Шокът от студа в ледените бани води до по-здрави клетки

Ново проучване разкрива как многократното излагане на студена вода подобрява клетъчната защита, стимулирайки адаптирането към екстремни температури.

Въпреки нарастващия интерес към терапията със студена вода за възстановяване, подобряване на производителността и цялостни ползи за здравето, има малко изследвания за въздействието на стресовия студ върху човешкия организъм.

Въпреки че е известно, че настъпват различни физиологични промени с подобряването на студоустойчивостта, въздействието му на клетъчно ниво е малко проучено, без предишни изследвания, проведени при хора.

Изследователи от университета в Отава са проучили дали една седмица излагане на студена вода може да подобри клетъчната защита на организма, оценявайки как излагането на студена вода засяга клетъчните механизми, участващи в толерантността и приспособяването към екстремните температури.

"Ние не само сме съставени от органи, но също така сме съставени от клетки и така, като разглеждаме какво се случва вътре в клетката, можем по същество да добием представа за това как цялото тяло по същество комуникира със себе си, както и за общото здравословно състояние по време на този стимул", разказва Кели Кинг (Kelli King), постдокторант в Университета на Отава и първи автор на статията. "Ако клетките ви не се справят добре, тялото ви няма да се справя добре."

Какво се случва с нашите клетки в студа?

Когато аклиматизацията към студ стане невъзможна, докато тялото се бори да поддържа вътрешната си температура, може да настъпи обширно клетъчно увреждане, дори клетъчна смърт. Минали проучвания върху животни обаче разкриват, че защитните механизми влизат в действие на клетъчно ниво, когато организмът е изложен на силен студ, за да се предотврати клетъчната смърт.

Решаващ клетъчен защитен механизъм, известен като автофагия, включва разграждането на бучки от токсични протеини и други клетъчни компоненти. Тези разпадни продукти след това се рециклират обратно в използваеми молекули, стимулирайки оцеляването.

Кинг и изследователският екип решават да проверят как се променят автофагичните реакции и как могат да се използват като мярка за нарастваща толерантност към студа. За първата част от изследването 10 млади, здрави и активни мъже са помолени да се потопят във вода с температура 14°C до раменете си за един час в продължение на седем последователни дни.

Когато вътрешната температура достигна 35,5°C, градус и половина под нормалното, изследователите събират кръвни проби и ги анализират за различни показатели за автофагия или клетъчна смърт.

Те откриват, че нивата на молекула, наречена лактат, киселина, произвеждана нормално в организма по време на тренировка или в този случай, треперене, се променят в хода на периода на изследване.

Наблюдавано е повишаване на нивата на лактат в кръвта по време на потапяне в студена вода на дни 1, 4 и 7. Въпреки това до ден 7 увеличението на нивата на лактат след излагане на студ е значително по-малко в сравнение с ден 1, което показва ясна адаптация към студа с течение на времето.

"Виждането на намаляване на лактата по същество показва, че участниците се аклиматизират", разказва Кинг. "Виждаме намаляване на треперенето като симптом в този сценарий."

Освен лактата, изследователският екип оценява различни протеини, открити в мононуклеарните клетки на периферната кръв, които са вид бели кръвни клетки.

"[Този] клетъчен тип [бе използван] като прокси за цялото тяло", обяснява Кинг. "Тези клетки влизат в контакт с всички органи и всички клетки, защото са в кръвта."

Като се проследяват промените в специфични протеини в тези кръвни клетки може да се открие дали автофагията се извършва в цялото тяло в отговор на студа.

Изследователите са избрали два протеина, които са важни за процеса и могат да се считат за отличителни белези на започването и продължаването на автофагията.

Един такъв индикатор е LC3-II, протеин, вграден в мембраната на автофагозома - подобна на мехур структура в клетките, която служи като отправна точка за автофагично рециклиране. Друг маркер е P62, протеин, който помага за насочването на увредените материали към автофагозомата.

Промяна в клетъчните процеси във времето

В продължение на седем дни изследователите забелязват промяна в клетъчните процеси, които бяха приоритетни. Автофагичните реакции придобиват сила, тъй като апоптозата - или контролираната клетъчна смърт - е вече на заден план. Това означава, че е по-вероятно клетъчните компоненти да бъдат рециклирани и използвани повторно, вместо клетката да бъде унищожена.

След това екипът тества ефекта на екстремния студ върху клетките в кръвта извън човешкото тяло. Това позволява на изследователите да изследват въздействието на истински хипотермичните температури, без да риск за участниците.

"Поради етични причини не можем да поставяме хора в хипотермични условия, които са потенциално вредни", посочва Кинг. "И така, като използваме този компонент ex vivo, можем по същество да симулираме какво потенциално може да се случи в човешкото тяло, без всъщност да причиняваме потенциален допълнителен риск за участниците."

За тези експерименти изследователите директно излагат мононуклеарни клетки от периферна кръв в кръвни проби на ниски температури, включително 37°C, 35°C, 33°C, 31°C или 4°C. След това те анализираха нивата на различни протеини, които са индикатори за автофагия и други клетъчни отговори на студов стрес. Те наблюдават подобни клетъчни реакции към тази симулирана хипотермия.

Събиране на повече данни в бъдеще

Учените казват, че в момента полагат основите за бъдещи проучвания, които се занимават с аклиматизацията към студ при по-разнообразни групи от хора, както по отношение на пол, така и на възраст. Жените и по-възрастните хора изглежда изпитват и реагират на излагане на студ по различен начин в сравнение с по-младите мъже. Например, когато се разглеждат само физиологичните реакции, жените обикновено треперят по-малко от мъжете като реакция на студа.

Ранните изследвания на Кинг върху автофагията при жените показват, че естрогенът може да действа като клетъчен защитен механизъм, вероятно дори да инхибира клетъчния процес. В резултат на тази допълнителна връзка между естрогена и автофагията, толерантността към студ при жените може да се развие по малко по-различен начин.

"И така, има много по същество предварителна работа, която трябва да бъде свършена, която по същество се опитваме да изпълним точно сега, преди да можем да започнем да прилагаме по същество нашите знания за това към стимули като аклиматизация на студа", добавя Кинг.

По подобен начин автофагията изглежда се потиска в напреднала възраст, като всеки вид свързан с температурата стрес е особено предизвикателен и води до повече клетъчни увреждания. В по-ранни експерименти Кинг установява, че по-възрастните мъже са по-уязвими към студа и показват ограничен потенциал в използването на автофагия за по-добра аклиматизация.

В тази група млади и здрави мъже изследователите установяват, че толерантността към студ, измерена като промени в автофагичните реакции и клетъчната смърт, се е подобрила. До 7-ия ден от аклиматизацията на един участник са му необходими 55 минути, за да достигне граничната температура (35,5°C), в сравнение с 40 минути на ден 1. Това по-бавно охлаждане и намалено треперене предполагат, че тялото се е адаптирало чрез по-ефективно запазване на топлината.

Въпреки че привикването към студ и подобрените автофагични реакции имат някои предимства, екстремното излагане на студ и рискът от хипотермия остават сериозни опасности. Необходими са много повече изследвания, за да се разбере как автофагията може да подпомогне аклиматизацията към студа, както и как излагането на студ може да има латентни ползи.

Засега изследователите се стремят да определят дали и как този клетъчен процес може да бъде манипулиран в наша полза, като това проучване служи като ранна стъпка. Дали и как хората с лоша автофагична регулация, като болни или стари, изисква допълнителни изследвания.

Справка: Kelli E. King, et al., The Effect of 7-Day Cold Water Acclimation on Autophagic and Apoptotic Responses in Young Males, Advanced Biology (2024). DOI: 10.1002/adbi.202400111

Източник: Cold shock from ice baths leads to stronger cells, Advanced Science news

Още по темата

04/02/2025

Медицина

Терапия със студена вода: Временни или дългосрочни ползи?

28/11/2024

Животът

Аклиматизираните на студено растения се възстановяват по-бързо

05/01/2020

Медицина

Безопасно ли е плуването в ледена вода

24/12/2015

Медицина

„Ледeният човек“ Уим Хоф