ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ГЛЮКОЗЫ КАК МАРКЕР ХОЛОДОВОГО СТРЕССА В ЗИМНЕМ ПЛАВАНИИ

Минвалеев Ринад Султанович¹
Баранова Татьяна Ивановна¹
Дмитриева Мария Олеговна¹
Богданов Ринат Равилевич²
Климов Валерий Иванович³

¹Санкт-Петербургкий государственный университет (СПб, Россия)
²Национальный медико-хирургический центр им. Н.И.Пирогова (Москва, Россия)
³ Российский университет спорта (Москва, Россия)

 Аннотация: Зимнее плавание как новый для России вид спорта нуждается в простых объективных оценках успешности адаптации к холоду как главной угрозе здоровью занимающихся. Представлен краткий обзор стрессового и бесстрессового реагирования на погружение в холодную воду с учетом упреждающего термогенеза и влияния на уровень глюкозы. Предлагается использовать оценку уровня глюкозы в капиллярной крови до и после погружения в холодную воду по шею для контроля и самоконтроля безопасности тренировочного процесса и готовности к длительным заплывам в холодной воде.

Ключевые слова: холодоустойчивость, стресс, уровень глюкозы, йога Туммо, зимнее плавание, упреждающий термогенез.

INCREASED GLUCOSE LEVELS AS A MARKER OF COLD STRESS IN WINTER SWIMMING

Minvaleev Rinad Sultanovich¹
Baranova Tatiana Ivanovna¹
Dmitrieva Maria Olegovna¹
Bogdanov Rinat Ravilevich²
Klimov Valery Ivanovich³

¹Sankt-Petersburg State University (St. Petersburg, Russia)
²N.I.Pirogov National Medical and Surgical Center (Moscow, Russia)
³The Russian University of Sport (Moscow, Russia)

Abstract: Winter swimming as a new sport for Russia needs simple objective assessments of the success of adaptation to cold as the main threat to the health of those involved. A brief overview of the stressful vs stress-free responses to immersion to cold water is presented, taking into account an anticipatory thermogenesis and the effect on glucose blood levels. It is proposed to use the assessment of glucose levels in capillary blood before and after immersion to cold water up to the neck to monitor and self-monitor the safety of the training process and readiness for long swims in cold water.

Keywords: cold resistance, stress, glucose level, Tummo yoga, winter swimming, anticipatory thermogenesis.

Зимнее плавание как холодовой стресс

Зимнее плавание или плавание в холодной воде из любительского варианта закаливания с 25 мая 2022 года стало признанным в России видом спорта, что делает актуальным вопрос о рисках длительного пребывания в холодной воде, температура которой ниже 15,9ºС. Установившаяся в мире классификация категорий первенств по зимнему плаванию также привязана к температурным диапазонам, и отражает очевидные ограничения временной продолжительности пребывания в холодной воде почти полностью обнаженного человека (см. таблицу 1).

Таблица 1. Категории соревнований по зимнему плаванию в соответствии с температурой воды и дистанциями

Поскольку плавание в холодной воде имеет давнюю историю, то исследователи достаточно единодушны в том, что главной угрозой для здоровья и лимитирующим фактором пребывания в холодной воде для пловцов, относительно адаптированных к холоду, является нарастающая во времени гипотермия ядра тела [9; 10; 15; 16]. Прочие риски, такие как «вегетативный конфликт» от одновременной активации двух противоположных звеньев вегетативной нервной системы, могут быть причиной утопления у начинающих плавать в холодной воде [24, с.3220], но для спортсменов, адаптированных к холоду, уже не столь актуальны [25;26].

Нарастающая гипотермия может быть приторможена периферической вазоконстрикцией и/или достаточно толстой подкожной жировой клетчаткой, которые вместе позволяют сохранить больше тепла в теле (теплоизоляционная адаптация) [19], но теплопотери в холодной воде таковы, что и дрожательный термогенез (метаболическая адаптация) не способен предотвратить снижение ректальной температуры при погружении в холодную воду на длительное время [13; 28, c.532]. Представляется вероятным, что опытные пловцы в холодной воде способны интерпретировать появление мышечной дрожи как показатель безопасной продолжительности заплывов в холодной воде. Известно, что появление дрожи затрудняет плавание и является важным сигналом к прекращению заплыва по опыту корейских пловцов ама [20, с. 961].

Упреждающий термогенез как способ преодоления холодового стресса

Интересное явление недавно открыли исследователи зимнего плавания из Южной Африки, наблюдая за изменениями ректальной температуры у одного из опытных зимних пловцов, преодолевшего последовательно три дистанции в приполярных водах. Они описали способность этого пловца повысить ректальную температуру примерно на 1-2ºС перед заплывом и поддерживать ее в первые 10-15 минут пребывания в холодной воде при температуре воды от 0 до 3ºС [18, c.27]. В последующем феномен упреждающего термогенеза подтвердился еще у двоих опытных зимних пловцов [21 с.4; 25, рис.1] При том, что у неадаптированных к холоду испытуемых добровольцев ректальная температура начинает снижаться сразу после погружения в холодную воду [28, c.532].

Интересно, что в обсуждении найденного явления, обозначенного как «упреждающий термогенез», авторы упоминают и феномен тибетской йоги Туммо как способ интенсификации недрожательного термогенеза [18, с.28; 8]. Заинтересованный читатель может обратиться также и к нашим работам, посвященным реконструкции и изучению практики йоги Туммо [4; 5; 17].

Бесстрессовое vs стрессовое реагирование при погружении в холодную воду

В 1936 году канадский паталогоанатом венгерского происхождения Ганс Селье, описывая стресс как общий (неспецифический) адаптационный синдром или, другими словами, единообразный ответ организма на различные повреждения (такие как хирургическая травма, спинальный шок, чрезмерная физическая нагрузка или сублетальные интоксикации), первое место среди упомянутых стрессоров отвел именно холодовому воздействию (exposure to cold) [23, с.32]. Гипертрофия коры надпочечников как первая составляющая известной «триады Селье» позволила обозначить стероидный гормон кортизол, производимый там же, как типичный «стрессовый гормон», и стрессовое реагирование в последующем стало рассматриваться в контексте напряжения регуляторной оси передней доли гипофиза и коры надпочечников [6].

Собственно, возрастание уровня кортизола как гормонального маркера стресса было зафиксировано всякий раз после различных вариантов заплывов в холодной воде [11, с.334; 12, с.330]. И если активация симпато-адреналовой системы как первой фазы стрессового реагирования при повторных погружениях в холодную воду, снижается, то повышение кортизола остается неизменным показателем холодового стресса при заплывах в холодной воде [14, с.401].

В любом случае за стрессовым повышением продукции катехоламинов и кортизола должно следовать возрастание уровня глюкозы в крови по причине стимуляции, соответственно, гликогенолиза и глюконеогенеза, что и было обнаружено в начале ХХ века при изучении влияния холода на углеводный обмен вплоть до патологического феномена, обозначенного как «холодовой диабет» [22, с.510]. Экстремальное возрастание уровня глюкозы в капиллярной крови с нормальных значений (4-6 ммоль/л) до 20 и выше ммоль/л мы зарегистрировали у нескольких участников заплывов на 1 км при температуре воды около +2ºС («ледяная» вода).

Известно, что неконтролируемый стресс любого происхождения с течением времени приводит к истощению т.н. адаптационного потенциала или к болезням стресса [6], в данном случае, вызванными повреждающим влиянием холода.

В наших предыдущих работах мы описали значимое снижение уровня глюкозы натощак после погружения по шею в холодные воды южного побережья Северного Ледовитого океана на 30 минут [1, с.268; 3] на фоне выполнения практики тибетской йоги Туммо как технологии значительного повышения холодоустойчивости [4]. Исследование было выполнено в 2019 году на о. Немецкий Кузов Соловецкого Архипелага в рамках авторского проекта Ирины Архиповой «В поисках утраченных знаний» (с), направленного на поддержку отечественной науки (научно-исследовательская экспедиция «Русский Север 2019») (рис. 1).

Рис. 1. Холодовые испытания на о. Немецкий Кузов (Белое море) при температуре воды +10°С в течении 30 минут (научно-исследовательская экспедиция «Русский Север 2019»)

Мы оценили тогда эти результаты как бесстрессовое реагирование на холод, наблюдаемое в первую очередь у опытных участников в противоположность тем, кто только приступил к освоению нового метода повышения холодоустойчивости, реконструированного нами на основе тибетской йоги Туммо [5]. Всего с 2019 по 2022 в ежегодных экспедициях «Русский Север» уже обследовано 44 человека обоего пола, у которых измеряли уровень глюкозы до и после погружений в холодную воду при температуре +10ºC. Найдено статистически значимое снижение уровня глюкозы с 5.53±0.74 до 5.29±0.76 (среднее±стандартное отклонение) с вероятностью ошибки первого рода p=0.00465

В 2021 году мы сравнили эти результаты с холодовыми испытаниями зимних пловцов в Клубе моржей Серебрянного Бора Федерации Закаливания и Зимнего Плавания города Москвы, у которых также проверяли уровень глюкозы до и после погружения в холодную воду до уровня шеи (рис. 2) [3, с.374]. И хотя температурные условия в этом исследовании были более суровыми, чем в исследовании 2019 года (температура воды +1,6°С против +10°С на Белом море), но время пребывания в холодной воде в 2019 году (30 минут) более, чем в 3 раза превосходило среднее время холодового испытания в 2021 году, что делает условия этих двух холодовых воздействий сопоставимыми по суммарным теплопотерям при строгой количественной оценке [2].

Рис. 2. Холодовые испытания в купели Клуба моржей Серебрянного Бора Федерации Закаливания и зимнего плавания города Москвы при температуре воды +1,6°С продолжительностью 5-15 минут.

В отличие от испытуемых, выполняющих во время холодовых испытаний специальные упражнения из арсенала тибетской йоги Туммо, у зимних пловцов уровень глюкозы статистически значимо возрос, что свидетельствует о стрессовом характере реагирования на пребывание в холодной воде. Впрочем, тот факт, что у двоих из 12 зимних пловцов уровень глюкозы слегка снизился, говорит о том, что они также достигли бесстрессового реагирования на погружение в холодную воду. Однако в целом, аналогичное повышение уровня глюкозы и кортизола как стрессового гормона у зимних пловцов отмечают и отечественные исследователи этого варианта плавания [7, с.39-40].

Интересная взаимосвязь между изменениями уровня глюкозы и условиями плавания в ледяной воде (ниже 5ºС) предварительно выявилась в исследовании трех заплывов на т.н. «ледяную милю» у одного опытного пловца [25]. В первом и третьем заплыве пловцу пришлось преодолевать незапланированные препятствия (сбив с маршрута и травма ноги), и уровень глюкозы в крови в обоих случаях возрос почти в два (с 7 до 12.8 ммолль/л) [25, таб.3] и в четыре раза (с 3.5 до 12.8) [25, таб.5] соответственно, что можно рассматривать как объективное проявление состоявшегося стресса. Тогда как второй заплыв прошел без неожиданных происшествий, и уровень глюкозы, наоборот, снизился почти на четверть от исходного с 12.5 до 9.3 ммоль/л) [25, таб.4], что также можно рассматривать как состоявшееся бесстрессовое реагирование на пребывание в холодной воде.

Вывод

Легко выполняемая оценка уровня глюкозы в капиллярной крови с помощью общедоступных аптечных глюкометров может быть использована для контроля и/или самоконтроля успешной адаптации к заплывам в холодной воде с целью объективного обеспечения безопасного привыкания к экстремальным воздействиям на организм длительного пребывания в холодной воде.

Благодарности

Авторы выражают сердечную благодарность Ирине Архиповой, генеральному директору киностудии исторического фильма «Фараон», вдохновителю и организатору международных научных экспедиций в рамках ее авторского проекта «В поисках утраченных знаний» (с), направленного на поддержку отечественной науки, а также всем участникам экспедиций «Русский Север – 2019-2023», и в равной мере всем членам Клуба моржей Серебрянного Бора Федерации Закаливания и Зимнего Плавания города Москвы, и лично председателю Клуба и президенту Федерации Андрею Замыслову.

Литература

1. Минвалеев, Р.С. Влияние погружения в холодную воду на уровень сахара натощак у здоровых людей // Физическая культура и спорт в образовательном пространстве: инновации и перспективы развития: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Герценовские чтения»: в 2 т. – Т.2. – СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2020. – с. 264-269.
2. Минвалеев, Р.С. Количественная оценка теплоотдачи при погружении тела человека в холодную воду // В Трудах конференции «Физическая культура и спорт в системе образования: инновации и перспективы развития»: Всероссийская научно-практическая конференция, Cанкт-Петербург, 24–25 ноября 2022 года. – Cанкт-Петербург: ООО "Медиапапир", 2022. – С. 360-367.
3. Минвалеев, Р.С. Сравнение стрессового и бесстрессового влияния погружения в холодную воду на уровень глюкозы крови./ Р.С. Минвалеев, Т.И. Баранова, Т.А. Землянухина, Р.Р. Богданов, В.И. Климов // В Трудах конференции «Безопасный спорт– 2022»: материалы IX Международной научнопрактической конференции. – СПб. : Изд-во ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И. И. Мечникова Минздрава России, 2022. – C. 369-377
4. Минвалеев, Р.С. Тибетская йога туммо: физика, физиология и технология холодоустойчивости / Р.С. Минвалеев, В.И. Тимофеев, А.И. Иванов, А. Левитов // В Трудах конференции «Буддизм Ваджраяны в России: Актуальная история и социокультурная аналитика»: Коллективная монография. Научное издание. Материалы VI Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 19–22 октября 2018 года/Отв. редактор А.М. Алексеев-Апраксин, составитель В.М. Дронова. – Санкт-Петербург: Алмазный путь, 2020. – С. 410-448.
5. Минвалеев, Р.С. Туммо: физиологическая технология холодоустойчивости. / В.И.Тимофеев, А.Танака. // В Трудах конференции «Психотехники и измененные состояния сознания» Сб. материалов Третьей международной конференции (19 – 21 марта 2015 г., Санкт-Петербург)/ Отв. редактор и составитель С.В. Пахомов. – СПб: Изд-во РХГА. – 2016. – С. 124-135.
6. Селье, Г. Очерки об адаптационном синдроме. Москва: МЕДГИЗ. – 1960. – 253с.
7. Фишер, Т.А. Динамика вегетативной регуляции нервной системы и обменных процессов у пловцов при установлении рекорда в ледяной воде. / Т.А. Фишер, С.С. Бобрешова, А.В. Яркин // Человек. Спорт. Медицина. – 2022. – T.22. – № 4. – С.35-43.
8. Benson, H. Three case reports of the metabolic and electroencephalographic changes during advanced Buddhist meditation techniques. / H. Benson, M.S. Malhotra, R.F. Goldman, G.D. Jacobs, P.J. Hopkins // Behav. Med. – 1990. – Vol.16. – No2. – P. 90–95.
9. Brannigan, D. Hypothermia is a significant medical risk of mass participation long-distance open water swimming./ D. Brannigan, I.R. Rogers, I. Jacobs,  A. Montgomery, A. Williams, N. Khangure. // Wilderness Environ Med. – 2009. – Vol.20. – No1. – P.14-18.
10. de Castro, R.R. Hypothermia in open-water swimming events: a medical risk that deserves more attention./ R.R. de Castro, A.C. da Nóbrega // Wilderness Environ Med. – 2009. – Vol.20. – No4. – P.394-395.
11. Dulac, S. Metabolic and hormonal responses to long-distance swimming in cold water. / S. Dulac, A. Quirion, D. DeCarufel, J. LeBlanc, M. Jobin, J. Côte,  G.R. Brisson, J.M. Lavoie, P. Diamond // Int J Sports Med. – 1987. – Vol.8. – No5. – P. 352-356.
12. Galbo, H. The effect of water temperature on the hormonal response to prolonged swimming / H. Galbo, M.E Houston, N.J. Christensen, J.J. Holst, B. Nielson, E. Nygaard, J. Suzuki // Acta Physiologica Scandinavica. – 1979. – Vol.105. – No3. – P.326–337.
13. Glickman-Weiss, E. Does shivering thermogenesis enhance the individual’s ability to maintain rectal temperature during immersion in cold water? / E. Glickman-Weiss, C.M. Hearon, A.G. Nelson // Wilderness Environ Med. – 1997. – Vol. 8. – No1. – P. 3-7.
14. Huttunen, P. Effect of Regular Winter Swimming on the Activity of the Sympathoadrenal System Before and After Single Cold Water Immersion. / P. Huttunen, H. Rintamäki, J. Hirvonen. // International Journal of Circumpolar Health. –2001. – Vol.60. – No3. – P.400-406.
15. Keatinge, W.R. Hypothermia during sports swimming in water below 11 degrees C. / W.R. Keatinge, M. Khartchenko, N. Lando, V. Lioutov. // Br J Sports Med. – 2001. – Vol.35. – No5. – P. 352-353.
16. Knechtle, B. Cold Water Swimming-Benefits and Risks: A Narrative Review. / B. Knechtle, Z. Waśkiewicz, C.V. Sousa, L. Hill, P.T. Nikolaidis // Int J Environ Res Public Health. – 2020. – Vol.17. – No23. – P.8984.
17. Minvaleev, R.S. Hemodynamic Observations of Tumo Yoga Practitioners in a Himalayan Environment / R.S. Minvaleev, A.R. Bogdanov, R.R. Bogdanov, D.P. Bahner, P.E. Marik // Journal of Alternative and Complementary Medicine. – 2014. – Vol. 20. – No4. – P. 295-299.
18. Noakes, T.D. Body temperatures during three long-distance polar swims in water of 0–3°C. / T.D. Noakes, J.P. Dugas, L.R. Dugas, R. Tucker, J. Oksa, J. Dunn, J. Smolander. // Journal of Thermal Biology. – 2009. – Vol.34. – No1. – P.23˗31.
19. Park, V.S. Decreases in body insulation with exercise in cold water. / V.S. Park, D.R. Pendergast, D.W. Rennie. // Undersea Biomed Res. – 1984. – Vol.11. – P.159-168.
20. Rennie, D.W. Physical insulation of Korean diving women. / D. W. Rennie, B.G. Covino, B.J. Howell, S.H Song, B.S. Kang, S.K. Hong // Journal of Applied Physiology. – 1962. – Vol.17. – No6. – P.961–966.
21. Rüst, C.A. Changes in body core and body surface temperatures during prolonged swimming in water of 10°C — a case report. / C.A. Rüst, B. Knechtle, T. Rosemann // Extrem. Physiol. Med. – 2012. – No1. – P.1-7.
22. Samaras, K. Der Einfluß der Kälte auf den Kohlehydratstoffwechsel. Zeitschrift für die Gesamte Experimentelle Medizin. – 1939. – Bd.106. – №4˗5. – S. 510–520.
23. Selye, H.A. Syndrome produced by Diverse Nocuous Agents. // Nature. –1936. – Vol.138. – P. 32.
24. Shattock, M.J. ’Autonomic conflict’: a different way to die during cold water immersion? / M.J. Shattock, M.J. Tipton // J Physiol. – 2012. – Vol.590. – No14. – P. 3219-3230.
25. Stjepanovic, M. Swimming three ice miles within fifteen hours. / Nikolaidis, P.T., Knechtle, B.Chin. // J. Physiol. – 2017. – Vol.60. – P.197–206.
26. Tipton, M.J. Cold water immersion: kill or cure? / M.J. Tipton, N. Collier, H. Massey, J. Corbett, M. Harper // Exp Physiol. – 2017. – Vol.102. – No11. – P. 1335-1355.
27. Tipton, M.J. Temperature dependence of habituation of the initial responses to cold-water immersion. / M.J. Tipton, F.S.C. Golden, C. Higenbottam, I.B. Mekjavic, C.M. Eglin // European Journal of Applied Physiology. – 1998. – Vol.78. – No3. – P.253–257.
28. Wittmers, L.E., Savage M.V. Cold water immersion / L.E. Wittmers, M.V. Savage // Medical aspects of harsh environments. – 2002. – Vol. 1. – P. 531-549.