熱應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)

郭 蕾，沈一嵐

（1.西北師范大學(xué) 體育學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.寶雞文理學(xué)院 體育系，陜西 寶雞 721013）

熱應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)

郭 蕾1，沈一嵐2

（1.西北師范大學(xué) 體育學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.寶雞文理學(xué)院 體育系，陜西 寶雞 721013）

在炎熱的環(huán)境下，機(jī)體將通過(guò)一系列的生理、生化變化來(lái)維持熱平衡。熱環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)人體的循環(huán)功能、體溫調(diào)節(jié)功能以及代謝產(chǎn)生深刻的影響。運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇機(jī)體的產(chǎn)熱過(guò)程，且深部溫度隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而成正比例升高。熱應(yīng)激和運(yùn)動(dòng)應(yīng)激聯(lián)合作用導(dǎo)致體溫、腦和肌肉局部溫度升高，全面影響運(yùn)動(dòng)員的生理機(jī)能、心理過(guò)程及運(yùn)動(dòng)能力。

熱環(huán)境；應(yīng)激；運(yùn)動(dòng)

1 引言

恒溫動(dòng)物擁有非常精巧的自我平衡的自律機(jī)制，即將體溫維持在一個(gè)波動(dòng)很小的范圍，通常接近動(dòng)物耐受溫度的上限而遠(yuǎn)離耐受溫度的下限。因?yàn)橥ǔＴ谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)機(jī)體的生化反應(yīng)能以最佳效率進(jìn)行[1]。但是，熱環(huán)境下誘發(fā)的熱休克正是由于體溫過(guò)高引起的，體溫持續(xù)過(guò)高會(huì)使機(jī)體進(jìn)行長(zhǎng)期工作的能力下降，并且對(duì)心血管系統(tǒng)造成很大的損傷。因?yàn)樵跓岘h(huán)境下進(jìn)行動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)，心血管系統(tǒng)負(fù)擔(dān)更重，如加速皮膚血液流動(dòng)以散發(fā)熱量，加快肌肉氧供給以滿足其新陳代謝的需要等。參與外周血液循環(huán)的血流量增大，血容升高，導(dǎo)致心內(nèi)血容減小，每搏輸出量減少，心率代償性升高[2]。在熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，由于發(fā)汗作用，身體的水分和電解質(zhì)大量丟失，致使機(jī)體脫水和高滲透壓的產(chǎn)生，會(huì)對(duì)體液循環(huán)和體溫調(diào)節(jié)造成不良影響[3]。

2 高溫導(dǎo)致中樞疲勞

中樞疲勞可定義為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)不能釋放足以引起肌肉興奮或維持其興奮的神經(jīng)沖動(dòng)[4]。疲勞狀態(tài)可用自覺(jué)用力系數(shù)來(lái)評(píng)定[5]。當(dāng)機(jī)體的核心溫度達(dá)到臨界高溫時(shí)，疲勞就會(huì)發(fā)生。有研究表明[6]，在熱環(huán)境下給大鼠加以運(yùn)動(dòng)負(fù)荷使其體核溫度達(dá)到臨界高溫，大鼠即發(fā)生運(yùn)動(dòng)性疲勞，而與其最初的體核溫度無(wú)關(guān)。另有研究表明讓山羊作跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)并使其腦部局部受熱，引起其腦溫升高至42 ℃，山羊即拒絕再運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出精疲力竭。該研究認(rèn)為大腦溫度是影響運(yùn)動(dòng)能力的一個(gè)重要因素。

Nybo與Nielsen[7]通過(guò)對(duì)熱環(huán)境下進(jìn)行動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)的人的體液循環(huán)和體溫調(diào)節(jié)的研究認(rèn)為，體溫過(guò)高誘發(fā)的運(yùn)動(dòng)性疲勞可能是由大腦皮層的運(yùn)動(dòng)中樞控制的。在對(duì)受試者進(jìn)行MVC（maximal voluntary contraction）測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，在最初幾秒內(nèi)，熱環(huán)境下與常溫環(huán)境下的受試者的最大肌力是相似的，之后熱環(huán)境下的受試者肌力明顯下降，與常溫環(huán)境下的受試者的肌力有顯著性差異。當(dāng)分別對(duì)體溫過(guò)高和體溫正常的受試者給予經(jīng)皮的階躍性電刺激發(fā)現(xiàn)測(cè)得的肌力曲線相似。通過(guò)計(jì)算得知，常溫環(huán)境下的受試者M(jìn)VCP（MVC+電刺激）的比值明顯高于熱環(huán)境下的受試者M(jìn)VCP（MVC+電刺激）的比值。肌電圖顯示，熱環(huán)境下受試者的最大肌力明顯低于常溫環(huán)境下的受試者，表明熱作用引起肌力下降，神經(jīng)活動(dòng)衰減。另外，安靜條件下使受試者被動(dòng)受熱致使其體核溫度升高到 39℃，得到與熱環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)同樣的結(jié)果。

此外，肌肉在收縮過(guò)程中也會(huì)通過(guò)感覺(jué)回路使CNS運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)放的神經(jīng)沖動(dòng)減小[8]。另外，在脫水和體溫過(guò)高的發(fā)展過(guò)程中，由股外側(cè)肌測(cè)得的肌電圖顯示，肌電波的振幅和頻率都未發(fā)生變化[9]。假如體溫過(guò)高與運(yùn)動(dòng)疲勞誘導(dǎo)的肌運(yùn)動(dòng)單元的放電率有關(guān)的話，肌電波的振幅和頻率中值應(yīng)該逐漸增大[10]，但是并未觀察到類似的結(jié)果。動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的體溫過(guò)高并不影響α-運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元傳出神經(jīng)通路。熱環(huán)境下進(jìn)行動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的體溫過(guò)高發(fā)展過(guò)程中，肌運(yùn)動(dòng)單元和α-運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性較常溫環(huán)境下降低，進(jìn)一步證明體溫過(guò)高誘導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)性疲勞是由大腦皮層的運(yùn)動(dòng)中樞控制的。

3 熱環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響

3.1 熱環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)循環(huán)功能的影響

在熱環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，肌肉需要大量的血液供應(yīng)，以保證肌肉工作。皮膚也需要有大量的血液供應(yīng)，來(lái)維持體內(nèi)的熱量散發(fā)，這會(huì)大大影響氧運(yùn)輸能力。在運(yùn)動(dòng)中也因血管的普遍擴(kuò)張，使靜脈容量血管中的血量增多，肌肉的循環(huán)血量下降，當(dāng)脫水達(dá)體重的4.9%時(shí)，每搏輸出量下降28%，血漿量減少 16%～18%。由于循環(huán)血量減少，導(dǎo)致回心血量減少，每搏輸出量減少，這時(shí)只能靠增加心率來(lái)代償循環(huán)血量不足。但是，在強(qiáng)度較大的運(yùn)動(dòng)中，心率一般要達(dá)到最大心率，因此，靠增加心率來(lái)代償循環(huán)血量不足，也即通過(guò)心率的增加并不能抵消每搏輸出量減少所致的心輸出量下降，因而會(huì)影響運(yùn)動(dòng)成績(jī)。嚴(yán)重脫水時(shí)皮膚血管可由舒張轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s，造成這種現(xiàn)象的原因可能是血漿中去甲腎上腺素濃度大幅度上升引起的。另外，血容量的減少和動(dòng)脈血壓的下降都會(huì)刺激壓力感受器，從而引起皮膚血管收縮，皮膚血管的收縮進(jìn)一步降低了機(jī)體散熱能力。循環(huán)血量的減少還可使紅血球的比容及血液的粘滯度增加，使心臟的負(fù)擔(dān)增加而工作效率降低[11]。

3.2 熱環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)體溫調(diào)節(jié)的影響

體溫的維持是機(jī)體產(chǎn)熱和散熱平衡的結(jié)果。在熱環(huán)境中甚至在溫度適宜環(huán)境中劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，體核溫度經(jīng)常會(huì)超過(guò)40°C或更高。運(yùn)動(dòng)中75%的能量作為熱能被浪費(fèi)，而不可避免地導(dǎo)致體溫的升高。在涼爽的環(huán)境中，體熱自然會(huì)傳遞給空氣，但當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)皮膚溫度、而散熱能力又受到影響時(shí)，可導(dǎo)致體溫過(guò)高。研究表明，體溫過(guò)高可通過(guò)抑制中樞神經(jīng)沖動(dòng)的發(fā)放或其下行傳導(dǎo)環(huán)節(jié)來(lái)減小骨骼肌的收縮力量，直接導(dǎo)致疲勞。熱適應(yīng)并不能改變運(yùn)動(dòng)至疲勞時(shí)的體核溫度，但由于熱適應(yīng)個(gè)體散熱能力強(qiáng)，體內(nèi)熱積蓄速度下降，使達(dá)到“疲勞溫度”的時(shí)間得以延長(zhǎng)，從而表現(xiàn)出更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力[11]。運(yùn)動(dòng)肌的溫度往往超過(guò)體核溫度，影響骨骼肌的功能，導(dǎo)致疲勞。

運(yùn)動(dòng)會(huì)破壞體內(nèi)的平衡，并使身體最大負(fù)荷時(shí)的應(yīng)激狀態(tài)同步施加于體內(nèi)的一些器官和系統(tǒng)，特別是在高溫環(huán)境中持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣溫接近人體皮膚溫度時(shí)，身體散熱受阻，體溫上升，體溫過(guò)高會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能紊亂，出現(xiàn)頭痛、惡心、嘔吐、精神混亂等，還會(huì)影響體內(nèi)的代謝活動(dòng)。這種情況在高溫條件下更加明顯。研究認(rèn)為，馬拉松跑后，運(yùn)動(dòng)員體溫可升到39.75°C，甚至超過(guò)40°C。體液消耗如超過(guò)運(yùn)動(dòng)員體重的5%，如在高溫、高濕環(huán)境下進(jìn)行馬拉松跑，人體散熱機(jī)能受到影響極易導(dǎo)致體內(nèi)熱積蓄，體液消耗增加，肌肉耐力迅速下降，不僅成績(jī)受到影響，而且運(yùn)動(dòng)員易發(fā)生中暑、熱衰竭等疾病。

3.3 熱環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)能量代謝的影響

熱環(huán)境中運(yùn)動(dòng)通常伴隨著更高的血乳酸濃度，眾多的研究也顯示伴有更快的肌糖原的耗竭。肌糖原是肌肉重要的能源物質(zhì)，在耐力運(yùn)動(dòng)中肌糖原含量高會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力，肌糖原的耗竭是運(yùn)動(dòng)性疲勞的一個(gè)重要原因。在熱環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)糖代謝發(fā)生變化，機(jī)體更加依賴糖的氧化供能，具體表現(xiàn)為肌糖原分解加速，乳酸快速積累及肝葡萄糖輸出增加所致的血糖升高。肌肉血流減少，溫度增加，血漿兒茶酚胺水平上升和肌纖維募集模式的變化都可能是造成骨骼肌代謝發(fā)生變化的原因。更多的研究表明，血漿兒茶酚胺濃度的升高是骨骼肌代謝發(fā)生變化的原因。兒茶酚胺濃度的升高還可以加速肝糖原的分解，使血糖升高。

4 熱應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)成績(jī)

人體各系統(tǒng)機(jī)能水平本身是運(yùn)動(dòng)能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激對(duì)人體生理機(jī)能的影響直接影響運(yùn)動(dòng)能力，但影響的性質(zhì)及程度與運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)、個(gè)體性別等因素有關(guān)。比較受試者分別在三種環(huán)境（22 ℃，30 %RH；30 ℃，85 %RH；40 ℃，40 %RH）下Wingate Test的成績(jī)，發(fā)現(xiàn)高溫環(huán)境對(duì)Wingate Test成績(jī)無(wú)影響，說(shuō)明高溫高濕對(duì)短時(shí)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)能力無(wú)不利影響，如短跑運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績(jī)不受熱應(yīng)激的影響，甚至還有可能提高[9]。

熱應(yīng)激對(duì)氧動(dòng)力學(xué)沒(méi)有明顯的影響，但對(duì)最大吸氧量有明顯的影響，從而影響耐力，特別是對(duì)女子耐力影響更明顯，1996年亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)期間女運(yùn)動(dòng)員受到熱危害比男子明顯[9]。女運(yùn)動(dòng)員身體成份中脂肪比例高對(duì)散熱不利，而黃體酮升高也導(dǎo)致體溫的升高并通過(guò)作用于下丘腦的有關(guān)神經(jīng)元導(dǎo)致調(diào)定點(diǎn)和升高。因此，婦女運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激的問(wèn)題應(yīng)引起特別的重視。

5 建議

5.1 適當(dāng)提高熱應(yīng)激水平

與運(yùn)動(dòng)能力一樣，運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激的適應(yīng)可以通過(guò)訓(xùn)練獲得。單純的熱習(xí)服及單純的有氧適應(yīng)，可能會(huì)改變運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激下機(jī)體的運(yùn)動(dòng)及體溫調(diào)節(jié)能力，有氧適應(yīng)可使耐受的極限體溫增高及持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。但理想的運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激必須是運(yùn)動(dòng)應(yīng)激與熱應(yīng)激同時(shí)施加于運(yùn)動(dòng)員機(jī)體才能獲得。

5.2 補(bǔ)液

補(bǔ)液包括補(bǔ)充水、電解質(zhì)和糖，肌酸等，是針對(duì)運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激中肌溫、腦溫問(wèn)題及脫水問(wèn)題而采取的措施。研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充水及含糖飲液都能改善神經(jīng)肌肉工作狀態(tài)，以適當(dāng)濃度的含糖飲液效果較好，但應(yīng)注意含糖飲液有可能使體溫升高。雖然含糖飲液比純水更能升高血糖，但在運(yùn)動(dòng)熱應(yīng)激下肌肉攝取糖的能力降低，因此補(bǔ)液時(shí)間應(yīng)考慮到對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)后期防止血糖降低及進(jìn)一步脫水有利。研究表明通過(guò)消化道補(bǔ)液比靜脈注射好，有利于避免運(yùn)動(dòng)中血乳酸的堆集[12]，雖然注射補(bǔ)液對(duì)血容量的快速恢復(fù)更為有效，但對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響并不優(yōu)于消化道補(bǔ)液。

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（責(zé)任編輯、校對(duì)：孫海祥）

Heat Stress and Sports

GUO Lei, SHEN Yi-lan

(1. Institute of Physical Education, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China; 2. Department of Physical Education, Baoji Institute of Arts and Sciences, Baoji 721013, China)

In a hot environment, the body through a series of physiological and biochemical changes to maintain thermal balance.During exercise in hot environment, the body's circulation will, body temperature regulation function and metabolism have a profound impact.Games in the process of increasing the body's heat production, and the deep temperature increases with exercise intensity from proportionately increased.Heat stress and the combined effects of exercise stress causes the body temperature, brain and muscle the local temperature increases, the full impact of the physiology of athletes, mental process, and athletic ability

thermal environment; stress; sports

2010-11-06

郭蕾（1963-），女，四川敘永人，西北師范大學(xué)體育學(xué)院副教授，研究方向?yàn)樗囆g(shù)體操科學(xué)化選材。

G804.2

A

1009-9115(2011)05-0082-03