預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境下女大學(xué)生運(yùn)動(dòng)能力的影響

呂志輝

LYU Zhi-hui

●運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)●

預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境下女大學(xué)生運(yùn)動(dòng)能力的影響

呂志輝

LYU Zhi-hui

目的 探討預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境下女大學(xué)生運(yùn)動(dòng)能力的影響。方法 以15名女大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用自身對(duì)照的方法，對(duì)受試者進(jìn)行預(yù)冷干預(yù)，在高溫高濕環(huán)境下做遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，利用近紅外光譜技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)腦氧飽和度和肌氧飽和度，同時(shí)監(jiān)測(cè)心率（HR）、體表溫度（T）、運(yùn)動(dòng)總路程（S）、消耗能量（E）、主觀(guān)體力等級(jí)（RPE）指標(biāo)。結(jié)果 預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境中的T、HR、RPE、S、E等有顯著性影響（P<0.05）；而對(duì)腦氧飽和度和肌氧飽和度的影響沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。結(jié)論 高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)冷干預(yù)可以顯著降低運(yùn)動(dòng)前的T和HR，使運(yùn)動(dòng)過(guò)程中T和HR升高的速率變緩；高溫高濕環(huán)境中預(yù)冷干預(yù)可以減輕受試者的主觀(guān)疲勞程度；預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境運(yùn)動(dòng)時(shí)腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化并沒(méi)有影響；預(yù)冷干預(yù)可顯著提高高溫高濕環(huán)境下女大學(xué)生的運(yùn)動(dòng)能力。

預(yù)冷干預(yù)；高溫高濕環(huán)境；女大學(xué)生；氧飽和度；運(yùn)動(dòng)能力

高溫高濕環(huán)境是運(yùn)動(dòng)員和熱帶地區(qū)居民經(jīng)常遇到的一種不可避免的特殊環(huán)境，而在高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中的身體生理反應(yīng)一直以來(lái)是環(huán)境生理學(xué)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在運(yùn)動(dòng)人體生理學(xué)中高溫高濕環(huán)境常被定義為：通常溫度在35℃以上的生活環(huán)境和32℃以上的訓(xùn)練環(huán)境，并且空氣的相對(duì)濕度在60%以上［1］。研究表明，預(yù)冷可以有效降低運(yùn)動(dòng)前身體的核心溫度、提高熱儲(chǔ)備能力和運(yùn)動(dòng)能力，在高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用廣泛［2-4］。預(yù)冷方法包括冷空氣暴露、冷水浸泡、冰漿預(yù)冷、穿戴降溫服或冰背心、聯(lián)合預(yù)冷等。本研究旨在驗(yàn)證預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)能力的影響。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取15名吉林體育學(xué)院女大學(xué)生為受試對(duì)象，平均年齡為20.57±1.64歲，平均身高為162.46±3.81cm，平均體重為53.53±6.84kg。受試者身體健康，無(wú)四肢損傷和心血管疾病，要求受試者熟悉實(shí)驗(yàn)流程，并簽署知情同意書(shū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

預(yù)實(shí)驗(yàn)：確定實(shí)驗(yàn)負(fù)荷及環(huán)境艙高溫高濕環(huán)境；第1次實(shí)驗(yàn)：將受試者隨機(jī)編號(hào)1-15，測(cè)試15名大學(xué)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，作為空白組（blank group，BG）；第2次實(shí)驗(yàn)，按編號(hào)進(jìn)行分組以便于區(qū)分，將1-8號(hào)受試者作為實(shí)驗(yàn)組（experimental group EG），進(jìn)行預(yù)冷干預(yù)，7-15號(hào)受試者為對(duì)照組（control group，CG），無(wú)干預(yù)；第3次實(shí)驗(yàn)：采用交叉設(shè)計(jì)，7-15號(hào)預(yù)冷后進(jìn)行相同測(cè)試，1-8號(hào)不預(yù)冷進(jìn)行相同測(cè)試。每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間間隔7天。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

圖1 實(shí)驗(yàn)流程示意圖

預(yù)冷方案：實(shí)驗(yàn)前，預(yù)冷組經(jīng)冷空氣暴露（-5℃）15min后進(jìn)入環(huán)境艙，無(wú)干預(yù)組在進(jìn)艙前靜坐15min。同步測(cè)定受試者的HR、體表溫度；

環(huán)境艙溫度調(diào)試：本實(shí)驗(yàn)在某高校運(yùn)動(dòng)人體學(xué)院環(huán)境艙中進(jìn)行，環(huán)境艙溫度設(shè)定為38℃，相對(duì)濕度為60%；

遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)：功率自行車(chē)設(shè)為5級(jí)負(fù)荷，初始負(fù)荷為50W，固定轉(zhuǎn)速50rpm，隨后每5min遞增30W，每級(jí)負(fù)荷末測(cè)試前額溫度T及受試者RPE，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后記錄下運(yùn)動(dòng)總路程（S）及消耗總能量（E）。本研究為力竭實(shí)驗(yàn)，力竭的標(biāo)準(zhǔn)為：遞增運(yùn)動(dòng)過(guò)程中攝氧量達(dá)到峰值，即隨著負(fù)荷增加，攝氧量不變或上升幅度不超過(guò)5%；呼吸商≥1.10；實(shí)測(cè)心率接近或超過(guò)180b/m；同時(shí)受試者自我感覺(jué)疲乏，呼吸困難，RPE（主觀(guān)體力等級(jí)）達(dá)19級(jí)，且一再鼓勵(lì)下仍不能堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)，然后舉手示意停止運(yùn)動(dòng)。

需要說(shuō)明的是，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總路程與能耗取決于運(yùn)動(dòng)至力竭的時(shí)間，本研究為方便記錄、比較，統(tǒng)一在每級(jí)負(fù)荷末采集數(shù)據(jù)，如運(yùn)動(dòng)時(shí)間為24min，未完成5級(jí)負(fù)荷，則就近采集4級(jí)負(fù)荷末的數(shù)據(jù)，即顯示的是20min末的路程和能耗。因此，數(shù)據(jù)中的里程數(shù)與運(yùn)動(dòng)至力竭時(shí)的路程和能耗數(shù)會(huì)有所差異。

近紅外光譜測(cè)試：采用Moxy近紅外光肌氧檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)腦氧飽和度和肌氧飽和度。腦氧飽和度監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置于左側(cè)額頭處，沿額頭的解剖結(jié)構(gòu)水平放置；肌氧監(jiān)測(cè)時(shí)選擇蹬踏功率自行車(chē)訓(xùn)練時(shí)的主動(dòng)肌—股外側(cè)肌的肌腹中點(diǎn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將近紅外光測(cè)試系統(tǒng)放置于右側(cè)大腿股外側(cè)肌肌腹中部的縱向平面上，然后用彈力繃帶固定，松緊度適中，每次測(cè)試開(kāi)始約20s后出現(xiàn)穩(wěn)定值再開(kāi)始正式記錄。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)采集整理，SPSS20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，測(cè)試結(jié)果以（Mean±SD）表示，組間比較采用單因素方差分析，自身對(duì)照經(jīng)T檢驗(yàn)，顯著性差異為P<0.05，非常顯著性差異為P<0.01。

2 研究結(jié)果

2.1 不同組別運(yùn)動(dòng)過(guò)程中溫度和心率的指標(biāo)變化

如表1所示，EG組與CG組及BG組相比較，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)（50W）體表溫度有顯著性差異（P<0.05）；運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)（50W）及5min末（80W）心率存在顯著性差異（P<0.05）。

2.2 不同組別運(yùn)動(dòng)過(guò)程中RPE的對(duì)比結(jié)果

圖2 不同負(fù)荷等級(jí)末受試者的主觀(guān)感受。

圖2表明，EG組的RPE顯著低于CG組和BG組 （P<0.05）

2.3 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化

表2 腦氧和肌氧飽和度的變化情況

圖 3-a

圖 3-b

圖 3-c

表2為不同組別的腦氧和肌氧飽和度的變化情況，圖3中a、b、c分別為EG組、CG組和BG組的腦氧和肌氧飽和度的變化，由以上的數(shù)據(jù)可知，不同組別的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。

2.4 不同組別的運(yùn)動(dòng)里程和能量消耗情況

圖4

圖5

圖4和圖5顯示，通過(guò)對(duì)不同組別運(yùn)動(dòng)總里程和消耗總能量的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，EG組與CG，BG組相比具有顯著性差異（P<0.05）。

3 分析與討論

3.1 預(yù)冷干預(yù)與體表溫度

體溫是機(jī)體進(jìn)行熱調(diào)節(jié)反應(yīng)的重要生理學(xué)指標(biāo)。骨骼肌在運(yùn)動(dòng)時(shí)需要較大的血流量來(lái)運(yùn)輸氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在常溫下，心輸出量的80%將用于滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理需求。在濕熱環(huán)境中，血液循環(huán)和肌肉血流量會(huì)分配至調(diào)節(jié)體溫的部分，因此，體溫會(huì)隨著機(jī)體的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等比升高。一方面，濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)脫水會(huì)導(dǎo)致水分和電解質(zhì)大量丟失，進(jìn)而使血漿量、體表血流量減少，同時(shí)，濕熱環(huán)境影響汗液蒸發(fā)，使得機(jī)體散熱能力降低；綜上所述，體溫過(guò)高是導(dǎo)致濕熱環(huán)境下運(yùn)動(dòng)性疲勞、運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間短的關(guān)鍵因素［5］。

研究表明，高溫高濕環(huán)境下預(yù)冷干預(yù)可顯著降低體表溫度，這與 Castle［6］和 Marino［7］等研究結(jié)果一致。預(yù)冷的血液經(jīng)過(guò)循環(huán)，可以增加皮膚的熱儲(chǔ)備能力，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)前的水合作用，這可能是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中溫度升高過(guò)程緩慢的原因［8］。預(yù)冷后體溫的下降幅度與運(yùn)動(dòng)能力有一定的關(guān)系。如果預(yù)冷后溫度下降幅度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力的降低［9］。多數(shù)研究認(rèn)為，溫度下降幅度在1.5℃以?xún)?nèi)均有較好的效果。

3.2 預(yù)冷干預(yù)對(duì)HR與RPE的影響

研究顯示，高溫高濕環(huán)境下預(yù)冷干預(yù)可使受試者HR顯著降低。Sleivert等要求受試者在38min的熱身中用冰背心與不用冰背心完成5km全力跑，研究表明，在熱身期間使用冰背心比不用冰背心組HR低11次/min［10］。黃興等的研究也表明，在穩(wěn)定的環(huán)境條件下，預(yù)冷后運(yùn)動(dòng)期間的心率有降低的趨勢(shì)［11］。究其原因，Olschewski認(rèn)為預(yù)冷可降低心率的原因可能是由于皮膚溫度的改變，使得生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程速率的增加［12］；而B(niǎo)urdon等認(rèn)為心率降低的原因可能是靜脈壓的升高導(dǎo)致靜脈回流增加，提高了血液中氧的利用［13］。

RPE是評(píng)價(jià)受試對(duì)象維持運(yùn)動(dòng)主觀(guān)動(dòng)機(jī)能力的一項(xiàng)指標(biāo)。RPE的6-20級(jí)別反映了遞增強(qiáng)度過(guò)程中心率的變化。與常溫環(huán)境相比，高溫高溫環(huán)境下維持相同的強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)RPE級(jí)別會(huì)隨HR的升高而增加［14］。受試者在精疲力竭時(shí)，自我感覺(jué)腿部沉重，頭部很熱，PRE可達(dá)到19-20級(jí)［15］。

有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，環(huán)境溫度的升高時(shí)，運(yùn)動(dòng)員腿部血流量并不減少，而且肌肉中乳酸和鉀的濃度也并未升高到足以令運(yùn)動(dòng)員精疲力竭的程度，肌糖原的消耗也不是造成RPE升高的主要原因［16］。以上的分析認(rèn)為，在高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)，體溫的持續(xù)升高可能是RPE升高的關(guān)鍵性因素。本研究中預(yù)冷干預(yù)對(duì)RPE的影響與體表溫度的變化趨勢(shì)有較高的相似度，這也印證了以往的觀(guān)點(diǎn)。

3.3 預(yù)冷干預(yù)對(duì)腦氧飽和度的影響

腦氧飽和度是腦組織中各種微血管血氧飽和度的加權(quán)平均值，其反映了受試者腦灰質(zhì)中的血氧飽和度［17］。當(dāng)機(jī)體體溫過(guò)高時(shí)，大腦往往最易受到損害，Nybo等關(guān)于對(duì)熱環(huán)境下動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)的體液循環(huán)和體溫調(diào)節(jié)的研究顯示，熱作用將引起神經(jīng)活動(dòng)衰減，肌力下降［18］。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著負(fù)荷等級(jí)的增加腦氧飽和度的變化幅度不大，徐飛等［19］人認(rèn)為中小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)腦氧飽和度變化不大，兩者結(jié)果具有一致，原因可能是因?yàn)槟X內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)自主調(diào)節(jié)機(jī)制保證了腦血流量和腦容量的穩(wěn)定。不少研究認(rèn)為［17，19，20］，腦氧飽和度會(huì)隨運(yùn) 動(dòng)強(qiáng)度地遞增而逐漸降低，一方面，體溫過(guò)高會(huì)引起大腦血液供應(yīng)減少，腦血流量的下降在很大程度上與換氣過(guò)度誘發(fā)的動(dòng)脈CO2分壓的降低有關(guān)；另一方面，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致心輸出量和動(dòng)脈血壓大幅度下降，從而導(dǎo)致腦血流灌注率下降。

3.4 預(yù)冷干預(yù)與肌氧飽和度

本研究結(jié)果顯示，遞增強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)肌氧飽和度隨運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的遞增呈階梯狀下降的趨勢(shì)。即負(fù)荷較低時(shí)，肌氧飽和度先下降隨后保持平衡；負(fù)荷較高時(shí)，肌氧飽和度出現(xiàn)大幅度下降；而隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)結(jié)束前，肌氧飽和度變化幅度不大，基本保持穩(wěn)定。

運(yùn)動(dòng)開(kāi)始階段肌肉氧飽和度下降可能是由于運(yùn)動(dòng)開(kāi)始階段肌肉強(qiáng)烈收縮使血管受到擠壓引起肌肉組織內(nèi)血流量減少所致；而隨后血氧飽和度的恢復(fù)較為合理的解釋可能是由于氧運(yùn)輸系統(tǒng)主要依賴(lài)于肌肉中發(fā)達(dá)的毛細(xì)血管網(wǎng)將O2和能源物質(zhì)補(bǔ)充于肌肉中，同時(shí)排除運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的CO2和乳酸，從而使肌肉中養(yǎng)得運(yùn)輸和消耗重新建立了新的平衡［21］。 遞增負(fù)荷過(guò)程中肌氧飽和度下降可能由以下原因引起［22］：機(jī)體溫度升高；能量代謝加快，產(chǎn)生了大量的CO2，使得局部CO2分壓升高；短時(shí)間內(nèi)糖酵解產(chǎn)生的乳酸使pH值降低，2，3-DPG增加。這些因素都使得肌組織中HbO2解離速度加快，造成肌氧飽和度下降。 運(yùn)動(dòng)后期肌氧飽和度不再下降可能是由于運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，血液循環(huán)加快，伴隨著心跳加快以及毛細(xì)血管開(kāi)放程度加大，肌肉血流量上升而血氧的供應(yīng)量相對(duì)加強(qiáng)，使運(yùn)動(dòng)中氧的消耗與供應(yīng)趨于相對(duì)平衡所致［23］。

3.5 預(yù)冷干預(yù)對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響

本研究的結(jié)果證實(shí)，高溫高濕環(huán)境下預(yù)冷干預(yù)可以顯著增加運(yùn)動(dòng)總里程，消耗更多的能量，進(jìn)一步反映了運(yùn)動(dòng)能力的提高。Carly等［24］對(duì)12名自行車(chē)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)在環(huán)境溫度35℃濕度60%，運(yùn)動(dòng)形式為70min的間歇性重復(fù)沖刺運(yùn)動(dòng)，研究結(jié)果表明采用預(yù)冷干預(yù)明顯提高運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力。這與本研究的結(jié)果相符。本研究認(rèn)為關(guān)于預(yù)冷提高運(yùn)動(dòng)能力的原因是諸多因素的綜合結(jié)果。首先體表溫度的相對(duì)較低，減輕了體溫過(guò)高對(duì)大腦中樞疲勞的影響，使得中樞神經(jīng)能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的工作；較低的體溫可以一定程度上為維持長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)節(jié)省能量的消耗，保持較好的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；而且由于運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)心率較低，較高得心率儲(chǔ)備也是提高運(yùn)動(dòng)能力的原因之一；此外，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受試者較低的RPE也有助于運(yùn)動(dòng)過(guò)程的持續(xù)。

4 結(jié)論

1）高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)冷干預(yù)可以顯著降低運(yùn)動(dòng)前的體表溫度和HR，使運(yùn)動(dòng)過(guò)程中體表溫度和心率升高的速率變緩。2）高溫高濕環(huán)境中預(yù)冷干預(yù)可以減輕受試者的主觀(guān)疲勞程度。3）預(yù)冷干預(yù)對(duì)高溫高濕環(huán)境運(yùn)動(dòng)時(shí)腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化沒(méi)有影響。4）預(yù)冷干預(yù)可顯著提高高溫高濕環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)能力。

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Effect of Pre-cooling Intervention on Female College Students in High Temperature and High Humidity Environment

Objective To explore the effect of pre-cooling intervention on high temperature and high humidity environment for female college students'sport ability.Methods Fifteen female college students were selected as experimental subjects，measured by self control method.The subjects were pre-cooled and did graded exercise testing under high temperature and high humidity environment.Cerebral oxygen saturation and muscle oxygen saturation was continuously monitored by Near Infrared Spectroscopy Instrument，and heart rate （HR）， body surface temperature （T）， movement distance （S）， energy consumption （E） and subjective physical level index （RPE） was monitored as well.Results The pre-cooling intervention had significant influence on T，HR，RPE，S and E index （P<0.05），but there was no significant difference in cerebral oxygen saturation and the muscle oxygen saturation （P>0.05）.Conclusion 1） Pre-cooling intervention can significantly reduce the T and HR before exercise and slow the increasing rate of the T and HR during exercise;2） In this kind of environment， pre-cooling intervention can reduce the subjective fatigue degree of subjects;3）pre-cooling intervention has no effect on cerebral oxygen saturation and muscle oxygen saturation during exercise under high temperature and high humidity environment;4）The pre-cooling intervention can significantly improve the exercise capacity of female students under high temperature and humidity environment.

Pre-cooling； High temperature and high humidity environment； Female students； Oxygen saturation；Exercise capacity

G807.4

A

1003-983X（2017）09-0771-05

2017-06-23

呂志輝（1990～），男，河北邯鄲人，在讀碩士，研究方向：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué).

吉林體育學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春，130022

Jilin Sport UniversityChangchun 130022China