淺析高原訓練對人體生理機能的影響

　　摘 要： 本文采用文獻資料法和邏輯分析法，運用高原生理學、運動生理學、運動生物化學原理，綜述了高原訓練對機體的影響，目的是為運動員運動能力的提高和教練員的訓練方法提供理論參考和幫助。
　　關鍵詞： 高原訓練 人體生理機能 影響
　　
　　高原對人體的影響很大，包括低氧、氣候干燥、溫差大、紫外線強、日照時間長、寒冷等，其中低氧對人體的影響最大。隨著海拔高度的增加，空氣中各種氣體成分的分壓與大氣壓成比例下降，由于氧分壓的下降，使氧氣由肺泡向血液彌散的壓力減少，因此攝氧量下降，人攝氧量降低，這將導致血氧含量的血氧飽和度下降，造成組織供氧不足，機體將通過一系列的適應性變化來應對低氧刺激。
　　1.呼吸功能
　　低氧暴露時呼吸頻率和深度的增加引起肺通氣量的增加，這是人體對高原最早和最明顯的反應，也是早期適應的基本變化之一，這種現象稱為低氧通氣反應。低氧暴露時，低氧肺通氣反應可增加肺泡氧分壓，提高動脈血氧分壓和氧飽和度，氧合血紅蛋白的解離曲線左移；呼吸頻率的增加可能是肺通氣量增加的原因。低氧通氣反應受外周和中樞化學感受器的控制，并依賴個體對低氧的敏感性，肺通氣量的增加雖然會導致呼吸肌做功和耗氧量的增加，但不會對氧飽和度的增加有大的影響。肺通氣的增加會降低血液二氧化碳的分壓，導致血液H+濃度減少和pH值升高，機體容易出現呼吸性堿中毒。隨著對高原的進一步適應，肺通氣量下降，血液酸堿平衡將重新恢復。
　　高原訓練時肺通氣的增加可使呼吸肌得到更有效的鍛煉，這將有利于平原運動能力的提高。然而優秀運動員低氧通氣反應減弱，減弱的低氧通氣反應可降低呼吸肌的做功，減少呼吸肌的耗氧量，因此優秀運動員低氧通氣反應的這種特點有利于平原運動能力的提高。目前關于高原訓練是否可改變優秀運動員低氧通氣反應還存在爭議，但若優秀運動員高原訓練后低氧通氣反應增加，這將因呼吸肌耗氧量升高而不利于平原運動能力的提高。
　　2.心臟功能
　　處于高原時，安靜和運動心率加快，心率的增加可以補償氧運輸能力的下降，但最大心率和心輸出量都有所下降。許多研究表明，同最大攝氧量一樣，最大心率隨高度的增加而遞減，海拔超過3000米時最大心率即明顯下降，人在珠穆朗瑪峰時最大心率約為海平面的70%，最大心率的下降是對低氧的適應。但也有研究發現，處于4000米高度時，最大心率與海平面無差異。隨著對高原的適應，安靜心率逐漸恢復至平原水平甚至更低。高原適應后無論極量運動還是亞極量運動，心輸出量都有所下降，β-腎上腺能受體的下調是心輸出量下降的主要原因，另外低氧環境下運動時心肌缺氧也可能是影響因素［１］，這種變化會對心功能產生不利影響。利用低壓艙模擬4000至8000米高度的研究表明，隨高度增加心輸出量會降低。但也有研究發現在同等高度時心輸出量不變甚至增加，表明盡管高原適應后血量和心臟充盈下降，但心輸出量仍能得以維持。一項關于高住低練的研究發現，2周高住低練后心臟收縮分數和射血分數及每搏輸出量都增加，表明左心室收縮力增強，但對心舒張功能無影響。目前還沒有資料解釋高住低練引起左心室收縮力增加的原因，心肌能量利用的改善可能是左心室收縮力增加的原因。
　　3.骨骼肌
　　3.1對骨箭肌氧化能力的影響
　　關于高原訓練對骨骼肌有氧氧化能力的影響也有不同報道，多數研究發現在中等海拔訓練時骨骼肌有氧氧化能力提高。Terrados等以普通男性為實驗對象，讓受試者一條腿在2300米的低氧環境中訓練，另一條腿在正常情況下訓練，每周訓練3至4次，4周后低氧環境中訓練的單腿檸檬酸合成酶活性明顯升高，肌紅蛋白濃度也升高［2］。
　　3.2對骨骼肌緩沖能力的影響
　　高原低氧訓練可提高骨骼肌緩沖能力，高原訓練后骨骼肌緩沖能力的提高會對無氧能力產生良好的影響。Mizuno發現高原訓練后骨骼肌緩沖能力提高，但他們卻沒有發現骨骼肌緩沖能力的提高與成績存在正相關，也沒有報道緩沖能力提高在返回平原后能維持多久［3］。
　　3.3對骨骼肌蛋白的影響
　　長期低氧暴露可加速骨骼肌蛋白的分解，導致骨骼肌萎縮。處于高原低氧環境時，由于厭食和基礎代謝率的升高，體重往往會下降，體重的下降部分原因是瘦體重的減少。動物實驗也表明，高原低氧暴露可導致大鼠骨骼肌蛋白合成減少，這些都可能是瘦體重減少的原因。Hansen等的研究表明，到達4300米高原的第一天，基礎代謝率升高30%，高原居留3周后仍高于平原水平17%，但如果在基礎代謝率增加時，相應提高能量攝取，則可以防止體重的下降和身體成分的改變［4］。但也有報道發現增加蛋白質攝取量，并不能預防低氧對骨骼肌生長的抑制。
　　4.紅細胞
　　世居海拔2500米以上高原的居民紅細胞數明顯高于平原居民，并有隨高度升高而增加的趨勢，但血清EPO濃度卻僅有輕微升高。急性低氧暴露可使血清EPO濃度迅速升高，然而血紅蛋白濃度的升高需4至7天才能表現出來，平原居民血紅蛋白水平只有提高至與中等海拔高原居民類似的水平時，才能完全在血液學上對高原適應。平原居民和高原居民血紅蛋白相差約12%，血紅蛋白水平的真實升高幅度約為每周1%，因此對高原完全適應需要12周才能完成。
　　急性低氧暴露時由于呼吸性堿中毒的刺激，紅細胞2，3-DPG含量升高，導致血液氧離曲線右移，有利于氧的釋放；在高原繼續停留時，隨著酸堿平衡的恢復，紅細胞2，3-DPG含量下降。在高原長時間居留后，由于血液中年輕紅細胞數量增加，平均紅細胞年齡下降，年輕紅細胞2，3-DPG含量較高，因此在返回平原后的較長時間內，紅細胞2，3-DPG含量將保持在較高水平。年輕紅細胞除2，3-DPG含量高外，在酸堿緩沖能力和流變學方面都優于衰老紅細胞，這對運動能力的提高具有積極意義。
　　高原訓練也可使紅細胞總量增加約10%，血紅蛋白濃度的升高是提高平原運動能力最主要的原因，不僅可提高血液載氧能力，而且可提高血液對乳酸的緩沖能力。但正如前述，平原居民需12周才能在血液學上對高原完全適應，2至3周高原訓練后血紅蛋白濃度的升高可能是血量減少引起的，而并非是血紅蛋白的真正增加。
　　5.代謝和激素
　　5.1對代謝的影響
　　高原環境對機體代謝產生深刻影響，在4300米高原居留18天后，血清游離脂肪酸和甘油濃度升高，同時呼吸商下降，因此推測高原適應過程中脂肪氧化供能增加。但Roberts等報道在低氧環境中運動時，脂肪氧化供能減少，其他研究也發現高原習服后糖原供能比例下降，骨骼肌更多依賴血糖和乳酸供能。此外，4300米高原居留13天后，血氨濃度降低，甚至在返回平原后的12天仍較低。血氨是引起疲勞的原因之一，短期高原適應后血氨的降低，可能是高原訓練后運動員自我感覺更好的生理基礎。
　　5.2對睪酮和皮質醇的影響
　　激素的變化是引起代謝改變的主要因素。高原低氧暴露對睪酮和皮質醇的影響較為復雜，高原習服的平原居民睪酮值習服前無明顯差異，但高原習服的平原居民在更高海拔（6000米）居留時，睪酮水平降低，而經6個月的習服后，睪酮又恢復至以前水平。但Humpeler報道高原低氧（1650米）暴露48小時后，睪酮濃度明顯升高，皮質醇濃度也明顯升高，并在高原低氧暴露結束時（11天）達到最高值。
　　高原低氧暴露對睪酮的影響較復雜，海拔高度、低氧暴露時間和否運動可對睪酮的分泌產生不同的影響。低氧暴露對皮質醇影響的研究結果較為一致，無論急性的還是慢性的低氧暴露，皮質醇濃度都可升高，并且存在隨高度的增加和時間的延長而有升高的趨勢。
　　
　　5.3對甲狀腺激素的影響
　　關于低氧暴露對甲狀腺激素影響的報道不一。Berglund發現急性低氧暴露（4300米）時血清甲狀腺激素水平升高［5］。Gunga等人報道，中等海拔高度低氧暴露一周后，雖然EPO濃度升高，但甲狀腺激素和促甲狀腺激素沒有變化，中等海拔高度對代謝僅有較小的影響，可能是甲狀腺激素和促甲狀腺激素沒有變化的原因。但Faulkner等發現大鼠在極度低氧（6900米）暴露5周可導致血漿T4和T3水平下降，TSH水平升高，甲狀腺與體重比增加；甲狀腺激素水平的降低不是因為碘不足，而是因為低氧抑制甲狀腺激素合成和分泌［6］。
　　綜合上述研究，低氧對甲狀腺激素分泌的抑制可因低氧程度不同而不同，并且這種抑制效應需一段時間才顯現出來，這些可能是出現不同研究結果的原因。
　　5.4腎上腺素的影響
　　低氧對交感腎上腺系統的影響很大，高原暴露的初期（0—3天）腎上腺素濃度升高，以彌補動脈血氧飽和度的下降不足，之后（4—5天）恢復至平原水平；高原暴露初期去甲腎上腺素升高，并在第5至7天達最高值，同腎上腺素不同的是去甲腎上腺素在高原暴露期間始終高于平原水平。
　　綜上所述，高原低氧對人體產生強烈的刺激，在高原訓練時要接受兩方面的缺氧刺激，一方面是人運動量訓練所引起的缺氧，另一方面是由于高原地區大氣壓低，氧分壓低而引起的高原缺氧，這些刺激必將使運動員產生強烈的應激反應，以調動體內的機能潛力，從而產生一系列有利于耐力運動員提高運動能力的抗缺氧性生理反應。高原訓練可提高血紅蛋白濃度等，有利于運動能力的提高，然而高原訓練也可導致骨骼肌減少、體重下降等不利于運動能力提高的反應，這兩種反應的平衡決定了高原訓練的效果。
　　
　　參考文獻:
　　［1］Hansen JR，Stelter GP，Vonel JA.Aterial pyruvate，lactate，PH and PC02 durinng work at sealevel and altitudes［J］.Appl Physiol，1967，24:523-530.
　?。?］Terrados N.Altitude traininn and muscular metabolism［J］.Int J.Sports Mel.1992，13：Suppll：5206-209.
　?。?］Mizuno M，Juel C，Gro-Rasmussen T，et al.Limb skeletal muscle adapation in athletes after traininn at altitude［J］.J.Appl.Physiol.1990，68:496-502.
　?。?］Hansen JR.Vogel JA，Stelter GP，et al.Oxynen uptake in man guring exhaustive work at sea level and high altitude［J］.J.Appl Physion，1967，26:511-522.
　?。?］Berglund B.High-altitude training:aspects of haematolgical adaptation.Sports Med，1992，14：289- 303.
　?。?］Faulkner JA，Kollias J，Favour CB，et al.Maximum aerobic capactity and running performance at altitude［ J］.J.Appl Physiol，1968，24:65-691.