濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)對(duì)汗液中尿素、乳酸和電解質(zhì)的影響

吳瀟男，林建棣，曲 平，包瀛春，孟蘇萍

熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，汗液蒸發(fā)成為機(jī)體散熱和維持熱平衡的主要途徑。熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)或作業(yè)，通過(guò)汗液途徑排出電解質(zhì)成分，如K+、Na+、Cl－、Ca2+、CU2+、Zn2+、Fe2+等比較顯著［1］。人體長(zhǎng)時(shí)間在熱環(huán)境下著防護(hù)裝備(實(shí)際上相當(dāng)于處在高熱、高濕環(huán)境下)進(jìn)行作業(yè)，可導(dǎo)致中暑等意外事件發(fā)生。通過(guò)在高熱、高濕環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，可有效提高機(jī)體熱負(fù)荷耐受能力［2］。因此，研究高溫高濕環(huán)境下機(jī)體的習(xí)服規(guī)律，分析熱習(xí)服訓(xùn)練過(guò)程中汗液成分變化與時(shí)間的聯(lián)系，可揭示濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)的身體適應(yīng)規(guī)律，對(duì)了解機(jī)體適應(yīng)不良環(huán)境的影響，保持正常生活和作業(yè)能力具有重要意義。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象 選擇某大學(xué)30 名男性志愿者，平均(21.3 ±1.1)歲，平均體重(64.0 ±7.6)kg，身體健康，無(wú)習(xí)服訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)，無(wú)重大疾病史。所有對(duì)象均簽署知情同意書。

1.2 訓(xùn)練方法 訓(xùn)練周期為7 d，訓(xùn)練過(guò)程按照循序漸進(jìn)的原則進(jìn)行。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室依次完成靜坐10 min，踏步機(jī)徒手踏步15 min，艾威BC4730－52 型功率自行車無(wú)阻力運(yùn)動(dòng)15 min，艾威BC8500 型功率自行車調(diào)至10LEVEL－280WATT/H 運(yùn)動(dòng)15 min。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期，受試者作息時(shí)間、飲食狀況及日常活動(dòng)與平時(shí)一致，實(shí)驗(yàn)安排在每天19:00 ～21:00 進(jìn)行。

表1 男性志愿者濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)汗液成分隨訓(xùn)練周期的變化(n=30;±s)

表1 男性志愿者濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)汗液成分隨訓(xùn)練周期的變化(n=30;±s)

注:與訓(xùn)練第1 天比較，①P ＜0.05;與訓(xùn)練第6 天比較，②P ＜0.05

訓(xùn)練周期Urea(mmol/L)La(mg/dl)Na +(mmol/L)K +(mmol/L)Cl －(mmol/L)第1 天12.83 ±5.06②143.70 ±29.09②144.73 ±56.06②9.74 ±4.24②118.50 ±49.13②第2 天11.19 ±3.95②137.73 ±21.14②131.37 ±43.90①②8.51 ±2.59②106.07 ±32.93①②第3 天10.79 ±4.56①②131.73 ±28.18②119.20 ±65.46①②9.07 ±4.03②97.30 ±58.51①②第4 天9.02 ±2.64①②127.93 ±26.76①102.93 ±27.52①②8.47 ±2.16①②83.40 ±23.75①②第5 天7.85 ±2.36①②119.43 ±27.14①88.10 ±29.48①②7.73 ±3.53①②71.40 ±24.75①②第6 天6.09 ±2.16①117.93 ±23.50①68.93 ±25.39①5.55 ±1.76①55.60 ±21.17①第7 天8.54 ±2.72①②117.23 ±27.69①85.60 ±28.61①②7.81 ±2.84①②69.80 ±24.21①②

1.3 場(chǎng)地與設(shè)施 實(shí)驗(yàn)室選擇第二軍醫(yī)大學(xué)濕熱環(huán)境訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室。模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)室面積123 m2，層高3 m，可同時(shí)容納40 人訓(xùn)練。環(huán)境制熱采用地面、墻體電加熱輻射與頂部光照的方法，設(shè)計(jì)最高溫度46 ℃，多處分層溫度探測(cè)器，可控制環(huán)境溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。環(huán)境加濕:由電鍋爐將蒸汽從管道輸送至實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)傳感器顯示的濕度，通過(guò)閥門調(diào)節(jié)可控制實(shí)驗(yàn)室濕度，設(shè)計(jì)最大濕度90%。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安裝有CO2報(bào)警探測(cè)、環(huán)境氣體交換和室內(nèi)氣體對(duì)流裝置等，配有休息室和醫(yī)療護(hù)理室。訓(xùn)練過(guò)程中環(huán)境溫度控制在39℃，相對(duì)濕度為80%。

1.4 測(cè)試指標(biāo) 訓(xùn)練開(kāi)始后30 min 采集汗液冷凍保存，汗液成分分析采用Thermo Scientific iCAP 6000 Series ICP 等離子體發(fā)射光譜儀。訓(xùn)練后即刻測(cè)試肛溫，傳感器插入肛門7 ～8 cm，溫測(cè)儀采用滬制XJM1－WSC－411 型Digital Thermometer。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS19.0 軟件包進(jìn)行處理，計(jì)量數(shù)據(jù)以±s 表示，采用重復(fù)測(cè)量資料的方差分析比較差異，P ＜0.05 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肛溫監(jiān)測(cè)結(jié)果及自我感受調(diào)查 在整個(gè)訓(xùn)練周期中，根據(jù)中國(guó)人體質(zhì)特點(diǎn)，嚴(yán)格按照杜桂仙等［3］提出的生理耐受上限肛溫值38.9 ℃指導(dǎo)受試者調(diào)控運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。在7 d 的訓(xùn)練過(guò)程中，監(jiān)測(cè)到的每天平均肛溫最高值為38.7 ℃。個(gè)人肛溫最高值為39.7℃，但通過(guò)詢問(wèn)個(gè)人自我感受，并無(wú)異常狀況，適應(yīng)能力良好。自我感受調(diào)查結(jié)果表明，除口渴感覺(jué)外，頭痛、頭暈、耳鳴、胸悶、心悸、煩躁、四肢無(wú)力發(fā)酸等濕熱環(huán)境下典型不適癥狀，均隨訓(xùn)練天數(shù)的增加而逐漸減輕。

2.2 汗液中尿素、La、Na+、K+、Cl－變化情況 如表1 所示，與訓(xùn)練第1 天相比，汗液成分中尿素濃度、La 濃度、［Na+］、［K+］、［Cl－］分別在訓(xùn)練的第3 天、第4 天、第2 天、第4 天、第2 天出現(xiàn)明顯下降，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05);第7 天各指標(biāo)較第1 天均下降，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05，表1)。

汗液中尿素濃度、［K+］均呈現(xiàn)波段性下降趨勢(shì)，至第6 天降至最低值，隨后開(kāi)始回升;汗液中La濃度下降幅度不大，坡度趨于平坦;汗液中［Na+］、［Cl－］從訓(xùn)練第1 天起持續(xù)快速下降，訓(xùn)練第6 天降至最低值，隨即開(kāi)始反彈。

3 討論

3.1 濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)對(duì)水電解質(zhì)代謝的影響 水電解質(zhì)代謝平衡是機(jī)體維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要生理基礎(chǔ)，當(dāng)人體所處的環(huán)境溫度高于體溫時(shí)，機(jī)體為繼續(xù)維持體內(nèi)熱平衡大量泌汗，同時(shí)也伴隨著電解質(zhì)的丟失。McCutcheon 等［4］通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在濕熱環(huán)境下訓(xùn)練，出汗量和離子流失量較其他環(huán)境均有顯著性增加。在本實(shí)驗(yàn)第1 天，記錄到汗液中的［Na+］、［K+］、［Cl－］分別達(dá)到(144.73 ±56.06)、(9.74 ±4.24)、(118.50 ±49.13)mmol/L。國(guó)內(nèi)外大量研究證明，機(jī)體多種具有重要生理作用的金屬離子如Na+、K+、Cl－等缺失，使細(xì)胞中一系列生理活動(dòng)如生物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、含金屬離子輔酶的酶蛋白功能、能量代謝、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)等嚴(yán)重紊亂，機(jī)體感到極度疲倦、眩暈，并可能發(fā)生肌肉病理性痙攣、精神紊亂、神經(jīng)傳導(dǎo)阻礙，甚至昏迷，死亡［5］。在實(shí)驗(yàn)階段，也有受試者反應(yīng)在訓(xùn)練結(jié)束后出現(xiàn)了肌肉痙攣、疲勞等癥狀。提示，在濕熱環(huán)境下勞動(dòng)、運(yùn)動(dòng)，合理補(bǔ)充含有電解質(zhì)的飲料對(duì)于保持機(jī)體健康狀態(tài)和維持長(zhǎng)時(shí)間勞動(dòng)、運(yùn)動(dòng)能力尤為重要。

3.2 濕熱環(huán)境下習(xí)服訓(xùn)練汗液成分的變化

3.2.1 熱習(xí)服訓(xùn)練始、末汗液成分變化特點(diǎn) 熱習(xí)服(heat acclimatization)是指對(duì)熱環(huán)境不適者反復(fù)暴露于高溫環(huán)境，通過(guò)調(diào)整機(jī)體相關(guān)生理代償能力，使生理性熱緊張狀態(tài)獲得暫時(shí)改善，對(duì)熱耐受能力提高的現(xiàn)象［5］。近年來(lái)，研究鍛煉促進(jìn)熱習(xí)服引起了普遍的關(guān)注，鍛煉因子中要有熱刺激，才能使機(jī)體對(duì)熱產(chǎn)生特異性習(xí)服反應(yīng)［6］。Buono 等［7］實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)連續(xù)10 d 的熱習(xí)服訓(xùn)練后，機(jī)體汗腺功能明顯發(fā)生適應(yīng)性改善，出汗率顯著性增加［7］。Lorenzo 等［8］也證明了習(xí)服訓(xùn)練后出汗率的顯著增加，但這種增加是由于機(jī)體汗腺功能對(duì)熱習(xí)服訓(xùn)練的適應(yīng)性改變，而非結(jié)構(gòu)上的改變。此外，McCutcheon等［9］研究報(bào)道，熱習(xí)服訓(xùn)練后汗液中離子流失量明顯下降，以［Na+］下降最為明顯。

在濕熱環(huán)境中訓(xùn)練，由于血漿晶體滲透壓的增高和循環(huán)血量的減少，雙重強(qiáng)化的抗利尿激素使腎臟對(duì)水的重吸收增加，無(wú)機(jī)鹽和代謝產(chǎn)物排出體外的途徑主要以分泌汗液為主。在本實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，所有受試者均無(wú)尿液、糞便排出。研究結(jié)果顯示，習(xí)服訓(xùn)練第7 天較第1 天相比，汗液中的尿素濃度、La 濃度、［Na+］、［K+］、［Cl－］均有下降，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其可能機(jī)制除了習(xí)服訓(xùn)練使汗腺功能得到改善，出汗量明顯增加，相對(duì)稀釋了溶質(zhì)濃度之外，也可能是由于機(jī)體相關(guān)生理功能的適應(yīng)性改變，使離子丟失的絕對(duì)量減少所致，其具體機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究。同時(shí)，尿素、La 作為重要的功能狀態(tài)指標(biāo)，訓(xùn)練結(jié)束后均顯著下降，說(shuō)明隨著訓(xùn)練天數(shù)的增加，機(jī)體逐漸對(duì)訓(xùn)練負(fù)荷及熱負(fù)荷產(chǎn)生了生理適應(yīng)性，肌肉中的能量代謝平衡逐漸趨于穩(wěn)定，也是受試者在濕熱環(huán)境中機(jī)體習(xí)服狀態(tài)良好的反應(yīng)。

3.2.2 熱習(xí)服訓(xùn)練過(guò)程中汗液成分變化趨勢(shì) 目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于濕熱環(huán)境下習(xí)服訓(xùn)練過(guò)程中汗液成分的變化趨勢(shì)報(bào)道鮮見(jiàn)。本研究表明，除La 濃度從訓(xùn)練的第6 天下降開(kāi)始趨于平穩(wěn)外，其余汗液成分指標(biāo)均在訓(xùn)練的第6 天降至最低值，隨后出現(xiàn)明顯的回升趨勢(shì)。其可能機(jī)制是，此時(shí)機(jī)體通過(guò)反復(fù)的高溫暴露后，熱習(xí)服進(jìn)入了調(diào)整鞏固階段，各項(xiàng)適應(yīng)性功能趨于改善，機(jī)體新的熱反應(yīng)動(dòng)力定型建立，汗液分泌機(jī)制進(jìn)一步提高，汗蒸發(fā)率增高。提示濕熱環(huán)境中的習(xí)服訓(xùn)練在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練強(qiáng)度和訓(xùn)練時(shí)間基礎(chǔ)上至少需要6 d 的時(shí)間。此外，Morgan等［10］證明，熱環(huán)境中訓(xùn)練除汗液中的［Na+］、［K+］、［Cl－］顯著升高外，血漿醛固酮含量也顯著增加。在本實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練過(guò)程中，［Na+］下降幅度明顯大于［K+］下降幅度。提示熱習(xí)服后可能存在某種機(jī)制使細(xì)胞膜上Na、K 離子通道的通透性發(fā)生相應(yīng)的改變，與“腎素—血管緊張素—醛固酮”系統(tǒng)(renin－angiotensin－aldosterone system，RAAS)共同執(zhí)行著保鈉排鉀的效應(yīng)。

［1］ 邱仞之，伍超英，胡德泉，等. 高溫下身著防毒服作業(yè)全身汗中營(yíng)養(yǎng)成分流失的初步研究［J］. 第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，14(1):15－17.

［2］ 邱仞之，伍超英，胡德泉，等. 高濕熱鍛煉的生理特征和習(xí)服效果評(píng)價(jià)［J］. 第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，12(1):24－27.

［3］ 杜桂仙. 熱環(huán)境勞動(dòng)的生理上限［J］. 軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院院刊，1985，9(4):375－378.

［4］ McCutcheon L J，Geor R J，Hare M J，et al. Sweating rate and sweat composition during exercise and recovery in ambient heat and humidity［J］. Equine Vet J，1995(20):153－157.

［5］ 呂永達(dá)，霍仲厚. 特殊環(huán)境生理學(xué)［M］. 北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2003:70－71.

［6］ 邱仞之. 環(huán)境高溫與熱損傷［M］. 北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2000:96－97.

［7］ Buono M J，Numan T R，CLaros R M，et al. Is active sweating during heat acclimation required for improvements in peripheral sweat gland function ［J］. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2009，297(4):1082－1085.

［8］ Lorenzo S，Minson C T. Heat acclimation improves cutaneous vascular function and sweating in trained cyclists［J］. J Appl Physiol，2010，109(6):1736－1743.

［9］ McCutcheon L J，Geor R J，Ecker G L，et al. Equine sweating responses to submaximal exercise during 21 days of heat acclimation［J］. J Appl Physiol，1999，87(5):1843－1851.

［10］ Morgan R M，Patterson M J，Nimmo M A. Acute effects of dehydration on sweat composition in men during prolonged exercise in the heat［J］. Acta Physiol Scand，2004，182 (1):37－43.