運動與熱環境

張娟娟

（陜西師范大學體育學院 陜西西安 710062）

運動與熱環境

張娟娟

（陜西師范大學體育學院 陜西西安 710062）

在熱環境下運動時，熱應激和運動應激聯合作用導致體溫、腦和肌肉局部溫度升高并且出現脫水，全面影響運動員的生理功能、心理過程及運動能力。本文綜述了熱環境運動時機體的生理反應，熱環境對運動成績的影響，熱環境限制運動能力的因素以及在人環境條件下進行運動訓練的建議，為的是使我們能更好的適應環境，提高運動成績。

運動 熱環境

2002年韓日世界杯上，許多強隊紛紛落馬，其主要原因是體力不支，有專家說高溫是其中的原因之一。由此可見，環境的溫度和濕度與體育運動的密切關系。對比賽環境的適應與否直接影響著運動員的比賽成績的好與壞，在體育訓練中適當的訓練環境可以起到提高運動成績的效果。因此，如何適應并科學地利用環境來起到提高運動成績的目的成了關鍵問題。

人體的溫度必須保持相對的恒定才能進行正常的機能活動。人對體內深部溫度只能耐受4℃左右的變化，在此范圍內不會影響體力和智力的正常工作，超過這個范圍對人體機能將產生不良影響。熱環境對人體的循環功能、體溫調節功能以及代謝產生深刻的影響，在熱環境中運動時，由于產熱增加而散熱能力又受到限制，體溫更容易升高。體溫過高不僅影響運動能力，嚴重時可發生熱疾病，甚至因熱至死。

1 熱環境運動時的生理反應

1.1 心血管功能

在大熱天運動時，肌肉需要大量的血液將氧氣運輸到肌肉。同時，代謝產生的熱量增加，要使這些過多的熱量散發，只有通過血液將熱量運輸到體表。然而，運輸熱量所需的血液和肌肉運輸氧所需的血液一樣多時，二者之間就會產生矛盾。與此同時，溫度調節中樞命令心血管系統將更多的血液直接到皮膚，以用來散熱。這就限制了工作肌肉的血流量，使耐力受到限制。有限的血液在運動需要和散熱需要之間展開競爭。要保持不變的心輸出量到外周，心血管系統必須做出明顯的調整。血液重新分配，使回心血量減少，這就使每搏輸出量減少。從某方面說，由于運動使工作肌和皮膚都得不到足夠的血流量，結果，任何引起心血管系統超負荷的因素都會妨礙散熱，損害身體機能和增加中暑的危險。所以對在冷環境下耐力成績表現為最好而不必驚訝，很少有報導說在熱環境下中長跑運動員取得了好成績。

1.2 能量供能

學者Finketal證實，和在冷環境運動相比，在熱環境運動使體溫和心率進一步增加的同時，導致工作肌利用更多的糖原和產生更多的乳酸。隨著出汗和呼吸增加，就需要更多的能量和攝取更多的氧。和在冷環境運動相比，在熱環境運動時消耗更多的肌糖原和產生更多的乳酸，這二者都容易產生疲勞的感覺。

1.3 體液平衡

在某些情況下，環境溫度將達到或超過皮膚溫度和體內溫度。此時，傳導、對流和輻射都因為環境溫度的升高對散熱不起什么作用，蒸發就對身體散熱顯得特別重要。血液溫度升高時，下丘腦通過交感神經纖維向分布在全身表層的上百萬的汗腺發放神經沖動，使其排汗。汗腺通過管狀結構穿過真皮和表皮，在皮膚打開。汗液是汗腺分泌的。通過汗腺的輸送管濾過，鈉和氯化物被重吸收到周圍的組織和血液。輕微出汗時，過濾的汗液緩慢地通過輸送管，鈉和氯化物有足夠的時間被完全重吸收。此時，很少有這些物質到皮膚。然而，在運動時由于排汗率的增加，這些物質由于沒有足夠時間被重吸收，汗液中鈉和氯化物的含量較高。

在熱環境進行大運動量時，每平方米體表面積每小時排出的汗超過1L。這就是說，在高溫熱環境進行大強度運動，一般個體(59kg～75kg)也許要每小時排汗1.5L～2.5L，相當于體重的2%～4%，一個人在這種狀況下幾小時就會丟失體內至關重要的水分。高的排汗率減少了血流量，這就限制了為工作肌提供的血流量和防止體溫升高，這也就降低了運動潛力，尤其是耐力。長跑運動員排汗丟失的水份占體重的6%～10%。這容易造成脫水和熱相關的疾病。丟失的水，使醛固酮、抗利尿激素增加，醛固酮負責保持鈉的適當水平，抗利尿激素負責保持體液平衡。在熱環境持續劇烈地運動，這些激素就會限制從腎臟排泄鈉。鈉保留的越多，水分也就保留越多?；谶@個原因，血漿容量會上升10%～20%。這就使機體保留的水和鈉為進一步在熱環境中運動做好準備。相類似的是運動時水分丟失刺激下垂體腺后部分泌抗利尿激素，抗利尿激素刺激水在腎臟的重吸收，使體內保留更多的水分。所以我們的身體會為了補償礦物質和水的丟失，使尿液減少。

2 熱環境對運動成績的影響

機體在熱環境中運動，產生熱應激，然后可產生熱適應，熱適應后可緩解熱引起的生理緊張，提高熱耐受力。但當機體熱應激過度，則出現熱損傷。按嚴重程度依次分為：中暑性痙攣、熱衰竭和中暑。運動熱應激對人體機能的影響直接影響運動能力，但影響的性質及程度與運動項目特點、個體性別等因素有關。熱應激對氧動力學沒有明顯的影響，但對最大吸氧量有明顯的影響，從而影響耐力，特別是對女子耐力影響更明顯，1996年亞特蘭大奧運會期間女運動員受到的熱危害比男子明顯。女運動員身體成分中脂肪比例高對散熱不利，而體內的黃體酮升高也導致體溫的升高并通過作用于下丘腦的有關神經元導致調定點和升高，因此，婦女運動熱應激的問題更應引起特別的重視。

人體各系統機能水平本身是運動能力的評價指標，運動熱應激對人體生理機能的影響直接影響運動能力，但影響的性質及程度與運動項目特點、個體性別等因素有關。

3 熱環境限制運動能力的因素

在熱環境中運動可導致疲勞提前出現，這表明熱環境中存在限制運動能力的因素，這些因素主要包括：肌糖原的快速消耗，脫水，體溫過高，輸氧能力下降等。

3.1 肌糖原的快速消耗

肌糖原是肌肉重要的能源物質，在耐力運動中肌糖原含量高會表現出較強的運動能力，肌糖原的耗竭是運動性疲勞的一個重要原因。在熱環境中運動時糖代謝發生變化，機體更加依賴糖的氧化供能，具體表現為肌糖原分解加速，乳酸快速積累及肝葡萄糖輸出增加所致的血糖升高。肌肉血流減少，溫度增加，血漿兒茶酚胺水平上升和肌纖維募集模式的變化都可能是造成骨骼肌代謝發生變化的原因。更多的研究表明，血漿兒茶酚胺濃度的升高是骨骼肌代謝發生變化的主要原因。Mark(1996)等讓8名對熱環境未適應的受試者分別在溫度為20℃、40℃，相對濕度均為20%的環境中以70%Vo2max的強度運動至疲勞，發現40℃組血漿兒茶酚胺濃度明顯高于20℃組。高濃度的兒茶酚胺可促使磷酸酶轉變為它的活性形式，從而加速肌糖原的分解和乳酸積累，但Ⅰ型肌纖維糖原的消耗快于Ⅱ型肌纖維。兒茶酚胺濃度的升高還可以加速肝糖原的分解，使血糖升高。肌糖原的快速消耗及乳酸積累可導致疲勞的提前出現。但也有研究表明，在熱環境中運動至疲勞時，肌糖原仍保持在較高水平，且補糖并不一定能延緩疲勞，因此肌糖原的快速消耗可能不是限制熱環境中運動能力的關鍵因素。雖然如此，在熱環境中訓練時糖的消耗高于溫度較低環境，即使是熱適應個體也是如此。所以應保證膳食中有足夠的糖，以利于肌糖原的恢復。

3.2 脫水

在熱環境中運動時，汗液蒸發是機體主要的散熱方式，汗液的分泌常常超過攝水量，機體容易發生脫水。脫水可降低運動能力，在適宜溫度環境中，脫水達3%時可影響人體最大有氧能力，而在熱環境中，失水超過2%即可降低最大有氧能力。脫水還可降低對熱應激的生理耐受性。Sawka等讓正常水合和脫水(8%體重)的受試者在熱環境中(溫度T=40℃，相對濕度rh=20%)步行，結果正常水合組熱衰竭時間為120min，脫水組為55min，脫水明顯縮短了機體的熱耐受時間，但更重要的是脫水降低了機體所能耐受的最高體溫，正常水合個體熱衰竭時的體溫比脫水個體高0.4℃。無論是適宜環境還是在熱環境中，脫水都會降低機體的散熱能力。即使失水為1%體重時，劇烈運動時的體溫也高于正常水合個體，隨著脫水程度的增加，體溫升高幅度也增加，每丟失1%體重的水，體核溫度會升高0.10℃～0.23℃。嚴重脫水時皮膚血管可由舒張轉變為收縮，造成這種現象的原因可能是血漿中去甲腎上腺素濃度大幅度上升引起的。另外，血容量的減少和動脈血壓的下降都會刺激壓力感受器，從而引起皮膚血管收縮，皮膚血管的收縮進一步降低了機體散熱能力。脫水對心血管功能的影響表現為每搏輸出量下降，當脫水達4.9%體重時，每搏輸出量下降28%，而心率的增加并不能抵消每搏輸出量減少所致的心輸出量下降，心血管系統只能通過收縮血管來彌補心輸出量的下降，皮膚血管也參與了這一縮血管反應。

3.3 體溫過高

體溫的維持是機體產熱和散熱平衡的結果。在熱環境中甚至在溫度適宜環境中劇烈運動時，體核溫度經常會超過40℃或更高。熱環境中運動時，由于產熱增加，而散熱能力又受到影響，可導致體溫過高。研究表明，體溫過高可通過抑制中樞神經沖動的發放或其下行傳導環節來減小骨骼肌的收縮力量，直接導致疲勞。目前，這一假說還沒有得到直接的證實，但一項關于熱適應的研究卻間接支持這一假說。在這一研究中，受試者以60%Vo2max的強度在熱環境中(T=40℃，rh=10%)進行熱適應訓練，每次訓練至自感疲勞，9～12天后出現疲勞的時間從48±2min增至80±3min。熱適應前與熱適應后疲勞的出現僅與體溫升高有關(40℃)，即當體溫達40℃時機體出現疲勞，與心輸出量、肌肉血流和肌糖原、血糖、乳酸的積累都無關。熱適應并不能改變運動至疲勞時的體核溫度，但由于熱適應個體散熱能力強，體內熱積蓄速度下降，使達到“疲勞溫度”的時間得以延長從而表現出更強的運動能力。運動肌的溫度往往超過體核溫度，運動肌溫度的升高可引起許多功能蛋白如Na+-K+ATPase、Ca2+ATPase、肌原纖維ATPase和線粒體呼吸鏈等結構和功能的變化，上述任何環節的改變都會影響骨骼肌的功能，導致疲勞。這此研究表明，體溫過高可能是熱環境中運動能力的主要限制因素。

3.4 輸氧能力

在熱環境中運動，肌肉需要大量血液供應，皮膚也需大量血液供應來保證體內的熱量散發，這會影響向肌肉輸氧的能力。另外，出汗造成的脫水會使血漿量下降，當脫水達4%時，血漿量減少16%～18%。循環血量的減少不僅可降低心輸出量，還使紅細胞比容及血液粘滯度增加，加重了心臟的負荷。

4 熱環境下運動訓練的建議

4.1 熱適應(熱習服)

提前熱適應是提高熱環境中運動能力的有效方法。熱適應，是指人在熱環境下工作一段時間。運動熱應激適應必須是運動應激與熱應激同時施加于運動員機體才能獲得。不論是在干熱環境還是在濕熱環境中，7～10天內可獲得熱適應，在熱環境中機體進行60min～90min的運動能獲得更好的使用效果。對熱適應的生理調節主要包括如下幾個過程：外周導熱能力增強、血漿量增多、排汗能力加強、開始出汗的皮膚溫度閾值下降以及皮膚上出汗點的分布范圍擴大等，表現為血壓的穩定性增加，心率減慢，中心血量恢復，加上抗利尿素分泌增多，血容量顯著增加，因而心臟中負盈代謝和心血管功能明顯改善，機體就易于保持體熱平衡。近年來歐洲各國十分重視運動熱應激的適應，1996年亞特蘭大奧運會前，英、俄、法、澳便在佐治亞州建立訓練營以取得對濕熱天氣的適應。

4.2 合理補液

在熱環境下進行較長時間運動時，汗液的分泌不僅使機體丟失水分而且還丟失電解質，合理的補液能減少機體水分的丟失，維持血容量的平衡，并能提高運動能力。補液一般包括補水、電解質、糖和肌酸等，這是針對運動熱應激中肌溫、腦溫問題及脫水問題而采取的措施。有研究表明，運動中的隨意飲水往往不能彌補汗液失水，因此應該有規律地補水，如每隔10min～15min補水一次，每次100mL～200mL，純水在小腸中的吸收速度小于等張或低張溶液，因此通過等張或低張溶液來補水可能更理想。動物及人體研究都表明，補液中加入少量的鹽對于糾正脫水優于單純補水。純水攝取迅速稀釋了血漿的鈉離子，促進了尿液產生，并使鈉依賴的渴感遲鈍。鹽的補充可維持血漿鈉濃度的穩定以保持渴感敏感性，并快速恢復有效血容量。對“運動飲料”方面有研究表明，5%的葡聚糖飲料較單糖及雙糖飲料吸收效率高。另外，在熱環境下運動時，準備活動和間歇都應該考慮到陰涼處，服裝也應該以簡單、淺色、寬松為主。

4.3 營養措施

4.3.1 保持熱量平衡

熱環境下，能量的消耗除了運動消耗外，還受高溫環境的影響。在30℃~40℃的熱環境下，溫度每升高1℃，能量消耗就增加5%，在高溫條件下進行運動訓練，機體對能量的需要量可增加10%~40%。但考慮到高溫條件下食欲和消化功能有所減弱，攝人較多的食物以增加能量供應有一定的難度，所以推薦以增加10%左右的能量為宜。

4.3.2 合理的熱源質比例

根據熱環境條件和運動項目的特點，對糖、脂肪和蛋白質的攝入量作適當的調整。由于熱環境下耗能大，產、散熱多，因而提倡高糖、中脂、低蛋的食譜。因為糖的代謝終產物為H2O和CO2，有利于排出。而蛋白質的代謝終產物為酸性物質，增加內環境的酸度，使機體容易疲倦，但又必須保持充足的能量，所以需進食一定的脂肪，以釋放較高能量來保證充足的能量供應。同時，要求補充充足的維生素和礦物質，以補充高熱環境下丟失的大量元素，尤其是Ca+，可以有效減少肌肉痙攣。

4.3.3 合理的膳食制度

高溫環境下人的食欲減弱，所以要求運動后45min以后才開始進餐。一般情況下，早上的氣溫較低且未進行大運動量訓練，因而要培養早餐“多食”和“食好”的習慣，并且在晚上增加適當的夜餐，使消耗的能量得到補充。一般三餐的能量比例可控制在各1乃，兩餐之間可隨機進食。

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2095-2813(2011)12(b)-0013-03