高溫環(huán)境運動口服咖啡因?qū)δ土\動員體溫調(diào)節(jié)及唾液sIgA、溶菌酶的影響

趙澤霖，汪宏莉

（1.沈陽體育學(xué)院 社會體育學(xué)院，遼寧沈陽110102；2.沈陽體育學(xué)院 運動人體科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽110102）

高溫環(huán)境運動口服咖啡因?qū)δ土\動員體溫調(diào)節(jié)及唾液sIgA、溶菌酶的影響

趙澤霖1，汪宏莉2

（1.沈陽體育學(xué)院 社會體育學(xué)院，遼寧沈陽110102；2.沈陽體育學(xué)院 運動人體科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽110102）

目的：評價33℃高溫環(huán)境（相對濕度：65%）定量負荷運動中口服CAF對體溫調(diào)節(jié)及唾液分泌型免疫球蛋白A（sIgA）、溶菌酶（LZM）的影響。方法：14名男性耐力運動員以50%最大負荷分別完成兩次40 min（60轉(zhuǎn)/分）功率自行車運動?？Х纫颍–AF）運動實驗，口服運動飲料（3ml/kg體重）按6mg/kg體重加入CAF，對照運動實驗口服等量的運動飲料。連續(xù)測定直腸溫（核心體溫）、皮膚溫，測定運動前60 min、運動前即刻、運動20 min、運動后即刻唾液sIgA、LZM濃度。結(jié)果：核心體溫在運動30 min至恢復(fù)期，CAF運動實驗低于對照運動實驗，平均皮膚溫在運動20～30 min，CAF運動實驗低于對照運動實驗。唾液sIgA水平，CAF運動實驗與對照運動實驗相同時間點間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，唾液LZM水平在運動20 min、運動后即刻低于對照運動實驗對應(yīng)時間點（P＜0.01）。結(jié)論：高溫環(huán)境口服CAF能夠抑制男性耐力項目運動員運動中核心體溫和皮膚溫度的升高，并降低唾液LZM的水平。

高溫環(huán)境；咖啡因；核心體溫；分泌型免疫球蛋白A；溶菌酶

CAF于2004年從興奮劑名單中解禁，在運動和比賽中可以合理使用，已得到業(yè)界廣泛重視［1］。CAF作為運動增補劑，是生物堿類中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性物質(zhì)，小劑量使用可以興奮大腦皮層，提高認知能力，增強骨骼肌收縮能力，利尿［2］和降低疲勞感知［3］。大量研究顯示，在常溫環(huán)境條件下使用CAF，可以提高運動員的運動表現(xiàn)力，延長耐力運動的時間和體能［4-5］，其機制可能都與CAF作為非選擇性腺苷受體拮抗劑有關(guān)［6］。眾多體育比賽需要在高溫的氣象條件下舉行，因此探索高溫環(huán)境通過物理的、化學(xué)的手段降低人體的核心體溫，進而提高運動能力，是運動科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。而CAF在高溫環(huán)境下對機體的影響，尤其是對體溫調(diào)節(jié)的影響卻少見報道。

另外，上呼吸道感染（upper respiratory tract infection，URTI）是各類體育項目運動員最常見的感染性疾病。研究顯示，運動員發(fā)生URTI與其長期、高強度訓(xùn)練后上呼吸道黏膜免疫功能降低有關(guān)［7］，高溫環(huán)境運動也包含其中［8］。sIgA是抵抗口腔內(nèi)微生物最主要的免疫球蛋白，可代表口腔黏膜免疫功能。運動對唾液sIgA存在影響，有研究顯示，大強度的集訓(xùn)和比賽前的快速減重會抑制黏膜免疫功能［9］，但也有報道一次性遞增負荷至力竭運動中唾液sIgA濃度無明顯變化［10］。那高溫運動環(huán)境唾液sIgA的水平又是如何變化？口服CAF對其分泌是否有影響？尚需進一步研究。LZM是由單核細胞或巨噬細胞合成分泌的小分子蛋白抗菌酶，廣泛分布于人體組織和分泌物中（唾液、血清、淋巴等），作為口腔黏膜非特異性免疫系統(tǒng)的重要組成成分，具有抗真菌和抗炎的作用。有研究顯示血清中LZM的濃度隨口服CAF劑量的不同而變化，且CAF對小鼠機體免疫具有積極作用［11］，而探討口服CAF對高溫環(huán)境耐力運動員唾液LZM濃度及分泌率影響的成果未見報道。

采用實驗研究的方法，模擬高溫環(huán)境：1）探討口服CAF對男性耐力項目運動員體溫調(diào)節(jié)的影響，為今后運動訓(xùn)練和比賽中降低核心體溫、提高運動能力和延緩運動性疲勞提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。2）探討口服CAF對人體運動中唾液sIgA和LZM的影響，揭示CAF在高溫環(huán)境下對人體黏膜免疫功能的影響。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

14名沈陽體育學(xué)院健康男性耐力項目（長跑）大學(xué)生運動員自愿參加本研究。實驗前兩周向研究對象說明研究目的及研究內(nèi)容，簽署知情同意書。實驗方案經(jīng)沈陽體育學(xué)院倫理委員會審批通過，研究對象相關(guān)信息見表1。講解與實驗有關(guān)的注意事項，研究對象無高血壓、冠心病、COPD等呼吸道疾病既往史，實驗前排除咳嗽、流鼻水、喉痛、發(fā)燒、肌肉痛、頭痛等URTI癥狀的研究對象，并嚴格遵守以下事項：1）實驗前2 h內(nèi)禁止飲食；2）實驗前24 h不能進行劇烈運動；3）實驗日的前48 h內(nèi)禁止飲酒，禁止飲用咖啡和茶葉，禁止食用巧克力等。

表1 研究對象的基本情況（ˉX±S）

1.2 研究方法

1.2.1 環(huán)境條件 實驗室環(huán)境溫度控制在33℃，相對濕度控制在65%。實際測定實驗室環(huán)境溫度為（32.99±0.24）℃，相對濕度為 （64.19±2.50）%。

1.2.2 運動方案 運動負荷設(shè)定：應(yīng)用最大攝氧量測定運動負荷和心率的結(jié)果，根據(jù)文獻資料，以每名研究對象最大攝氧量測定中最大輸出功率的50%為運動負荷進行功率自行車運動，轉(zhuǎn)速保持在60 rpm/min。本研究中研究對象的平均運動負荷為（1.87±0.42）kp。

實驗流程：采用雙盲、隨機交叉設(shè)計的方法，使每位研究對象參加兩次實驗，即CAF運動實驗和對照運動實驗，兩次實驗間隔6日［12］。研究對象于實驗日13：00到達高溫環(huán)境實驗室，以避免唾液sIgA和LZM的日周期變動對實驗結(jié)果的影響。于直腸10～12 cm深度處固定直腸探頭（YSI401AC，美國），于上臂、胸部、大腿和小腿固定皮膚溫探頭（YSI409AC，美國），佩戴 Polar心率帶。運動全程120 min，包括安靜 60 min、運動 40 min、休息 20 min。

1.2.3 CAF攝入 CAF運動實驗：CAF（6 mg/kg體重，PROLAB，美國）溶于運動飲料（3 ml/kg體重，樂百氏，中國），對照運動實驗：口服運動飲料（3 ml/kg體重）?？诜?0 min后CAF在血漿中的濃度達到峰值，并能夠維持高于服用前水平至少2～3 h［13］。因此本研究在口服CAF后并安靜60 min后開始運動。

1.2.4 體溫相關(guān)指標(biāo) 核心體溫（直腸溫度）、皮膚溫（包括上臂、胸部、大腿和小腿皮膚溫度）、平均皮膚溫=0.3（上臂溫度+胸部溫度）+0.2（大腿溫度+小腿溫度）［14］，以上溫度每min記錄一次，心率和主觀體力感覺評分（RPE）。

1.2.5 唾液相關(guān)指標(biāo) 1）唾液采集方法：使用salivette唾液采集管（德國），研究對象分別在運動前60 min、運動前即刻、運動20 min、運動后即刻4個時間點以1次/s的頻率咀嚼棉棒1 min。采集完成后，將采集管以3 800 rpm的轉(zhuǎn)速離心20 min（臺式離心機，型號：TDL80-2B，上海）后放入-80℃的冰箱內(nèi)貯存。2）唾液指標(biāo)測定：sIgA的測定采用酶聯(lián)免疫法（ELISA），Human Secretory Immunoglobulin A（sIgA）Elisa測定試劑盒由南京建成生物工程研究所提供（Lot：201410，Exp：201503，蘇 ICP備12006455號）。唾液LZM采用比濁法測定。使用南京建成生物工程研究所所生產(chǎn)的微球菌粉來對唾液LZM的含量進行測定。sIgA和LZM的分泌率=濃度×唾液量（1 min）。

1.2.6 統(tǒng)計學(xué)分析 統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 17.0軟件進行，經(jīng)正態(tài)性檢驗，數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（ˉX±S）對數(shù)據(jù)進行描述。統(tǒng)計分析方法包括重復(fù)測量資料方差分析（資料不滿足H型協(xié)方差矩陣時，對組內(nèi)效應(yīng)的自由度采用Greenhouse-Geisser法校正、多重比較采用LSD法）、配對樣本t檢驗、General Linear Model（GLM）重測資料的方差分析（不滿足球形檢驗時按Greenhouse-Geisser校正系數(shù)進行校正）。

2 研究結(jié)果

2.1 兩種實驗條件間核心體溫與平均皮膚溫的總體趨勢和變化比較

核心體溫，CAF運動實驗和對照運動實驗在運動40 min內(nèi)均呈上升趨勢，于運動結(jié)束后5 min兩種實驗條件下核心體溫均達到最高點（CAF運動實驗（38.33±0.23）℃ vs.對照組（38.47±0.41）℃，P＜0.05）。平均皮膚溫，CAF運動實驗和對照運動實驗在運動40min內(nèi)均呈上升趨勢，但CAF運動實驗中運動至20～30 min期間，平均皮膚溫上升趨勢變緩，出現(xiàn)平臺期，至運動結(jié)束后3 min皮膚溫度升高至最高點；而對照運動實驗未出現(xiàn)平臺期，至運動結(jié)束后2 min皮膚溫度升至最高點（CAF運動實驗（36.20±0.44）℃ vs.對照運動實驗（36.32±0.53）℃，P＜0.05），見圖 1。

從安靜狀態(tài)至運動30 min，核心體溫在兩種實驗條件間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；從運動30 min至恢復(fù)期結(jié)束，對照運動實驗核心體溫高于CAF運動實驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。安靜期、運動開始14 min至運動結(jié)束和恢復(fù)期14～20 min，對照運動實驗，平均皮膚溫度均高于CAF運動實驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見圖1。

圖1 核心體溫與平均皮膚溫變化示意圖與對照運動實驗條件比較

2.2 兩種實驗條件間皮膚溫度差值變化比較

運動開始16～32 min對照運動實驗小腿皮膚溫度差值大于CAF運動實驗；運動開始36min至恢復(fù)期第15 min，CAF運動實驗小腿皮膚溫度差值大于對照運動實驗。運動18～33 min，對照運動實驗大腿皮膚溫度差值大于CAF運動實驗；恢復(fù)期3～20 min，CAF運動實驗大腿皮膚溫度差值大于對照運動實驗。安靜期0～20 min和運動開始17～38 min，對照運動實驗胸皮膚溫度差值均大于CAF運動實驗；安靜期21～60 min、運動開始0～16 min、運動開始39～40 min和恢復(fù)期20 min，CAF運動實驗胸皮膚溫度差值均大于對照運動實驗。安靜期022 min和運動開始第17 min至運動結(jié)束后2 min，對照運動實驗上臂皮膚溫度差值均大于CAF運動實驗；安靜期第24 min至運動開始16 min，CAF運動實驗上臂皮膚溫度差值大于對照運動實驗。以上差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），見圖2。

2.3 兩種實驗條件間唾液sIgA、LZM變化情況

CAF運動實驗與對照運動實驗中4個時間點唾液sIgA、LZM濃度差異有統(tǒng)計學(xué)意義（FsIgA=5.953，F(xiàn)LZM=10.621，均 P＜0.05；），時間和實驗條件之間無交互作用（FsIgA=2.567，F(xiàn)LZM=3.645，均 P＞0.05）；唾液 sIgA、LZM分泌率差異無統(tǒng)計學(xué)意義（FsIgA=1.598，F(xiàn)LZM=6.822，均 P＞0.05），時間和實驗條件之間無交互作用（FsIgA=2.703，F(xiàn)LZM=F=2.830，均 P＞0.05）。運動 20 min、運動后即刻，CAF運動實驗唾液LZM濃度和分泌率分別低于對照運動實驗相對應(yīng)時間點的水平，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.01）（表2）。

圖2 不同部位皮膚溫度差值變化示意圖與對照運動實驗條件比較

表2 CAF運動實驗與對照運動實驗條件sIgA、LZM變化

2.4 兩種實驗條件間心率和RPE變化比較

實驗全程對照運動實驗條件下心率均高于CAF運動實驗條件，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見圖3。在高溫耐力40 min運動過程中，兩種實驗條件下RPE值均呈升高狀態(tài)，CAF運動實驗在運動后10 min、20 min、30 min和40 min的 RPE值均低于對照運動實驗對應(yīng)時間點RPE值，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），見圖4。

3 討論

圖3 心率變化示意圖

圖4 RPE變化示意圖

人體在高溫環(huán)境運動時，散熱作用下降，體內(nèi)熱量大量積蓄，運動能力下降，甚至導(dǎo)致運動型中暑和熱衰竭等運動熱病的出現(xiàn)［15］，嚴重者危及生命［16］。本研究采用在環(huán)境溫度33℃、相對濕度65%的條件下口服6 mg/kg體重CAF進行有氧耐力運動。結(jié)果顯示，CAF運動實驗與對照運動實驗安靜期的核心體溫?zé)o顯著性差異；運動至30 min時，CAF運動實驗核心體溫的升高顯著低于對照運動實驗體溫升高，并且持續(xù)至恢復(fù)期結(jié)束，說明CAF在耐力運動后程能夠持續(xù)抑制核心體溫的升高。CAF是一種非選擇性腺苷受體拮抗劑，能夠通過血腦屏障，阻斷腺苷受體而增加腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺水平升高［17］，多巴胺能夠調(diào)控體溫調(diào)節(jié)中樞，具有促進散熱的功能［18］，維持能量平衡［19］。另外，本研究發(fā)現(xiàn)口服CAF可以降低有氧耐力運動員安靜狀態(tài)下的平均皮膚溫，使機體皮膚在運動過程中有更高的散熱上升空間，不至于引起皮溫增高而降低運動能力［20］。CAF運動實驗中，由于CAF作用使皮膚血流量降低，研究對象的上臂皮膚溫度、胸部皮膚溫度、大腿皮膚溫度、小腿皮膚溫度和平均皮膚溫度在運動20～30 min時出現(xiàn)上升趨勢緩慢的現(xiàn)象，并明顯低于對照運動實驗。CAF能夠提高交感神經(jīng)興奮性，增強血管收縮，避免血管舒張。另外，人體血管壁上的某些受體被CAF阻斷，致使機體的正常生理活動血管擴張所需的腺苷反應(yīng)程序受到干擾［6］，從而使皮膚血流量減少，抑制皮膚溫度升高。說明33℃的高溫環(huán)境口服6 mg/kg CAF趨于抑制運動中核心體溫升高，降低人體因體溫過高導(dǎo)致的危險，預(yù)防運動熱病的出現(xiàn)。但也有研究指出，口服9 mg/kg體重CAF對機體運動時熱平衡的影響是微乎其微的［21］。

CAF運動實驗和對照運動實驗，運動后即刻唾液sIgA濃度均高于同一實驗條件下運動前水平，說明高溫環(huán)境運動可以抑制人體黏膜免疫功能。但CAF運動實驗與對照運動實驗唾液中sIgA濃度對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且唾液sIgA分泌率在兩種實驗條件相對應(yīng)時間點間差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，提示CAF對唾液sIgA水平無影響。對11名耐力性運動員進行運動強度70%VO2peak持續(xù)時間90 min的自行車運動實驗顯示，未發(fā)現(xiàn)攝入CAF對sIgA濃度、分泌率有影響［22］，與本研究結(jié)果基本一致。LZM具有抗炎作用，是構(gòu)成機體非特異性免疫功能的因素之一。本研究結(jié)果顯示，運動后即刻唾液LZM濃度均高于同一實驗條件下運動前水平，說明機體在高溫環(huán)境下運動機體出現(xiàn)炎癥感染癥狀，促使巨噬細胞分泌大量LZM發(fā)揮抗炎殺菌作用，再可能與運動后機體出現(xiàn)免疫抑制狀態(tài)有關(guān)［23］。另外，本研究發(fā)現(xiàn)運動20 min、運動后即刻CAF運動實驗唾液LZM濃度和分泌率顯著低于對照組對應(yīng)時間點水平，或許說明CAF可以加速高溫環(huán)境運動后的免疫調(diào)節(jié)進程，使得白細胞吞噬能力加強，加速巨噬細胞從促炎階段轉(zhuǎn)變到抗炎階段，使LZM趨于安靜狀態(tài)，抑制機體炎癥反應(yīng)過程，提高機體運動狀態(tài)下的免疫功能［24］。

有研究指出，心率受人體體溫的影響，體溫每升高1℃，心率每min可增加12～18次［25］。本研究發(fā)現(xiàn)，整個實驗過程中CAF運動實驗條件下平均皮膚溫始終低于對照運動實驗條件，與心率變化趨勢相一致，說明口服CAF可以抑制體溫升高，從而減慢心率，維持運動能力。Anderson［26］等在環(huán)境溫度28℃時讓運動員服用CAF并做60 min功率自行車運動，發(fā)現(xiàn)CAF可以降低運動員的心率，但也有研究顯示20 km自行車計時賽前60 min攝入CAF對運動員心率無影響［27］；或者CAF可以增強交感神經(jīng)興奮性，使心率加快，因此口服CAF對安靜和運動時心率的影響尚需要在不同的環(huán)境溫度以及運動形式下進一步探究。本研究結(jié)果顯示，兩種實驗條件下隨著運動進程研究對象的RPE均呈上升趨勢，但CAF運動實驗中RPE上升趨勢平穩(wěn)、緩慢，說明高溫環(huán)境口服CAF能夠降低研究對象主觀感覺疲勞程度。通過對重劍運動員在運動訓(xùn)練中服用3 mg/kg體重CAF的實驗研究，發(fā)現(xiàn)CAF是通過對中樞系統(tǒng)和心率的影響來降低RPE。

4 結(jié)論

男性耐力項目運動員在高溫環(huán)境運動中口服6mg/kg體重CAF，能夠顯著延緩核心體溫和平均皮膚溫度升高幅度，尤其是運動后程的核心體溫飆升，防止運動熱損傷的出現(xiàn)，并且可以降低運動后唾液LZM水平，提高高溫環(huán)境耐力運動下的機體黏膜免疫機能。但不同環(huán)境溫度、不同劑量的CAF對運動中體溫調(diào)控的具體機制，以及唾液sIgA水平的影響，還有待進一步研究。

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責(zé)任編輯：郭長壽

Effect of Caffeine on Body Tem perature Regulation and Salivary Immunoglobulin A，Lysozyme for Endurance Athletes During Exercise in a High-tem perature Environment

ZHAO Zelin1，WANG Hongli2
（1.School of Social Sports of Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China；2.School of Exercise and Sport Science of Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

Purpose：to exam ine the effects of caffeine on body temperature regulation and the salivary secretory immunoglobulin A（sIgA）and lysozyme（LZM）in human during exercise in a high-temperature environmentw ith 33℃ and 65%relative humidity.Methods：Fourteenmale endurance collegiate players completed two trials on a cycle ergometer that pedaled at50%maximal workload for 40 m inutes at a cadence of 60rmp.Each subject drank sports drink（3m l/kg body mass）containing caffeine（6mg/kg body mass）in the caffeine exercise trial，while subject drank the same amount of sports drink in the controlexercise trial.During the experiments，rectum temperature（core body temperature），skin temperature were continuously measured.Saliva samples were collected at the points of 60m in before-exercise，before-exercise，exercise 20m in，and after-exercise.Salivary sIgA and LZM were determ ined.Results：The core body temperatures from the post-exercise 30 minutes to the end of recovery period in the caffeine exercise trialwere all lower than those in the control exercise trial（P＜0.05）.During the post-exercise 20 to 30 m inutes，the mean skin temperatures in the caffeine exercise trial were all lower than those in the control exercise trial（P＜0.05）.There were no significant differences in the level of sIgA at the different time points between caffeine exercise trial and control exercise trial（P＞0.05）.The level of LZM in exercise 20m in and after-exercise in the caffeine exercise trialwere significantly lower than those in the control exercise trial（P＜0.01）.Conclusions：Oral administration of caffeine could inhibit the increase in core body temperature and skin temperature，decreases the level of salivary LZM in athletes during exercise in the high-temperature environment.

high-temperature environment；caffeine；core body temperature；sIgA；lysozyme

G804.2

A

1004-0560（2017）04-0064-06

2017-04-12；

2017-05-16

遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項目（項目編號：L2014469）。

趙澤霖（1982—），男，講師，碩士，主要研究方向為大眾健身與體適能。