运动与热环境

张娟娟

（陕西师范大学体育学院 陕西西安 710062）

运动与热环境

张娟娟

（陕西师范大学体育学院 陕西西安 710062）

在热环境下运动时，热应激和运动应激联合作用导致体温、脑和肌肉局部温度升高并且出现脱水，全面影响运动员的生理功能、心理过程及运动能力。本文综述了热环境运动时机体的生理反应，热环境对运动成绩的影响，热环境限制运动能力的因素以及在人环境条件下进行运动训练的建议，为的是使我们能更好的适应环境，提高运动成绩。

运动 热环境

2002年韩日世界杯上，许多强队纷纷落马，其主要原因是体力不支，有专家说高温是其中的原因之一。由此可见，环境的温度和湿度与体育运动的密切关系。对比赛环境的适应与否直接影响着运动员的比赛成绩的好与坏，在体育训练中适当的训练环境可以起到提高运动成绩的效果。因此，如何适应并科学地利用环境来起到提高运动成绩的目的成了关键问题。

人体的温度必须保持相对的恒定才能进行正常的机能活动。人对体内深部温度只能耐受4℃左右的变化，在此范围内不会影响体力和智力的正常工作，超过这个范围对人体机能将产生不良影响。热环境对人体的循环功能、体温调节功能以及代谢产生深刻的影响，在热环境中运动时，由于产热增加而散热能力又受到限制，体温更容易升高。体温过高不仅影响运动能力，严重时可发生热疾病，甚至因热至死。

1 热环境运动时的生理反应

1.1 心血管功能

在大热天运动时，肌肉需要大量的血液将氧气运输到肌肉。同时，代谢产生的热量增加，要使这些过多的热量散发，只有通过血液将热量运输到体表。然而，运输热量所需的血液和肌肉运输氧所需的血液一样多时，二者之间就会产生矛盾。与此同时，温度调节中枢命令心血管系统将更多的血液直接到皮肤，以用来散热。这就限制了工作肌肉的血流量，使耐力受到限制。有限的血液在运动需要和散热需要之间展开竞争。要保持不变的心输出量到外周，心血管系统必须做出明显的调整。血液重新分配，使回心血量减少，这就使每搏输出量减少。从某方面说，由于运动使工作肌和皮肤都得不到足够的血流量，结果，任何引起心血管系统超负荷的因素都会妨碍散热，损害身体机能和增加中暑的危险。所以对在冷环境下耐力成绩表现为最好而不必惊讶，很少有报导说在热环境下中长跑运动员取得了好成绩。

1.2 能量供能

学者Finketal证实，和在冷环境运动相比，在热环境运动使体温和心率进一步增加的同时，导致工作肌利用更多的糖原和产生更多的乳酸。随着出汗和呼吸增加，就需要更多的能量和摄取更多的氧。和在冷环境运动相比，在热环境运动时消耗更多的肌糖原和产生更多的乳酸，这二者都容易产生疲劳的感觉。

1.3 体液平衡

在某些情况下，环境温度将达到或超过皮肤温度和体内温度。此时，传导、对流和辐射都因为环境温度的升高对散热不起什么作用，蒸发就对身体散热显得特别重要。血液温度升高时，下丘脑通过交感神经纤维向分布在全身表层的上百万的汗腺发放神经冲动，使其排汗。汗腺通过管状结构穿过真皮和表皮，在皮肤打开。汗液是汗腺分泌的。通过汗腺的输送管滤过，钠和氯化物被重吸收到周围的组织和血液。轻微出汗时，过滤的汗液缓慢地通过输送管，钠和氯化物有足够的时间被完全重吸收。此时，很少有这些物质到皮肤。然而，在运动时由于排汗率的增加，这些物质由于没有足够时间被重吸收，汗液中钠和氯化物的含量较高。

在热环境进行大运动量时，每平方米体表面积每小时排出的汗超过1L。这就是说，在高温热环境进行大强度运动，一般个体(59kg～75kg)也许要每小时排汗1.5L～2.5L，相当于体重的2%～4%，一个人在这种状况下几小时就会丢失体内至关重要的水分。高的排汗率减少了血流量，这就限制了为工作肌提供的血流量和防止体温升高，这也就降低了运动潜力，尤其是耐力。长跑运动员排汗丢失的水份占体重的6%～10%。这容易造成脱水和热相关的疾病。丢失的水，使醛固酮、抗利尿激素增加，醛固酮负责保持钠的适当水平，抗利尿激素负责保持体液平衡。在热环境持续剧烈地运动，这些激素就会限制从肾脏排泄钠。钠保留的越多，水分也就保留越多。基于这个原因，血浆容量会上升10%～20%。这就使机体保留的水和钠为进一步在热环境中运动做好准备。相类似的是运动时水分丢失刺激下垂体腺后部分泌抗利尿激素，抗利尿激素刺激水在肾脏的重吸收，使体内保留更多的水分。所以我们的身体会为了补偿矿物质和水的丢失，使尿液减少。

2 热环境对运动成绩的影响

机体在热环境中运动，产生热应激，然后可产生热适应，热适应后可缓解热引起的生理紧张，提高热耐受力。但当机体热应激过度，则出现热损伤。按严重程度依次分为：中暑性痉挛、热衰竭和中暑。运动热应激对人体机能的影响直接影响运动能力，但影响的性质及程度与运动项目特点、个体性别等因素有关。热应激对氧动力学没有明显的影响，但对最大吸氧量有明显的影响，从而影响耐力，特别是对女子耐力影响更明显，1996年亚特兰大奥运会期间女运动员受到的热危害比男子明显。女运动员身体成分中脂肪比例高对散热不利，而体内的黄体酮升高也导致体温的升高并通过作用于下丘脑的有关神经元导致调定点和升高，因此，妇女运动热应激的问题更应引起特别的重视。

人体各系统机能水平本身是运动能力的评价指标，运动热应激对人体生理机能的影响直接影响运动能力，但影响的性质及程度与运动项目特点、个体性别等因素有关。

3 热环境限制运动能力的因素

在热环境中运动可导致疲劳提前出现，这表明热环境中存在限制运动能力的因素，这些因素主要包括：肌糖原的快速消耗，脱水，体温过高，输氧能力下降等。

3.1 肌糖原的快速消耗

肌糖原是肌肉重要的能源物质，在耐力运动中肌糖原含量高会表现出较强的运动能力，肌糖原的耗竭是运动性疲劳的一个重要原因。在热环境中运动时糖代谢发生变化，机体更加依赖糖的氧化供能，具体表现为肌糖原分解加速，乳酸快速积累及肝葡萄糖输出增加所致的血糖升高。肌肉血流减少，温度增加，血浆儿茶酚胺水平上升和肌纤维募集模式的变化都可能是造成骨骼肌代谢发生变化的原因。更多的研究表明，血浆儿茶酚胺浓度的升高是骨骼肌代谢发生变化的主要原因。Mark(1996)等让8名对热环境未适应的受试者分别在温度为20℃、40℃，相对湿度均为20%的环境中以70%Vo2max的强度运动至疲劳，发现40℃组血浆儿茶酚胺浓度明显高于20℃组。高浓度的儿茶酚胺可促使磷酸酶转变为它的活性形式，从而加速肌糖原的分解和乳酸积累，但Ⅰ型肌纤维糖原的消耗快于Ⅱ型肌纤维。儿茶酚胺浓度的升高还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积累可导致疲劳的提前出现。但也有研究表明，在热环境中运动至疲劳时，肌糖原仍保持在较高水平，且补糖并不一定能延缓疲劳，因此肌糖原的快速消耗可能不是限制热环境中运动能力的关键因素。虽然如此，在热环境中训练时糖的消耗高于温度较低环境，即使是热适应个体也是如此。所以应保证膳食中有足够的糖，以利于肌糖原的恢复。

3.2 脱水

在热环境中运动时，汗液蒸发是机体主要的散热方式，汗液的分泌常常超过摄水量，机体容易发生脱水。脱水可降低运动能力，在适宜温度环境中，脱水达3%时可影响人体最大有氧能力，而在热环境中，失水超过2%即可降低最大有氧能力。脱水还可降低对热应激的生理耐受性。Sawka等让正常水合和脱水(8%体重)的受试者在热环境中(温度T=40℃，相对湿度rh=20%)步行，结果正常水合组热衰竭时间为120min，脱水组为55min，脱水明显缩短了机体的热耐受时间，但更重要的是脱水降低了机体所能耐受的最高体温，正常水合个体热衰竭时的体温比脱水个体高0.4℃。无论是适宜环境还是在热环境中，脱水都会降低机体的散热能力。即使失水为1%体重时，剧烈运动时的体温也高于正常水合个体，随着脱水程度的增加，体温升高幅度也增加，每丢失1%体重的水，体核温度会升高0.10℃～0.23℃。严重脱水时皮肤血管可由舒张转变为收缩，造成这种现象的原因可能是血浆中去甲肾上腺素浓度大幅度上升引起的。另外，血容量的减少和动脉血压的下降都会刺激压力感受器，从而引起皮肤血管收缩，皮肤血管的收缩进一步降低了机体散热能力。脱水对心血管功能的影响表现为每搏输出量下降，当脱水达4.9%体重时，每搏输出量下降28%，而心率的增加并不能抵消每搏输出量减少所致的心输出量下降，心血管系统只能通过收缩血管来弥补心输出量的下降，皮肤血管也参与了这一缩血管反应。

3.3 体温过高

体温的维持是机体产热和散热平衡的结果。在热环境中甚至在温度适宜环境中剧烈运动时，体核温度经常会超过40℃或更高。热环境中运动时，由于产热增加，而散热能力又受到影响，可导致体温过高。研究表明，体温过高可通过抑制中枢神经冲动的发放或其下行传导环节来减小骨骼肌的收缩力量，直接导致疲劳。目前，这一假说还没有得到直接的证实，但一项关于热适应的研究却间接支持这一假说。在这一研究中，受试者以60%Vo2max的强度在热环境中(T=40℃，rh=10%)进行热适应训练，每次训练至自感疲劳，9～12天后出现疲劳的时间从48±2min增至80±3min。热适应前与热适应后疲劳的出现仅与体温升高有关(40℃)，即当体温达40℃时机体出现疲劳，与心输出量、肌肉血流和肌糖原、血糖、乳酸的积累都无关。热适应并不能改变运动至疲劳时的体核温度，但由于热适应个体散热能力强，体内热积蓄速度下降，使达到“疲劳温度”的时间得以延长从而表现出更强的运动能力。运动肌的温度往往超过体核温度，运动肌温度的升高可引起许多功能蛋白如Na+-K+ATPase、Ca2+ATPase、肌原纤维ATPase和线粒体呼吸链等结构和功能的变化，上述任何环节的改变都会影响骨骼肌的功能，导致疲劳。这此研究表明，体温过高可能是热环境中运动能力的主要限制因素。

3.4 输氧能力

在热环境中运动，肌肉需要大量血液供应，皮肤也需大量血液供应来保证体内的热量散发，这会影响向肌肉输氧的能力。另外，出汗造成的脱水会使血浆量下降，当脱水达4%时，血浆量减少16%～18%。循环血量的减少不仅可降低心输出量，还使红细胞比容及血液粘滞度增加，加重了心脏的负荷。

4 热环境下运动训练的建议

4.1 热适应(热习服)

提前热适应是提高热环境中运动能力的有效方法。热适应，是指人在热环境下工作一段时间。运动热应激适应必须是运动应激与热应激同时施加于运动员机体才能获得。不论是在干热环境还是在湿热环境中，7～10天内可获得热适应，在热环境中机体进行60min～90min的运动能获得更好的使用效果。对热适应的生理调节主要包括如下几个过程：外周导热能力增强、血浆量增多、排汗能力加强、开始出汗的皮肤温度阈值下降以及皮肤上出汗点的分布范围扩大等，表现为血压的稳定性增加，心率减慢，中心血量恢复，加上抗利尿素分泌增多，血容量显著增加，因而心脏中负盈代谢和心血管功能明显改善，机体就易于保持体热平衡。近年来欧洲各国十分重视运动热应激的适应，1996年亚特兰大奥运会前，英、俄、法、澳便在佐治亚州建立训练营以取得对湿热天气的适应。

4.2 合理补液

在热环境下进行较长时间运动时，汗液的分泌不仅使机体丢失水分而且还丢失电解质，合理的补液能减少机体水分的丢失，维持血容量的平衡，并能提高运动能力。补液一般包括补水、电解质、糖和肌酸等，这是针对运动热应激中肌温、脑温问题及脱水问题而采取的措施。有研究表明，运动中的随意饮水往往不能弥补汗液失水，因此应该有规律地补水，如每隔10min～15min补水一次，每次100mL～200mL，纯水在小肠中的吸收速度小于等张或低张溶液，因此通过等张或低张溶液来补水可能更理想。动物及人体研究都表明，补液中加入少量的盐对于纠正脱水优于单纯补水。纯水摄取迅速稀释了血浆的钠离子，促进了尿液产生，并使钠依赖的渴感迟钝。盐的补充可维持血浆钠浓度的稳定以保持渴感敏感性，并快速恢复有效血容量。对“运动饮料”方面有研究表明，5%的葡聚糖饮料较单糖及双糖饮料吸收效率高。另外，在热环境下运动时，准备活动和间歇都应该考虑到阴凉处，服装也应该以简单、浅色、宽松为主。

4.3 营养措施

4.3.1 保持热量平衡

热环境下，能量的消耗除了运动消耗外，还受高温环境的影响。在30℃~40℃的热环境下，温度每升高1℃，能量消耗就增加5%，在高温条件下进行运动训练，机体对能量的需要量可增加10%~40%。但考虑到高温条件下食欲和消化功能有所减弱，摄人较多的食物以增加能量供应有一定的难度，所以推荐以增加10%左右的能量为宜。

4.3.2 合理的热源质比例

根据热环境条件和运动项目的特点，对糖、脂肪和蛋白质的摄入量作适当的调整。由于热环境下耗能大，产、散热多，因而提倡高糖、中脂、低蛋的食谱。因为糖的代谢终产物为H2O和CO2，有利于排出。而蛋白质的代谢终产物为酸性物质，增加内环境的酸度，使机体容易疲倦，但又必须保持充足的能量，所以需进食一定的脂肪，以释放较高能量来保证充足的能量供应。同时，要求补充充足的维生素和矿物质，以补充高热环境下丢失的大量元素，尤其是Ca+，可以有效减少肌肉痉挛。

4.3.3 合理的膳食制度

高温环境下人的食欲减弱，所以要求运动后45min以后才开始进餐。一般情况下，早上的气温较低且未进行大运动量训练，因而要培养早餐“多食”和“食好”的习惯，并且在晚上增加适当的夜餐，使消耗的能量得到补充。一般三餐的能量比例可控制在各1乃，两餐之间可随机进食。

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