熱應激與運動

郭 蕾，沈一嵐

（1.西北師范大學 體育學院，甘肅 蘭州 730070；2.寶雞文理學院 體育系，陜西 寶雞 721013）

熱應激與運動

郭 蕾1，沈一嵐2

（1.西北師范大學 體育學院，甘肅 蘭州 730070；2.寶雞文理學院 體育系，陜西 寶雞 721013）

在炎熱的環(huán)境下，機體將通過一系列的生理、生化變化來維持熱平衡。熱環(huán)境下的運動會對人體的循環(huán)功能、體溫調(diào)節(jié)功能以及代謝產(chǎn)生深刻的影響。運動會加劇機體的產(chǎn)熱過程，且深部溫度隨著運動強度的增加而成正比例升高。熱應激和運動應激聯(lián)合作用導致體溫、腦和肌肉局部溫度升高，全面影響運動員的生理機能、心理過程及運動能力。

熱環(huán)境；應激；運動

1 引言

恒溫動物擁有非常精巧的自我平衡的自律機制，即將體溫維持在一個波動很小的范圍，通常接近動物耐受溫度的上限而遠離耐受溫度的下限。因為通常在這個溫度范圍內(nèi)機體的生化反應能以最佳效率進行[1]。但是，熱環(huán)境下誘發(fā)的熱休克正是由于體溫過高引起的，體溫持續(xù)過高會使機體進行長期工作的能力下降，并且對心血管系統(tǒng)造成很大的損傷。因為在熱環(huán)境下進行動力性運動，心血管系統(tǒng)負擔更重，如加速皮膚血液流動以散發(fā)熱量，加快肌肉氧供給以滿足其新陳代謝的需要等。參與外周血液循環(huán)的血流量增大，血容升高，導致心內(nèi)血容減小，每搏輸出量減少，心率代償性升高[2]。在熱環(huán)境下運動，由于發(fā)汗作用，身體的水分和電解質(zhì)大量丟失，致使機體脫水和高滲透壓的產(chǎn)生，會對體液循環(huán)和體溫調(diào)節(jié)造成不良影響[3]。

2 高溫導致中樞疲勞

中樞疲勞可定義為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)不能釋放足以引起肌肉興奮或維持其興奮的神經(jīng)沖動[4]。疲勞狀態(tài)可用自覺用力系數(shù)來評定[5]。當機體的核心溫度達到臨界高溫時，疲勞就會發(fā)生。有研究表明[6]，在熱環(huán)境下給大鼠加以運動負荷使其體核溫度達到臨界高溫，大鼠即發(fā)生運動性疲勞，而與其最初的體核溫度無關(guān)。另有研究表明讓山羊作跑步機運動并使其腦部局部受熱，引起其腦溫升高至42 ℃，山羊即拒絕再運動，表現(xiàn)出精疲力竭。該研究認為大腦溫度是影響運動能力的一個重要因素。

Nybo與Nielsen[7]通過對熱環(huán)境下進行動力性運動的人的體液循環(huán)和體溫調(diào)節(jié)的研究認為，體溫過高誘發(fā)的運動性疲勞可能是由大腦皮層的運動中樞控制的。在對受試者進行MVC（maximal voluntary contraction）測試中發(fā)現(xiàn)，在最初幾秒內(nèi)，熱環(huán)境下與常溫環(huán)境下的受試者的最大肌力是相似的，之后熱環(huán)境下的受試者肌力明顯下降，與常溫環(huán)境下的受試者的肌力有顯著性差異。當分別對體溫過高和體溫正常的受試者給予經(jīng)皮的階躍性電刺激發(fā)現(xiàn)測得的肌力曲線相似。通過計算得知，常溫環(huán)境下的受試者MVCP（MVC+電刺激）的比值明顯高于熱環(huán)境下的受試者MVCP（MVC+電刺激）的比值。肌電圖顯示，熱環(huán)境下受試者的最大肌力明顯低于常溫環(huán)境下的受試者，表明熱作用引起肌力下降，神經(jīng)活動衰減。另外，安靜條件下使受試者被動受熱致使其體核溫度升高到 39℃，得到與熱環(huán)境下進行運動同樣的結(jié)果。

此外，肌肉在收縮過程中也會通過感覺回路使CNS運動神經(jīng)元發(fā)放的神經(jīng)沖動減小[8]。另外，在脫水和體溫過高的發(fā)展過程中，由股外側(cè)肌測得的肌電圖顯示，肌電波的振幅和頻率都未發(fā)生變化[9]。假如體溫過高與運動疲勞誘導的肌運動單元的放電率有關(guān)的話，肌電波的振幅和頻率中值應該逐漸增大[10]，但是并未觀察到類似的結(jié)果。動力性運動誘發(fā)的體溫過高并不影響α-運動神經(jīng)元傳出神經(jīng)通路。熱環(huán)境下進行動力性運動誘發(fā)的體溫過高發(fā)展過程中，肌運動單元和α-運動神經(jīng)元的興奮性較常溫環(huán)境下降低，進一步證明體溫過高誘導的運動性疲勞是由大腦皮層的運動中樞控制的。

3 熱環(huán)境對運動能力的影響

3.1 熱環(huán)境對運動時循環(huán)功能的影響

在熱環(huán)境中運動，肌肉需要大量的血液供應，以保證肌肉工作。皮膚也需要有大量的血液供應，來維持體內(nèi)的熱量散發(fā)，這會大大影響氧運輸能力。在運動中也因血管的普遍擴張，使靜脈容量血管中的血量增多，肌肉的循環(huán)血量下降，當脫水達體重的4.9%時，每搏輸出量下降28%，血漿量減少 16%～18%。由于循環(huán)血量減少，導致回心血量減少，每搏輸出量減少，這時只能靠增加心率來代償循環(huán)血量不足。但是，在強度較大的運動中，心率一般要達到最大心率，因此，靠增加心率來代償循環(huán)血量不足，也即通過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，因而會影響運動成績。嚴重脫水時皮膚血管可由舒張轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s，造成這種現(xiàn)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。循環(huán)血量的減少還可使紅血球的比容及血液的粘滯度增加，使心臟的負擔增加而工作效率降低[11]。

3.2 熱環(huán)境對運動時體溫調(diào)節(jié)的影響

體溫的維持是機體產(chǎn)熱和散熱平衡的結(jié)果。在熱環(huán)境中甚至在溫度適宜環(huán)境中劇烈運動時，體核溫度經(jīng)常會超過40°C或更高。運動中75%的能量作為熱能被浪費，而不可避免地導致體溫的升高。在涼爽的環(huán)境中，體熱自然會傳遞給空氣，但當環(huán)境溫度超過皮膚溫度、而散熱能力又受到影響時，可導致體溫過高。研究表明，體溫過高可通過抑制中樞神經(jīng)沖動的發(fā)放或其下行傳導環(huán)節(jié)來減小骨骼肌的收縮力量，直接導致疲勞。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(nèi)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(xiàn)出更強的運動能力[11]。運動肌的溫度往往超過體核溫度，影響骨骼肌的功能，導致疲勞。

運動會破壞體內(nèi)的平衡，并使身體最大負荷時的應激狀態(tài)同步施加于體內(nèi)的一些器官和系統(tǒng)，特別是在高溫環(huán)境中持續(xù)長時間的運動。當氣溫接近人體皮膚溫度時，身體散熱受阻，體溫上升，體溫過高會造成神經(jīng)系統(tǒng)機能紊亂，出現(xiàn)頭痛、惡心、嘔吐、精神混亂等，還會影響體內(nèi)的代謝活動。這種情況在高溫條件下更加明顯。研究認為，馬拉松跑后，運動員體溫可升到39.75°C，甚至超過40°C。體液消耗如超過運動員體重的5%，如在高溫、高濕環(huán)境下進行馬拉松跑，人體散熱機能受到影響極易導致體內(nèi)熱積蓄，體液消耗增加，肌肉耐力迅速下降，不僅成績受到影響，而且運動員易發(fā)生中暑、熱衰竭等疾病。

3.3 熱環(huán)境對運動時能量代謝的影響

熱環(huán)境中運動通常伴隨著更高的血乳酸濃度，眾多的研究也顯示伴有更快的肌糖原的耗竭。肌糖原是肌肉重要的能源物質(zhì)，在耐力運動中肌糖原含量高會出現(xiàn)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(huán)境中運動時糖代謝發(fā)生變化，機體更加依賴糖的氧化供能，具體表現(xiàn)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(fā)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(fā)生變化的原因。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。

4 熱應激與運動成績

人體各系統(tǒng)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(zhì)及程度與運動項目特點、個體性別等因素有關(guān)。比較受試者分別在三種環(huán)境（22 ℃，30 %RH；30 ℃，85 %RH；40 ℃，40 %RH）下Wingate Test的成績，發(fā)現(xiàn)高溫環(huán)境對Wingate Test成績無影響，說明高溫高濕對短時高強度運動能力無不利影響，如短跑運動員運動成績不受熱應激的影響，甚至還有可能提高[9]。

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熱危害比男子明顯[9]。女運動員身體成份中脂肪比例高對散熱不利，而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(guān)神經(jīng)元導致調(diào)定點和升高。因此，婦女運動熱應激的問題應引起特別的重視。

5 建議

5.1 適當提高熱應激水平

與運動能力一樣，運動熱應激的適應可以通過訓練獲得。單純的熱習服及單純的有氧適應，可能會改變運動熱應激下機體的運動及體溫調(diào)節(jié)能力，有氧適應可使耐受的極限體溫增高及持續(xù)時間延長。但理想的運動熱應激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。

5.2 補液

補液包括補充水、電解質(zhì)和糖，肌酸等，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。研究發(fā)現(xiàn)，補充水及含糖飲液都能改善神經(jīng)肌肉工作狀態(tài)，以適當濃度的含糖飲液效果較好，但應注意含糖飲液有可能使體溫升高。雖然含糖飲液比純水更能升高血糖，但在運動熱應激下肌肉攝取糖的能力降低，因此補液時間應考慮到對長時間運動后期防止血糖降低及進一步脫水有利。研究表明通過消化道補液比靜脈注射好，有利于避免運動中血乳酸的堆集[12]，雖然注射補液對血容量的快速恢復更為有效，但對運動能力的影響并不優(yōu)于消化道補液。

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（責任編輯、校對：孫海祥）

Heat Stress and Sports

GUO Lei, SHEN Yi-lan

(1. Institute of Physical Education, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China; 2. Department of Physical Education, Baoji Institute of Arts and Sciences, Baoji 721013, China)

In a hot environment, the body through a series of physiological and biochemical changes to maintain thermal balance.During exercise in hot environment, the body's circulation will, body temperature regulation function and metabolism have a profound impact.Games in the process of increasing the body's heat production, and the deep temperature increases with exercise intensity from proportionately increased.Heat stress and the combined effects of exercise stress causes the body temperature, brain and muscle the local temperature increases, the full impact of the physiology of athletes, mental process, and athletic ability

thermal environment; stress; sports

2010-11-06

郭蕾（1963-），女，四川敘永人，西北師范大學體育學院副教授，研究方向為藝術(shù)體操科學化選材。

G804.2

A

1009-9115(2011)05-0082-03