Люди используют фитнес-трекеры, отслеживают пульс, подсчитывают шаги, сжигаемые калории, а скоро появится возможность измерять даже выделяемый пот. Зачем человечеству это может понадобиться — в нашем материале.
Аннотация
- Испарение пота служит для снижения температуры тела.
- Избыточное потоотделение может привести к потере воды и электролитов.
- Существующие тесты позволяют рассчитывать скорость испарения пота, уровень потери электролитов и других вещей, но они сложны и громоздки.
- Новые изобретения сделают измерение потоотделения более простым, и его влияние на наше здоровье станет более значимым для человека.
Вчерашним утром,я ехал на велосипеде в горку и крутил педали так быстро, как только мог. Я почти достигнул вершины, когда почувствовал, что по лбу сбегает привычная струя жидкости. И хотя на улице было только 6ºC (42ºF), я потел.
Наши человеческие тела (мешки с мясом, как выражался Бендер из «Футурамы») работают оптимально, когда их внутренняя температура колеблется вокруг 37ºC. Когда температура становится выше, мозг получает об этом сигнал, перенаправляет его к гипоталамусу (часть мозга, ответственная за контроль температуры), и тело получает команду: «Остудимся!». Именно тогда потовые железы заступают на свои позиции, и вы начинаете потеть.
Пот почти полностью состоит из воды, но также в его составе есть и другие химические соединения (подробнее об этом чуть ниже по тексту). Пот покидает тело через крошечные поры в коже, и когда пот встречается с воздухом, он начинает испаряться и тем самым охлаждает нас.
Испарение – это не только отличная система охлаждения, но и прекрасный способ для нашего организма выводить определённые химические соединения из нашего кровотока: соли, аммиак, калий, глюкозу, лактат и мочевину. Наш пот также содержит биохимические маркеры: различные метаболиты, электролиты и даже следы тяжёлых металлов, которые могут дать ключ врачам и исследователям к диагностике некоторых заболеваний.
В последние годы учёные разрабатывали различные датчики пота в виде пластырей, бандажей и даже татуировок, которые могут делать такие измерения на лету. Команда исследователей из Калифорнийского университета разрабатывают датчики для использования на коже, которые могут высчитывать состав выделяемого пота. Но прежде чем рассказывать о них, давайте вспомним, как измеряли потоотделение в прошлом, и какие перспективы относительно этого существуют на данный момент.
Измерение потоотделения: прошлое
Еще в 2014 году я писал отзыв о продукте под названием «Fuelstrip» (топливная полоска), который входил в линейку их инновационного спортивного питания. Неудивительно, что их продукта больше не существует. И всë же, технология казалась многообещающей.
«Топливные полоски» представляли собой небольшие бумажки, которые вы должны были периодически обмакивать в пот во время тренировки. Результаты показывали, пора ли пополнять запасы гликогена. Чем темнее цвет полоски, тем больше нужно гликогена. К счастью – почувствуйте мой сарказм – вместе с полосками продавался «научно-подтвержденный» спортивный напиток-порошок.
Вы можете посмотреть видео моего (в основном) научного эксперимента. Результат был такой: полоски действительно меняли цвет на протяжении тренировки. Но они были не удобны, сложны в использовании и данные не были точными. Ориентируясь на эти полоски, даже после голода в течение 12 часов, я всë ещё должен был ездить на велосипеде в течение 60+ минут, на пороговом усилии, прежде чем мне бы разрешили испробовать их райский порошковый нектар.
Хотя полоски и не оказались настолько впечатляющими, они всë же измеряли уровень аммиака в поте, который коррелирует с уровнем аммиака в плазме. Когда мышечный белок метаболизируется для получения энергии, уровень аммиака в плазме увеличивается, и это свидетельствует о том, что запас гликогена истощëн.
Измерение потери жидкости
Другой способ отслеживания скорости потоотделения заключается в использовании формулы (скорость потоотделения = масса тела до упражнений — масса тела после упражнений + потребленная жидкость — объем мочи/время упражнений в часах). Эта довольно громоздкая формула даёт надёжный репрезентативный диапазон скорости потоотделения. И если повторять вычисления достаточное количество раз, в разных локациях и условиях, такой способ можно использовать для различных условий окружающей среды, практик, соревнований.
Идея измерения потери жидкости через потоотделение заключается в том, чтобы заставить спортсменов сосредоточиться на своих потребностях в гидратации, научив их сравнивать вес тела до и после упражнений. Для «неспортсменов» верна следующая схема: если вы похудели, то нужно больше пить на следующей тренировке. Если же вы набрали вес — пейте меньше. Но для профессиональных спортсменов предыдущая формула актуальна.
В статье под названием How to Calculate Your Sweat Loss, автор написал следующее:
Если вы весите одинакового до и после тренировки, то потеря жидкости была примерно равна количеству жидкости, которую вы выпили. Очень хорошо! Если вы на 1 кг легче, то потеря жидкости превысила ее потребление на 1 литр. Например, скажем, вы весите 75 кг перед тренировкой. Выпиваете литр воды (1 кг). После тренировки вы весите 74,5 кг. Это говорит о том, что вы потеряли около полутора литров пота и заметили его только 1 литром воды. Принесите себе стакан воды!
Monica Reinagel, Nutrition Diva
Измерение потери натрия
Атлеты теряют не только жидкость во время тренировок: как следствие, происходит снижение уровня электролитов в плазме. Хорошо известно, что скорость выделения и состав пота могут значительно различаться между разными людьми в зависимости от их физиологии, а также того, сколько соли они потребляют (чем больше соли потребляется, тем больше ее выводится с потом). Многие учёные проводят тесты, чтобы определить потерю воды и электролитов у спортсменов во время тренировок и соревнований.
Для этого спортивные лаборатории, как правило, используют обычные пластыри для измерения потоотделения, буквально приклеивая их на разные участки тела спортсменов. Затем шприцом происходит забор образцов, и их анализируют с помощью LAQUAtwin (карманный набор для анализа проб, измеряющий концентрацию электролита). Затем тренер или диетолог использует эту информацию для разработки рекомендаций по замене электролитов или для составления заменяющего напитка, который будет соответствовать потребностям спортсмена.
Все эти ручные, математические и громоздкие протоколы тестирования определенно работают. Но команда Калифорнийского университета в Беркли находится на пороге гораздо более лёгкого и значимого открытия, что заставляет меня чувствовать, что я всю свою тренерскую и спортивную карьеру пытался изобрести велосипед.
Будущее анализа потоотделения
В Беркли команда исследователей разработала гибкую сенсорную систему, которая может измерять различные метаболиты и электролиты в поте, калибровать данные на основе температуры кожи и синхронизировать результаты в реальном времени со смартфоном. Больше никакого обмакивания бумаги, подушечек материала в подмышках или многократного взвешивания.
Исследователи внедрили своё изобретение в интеллектуальные браслеты, а затем надели их на группу добровольцев. Волонтёры делали различные упражнения в помещении и на открытом воздухе — на стационарных велосипедах или дорожках от нескольких минут до часа. Также исследователи надели устройства на добровольцев, чье потоотделение было вызвано — без паники — химическими препаратами.
Али Джейви, профессор электротехники и информатики Калифорнийского университета в Беркли и главный автор статьи, сказал изданию Science Daily: «Цель проекта не только создать датчики для измерения потоотделения, но и продолжать исследования, расшифровывая «композиции» пота».
Чтобы лучше расшифровать информацию, которую может рассказать пот о здоровье человека в реальном времени, исследователи разместили датчики пота на различных участках тела спортсменов: на лбу, предплечье, на верхней части спины. Затем спортсменов посадили на стационарные велосипеды, все время измеряя скорость их пота, уровень натрия, калия и так далее. Они пришли к выводу, что скорость потоотделения отражает количество потерянной жидкости в организме спортсмена во время тренировки, что, в свою очередь, поможет им не переутомляться и следить за состоянием здоровья.
Также исследователи использовали те же датчики для сравнения уровней глюкозы в поте у здоровых людей и у людей с диабетом. В этом эксперименте они проверяли, могут ли подобные неинвазивные тесты заменить стандартные измерения крови для диагностики и мониторинга диабета.
В статье Berkley News, исследователь Али Джейви говорит: «Человеческий пот содержит в себе богатую информацию о нашем организме, является перспективной биологической жидкостью для использования в различных устройствах».
Автор: Мария Хохлова