常溫環(huán)境遞增負(fù)荷運(yùn)動中人體核心體溫預(yù)測

汪宏莉 ，陳 濤 ，韓延柏 ，任 雪 ，程 楊

核心體溫（core body temperature）是指人體內(nèi)臟器官的溫度，安靜時(shí)核心體溫為37.2～37.6℃[1]。人體運(yùn)動時(shí)代謝加快，骨骼肌做功而大量產(chǎn)熱，如果產(chǎn)熱超過向外環(huán)境中散熱，體內(nèi)熱量蓄積使核心體溫升高，當(dāng)核心體溫超過38℃時(shí)即出現(xiàn)運(yùn)動性高核心體溫[2]。運(yùn)動性高核心體溫是降低運(yùn)動能力、導(dǎo)致運(yùn)動性疲勞的重要原因，國外學(xué)者提出人體存在極限核心體溫（critical core temperature），此時(shí)大腦的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)活動阻斷中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制骨骼肌因而終止運(yùn)動，以避免機(jī)體受到致命的熱損傷[3-4]。

核心體溫在理論上最精確的代表值是肺動脈血的溫度，但是無法采用無創(chuàng)傷的方法進(jìn)行測定，因此在運(yùn)動科學(xué)領(lǐng)域中核心體溫通常以直腸、食道及胃腸道的溫度來表示[5]。直腸溫度、食道溫度的測定僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，兩種測定方法的可接受性也受到限制，如直腸溫度測定時(shí)將測溫探頭插入外肛門括約肌10 cm，食道溫度測定時(shí)將測溫探頭通過口腔或鼻腔送入食道[6]。近十年，國外學(xué)者研發(fā)了遙測胃腸道溫度的CorTempTM核心體溫監(jiān)測系統(tǒng)，運(yùn)動員吞服膠囊式溫度傳感器（長徑0.88 cm，直徑0.42 cm），數(shù)據(jù)通過無線傳輸至外部存儲器[7]，一臺儀器可同時(shí)遙測并記錄幾十人的核心體溫?cái)?shù)據(jù)。該方法的可接受性好，無感染的危險(xiǎn)性，但是膠囊溫度傳感器的價(jià)格昂貴，難以在我國運(yùn)動訓(xùn)練和比賽中推廣使用。

探索通過常用生理、生化監(jiān)控指標(biāo)對運(yùn)動員核心體溫進(jìn)行預(yù)測的方法，間接地監(jiān)控運(yùn)動員核心體溫，對防止運(yùn)動員發(fā)生運(yùn)動型熱損傷具有重要的意義。本研究以9名耐力性項(xiàng)目的大學(xué)生運(yùn)動員為對象，描述常溫環(huán)境遞增負(fù)荷力竭自行車運(yùn)動中核心體溫、心率及血乳酸的關(guān)系，探討核心體溫的預(yù)測方法，為運(yùn)動訓(xùn)練和比賽中采用簡便、易實(shí)施、經(jīng)濟(jì)的方法監(jiān)控核心體溫提供依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

9名沈陽體育學(xué)院體育教育專業(yè)耐力性項(xiàng)目 （中長跑）運(yùn)動員自愿參加本研究，年齡（21.1±1.2）歲，訓(xùn)練年限（4.9±1.5）年，最大攝氧量（52.8±4.7） mL/kg/min。實(shí)驗(yàn)前介紹研究目的，簽署知情同意書，講解注意事項(xiàng)。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

將實(shí)驗(yàn)室溫度控制在（23±1）℃，相對濕度（40±2）%。

1.2.2 運(yùn)動方案

使用功率自行車（Monark 839E）進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動直至力竭，起始負(fù)荷為100 W，每10 min增加20 W，轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn) /min。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)流程

研究對象于上午7:30到達(dá)實(shí)驗(yàn)室，用37℃溫水吞服CorTempTM人體核心體溫傳感器(HT150002，HQInc.,Palmetto,Florida,USA)， 并 佩 戴Polar心 率 帶 ； 打 開CorTempTM體溫測試系統(tǒng)，監(jiān)測核心體溫和心率。調(diào)整車座后，在功率自行車座上靜坐20 min，于9:30進(jìn)行遞增負(fù)荷運(yùn)動，直至力竭。運(yùn)動中禁止飲水。

1.2.4 運(yùn)動終點(diǎn)判定

（1）心率維持在180次 /min以上，且 2 min保持不變或變化較?。ǔ霈F(xiàn)平臺期）；（2）主觀感覺已達(dá)力竭即RPE等級為 18～20；（3）經(jīng)反復(fù)鼓勵不能再繼續(xù)堅(jiān)持運(yùn)動；（4）不能維持設(shè)立的轉(zhuǎn)速。

1.2.5 研究指標(biāo)

（1） 連 續(xù) 監(jiān) 控 核 心 體 溫 （20 s/次 ）（CorTempTM HT150016,HQInc.,Palmetto,Florida,USA）； （2）連續(xù)監(jiān)控心率（20 s/次）（Polar Electro Oy,Kempele,Finland）；（3）血乳酸（在運(yùn)動前、運(yùn)動 20 min、運(yùn)動 40 min、力竭即刻、恢復(fù)期30 min采取指尖血測定）（Lactate Pro，Arkray,Kyoto,Japan）；（4）RPE （Ratings of Perceived Exertion，Borg 6-20 scale)（在運(yùn)動前、運(yùn)動 20 min、運(yùn)動 40 min、力竭即刻、恢復(fù)期 30 min 測定）；（5）體重（運(yùn)動前、力竭即刻）。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)描述以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。分析方法包括相關(guān)分析，一元線性逐步回歸分析（自變量引入模型 P≤0.05,剔除 P＞0.06），曲線估計(jì)（擬合二次方程）。

2 研究結(jié)果

2.1 力竭時(shí)主要指標(biāo)情況

9名研究對象力竭時(shí)，運(yùn)動時(shí)間為（63.78±3.48）min，最 大 功 率為 （219.56±6.91）W， 最 大 負(fù) 荷 /體 重 為（2.93±0.36） W/kg；核心體溫為（38.69±0.40）℃，核心體溫升高（1.32±0.32）℃；心率為（187.56±8.20） 次 /分；RPE 為(18.11±1.54)；血乳酸為(6.74±1.31)mmol/L；脫水量占體重百分比為(1.35±0.19)%。

2.2 核心體溫和心率監(jiān)控示例

以研究對象之一（×××，運(yùn)動67 min）實(shí)驗(yàn)中核心體溫和心率監(jiān)控的原始數(shù)據(jù)示例。安靜時(shí)核心體溫和心率均處于穩(wěn)定狀態(tài)；運(yùn)動后核心體溫和心率均隨負(fù)荷強(qiáng)度的增加而呈升高趨勢，力竭時(shí)核心體溫為39.61℃，心率為197次/min；恢復(fù)期心率立即降低，而核心體溫繼續(xù)升高、在恢復(fù)期5 min后開始降低（見圖1）。

圖1 ×××核心體溫和心率監(jiān)控的原始數(shù)據(jù)示例Figure 1 An Example of the Original Data of Core Body Temperature and Heart Rate Monitoring

2.3 應(yīng)用線性回歸模型預(yù)測核心體溫升高值

核心體溫升高值與心率（r=0.906，P＜0.001）及核心體溫升高值與血乳酸（r=0.835，P＜0.001）的直線相關(guān)關(guān)系具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以核心體溫升高值為因變量，以心率、血乳酸、心率與血乳酸的交互作用（心率×血乳酸/100）為自變量進(jìn)行線性逐步回歸分析。結(jié)果顯示，核心體溫升高值可以通過心率、心率與血乳酸的交互作用進(jìn)行預(yù)測，線性回歸方程有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（R2=0.842，adjusted R2=0.833；F=88.185，P＜0.001）?；貧w方程為：核心體溫升高值(℃)=0.008×心率(次 /min)+0.00035×心率(次 /min)×血乳酸(mmol/L)-0.670（見表 1）。

表1 核心體溫升高值的線性回歸分析Table ILinear Regression Analysis of the Increased Value of Core Body Temperatures

2.4 應(yīng)用曲線模型預(yù)測核心體溫升高值

使用每20 s記錄一次的核心體溫和心率原始數(shù)據(jù)，從安靜至力竭即刻的數(shù)據(jù)制作散點(diǎn)圖，提示核心體溫升高值與心率存在曲線關(guān)系（見圖2）。

圖2 核心體溫升高值與心率的曲線關(guān)系Figure 2 Curve Relationship between the Increased Value of Core Body Temperature and Heart Rate

應(yīng)用曲線估計(jì)的方法擬合二次方程，結(jié)果顯示核心體溫升高值與心率呈曲線關(guān)系（R2=0.827；F=1813，P<0.001），預(yù)測方程為：核心體溫升高值 (℃)=0.221－0.007×心率 +6.899×10-5×心率2。

3 分析與討論

本研究在我國首次采用美國CorTempTM人體核心體溫傳感器連續(xù)監(jiān)控運(yùn)動中核心體溫，并提出應(yīng)用常用生理、生化指標(biāo)預(yù)測運(yùn)動中核心體溫，以預(yù)防運(yùn)動訓(xùn)練和比賽中運(yùn)動型熱損傷的觀點(diǎn)。運(yùn)動型熱病包括運(yùn)動性肌肉痙攣、熱衰竭和運(yùn)動型中暑，常發(fā)生于大強(qiáng)度或長時(shí)間的運(yùn)動訓(xùn)練和比賽中（如自行車、馬拉松和足球等）。熱衰竭和運(yùn)動型中暑在相對低溫的環(huán)境下也能發(fā)生，因?yàn)槿梭w在大強(qiáng)度或長時(shí)間的運(yùn)動中，內(nèi)生產(chǎn)熱過快、過多，核心體溫急速升高甚至超過40℃，引起體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)衰竭，甚至危及生命[8]。然而常溫或較低溫度環(huán)境下高核心體溫的危害總是被教練員、隊(duì)醫(yī)和運(yùn)動員所忽視[5]，因此對于耐力性項(xiàng)目運(yùn)動員在常溫環(huán)境的運(yùn)動訓(xùn)練和比賽過程中防止核心體溫過高，并將核心體溫控制在極限體溫以下，是體育科學(xué)領(lǐng)域急待解決的問題。

3.1 核心體溫與心率的關(guān)系

本研究結(jié)果表明，運(yùn)動中核心體溫升高值與心率呈高度的正相關(guān)關(guān)系，在直線回歸方程中，心率的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)為0.635，效果量為0.364，說明心率是預(yù)測運(yùn)動中核心體溫升高值的良好指標(biāo)；此外，二次曲線擬合的結(jié)果表明，僅使用心率一個(gè)指標(biāo)預(yù)測核心體溫升高值的回歸平方和即占總回歸平方和的82%。可見，心率是預(yù)測運(yùn)動中核心體溫的重要指標(biāo)。

人體運(yùn)動時(shí)肌肉做功而需要大量的血液運(yùn)送氧氣，同時(shí)肌肉做功產(chǎn)生熱量是安靜時(shí)的10～20倍，其中70%以上熱能要通過血液輸送到體表而放散到外環(huán)境中以熱平衡，體內(nèi)有限的血液在運(yùn)動需要提供氧氣和皮膚散熱作用之間進(jìn)行競爭時(shí)，心血管系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)增大，重新分配全身的血流量，即參與外周皮膚血液循環(huán)的血流量增大，心內(nèi)血容量減小，每搏輸出量減少，導(dǎo)致心率代償性升高[9]。此外，人體的核心體溫和心率受神經(jīng)—體液調(diào)節(jié)因素（甲狀腺激素、腎上腺激素等）的影響。核心體溫升高時(shí)，甲狀腺激素直接作用于心肌，促進(jìn)肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+，使心肌收縮力增強(qiáng)，心率加快；同時(shí)腎上腺激素作用于心肌、傳導(dǎo)系統(tǒng)和竇房結(jié)的β1受體，加強(qiáng)心肌收縮性，加速傳導(dǎo)，加速心率，提高心肌的興奮性[10]。

心率是在運(yùn)動訓(xùn)練和比賽中最常采用的運(yùn)動強(qiáng)度監(jiān)控指標(biāo)，而且Polar團(tuán)隊(duì)心率訓(xùn)練系統(tǒng)等的使用能進(jìn)行20名以上運(yùn)動員心率的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在監(jiān)控運(yùn)動員心率的同時(shí)，可應(yīng)用本研究中的直線或二次曲線回歸方程輸入Excel軟件，間接地推測運(yùn)動員的核心體溫。根據(jù)本研究結(jié)果，運(yùn)動員安靜時(shí)核心體溫為（37.37±0.27）℃，當(dāng)預(yù)測運(yùn)動員核心體溫升高1.0℃以上時(shí)即發(fā)生運(yùn)動性高核心體溫，需要根據(jù)具體情況采取降體溫的應(yīng)對措施。

3.2 核心體溫與血乳酸的關(guān)系

本研究結(jié)果表明，運(yùn)動中核心體溫升高值與心率呈高度的正相關(guān)關(guān)系，在預(yù)測核心體溫升高值的直線回歸方程中，由于血乳酸與心率存在多重共線性而在變量篩選時(shí)被剔除，但是血乳酸與心率的交互作用進(jìn)入回歸方程，其標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)為0.308，效果量為0.119，說明血乳酸與心率的交互作用能夠預(yù)測運(yùn)動中核心體溫升高值，但是預(yù)測效果比心率差。

核心體溫與血乳酸水平有關(guān)。人體在安靜狀態(tài)，血乳酸水平隨著直腸溫度的升高而升高[11]。人體在運(yùn)動中隨著體溫的升高，交感神經(jīng)的興奮性明顯加強(qiáng)，血液重新分布，由于運(yùn)動肌肉的血流量下降，氧的含量降低，使有氧代謝的比例下降，導(dǎo)致血乳酸濃度升高，以至發(fā)生乳酸堆積[12]。血乳酸水平與運(yùn)動方式、運(yùn)動強(qiáng)度及運(yùn)動的持續(xù)時(shí)間等多方面的因素有關(guān)，因此在實(shí)際中要考慮到上述因素的影響，可參考本研究的預(yù)測方法，建立特定的預(yù)測核心體溫的回歸模型。

4 結(jié)論

常溫環(huán)境人體運(yùn)動中的核心體溫可以應(yīng)用心率和血乳酸進(jìn)行預(yù)測，以心率和血乳酸進(jìn)行預(yù)測的直線回歸方程，及以心率進(jìn)行預(yù)測的二次曲線回歸方程的預(yù)測效果均很好。血乳酸的測定具有一定的創(chuàng)傷性，推薦使用二次曲線方程以心率對核心體溫升高值進(jìn)行預(yù)測。

5 建議

本研究中的大學(xué)生運(yùn)動員未達(dá)到優(yōu)秀耐力性項(xiàng)目運(yùn)動員的訓(xùn)練水平，所能夠耐受的核心體溫較低，研究的結(jié)果具有一定的局限性。今后要在不同環(huán)境溫度下，針對國家隊(duì)優(yōu)秀耐力性運(yùn)動員，建立有針對性的核心體溫預(yù)測方程，以指導(dǎo)運(yùn)動訓(xùn)練和比賽的實(shí)踐。

致謝：本研究在沈陽體育學(xué)院國家體育總局冬季運(yùn)動項(xiàng)目技術(shù)診斷與機(jī)能評定重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。感謝吳松林、謝承紅及趙平老師的支持與配合。

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