高溫高濕環境下運動員身體機能變化的研究進展

摘要：高溫天氣是運動訓練、比賽中的一種特殊環境，可使運動員的體能消耗加劇、運動表現變差。高溫通常伴隨著較高濕度，濕度升高會進一步阻礙熱量散失。近年來對高溫環境下身體機能變化的研究主要集中在熱應激和熱適應中能量代謝及體溫調節上。本文就高溫環境對運動表現及身體機能生理生化影響方面進行綜述，旨在為運動員在高溫環境下訓練和比賽對運動能力發揮提供理論指導與措施。

關鍵詞：高溫高濕環境；運動表現；身體機能；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》期刊上發表的《中國中暑診治專家共識》標志著我國在規范高溫環境下中暑診治程序方面取得的重要進展[1]。與此同時，也引起了體育科學領域對高溫環境下運動能力的深入研究。學者們致力于了解在高溫環境下的運動表現、身體機能的生理生化指標，以及如何有效提高高溫環境中的運動表現，為運動員、教練和健身愛好者提供科學依據，更好地應對高溫環境下的運動挑戰。高溫環境對運動能力的影響是一個復雜而關鍵的議題，本文將深入探討高溫環境下運動與運動能力之間的關系，旨在為運動員在高溫環境下訓練和比賽對運動能力發揮提供理論指導與措施。

1.高溫環境對運動能力的影響

1.1高溫環境下運動對體能與決策的影響

近年來，關于高溫環境下運動表現的研究主要集中在田徑、足球、帆船、自行車等項目上。在高溫環境下，運動員在訓練和比賽時面臨體能消耗加劇和體溫調節負擔加重的挑戰，從而可能對運動表現產生負面影響[2]。以2019年多哈世界田徑錦標賽為例，Racinais等對83名馬拉松和競走運動員進行了健康和熱適應調查，測試了運動員的核心溫度和體表溫度，并分析了70場比賽中的醫療事件。發現三分之一的運動員在比賽前10天出現了不同程度的癥狀，其中9%的運動員甚至出現了失眠、腹瀉和胃痛，可能影響其比賽成績，或增加比賽中出現醫療事件的風險。

在足球領域，Donnan等的研究關注熱暴露對身體和足球特定決策表現的影響。他們以兩種溫度條件下進行實驗，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名訓練有素的男性足球運動員研究了熱暴露對身體和足球特定決策表現、生物標志物、評價和情感狀態的影響。研究發現，在炎熱條件下，決策得分下降，不愉快感增加，下半場運動能力也下降。血漿去甲腎上腺素水平在中場休息時和循環間歇沖刺后較高，表明熱應激反應增強。因此，這些發現強調了在追求在高溫條件下促進運動表現時，需考慮熱暴露對身體和決策表現的有害影響[3]。

1.2高溫高濕環境對運動表現的影響

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，對長時間耐力運動表現產生更為顯著的負面影響。研究表明，35℃的高溫環境可導致運動小鼠的學習記憶能力和行為活動能力下降，出現運動性疲勞[4]。然而，另一項研究發現，在中度高的核心體溫（38.5℃）時，盡管大腦代謝輕度升高，但并不會損害運動期間的認知能力[5]。

許毅梟等[6]以帆船運動員為研究對象的一項調查結果顯示，高溫高濕環境會增加運動員在有氧耐力運動期間的生理調節負擔。在這種環境下，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。當皮膚溫度超過35℃時，身體的蓄熱量明顯增加，導致運動時輸出功率明顯下降，心血管系統的負擔明顯增加，導致心率升高，進而影響在高溫高濕環境下的有氧耐力運動能力。其他研究也指出，在高溫高濕環境中進行自行車運動時，呼吸降低空氣溫度可以減輕高溫高濕環境下的運動不適，并提高運動能力[7]。

2.高溫環境對運動中身體機能的影響

2.1高溫高濕度對運動能量代謝的影響

在高溫環境下，人體可能經歷危及生命的熱應激，表現為體溫升高和負面生理反應。為了對抗這種挑戰，熱適應成為一項積極的生理適應過程。通過逐漸暴露于高溫環境，身體經歷一系列變化，包括提高汗液分泌、改善血液循環等，以降低患上熱應激的風險。近年來，研究關注高溫下運動時身體機能的生理生化變化，主要集中在熱應激與適應過程中的能量代謝和體溫調節方面。研究指標涵蓋了核心溫度、皮膚溫度、排汗、血容量、耗氧量以及激素等多個方面。

邱平學等的研究結果顯示[8]，在安靜狀態下暴露于高溫不同濕度環境中，高溫干燥環境（20%rh）的能量消耗最為顯著，在高溫中等濕度環境（50%rh）中，脂肪氧化量最高。而在進行65%VO2max的有氧運動時，高溫中等濕度環境（50%rh）的能量消耗最為顯著，同時糖的氧化量也達到最高水平。這表明，在不同濕度環境下，機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。李旭磊也發現[9]，高溫高濕環境下肌氧含量等相關指標比常溫常濕環境下變化明顯，說明在高溫高濕環境下運動要消耗更多的能量，對運動員的體能要求也更高。因為機體需要更多的能量來適應這一挑戰性的環境。這些研究結果為我們理解在不同溫濕度條件下運動時能量代謝的機制提供了重要線索，對于運動員的訓練和調適具有指導意義。

2.2 高溫環境下運動對體溫調節機制的影響

Ravanelli等進行的研究探討了不同氣溫和產熱條件下運動對穩態出汗反應的影響。結果顯示，在不同的溫度和產熱組合下，包括溫暖（23℃/525 W）和炎熱（33℃/400 W、33℃/525 W）條件下，運動過程中的穩態出汗主要由熱量平衡的蒸發需求決定，并且與絕對核心溫度和皮膚溫度無關[10]。這表明，熱量平衡對穩態出汗起主導作用，與核心溫度和皮膚溫度的關系較為獨立。

另外，有關高溫環境下運動對體脂含量和體溫調節的關系，研究結果尚不一致。在一系列研究中，運動持續時間為30至60分鐘，環境條件為28 ～ 40.3°C和26 ～ 50%濕度，符合中高強度（44.1 ～ 71.4% VO2max）的要求。其中，對體質量代謝產熱和負荷進行了規范，但結果顯示在這些條件下，體脂含量并未對運動中的核心溫度、皮膚溫度和負荷產熱產生顯著影響。然而，鑒于一些研究中未能控制可能干擾體脂和體溫調節關系的混雜因素，例如代謝產熱和體重，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立影響。

2.3 高溫環境下鍛煉對機體免疫機能影響

在高溫環境下進行鍛煉對內源性抗氧化防御系統產生積極影響。研究發現，這種鍛煉能夠增強身體的內源性抗氧化機制，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氧化應激，但及時的水分補充被證明可以有效減輕這種應激，為運動者提供了一種減緩潛在氧化損傷的方法。熱適應后在高溫環境中進行的耐力運動對一些生理參數的調節效果復雜多樣。一項研究涉及15名健康男性，分為高溫（35°C）和低溫（18°C）兩組，進行為期10天的耐力訓練。結果顯示，10天的熱環境耐力訓練顯著降低了核心溫度，表明這種鍛煉能夠改善體溫調節。然而，運動引起的胃腸損傷和胃排空率的延遲并沒有減弱，同時鐵調素的升高也未見下降[11]。此外，在高溫高濕環境下運動的研究發現，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，導致內毒素血癥和腸黏膜屏障功能的受損[12]。這些發現揭示了高溫環境下運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制。

3.高溫環境下運動應對措施

3.1 冷卻降溫

高溫環境下運動的降溫策略包括內部和外部降溫。內部降溫可通過喝冰涼飲料實施，而外部降溫則通過冰浸、冷水浴或淋冷水等方式實現，或將兩種方法結合使用。Morito A等的研究表明，運動中攝入低溫冰漿可以顯著降低體溫，提高運動的耐力表現。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，為運動者提供更持久的表現[13]。此外，攝入冰漿還能抑制在高溫環境下運動后半段核心和前額深處溫度的升高速率。運動前和運動中攝入冰漿可顯著降低運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，也在高溫環境下的運動中發揮了降溫、改善熱舒適度的作用[15]。

由于內部降溫可能引起運動員的腸胃不適，因此外部降溫技術成為更適用的應對高溫的措施之一。王澤文等的研究發現，冷水浸泡和局部身體冷凍治療都能快速降低運動員的核心溫度，促進運動疲勞的迅速恢復。盡管這些方法會降低反應速度，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動和團隊運動運動員來說更為有效。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體狀態的影響，改善局部的感知覺，從而影響整體運動表現。

總體而言，冷卻降溫策略在高溫環境下運動中具有重要作用。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行混合預冷，如手部負壓冷卻等。這為制定更有效的高溫環境下運動訓練方案提供了有益的參考。

3.2 補液

運動強度和環境溫度對出汗率和脫水率有顯著影響，進而影響補液需求。其中，鈉在補水飲料中的作用至關重要，通過攝入鈉可以維持電解質平衡和內環境穩態。研究表明，人在運動過程中對咸味的感知可能發生了轉變，尤其在高溫下長時間和/或劇烈運動的后期，口服補液鹽成為一種有價值的補液手段。

然而，炎熱環境中運動時攝入的液體量可能比飲料中的成分更為關鍵。研究比較了口服補液鹽和運動飲料在高溫運動中對大鼠新陳代謝的影響，結果顯示，運動飲料在高溫運動過程中能更好地維持血糖水平，因此在高溫下持續運動時，運動飲料可能是更優選擇。

這些研究強調了在高溫環境下運動后及時恢復體內液體和糖原的重要性。未及時補液可能影響后續訓練的質量，因此補液的種類和劑量需要進一步深入研究和探討。在設計高溫環境下的運動補液策略時，綜合考慮運動強度、環境條件以及個體差異等因素，制定更為科學合理的補液方案。

3.3熱適應

熱適應是改善人類對高溫環境反應的有效方法，也是運動員在高溫下比賽時可采取的重要對策，以促進其身體機能的恢復和防止運動水平的下降。

Zhang S 等招募了30名健康男性，監測他們在相同的環境條件下訓練后進行6種不同條件下的熱應激測試后的生理指標變化，結果顯示，熱適應訓練后，受試者的生理和心理應激均有明顯改善。在溫和和熱環境下，熱適應可增強VO2max的適應，增加由少至中到大，且在高溫下改善更大。VO2max適應變化與環境溫度、適應和適應后測試天數有關[17]。在溫和和熱環境下，熱適應能夠增強最大攝氧量（VO2max）的適應性。此適應性的提高在適應程度由低到中再到高的過程中呈遞增趨勢，尤其在高溫環境下改善更為顯著。VO2max適應的變化與環境溫度、適應時長以及適應后測試的天數等因素密切相關[18]。然而，需要注意的是，熱適應的程度應該受到控制。輕度熱應激有助于促進機體的恢復，但高度熱應激可能對身體機能產生負面影響。因此，在制訂熱適應訓練方案時，需要根據具體情況謹慎控制熱應激的程度。

4. 結語

高溫高濕環境下運動可對神經系統、心血管系統、消化系統和機體離子代謝產生影響，并與運動員體重控制、運動性疲勞關系密切，易引起機體疲勞及損傷風險。但目前關于高溫下運動對認知功能的影響還鮮有研究，其具體機制方面有待進一步探討；同時，對于各種預冷的干預時間、時長、方式、劑量以及作用部位都沒有統一的標準，尚需從提高運動員的高溫高濕環境熱習服能力、科學補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、賽前訓練調控、運動員健康管理提供參考依據。

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