亞高原環(huán)境下體育活動對人體衰老過程中生理機能的影響*

張 健 甘春龍,2

亞高原環(huán)境下體育活動對人體衰老過程中生理機能的影響*

張 健1甘春龍1,2

（1.貴州省體育科學研究所，貴州 貴陽 550007；2.廣西師范大學 體育與健康學院，廣西 桂林 541006）

文章分析歸納衰老和亞高原環(huán)境對人體生理機能產生的影響，探究亞高原環(huán)境下進行體育活動的作用和意義，認為在亞高原環(huán)境下進行體育活動具有非常重要的意義，有助于提升人體生理機能，延緩衰老，促進身體健康，提升生活質量。

亞高原；體育活動；衰老；生理機能

根據世衛(wèi)組織對人的年齡界限的劃分，44歲以下為青年人，45-59歲為中年人，60歲以上為老年人。隨著年齡的增長，人體各組織器官的衰退不可避免，尤其是在步入中年以后，衰老進程加快，這種變化在進入老年后會表現(xiàn)得更加明顯，并伴隨有生理機能的退行性改變，具體表現(xiàn)為新陳代謝減慢，適應性和免疫力下降，高血壓、冠心病、肥胖癥等疾病發(fā)病率上升。適宜的體育活動有助于提升人體生理機能，增強抵抗力，預防疾病，可以在一定程度上緩解衰老所帶來的健康問題。

亞高原作為一種介于平原和高原的特殊環(huán)境，在氧濃度、濕度、晝夜溫差、紫外線強度等方面具有特異性，亞高原環(huán)境對人體機能會產生一定的影響，體育活動對人體生理機能可以產生積極效應[1]。本文從生理學角度分析了衰老和亞高原環(huán)境對人體生理機能產生的影響以及亞高原條件下體育活動對人體生理機能的重要意義，旨在為亞高原環(huán)境下進行體育活動提供理論依據。

1 衰老對人體的影響

衰老會影響人體的不同組織器官，包括肌肉組織、呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等，引起結構和功能的退行性變化。肌肉是人體最先開始衰老的器官，隨著年齡的增長，肌肉力量下降與肌肉量流失會越來越嚴重，并嚴重影響人體身體健康與生活質量。人體肌肉力量在20歲前會隨著年齡的增長而增長，在20-30歲之間逐漸達到峰值，在30-50歲之間肌肉力量維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在50歲之后肌肉力量則隨著年齡的增長而下降，并以每十年12-15%速率下降[2]，自50歲到80歲人體肌肉力量的下降總幅度達到30%，且四肢力量的下降更為突出[3]。人體的基礎代謝率也會隨著年齡的增長而下降，與中年人相比，老年人的基礎代謝率下降約15%至20%[4]。此外合成代謝的降低，分解代謝的增高，也會使新陳代謝失衡，引起組織器官功能的下降，導致身體脂肪組織相對增加，從而引發(fā)肥胖癥，影響健康和壽命。

人體的呼吸系統(tǒng)到20歲左右時才發(fā)育成熟，之后呼吸系統(tǒng)生理結構便會隨著年齡的增長而逐漸出現(xiàn)退行性改變，而功能狀態(tài)在20-25歲時達到最佳，之后開始隨衰老而下降[5]。隨著呼吸系統(tǒng)結構與功能隨增齡發(fā)生退行性改變，老年人更容易發(fā)生支氣管哮喘、慢性阻塞性肺病、肺部感染等呼吸系統(tǒng)疾病及其它并發(fā)癥[6]。衰老同時也是心血管疾病誘發(fā)的一個重要危險因素，即使沒有其它危險因素，衰老也會引起血管結構和功能的變化，已有明確證據表明健康人的血管隨年齡的增長發(fā)生變化[7]，其中一個顯著變化是彈性動脈擴張性的降低以及血管僵硬度的增加，對血壓的調節(jié)能力下降，最終導致高血壓[8]，此外衰老還會引發(fā)冠心病、血脂異常等常見心血管問題。

免疫力作為機體抵抗力的標志，是反映身體體質的代表性指標之一。人體隨著年齡的增長，機體免疫功能下降，導致人體對感染性疾病的防御能力、抗腫瘤能力、清除衰老細胞能力下降。石泉貴等人[9]通過對比高原健康老人與同地區(qū)青壯年的紅細胞免疫功能及其調節(jié)因子的變化發(fā)現(xiàn)，老年人紅細胞免疫功能下降及調控系統(tǒng)失調。

綜上所述，人體各組織器官會隨衰老過程而出現(xiàn)不同程度的生理機能的退行性改變，引發(fā)新陳代謝減慢、呼吸機能衰退、血脂異常、免疫力下降等問題，嚴重影響著人體健康與生活質量。

2 亞高原環(huán)境對人體的影響

我國國土幅員遼闊，陸地面積約960萬平方千米，地勢西高東低呈階梯狀分布，主要包括有山地、高原、盆地、平原和丘陵五種基本地形。其中，亞高原分布比較廣泛，主要分布在貴州、四川、云南、青海等西部省份的部分地區(qū)。亞高原環(huán)境具有氧分壓、氣壓較平原地區(qū)低，同時在低溫、溫差變化、紫外線輻射等方面不如高原環(huán)境明顯的特點。對于高原的定義，地理學將海拔在500m以上且地面平緩的高地定義為高原[10]。在醫(yī)學上，使人體產生明顯生物學效應的海拔3000m以上的地域被劃分為高原。在競技體育中，按海拔高度進行劃分，可以將競技訓練基地類型分為平原訓練基地、亞高原訓練基地和高原訓練基地。但是目前對于亞高原的定義卻各有不同，并且劃分標準不一致。從訓練學的角度出發(fā)，俄羅斯國家長跑主教練蘇斯洛夫將宜高原訓練的海拔高度劃分為三個層次：3000m及以上海拔劃分為高等高度，在1200-2500m之間海拔劃分為中等高度，在1200m及以下海拔劃分為低高度[11]。而我國學者趙晉通過綜合分析，認為應將海拔500-1500m之間的地域劃分為亞高原[12]。

亞高原環(huán)境對人體的影響涉及多方面因素，其中低氣壓、低氧、低溫、低濕、太陽輻射等因素往往會綜合作用于人體，而低氧是其中最顯著的影響因素。隨海拔升高，大氣壓與氧分壓隨之下降，人體在亞高原環(huán)境下會處于輕度缺氧的狀態(tài)。通過習服—適應的調節(jié)過程，亞高原環(huán)境能調動人體生理機能，改變機體生理結構和功能，對機體產生一定影響[13]。

2.1 對新陳代謝及體成分的影響

關于亞高原環(huán)境對人體的影響，目前研究較多的是關于低氧引起的體成分和新陳代謝變化，有直接證據，例如直接觀察到世居平原的人進入低氧環(huán)境后體重出現(xiàn)下降、攝入食量減少、基礎代謝率升高[14]；也有間接證據，例如通過瘦素等生化指標變化[15]，間接推斷機體能量攝入減少；通過與常氧條件下相比通過血漿自由脂肪酸靜息水平基礎值升高、機體動員和利用自由脂肪酸增加，推論脂肪分解代謝增強[16]；通過調節(jié)蛋白質相關基因表達，或生長激素、睪酮等激素變化，推論機體分解代謝增強或合成代謝抑制。

國內外研究表明，體重減輕是低氧反應與適應的典型特征之一[17]。高山登山者[18]、進行高原訓練的運動員[19]、低氧暴露或低氧訓練[20]均會引起人體體重的下降。Jacopo等人[21]對不同海拔出生的新生兒進行了對比，發(fā)現(xiàn)2000m以上海拔出生的新生兒體重明顯偏低，在2000-4500m海拔之間新生兒體重與海拔成反比，并且與社會經濟等其它因素無關。低氧環(huán)境下體重的下降與新陳代謝有著一定的聯(lián)系。在低氧條件下，基礎代謝率增加，物質消耗隨之增加，能量代謝處于負平衡狀態(tài)。低氧適應對糖、蛋白質和脂肪代謝均有影響，尤其對蛋白質代謝有顯著影響。在低氧條件下，蛋白質的合成代謝弱于分解代謝，機體處于負氮平衡[22]。唐舒寧等人[23]的研究也顯示，低氧環(huán)境下大鼠骨骼肌蛋白質分解相關基因表達增加，合成相關基因表達減少，導致大鼠骨骼肌蛋白質分解代謝大于合成代謝，肌肉萎縮，肌肉橫截面積減小，體重下降，且與攝入食量減少無明顯關系。

2.2 對呼吸機能的影響

當機體處于亞高原環(huán)境時，呼吸中樞受到刺激，肺通氣量增大，且肺通氣量的增加與海拔高度呈正比。亞高原大氣壓和單位體積氣體氧含量相較于平原均偏低，因此在亞高原需要吸入更多的空氣，才能供給機體所需的氧。盡管亞高原下空氣密度相對較低，能減小氣體在呼吸道內輸送時的阻力，在呼吸幅度相同情況下，機體可以做更少的功吸入相同氣量。但為了滿足人體對氧的需求，人體還需加大呼吸幅度，加快呼吸頻率，獲取更多的空氣，因此在亞高原環(huán)境下需要消耗更多的能量來獲取氧。此外，在亞高原低氧刺激下，機體呼吸系統(tǒng)會發(fā)生一系列的應激反應，結構和功能隨之變化，肺部變化主要表現(xiàn)為血管床橫斷面積減小、微血管丟失等[24]，使得肺部血管重塑，形成低氧性肺動脈高壓。

2.3 對心細血管機能的影響

亞高原環(huán)境對心細血管機能也會產生一定影響，由于氣壓和氧含量的下降，機體動脈氧分壓和血氧飽和度也隨之下降，刺激交感神經，加快心率，增加心輸出量，提升攝氧能力，滿足機體對氧的需求。低氧還會刺激EPO（促紅細胞生成素）分泌的增加，促進機體血紅細胞的生成，有助于提升機體的有氧能力。機體在亞高原的低氧、低壓、低濕、強光照的環(huán)境下，還會導致機體內一部分水分的流失。紅細胞數量的增多和體液的流失都會導致機體血液發(fā)生濃縮現(xiàn)象，血流阻力增加，加大心臟負荷。正常人從平原在進入亞高原數天后，心率會逐漸下降至正常水平，并且安靜心率相較于上亞高原之前有所下降[25]，這是心血管系統(tǒng)對低氧環(huán)境適應的表現(xiàn)之一，同時也表明心率儲備有所增加。

2.4 對免疫機能的影響

作為反映免疫機能水平高低的免疫球蛋白（Ig），有抵抗病原體、微生物和毒素的作用，常作為機體免疫功能的重要評價指標之一。楊玉英[26]通過對比平原地區(qū)和高原不同海拔地區(qū)（2260m和3800m）的兒童、青少年及成人的血清IgA、IgM、IgG含量，發(fā)現(xiàn)中等海拔（2260m）會引起血清IgA和IgG含量升高，而高海拔地區(qū)（3800m）會引起血清IgA、IgG含量下降，IgM含量顯著升高，說明不同海拔高度對機體免疫狀態(tài)的影響是不同的，適宜的海拔高度可使免疫球蛋白升高，而過高的海拔高度則會使免疫球蛋白下降。

3 亞高原體育活動對人體生理機能的影響

在亞高原輕度缺氧的環(huán)境下進行體育活動，其身體負荷原理是，人體處在運動缺氧和環(huán)境缺氧的雙重缺氧狀態(tài)，在一定程度上能提高機體耐受缺氧的能力，呼吸機能、心血管機能、免疫機能、新陳代謝均得到改善，提升人體的生理機能水平，有健身和緩解衰老的作用。與高原地區(qū)相比，在亞高原進行體育活動可以避免重度缺氧以及強紫外線、空氣干燥等一系列惡劣條件對機體造成的負面影響。研究顯示，適宜的低氧運動可以改善高血壓、高血脂和高膽固醇等生理異常，用于治療高血壓、糖尿病、心臟病等常見慢性疾病[27-30]，為人們進行亞高原體育活動，尤其是老年人，提供了科學依據。

3.1 對體成分及新陳代謝的影響

骨骼肌橫斷面直接反映了骨骼肌的體積大小，因此骨骼肌力量素質與橫斷面積的關系非常密切。P.Cerretelli[31]對登山運動員大腿中部CT數據進行分析發(fā)現(xiàn)，低氧環(huán)境力量訓練導致骨骼肌肥大的程度明顯低于平原訓練，并且通過對比運動員登山前后的大腿肌肉橫斷面積，登山后運動員大腿肌肉橫斷面積減少了10%，分析發(fā)現(xiàn)是由于肌原纖維收縮蛋白分解代謝增強，合成代謝減弱，肌原纖維收縮蛋白大量降解，導致肌纖維變細，肌肉橫斷面積減少。研究還發(fā)現(xiàn)，肌細胞中線粒體的體積密度雖然減少了20%，但是毛細血管密度卻有所增加。由此可見，低氧訓練會通過新陳代謝對骨骼肌結構產生一定的影響。通過對進行高原、亞高原訓練的世居亞高原運動員的骨骼肌橫斷面積進行測量[32]，發(fā)現(xiàn)高原組男子股四頭肌橫斷面積明顯減小，而高原組女子、亞高原組男子和女子的股四頭肌橫斷面積均無明顯變化，分析結果表明高原組男子股四頭肌橫斷面積下降的原因是絕對訓練負荷減小，與肌肉出現(xiàn)退行性變化有關，同時也表明體育訓練能在一定程度上緩解亞高原/低氧引起的肌肉退行性變化。低氧訓練對脂肪代謝更加顯著，能加速脂肪分解，促進脂肪動員和氧化，脂肪貯量減少[25]。因此，亞高原下進行適度體育活動，在減脂的同時還可以有效預防瘦體重的下降。

3.2 對呼吸機能的影響

在亞高原環(huán)境下進行體育活動，由于空氣中氧分壓降低，機體的呼吸效率也隨之降低，而體育活動會增加人體的耗氧量，讓人體處于雙重缺氧狀態(tài)，加大了對呼吸中樞的刺激，呼吸深度加深，呼吸頻率加快，呼吸效率提高，提升機體的攝氧量，緩解機體相對缺氧狀態(tài)。Berezovskii等人[33]研究表明，經過間歇性低氧訓練后，受試者的最大肺通氣量/肺活量比值和最大通氣量/潮氣量比值均顯著提高，可見低氧訓練能提升呼吸效率，由此推論亞高原體育活動對呼吸系統(tǒng)具有積極影響。

3.3 對心血管機能的影響

低氧適應對心血管系統(tǒng)結構和功能會產生顯著影響，能引起毛細血管密度增加[34]，紅細胞數量（RBC）和血紅蛋白含量（Hb）增多[35]，心臟抗缺氧能力增強，對心血管機能具有顯著的改善作用。國際上對低氧訓練時的RBC和Hb變化研究較為集中，研究結果也比較一致，即低氧訓練可以提高機體的RBC和Hb值。RBC的增加意味著機體運送氧能力的增加，表明機體有氧能力的增強。目前，對Hb的數據指標均是采用Hb的相對值，因此有研究認為要綜合考慮低氧訓練期間的體重和血量的變化，Hb、RBC值的增多可能是機體脫水、血漿容量減少造成的。通過對普通健康人經過4周低氧訓練的研究，Haufe等人[36]發(fā)現(xiàn)對心血管和代謝危險因子的改善效果要優(yōu)于常氧訓練。Korkushko等人[37]研究45名進行間歇性低氧訓練的冠狀動脈疾病老年患者發(fā)現(xiàn)，間歇性低氧訓練可使血脂水平回復正常，減少心絞痛的發(fā)生，緩解心肌缺血情況。

3.4 對免疫機能的影響

大量研究發(fā)現(xiàn)，大強度運動會降低血清免疫球蛋白的含量，降低機體免疫力[38]，小強度的運動對血清免疫球蛋白影響不大，而中等強度的有氧運動能提高血清免疫球蛋白的含量，從而提高機體免疫力[39]。通過對比常氧和低氧兩種氧環(huán)境，翠玉玲[40]的研究結果表明，低氧環(huán)境下經過長期中等強度訓練后血液中游離的單核細胞數量會多于常氧環(huán)境，免疫細胞吞噬能力增強，但是經過長期高強度訓練后機體受病原體侵入的機會會大大增加，使免疫機能受到抑制。通過觀察國家舉重隊4周亞高原訓練過程中的免疫變化，趙鵬[41]發(fā)現(xiàn)亞高原訓練1周后白細胞計數（WBC）明顯下降，下到平原1周后WBC仍未能恢復到高上亞高原水平；并且與平原訓練組對比，亞高原訓練組WBC偏低，分析認為亞高原訓練對優(yōu)秀舉重運動員免疫能力有一定抑制作用。高歡等人[42]研究發(fā)現(xiàn)，在運動強度較大的賽前高原訓練中，訓練的1周后白細胞計數（WBC）和淋巴細胞計數均有所下降2-3周，而在運動強度較低的高原訓練中WBC基本維持穩(wěn)定狀態(tài)。通過上述研究可以看出，低氧訓練對人體免疫機能的影響較為復雜，訓練強度是重要因素之一，提示亞高原體育活動時要控制好運動強度。

4 展望與思考

通過以上分析可以看出，亞高原環(huán)境下進行體育活動具有重要意義，能減輕衰老和亞高原環(huán)境對人體生理機能產生的負面影響。在以往的研究中，亞高原體育活動的研究對象主要是專業(yè)運動員這一特殊群體，而針對大眾人群的研究較少。因此，如何在避免在亞高原環(huán)境下體育活動對人體造成過大負擔的前提下，把握好運動方式、運動強度和運動量，讓大眾人群進行科學化體育鍛煉，達到最佳的鍛煉效果，是今后研究中需要解決的問題。

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On the Influence of Sports Activity in SubPlateau on Physical Function in Aging

ZHANG Jian, etal.

(Guizhou Institute of Sports Science, Guiyang 550007, Guizhou, China)

貴州省基礎研究計劃（黔科合基礎[2018]1106）：亞高原地區(qū)老年人健身走能量消耗特征研究。

張健（1991—），碩士，研究實習員，研究方向：運動生理生化監(jiān)控。

甘春龍（1983—），碩士，副研究員，研究方向：高原訓練和運動生理生化監(jiān)控。