濕熱環境下運動對人體血尿素、血乳酸和電解質的影響

吳瀟男，林建棣，曲平，包瀛春，孟蘇萍3

（1.軍事體育進修學院，廣東 廣州 510500；2.第二軍醫大學，上海 200438；3.西安通信學院，陜西 西安 710706）

濕熱環境下運動對人體血尿素、血乳酸和電解質的影響

吳瀟男1，3，林建棣1，曲平1，包瀛春2，孟蘇萍131

（1.軍事體育進修學院，廣東 廣州 510500；2.第二軍醫大學，上海 200438；3.西安通信學院，陜西 西安 710706）

通過對濕熱環境下機體血液成分變化特點的實驗，試圖揭示濕熱環境下運動的身體適應，為訓練提供相應的理論依據。隨機抽取某大學男生 30名，平均年齡(21.3±1.1)歲。實驗選擇第二軍醫大學濕熱環境訓練實驗室，環境溫度控制在39 ℃，相對濕度為80%。實驗歷時9 d，分為測試階段和訓練階段：測試階段在訓練前、后1 d分別進行12 min功率自行車測試，2次測試前、后經上肢靜脈取血(在肛溫指標測試后即刻進行)；訓練階段周期為7 d，運動負荷為：踏步機徒手踏步15 min，艾威BC4730-52型功率自行車無阻力運動15 min，艾威BC8500型功率自行車調至10LEVEL-280WATT/H運動15 min。結果顯示：與第1次、第2次測試前相比，2次測試后血清尿素(BU)、乳酸(La)、[K+]和[Ca2+]均顯著升高(P<0.05)，[Cl-]顯著下降(P<0.05)；[Na+]在第2次測試后顯著升高(P<0.05)。經過7 d熱習服訓練，第2次測試前較第1次測試前相比，BU和[Na+]顯著升高(P<0.05)，La濃度顯著下降(P<0.05)；第2次測試后同第1次測試后相比，BU、[Na+]、[K+]和[Ca2+]顯著升高(P<0.05)。結果表明：經過 7 d間斷性反復熱暴露運動后，機體蛋白質代謝供能有所回降；La清除能力得到提高；血液電解質各項指標發生不同程度變化，但均處于正常生理范圍及人體耐受范圍內；且運動能力及自我感受得到改善，說明習服訓練有利于機體新的熱反應動力定型建立。

運動生物化學；濕熱環境；運動；血清；熱應激；熱習服

眾所周知，維持體液和電解質平衡對機體健康狀況以及運動能力的發揮至關重要。近年來，關于濕熱環境下運動對機體水鹽代謝平衡的影響，主要通過汗液和細胞外液成分及丟失量進行研究；對于血液中電解質濃度的變化研究，主要集中在不同補液成分與補液量對機體血漿電解質濃度的影響[1-2]以及血漿容積與電解質關系[3]等方面。人體長時間在熱環境下著防護裝備(實際上相當于處在高熱高濕環境之下)進行作業，可導致中暑等意外事件發生。有文獻表明，高熱高濕環境下進行運動訓練可有效提高機體熱負荷耐受能力[4]。另外，我國諸如南海等特殊的高溫高濕地區，人們在進入該環境作業之前，如何進行高溫高濕習服鍛煉，值得研究。因此，本研究借助國內先進的濕熱環境訓練實驗室，根據國人體質特點，綜合分析熱應激、熱習服訓練前后血液 BU(血清尿素)、La(乳酸)及電解質的變化特點及其機制，試圖揭示濕熱環境下運動機體的習服規律。對機體適應不良環境，保持正常生活和作業能力具有重要意義，也為大規模科學高效的習服訓練提供相應的理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗對象與方法

隨機抽取某大學 30名男性志愿者，平均年齡為(21.3±1.1)歲，平均體重為(64.0±7.6) kg，身體健康，無習服訓練經驗、無重大疾病史。所有對象均知情同意并簽署知情同意書。

實驗歷時 9 d，均在濕熱環境實驗室進行。實驗分為測試階段和訓練階段：測試階段為第1天和第9天，均進行12 min功率自行車測試(要求進入濕熱室后靜坐 10 min，艾威 BC8500型功率自行車調至10LEVEL-280WATT/H運動12 min)，每次總熱暴露時間為22 min；訓練階段為第2～8天(要求進入濕熱室后靜坐10 min，踏步機徒手踏步15 min，艾威BC4730-52型功率自行車無阻力運動15 min，艾威BC8500型功率自行車調至10LEVEL-280WATT/H運動15 min)，每次總熱暴露時間為55 min。

為確保受試者在實驗過程中的安全性，防止熱應激環境下的熱損傷發生，在整個實驗過程中不僅采取循序漸進的訓練原則，而且還通過訓練后的肛溫值及自我感受詢問來監控訓練負荷，判斷受試者的生理安全狀況。根據中國人體質特點，嚴格按照杜桂仙等[5]提出的生理耐受上限肛溫值38.9 ℃，來指導受試者調控運動負荷。

1.2 場地與設施

選擇第二軍醫大學濕熱環境訓練實驗室，模擬環境實驗室面積123 m2、層高3 m，可同時容納40人訓練。環境制熱采用地面、墻體電加熱輻射與頂部光照的方法，設計最高溫度為46 ℃，多處分層溫度探測器可控制環境溫度穩定在設定范圍內。環境加濕由電鍋爐將蒸汽從管道輸送至實驗室，根據傳感器顯示的濕度，通過閥門調節可控制實驗室濕度，設計最大濕度為90%。常溫環境由 3臺 4匹空調將環境溫度精確控制在 20℃。實驗室內安裝有CO2報警探測、環境氣體交換和室內氣體對流裝置等，配有休息室和醫療護理室。實驗過程中環境溫度控制在39 ℃，相對濕度為80%。

1.3 數據采集和統計學處理

2次測試前(在常溫安靜狀態下)、后(在肛溫指標測試后即刻)經上肢靜脈取血，第二軍醫大學長征醫院實驗診斷科進行血液指標檢測。實驗數據采用SPSS19.0軟件包進行處理，肛溫、功率自行車里程采用均值配對t檢驗比較差異，血尿素、血乳酸和電解質采用重復測量資料的方差分析比較差異，計量數據均以±s表示，P<0.05水平為具有顯著性差異。

2 結果及分析

2.1 肛溫、功率自行車里程及自我感受

測試過程中，監測到的個人肛溫最高值是在第 1次測試后，為 38.5 ℃，低于生理耐受上限。同第 1次測試相比，經過7 d的熱習服訓練，第2次測試后肛溫值有所下降，自行車里程數升高，且差異均具有顯著性(P<0.05)；與熱習服訓練前相比，除口渴感覺增加2人外，其它不良感覺基本消失(見表1)。

表1 測試階段肛溫、自行車里程(±s)及自我感覺描述

1)與第1次測試相比P<0.05

2.2 血清 BU、La、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]變化

兩次測試前、后血清c(BU)、ρ(La)、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]變化如表2所示，同測試前相比，第1次測試后血清c(BU)、ρ(La)、[K+]和[Ca2+]顯著性升高(P<0.05)；[Na+]和[Cl-]有所下降，其中[Cl-]與測試前相比，差異具有顯著性，P<0.05。第2次測試后與當天測試前相比，除[Cl-]顯著性下降外(P<0.05)；c(BU)、ρ(La)、[Na+]、[K+]和[Ca2+]均顯著性升高(P<0.05)。

熱習服訓練后血清c(BU)、ρ(La)、[Na+]、[K+]、[Cl-]、[Ca2+]變化如表2所示，經過7 d熱習服訓練，第2次測試前較第1次測試前相比，c(BU)和[Na+]顯著性升高(P<0.05)；ρ(La)顯著性下降(P<0.05)。第2次測試后較第 1次測試后相比，c(BU)、[Na+]、[K+]、[Ca2+]均顯著性升高(P<0.05)。

表2 血尿素、血乳酸和電解質變化(±s)比較

表2 血尿素、血乳酸和電解質變化(±s)比較

1)與第1次測試前比較P<0.05；2)與第2次測試前比較P<0.05；3)與第1次測試后比較P<0.05

測試時間 c(BU)/(mmol·L-1)ρ(La) /(mg·dL-1)[Na+]/(mmol·L-1)[K+]/(mmol·L-1)[Cl-]/(mmol·L-1)[Ca2+]/(mmol·L-1)第 1 次測試前 5.91±1.09 29.80±6.93 141.10±1.49 3.87±0.27 100.00±1.20 2.37±0.09第 1 次測試后 6.06±1.141) 84.77±24.991) 140.93±1.41 3.97±0.161) 98.97±1.431) 2.44±0.081)變化率/% 2.54 184.46 -0.12 2.58 -1.03 2.95第 2 次測試前 6.36±1.081) 25.53±2.831) 141.77±1.591) 3.99±0.24 100.07±1.53 2.36±0.12第 2 次測試后 6.51±1.122)3) 86.40±23.082) 142.40±1.452)3) 4.18±0.222)3) 99.03±1.612) 2.54±0.102)3)變化率/% 2.36 238.43 0.44 4.76 -1.04 7.63

3 討論

3.1 濕熱環境下運動，肛溫、功率自行車里程及自我感受調查情況

機體體溫在一定范圍內通過自動調節產熱和散熱的過程保持相對恒定，是維持正常生命活動和生理過程的必要條件。人體在安靜狀態下，對體溫調節的極限為氣溫 31 ℃，相對濕度 85%或氣溫 38 ℃，相對濕度50%[6]。在本實驗設計中，受試者在環境溫度39℃，相對濕度80%的實驗室內進行12 min的功率自行車測試，機體產熱和外界環境熱輻射超過了人體體溫的調節極限，再加上空氣中的濕度基本達到飽和狀態且室內幾乎無空氣流動，使得汗液蒸發受阻，多經汗孔排出，形成汗珠覆蓋在體表、丟失。首次熱暴露后測得受試者平均肛溫高達38.14 ℃，部分受試者出現口渴、頭疼、頭暈、耳鳴、胸悶、心悸、煩躁、四肢無力發酸等不適反應。提示，機體處于濕熱環境下，雖然因環境高溫分泌大量汗液，但多為無效性汗分泌，不利于機體散熱，在勞動、訓練過程中更應該注重運動負荷的控制，避免體內過度熱積蓄，造成嚴重的病理性熱負荷。

肛溫值作為評價熱習服效果的敏感生理指標，可以有效地反映機體核心溫度，在研究濕熱環境對人體的影響時被國內外學者廣泛采用。Chinevere TD等[7]研究表明，經過10 d的熱習服訓練后，機體核心溫度與訓練前相比顯著下降。Kampmann B等[8]研究表明，熱習服后顯著下降的肛溫值有效地減少了生理熱緊張程度。本實驗結果顯示，經過7 d的熱習服訓練，受試者的肛溫較第1次測試后相比，下降值差異具有顯著性，且在相同濕熱環境下的運動能力明顯提高，12 min功率自行車記錄里程數顯著增加，受試者主訴不適感明顯發生改善，是機體經過熱習服訓練后適應環境的良好表現。

3.2 熱應激運動對血清BU、La、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]的影響

高溫高濕是運動員訓練比賽、軍人作戰訓練以及特殊環境作業人員不可避免的環境條件，如何克服和適應高溫高濕環境是提高運動員訓練水平和競賽成績、軍人和特殊環境作業人員體能及作業能力與工作效率的關鍵技術之一，其中機體水鹽代謝變化是其制約的重要因素之一。水鹽代謝的平衡是機體內穩態平衡的重要基礎，對保證機體內各種生命活動的正常運行具有極其重要的作用。A Mu?oz等[9]的實驗結果顯示，長距離運動后血液La、[Na+]、精氨酸加壓素(AVP)濃度顯著性升高，[Cl-]和[Ca2+]顯著性下降；但與完成運動設計的動物相比，因力竭退出的動物血液中，除了有更高La、[Na+]、AVP和更低的[Cl-]外，[Ca2+]也顯著升高。房曉等[10]研究報道，濕熱環境下運動并于次日清晨空腹取血，習服組和未習服組血清[Na+]均有所升高。Barr SI等[11]報道，長時間處于高溫下運動，機體在不飲水的情況下，血漿[Na+]、醛固酮濃度顯著升高；隨意飲用含Na+的飲料或水，血漿[Na+]則顯著下降。在運動過程中當液體補充與體液丟失基本相等時，血清[Na+]會發生明顯下降[11-12]，而未補充液體或補充液體總量小于體液流失時，血液中[Na+]則顯著性升高[13-15]，且在濕熱環境下運動，血漿[Na+]變化也存在同樣特點[11]。

本實驗測試過程中無任何液體攝入，無尿液、糞便排出。測試結果顯示，第1次測試后血清[K+]和[Ca2+]及代謝產物顯著性升高，[Cl-]顯著性降低，[Na+]變化不顯著。其中，[Na+]保持相對穩定可能是機體各種調節機制共同作用的結果。在濕熱環境中訓練，伴隨機體大量出汗丟失部分 Na+；汗液是一種低滲性液體，隨出汗量增加，機體缺水導致血漿晶體滲透壓升高、循環血量減少，雙重強化的抗利尿激素(ADH)使腎臟對水的重吸收增加，血漿滲透壓有所回降。

BU是蛋白質及其組成成份氨基酸分解代謝的最終產物。在蛋白質分解代謝中，蛋白質被分解為氨基酸，經脫氨基作用形成氨在肝臟中被結合生成尿素，這是人體內清除多余氮的最重要途徑。同時，BU是體內含量最高的非蛋白質含氮物質。血BU指標經常和肌酐聯合使用鑒別診斷疾病，如心臟代償失調、脫水、蛋白分解增加、腎性高尿素血癥等。在運動生理學領域常用來評定運動員身體機能和運動負荷的重要指標，在運動訓練中有廣泛的應用。在熱應激研究方面，伊長榮等[16]研究表明，急性熱暴露會使蛋白質分解代謝加強。邱仞之等[17]研究表明，熱環境下性激素分泌增加，但熱應激體力負荷導致血清睪酮(testosterone，T)含量和 T/C比值明顯下降。T為同化激素、皮質醇(cortisol，C)為異化激素，高溫活動強度和體力消耗很大，分解代謝顯著增強，而合成代謝遠不能滿足分解代謝，導致機體蛋白質分解代謝加強。本實驗結果顯示血清中顯著升高的BU濃度也證明了這一觀點。

3.3 熱習服訓練對血清BU、La、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]的影響

熱習服(heat acclimatization)是指對熱環境不適者反復暴露于高溫環境，通過調整機體相關生理代償能力，使生理性熱緊張狀態獲得暫時改善，對熱耐受能力提高的現象[6]。近年來，鍛煉促進熱習服的研究受到關注，鍛煉因子中要有熱刺激，才能使機體對熱產生特異性習服反應[18]。Hyypp? S等[19]研究表明，補充葡萄糖-電解質等滲液執行 2周的熱習服訓練后，血漿容積(PV)開始恢復、La峰值有所下降、血漿中[Na+]和[Cl-]逐步升高。Michael I等[3]報道，熱習服后膨脹的PV與血漿蛋白質和 Na+含量的增加密切相關。本研究結果顯示，訓練第7 d結束后再次測試，血清[Na+]較當天測試前和第1次測試后均顯著升高。提示，可能是熱習服訓練后機體的良性反應，有助于 PV的增加，從而改善皮膚和骨骼肌的血流量，增加體表散熱能力和運動能力[20]。

文獻報道，經過連續10 d熱習服訓練后，機體汗腺功能明顯發生適應性改善，出汗率顯著性增加[21]，熱習服訓練后汗液中離子流失量明顯下降[22]。本文結果表明，經過7 d的熱習服訓練后再次測試，血漿[K+]和[Ca2+]較當天測試前和第1次測試后均顯著性升高，[Cl-]雖較第2次測試前顯著性下降，但下降幅度與第1次測試后基本持平([Cl-]第1次測試后下降1.03%，第2次測試后下降1.04%)。提示，熱習服訓練后，隨著出汗量的明顯增加，汗液中離子濃度卻逐漸減少，可能是習服訓練促使機體相關生理功能適應性調整，以保持體液離子濃度、維持血漿容積穩定，是機體適應熱負荷和運動負荷的良好反應。習服訓練后，血清中BU濃度雖較當天測試前及第 1次測試后均有顯著性升高，但較第1 d測試后升高幅度卻有所下降(BU第1次測試后升高2.54%，第2次測試后升高2.36%)。表明，經過7 d熱習服訓練，機體能量代謝逐漸趨于平穩，蛋白質消耗量有所回降。血清La濃度在第2次測試前、后較第 1次測試前、后升高幅度較大(La第 1次測試后升高184.46%，第2次測試后升高238.43%)，但第2次測試前La濃度較第1次測試前顯著性降低，兩次訓練后La濃度差異不顯著。表明，熱習服訓練改善了機體的有氧代謝能力，在運動恢復期加速了乳酸的清除速率，同時也增強了濕熱環境下運動的糖酵解供能能力，是機體適應特殊環境運動的良好表現。熱應激和熱習服均受下丘腦-垂體-腎上腺皮質系統、交感神經-腎上腺髓質系統和腎素-血管緊張素-醛固酮系統的調節。但是濕熱環境下運動，對機體血清BU、La和電解質的調節機制是復雜而又綜合的，還有待于在細胞分子水平上進行深入研究。

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Effects of exercising in a hot and humid environment on blood urea, blood lactic acid and electrolyte of the human body

WU Xiao-nan1，3，LIN Jian-di1，QU Ping1，BAO Ying-chun2，MENG Su-ping1
（1.Physical Education of PLA，Guangzhou 510500，China；2.Second Military Medical University，
Shanghai 200438，China；3.Xi’an Communication Institute of PLA，Xi’an 710706，China）

The authors tried to reveal the adaptation of the body exercising in a hot and humid environment through an experiment studying the characteristics of changing of blood constituents of the body in a hot and humid environment, so as to provide corresponding theoretical criteria for training. The authors selected 30 males students with an average age of (21.3±1.1) randomly from a university. The experiment was done in the hot and humid environment training laboratory of Second Military Medical University, where the ambient temperature was controlled to 39 ℃, the relative humidity was 80%. The experiment lasted 9 d, which were divided into a testing stage and a training stage; at the testing stage, a 12 min speed bike test was run 1 d before and after training respectively; before and after the two tests, venous blood was taken from upper limbs (immediately after rectal temperature index was tested); the cycle of the training stage is 7 d, the exercising loads were 15 min of hand free walking on a treadmill,15 min of resistance free exercising on a model BC4730-52 EVERE speed bike, 15 min of exercising on a modelBC8500 EVERE speed bike which was adjusted to 10LEVEL-280WATT/H. The results showed the followings: as compared with the results before the first and second tests, blood urea (BU), lactic acid (La), [K+] and [Ca2+] after the two tests increased significantly (P<0.05), [Cl-] decreased significantly (P<0.05); [Na+] increased significantly(P<0.05) after the second test; after 7 days of heat acclimatization training, as compared with the results before the first test, BU and [Na+] before the second test increased significantly (P<0.05), La concentration decreased significantly (P<0.05); as compared with the results after the first test, BU, [Na+], [K+] and [Ca2+] after the second test increased significantly (P<0.05). The results indicated the followings: after 7 d of intermittent, repeated heat exposure exercising, the body’s protein metabolism and energy supply decreased somewhat; La removing ability was enhanced; various indexes in blood electrolyte changed to different extents, but they were all in range of normal physiology and the range tolerable to the human body; and the exercising ability and self perception were improved,which indicates that heat acclimatization training is conducive for the body to establish a new dynamic stereotype of thermal reaction.

sports biochemistry；hot and humid environment；exercising；serum；heat stress；heat acclimatization

G804.2

A

1006-7116(2012)05-0135-05

2011-11-16

國家社科基金軍事學項目(10GJ163-031)。

吳瀟男（1983-），女，講師，碩士研究生，研究方向：運動人體科學。通訊作者：林建棣教授。