高溫環(huán)境與熱習(xí)服實(shí)施策略探析

趙寒治 韓滿朝 趙鳳雛 杜紅光

（中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)系軍事體育教研室 江蘇 南京 211101）

1、高溫環(huán)境

在運(yùn)動(dòng)人體生理學(xué)中高溫環(huán)境通常指的是生活的環(huán)境溫度超過35℃，或者運(yùn)動(dòng)和勞動(dòng)溫度超過32℃且相對(duì)濕度超過60%的情況。綜合反應(yīng)氣溫、濕度情況的指標(biāo)通常用濕黑球溫度指數(shù)（WBGT）表示，該指數(shù)適應(yīng)于室外炎熱環(huán)境，考慮空氣溫度、濕度、太陽輻射和空氣運(yùn)動(dòng)的影響，由美國(guó)軍隊(duì)?wèi){經(jīng)驗(yàn)發(fā)展而來并被美國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中進(jìn)行推廣。WBGT在評(píng)價(jià)戶外作業(yè)熱環(huán)境時(shí)應(yīng)用廣泛，并被不同運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)所采納，作為比賽預(yù)警的重要指標(biāo)。高溫環(huán)境是運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練、比賽中經(jīng)常遇到的客觀因素，如夏季奧運(yùn)會(huì)、國(guó)際足聯(lián)世界杯等也都在夏季月份舉行，參賽運(yùn)動(dòng)員通常會(huì)不同程度上受到高溫環(huán)境的影響。

2、高溫環(huán)境對(duì)機(jī)體的不利影響

2.1、生理心理方面

高溫環(huán)境會(huì)對(duì)機(jī)體的熱平衡、體液平衡、電解質(zhì)平衡、能量代謝、主觀努力感等產(chǎn)生影響，并會(huì)對(duì)機(jī)體的各系統(tǒng)、器官的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。例如，通常情況下，人體想要保持熱交換平衡，則需要保證機(jī)體產(chǎn)熱、散熱平衡性，以確保機(jī)體可以正常進(jìn)行新陳代謝和完成各項(xiàng)生理功能。通常機(jī)體產(chǎn)熱和散熱的平衡性是通過熱交換來保持的，當(dāng)機(jī)體與環(huán)境之間的溫差較大時(shí)則有助于代謝熱的散發(fā)，但隨著體溫與環(huán)境之間的溫差變小，散熱能力減弱，就會(huì)存儲(chǔ)更多的代謝熱，因此體溫升高。其形式主要包括傳導(dǎo)、輻射、蒸發(fā)和對(duì)流四種，如果機(jī)體處于高溫環(huán)境中，則主要通過汗液蒸發(fā)方式來散熱，當(dāng)空氣濕度加大時(shí)則不利于排汗。運(yùn)動(dòng)員在高溫環(huán)境下進(jìn)行持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的訓(xùn)練和比賽時(shí)，機(jī)體對(duì)水的需求量甚至可達(dá)10-15L/天。研究表明，人體如果在熱環(huán)境中丟失的水分達(dá)到體重的2%，則會(huì)大大降低機(jī)體的有氧能力，主觀努力感也隨之大幅提升。持續(xù)時(shí)間在7分鐘左右的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的參賽運(yùn)動(dòng)員在脫水達(dá)體重的2.5%時(shí)，其運(yùn)動(dòng)能力可能下降45%左右。此外，還有研究指出，高溫環(huán)境可對(duì)機(jī)體的心腦血管系統(tǒng)、消耗系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

2.2、運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)方面

研究表明，高溫環(huán)境不僅會(huì)對(duì)人體生理、心理有明顯的影響，而且機(jī)體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)也與氣溫變化有著密切關(guān)系，盡管機(jī)體在運(yùn)動(dòng)過程中沒有體驗(yàn)。如圖1馬拉松比賽的理想空氣溫度約為12℃，或WBGT為8℃的相對(duì)涼爽的環(huán)境。氣溫略高于12℃時(shí)會(huì)導(dǎo)致精英和業(yè)余跑步者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)逐漸下降，其中，業(yè)余跑步運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降幅度相對(duì)更大。除運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)變量外，事實(shí)證明，隨著環(huán)境條件的小幅升高，WBGT大于13℃時(shí)，包括勞累性熱相關(guān)疾病在內(nèi)的醫(yī)療遭遇次數(shù)也會(huì)增加。高溫環(huán)境會(huì)給運(yùn)動(dòng)或訓(xùn)練帶來許多不利的影響，不僅會(huì)對(duì)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力造成各種不同程度的影響，而且會(huì)引起各種疾病，甚至致死。研究表明，高溫會(huì)嚴(yán)重阻礙機(jī)體散熱，體溫過高和脫水都顯著影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，特別是對(duì)于那些持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，隨著氣溫的升高和完賽時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)遞減率顯著提高，見圖1。實(shí)驗(yàn)室條件的濕球溫度通常為32.2℃或更高，盡管運(yùn)動(dòng)員通常不會(huì)在與實(shí)驗(yàn)室條件相匹配的環(huán)境溫度中比賽。但是，有充分的證據(jù)表明，即使是遠(yuǎn)低于比賽取消的WBGT標(biāo)準(zhǔn)仍將對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)產(chǎn)生深遠(yuǎn)而有害的影響。因此，近年來，關(guān)于高溫環(huán)境中的熱應(yīng)激研究和熱習(xí)服訓(xùn)練實(shí)踐研究如雨后春筍，并日趨多元和深化，在指導(dǎo)高溫環(huán)境中訓(xùn)練方面發(fā)揮了積極作用。

圖1 濕黑球溫度（WBGT）對(duì)馬拉松比賽完成時(shí)間和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響

3、熱應(yīng)激的基本生理表現(xiàn)

熱應(yīng)激是指機(jī)體對(duì)熱環(huán)境全身性、綜合性生理反應(yīng)，是高溫環(huán)境中運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降和過早疲勞的主要原因。眾多研究指出，熱應(yīng)激似乎涉及心血管、肌肉、中樞神經(jīng)等之間的復(fù)雜相互作用，然而，就高溫作用下的基本生理表現(xiàn)而言，熱應(yīng)激的生理表現(xiàn)應(yīng)包括核心溫度和皮膚溫度升高、皮膚血液流動(dòng)增加、汗液流失增加三個(gè)方面。

3.1、核心、皮膚溫度升高

核心溫度是指人體胸腔、腹腔和中樞神經(jīng)的溫度，也就是身體內(nèi)部的溫度，較皮膚溫度高。隨著人體代謝率的提高核心溫度也會(huì)一定程度的升高，其主要取決于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，如步行和跑步中人體的代謝率會(huì)不同，對(duì)應(yīng)的核心溫度提高程度也不同。多項(xiàng)研究支持核心溫度升高會(huì)導(dǎo)致耐熱性或工作能力下降，其中，在核心溫度為40℃時(shí)可發(fā)生熱應(yīng)激疲勞。因此，核心溫度達(dá)到40℃可能是預(yù)防輕度中暑和重度中暑的制動(dòng)器或至少標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)逐漸下降。在8km測(cè)試賽中，高水平跑步運(yùn)動(dòng)員分別在WBGT為13℃的涼爽環(huán)境和WBGT為27℃的常溫環(huán)境下跑步，并且連續(xù)監(jiān)測(cè)其直腸溫度、皮膚溫度和心率。完成試驗(yàn)后，核心溫度在常溫環(huán)境中略高，比涼爽環(huán)境中高0.5℃，而在常溫環(huán)境中皮膚溫度則更高，比涼爽環(huán)境中高4℃。同時(shí)，涼爽環(huán)境中運(yùn)動(dòng)員的平均速度比其個(gè)人最好成績(jī)慢1.5%，而在常溫環(huán)境中則慢7.9%。因此，核心溫度和皮膚溫度被認(rèn)為高溫環(huán)境中運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降的主要因素，并且隨著核心溫度和皮膚溫度的趨同，熱疲勞會(huì)發(fā)生，從而縮小了與環(huán)境進(jìn)行熱交換的溫度梯度。

3.2、皮膚血液流動(dòng)增加

在涼爽的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)，自主神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)收縮皮膚上的血管，同時(shí)將血液重新分配到活動(dòng)的骨骼肌。然而，當(dāng)在溫?zé)岬沫h(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)，皮膚血管停止收縮，并發(fā)生血管舒張，通常伴隨出汗反應(yīng)。血管舒張會(huì)減少脈搏輸出量和心輸出量，雖然在溫?zé)岬沫h(huán)境中進(jìn)行一定量的運(yùn)動(dòng)時(shí)，較高的心率可以部分補(bǔ)償，但是增加的心率通常不足以使皮膚散發(fā)熱量，同時(shí)保持血液流向工作的肌肉組織而不降低血壓。因此，與在涼爽的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)相比，在溫?zé)岘h(huán)境中除皮膚溫度升高外，皮膚血液流動(dòng)也會(huì)增加，并且由于皮膚與骨骼肌競(jìng)爭(zhēng)下的血液重新分配，導(dǎo)致最大攝氧量減少。相關(guān)研究也證實(shí)，高溫對(duì)短時(shí)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)能力無不利影響，如短跑運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)成績(jī)往往不受熱應(yīng)激的影響，但對(duì)最大攝氧量有明顯影響，從而影響耐力表現(xiàn)。

3.3、汗液流失增加

汗液流失增加是機(jī)體在高溫環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的又一基本生理表現(xiàn)形式，是運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降的主要誘因，尤其是汗液流失過多導(dǎo)致的脫水癥狀。汗液流失的增加不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)水的丟失，而且伴隨著電解質(zhì)、微量元素的流失。其中，電解質(zhì)可以維持機(jī)體體液的酸堿、滲透壓平衡，以及維持機(jī)體神經(jīng)、肌肉的應(yīng)激性和細(xì)胞正常的物質(zhì)代謝。微量元素，如鉀、鈉等離子是細(xì)胞興奮及神經(jīng)傳導(dǎo)的重要離子基礎(chǔ)，鈣離子與細(xì)胞信息傳遞及心臟、骨骼肌的收縮有關(guān)，鎂與ATP的代謝有關(guān)，而鐵則與運(yùn)動(dòng)中氧的供應(yīng)有關(guān)，這些物質(zhì)的流失在運(yùn)動(dòng)中或運(yùn)動(dòng)后會(huì)對(duì)人體機(jī)能造成嚴(yán)重?fù)p傷。有研究表明，即使在補(bǔ)給站定期補(bǔ)水，參賽者在常溫環(huán)境中參加半程馬拉松比賽，也很容易通過出汗使體重降低2-3%。而且在高溫環(huán)境中定期攝入液體可以最大程度地減少脫水，但是隨意攝入液體通常不能彌補(bǔ)汗液流失，甚至?xí)斐晌改c道不適。因此，在高溫環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)很難達(dá)到汗液流失與液體補(bǔ)充相匹配。但是，充足的賽前補(bǔ)水和賽中間歇補(bǔ)水策略已得到普遍認(rèn)可，可以在很大程度減少高溫環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降。

4、熱習(xí)服訓(xùn)練中的策略

眾多研究和實(shí)踐證明，在高溫環(huán)境中定期開展體育訓(xùn)練可以提高機(jī)體的熱習(xí)服能力，以延長(zhǎng)其在高溫環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)能力。這些重復(fù)的運(yùn)動(dòng)熱暴露，可降低靜息核心溫度，延緩運(yùn)動(dòng)過程中體溫和一定運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下的心率上升速度，同時(shí)可增加機(jī)體的最大心輸出量和血容量，提升機(jī)體散熱能力。散熱能力得到改善，減少了熱量的存儲(chǔ)，在運(yùn)動(dòng)期間可使核心溫度緩慢上升，推遲機(jī)體的疲勞時(shí)間，同時(shí)提高了機(jī)體高溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)的體能。

熱習(xí)服一直以來備受廣大教練員和運(yùn)動(dòng)員所關(guān)注，其應(yīng)對(duì)策略也日趨多元，可分為主動(dòng)熱習(xí)服策略和被動(dòng)熱習(xí)服策略，個(gè)體可根據(jù)不同環(huán)境和條件進(jìn)行選擇。但無論怎樣，熱習(xí)服訓(xùn)練的過程通常需要反復(fù)暴露于3個(gè)關(guān)鍵因素，即內(nèi)部溫度升高、皮膚溫度升高和皮膚表面出汗。因此，既可以通過調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度來進(jìn)行訓(xùn)練，也可以在戶外自然高溫環(huán)境中進(jìn)行，甚至可以在常溫環(huán)境中通過增添衣服或穿著發(fā)汗服來進(jìn)行熱習(xí)服訓(xùn)練。需要注意的是，未經(jīng)訓(xùn)練的個(gè)體比運(yùn)動(dòng)員需要更長(zhǎng)的熱習(xí)服適應(yīng)時(shí)間，并且機(jī)體在高溫環(huán)境中所達(dá)到的熱習(xí)服效果比在涼爽環(huán)境中達(dá)到同樣效果耗時(shí)更短，因此，快速的熱習(xí)服訓(xùn)練效果是一個(gè)重要的考慮因素，特別是在比賽即將到來時(shí)，通常在比賽之前需要進(jìn)行熱習(xí)服訓(xùn)練。隨著實(shí)踐的探索和研究的不斷深入，被動(dòng)熱習(xí)服策略也被熟知和運(yùn)用，并被作為主動(dòng)熱習(xí)服策略的有益補(bǔ)充。被動(dòng)熱習(xí)服策略通常應(yīng)用于訓(xùn)練后，當(dāng)核心溫度升高的情況下立即進(jìn)行被動(dòng)的熱習(xí)服訓(xùn)練，其中包括桑拿浴、熱水浸泡等。有研究表明，在溫和條件下進(jìn)行5000m跑步的試驗(yàn)中，訓(xùn)練有素的男性跑步運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)后，進(jìn)行3周桑拿浴會(huì)提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

主動(dòng)熱習(xí)服策略和被動(dòng)熱習(xí)服策略各有特點(diǎn)，互為補(bǔ)充，被證明可提高機(jī)體的熱習(xí)服能力。除此之外，很多安全、有效的輔助策略可提高熱習(xí)服訓(xùn)練的安全性、適應(yīng)性。眾多研究表明，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)境中運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用廣泛。預(yù)冷方法主要包括冷空氣暴露、冷水浸泡、冰漿預(yù)冷、穿戴降溫腹或冰背心、聯(lián)合預(yù)冷等。除此之外，相關(guān)研究證明，在高溫高濕環(huán)境中采取物理降溫、補(bǔ)水補(bǔ)液、中冷等措施也能取得很好的效果。值得注意的是，有學(xué)者提出高溫高濕和高溫常濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練均能達(dá)到較好的習(xí)服效果。從訓(xùn)練期間對(duì)人體體溫和體質(zhì)量丟失率影響較小且體感更舒適的角度考慮，選擇在高溫常濕環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練是較為適宜的熱習(xí)服訓(xùn)練方法。

5、結(jié)語

高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的大量新陳代謝熱量必須通過足夠的熱量散發(fā)到環(huán)境中來抵消。由于高溫環(huán)境中人體溫度和環(huán)境溫度之間的溫差變小，散熱能力減弱，存儲(chǔ)更多的代謝熱，從而導(dǎo)致體溫升高。這意味著環(huán)境可能會(huì)在相對(duì)較低的環(huán)境溫度下便開始影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，并且隨著周圍溫度的升高，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)會(huì)持續(xù)降低。主要的誘發(fā)因素包括內(nèi)部溫度升高，皮膚血液流量升高以及通過體溫調(diào)節(jié)性出汗引起的液體逐漸流失。通過反復(fù)的主動(dòng)或被動(dòng)的進(jìn)行熱習(xí)服訓(xùn)練可以有助于最小化與高溫環(huán)境相關(guān)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)下降。在此過程中，通過預(yù)冷、中冷、補(bǔ)水、補(bǔ)液，可在一定程度上緩解機(jī)體在高溫環(huán)境中的不良生理表現(xiàn)，延緩機(jī)體運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的下降，具有一定的安全性和有效性。尤其是在比賽中，這些策略會(huì)發(fā)揮更積極的作用，從而維持機(jī)體相對(duì)更佳的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。