Наука и холод: можно ли адаптироваться к низким температурам, и как это сделать.

Фото: Анастасия Пешкова, забег "Белый трейл"

Мы подвергаем свой организм сильнейшим нагрузкам, когда тренируемся и участвуем в трейловых забегах и ультрамарафонах. Раз за разом наше тело демонстрирует удивительную адаптацию к нагрузкам. Многие из факторов, влияющих на специфические адаптации, относятся к внешней среде, например, жара или высота. А что насчет холода? Обладаем ли мы какими-нибудь защитными механизмами, позволяющими противостоять низким температурам? И как они работают, если вы решили тренироваться зимой на улице и участвовать в зимних гонках?
Ответ положительный. Да, мы можем адаптироваться к холоду. Попробуем разобраться, что знает наука о том, как тело реагирует и адаптируется при нахождении в низких температурах.

Фото: Константин Никитин, забег "Шёпот тайги"

Азы терморегуляции

В сравнении с другими млекопитающими люди довольно плохо приспособлены к выживанию и успешному существованию в экстремальном и /или постоянном (продолжительном или повторяющемся) холоде. Да, довольно беспощадное начало, но тем не менее люди развили многочисленные поведенческие и физиологические адаптации, чтобы облегчить воздействие холода и регулировать температуру тела при необходимости. Наш организм способен сохранять тепловой баланс, уменьшая количество теряемого тепла в окружающую среду и увеличивая производство тепла внутри организма.

В общем, мы неплохо справляемся с этим, используя поведенческую терморегуляцию, такую как постройка убежища, использование изолирующей холод одежды, и добавляя физическую активность. Но как бы то ни было, этих вещей не всегда бывает достаточно, и иногда мы мерзнем. Когда это случается, чтобы помочь нам поддержать температурный баланс, в дело вступает физиологическая реакция. Если говорить о мозге, то термостатом нашего тела является гипоталамус. Когда температура на поверхности нашего тела (температура кожи) и температура самого тела падает, сигналы, говорящие о том, что вам холодно, поступают к гипоталамусу.

В ответ организм начинает запускать процесс вазоконстрикции, т.е., говоря обычным языком, ваши кровеносные сосуды сужаются и уменьшают кровеносный поток и объем кровотока в вашей коже. Вазоконстрикция запускается, когда температура на поверхности вашей кожи падает ниже 35 градусов, и её главная задача заключается в том, чтобы помочь снизить потерю тепла и уберечь температуру вашего тела.
Дрожание дополнительно вызывается падением температуры тела и заключается в повторяющихся непроизвольных сокращениях мышц, обычно начинающихся с мышц туловища, и переходящих постепенно к конечностям с тем, чтобы создать обогрев от метаболической работы (обмена веществ).

Дрожание (озноб), как очень эффективный процесс для выработки тепла, может варьироваться в своей интенсивности в зависимости от степени воздействия холода и не может продолжаться бесконечно. В действительности, были люди, спасенные после вынужденных ночевок, проведенных  в дикой местности, которые остались в живых главным образом благодаря дрожанию, но которые в то же время довели себя ознобом до рабдомиолиза (повреждение мышц, ведущее к почечным осложнениям).

Фото: Арифинкин Александр, забег "Ice Valdaice"

Адаптация к холоду
Есть ли способы по-настоящему адаптироваться к холоду на продолжительную перспективу?  При продолжительном воздействии холода, происходит три вида физиологических адаптаций: привыкание к холоду, метаболическая акклиматизация и изоляционная акклиматизация. Степень адаптации может широко варьироваться у разных людей. Но комбинируя эти способы регулирования с подходящим выбором поведенческой терморегуляции, таким как многослойная одежда, профилактика обезвоживания и правильное питание,  можно чувствовать себя комфортно и хорошо бежать на гонке при довольно экстремальных температурах. Давайте разберем эти физиологические адаптации более подробно.

Привыкание к холоду
Самый простой и распространенный процесс, запускаемый в организме при продолжительном воздействии холода, это привыкание к холоду, или развитие сниженной ответной реакции на холод. Говоря точнее, наш механизм вазоконстрикции и дрожания притупляются. Это позволяет температуре нашего тела упасть немного больше, чем при отсутствии привычки к холоду, прежде чем начать реагировать на холод. Ученые считают, эта сниженная ответная реакция связана с снижении норэпинефрина, гормона, который вызывает вазоконкрикцию, при воздействии холода. В исследовании, в котором участники подвергались воздействию температуры 10 градусов, по два часа в день, было видно 20% уменьшение выделения норэпинефрина, который в свою очередь менял процесс вазоконстрикции.

Привыкание к холоду наблюдается более часто у людей, которые живут в условиях очень холодных температур, например, у жителей приполярных регионов, и у тех, у кого есть продолжительное воздействие холода на относительно небольшие участки тела, например, у рыбаков и филетировщиков, чьи руки погружены в холодную воду в течение длительного времени в течение дня. Мы также замечаем подобный феномен среди многих "обычных" людей, вроде нас с вами, когда мы постоянно находимся на холоде или в холодной воде.

Александр Червяков, один из сильнейших трейлраннеров России, не понаслышке знаком с суровыми сибирскими морозами

Метаболическая акклиматизация
Следующим инструментом наиболее распространенной физиологической адаптации является метаболическая акклиматизация. Люди с метаболической акклиматизацией имеют более высокую скорость метаболизма в состоянии покоя, находясь на холоде. Это позволяет им поддерживать более высокую температуру на поверхности кожи с меньшей дрожательной реакцией при воздействии холодных температур. Это происходит посредством несократительного термогенеза, или воспроизведение тепла без активного дрожания (процесс теплообразования, не связанный с мышечной активностью).

В то время как дрожание зависит от скелетно-мышечной ткани, несократительный термогенез основываться на так называемой бурой жировой ткани (БЖT). БЖT-  это вид жировой ткани, расположенной между лопатками, в подлопаточной области (ниже лопаток), в подмышечных впадинах, околопочечной зоне (вокруг почек), и околоаортальных областях. БЖT прежде всего находится вокруг главных вен и артерий, и по сути создает согревающий слой  прямо поверх ваших кровеносных сосудов, обогревая кровь, когда она проходит к более прохладным периферийным отделам тела и обратно. Наличие БЖТ присуще в большей степени животным, впадающим в спячку, и младенцам, и ещё 10 лет назад считалось, что у человека БурЖТ со временем практически полностью исчезает и взрослые люди не имеют достаточно БЖТ, чтобы вносить реальный вклад в термогенез. Но теперь мы знаем, что это не так, хотя взрослые и обладают меньшим запасом БЖТ, чем младенцы.

В красном круге на левом снимке, сделанном с помощью компьютерной томографии, видны области буровой жировой ткани. Правый снимок сделан через некоторое время после истощения запасов БЖТ 

Белая подкожно-жировая клетчатка (БелЖТ) наша самая распространенная жировая ткань, и она располагается в больших частях нашего тела. Задача БелЖТ запасать избыточную энергию и обеспечивать некоторую теплоизоляцию. А роль БЖТ заключается в использовании энергии методом усвоения гликогена (глюкозы) и липидов (жиров) путём окисления: процесс, который в буквальном смысле создает тепло. Как вы понимаете, в настоящее время интерес к изучению БЖТ и их роли в несократительном термогенезе возрастает в связи с возможным значением этого для здоровья , например при снижении веса и лечении диабета 2 типа.

Исследования показали, что на холоде бурая жировая ткань сжигает до 30% всех запасов калорий. Это говорит о том, что в сочетании с диетой и физической активностью холодовые воздействия могут быть использованы как для борьбы с ожирением, так и для поддержания умственных способностей. Люди, которые находились ежедневно в течение двух часов при умеренно прохладных температурах (19°C) на протяжении шести недель, тратили значительно больше калорий, чем те, кто провёл это время в более теплой среде.
Также можно считать установленным, что физические упражнения и холодовые воздействия ведут к образованию в мышцах ирисина (гормона, который секретирует скелетная мышечная ткань), который способствует превращению белой жировой ткани в бурую, что способствует уменьшению массы тела при ожирении, благотворно влияет на течение сахарного диабета II типа и ряда других болезней, ассоциированных со старением, а также улучшает когнитивные способности человека.

Александр Ивакин, уже много лет практикующий закаливание холодной водой, вылезает, довольный пополненными запасами бурого жира

Но вернемся к адаптации к холоду. Можно ли увеличить объём БЖT в вашем организме? Оказывается, что при длительном воздействии небольшого или умеренного холода на организм может увеличиться объем БЖТ, а интенсивность дрожания уменьшиться. Подвергая свой организм полному охлаждению, находясь на холодном воздухе или погружаясь в холодную воду, мы выбираем самое эффективное средство стимулирования увеличения объема БЖТ и метаболизма. Учёным еще предстоит проделать много исследовательской работы на эту тему, но было обнаружено, что  воздействие холодной воды в течение недели (14 градусов) по одному часу в день или до тех пор, пока температура тела не упадет примерно до 35 градусов эффективно сказывается на увеличении объема БЖТ и его метаболической активности.

Обычное нахождение на холоде также довольно эффективный метод, но в более долгосрочной перспективе. Например, при беге на холоде каждый день в течение месяца также наблюдается рост объема БЖТ и увеличение его метаболической активности. В какой-то степени это может считаться сезонной акклиматизацией, что означает, что вы можете восстанавливать объем БЖТ осенью, когда температура воздуха начинает падать. 

Важный момент для бегунов! Снижение интенсивности дрожания означает, что вы экономите какое-то количество гликогена, который ваши мышцы использовали бы, создавая эти мышечные сокращения. А значит,  вы оставляете его в качестве запаса энергии для тренировки.

Изолирующая акклиматизация
И ещё одно, последнее, физиологическое изменений (приспособление), связанное с длительным воздействием холода, называется изолирующая акклиматизация. Это перераспределение кровотока  с тем, чтобы сохранить температуру тела, в основном активизируя вазоконстрикцию. Примером применения изолирующей акклиматизации могут быть знаменитые женщины “ама” в Японии и Корее, ныряющие без аквалангов и гидрокостюмов в холодной воде: они эффективно поддерживают температуру своего тела, при этом конечности у них остаются холодными.

Но помните, адаптация к холоду это индивидуальный процесс.
Насколько хорошо вы адаптируетесь к холоду, это ваша индивидуальная особенность. Вот факторы, которые влияют на то, как мы переносим резкие снижения температуры:

Старение. Мы хуже переносим холод с возрастом , особенно, когда пересекаем отметку 60-летия. Это происходит, главным образом, из-за старения нашей сосудистой системы, при котором уменьшается наша способность сужать сосуды и тем самым сохранять тепло. Кроме того, с возрастом уменьшается порог температуры тела, при которой запускается процесс вазоконстрикции и дрожания.

Пол. Пол играет роль в чувствительности к температуре и терморегуляции. Нам ещё предстоит узнать многое о влиянии менструального цикла на различные физиологические процессы. Мы знаем, что температура тела/метаболическое производство тепла меняется в течение менструального цикла, с многочисленными индивидуальными вариациями. Например, женщины в общем менее чувствительны к дрожанию в течение лютеиновой фазы в сравнении с фолликулярной фазой.

Усталость. Когда мы устаем, мы хуже справляемся со многими вещами, это относится и к регулированию температуры. Способность контролировать температуру может теряться в связи с утомляемостью от физической нагрузки. Объединяясь с многофакторным истощением и переутомлением, включающим недоедание, отсутствие сна, и физическую усталость (звучит как длинная гонка, правда?), мы становимся намного более чувствительными к переохлаждению. Это возникает главным образом из-за усталости центральной нервной системы и, как следствие, выливается в неспособность задействовать мышцы для дрожания. В общем, вы устаете настолько, что не в состоянии дрожать достаточно долго и активно, чтобы согреться.

Уровень физической формы. Тренировки на выносливость могут помочь поддерживать процесс дрожания, что стало известно после проведённых исследований. Дрожание это первая линия защиты в борьбе с холодом, но когда мышцы устают, нам приходится полагаться в большей степени на другие способы производства тепла, такие как несократительный термогенез в БЖТ. Тренировки на выносливость не только увеличивают скелетно-мышечную способность бороться с утомляемостью, позволяя вам дрожать дольше, но также возможно ведут к превращению белой жировой ткани в бурую, благодаря чему вы сможете использовать несократительный термогенез, когда вам это будет нужно больше всего.

Варвара Шиканова, тренируется в Красноярске и, конечно, не боится морозов, фото из её аккаунта в Instagram

Как увеличить свою адаптацию к холоду

Когда устанавливается зимняя погода, есть несколько вещей, которые вы можете сделать для того, чтобы ваше аутдорные приключения стали не только более комфортными, но также способствовали улучшению результатов.

Выбирайте тренировки на улице. Вы можете увеличить адаптацию к холоду в ходе ежедневных пробежек! Находясь даже на не слишком холодном воздухе (чуть ниже 10 градусов) по два часа в день, можно адаптироваться в течение месяца. Но помните, что бывают температуры, небезопасные для организма, и влекущие повреждения от переохлаждения для конечностей и для лёгких (увеличивается риск развития вызванного физической нагрузкой бронхоспазма), даже если вы одеты по погоде.

Сделайте решительный шаг. Если вы стремитесь увеличить запасы БЖТ и несократительный термогенез,  попробуйте подвергать всё тело воздействию холодных температур. Лучший способ сделать это — погружение в холодную воду. Привет холодные души или погружения в ледяную ванну! Охлаждение всего тела —  хоть и неприятный, зато самый эффективный способ стимулирования увеличения объема БЖТ и метаболизма. Но не забывайте, что на эту тему учёным нужно провести ещё очень много исследований. Например, как адаптация проходит с течением времени, пока неясно.

Продолжайте бегать! Тренировки на выносливость помогают нам поддерживать температуру тела. Запомните, тренировки на выносливость на холоде могут стимулировать рост объемов и развитие БЖТ и способствовать привыканию к холоду. Это улучшает наш несократительный термогенез, вазоконстрикторную реакцию, и помогает экономить гликоген, не тратя его на дрожь в теле для того, чтобы согреться.
Кроме того, доказано, что тренировки на выносливость в действительности предотвращают возможную “утомляемость от дрожи в теле”, когда наши мышцы слишком устают и не могут больше сокращаться для производства тепла.

Но в погоне за бурым жиром и привыканием к холоду не забывайте, что основные правила бега зимой никто не отменял. Не спешите, привыкайте к низким температурам постепенно.

И, конечно, одевайтесь правильно. В основе выбора зимней экипировки лежит принцип многослойности одежды с дополнением при необходимости защитной экипировки (влаго/ветрозащитные куртка и брюки), а также утепляющего слоя (пуховка, синтетическая утепляющая кофта). Не пренебрегайте перчатками и хорошими носками, а то вместо привыкания к холоду заработаете обморожение.

И в заключение: продолжайте бегать, ведь бег в буквальном смысле не даёт вам замёрзнуть!

Фото обложки: участник забега по льду Байкала OLKHON ICE TRAIL, автор - Наталья Фаттахова

Источник: Shivering Science: The Science of Cold Adaptation, Corrine Malcolm, irunfar. com

Читайте также статьи по теме: