Запрошений огляд: Старіння та регулювання температури людини

Нольський фізіологічний дослідницький центр, Пенсильванський державний університет, Університетський парк, Пенсільванія 16802

Анотація

Чи існує невід’ємна різниця в базовій температурі тіла (Tc) між молодими та літніми людьми в умовах термонейтрального спокою? Декілька опублікованих звітів свідчать про те, що базовий рівень Тс зменшується із збільшенням віку та має більшу мінливість у старших груп населення (17, 44, 48). Наприклад, Британське національне опитування (13) повідомило, що близько 10% осіб віком від 65 років і старше мали ранню ранкову температуру 3 унції. на тиждень та використання різних ліків. На закінчення слід сказати, що вихідні рівні Tc у здорових людей похилого віку не відрізняються від показників у молодих людей у термонейтральних умовах спокою.

Tc - один з найпотужніших і стабільних показників циркадної синхронії, що відображає активність “сильного осцилятора” циркадного ритму. Згідно з даними на тваринах (18), деякі дослідження на людях показують, що старіння пов'язане з більш рівними та більш ранніми ритмами поетапності, навіть із саморегульованою денною діяльністю (56). Хоча ні середній 24-годинний Tc, ні середній Tc під час сну не залежали від віку, середній Tc протягом періоду часу з 02:00 до 08:00 був значно вищим у людей старшого віку (69 ± 2 роки) (56).

З іншого боку, Monk et al. (38) не показали жодних доказів того, що у суб'єктів віком> 77 років циркадна температура [ректальна температура (Tre)] амплітуди ритму, яка відрізнялася від молодих дорослих. Хоча деякі дослідження показали, що старші чоловіки, здається, частіше відрізняються від своїх молодших колег, старші жінки, як правило, не виявляють змін у циркадному ритмі Tc у порівнянні з молодими чоловіками чи жінками (38, 55, 56). Таким чином, незначні зміни в циркадному Tc-ритмі у літніх людей можуть в першу чергу відображати гендерний ефект. На малюнку 1 узагальнено вікові зміни терморегуляції в спокої під час нормотермії.

Рис. 1.Короткий зміст вікових змін терморегуляції під час нормотермії. В умовах спокою під час нормотермії старіння не впливає на основну температуру тіла (Tc), а лише незначний вплив на циркадний ритм Tc, який може бути пов'язаний із статтю.

Фізіологічна реакція на холодний стрес передбачає як зменшення тепловтрат, так і збільшення виробництва тепла. Перше досягається за рахунок збільшення ефективної тканинної ізоляції (в першу чергу шляхом периферичної вазоконстрикції), тоді як друге передбачає збільшення швидкості метаболізму шляхом незрушного та тремтливого термогенезу. Більшість досліджень у поперечному перерізі повідомляють, що старіння пов'язане з відносною нездатністю підтримувати Tc під впливом холодного середовища (4, 13, 16, 30, 62), хоча це не є універсальною знахідкою (2, 57).

Судинозвужувальні реакції. У 1977 р. Коллінз та співавт. (4) заявив: “Люди, яким загрожує переохолодження, також здаються. неконстрикторний характер вазомоторних реакцій на холод ». Старіння асоціюється з ослабленою судинозвужувальною реакцією під час впливу холоду, навіть коли обстежувані відповідають за формою, розміром та складом тіла (10, 24). Зменшена здатність застарілої шкіри до звуження судин виявляється як на акральній (долоні, підошви, губи, вуха тощо) шкірі (28), так і на неакральній (кінцівки, тулуб) шкірі (10, 24). У здорових пацієнтів ці відмінності в периферичному кровотоці не супроводжуються змінами натрійуретичного фактора передсердь, вазопресину аргініну, активності реніну в плазмі крові або концентрації норадреналіну в плазмі (54).

Рис.2.Короткий зміст вікових змін терморегуляції під час холодного стресу. Порівняно з молодими дорослими під час холодного стресу, люди старшого віку зазвичай реагують зниженою периферичною звуженням судин та зменшенням метаболічного виробництва тепла.

Кілька експериментальних процедур використовувались для підвищення Тс в умовах спокою, як було оглянуто Роуеллом (47). Відпочинок у гарячих умовах навколишнього середовища (природне середовище) підвищує температуру шкіри, але має обмежений вплив на Tc, якщо вплив не є екстремальним та тривалим. «Непряме нагрівання», як правило, передбачає занурення нижніх кінцівок у ванни з гарячою водою, підтримуючи при цьому верхню частину тіла в теплі ковдрами. Нарешті, «пряме нагрівання» водопроникними костюмами було використано для затискання температури шкіри при підвищеній температурі, що дозволяє Tc систематично збільшуватися в міру подачі тепла до серцевини. На жаль, мало хто з порівнянь старіння використовував підхід прямого нагрівання для вивчення реакцій на стійкий і суто терморегуляційний рефлекторний драйв. Дослідження, на яких випробовували суб'єктів різного віку в гарячому природному середовищі, не повідомляли про різницю у віці у відповіді Tc (6, 52), хоча це може відображати неадекватний тепловий стимул, що накладається за таких умов.

Функція потових залоз. В умовах теплового стресу люди значною мірою покладаються на здатність активувати еккринні потові залози (тобто ті, що знаходяться під симпатичним холінергічним контролем) і здатність цих залоз виділяти піт для регулювання температури тіла. Хоча існує велика міндивидуальна мінливість у відповіді потових залоз на фармакологічні подразники [наприклад, за допомогою холінергічних аналогів, таких як метилхолін (MCh) або пілокарпін], очевидні ефекти старіння очевидні. Місцевий рівень потовиділення нижчий у людей старшого віку для даного фармакологічного стимулу. Оскільки на щільність фармакологічно активованих залоз, як видається, не залежить вік, цей ефект пояснюється меншим виходом на активовану залозу (8, 26, 50, 53).

Сато (49) припускає це

[a] гінг має дуже незначний вплив на фармакологічно спричинену максимальну швидкість потовиділення до 60-х років, але функція залози поступово знижується в 70-80-х роках.

Однак наша група (26) та інші (8) відзначали прогресивні вікові зміни функції in vivo. Коли різну концентрацію MCh вводили внутрішньошкірно в стегна трьом різним віковим групам (22-24, 33-40 та 58-67 років) чоловіків з теплою адаптацією, які добре відповідали V for o 2 max, не було віку відмінності в активній щільності залоз. Однак найстаріша та наймолодша групи суттєво відрізнялись у виділенні поту на активну залозу при кожній концентрації MCh. Крім того, у групи віком від 33 до 40 років спостерігалося виділення поту, яке було проміжним у кожному випадку, що свідчить про постійне зниження протягом усього дорослого віку.

Додаткові висновки вказують на те, що регіональні відмінності у роботі потових залоз існують між старшими та молодшими людьми. Більший віковий ефект відзначається для функції потових залоз на лобі та кінцівках, ніж на тулуб, у відповідь на ін'єкцію MCh (12). Потові залози можуть пройти «місцеву підготовку» шляхом багаторазового занурення шкіри в гарячу воду. Коли виконується такий протокол, люди старшого віку збільшують місцеве утворення поту, хоча і в меншій мірі, ніж молоді чоловіки та жінки (40). Нарешті, у людей старшого віку, у яких спостерігається підвищений вихід поту, „текстура та зовнішній вигляд шкіри. здаються більш молодими та еластичними та менш зморшкуваті неозброєним оком, ніж у тих [людей старшого віку], у яких реакція поту [погана] або відсутня »(8). Тривалість дії ультрафіолету та інших факторів навколишнього середовища можуть мати інтерактивну дію з хронологічним віком при визначенні реакції потових залоз.

Швидкість потовиділення. Факти свідчать про те, що чоловіки та жінки старшого віку потіють менше під час пасивного впливу тепла (5, 11, 20, 52), ніж молоді особи, що відповідають статі. Вікові відмінності були відзначені навіть під час короткочасного впливу екстремального сухого тепла 89-90 ° F (52). Крім того, у старших чоловіків повідомляється про підвищений поріг Тс (5, 11). Однак часто спільною ланкою між порівняльними порівняннями старших та молодих груп є відсутність контролю за супутніми впливами, такими як аклімація, розмір тіла та/або V̇ o 2 max. З іншого боку, Drinkwater та його колеги (6) піддавали 10 жінок у постменопаузі (середній вік 58 років) та 10 молодших жінок (38 років) впливу середовища 40 ° C (20% відносної вологості) протягом 2 годин. Суб'єкти були підібрані за площею поверхні тіла, але V̇ o 2 max коливалося в межах когорти випробуваних жінок. Ці дослідники не виявили різниці у віці при потовиділенні; натомість швидкість потовиділення корелювала з V̇ o 2 max. Подібні результати були продемонстровані в дослідженні, яке вивчало перехідні процеси теплової енергії (14). Частота потовиділення знову сильно визначалася VO o 2 max суб'єктів, а не хронологічним віком.

Регіональний характер розподілу потовиділення, згаданий вище, також виявляється у швидкості потовиділення під час пасивного нагрівання; тобто вікові відмінності частіше відзначаються на кінцівках, але не на тулубі (19). Логічною гіпотезою може бути те, що функції залоз знижуються в периферійному до центрального напрямку із старінням шкіри. Альтернативні висновки Іноуе та Шибасакі (21) свідчать про те, що послідовні зниження функції потових залоз можуть розвиватися послідовно в напрямку від нижньої до верхньої частини тіла, хоча менша підтримка цієї концепції існує.

Реакція кровотоку шкіри на місцеве нагрівання. Реакція шкірного кровотоку на пряме місцеве нагрівання неакральної шкіри послаблюється з віком (9, 45, 60). Вайс та ін. (60) дійшов висновку, що, оскільки величина, але не характер руху шкірного кровотоку (SkBF) змінюється у віковій шкірі, нижня шкірна перфузія літніх людей асоціюється з втратою функціональних одиниць капілярного сплетення (тобто структурною зміною) . На відміну від цих висновків, у дослідженні, в якому пульпа пальця ноги локально нагрівалася до 44 ° C, не повідомлялося про різницю у віці в обсязі еритроцитів або швидкості кровотоку шкіри. Оскільки пульпа пальця ноги містить артеріовенозні анастомози, вікові ослаблення SkBF, що спостерігаються при місцевому нагріванні, можуть бути обмежені неанакральними ділянками, відсутніми артеріовенозних анастомозів.

Тривале місцеве нагрівання викликає максимальну реакцію SkBF, яка з літнім віком падає відносно лінійно, імовірно, відображаючи структурні зміни в шкірних судинах (33, 46). Однією з помітних особливостей постарілої шкіри є сплощена нижня частина епідермісу та зменшення хребтів рете, які майже повністю згладжуються у дуже літніх людей (39). Ця трансформація пов'язана з колапсом, дезорганізацією, а в деяких випадках і повним зникненням судин мікроциркуляції в шкірному сосочку та поверхневому судинному сплетенні (39). Ці анатомічні спостереження підтверджують роль структурних змін у зменшенні максимальних можливостей SkBF літніх людей. Механістичні зміни, що лежать в основі цього вікового зменшення SkBF (наприклад, оксид азоту та аксонові рефлекси), виявлені лише нещодавно (35).

Серцево-судинні реакції всього тіла. Збільшення рефлексу SkBF у відповідь на підвищення Tc також послаблюється у віці шкіри (1, 27, 62). Розширена норадренергічна вазоконстрикція відіграє незначну роль або взагалі не впливає на цю реакцію; швидше, знижена чутливість до активного судинорозширювача у поєднанні з вищезазначеними структурними змінами в поєднанні обмежує SkBF при заданому Tc (27). Незважаючи на те, що V̇ o 2 max, стан аклімації, гідратація, хвороби та ліки впливають на SkBF, відносна нездатність застарілої шкіри до розширення судин виявляється головним наслідком похилого віку.

Мінсон та співавт. (36) вивчали серцево-судинні реакції молодих та літніх чоловіків під час прямого пасивного нагрівання до індивідуальних меж теплової толерантності. Вони виявили, що вікове зниження SkBF було пов'язане як з меншим збільшенням серцевого викиду, так і з меншим перерозподілом кровотоку з спланхнічної та ниркової циркуляції. Зниження серцевого викиду було в першу чергу результатом зменшення ударного об’єму, оскільки старші пацієнти змогли збільшити частоту серцебиття так само, як і молоді чоловіки. Однак, щоб досягти цього збільшення частоти серцевих скорочень, старші чоловіки повинні були досягти більшої частки свого резерву серцевого ритму. Незважаючи на ці результати для чоловіків, розслідування, яке використовувало ідентичний протокол нагрівання, показало, що жінки старшого віку (52-80 років) не мали зменшення ударного об'єму при прямому пасивному нагріванні (7). Це стосувалося жінок, які не отримували замісної гормональної терапії, естроген-замісної терапії та комбінованої замісної терапії естрогеном та прогестероном. Механізми цієї очевидної гендерної різниці не з’ясовані.

Коли до пасивного нагрівання додають ортостатичний виклик (нахил), чоловіки старшого віку (61-73 роки) реагують значно ослабленим зменшенням периферичного кровотоку порівняно з молодими чоловіками (21-39 років) (37, 51). Таким чином, старіння, схоже, асоціюється зі зменшеною реакцією SkBF як на рефлекторну активну вазодилатацію, так і на нерегулюючі рефлекси (тобто, барорефлекси), спрямовані до шкірних судин під час теплового стресу. Подальші докази цієї зміненої периферичної чутливості підтверджує дослідження, яке показало, що під час нахилу голови вгору в нормотермічних умовах у чоловіків старшого віку (64-81 роки) спостерігалося послаблене збільшення судинного опору передпліччя порівняно з молодими (19-28 років) чоловіки (37). Однак у цьому дослідженні спланхнічний судинний опір зріс більшою мірою в групі літнього віку. Ці результати свідчать про те, що вікові зміни структури та регуляції периферичної судинної системи вимагають модифікації механізмів гомеостатичного контролю серцево-судинної системи.

На закінчення можна сказати, що здатність літніх людей підтримувати Tc під час теплового стресу, як правило, не порушується з віком. Хоча фармакологічно індуковане виділення потових залоз послаблюється у людей старшого віку, швидкість потовиділення більш тісно пов’язана з V closely o 2 max. Однак як при місцевому, так і при нагріванні всього тіла зниження SkBF все ж відбувається як функція хронологічного віку. Зі зменшенням SkBF під час теплового стресу всього тіла зменшуються серцеві викиди та менший перерозподіл кровотоку із спланхнічної та ниркової циркуляції людей старшого віку. Ці центральні серцево-судинні корекції під час теплового стресу, здається, мають гендерну складову, яка не була чітко визначена. На малюнку 3 узагальнено вікові зміни терморегуляції під час теплового стресу.

Рис.3.Короткий зміст вікових змін терморегуляції під час теплового стресу. Порівняно з молодими дорослими під час теплового стресу, люди старшого віку зазвичай реагують на ослаблене виділення потових залоз, зменшення шкірного потоку крові, зменшення серцевого викиду та менший перерозподіл кровотоку із спланхнічної та ниркової циркуляції.

Епідеміологічні докази збільшення смертності серед літніх чоловіків та жінок від гіпер- та гіпотермії не слід тлумачити як такі, що свідчать про те, що старіння саме по собі призводить до нетерпимості до екстремальних факторів навколишнього середовища. Порівняно мало досліджень намагалися розмежувати ефекти хронологічного віку від супутніх факторів (наприклад, зменшення V̇ o 2 max, зниження рівня звичної активності та зміни маси та складу тіла) при визначенні реакцій терморегуляції на відпочинок та фізичні вправи в екстремальних умовах . Коли наслідки хронічних захворювань та малорухливого способу життя мінімізовані, теплова толерантність, здається, мінімально порушена віком.