熱習服對中長跑運動員濕熱環(huán)境下運動體液調(diào)節(jié)激素及Hsp70 的影響

吳衛(wèi)兵 王人衛(wèi) 李國強 許弟群

1 上海體育學院運動科學學院（上海200438）

2 上海體育學院競技體育學校

高溫高濕環(huán)境條件下， 運動機體承受著高溫和運動的雙重刺激，機體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等受到極大的影響， 表現(xiàn)出機體的核心溫度、心率和體液調(diào)節(jié)激素等指標發(fā)生明顯變化[1-5]。就體液調(diào)節(jié)激素而言，目前研究最多的體液調(diào)節(jié)激素包括醛固酮、精氨酸加壓素、心鈉素和去甲腎上腺素等[6,7]，高溫高濕環(huán)境運動過程中這些體液調(diào)節(jié)激素對維持機體的水鹽代謝平衡發(fā)揮著積極的作用， 但其內(nèi)在作用機制尚未完全清楚， 這些激素體液調(diào)節(jié)的相互關(guān)系還未見更多的報道。同時，熱習服作為提高機體高溫高濕環(huán)境運動能力的一種有效手段， 國內(nèi)目前還是以動物實驗研究為主[8,9]，不能更好地用于指導(dǎo)高溫高濕環(huán)境下運動員熱習服的實踐應(yīng)用。 本研究以中長跑運動員為實驗對象， 觀察熱習服運動員和未熱習服運動員一次熱負荷運動前后體液調(diào)節(jié)激素和熱休克蛋白（Hsp70）的變化， 探討高溫高濕環(huán)境下運動機體體液調(diào)節(jié)激素的作用機理， 為提高運動員高溫高濕的訓練效果和熱習服應(yīng)用提供實驗依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

1對象與方法

1.1 實驗對象

實驗對象為上海體育學院附屬競技體育學校中長跑男性運動員16 人，均為國家二級運動員，隨機分為對照（HC）組8 人和熱習服（HA）組8 人，基本情況見表1。 實驗前向受試對象說明實驗的目的和流程，以及實驗過程中可能存在的風險， 并與實驗對象簽訂知情同意書。 同時， 對實驗對象進行醫(yī)學檢查和健康問卷調(diào)查，以及體質(zhì)測試與評估，排除實驗對象的健康隱患。研究實驗設(shè)計得到上海市營養(yǎng)學會醫(yī)學倫理委員會醫(yī)學倫理論證（[倫審]2013-001）。

表1 實驗對象基本情況

1.2 實驗設(shè)計

正式實驗前1 周， 對實驗對象進行最大攝氧量測試（以便為實驗對象制定運動強度）。 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 每 口 氣（Breath by Breath）采集法進行最大攝氧量測試。

實驗設(shè)計安排：熱習服組經(jīng)過10 天熱習服，熱習服結(jié)束24 h 后進行一次熱負荷測試，對照組不進行熱習服，直接進行一次熱負荷測試；熱負荷測試的運動強度為個體70% VO2max。 具體安排如表2。

表2 實驗設(shè)計安排

正式實驗前3 天， 實驗對象來到實驗室熟悉實驗環(huán)境及整個實驗流程。正式實驗時，實驗對象提前1 小時到達實驗室，并要求空腹2 小時以上、保持良好的水合狀態(tài)，熱負荷運動前排空大小便，為避免生理節(jié)律的影響，熱負荷運動時間統(tǒng)一為上午9:30～11:30，整個實驗安排在冬季，室外溫度低于20℃。兩組實驗對象整個實驗期間其它體育活動量相一致， 實驗期間禁止任何藥物和煙酒刺激品。

熱負荷運動過程中， 實驗對象出現(xiàn)下列情況之一則終止運動：（1）伴有明顯的頭痛、頭暈、惡心、嘔吐等自覺癥狀；（2）心率超過個人最高心率；（3）身體已經(jīng)到達力竭狀態(tài)。

1.3 熱習服方案

于環(huán)境溫度為33℃、 濕度為80%RH 的環(huán)境艙內(nèi)進行為期10 天（d）的熱習服運動，第1d 環(huán)境艙內(nèi)自由活動暴露60 min，第2 d 至第10 d 每天先熱身5 min，然后以40%VO2max 強度蹬踏功率自行車（Ergoselect 100，Ergoline，Germany） 運動3 次15 min， 次間休息5 min，功率自行車蹬踏速度要求55 rpm 左右（踏頻屏閃指示燈顯示綠色）。 熱習服選擇40%VO2max 運動強度是基于對熱應(yīng)激與運動應(yīng)激的考慮， 參考相關(guān)文獻報道[10,11]，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(yīng)，不能充分引起運動適應(yīng)。

熱習服實驗地點為上海體育學院運動環(huán)境實驗室， 環(huán)境艙由美國Submital A＆S 公司建造， 規(guī)格長×寬×高為4.88 m × 3.06 m × 3.70 m， 溫度可控范圍-40℃至100℃，濕度可控范圍1%～95%RH，通過溫濕度調(diào)控器可以設(shè)定熱習服過程中環(huán)境艙的溫度和濕度。環(huán)境艙四周封閉，頂部有日光燈照明，環(huán)境艙門裝有透明玻璃，艙壁有溫度和濕度傳感器探頭，感應(yīng)環(huán)境艙內(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)境艙空氣流量為1830CFM，噪音70dB。

1.4 指標測試

1.4.1 核心溫度、心率和出汗率測試

核心溫度（Core Temperature，Tc）測試：讓實驗對象俯臥露出臀部，將體溫計（Crw11，上海華辰，中國）甩至35 ℃以下， 將涂有凡士林的體溫計水銀端輕輕插入肛門內(nèi)約3～4 cm，扶住體溫計，5 min 后取出讀數(shù)。

心率（Heart Rate，HR）測試：運動實驗過程中佩帶Polar 心率表（Rcx5,Polar electro, Finland），通過功率自行車全程接收監(jiān)測實驗對象的心率變化。

出汗率（Sweat Rate，SR）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（kg/m2/h），其中出汗量由運動前后裸重之差值計算，人體體表面積（m2）計算參考胡詠梅針對中國男性制定的公式[12]，S男= 0.0057 ×身高(cm) + 0.0121 × 體重(kg) + 0.0882。

1.4.2 血常規(guī)、血清激素和Hsp70 測試

肘靜脈取血，1 ml 注入肝素鈉抗凝管測試血常規(guī)，3 ml 注入促凝管， 靜置1～2 小時，3000 轉(zhuǎn)/分離心10 min， 取上清液分裝后置于-70 ℃保存待測血清激素和Hsp70。

血常規(guī)測試： 使用全自動血液分析儀 （XS-500i，Sysmex，Japan）測試血常規(guī)，獲得紅細胞壓積（Hct）數(shù)值。

血清激素和Hsp70 測試：醛固酮（ALD）、精氨酸加壓 素（AVP）、心 鈉 素（ANP）、去 甲 腎 上 腺 素（NE）和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，嚴格按說明書操作。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用SPSS15.0 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（±s）表示。 HA 組和HC 組組間數(shù)據(jù)比較采用獨立樣本t 檢驗（Independent-Sample T Test），HA 組或HC 組組內(nèi)數(shù)據(jù)比較采用配對樣本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 熱習服過程中心率、核心溫度和出汗率變化

由圖1 可見， 由于第1 天只是熱暴露，HR、Tc 和SR 水平均為最低；從熱習服的第2 天開始，熱習服組HR 水平呈現(xiàn)進行性下降變化， 第2、6 和10 天HR 分別 為127.00 ± 13.08 b/min、124.43 ± 11.44 b/min、123.00 ± 9.63 b/min；Tc 和SR 水平呈現(xiàn)波動變化，其中Tc 表現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢，SR 表現(xiàn)與Tc 變化趨于一致， 第2 天的Tc 和SR 分別為38.36 ± 0.32 ℃、0.62 ± 0.21 kg/m2/h，第6 天的Tc 和SR 分別為38.19 ±0.24 ℃、0.61 ± 0.32 kg/m2/h， 第10 天的Tc 和SR 分別為38.08 ± 0.17 ℃、0.53 ± 0.20 kg/m2/h。 整個熱習服期間，第1 天到第2 天HR、Tc 和SR 變化幅度最大，表現(xiàn)為水平迅速上升。

圖1 熱習服組10 天熱習服過程中心率、核心溫度和出汗率

2.2 熱負荷運動前后核心溫度、心率、出汗率和紅細胞壓積變化

由表3 可見，HA 組和HC 組運 動前Tc 和HR 均無顯著性差異（P > 0.05）。與運動前相比，HC 組運動后Tc 非常顯著性升高（P < 0.01）、HR 非常顯著性升高（P< 0.01），HA 組運動后Tc 非常顯著性升高（P < 0.01）、HR 非常顯著性升高（P < 0.01）。HA 組和HC 組運動后SR 無顯著性差異（P > 0.05）。 總體看來，HA 組運動后Tc 和HR 水平低于HC 組、SR 水平高于HC 組，但兩組間無顯著性差異。 與運動前相比，HA 組和HC 組運動后紅細胞壓積（Hct）均非常顯著性升高（P < 0.01），但兩組間無顯著性差異。

表3 熱負荷運動前后Tc、HR、SR 和Hct

2.3 熱負荷運動前后血清激素變化

由表4 可見，HA 組和HC 組運動前ALD、AVP、ANP 和NE 均無顯著性差異 （P > 0.05）。 與運動前相比，HC 組運動后ALD 非常顯著性升高 （P < 0.01）、AVP 顯著性升高 （P < 0.05）、ANP 顯著性降低 （P <0.05）、NE 非常顯著性升高（P < 0.01）。 與運動前相比，HA 組運動后ALD 非常顯著性升高（P < 0.01）、AVP 顯著性升高（P < 0.05）、ANP 顯著性降低（P < 0.05）、NE非常顯著性升高（P < 0.01）。運動后ALD、AVP、ANP 和NE 水平在兩組間未見顯著性差異（P > 0.05）。

表4 熱負荷運動前后ALD、AVP、ANP 和NE

2.4 熱負荷運動前后血清Hsp70 變化

由表5 可見，HA 組和HC 組運動前Hsp70 無顯著性差異（P > 0.05）。 與運動前相比，HC 組運動后Hsp70非常顯著性升高（P < 0.01），HA 組運動后Hsp70 非常顯著性升高（P < 0.01）。 HA 組和HC 組運動后Hsp70無顯著性差異（P > 0.05）。

表5 熱負荷運動前后Hsp70

3討論

心率、核心溫度、出汗率是評價機體熱習服及其習服程度的重要生理學指標[13-15]。 從本研究熱習服組10天熱習服過程中心率、 核心溫度和出汗率實驗結(jié)果來看，隨著10 天熱習服的進程，實驗對象的心率、核心溫度和出汗率出現(xiàn)一個規(guī)律性的適應(yīng)變化，從熱適應(yīng)第2天開始，心率呈現(xiàn)進行性下降變化，核心溫度雖然在熱習服過程中發(fā)生上下波動， 但整體表現(xiàn)出明顯的下降趨勢。表明熱習服組經(jīng)過10 天熱習服后已經(jīng)一定程度上產(chǎn)生熱習服。

同樣，心率、核心溫度、出汗率也是機體熱調(diào)節(jié)反應(yīng)的生理學指標， 本研究對照組和熱習服組經(jīng)過一次熱負荷運動后，心率和核心溫度顯著性升高，出汗率明顯增加。兩組之間各指標差異無統(tǒng)計學意義，但總體看來， 熱習服組熱負荷運動后的心率和核心溫度低于對照組、出汗率高于對照組，熱習服組運動前后核心溫度平均變化值和心率平均變化值也均小于對照組。 研究結(jié)果表明， 熱習服一定程度上降低了機體對熱負荷運動應(yīng)激的生理熱調(diào)節(jié)反應(yīng)， 提高了機體熱環(huán)境運動的能力。

體液調(diào)節(jié)激素包括ALD、AVP 和ANP 等， 對維持機體的水鹽代謝平衡起著重要的作用[6,8]。 本研究熱負荷運動后，實驗對象的ALD 顯著性升高。 在高溫高濕環(huán)境下，運動機體首先出現(xiàn)一系列的生理應(yīng)激反應(yīng)，表現(xiàn)為體溫升高、 刺激下丘腦發(fā)汗中樞促進汗腺大量分泌汗液； 大量汗液的丟失會導(dǎo)致機體有效循環(huán)血量減少，腎動脈壓下降，引起腎素分泌和血管緊張素II 濃度升高，刺激腎上腺皮質(zhì)球狀帶分泌ALD。 ALD 水平的升高進一步促進腎小管對Na+和水重吸收，降低汗液中Na+濃度，起到保Na+排K+的作用。

本研究熱負荷運動后，實驗對象的AVP 顯著性升高。 實驗結(jié)果與Kenefick 等[6]研究報道相一致。AVP 受血容量和血漿滲透壓變化的影響， 從紅細胞壓積實驗結(jié)果來看，熱負荷運動后紅細胞壓積明顯升高，說明了機體可能由于大量出汗而導(dǎo)致機體血容量下降。 高溫高濕運動中機體血容量減少， 可刺激容量感受器使傳入沖動經(jīng)迷走神經(jīng)傳入中樞，促進下丘腦-神經(jīng)垂體釋放AVP；同時，隨著血漿容量的減少，伴隨著血漿滲透壓升高, 可刺激機體下丘腦滲透壓感受器，滲透壓感受器受刺激后引起神經(jīng)垂體釋放AVP, 促進機體對水的重吸收。 對于對AVP 的影響，血容量變化起著先導(dǎo)的作用， 血容量變化會導(dǎo)致血漿滲透壓的改變從而進一步反射性影響AVP 釋放。

同時， 本研究也發(fā)現(xiàn)， 熱負荷運動后實驗對象的ANP 明顯減低、NE 明顯升高。 ANP 分泌受心房的機械牽張和糖皮質(zhì)類固醇、內(nèi)皮素等體液物質(zhì)的影響，具有明顯的促進NaCl 和水排出作用。 研究結(jié)果與Amorim等[16,17]研究報道相一致，ANP 對機體體液調(diào)節(jié)是通過抑制下丘腦-神經(jīng)垂體釋放AVP 和抑制AVP 增強腎集合管水通透性來實現(xiàn)，此外ANP 還能夠抑制腎上腺皮質(zhì)球狀帶細胞分泌ALD 來進行機體體液調(diào)節(jié)。 熱負荷運動過程中， 機體應(yīng)激性地使NE 與心肌細胞膜上受體進一步結(jié)合，通過增加心率、增強心肌收縮力，有效調(diào)節(jié)高溫高濕環(huán)境運動機體血流流向體表， 提高機體的排汗能力。

綜合熱負荷運動后體液調(diào)節(jié)激素的變化， 表現(xiàn)為ALD、AVP、NE 顯著升高和ANP 顯著降低，表明熱負荷運動使機體體液激素發(fā)生顯著性的變化以適應(yīng)機體熱應(yīng)激反應(yīng)， 提示熱習服增強了機體應(yīng)對熱應(yīng)激的體液調(diào)節(jié)能力。 實驗結(jié)果進一步提示ALD、AVP 和ANP 在機體體液調(diào)節(jié)中相互作用和相互影響， 共同調(diào)節(jié)和維護機體的水鹽代謝和平衡。

熱休克蛋白是目前研究報道較多的一種細胞保護蛋白，高溫、運動和損傷等因素均可誘導(dǎo)其表達，表達的強弱與機體承受負荷大小、 組織細胞損害程度有關(guān)[7,9]。已有的研究表明， 運動能夠誘導(dǎo)熱休克蛋白70 在血液、肝臟、心臟、骨骼肌表達增多，提高機體對運動的耐受性，抵抗運動對機體的損害[7,9，18]。目前，有關(guān)運動誘導(dǎo)熱休克蛋白表達的機制還未完全清楚， 有學者認為運動過程中體溫升高可能對熱休克蛋白的表達起一定的作用。 從本研究的實驗結(jié)果來看，熱負荷運動后對照組和熱習服組熱休克蛋白70 水平均非常顯著性升高，但組間未見顯著性差異， 表明高溫和運動誘導(dǎo)了熱休克蛋白70 大量表達，但有關(guān)熱習服與非熱習服對機體熱休克蛋白的不同影響還有待進一步研究。

4總結(jié)

體液調(diào)節(jié)激素對維護熱負荷運動過程中的機體水鹽代謝和平衡發(fā)揮著重要作用； 熱習服一定程度上降低了機體對熱負荷運動應(yīng)激的生理生化熱調(diào)節(jié)反應(yīng)，提高了機體適應(yīng)運動熱環(huán)境的能力。

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