中長跑運動員10天熱適應過程中機體熱調(diào)節(jié)反應及HSP70變化

吳衛(wèi)兵，王人衛(wèi)，許弟群

高溫、高濕是運動員運動訓練和比賽不可避免的環(huán)境條件，大量研究證實，高溫、高濕會對機體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌等系統(tǒng)造成不利的影響，尤其是長時間的運動項目受到的影響更大［1，4，19］。如何克服高溫、高濕環(huán)境對運動人體的不利影響，研究認為，讓運動員產(chǎn)生熱適應是一種行之有效的方法和手段。熱適應是機體在熱刺激的反復作用下逐步建立的耐受高溫和抵抗熱損傷的保護性生理反應，可緩解高熱引起的機體生理緊張，提高機體運動能力，減少訓練傷害及過度疲勞的發(fā)生。然而，有關(guān)運動員熱適應建立的研究國內(nèi)鮮有報道，國外研究報道的結(jié)果也不盡一致，對于如何有效地建立熱適應目前尚無定論，沒有形成可供參考的熱適應相關(guān)參量標準，僅以熱適應建立時間周期來看就存在一些爭議［5，10，16，17，21，22］。 本研究以中長跑運動員為研究對象，結(jié)合運動訓練和比賽實踐，觀察和分析10天熱適應過程中機體熱調(diào)節(jié)反應和熱休克蛋白70（heat shock protein70，HSP70）變化，并初步探討其作用機理，為運動員熱適應建立提供實驗依據(jù)和實踐指導。

1 對象與方法

1.1 研究對象

上海體育學院附屬競技體育學校8名中長跑男性運動員為受試對象，他們的基本情況為，年齡16.6±1.4歲，身高172.2±6.6cm，體重61.3±5.1kg，體脂率（18.3±5.8）%，最大耗氧量（˙VO2max）57.1±2.1ml／kg／min，最大輸出功率236.0±38.9W，訓練年限3.3±0.9年。實驗前向受試對象說明實驗目的、流程以及實驗的可能風險，并簽訂知情同意書。同時對每個受試對象進行健康問卷調(diào)查和醫(yī)學檢查，以及體質(zhì)測試與評估，排除健康隱患。

1.2 實驗設計

根據(jù)實驗的安排，先對受試對象進行最大攝氧量測試，為熱適應方案中制定運動強度，然后，對他們進行熱適應運動實驗。

1.2.1 最大耗氧量測試

利用運動心肺功能儀（K4b2，Cosmed，Italy）和可調(diào)式功率自行車（Ergoselect 100，Ergoline，Germany），采用Breath by Breath每口氣采集法進行˙VO2max測試。測試方法為:適應性活動3min后，以基礎(chǔ)負荷60W開始蹬功率自行車運動，每2min遞增30W，當運動至耗氧量的差＜5%（或150ml／min），RQ＞1.1，HR＞180b／min，力竭至不能維持原有的運動速度，此時耗氧量判定為最大耗氧量。

1.2.2 熱適應方案

受試對象到達實驗室進行熱適應時，要求空腹2h以上，且保持良好的水合狀態(tài)，熱適應運動前排空大小便，為避免生理節(jié)律的影響，熱適應實驗時間統(tǒng)一為每天下午（14:00-17:00）。受試對象熱適應期間避免大強度運動，每一次熱適應前8～12h飲用禁止酒精和咖啡，并在整個實驗期間避免非處方藥攝入。

熱適應為連續(xù)10天，其中第1天環(huán)境倉內(nèi)自由活動暴露60min，第2天至第10天每天先熱身5min，然后以40%˙VO2max強度運動3次15min，次間休息5min。功率自行車蹬踏速度要求55rpm左右（踏頻屏閃指示燈顯示綠色）。選擇40%˙VO2max強度進行熱適應運動，是基于對熱應激與運動應激的考慮。相關(guān)文獻報道［23，24］，對于有良好訓練的運動員，中等強度（大約50%˙VO2max）下運動對人體主要產(chǎn)生熱適應，不能充分引起運動適應。本實驗的熱適應方案的具體程序見表1。

表1 本研究熱適應方案的具體程序一覽表Table 1 Operational Program of Heat Acclimation Project

1.2.3 熱適應環(huán)境條件

熱適應環(huán)境條件:溫度為33℃、濕度為80%RH。熱適應實驗地點為上海體育學院運動環(huán)境實驗室，通過溫濕度調(diào)控器可以設定熱適應過程中環(huán)境倉的溫度和濕度。環(huán)境倉由美國Submital A ＆S公司建造，規(guī)格長×寬×高為4.88m×3.06m×3.70m，溫度可控范圍為在-40℃～100℃之間，濕度可控范圍1%～95%RH，環(huán)境倉四周封閉，頂部有日光燈照明，環(huán)境倉門裝有透明玻璃，倉壁有溫度和濕度傳感器探頭，感應環(huán)境倉內(nèi)的溫度和濕度變化，通風換氣由管道與外界連接，工作狀態(tài)下環(huán)境倉空氣流量為1830CFM，噪音70dB。環(huán)境倉外大廳及實驗預備室中央空凋，溫度為26℃，濕度為40%RH。

1.3 取樣與指標測試

1.3.1 核心溫度和裸重測試

分別于熱適應的第1～10天運動前后進行核心溫度（Core Temperature，Tc）和裸重測試。核心溫度測試:使用前先將體溫計（Crw11，上海華辰，中國）度數(shù)甩到35℃以下，讓受試對象俯臥，露出臀部，將涂有凡士林的體溫計水銀端，輕輕插入肛門內(nèi)約3～4cm，5min后取出，用軟紙擦凈體溫計表后，讀出體溫刻度。裸重測試:采用電子體重計（Hbf-356，歐姆龍，日本）測試，運動后測試裸重時要用毛巾擦干身上的汗水。

1.3.2 心率（HR）和主觀感覺疲勞程度測試

分別于熱適應的第1～10天運動中進行HR和主觀感覺疲勞（RPE值）程度測試。HR測試:熱適應運動過程中佩帶 Polar心率表（Rcx5，Polar Electro，F(xiàn)inland），全程監(jiān)測受試對象HR的變化，研究取受試對象每隔5min變化的HR數(shù)據(jù)。RPE值程度測試:運用Borg量表，實驗前向受試對象詳細講解Borg量表每個水平所代表的身體狀態(tài)，使其準確理解自己身體狀態(tài)與RPE值的對應關(guān)系，運動過程中每5min記錄受試對象的RPE值。

1.3.3 汗液測試

分別于熱適應的第1～10天運動中進行汗液收集。汗液收集采用臂汗收集法，用聚乙烯袋包裹一只手臂并達肘關(guān)節(jié)上15cm進行收集，聚乙烯袋包裹前先對受試對象手臂進行清洗，再依次用自來水和去離子水多次沖洗。聚乙烯袋自制方法:參照文獻并做適當修改［7］，運用剪刀和封口機，聚乙烯塑料袋剪裁成圓筒狀，并使筒狀下沿呈一漏斗狀，然后，用去離子水浸泡1天后，去離子水再沖洗3遍，置室溫下陰干備用。運動結(jié)束后，干凈夾鉗移去汗液收集袋，移液槍精確移取5ml汗液于離心管中，采用離子選擇電極法全自動生化分析儀（Hitach2100，Hitachi，Japan）檢測汗液Na＋、K＋和Cl-。

1.3.4 HSP70測試

分別于熱適應的第2天、6天、10天運動前后，肘靜脈取血5ml，4℃、3000rpm離心10min，取上清液分裝后置于-70℃保存待測。HSP70采用雙抗體兩步夾心酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）檢測，試劑盒由美國R ＆D公司提供，儀器使用芬蘭雷博MK3型酶標儀，并嚴格按說明書操作。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計學分析

采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理分析，各指標數(shù)值結(jié)果均以均數(shù)±標準差（）表示。對不同熱適應時間數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）和配對樣本t檢驗（Paired-Samples T Test），以P＜0.05為差異具有顯著性，以P＜0.01為差異具有非常顯著性。

2 結(jié)果

2.1 熱適應過程中核心溫度、HR和RPE值變化

由圖1可見，從整體上看熱適應連續(xù)10天運動結(jié)束時，核心溫度均高于運動前安靜時的核心溫度，運動結(jié)束時和運動前的核心溫度在熱適應連續(xù)10天呈現(xiàn)一個進行性下降變化，其中運動結(jié)束時核心溫度變化明顯。熱適應連續(xù)10天運動后核心溫度與運動前核心溫度相差差值表現(xiàn)為第1天變化差值最小，差值為0.19℃，第2天變化差值最大，差值為1℃，第3～10天變化差值呈波動性變化。

圖1 本研究熱適應連續(xù)10天運動前和運動結(jié)束時核心溫度變化示意圖Figure 1.Change of Tc before and after Exercise during Heat Acclimation

由表2可見，與運動前相比，熱適應的第2天、6天和10天運動后的Tc明顯升高，具有非常顯著性差異（P＜0.05）。其中，運動前Tc第2天、6天和10天變化經(jīng)單因素方差分析，未見顯著性差異（F＝0.762，P＝0.479）；運動后Tc第2天、6天和10天變化經(jīng)單因素方差分析，也未見顯著性差異（F＝2.707，P＝0.090）。

表2 本研究熱適應第2、6、10天運動前后核心溫度一覽表Table 2 Tc before and after Exercise on 2，6，10Days during Heat Acclimation

圖2為熱適應第2天、6天和10天運動中3次15min運動結(jié)束時RPE和HR變化（每天運動60min時間安排:5min熱身、15min運動、5min間歇、15min運動、5min間歇、15min運動），把第1次15min、第2次15min、第3次15min依次定義為1×15min、2×15min和3×15min。由圖2可知，一方面，從1×15min、2×15min和3×15 min運動后即刻RPE來看，均是第2天的RPE最高；另一方面，從第2天、6天和10天的每一天3次15min運動后即刻RPE來看，1×15min、2×15min和3×15min的RPE均表現(xiàn)為依次升高。同時，熱適應第2天、6天和10天運動中3次15min運動結(jié)束時HR變化完全類同于RPE變化。

圖2 本研究熱適應第2、6、10天3次15min運動結(jié)束時HR和RPE變化示意圖Figure 2.Change of HR and RPE in Exercise on 2，6，10Days during Heat Acclimation

圖3為熱適應過程中HR和RPE相關(guān)散點和趨勢變化情況，散點圖中HR和對應RPE的散點分別來源于1×15min、2×15min和3×15min運動后即刻數(shù)據(jù)。經(jīng)皮爾遜相關(guān)分析，HR和 RPE相關(guān)系數(shù)r＝0.308，P＝0.025。

由表3可見，第2天熱適應運動過程中，1×15min、2×15min和3×15min的HR和RPE未發(fā)生顯著性變化（P＞0.05）；第6天熱適應運動過程中，與1×15min相比，3×15min的 HR顯著升高（P＜0.05），3×15min的RPE值非常顯著升高（P＜0.05）；第10天熱適應運動過程中，與1×15min相比，2×15min的HR和RPE值顯著升高（P＜0.05），3×15min的 HR和 RPE值非常顯著升高（P＜0.05）。與第2天相比，第6天、第10天的1×15 min、2×15min和3×15min的HR和RPE值變化均未發(fā)生顯著性差異（P＞0.05）。

2.2 熱適應過程中出汗量、出汗率和汗液電解質(zhì)變化

由圖4可見，出汗量在熱適應的10天過程中呈一個波動調(diào)整的變化，第1天出汗量最小，然后，出汗量分別是第3天大、第5天小、第7天大、第9天小，到第10天又表現(xiàn)為一個增高的趨勢。出汗率為每小時每平方米單位體表面積皮膚丟失的汗液公斤重量，其中，人體體表面積計算參考胡詠梅針對中國男性制定的公式［2］。由圖4可見，出汗率10天熱適應過程中變化類同于出汗量的變化。

圖3 本研究熱適應過程中HR和RPE相關(guān)散點和趨勢示意圖Figure 3.Scatter Diagram of Correlation between HR and RPE during Heat Acclimation

表3 本研究熱適應第2、6、10天3次15min運動HR和RPE一覽表Table 3 HR and RPE in Exercise on 2，6，10Days during Heat Acclimation

圖4 本研究熱適應連續(xù)10天出汗量和出汗率的變化示意圖Figure 4.Change of Sweat Loss and Sweat Rate during Heat Acclimation

由表4可見，Na＋和Cl-濃度熱適應過程中的第2、6、10天逐漸下降，其中，與第2天相比，第10天的Na＋和Cl-濃度顯著性下降（P＜0.05），與第6天相比，第10天的Na＋和Cl-濃度非常顯著性下降（P＜0.01）；K＋濃度熱適應過程中的第2、6、10天未出現(xiàn)顯著性變化（P＞0.05）。

表4 本研究熱適應第2、6、10天汗液K＋、Na＋和Cl-一覽表Table 4 Sweat Ion after Exercise on 2，6，10Days during Heat Acclimation

2.3 熱適應過程中HSP70變化

由表5可見，第2天熱適應運動后HSP70比運動前非常顯著性增加（P＜0.01），第10天熱適應運動后HSP70比運動前顯著性增加（P＜0.05），第6天熱適應運動后HSP70比運動前增加未見顯著性差異（P＞0.05）。第2、6、10天運動前HSP70不斷增加，經(jīng)單因素方差分析，未見顯著性差異（F＝0.307，P＝0.740）；第2、6、10天運動后HSP70不斷增加，經(jīng)單因素方差分析，也未見顯著性差異（F＝0.378，P＝0.691）。

3 討論

熱適應是機體在熱刺激的反復作用下逐步建立的保護性生理反應，其中，體核溫度、HR、出汗量和出汗率等指標是評價機體熱適應及其適應程度的重要生理學指標［6，8，9，14］。從本研究實驗結(jié)果來看，中長跑運動員10天熱適應過程中體核溫度、HR、PRE值、出汗量、出汗率和汗液電解質(zhì)表現(xiàn)出一些規(guī)律和適應性的變化。

體核溫度在10天熱適應過程中運動后比運動前明顯升高，運動后體核溫度在10天熱適應過程中總體上呈一個下降趨勢變化，其中第1天運動后體核溫度最低、第2天運動后體核溫度最高、第3～10天運動后體核溫度呈波動變化下降趨勢。實驗結(jié)果與BURK 等［6，8，14］研究報道相一致。運動后體核溫度的變化與與本研究熱適應方案設計的第1天只熱暴露、第2～10天運動熱應激適應有關(guān)。運動后體核溫度升高是機體運動應激和環(huán)境溫度濕度聯(lián)合作用所致，高溫高濕環(huán)境運動時，強烈的肌肉活動大量產(chǎn)熱，而本實驗運動環(huán)境為溫度33℃和濕度80%RH，這種高溫高濕的運動環(huán)境使機體散熱困難導致機體核心溫度升高。隨著運動熱適應繼續(xù)進行，機體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐漸產(chǎn)生一定的熱適應，使得體核溫度在熱適應的后期出現(xiàn)下降趨勢。

表5 本研究熱適應第2、6、10天運動前后HSP70一覽表Table 5 HSP70before and after Exercise on 2，6，10Days during Heat Acclimation

HR在10天熱適應過程中發(fā)生明顯變化，10天的熱適應1×15min、2×15min和3×15min運動后即刻 HR逐漸增加。高溫環(huán)境運動HR增加與機體處于運動熱應激狀態(tài)有關(guān)，其作用機理可能是運動熱應激使機體交感神經(jīng)系統(tǒng)高度緊張，腎上腺素大量分泌，作用于心肌受體，激活心肌細胞腺苷酸環(huán)化酶，使心肌糖原分解加強，能量代謝加速，HR大幅度增加；另一方面是汗液的流失使大量血液流入體表，導致中心循環(huán)血量明顯減少，容量感受器所受刺激發(fā)放沖動減少，從而通過心交感神經(jīng)系統(tǒng)引起心率增加。同時，10天熱適應過程中第2天、6天和10天1×15min和3×15min運動后即刻所對應的HR逐漸降低。這也進一步證實了HUE等［12，13，18］的研究結(jié)果，隨著機體的熱適應使心率呈現(xiàn)下降變化。其原因可能是由于機體受到10天連續(xù)運動熱應激，提高了心血管、皮膚、汗腺和內(nèi)臟等組織器官的協(xié)調(diào)作用，使得機體出現(xiàn)皮膚血流量減少、靜脈回流量加快、毎搏輸出量增加等一些熱適應特征。

RPE值在10天熱適應過程中的變化類同于心率的變化，主要表現(xiàn)在10天熱適應過程中1×15min、2×15min和3×15min運動后即刻RPE值與HR變化趨勢相一致。針對高溫環(huán)境運動下RPE值和HR相關(guān)性研究還未見相關(guān)的報道，本研究發(fā)現(xiàn)運動熱適應過程中RPE值和HR呈低度相關(guān)（r＝0.308，P＝0.025），這可能與高溫環(huán)境對RPE值和HR的影響程度不同所致，從本研究RPE值對應的HR實驗結(jié)果來看也支持這一假設，10天熱適應過程中1×15min運動后即刻對應的RPE值（12～14級）和 HR（100～110次／分）、2×15min運動后即刻對應的RPE值程度（13～14級）和 HR（110～120次／min）、3×15min運動后即刻對應的RPE值程度（14～15級）和心率（120～130次／min），而根據(jù)恒定負荷運動中HR＝RPE×10換算公式［17］，可知本研究RPE推算出來的HR明顯大于實際測試的HR。由此可見，高溫運動熱適應過程中機體RPE受到影響明顯高于HR。

出汗率和出汗量在10天熱適應過程中的變化相一致，表現(xiàn)為一個波動調(diào)整的增高趨勢變化。汗液電解質(zhì)在10天熱適應過程中K＋濃度未發(fā)生明顯變化、Na＋和Cl-濃度發(fā)生顯著性下降。汗液是由汗腺自動分泌的液體，汗腺受交感神經(jīng)支配并受下丘腦發(fā)汗中樞控制，為膽堿能器官，受醛固酮和抗利尿素所制約。本研究10天熱適應過程中，出汗量、出汗率和汗液電解質(zhì)熱適應性變化可能與機體熱適應增加了汗腺周圍乙酰膽堿的濃度、增強了外分泌腺膽堿能神經(jīng)元的敏感性有關(guān)，從而提高了機體汗腺功能和醛固酮介導汗腺對K＋、Na＋和Cl-的重吸收。需要說明的是，本研究出汗量的計算是由熱適應運動前后的體重差所得，這種計算方法會高估出汗量的實際值，因為，熱適應運動過程中呼吸道也排出了部分水分。同時需要說明的是，汗液電解質(zhì)濃度測試受汗液收集的方法和收集的部位的影響，有研究表明，汗液電解質(zhì)濃度與汗液不同的收集方法和收集部位有關(guān)［15，20，23，24］。

HSP70是目前研究較多的一種細胞保護蛋白，高溫、感染、損傷、運動等均可誘導其表達，表達的強弱與局部承受負荷狀況、組織細胞的損害程度有關(guān)。在運動訓練過程中，通過誘導HSP70表達，可提高機體對運動的耐受性，抵抗運動對機體的損害［25］。目前，有關(guān)運動熱應激與HSP70研究可見大量報道，研究對象以動物實驗居多，研究方法以一次急性運動或熱預處理為手段，測試HSP70主要取材于心臟、腎臟、肝臟、骨骼肌和淋巴細胞。本研究結(jié)合熱環(huán)境運動訓練和比賽的實際需要，以運動員為實驗對象進行熱適應實驗，觀察10天熱適應過程中血清HSP70的變化。從本實驗結(jié)果來看，第2天、6天、10天運動熱應激后HSP70水平比運動熱應激前顯著增加，第2天、6天、10天運動應激前HSP70水平逐漸增加，第2天、6天、10天運動應激后HSP70水平逐漸增加，研究結(jié)果與SANDSTROM等［11，22］報道相一致，提示 HSP70在10天熱適應過程中產(chǎn)生熱適應變化。

4 結(jié)論

經(jīng)過連續(xù)10天高溫高濕運動熱適應，運動員熱應激的體核溫度、HR下降，排汗能力增強，汗液電解質(zhì)濃度下降，HSP70水平升高，表明運動員已經(jīng)有效地建立了熱適應。同時研究提示，環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、運動強度、運動時間和熱適應周期是熱適應有效建立的重要因素。

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