高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動員身體機(jī)能變化的研究進(jìn)展

摘要：高溫天氣是運(yùn)動訓(xùn)練、比賽中的一種特殊環(huán)境，可使運(yùn)動員的體能消耗加劇、運(yùn)動表現(xiàn)變差。高溫通常伴隨著較高濕度，濕度升高會進(jìn)一步阻礙熱量散失。近年來對高溫環(huán)境下身體機(jī)能變化的研究主要集中在熱應(yīng)激和熱適應(yīng)中能量代謝及體溫調(diào)節(jié)上。本文就高溫環(huán)境對運(yùn)動表現(xiàn)及身體機(jī)能生理生化影響方面進(jìn)行綜述，旨在為運(yùn)動員在高溫環(huán)境下訓(xùn)練和比賽對運(yùn)動能力發(fā)揮提供理論指導(dǎo)與措施。

關(guān)鍵詞：高溫高濕環(huán)境；運(yùn)動表現(xiàn)；身體機(jī)能；生理生化

Motion Body Function Change under High Temperature and High Humidity Environment

Abstract：Hot weather is a special environment in sports training and competition， which will aggravate the physical consumption and poor sports performance of athletes during training and competition. Hot weather is a special environment in sports training and competition， which will aggravate the physical consumption and poor sports performance of athletes during training and competition. High temperatures are often accompanied by high humidity， which further hinders heat loss. In recent years， studies on the changes of body function in hot environment mainly focus on energy metabolism and body temperature regulation during heat stress and heat acclimation. This paper puts forward countermeasures on the influence of hot environment on sports performance and physiological and biochemical aspects of body function， aiming to provide theoretical guidance and methods for athletes to exert their sports ability during training and competition in hot environment. High temperatures are often accompanied by high humidity， which further hinders heat loss. In recent years， studies on the changes of body function in hot environment mainly focus on energy metabolism and body temperature regulation during heat stress and heat acclimation. This paper puts forward countermeasures on the influence of hot environment on sports performance and physiological and biochemical aspects of body function， aiming to provide theoretical guidance and methods for athletes to exert their sports ability during training and competition in hot environment.

Key words： hot environment; motor performance; physical functions ; physiology and biochemistry

2020年1月，《Military Medical Research》期刊上發(fā)表的《中國中暑診治專家共識》標(biāo)志著我國在規(guī)范高溫環(huán)境下中暑診治程序方面取得的重要進(jìn)展[1]。與此同時(shí)，也引起了體育科學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω邷丨h(huán)境下運(yùn)動能力的深入研究。學(xué)者們致力于了解在高溫環(huán)境下的運(yùn)動表現(xiàn)、身體機(jī)能的生理生化指標(biāo)，以及如何有效提高高溫環(huán)境中的運(yùn)動表現(xiàn)，為運(yùn)動員、教練和健身愛好者提供科學(xué)依據(jù)，更好地應(yīng)對高溫環(huán)境下的運(yùn)動挑戰(zhàn)。高溫環(huán)境對運(yùn)動能力的影響是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的議題，本文將深入探討高溫環(huán)境下運(yùn)動與運(yùn)動能力之間的關(guān)系，旨在為運(yùn)動員在高溫環(huán)境下訓(xùn)練和比賽對運(yùn)動能力發(fā)揮提供理論指導(dǎo)與措施。

1.高溫環(huán)境對運(yùn)動能力的影響

1.1高溫環(huán)境下運(yùn)動對體能與決策的影響

近年來，關(guān)于高溫環(huán)境下運(yùn)動表現(xiàn)的研究主要集中在田徑、足球、帆船、自行車等項(xiàng)目上。在高溫環(huán)境下，運(yùn)動員在訓(xùn)練和比賽時(shí)面臨體能消耗加劇和體溫調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)加重的挑戰(zhàn)，從而可能對運(yùn)動表現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)面影響[2]。以2019年多哈世界田徑錦標(biāo)賽為例，Racinais等對83名馬拉松和競走運(yùn)動員進(jìn)行了健康和熱適應(yīng)調(diào)查，測試了運(yùn)動員的核心溫度和體表溫度，并分析了70場比賽中的醫(yī)療事件。發(fā)現(xiàn)三分之一的運(yùn)動員在比賽前10天出現(xiàn)了不同程度的癥狀，其中9%的運(yùn)動員甚至出現(xiàn)了失眠、腹瀉和胃痛，可能影響其比賽成績，或增加比賽中出現(xiàn)醫(yī)療事件的風(fēng)險(xiǎn)。

在足球領(lǐng)域，Donnan等的研究關(guān)注熱暴露對身體和足球特定決策表現(xiàn)的影響。他們以兩種溫度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即高溫條件（32?C，50%rh）（rh表示相對濕度）和溫和條件（18?C，50%rh），針對9名訓(xùn)練有素的男性足球運(yùn)動員研究了熱暴露對身體和足球特定決策表現(xiàn)、生物標(biāo)志物、評價(jià)和情感狀態(tài)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在炎熱條件下，決策得分下降，不愉快感增加，下半場運(yùn)動能力也下降。血漿去甲腎上腺素水平在中場休息時(shí)和循環(huán)間歇沖刺后較高，表明熱應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)。因此，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了在追求在高溫條件下促進(jìn)運(yùn)動表現(xiàn)時(shí)，需考慮熱暴露對身體和決策表現(xiàn)的有害影響[3]。

1.2高溫高濕環(huán)境對運(yùn)動表現(xiàn)的影響

高溫通常伴隨著高濕的氣象條件，過高的濕度會阻礙熱量的散失，對長時(shí)間耐力運(yùn)動表現(xiàn)產(chǎn)生更為顯著的負(fù)面影響。研究表明，35℃的高溫環(huán)境可導(dǎo)致運(yùn)動小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力和行為活動能力下降，出現(xiàn)運(yùn)動性疲勞[4]。然而，另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在中度高的核心體溫（38.5℃）時(shí)，盡管大腦代謝輕度升高，但并不會損害運(yùn)動期間的認(rèn)知能力[5]。

許毅梟等[6]以帆船運(yùn)動員為研究對象的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示，高溫高濕環(huán)境會增加運(yùn)動員在有氧耐力運(yùn)動期間的生理調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。在這種環(huán)境下，核心溫度和皮膚溫度均升高，其中皮膚溫度的升高成為主要的影響因素。當(dāng)皮膚溫度超過35℃時(shí)，身體的蓄熱量明顯增加，導(dǎo)致運(yùn)動時(shí)輸出功率明顯下降，心血管系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)明顯增加，導(dǎo)致心率升高，進(jìn)而影響在高溫高濕環(huán)境下的有氧耐力運(yùn)動能力。其他研究也指出，在高溫高濕環(huán)境中進(jìn)行自行車運(yùn)動時(shí)，呼吸降低空氣溫度可以減輕高溫高濕環(huán)境下的運(yùn)動不適，并提高運(yùn)動能力[7]。

2.高溫環(huán)境對運(yùn)動中身體機(jī)能的影響

2.1高溫高濕度對運(yùn)動能量代謝的影響

在高溫環(huán)境下，人體可能經(jīng)歷危及生命的熱應(yīng)激，表現(xiàn)為體溫升高和負(fù)面生理反應(yīng)。為了對抗這種挑戰(zhàn)，熱適應(yīng)成為一項(xiàng)積極的生理適應(yīng)過程。通過逐漸暴露于高溫環(huán)境，身體經(jīng)歷一系列變化，包括提高汗液分泌、改善血液循環(huán)等，以降低患上熱應(yīng)激的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，研究關(guān)注高溫下運(yùn)動時(shí)身體機(jī)能的生理生化變化，主要集中在熱應(yīng)激與適應(yīng)過程中的能量代謝和體溫調(diào)節(jié)方面。研究指標(biāo)涵蓋了核心溫度、皮膚溫度、排汗、血容量、耗氧量以及激素等多個(gè)方面。

邱平學(xué)等的研究結(jié)果顯示[8]，在安靜狀態(tài)下暴露于高溫不同濕度環(huán)境中，高溫干燥環(huán)境（20%rh）的能量消耗最為顯著，在高溫中等濕度環(huán)境（50%rh）中，脂肪氧化量最高。而在進(jìn)行65%VO2max的有氧運(yùn)動時(shí)，高溫中等濕度環(huán)境（50%rh）的能量消耗最為顯著，同時(shí)糖的氧化量也達(dá)到最高水平。這表明，在不同濕度環(huán)境下，機(jī)體對能量的利用方式存在差異，尤其是在高溫中等濕度條件下，有氧運(yùn)動的能量代謝更為顯著，主要以脂肪氧化和糖的氧化為主。李旭磊也發(fā)現(xiàn)[9]，高溫高濕環(huán)境下肌氧含量等相關(guān)指標(biāo)比常溫常濕環(huán)境下變化明顯，說明在高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動要消耗更多的能量，對運(yùn)動員的體能要求也更高。因?yàn)闄C(jī)體需要更多的能量來適應(yīng)這一挑戰(zhàn)性的環(huán)境。這些研究結(jié)果為我們理解在不同溫濕度條件下運(yùn)動時(shí)能量代謝的機(jī)制提供了重要線索，對于運(yùn)動員的訓(xùn)練和調(diào)適具有指導(dǎo)意義。

2.2 高溫環(huán)境下運(yùn)動對體溫調(diào)節(jié)機(jī)制的影響

Ravanelli等進(jìn)行的研究探討了不同氣溫和產(chǎn)熱條件下運(yùn)動對穩(wěn)態(tài)出汗反應(yīng)的影響。結(jié)果顯示，在不同的溫度和產(chǎn)熱組合下，包括溫暖（23℃/525 W）和炎熱（33℃/400 W、33℃/525 W）條件下，運(yùn)動過程中的穩(wěn)態(tài)出汗主要由熱量平衡的蒸發(fā)需求決定，并且與絕對核心溫度和皮膚溫度無關(guān)[10]。這表明，熱量平衡對穩(wěn)態(tài)出汗起主導(dǎo)作用，與核心溫度和皮膚溫度的關(guān)系較為獨(dú)立。

另外，有關(guān)高溫環(huán)境下運(yùn)動對體脂含量和體溫調(diào)節(jié)的關(guān)系，研究結(jié)果尚不一致。在一系列研究中，運(yùn)動持續(xù)時(shí)間為30至60分鐘，環(huán)境條件為28 ～ 40.3°C和26 ～ 50%濕度，符合中高強(qiáng)度（44.1 ～ 71.4% VO2max）的要求。其中，對體質(zhì)量代謝產(chǎn)熱和負(fù)荷進(jìn)行了規(guī)范，但結(jié)果顯示在這些條件下，體脂含量并未對運(yùn)動中的核心溫度、皮膚溫度和負(fù)荷產(chǎn)熱產(chǎn)生顯著影響。然而，鑒于一些研究中未能控制可能干擾體脂和體溫調(diào)節(jié)關(guān)系的混雜因素，例如代謝產(chǎn)熱和體重，需要未來更多無偏倚的比較研究，以全面評估體脂對這些因素的獨(dú)立影響。

2.3 高溫環(huán)境下鍛煉對機(jī)體免疫機(jī)能影響

在高溫環(huán)境下進(jìn)行鍛煉對內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)產(chǎn)生積極影響。研究發(fā)現(xiàn)，這種鍛煉能夠增強(qiáng)身體的內(nèi)源性抗氧化機(jī)制，有助于減輕高溫對氧化損傷的不良影響。盡管出汗引起的脫水可能會促進(jìn)氧化應(yīng)激，但及時(shí)的水分補(bǔ)充被證明可以有效減輕這種應(yīng)激，為運(yùn)動者提供了一種減緩潛在氧化損傷的方法。熱適應(yīng)后在高溫環(huán)境中進(jìn)行的耐力運(yùn)動對一些生理參數(shù)的調(diào)節(jié)效果復(fù)雜多樣。一項(xiàng)研究涉及15名健康男性，分為高溫（35°C）和低溫（18°C）兩組，進(jìn)行為期10天的耐力訓(xùn)練。結(jié)果顯示，10天的熱環(huán)境耐力訓(xùn)練顯著降低了核心溫度，表明這種鍛煉能夠改善體溫調(diào)節(jié)。然而，運(yùn)動引起的胃腸損傷和胃排空率的延遲并沒有減弱，同時(shí)鐵調(diào)素的升高也未見下降[11]。此外，在高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動的研究發(fā)現(xiàn)，大鼠血漿二胺氧化酶和D-乳酸水平顯著升高，提示腸黏膜通透性的增加和腸道菌群的紊亂，導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥和腸黏膜屏障功能的受損[12]。這些發(fā)現(xiàn)揭示了高溫環(huán)境下運(yùn)動對身體的多層面影響，需要更全面的研究來深入理解其機(jī)制。

3.高溫環(huán)境下運(yùn)動應(yīng)對措施

3.1 冷卻降溫

高溫環(huán)境下運(yùn)動的降溫策略包括內(nèi)部和外部降溫。內(nèi)部降溫可通過喝冰涼飲料實(shí)施，而外部降溫則通過冰浸、冷水浴或淋冷水等方式實(shí)現(xiàn)，或?qū)煞N方法結(jié)合使用。Morito A等的研究表明，運(yùn)動中攝入低溫冰漿可以顯著降低體溫，提高運(yùn)動的耐力表現(xiàn)。即使是較低量的低溫冰漿攝入，也能有效地減緩體溫的上升，為運(yùn)動者提供更持久的表現(xiàn)[13]。此外，攝入冰漿還能抑制在高溫環(huán)境下運(yùn)動后半段核心和前額深處溫度的升高速率。運(yùn)動前和運(yùn)動中攝入冰漿可顯著降低運(yùn)動后半段直腸溫度和前額皮膚溫度的增加速度[14]。薄荷醇作為一種冷卻措施，也在高溫環(huán)境下的運(yùn)動中發(fā)揮了降溫、改善熱舒適度的作用[15]。

由于內(nèi)部降溫可能引起運(yùn)動員的腸胃不適，因此外部降溫技術(shù)成為更適用的應(yīng)對高溫的措施之一。王澤文等的研究發(fā)現(xiàn)，冷水浸泡和局部身體冷凍治療都能快速降低運(yùn)動員的核心溫度，促進(jìn)運(yùn)動疲勞的迅速恢復(fù)。盡管這些方法會降低反應(yīng)速度，但仍然是有效的降溫手段。研究表明，頭部、頸部和面部的冷卻措施有助于降低降溫區(qū)域的局部皮膚溫度，改善局部的知覺感覺。在這些措施中，頸部冷卻對于耐力運(yùn)動和團(tuán)隊(duì)運(yùn)動運(yùn)動員來說更為有效。Denby K等的研究顯示，佩戴手腕冷卻帶可以提高運(yùn)動員的跑步速度，盡管并未影響用力感和熱舒適度[16]。外部冷卻有助于減輕高溫對機(jī)體狀態(tài)的影響，改善局部的感知覺，從而影響整體運(yùn)動表現(xiàn)。

總體而言，冷卻降溫策略在高溫環(huán)境下運(yùn)動中具有重要作用。在無法直接攝入冰漿的情況下，可以采用其他外部降溫手段進(jìn)行混合預(yù)冷，如手部負(fù)壓冷卻等。這為制定更有效的高溫環(huán)境下運(yùn)動訓(xùn)練方案提供了有益的參考。

3.2 補(bǔ)液

運(yùn)動強(qiáng)度和環(huán)境溫度對出汗率和脫水率有顯著影響，進(jìn)而影響補(bǔ)液需求。其中，鈉在補(bǔ)水飲料中的作用至關(guān)重要，通過攝入鈉可以維持電解質(zhì)平衡和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。研究表明，人在運(yùn)動過程中對咸味的感知可能發(fā)生了轉(zhuǎn)變，尤其在高溫下長時(shí)間和/或劇烈運(yùn)動的后期，口服補(bǔ)液鹽成為一種有價(jià)值的補(bǔ)液手段。

然而，炎熱環(huán)境中運(yùn)動時(shí)攝入的液體量可能比飲料中的成分更為關(guān)鍵。研究比較了口服補(bǔ)液鹽和運(yùn)動飲料在高溫運(yùn)動中對大鼠新陳代謝的影響，結(jié)果顯示，運(yùn)動飲料在高溫運(yùn)動過程中能更好地維持血糖水平，因此在高溫下持續(xù)運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動飲料可能是更優(yōu)選擇。

這些研究強(qiáng)調(diào)了在高溫環(huán)境下運(yùn)動后及時(shí)恢復(fù)體內(nèi)液體和糖原的重要性。未及時(shí)補(bǔ)液可能影響后續(xù)訓(xùn)練的質(zhì)量，因此補(bǔ)液的種類和劑量需要進(jìn)一步深入研究和探討。在設(shè)計(jì)高溫環(huán)境下的運(yùn)動補(bǔ)液策略時(shí)，綜合考慮運(yùn)動強(qiáng)度、環(huán)境條件以及個(gè)體差異等因素，制定更為科學(xué)合理的補(bǔ)液方案。

3.3熱適應(yīng)

熱適應(yīng)是改善人類對高溫環(huán)境反應(yīng)的有效方法，也是運(yùn)動員在高溫下比賽時(shí)可采取的重要對策，以促進(jìn)其身體機(jī)能的恢復(fù)和防止運(yùn)動水平的下降。

Zhang S 等招募了30名健康男性，監(jiān)測他們在相同的環(huán)境條件下訓(xùn)練后進(jìn)行6種不同條件下的熱應(yīng)激測試后的生理指標(biāo)變化，結(jié)果顯示，熱適應(yīng)訓(xùn)練后，受試者的生理和心理應(yīng)激均有明顯改善。在溫和和熱環(huán)境下，熱適應(yīng)可增強(qiáng)VO2max的適應(yīng)，增加由少至中到大，且在高溫下改善更大。VO2max適應(yīng)變化與環(huán)境溫度、適應(yīng)和適應(yīng)后測試天數(shù)有關(guān)[17]。在溫和和熱環(huán)境下，熱適應(yīng)能夠增強(qiáng)最大攝氧量（VO2max）的適應(yīng)性。此適應(yīng)性的提高在適應(yīng)程度由低到中再到高的過程中呈遞增趨勢，尤其在高溫環(huán)境下改善更為顯著。VO2max適應(yīng)的變化與環(huán)境溫度、適應(yīng)時(shí)長以及適應(yīng)后測試的天數(shù)等因素密切相關(guān)[18]。然而，需要注意的是，熱適應(yīng)的程度應(yīng)該受到控制。輕度熱應(yīng)激有助于促進(jìn)機(jī)體的恢復(fù)，但高度熱應(yīng)激可能對身體機(jī)能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在制訂熱適應(yīng)訓(xùn)練方案時(shí)，需要根據(jù)具體情況謹(jǐn)慎控制熱應(yīng)激的程度。

4. 結(jié)語

高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動可對神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和機(jī)體離子代謝產(chǎn)生影響，并與運(yùn)動員體重控制、運(yùn)動性疲勞關(guān)系密切，易引起機(jī)體疲勞及損傷風(fēng)險(xiǎn)。但目前關(guān)于高溫下運(yùn)動對認(rèn)知功能的影響還鮮有研究，其具體機(jī)制方面有待進(jìn)一步探討；同時(shí)，對于各種預(yù)冷的干預(yù)時(shí)間、時(shí)長、方式、劑量以及作用部位都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尚需從提高運(yùn)動員的高溫高濕環(huán)境熱習(xí)服能力、科學(xué)補(bǔ)液和物理降溫手段等角度加以考慮，從而為高溫高濕條件下賽事安排、賽前訓(xùn)練調(diào)控、運(yùn)動員健康管理提供參考依據(jù)。

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