預冷干預對高溫高濕環境下女大學生運動能力的影響

呂志輝

LYU Zhi-hui

●運動人體科學●

預冷干預對高溫高濕環境下女大學生運動能力的影響

呂志輝

LYU Zhi-hui

目的 探討預冷干預對高溫高濕環境下女大學生運動能力的影響。方法 以15名女大學生為實驗對象，采用自身對照的方法，對受試者進行預冷干預，在高溫高濕環境下做遞增負荷運動，利用近紅外光譜技術連續監測腦氧飽和度和肌氧飽和度，同時監測心率（HR）、體表溫度（T）、運動總路程（S）、消耗能量（E）、主觀體力等級（RPE）指標。結果 預冷干預對高溫高濕環境中的T、HR、RPE、S、E等有顯著性影響（P<0.05）；而對腦氧飽和度和肌氧飽和度的影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。結論 高溫高濕環境下運動時，預冷干預可以顯著降低運動前的T和HR，使運動過程中T和HR升高的速率變緩；高溫高濕環境中預冷干預可以減輕受試者的主觀疲勞程度；預冷干預對高溫高濕環境運動時腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化并沒有影響；預冷干預可顯著提高高溫高濕環境下女大學生的運動能力。

預冷干預；高溫高濕環境；女大學生；氧飽和度；運動能力

高溫高濕環境是運動員和熱帶地區居民經常遇到的一種不可避免的特殊環境，而在高溫高濕環境下運動員在運動中的身體生理反應一直以來是環境生理學和運動醫學研究的熱點問題。在運動人體生理學中高溫高濕環境常被定義為：通常溫度在35℃以上的生活環境和32℃以上的訓練環境，并且空氣的相對濕度在60%以上［1］。研究表明，預冷可以有效降低運動前身體的核心溫度、提高熱儲備能力和運動能力，在高溫高濕環境下運動中應用廣泛［2-4］。預冷方法包括冷空氣暴露、冷水浸泡、冰漿預冷、穿戴降溫服或冰背心、聯合預冷等。本研究旨在驗證預冷干預對高溫高濕環境下運動能力的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取15名吉林體育學院女大學生為受試對象，平均年齡為20.57±1.64歲，平均身高為162.46±3.81cm，平均體重為53.53±6.84kg。受試者身體健康，無四肢損傷和心血管疾病，要求受試者熟悉實驗流程，并簽署知情同意書。

1.2 實驗設計

預實驗：確定實驗負荷及環境艙高溫高濕環境；第1次實驗：將受試者隨機編號1-15，測試15名大學生的各項數據，作為空白組（blank group，BG）；第2次實驗，按編號進行分組以便于區分，將1-8號受試者作為實驗組（experimental group EG），進行預冷干預，7-15號受試者為對照組（control group，CG），無干預；第3次實驗：采用交叉設計，7-15號預冷后進行相同測試，1-8號不預冷進行相同測試。每次實驗時間間隔7天。

1.3 實驗步驟

圖1 實驗流程示意圖

預冷方案：實驗前，預冷組經冷空氣暴露（-5℃）15min后進入環境艙，無干預組在進艙前靜坐15min。同步測定受試者的HR、體表溫度；

環境艙溫度調試：本實驗在某高校運動人體學院環境艙中進行，環境艙溫度設定為38℃，相對濕度為60%；

遞增負荷運動：功率自行車設為5級負荷，初始負荷為50W，固定轉速50rpm，隨后每5min遞增30W，每級負荷末測試前額溫度T及受試者RPE，運動結束后記錄下運動總路程（S）及消耗總能量（E）。本研究為力竭實驗，力竭的標準為：遞增運動過程中攝氧量達到峰值，即隨著負荷增加，攝氧量不變或上升幅度不超過5%；呼吸商≥1.10；實測心率接近或超過180b/m；同時受試者自我感覺疲乏，呼吸困難，RPE（主觀體力等級）達19級，且一再鼓勵下仍不能堅持運動，然后舉手示意停止運動。

需要說明的是，運動過程中總路程與能耗取決于運動至力竭的時間，本研究為方便記錄、比較，統一在每級負荷末采集數據，如運動時間為24min，未完成5級負荷，則就近采集4級負荷末的數據，即顯示的是20min末的路程和能耗。因此，數據中的里程數與運動至力竭時的路程和能耗數會有所差異。

近紅外光譜測試：采用Moxy近紅外光肌氧檢測系統來監測腦氧飽和度和肌氧飽和度。腦氧飽和度監測點放置于左側額頭處，沿額頭的解剖結構水平放置；肌氧監測時選擇蹬踏功率自行車訓練時的主動肌—股外側肌的肌腹中點為監測點，將近紅外光測試系統放置于右側大腿股外側肌肌腹中部的縱向平面上，然后用彈力繃帶固定，松緊度適中，每次測試開始約20s后出現穩定值再開始正式記錄。

1.4 數據分析

采用Excel對數據采集整理，SPSS20.0進行數據分析，測試結果以（Mean±SD）表示，組間比較采用單因素方差分析，自身對照經T檢驗，顯著性差異為P<0.05，非常顯著性差異為P<0.01。

2 研究結果

2.1 不同組別運動過程中溫度和心率的指標變化

如表1所示，EG組與CG組及BG組相比較，運動開始時（50W）體表溫度有顯著性差異（P<0.05）；運動開始時（50W）及5min末（80W）心率存在顯著性差異（P<0.05）。

2.2 不同組別運動過程中RPE的對比結果

圖2 不同負荷等級末受試者的主觀感受。

圖2表明，EG組的RPE顯著低于CG組和BG組 （P<0.05）

2.3 運動過程中腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化

表2 腦氧和肌氧飽和度的變化情況

圖 3-a

圖 3-b

圖 3-c

表2為不同組別的腦氧和肌氧飽和度的變化情況，圖3中a、b、c分別為EG組、CG組和BG組的腦氧和肌氧飽和度的變化，由以上的數據可知，不同組別的運動過程中，腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化沒有顯著性差異（P＞0.05）。

2.4 不同組別的運動里程和能量消耗情況

圖4

圖5

圖4和圖5顯示，通過對不同組別運動總里程和消耗總能量的對比發現，EG組與CG，BG組相比具有顯著性差異（P<0.05）。

3 分析與討論

3.1 預冷干預與體表溫度

體溫是機體進行熱調節反應的重要生理學指標。骨骼肌在運動時需要較大的血流量來運輸氧氣和營養物質，在常溫下，心輸出量的80%將用于滿足運動時的生理需求。在濕熱環境中，血液循環和肌肉血流量會分配至調節體溫的部分，因此，體溫會隨著機體的運動強度等比升高。一方面，濕熱環境下運動脫水會導致水分和電解質大量丟失，進而使血漿量、體表血流量減少，同時，濕熱環境影響汗液蒸發，使得機體散熱能力降低；綜上所述，體溫過高是導致濕熱環境下運動性疲勞、運動持續時間短的關鍵因素［5］。

研究表明，高溫高濕環境下預冷干預可顯著降低體表溫度，這與 Castle［6］和 Marino［7］等研究結果一致。預冷的血液經過循環，可以增加皮膚的熱儲備能力，增強運動前的水合作用，這可能是運動過程中溫度升高過程緩慢的原因［8］。預冷后體溫的下降幅度與運動能力有一定的關系。如果預冷后溫度下降幅度過大，會導致運動能力的降低［9］。多數研究認為，溫度下降幅度在1.5℃以內均有較好的效果。

3.2 預冷干預對HR與RPE的影響

研究顯示，高溫高濕環境下預冷干預可使受試者HR顯著降低。Sleivert等要求受試者在38min的熱身中用冰背心與不用冰背心完成5km全力跑，研究表明，在熱身期間使用冰背心比不用冰背心組HR低11次/min［10］。黃興等的研究也表明，在穩定的環境條件下，預冷后運動期間的心率有降低的趨勢［11］。究其原因，Olschewski認為預冷可降低心率的原因可能是由于皮膚溫度的改變，使得生物化學反應過程速率的增加［12］；而Burdon等認為心率降低的原因可能是靜脈壓的升高導致靜脈回流增加，提高了血液中氧的利用［13］。

RPE是評價受試對象維持運動主觀動機能力的一項指標。RPE的6-20級別反映了遞增強度過程中心率的變化。與常溫環境相比，高溫高溫環境下維持相同的強度運動時RPE級別會隨HR的升高而增加［14］。受試者在精疲力竭時，自我感覺腿部沉重，頭部很熱，PRE可達到19-20級［15］。

有實驗證實，環境溫度的升高時，運動員腿部血流量并不減少，而且肌肉中乳酸和鉀的濃度也并未升高到足以令運動員精疲力竭的程度，肌糖原的消耗也不是造成RPE升高的主要原因［16］。以上的分析認為，在高溫高濕環境下運動時，體溫的持續升高可能是RPE升高的關鍵性因素。本研究中預冷干預對RPE的影響與體表溫度的變化趨勢有較高的相似度，這也印證了以往的觀點。

3.3 預冷干預對腦氧飽和度的影響

腦氧飽和度是腦組織中各種微血管血氧飽和度的加權平均值，其反映了受試者腦灰質中的血氧飽和度［17］。當機體體溫過高時，大腦往往最易受到損害，Nybo等關于對熱環境下動力性運動的體液循環和體溫調節的研究顯示，熱作用將引起神經活動衰減，肌力下降［18］。

本研究結果發現，隨著負荷等級的增加腦氧飽和度的變化幅度不大，徐飛等［19］人認為中小強度運動時腦氧飽和度變化不大，兩者結果具有一致，原因可能是因為腦內的血流動力學自主調節機制保證了腦血流量和腦容量的穩定。不少研究認為［17，19，20］，腦氧飽和度會隨運 動強度地遞增而逐漸降低，一方面，體溫過高會引起大腦血液供應減少，腦血流量的下降在很大程度上與換氣過度誘發的動脈CO2分壓的降低有關；另一方面，溫度過高會導致心輸出量和動脈血壓大幅度下降，從而導致腦血流灌注率下降。

3.4 預冷干預與肌氧飽和度

本研究結果顯示，遞增強度運動時肌氧飽和度隨運動強度的遞增呈階梯狀下降的趨勢。即負荷較低時，肌氧飽和度先下降隨后保持平衡；負荷較高時，肌氧飽和度出現大幅度下降；而隨著運動時間的延長，在運動結束前，肌氧飽和度變化幅度不大，基本保持穩定。

運動開始階段肌肉氧飽和度下降可能是由于運動開始階段肌肉強烈收縮使血管受到擠壓引起肌肉組織內血流量減少所致；而隨后血氧飽和度的恢復較為合理的解釋可能是由于氧運輸系統主要依賴于肌肉中發達的毛細血管網將O2和能源物質補充于肌肉中，同時排除運動中產生的CO2和乳酸，從而使肌肉中養得運輸和消耗重新建立了新的平衡［21］。 遞增負荷過程中肌氧飽和度下降可能由以下原因引起［22］：機體溫度升高；能量代謝加快，產生了大量的CO2，使得局部CO2分壓升高；短時間內糖酵解產生的乳酸使pH值降低，2，3-DPG增加。這些因素都使得肌組織中HbO2解離速度加快，造成肌氧飽和度下降。 運動后期肌氧飽和度不再下降可能是由于運動時間的延長，血液循環加快，伴隨著心跳加快以及毛細血管開放程度加大，肌肉血流量上升而血氧的供應量相對加強，使運動中氧的消耗與供應趨于相對平衡所致［23］。

3.5 預冷干預對運動能力的影響

本研究的結果證實，高溫高濕環境下預冷干預可以顯著增加運動總里程，消耗更多的能量，進一步反映了運動能力的提高。Carly等［24］對12名自行車運動員通過在環境溫度35℃濕度60%，運動形式為70min的間歇性重復沖刺運動，研究結果表明采用預冷干預明顯提高運動員的運動能力。這與本研究的結果相符。本研究認為關于預冷提高運動能力的原因是諸多因素的綜合結果。首先體表溫度的相對較低，減輕了體溫過高對大腦中樞疲勞的影響，使得中樞神經能夠保持較長時間的工作；較低的體溫可以一定程度上為維持長時間運動節省能量的消耗，保持較好的運動狀態；而且由于運動開始時心率較低，較高得心率儲備也是提高運動能力的原因之一；此外，運動過程中受試者較低的RPE也有助于運動過程的持續。

4 結論

1）高溫高濕環境下運動時，預冷干預可以顯著降低運動前的體表溫度和HR，使運動過程中體表溫度和心率升高的速率變緩。2）高溫高濕環境中預冷干預可以減輕受試者的主觀疲勞程度。3）預冷干預對高溫高濕環境運動時腦氧飽和度和肌氧飽和度的變化沒有影響。4）預冷干預可顯著提高高溫高濕環境下的運動能力。

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Effect of Pre-cooling Intervention on Female College Students in High Temperature and High Humidity Environment

Objective To explore the effect of pre-cooling intervention on high temperature and high humidity environment for female college students'sport ability.Methods Fifteen female college students were selected as experimental subjects，measured by self control method.The subjects were pre-cooled and did graded exercise testing under high temperature and high humidity environment.Cerebral oxygen saturation and muscle oxygen saturation was continuously monitored by Near Infrared Spectroscopy Instrument，and heart rate （HR）， body surface temperature （T）， movement distance （S）， energy consumption （E） and subjective physical level index （RPE） was monitored as well.Results The pre-cooling intervention had significant influence on T，HR，RPE，S and E index （P<0.05），but there was no significant difference in cerebral oxygen saturation and the muscle oxygen saturation （P>0.05）.Conclusion 1） Pre-cooling intervention can significantly reduce the T and HR before exercise and slow the increasing rate of the T and HR during exercise;2） In this kind of environment， pre-cooling intervention can reduce the subjective fatigue degree of subjects;3）pre-cooling intervention has no effect on cerebral oxygen saturation and muscle oxygen saturation during exercise under high temperature and high humidity environment;4）The pre-cooling intervention can significantly improve the exercise capacity of female students under high temperature and humidity environment.

Pre-cooling； High temperature and high humidity environment； Female students； Oxygen saturation；Exercise capacity

G807.4

A

1003-983X（2017）09-0771-05

2017-06-23

呂志輝（1990～），男，河北邯鄲人，在讀碩士，研究方向：運動人體科學.

吉林體育學院，吉林 長春，130022

Jilin Sport UniversityChangchun 130022China