Naisten fysiologiset vasteet ja sopeutuminen kuumassa


Naisten määrä fyysisesti vaativissa työtehtävissä ja urheilussa on kasvanut jo pitkään, mutta erityisesti viime vuosikymmenten aikana kasvu on ollut nopeaa. Tämä tarkoittaa sitä, että myös naiset altistuvat yhä useammin fyysiselle rasitukselle ääriolosuhteissa kuten kuumassa.1,2,3 Samalla voidaan todeta, että liikuntafysiologinen tutkimus käsittelee edelleen naisia huomattavasti vähemmän kuin miehiä1,2, fysiologisista eroista huolimatta. Onkin olemassa selkeä tarve tiedolle siitä, minkälaisia fyysiseen suorituskykyyn, terveyteen ja turvallisuuteen vaikuttavia eroja naisilla on miehiin verrattuna, ja vaikuttavatko nämä erot naisten fysiologisiin vasteisiin kuumassa.

Lämpötasapaino

Ihminen on lämpötasapainossa, kun kokonaislämmönsaanti ja -lämmönpoisto ovat yhtä suuret. Lämpötasapainoon vaikuttavat lämmönvaihto ihmisen ja ympäristön välillä (haihtuminen, konvektio, konduktio ja säteily) sekä kehon oma metabolinen lämmöntuotto.10 Kun kokonaislämmönsaanti ylittää lämmönpoistokyvyn, alkaa kehon lämpötilan nouseminen, mikä johtaa lopulta heikentyneeseen suorituskykyyn ja lämpösairauksien ilmenemiseen.

Lämmönvaihto ympäristön ja ihmisen välillä riippuu ympäristön ja ihmisen välisestä lämpötilaerosta, mutta myös antropometriasta eli kehon koosta ja mittasuhteista. Erityisesti kehon pinta-ala vaikuttaa lämmönvaihtoon merkittävästi, sillä kehon pinta-alan kasvaessa, kasvaa myös lämmönvaihtoon kykenevän ihon pinta-ala.5 Samankokoisia miehiä ja naisia verratessa ei lämmönvaihdon kapasiteeteissa ole kuitenkaan merkittäviä eroja miesten ja naisten välillä matalatehoisen liikunnan aikana. Liikunnan intensiteetin kasvaessa voidaan kuitenkin havaita, että naisilla on heikompi maksimaalinen hikoiluteho, ja heikompi lämmönpoistokyky hien haihtumisen avulla.5 Maksimaalisen hikoilutehon merkitys korostuu, kun toimintaympäristön lämpötila ylittää ihon pintalämpötilan, jolloin hikoilu voi olla ainoa keino poistaa ylimääräistä lämpöä kehosta. Erityisesti tällaisissa olosuhteissa naisten on hyvä tiedostaa mahdollisesti alhaisempi lämmönpoiston kapasiteetti.

Kovatehoisen liikunnan aikana kehon oma lämmöntuotto kasvaa huomattavasti, sillä aktiiviset lihakset tuottavat paljon lämpöä (> 1000 W) ylittäen kehon lämmönpoiston kapasiteetin myös viileämmässä ympäristössä. Liikunnanaikaista lämmöntuottoa määrittää ensisijaisesti liikunnan absoluuttinen teho, ja onkin tärkeä tiedostaa, että kun liikutaan suhteessa maksimitehoon (esim. %VO2max), on matalamman maksimaalisen työkapasiteetin omaavien yksilöiden lämmöntuotto vähäisempää.2 Usein naisilla on alhaisempi absoluuttinen työkapasiteetti ja miehiä alhaisempi metabolinen lämmöntuotto liikunnan aikana. Hyväkuntoiset naiset voivat kuitenkin työteholtaan ja suorituskyvyltään ylittää monet miehet, ja yksilölliset erot ovat suuria. Kaiken kaikkiaan voidaan todeta, että sekä miehet että naiset voivat työskennellä ja liikkua kuumassa tehokkaasti ja turvallisesti, mutta erityisen kuumissa olosuhteissa ja korkealla intensiteetillä liikkuessa, naisten alhaisempi hikoiluteho voi kuitenkin haastaa lämpötasapainon ylläpitoa. Viilennyskeinot, tauotus ja liikunnan intensiteetin säätäminen voivat edesauttaa suotuisan lämpötasapainon ylläpitoa sekä tukea suorituskykyä ja terveyttä haastavissa olosuhteissa – niin naisilla kuin miehilläkin.


Hien haihtuminen poistaa lämpöä. Korkea ilmankosteus sekä vaatetus heikentävät hien haihtumista. Erittäin kuumassa ympäristössä hien haihtuminen voi olla ainoa keino lämmönpoistamiseksi. Naisten maksimaalinen hikoiluteho on yleensä miehiä alhaisempi.
Ilman tai nesteen virtaus iholla siirtää lämpöä. Jos virtaava aine on lämpimämpää kuin ihon lämpötila, lisää tämä kehon lämmönsaantia. Korkea virtausnopeus lisää lämmönsiirtoa konvektiolla. Samankokoisten miesten ja naisten välillä ei ole merkittävää eroa lämmönsiirrossa konvektiolla.
Konduktio, eli johtuminen, tarkoittaa lämmönsiirtoa suoraan kosketuksissa olevien kappaleiden välillä. Lämpö siirtyy lämpögradientin suuntaan – lämpimästä kylmään. Lämmönsiirto konduktiolla liikunnan aikana on vähäistä, eikä siinä ole merkittäviä eroja samankokoisten miesten ja naisten välillä.
Lämpöä siirtyy säteilemällä kehon ja ympäristön välillä lämpögradientin suuntaan – lämpimästä kylmään. Samankokoisten miesten ja naisten välillä ei ole merkittävää eroa lämmönsiirrossa säteilemällä.
Metaboliseen lämmöntuottoon lukeutuu lihasaktiivisuuden, perusaineenvaihdunnan sekä ruoansulatuksen tuottama lämpö. Liikunnan aikana aktiivisten lihasten tuottama lämpö on merkittävin metabolisen lämmön tuottaja. Absoluuttinen työteho määrittää suurilta osin lihasten lämmöntuoton, ja korkean työkapasiteetin (esim. VO2max) omaavat yksilöt kykenevät tuottamaan enemmän lämpöä kovatehoisen työn aikana.

Lämpökuorma ja lämmönvarastointikyky

Lämpökuorma kuvaa lämmönsaannin ja lämmöntuoton tuottamaa fysiologista rasitusta. Lämpötasapainon tekijöiden lisäksi lämpökuormaan vaikuttaa kehon kyky varastoida lämpöä. Kuten lämpötasapainonkin osalta, myös lämmönvarastointikykyyn vaikuttavat merkittävästi antropometriset tekijät. Suuri kehonmassa ja lihasmassa kykenevät sitomaan itseensä enemmän lämpöenergiaa johtaen hitaampiin ja pienempiin muutoksiin kehon ydinlämpötilassa.2 Naiset ovat kooltaan tyypillisesti miehiä pienempiä, ja omaavat suhteessa vähemmän rasvatonta massaa, minkä vuoksi heillä voi usein olla miehiä alhaisempi lämmönvarastointikyky johtaen nopeampaan kehon lämpötilan nousuun kuuma-altistuksessa sekä vastavuoroisesti nopeampaan jäähtymiseen altistuksen päätyttyä. Lämmönvarastointikyvyn tärkeys korostuu, kun kuuma-altistus on lyhytkestoista (muutamia tunteja). Tällöin suurempi lämmönvarastointikyky hillitsee kehon lämpötilan liiallista nousua. Kun kuuma-altistus pitkittyy, kasvaa lämmönpoistokyvyn merkitys.10

Sukupuolihormonit ja ydinlämpötila

Naisten kuukautiskierron aikana voidaan havaita merkittävää vaihtelua sukupuolihormonien konsentraatioissa, ja nämä muutokset vaikuttavat myös kehon ydinlämpötilaan. Tyypillisesti voidaan havaita 0,3—0,7 °C muutos kehon ydinlämpötilassa kierron aikana, ja korkeimmillaan kehon lämpötila on progesteronipitoisuuden noustessa kierron luteaalivaiheessa ovulaation ja kuukautisten välillä.6 Ydinlämpötilan nousu kuukautiskierron aikana johtaa edelleen lämmönpoistomekanismien, kuten hikoilun, alkamiskynnyksen nousuun,6 lämmönvarastointikyvyn alenemiseen2 ja nopeampaan uupumukseen kuumassa.6 Hyväkuntoisilla ja harjoitelleilla naisilla kuukautiskierron aikainen vaihtelu ydinlämpötilassa on kuitenkin vähäisempää, ja heillä suorituskyky kuumassa pysyykin melko tasaisena läpi kierron.8,9

Sukupuolierot kuumaan sopeutumisessa

Toistuva kuumalle altistuminen tuottaa fysiologisia adaptaatioita, jotka alentavat ydin- ja ihon lämpötilaa, tehostavat hikoilua, lisäävät plasmatilavuutta ja alentavat syketaajuutta. Näitä fysiologisia muutoksia seuraa parantunut fyysinen suorituskyky, lisääntynyt lämpömukavuus ja alhaisempi lämpösairauksien riski kuumassa.10 Adaptaatioiden suuruusluokka on samankaltainen miesten ja naisten välillä, mutta usein naiset vaativat useamman lämpöaltistuksen adaptaatioiden syntymiseksi. Vaikka muutokset ydinlämpötilassa olisivat samanlaisia lämpöaltistuksen aikana, voivat erot lämpökuorman muissa tekijöissä, kuten metabolisessa lämmöntuotossa ja lämmönvarastointikyvyssä, johtaa siihen, että naiset saavat pienemmän ärsykkeen adaptaatioiden syntymiseksi.2 Tämän vuoksi erityisesti naisten tulisi varmistaa, että sopeutumisaika on riittävän pitkä (vähintään 10—14 päivää) suorituskyvyn maksimoimiseksi ja riskien minimoimiseksi. Tulevaisuudessa tulisi selvittää, voidaanko naisille räätälöidyillä sopeutumisjaksoilla nopeuttaa kuumaan sopeutumista.

Naisilla on keskimäärin alhaisempi maksimaalinen hikoiluteho, ja heikompi lämmönpoistokyky hikoilun avulla, mikä voi haastaa lämpötasapainon ylläpitoa, kun lämpötila ja liikunnan intensiteetti ovat korkeat. Viilennyskeinot, tauotus ja liikunnan intensiteetin säätäminen voivat edesauttaa suotuisan lämpötasapainon ylläpitoa sekä tukea suorituskykyä ja terveyttä haastavissa olosuhteissa – niin naisilla kuin miehilläkin.
Ydinlämpötila vaihtelee kuukautiskierron mukaan, ja kehon lämpötila nousee ovulaation jälkeen ennen kuukautisia. Kehon lämpötilan nousu alentaa lämmönvarastointikykyä, mikä voi näkyä heikentyneenä suorituskykynä kuumassa.
Naisilla on keskimäärin alhaisempi lämmönvarastointikyky pienemmän massan ja pienemmän lihasmassan vuoksi. Tämä johtaa nopeampiin muutoksiin kehon lämpötilassa, kun ympäristön lämpötila muuttuu.
Naisilla on keskimäärin alhaisempi metabolinen lämmöntuotto liikunnan aikana alhaisemman absoluuttisen työtehon vuoksi. Samalla absoluuttisella tehotasolla työskennellessä eroja ei ole.
Toisin kuin muiden muuttujien kohdalla, naiset vaikuttavat vaativan vähäisemmän määrän altistuksia saadakseen hikoilua tehostavia sopeutumisvasteita. Lopulta vasteiden suuruusluokka on kuitenkin samankaltainen miesten ja naisten välillä. Sopeutuminen lisää hikoilua, alentaa sen alkamiskynnystä ja laimentaa hien elektrolyyttipitoisuutta.
Naiset vaikuttavat tarvitsevan useamman kuuma-altistuksen saadakseen ydinlämpötilaa laskevia sopeutumisvasteita. Ydinlämpötila laskee sopeutumisen myötä.
Naiset vaikuttavat tarvitsevan useamman kuuma-altistuksen saadakseen syketaajuutta laskevia sopeutumisvasteita. Syketaajuus levossa ja submaksimaalisessa rasituksessa laskee sopeutumisen myötä.
Naiset vaikuttavat tarvitsevan useamman kuuma-altistuksen saadakseen suorituskykyä parantavia sopeutumisvasteita. Suorituskyky voi laskea yli 40 % kuumassa, mutta sopeutumisella voidaan merkittävästi vaimentaa suorituskyvyn laskua kuumassa.

Useimmat kuuma-altistuksen aikaiset erot miesten ja naisten välillä johtuvat eroista antropometriassa ja fyysisessä työkapasiteetissa, jotka johtavat eroihin lämmönpoistossa, lämmöntuotossa ja lämmönvarastointikyvyssä. Nämä erot voivat johtaa edelleen eroihin lämpökuormassa ja lämpösopeutumisen kestossa, ja naiset tarvitsevatkin usein pidemmän sopeutumisajan samankaltaisten sopeutumisvasteiden saamiseksi. Asianmukaisella valmistautumisella sekä miehet että naiset voivat kuitenkin suoriutua kuumassa tehokkaasti ja turvallisesti. EP2 FINLAND -ohjelman myötä saatavilla on asiantuntevaa apua kuuma-altistuksen suunnitteluun ja toteutukseen, ja näiden saatavilla olevien resurssien käyttäminen voi tasoittaa edessä olevaa tietä kohti parempaa suorituskykyä.


Lähteet:

1. Yanovich, R., Ketko, I., & Charkoudian, N. (2020). Sex Differences in Human Thermoregulation: Relevance for 2020 and Beyond. Physiology, 35(3), 177–184.
2. Wickham, K. A., Wallace, P. J., & Cheung, S. S. (2020). Sex differences in the physiological adaptations to heat acclimation: a state-of-the-art review. European Journal of Applied Physiology, 121(2), 353–367.
3. Corbett, J., Wright, J., & Tipton, M. J. (2020). Sex differences in response to exercise heat stress in the context of the military environment. BMJ Military Health, jramc–2019–001253.
4. Cramer, M. N., & Jay, O. (2016). Biophysical aspects of human thermoregulation during heat stress. Autonomic Neuroscience, 196, 3–13.
5. Gagnon, D., & Kenny, G. P. (2012). Does sex have an independent effect on thermoeffector responses during exercise in the heat? The Journal of Physiology, 590(23), 5963–5973.
6. Baker, F. C., Siboza, F., & Fuller, A. (2020). Temperature regulation in women: Effects of the menstrual cycle. Temperature, 1–37.
7. Giersch, G. E. W., Morrissey, M. C., Katch, R. K., Colburn, A. T., Sims, S. T., Stachenfeld, N. S., & Casa, D. J. (2020). Menstrual cycle and thermoregulation during exercise in the heat: A systematic review and meta-analysis. Journal of Science and Medicine in Sport, 23(12), 1134–1140.
8. Lei, T. H., Stannard, S. R., Perry, B. G., Schlader, Z. J., Cotter, J. D., & Mündel, T. (2017). Influence of menstrual phase and arid vs. humid heat stress on autonomic and behavioural thermoregulation during exercise in trained but unacclimated women. The Journal of physiology, 595(9), 2823–2837.
9. Charkoudian, N., & Stachenfeld, N. S. (2014). Reproductive Hormone Influences on Thermoregulation in Women. Comprehensive Physiology, 793–804.
10. Périard, J.D., Eijsvogels, T.M.H. & Daanen, H.A.M. 2021. Exercise under heat stress: thermoregulation, hydration, performance implications, and mitigation strategies. Physiological Reviews, 101(4), 1873-1979.
11. Havenith, G. (2001). Human surface to mass ratio and body core temperature in exercise heat stress—a concept revisited. Journal of Thermal Biology, 26(4-5), 387–393.


Kirjoittajat:
Jere Borgenström, LitM;
Christina Kuorelahti, LitT;
Juha Peltonen, LitT, dosentti;
Dominique Gagnon, LitT, Adjunct Professor