, powietrzem lub wodą, natomiast w czasie parowania – ciepło wydalane jest z potem. Podczas wykonywania intensywnej pracy, szczególnie w warunkach gorącej, słonecznej pogody, głównym mechanizmem oddawania ciepła jest parowanie. Pozostaje ono jedynym skutecznym sposobem chłodzenia, kiedy temperatura otoczenia jest wyższa niż ciała. Podczas długotrwałej pracy z intensywnością na poziomie progu przemian beztlenowych straty ciepła poprzez parowanie stanowią około 80%, zużycia i konwekcji – 15%, a przez radiację tracimy pozostałe 5%.

Metody chłodzenia ciała

Skóra ciała ma temperaturę w przybliżeniu 33°C. Jak już wcześniej wspominałem, jeśli ćwiczenia są wykonywane w środowisku o wyższej temperaturze, ciepło nie może być tracone przez konwekcję, ponieważ temperatura powietrza jest wyższa niż powierzchnia ciała. Dlatego kierunek oddawania (transferu) ciepła jest odwrotny, a tkanki w pobliżu powierzchni ciała zdobywają ciepło ze środowiska, zamiast je tracić. W tych warunkach jedyną drogą do utraty ciepła jest wytwarzanie potu. Pocenie się usuwa pomiędzy 1,092 do 2,520 kJ ciepła na litr potu odparowywanego, zależnie od tego czy cały pot wyparowuje czy też (jak to się zwykle dzieje) znaczna ilość kapie bez odparowania.

2.jpg

Kiedy wilgotność powietrza wzrasta, możliwość utraty ciepła przez pocenie spada. Jak wiemy, wilgotność jest wskaźnikiem zawartości wody w powietrzu. Jeśli jest wysoka, powietrze nie może absorbować dodatkowej wody. Stąd pot nie wyparowuje ze skóry, tylko skrapla się i kapie z ciała nie dając chłodzącego efektu, a zwiększa się odwodnienie. Powierzchniowe ciepło jest tracone tylko i wyłącznie wtedy, gdy pot jest odparowywany. Dlatego na przykład warto trenować w każdych warunkach w koszulce. Pobiera ona z ciała krople potu podczas gorąca, ułatwiając odparowywanie nowopowstałego potu. Stąd słuszne twierdzenie wielu trenerów, że w koszulce będzie nam chłodniej, niż bez niej.

Ogrzewanie w warunkach chłodu

Pierwszą „warstwą” ochrony organizmu przed chłodem są włosy. Pokrycie skóry włosami tworzy warstwę nieruchomego powietrza na styku skóry z otoczeniem. Taką rolę spełniają też włosy na głowie. Przy temperaturze niższej niż poziom indywidualnego komfortu lub gdy wieje silny wiatr, naczynia włosowate kurczą się, a krew omija skórę, aby uniknąć wychłodzenia ustroju. Mechanizm ten zapobiega wychłodzeniu ciała i hipotermii. Dalszy spadek temperatury lub chłodzący czynnik wiatru wywołuje wzrost napięcia mięśni (spoczynkowego, czyli niezwiązanego z ruchem) oraz pojawia się zjawisko drżenia, które jest bardzo efektywnym sposobem na ogrzanie ciała. Duża ilość energii, jaka zostaje w ten sposób wytworzona zostaje zamieniona w ciepło. Oprócz tego naczynia krwionośne się rozszerzają, krew szybciej transportuje ciepło do najważniejszych narządów. Następuje centralizacja krążenia, aby pominąć zewnętrzne tkanki (głównie skórę). Niestety może się to przyczynić do odmrożenia dystalnych części ciała. Organizm tak dopasowuje procesy ogrzewania, aby utrzymać temperaturę jak najbliżej stałego poziomu, uruchamiając drżenie, zmieniając ciśnienie itd. 

Czego nie mówią nam prognozy pogody?

Ogólnodostępne prognozy pogody, które mamy okazję słuchać w radio lub oglądać w telewizji rzadko informują nas o temperaturze odczuwalnej, uwzględniającej siłę wiatru. Wskaźnik ten może zmieniać o kilka lub nawet kilkanaście stopni percepcję temperatury. Analogicznie prognozy nie uwzględniają panującej wilgotności powietrza. Informuje nas ona o możliwości wyparowywania potu ze skóry, więc również powinna być brana w rachubę. Niewielka wilgotność względna nasila typową dla powietrza kontynentalnego przenikliwość. Suche powietrze wzmaga odparowywanie potu. Ciało człowieka w każdym momencie jest (w pewnym stopniu) wilgotne. Parowanie zawsze wywołuje wychłodzenie. Dlatego też rozsądniej byłoby podawać tzw. temperaturę „punktu rosy”, czyli wilgotnego termometru. Wskaźnik ten może być znacznie niższy, dając zupełnie odmienne odczucie zimna. Algorytm uwzględniający wszystkie te 3 czynniki jest powszechnie znany, został stworzony przez australijskich naukowców. Niestety większość meteorologów nie podaje nam informacji w ten sposób. 

Humidex

Bardzo pomocny przy ocenieniu wpływu wilgotności na nasze odczucia jest opracowany przez naukowców Humidex:



Na pionowej osi mamy przedstawioną wilgotność względną, na poziomej zaś temperaturę powietrza. W odpowiednich kratkach tabeli opisano temperaturę odczuwalną w stopniach Celsjusza. Zastosowano podział na pięć kategorii oznaczonych kolorami. W miarę wzrostu wilgotności powietrza przy zachowaniu tej samej temperatury przechodzimy do kategorii zielonej (niewielki dyskomfort), a następnie do żółtej, charakteryzującej się dużym dyskomfortem. Wysiłek fizyczny powinien być już znacznie zmniejszony lub całkowicie zniesiony. Następnie kategoria jest zdefiniowana kolorem pomarańczowym, gdzie ciężki trening może nieść ze sobą zwiększone ryzyko przegrzania. Kolor czerwony zapowiada rychły udar. Tabela odnosi się do treningu w warunkach bezwietrznych. Dla przykładu porównując wartości podane przez Humidex, podobne odczucia powinien mieć biegacz trenując w temperaturze 31°C i wilgotności 50%, jak przy temperaturze 22°C i wilgotności 90%, zakładając w obu przypadkach warunki bezwietrzne.

Oddychanie

Bardzo wydajnym sposobem termoregulacji podczas wysiłku jest również oddech. Przy bieganiu jest on pogłębiony i przyspieszony, a powietrze opuszczające drogi oddechowe jest całkiem wysycone parą wodną (do 100% wilgotności względnej). Człowiek traci w spoczynku około 350 ml H2O na dobę. Podczas treningu maksymalna wentylacja rośnie nawet dwudziestokrotnie, czyli utrata wody może wynieść nawet 300 ml wody na godzinę (tylko oddychając). Maksymalne saturowanie powietrza parą wodną wymaga olbrzymiej ilości ciepła parowania. W świecie przyrody mamy wiele przykładów takiego sposobu chłodzenia. Wiele zwierząt chłodzi ciało wyłącznie w ten sposób, spłycając i przyspieszając odpowiednio swój oddech.

Czynniki wpływające na temperaturę ciała:

Czynniki wewnętrzne:

Czynniki zewnętrzne:

- Wiek,

- Płeć (cykl miesięczny, ciąża),

- Rozmiar i skład ciała (tłuszczowa tkana podskórna, zawartość wody),

- Stan psychofizyczny,

- Rytmy biologiczne (dobowe, sezonowe).

- Czynniki klimatyczne (temperatura powietrza, wilgotność względna),

- Ubranie (rodzaj, grubość przepuszczalność, kolor tkaniny, obszar odkryty/zakryty),

- Aktywność fizyczna (długość trwania aktywności, typ i intensywność, czas od ostatniego treningu),

- Leki, używki.


Odwodnienie

W gorących warunkach intensywność oddawania potu może osiągnąć 1,5-2,5 l/h, a maksymalna dzienna objętość może przekroczyć 10 litrów. Zmniejszenie objętości krwi zaledwie o 3% prowadzi do obniżenia wydolności i pogorszenia samopoczucia, pojawienia się takich symptomów jak: ból głowy, apatia, nadmierne pocenie się lub zatrzymanie pocenia się. Z kolei rozwój odwodnienia prowadzi do stopniowego wzrostu temperatury ciała i zwiększenia obciążenia funkcjonalnych układów organizmu. Tworzy to tzw. „błędne koło”: wysoka temperatura zwiększa odwodnienie, które podnosi temperaturę ustroju, co potęguje odwodnienie itd.

Jednym z najważniejszych ujemnych skutków odwodnienia jest obniżenie się objętości osocza krwi. Równolegle ze zwiększeniem częstości skurczów serca, zmniejsza się objętość wyrzutowa serca, objętość skurczowa, a skutkiem jest krótszy czas wysiłku do wystąpienia wyraźnego zmęczenia. Zwiększanie odwodnienia nie prowadzi więc do efektywniejszego wysiłku, dlatego nie polecam nikomu ubierania się grubo celem zrzucenia zbędnej wagi, albo przesiadywania zbyt długo w saunie. Odwadniając się zmniejszymy chwilowo wagę (utrata wody), ale nie będzie to spalanie tkanki tłuszczowej. Warto o tym pamiętać.  

Aklimatyzacja

Aby organizm lepiej wykorzystywał termoregulację w każdych warunkach należy stosować stopniowe przystosowanie do nowych warunków termicznych. Aklimatyzacja do temperatury otoczenia polega na zmianach przystosowawczych, czynnościowych, a czasami także morfologicznych organizmu, w wyniku których wzrasta tolerancja na działanie warunków otoczenia. Procesy termoregulacji przebiegają sprawniej u ludzi wytrenowanych, więc u osób nieprzygotowanych należy wydłużać ten proces. 

3.jpg

Aklimatyzacja do ciepła obejmuje:

  • zwiększenie objętości płynu pozakomórkowego – wzrost objętości osocza rzędu 10-25%,
  • zmniejszenie ilości tzw. kroplistego potu,
  • zmiany adaptacyjne w układnie krążenia – zmniejszenie częstości skurczów serca, wzrost maksymalnej pojemności minutowej serca i zwiększenie przepływu skórnego, 
  • zmniejszenie spoczynkowej temperatury ciała,
  • obniżenie tzw. progu pocenia się oraz zwiększenie tempa wytwarzania potu,
  • obniżenie stężenia sodu w pocie oraz oszczędzanie sodu i wody przez nerki. 

Pełną aklimatyzację uzyskuje się po 10-14 dniach ćwiczeń fizycznych (1-1,5 h/dzień) w gorącym otoczeniu, z obciążeniem przekraczającym 50% VO2max. Ćwiczenia muszą prowadzić do zmęczenia oraz znacznego wzrostu temperatury ciała. Większość (75%) zmian adaptacyjnych pojawia się w okresie pierwszych 4-7 dni.

Czynniki podwyższające odporność organizmu na gorące temperatury to:

  • liczba aktywnych gruczołów potowych, 
  • częste pobyty i trening w warunkach wysokiej temperatury, 
  • korzystanie z kąpieli w saunach suchych i parowych.  

Optymalna temperatura powietrza dla pełnowartościowej działalności życiowej (tzw. komfort termiczny) w warunkach przemiany materii podstawowej waha się w przedziale 18-22°C. Natomiast intensywny wysiłek fizyczny korzystniejszy jest w niższej temperaturze powietrza. Na przykład pracę przy częstości skurczów serca 140-150 ud./min najlepiej wykonuje się w temperaturze 16-17°C, a zwiększenie HR do 170-180 ud./min związane jest z ograniczeniem strefy komfortu temperatury do 13-14°C. 

Sportowcy dobrze przygotowani do treningu w warunkach gorąca są zdolni w ciągu 4-5 godzin intensywnych zajęć wydalić do 5-7 litrów potu, podczas gdy słabo przygotowani – nie więcej niż 2-3 litry. Jest to więc wskaźnik przystosowawczy. Podczas pracy ciągłej na poziomie progu przemian beztlenowych ilość wydalanego potu u zawodników wysokiej klasy może przewyższać 3 l/h. Proces przystosowawczy poprawia podawanie zwiększonych ilości płynów przed wysiłkiem fizycznym.

Aklimatyzacja do ciepła a kolor oczu

Naukowcy udowodnili, że adaptacja do gorąca przebiega znacznie łatwiej u ludzi z czarnymi lub brązowymi oczami. Wiąże się to reakcjami emocjonalnymi na światło, które są różne u każdej grupy. Według badań ludzie z jasnym kolorem oczu na początku okresu aklimatyzacji są bardziej pobudzeni, obserwuje się u nich bezsenność, podwyższoną drażliwość, wyraźny wzrost ciśnienia tętniczego.

Trudność aklimatyzacji u ludzi jasnookich pogłębia przede wszystkim słaba odporność na jaskrawe światło na skutek gwałtownego wzrostu aktywności mózgu, czemu towarzyszy nerwowość i drażliwość. Ludzie ciemnoocy lżej znoszą gorąco i oślepiające słońce, jednakże w warunkach pochmurnej, dżdżystej pogody stają się ociężali i senni, pojawia się u nich uczucie apatii. Wszystko to może odbija się na wynikach sportowych, choć raczej nie jest uwzględniane przy planowaniu aklimatyzacji. 

Jak wspomóc termoregulację?

  • racjonalnie planować konkretne treningi w zależności od panującej pogody,
  • kontrolować stan organizmu na podstawie odpowiedzi układu sercowo-naczyniowego (korzystać ze sporttestera lub za pomocą subiektywnych odczuć),
  • stopniowo przygotowywać się do nowej temperatury (8-14 dni),
  • kontrolować odwodnienie i zapotrzebowanie na płyny, 
  • dbać o uzupełnianie zasobów elektrolitów w organizmie,
  • stosować odzież, która stwarza dobre warunki do oddawania lub utrzymywania ciepła, 
  • brać pod uwagę chłodzący czynnik wiatru oraz wilgotność powietrza przy planowaniu godziny treningu, intensywności, ubioru, pobieranych płynów. 

Podsumowanie

Nasz organizm to bardzo skomplikowany układ, w którym każde działanie wywołuje szereg reakcji. Jeżeli nie zadbamy o aklimatyzację lub o należyte nawodnienie podczas wysiłku bieganie może stać się walką o przetrwanie, zamiast poprawiać formę. Organizm świetnie sobie radzi z utrzymaniem lub utratą ciepła, ale musimy mu w tym pomagać, a nie przeszkadzać. Termoregulacja będzie skuteczna, jeśli wspomożemy nasze ciało dobrym ubiorem, zadbamy o uzupełnienie płynów, a przede wszystkim zachowamy zdrowy rozsądek planując bieganie w każdych warunkach pogodowych.  

Bibliografia:

  • Stanisław Kozłowski „Granice przystosowania” Wiedza powszechna, Warszawa 1986
  • Zbigniew Szyguła, Anna Lubkowska „Wysiłek fizyczny w różnych temperaturach otoczenia” [w: „Fizjologia wysiłku i treningu fizycznego” pod red. Jana Górskiego, Wyd. Lekarskie PZWL, Warszawa 2011]
  • Hanna Kaciuba-Uściłko „Termoregulacja” [w: „Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego” pod red. Jana Górskiego, Wyd. Lekarskie PZWL, Warszawa 2001]
  • Marina M. Bułatowa, Władimir N. Płatonow „Trening w różnych warunkach geoklimatycznych i pogodowych” Biblioteka Trenera, Warszawa 1996