王加猛（通訊作者） 牟新彥 張傳童

（1.海南醫(yī)學(xué)院 海南 ?？?571199；2.冠縣一中 山東 聊城 252500；3.山東臨朐城關(guān)初級中學(xué) 山東 濰坊 262600）

緒論

海南島地處熱帶北緣，是我國唯一的熱帶地區(qū)屬熱帶季風(fēng)性氣候，賦有天然的大溫室之美稱，年平均氣溫22℃-27℃。隨著2018年4月海南省自貿(mào)區(qū)的建立，海南省的各行各業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也帶動了休閑體育產(chǎn)業(yè)，及各類運(yùn)動康復(fù)類項(xiàng)目日益發(fā)展，為海南經(jīng)濟(jì)的發(fā)展注入一股新的力量。為了更加科學(xué)性的指導(dǎo)熱帶環(huán)境下的體育運(yùn)動，我們要研究在高溫下運(yùn)動對機(jī)體生理代謝的影響，以確保廣大運(yùn)動愛好者在參與熱帶體育項(xiàng)目時(shí)，能夠獲得更科的運(yùn)動指導(dǎo)，獲得更加舒適的體驗(yàn)，和更加健康的體魄。首先我們需要了解在高溫環(huán)境下運(yùn)動時(shí)，對機(jī)體的心血管系統(tǒng)，能量代謝與體液的影響，從而做到在運(yùn)動時(shí)，對不利因素進(jìn)行科學(xué)化的應(yīng)對，對有利因素加以利用，從而更加科學(xué)化的指導(dǎo)熱帶體育運(yùn)動。

1、高溫環(huán)境下運(yùn)動對機(jī)體生理反應(yīng)

在冷熱環(huán)境中，長時(shí)間運(yùn)動時(shí)，體溫會維持在36.1℃-37.8℃之間。運(yùn)動會使機(jī)體產(chǎn)生大量的熱，在低溫環(huán)境下運(yùn)動時(shí)，有利于體內(nèi)熱量的散出，更有利于維持正常的體溫；然而在高溫環(huán)境下運(yùn)動時(shí)，則不利于體內(nèi)熱量的散出。運(yùn)動者在高溫下運(yùn)動時(shí)，身體就會因體溫高于正常體溫，而出現(xiàn)一系列的生理性變化，進(jìn)而會影響運(yùn)動者的運(yùn)動能力和運(yùn)動效果。運(yùn)動者在高溫下運(yùn)動時(shí)，主要會影響心血管系統(tǒng)、能量代謝、體液等方面。

1.1、對心血管系統(tǒng)的影響

運(yùn)動者在高溫下運(yùn)動時(shí)，為了維持正常的體溫，會給循環(huán)系統(tǒng)帶來一定程度的負(fù)擔(dān)。心血管系統(tǒng)會把運(yùn)動時(shí)肌肉產(chǎn)生的熱量傳遞到皮膚，從而通過皮膚把熱量散發(fā)于外界環(huán)境中。熱環(huán)境中運(yùn)動時(shí)會有一部分的心搏出量作用于皮膚和運(yùn)動的肌肉之間，來維持體內(nèi)熱量的散發(fā)。由于血液總量是恒定的的運(yùn)動時(shí)會出現(xiàn)比較復(fù)雜的問題，例如，向一個(gè)特定的部位輸送的血液增加的同時(shí)，向其他部位輸送的血液就會減少。

因此，以短跑為例，運(yùn)動時(shí)來維持肌肉的迅速收縮和舒張，血液就會為肌肉收縮提供更多的能量，此時(shí)心率就會加快（如圖1），血液循環(huán)速率也隨之加快，大部分血液都流向肌肉，而流經(jīng)皮膚組織細(xì)胞的血液流量就會減少，從而妨礙了機(jī)體肌肉熱量的散發(fā)。在此同時(shí)，體溫調(diào)節(jié)中樞，為了更多地將溫度較高的血液輸送到皮膚來達(dá)到散熱的目的，就會刺激心血管系統(tǒng)，這時(shí)皮膚的血管就會出現(xiàn)膨脹。也就會限制維持肌肉活動所需血液輸送量，導(dǎo)致供給骨骼肌的能量減少，肌肉持續(xù)收縮能力力也會隨之下降。此時(shí)，向肌肉運(yùn)動輸送的血液量與保障體溫調(diào)節(jié)所需的血液量就會相互限制，從而降低了骨骼肌的持續(xù)收縮能力，導(dǎo)致運(yùn)動能力下降。

圖1 熱環(huán)境（溫度40℃，濕度15%），涼爽環(huán)境（溫度9℃，濕度55%）下的心率變化

圖2 熱環(huán)境（溫度40℃，濕度15%），涼爽環(huán)境（溫度9℃，濕度55%）下的氧氣消耗量變化

1.2、對機(jī)體能量代謝的影響

在Fink等人的研究中，除了體溫和心率上升之外，高溫下運(yùn)動要比低溫下運(yùn)動，肌糖原的消耗更高，產(chǎn)生的乳酸更多，消耗的氧氣量也會隨之增加（如圖2、3、4）。在環(huán)境溫度為40℃時(shí)，做反復(fù)性運(yùn)動時(shí)，被試者的心率和耗氧量，要比在溫度為9℃時(shí)有更高的值出現(xiàn)。因此，表明在高溫環(huán)境里運(yùn)動時(shí)，心血管系統(tǒng)會承受更高的負(fù)荷量，心率隨之大幅度上升。還會伴隨著汗液的生成與呼吸頻率的增加，需要消耗更多的能量和氧氣。在高溫下運(yùn)動時(shí)，流向肌肉的血液的供應(yīng)量減少，為肌肉提供的氧氣減少，會消耗更多的肌糖原，產(chǎn)生更多的乳酸。因此，這也就是在高溫下運(yùn)動導(dǎo)致快速疲勞的原因。

圖3 熱環(huán)境（溫度40℃，濕度15%），涼爽環(huán)境（溫度9℃，濕度55%）下的學(xué)乳酸含量變化

圖4 熱環(huán)境（溫度40℃，濕度15%），涼爽環(huán)境（溫度9℃，濕度55%）下的肌糖原含量變化

1.3、對體液的影響

當(dāng)周圍環(huán)境溫度接近或超過皮膚和體內(nèi)溫度時(shí)，通過蒸發(fā)來散發(fā)體表和體內(nèi)的熱量的方式占據(jù)了主導(dǎo)作用。通過輻射、對流、傳導(dǎo)已經(jīng)不足以有效性地散發(fā)掉體內(nèi)所產(chǎn)生的熱量。事實(shí)上，在極端的高溫環(huán)境下，通過輻射、對流、傳導(dǎo)不但不能夠散發(fā)體內(nèi)的熱量反而會使體溫升高。因此，若通過體表蒸發(fā)散熱量，汗液的分泌量就顯得尤其重要了。

汗腺分泌汗液是通過下丘腦的刺激來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。當(dāng)血液溫度上升，下丘腦就會通過交感神經(jīng)纖維來對分布在人體數(shù)百萬個(gè)汗腺發(fā)出指令，汗腺就會分泌出大量的汗液。

汗液會在汗腺的分泌片段上產(chǎn)生，通過過濾的汗液在汗腺管排出的同時(shí)，甘氨膽酸鈉和氯化鎂會慢慢地被周圍的組織所吸收再次回到血液當(dāng)中。在輕度出汗的狀態(tài)下，過濾的汗液就會慢慢地經(jīng)過周圍組織，甘氨膽酸鈉和氯化鎂能重新被吸收回到血液當(dāng)中，由于汗液分泌速度慢，因此，甘氨膽酸鈉和氯化鎂幾乎完全被吸收回血液中；在輕度出汗的狀態(tài)下，流失無機(jī)鹽的量是非常少的。但是在劇烈運(yùn)動時(shí)，汗液的分泌量增加，分泌速率加快，過濾并重新吸收回血液的時(shí)間就會減少，因此，汗液被重新吸收回血液中的無機(jī)鹽就會大量減少，隨著汗液排出體外的流失量增加。

如表1所示汗液中無機(jī)鹽的流失量經(jīng)過訓(xùn)練的人和沒有經(jīng)過訓(xùn)練的人是由一定差異的在反復(fù)訓(xùn)練時(shí)，熱量的反復(fù)性釋放和醛固酮對汗腺的強(qiáng)化性刺激，甘氨膽酸鈉和氯化鎂再吸收的量就會增加。但是對于其他汗液中的電解質(zhì)不具有重新吸收的功能。

表1 經(jīng)過熱環(huán)境鍛煉和沒有經(jīng)過熱環(huán)境鍛煉的男女汗液排出的鈉離子，氯離子，鉀離子濃度的差異

在熱環(huán)境中做高強(qiáng)度的運(yùn)動時(shí)，身體的1m2的體表面積，每小時(shí)會生成1升的汗液。在濕熱的環(huán)境下，體重為50kg-75kg的人每小時(shí)的汗液分泌量為1.5L-2.5L。人體最大限度的一天的汗液分泌量在10L-15L左右，無機(jī)鹽的流失量約占總出汗量的2%-5%。在這種環(huán)境下運(yùn)動，人體很快就會出現(xiàn)脫水的危險(xiǎn)。

汗液快速分泌會導(dǎo)致血液總量減少。為了保證肌肉的血液供給量，來防止熱量的持續(xù)累積，為肌肉提供能量的血液量就會受到一定的限制，此時(shí)，就會降低最大的運(yùn)動能力，特別是耐力性項(xiàng)目最大運(yùn)動能力會顯著降低。馬拉松選手運(yùn)動時(shí)，無機(jī)鹽能占到總汗液流失量的6%-10%。如果脫水嚴(yán)重，汗液的分泌就會受到限制，很容易使人患上熱性疾病。

汗液中無機(jī)鹽與水分大量流失，就會引起體內(nèi)的醛固酮和抗利尿激素分泌。醛固酮能維持體液中的甘氨膽酸鈉在一個(gè)適當(dāng)?shù)臐舛?，而抗利尿激素能維持體液中水分的平衡。在嚴(yán)格意義上講，醛固酮會使血液中的甘氨膽酸鈉濃度下降，血液流量減少，血壓降低，和帶來相應(yīng)的刺激反應(yīng)的同時(shí)，引起腎上腺皮質(zhì)激素分泌。在高溫下，進(jìn)行反復(fù)幾天的運(yùn)動，在運(yùn)動時(shí)而這種激素會限制腎臟的甘氨膽酸鈉的排出，將更多的甘氨膽酸鈉留在身體中，來維持體內(nèi)水分的平衡。因此，血漿與細(xì)胞間的液體含量會增加10%-20%。這樣的變化，高溫下運(yùn)動會使體內(nèi)的水分與甘氨膽酸鈉得到有效的維持。同樣，運(yùn)動與體液的流失，抗利尿激素的分泌，也會使腦垂體后部受到刺激?？估蚣に鼐蜁龠M(jìn)腎臟對水分的再吸收，這樣體液中水分就會增加。因此腎臟就會減少小便的排量，來使人體通過出更多的汗來降低體內(nèi)的熱量，維持人體體液水分與無機(jī)鹽的平衡。

2、環(huán)境下機(jī)體運(yùn)動適應(yīng)的判定

我們怎樣才能在高溫環(huán)境下，進(jìn)行長時(shí)間的持續(xù)性運(yùn)動？在高溫環(huán)境下訓(xùn)練的話是否能承受住機(jī)體產(chǎn)生熱量所帶來的壓力？帶著這些疑問我們進(jìn)行了大量研究，結(jié)果如下。

2.1、熱環(huán)境對機(jī)體運(yùn)動的影響

長時(shí)間在高溫環(huán)境中運(yùn)動訓(xùn)練，身體的散熱能力就會逐漸地提高，中暑發(fā)生的可能性也會大幅度降低。這樣的現(xiàn)象稱之為熱適應(yīng)，不僅是從血液循環(huán)與汗液的分泌兩個(gè)生理層面上來說，身體其他層面的生理適應(yīng)能力也會得到提升。熱適應(yīng)并不是以運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生汗液的總量來衡量的，但確實(shí)是通過皮膚排出大量的汗液，使人體內(nèi)的熱量能得到更高效性的散熱。運(yùn)動開始的時(shí)候，已經(jīng)對熱適應(yīng)的人，皮膚會迅速出現(xiàn)汗液，可以迅速地將產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉，皮膚的溫度也變得較低。這樣一來，體內(nèi)的溫度和皮膚溫度與周圍環(huán)境溫度之間就會出現(xiàn)溫度差，這樣體內(nèi)熱量就更容易散發(fā)，因此，向皮膚傳遞熱量的血液的流量就會有所減少，就會有更多的血液流向骨骼肌以滿足對運(yùn)動的需求。在高溫下熱適應(yīng)時(shí)的汗液濃度就會変稀，人體的無機(jī)鹽也就能得到有效性的儲藏。在特定運(yùn)動強(qiáng)度下訓(xùn)練和進(jìn)行體育活動時(shí)，人體的散熱能力會得到提升，那是因?yàn)檫m應(yīng)了高溫下運(yùn)動時(shí)，人體溫要比沒有適應(yīng)了高溫下運(yùn)動時(shí)，人的體溫要低（圖5）。在高溫下訓(xùn)練后，在以相同運(yùn)動強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，熱適應(yīng)的人的心率要比沒有熱適應(yīng)人的心率要低（圖6）。出現(xiàn)這種差異是因?yàn)闄C(jī)體的適應(yīng)就是機(jī)體總血液量增加，流向皮膚的血液量減少的原因，這兩個(gè)方面的原因會使心臟的每回心搏出量增加。有些研究者還提出，這樣熱適應(yīng)后，不僅使人體的總血液量就會增加，而且盡最大限度的有效的保存了機(jī)體的無機(jī)鹽，血漿的含量。

圖5 熱適應(yīng)和沒有熱適應(yīng)人運(yùn)動時(shí)體溫的差異變化

圖6 熱適應(yīng)和沒有熱適應(yīng)人運(yùn)動時(shí)心率的差異變化

而且在熱適應(yīng)以后，機(jī)體感覺疲勞或力竭之前，要比沒有熱適應(yīng)之前能夠做更多得功。相同的運(yùn)動量在熱環(huán)境下要比低溫環(huán)境下運(yùn)動時(shí)，會消耗更多的肌糖原。機(jī)沒有熱適應(yīng)之前，連續(xù)幾天在熱環(huán)境中訓(xùn)練，肌肉中的肌糖原含量機(jī)會減少，會引起慢性疲勞。熱適應(yīng)之后，肌糖原消耗量會減少到原來肌糖原消耗量的50-60%，從而大大降低了慢性疲勞產(chǎn)生的可能性。

2.2、熱環(huán)境下運(yùn)動適應(yīng)的判定

熱適應(yīng)的判定是由環(huán)境條件，在熱環(huán)境里運(yùn)動的時(shí)間，人體熱量散失的速度、運(yùn)動強(qiáng)度三方面條件決定的。根據(jù)大量研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動者要想在熱環(huán)境下，提高運(yùn)動能力首先要進(jìn)行熱適應(yīng)訓(xùn)練，必須在熱環(huán)境下進(jìn)行實(shí)際的訓(xùn)練，而不是單純的身體處于熱環(huán)境中。

不單單是在熱環(huán)境中，運(yùn)動者能得到最大的適應(yīng)效果，就是再重新返回涼爽的環(huán)境里運(yùn)動時(shí)，對身體產(chǎn)生的熱量的散失能力起到很好的作用。這樣就會有更多的血液流向骨骼肌，提高運(yùn)動能力。熱適應(yīng)能提高競技運(yùn)動能力，降低生理性的壓力大大降低了熱性病的發(fā)病率。

在一般情況下，運(yùn)動者在熱環(huán)境下訓(xùn)練5-10天，每天運(yùn)動1小時(shí)，就會達(dá)到熱適應(yīng)，最初幾天為了克服熱對身體帶來的負(fù)荷，運(yùn)動強(qiáng)度要降低到60%-70%。這樣就可以最大限度的降低和預(yù)防選手中暑的幾率。在運(yùn)動時(shí)，要補(bǔ)充大量的水分以維持體液的平衡。心血管系統(tǒng)一般在3-5天就會出現(xiàn)適應(yīng)的現(xiàn)象。而汗液分泌一般要在10天左右才能得到適應(yīng)。

3、結(jié)語

在高溫環(huán)境下運(yùn)動時(shí)，機(jī)體為了把內(nèi)部熱量排出體外，大部分血液會參與散熱，導(dǎo)致流向骨骼肌的血液流量減少，進(jìn)而影響肌肉的持續(xù)收縮能力，運(yùn)動能力下降；心率也會隨之加快，會給心血管系統(tǒng)帶來更大的負(fù)荷壓力。熱環(huán)境運(yùn)動適應(yīng)后，心率會減緩，流向肌肉的血液會增加，為骨骼肌的運(yùn)動提更多的供能量。初期在高溫下運(yùn)動時(shí)，由于幫助機(jī)體散熱，機(jī)體內(nèi)的肌糖原會被大量消耗掉，引起慢性疲勞。熱環(huán)境運(yùn)動適應(yīng)之后，肌糖原消耗量會減少到熱環(huán)境為適應(yīng)時(shí)的消耗量的50%-60%，從而大大降低了慢性疲勞產(chǎn)生的速率。在高溫下，進(jìn)行反復(fù)幾天的運(yùn)動訓(xùn)練，會使機(jī)體的散熱效能得到提高，不但能保障更多的血液流向骨骼肌，而且還能有效的減少體內(nèi)水分和無機(jī)鹽的流失，從而降低了在熱環(huán)境下中暑的可能性性。因此，在熱環(huán)境下訓(xùn)練指導(dǎo)，在一般情況下選手在熱環(huán)境下訓(xùn)練5-10天，每天運(yùn)動1小時(shí)，就會達(dá)到熱適應(yīng)，最初幾天為了克服散熱對身體帶來的負(fù)荷，運(yùn)動強(qiáng)度要降低到60-70%。這樣就可以最大限度的降低運(yùn)動者中暑的幾率。在熱環(huán)境運(yùn)動時(shí)，要補(bǔ)充大量的水分以維持體液的平衡；心血管系統(tǒng)一般在3-5天就會出現(xiàn)適應(yīng)的現(xiàn)象；而汗液分泌一般要在10天左右才能得到適應(yīng)。

4、展望

通過以上論述對高溫下運(yùn)動者的生理性影響和對運(yùn)動者熱適應(yīng)判定的論述可知，通過對運(yùn)動愛好者和運(yùn)動選手的心率、體內(nèi)核心溫度、氧氣消耗率、血乳酸、肌糖原、分泌汗液體積及無機(jī)鹽的濃度等可測量性常規(guī)生理指標(biāo)進(jìn)行測定，建立熱帶環(huán)境下運(yùn)動生理性數(shù)據(jù)庫，建立熱帶訓(xùn)練指導(dǎo)體系?？茖W(xué)化的制定對熱適應(yīng)的訓(xùn)練與營養(yǎng)攝入的科學(xué)化數(shù)據(jù)體系，降低熱帶病癥與訓(xùn)練不適，帶來的危險(xiǎn)事件的發(fā)生概率，讓運(yùn)動者和選手，能更加快速有效的融入熱帶運(yùn)動和訓(xùn)練中，確保在參與熱帶環(huán)境運(yùn)動時(shí)，自身安全性和自身運(yùn)動效果的可靠性。