Пронина Т.С., Павлов Е.А. Адаптация организма подростков 12-13 лет к семидневным физическим нагрузкам по показателям циркадианного ритма температуры

Скачать статью в формате PDF

Дата публикации 01.09.2018 г. 

УДК 612.5+612.6+796

АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА ПОДРОСТКОВ 12-13 ЛЕТ К СЕМИДНЕВНЫМ ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ЦИРКАДИАННОГО РИТМА ТЕМПЕРАТУРЫ

Т.С. Пронина, Е.А. Павлов

ФГНУ «Институт Возрастной физиологии Российской академии образовании», Москва

ФГБОУ ВО РГУФКСМиТ, Москва

Ключевые слова: физическая нагрузка, циркадианный ритм температуры, подростки.

Аннотация. Представлены результаты исследования процесса термоадаптации организма подростков 12-13 лет к физическим нагрузкам во время семидневного похода в горы Кавказа. У каждого из 10 подростков, каждый день определяли циркадианный ритм температуры (ЦРТ) кожи методом «Термохрон iButton» по показателям мезора и амплитуды. Выявлено, что 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).  Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что физические нагрузки семидневного похода в горы оказывают существенное влияние на архитектонику и параметры ЦРТ у подростков 12-13 лет.

ADAPTATION OF THE ORGANISM OF ADOLESCENTS 12-13 YEARS FOR SEVEN LEGAL PHYSICAL LOADS BY INDICATORS OF CIRCADIAN RHYTHM OF TEMPERATURE

T.S. Pronina, E.A. Pavlov

Key words: physical load, circadian rhythm of temperature, teenagers.

Annotation. The results of the study of the process of thermoadaptation of the organism of adolescents aged 12-13 years to physical loads during a seven-day trek to the Caucasus Mountains are presented. Each of the 10 adolescents, each day, was assigned a circadian temperature rhythm (CRT) of the skin using the «Thermochron iButton» method in terms of mesor and amplitude. It was revealed that the seven-day dynamics of the mesor is similar to the dynamics of the amplitude. The greatest values ​​of both chrono-indicators were found on the second and fifth days of the trip, when there was the greatest physical load (according to subjective estimates). The results of this work show that the physical loads of the seven-day campaign in the mountains of adolescents 12-13 years have a significant impact on architectonics and the parameters of the CRT.

Введение. 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 [2,11,12]. 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 [1,6,]. 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.

Исследования ритмов Т в онтогенезе человека, в основном, касаются сравнения больших возрастных периодов: инфантильного, зрелого и старческого. 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 (циркадианного ритма температуры) показывают, что эти ритмы обладают индивидуальными, возрастными и половыми особенностями, которые подлежат основательному и системному изучению. Хронобиологические характеристики функционального состояния ребенка являются наиболее чувствительными индикаторами [5,7,8].

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 терморегуляторных 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 ЦР термовегетативной функции по величинам хронопоказателей 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.

           Методы и организация 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 были 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» [4], который дает возможность провести мониторинг Т с любым заданным интервалом тестирования. Основу выбора метода составили следующие требования: простота и воспроизводимость, выраженность ритмичности в исследуемый период, возможность периодической регистрации, пригодность для самонаблюдения, минимальные неудобства для испытуемых, минимальные неудобства в проведении исследования без отрыва от режима школьного обучения, домашней работы и сна. У 10 подростков 12-13 лет (8 мальчиков и 2 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. Амплитуда ЦРТ в первые три дня меняется незначительно, снижаясь на четвертый день (p<0,05), и только на пятый день имеет место значительное увеличение (р˂0,01).  В последние два дня наблюдается резкое снижение этого хронопоказателя 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).

 

Рис. 1. Динамика мезора (верхний рис.), амплитуды (средний рис.) ЦРТ и общей физической нагрузки (нижний рис.) у подростков во время похода

 

Рис. 2.  Динамика температуры в периоды сна: средний уровень (верхний рис.), амплитуда (нижний рис.)

 

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.

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). Сужение или расширение коридора (хронодезма) суточных колебаний является временным показателем процесса адаптации.  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 может выявить (косвенным образом) особенности секретируемого 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 [8]. Такие исследования будут способствовать развитию соответствующих стратегий предотвращения или ослабления негативных последствий влияния на циркадный 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 [3].  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 активности 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. Метод «Термохрон iButton» является информативным для определения термовегетативной реакции у человека при многодневных физических нагрузках. Физические нагрузки семидневного похода в горы подростков 12-13 лет оказывают существенное влияние на архитектонику и показатели ЦРТ. Изменения термовегетативной функции синхронны со степенью общей физической нагрузки во время похода и отражают динамику термоадаптации организма подростка. 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.

Литература

1. Антропова М.В. Физическое развитие подростков и их работоспособность / М.Ф. Антропова // Физиология развития подростка. М.: Педагогика - 1988. - С. 158.
2. 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: СевКавГТУ. – 2001. – С. 95-116.
3. 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.
4. Программа Thermo Chron Revisor, [Электронный ресурс] – URL www.elin.ru. (дата обращения 10.01.2005).
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. 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.
7. Сонькин В.Д. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. / В.Д. Сонькин, Р.В. Тамбовцева. – М.: Изд. Дом «Либроком», - 2011. – 368 с.
8. Borbély A.A.From slow waves to sleep homeostasis: new perspectives /A.A. Borbely // Arch Ital Biol.- 2001- V. -  139 – P. 53–61.
9. McArdle W.D. Physiology of exercise: nutrition, energy and human performance. / W.D. McArdle, F.I. Katch, V.L. Katch Philadelphia, PA: Kluwer Health /Lippincott Williams and Wilkins. -  - 1028 p.
10. Rowland T. Thermoregulation during exercise in the heat in children: old concepts revisited. // J Appl Physiol. – 2008. – V.105. – P. 718–724.
11. Refinetti R.The circadian rhythm of body temperature. / R. Refinetti //  Front Biosci. – 2010 - Jan 1 – 15. -  564-94.
12. Reinberg A. Problems related to circadian rhythms in human skin and their validation. / A. Reinberg, I. Le Fur, E.Tschachier // Invest. Dermatol.1998 – V.111. (4)- P. 708-9.
13. Scheer F.A. Impact of the human circadian system, exercise, and their interaction on cardiovascular function. / F.A. Scheer, К. Hu, Н. Evoniuk, EE Kelly, А. Malhotra A, MF Hilton, S.A. Shea //Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2010 – V. - 107 -Р. 20541–20546.
14. Van Someren E. J. Circadian and age-related modulation of thermoreception and temperature regulation: mechanisms and functional implications / R.J. Raymann, E.J. Scherder,A. Daanen, D.F. Swaab // Ageing Res. Rev. - 2002. - Sep. - V.1. - №4. - P.721-778.

References

1. Antropova M.V. Physical development of adolescents and their work capacity // Physiology of development of adolescents. M: Pedagogy - 1988. - P. 158.
2. 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.
3. 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 chronomedicine. Vladikavkaz. - 2008 - P. 96-98.
4. Program Thermo Chron Revisor, [Electronic resource] - URLwww.elin.ru. / (Circulation date 10.01.2005).
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. 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.
7. 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.
8. Borbély A.A.From slow waves to sleep homeostasis: new perspectives /A.A. Borbely // Arch Ital Biol.- 2001- V. -  139 – P. 53–61.
9. McArdle W.D. Physiology of exercise: nutrition, energy and human performance. / W.D. McArdle, F.I. Katch, V.L. Katch Philadelphia, PA: Kluwer Health /Lippincott Williams and Wilkins. -  - 1028 p.
10. Rowland T. Thermoregulation during exercise in the heat in children: old concepts revisited. // J Appl Physiol. – 2008. – V.105. – P. 718–724.
11. Refinetti R.The circadian rhythm of body temperature. / R. Refinetti //  Front Biosci. – 2010 - Jan 1 – 15. -  564-94.
12. Reinberg A. Problems related to circadian rhythms in human skin and their validation. / A. Reinberg, I. Le Fur, E.Tschachier // Invest. Dermatol.1998 – V.111. (4)- P. 708-9.
13. Scheer F.A. Impact of the human circadian system, exercise, and their interaction on cardiovascular function. / F.A. Scheer, К. Hu, Н. Evoniuk, EE Kelly, А. Malhotra A, MF Hilton, S.A. Shea //Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2010 – V. - 107 -Р. 20541–20546
14. Van Someren E. J. Circadian and age-related modulation of thermoreception and temperature regulation: mechanisms and functional implications / R.J. Raymann, E.J. Scherder,A. Daanen, D.F. Swaab // Ageing Res. Rev. - 2002. - Sep. - V.1. - №4. - P.721-778.

Сведения об авторах. Татьяна Семеновна Пронина – старший научный сотрудник, ФГНУ Институт возрастной физиологии Российской академии образования, кандидат биологических наук, г.Москва, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.; Евгений Александрович Павлов – проректор по учебной части «Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма», г.Москва, кандидат педагогических наук, доцент.