环境学理论视野下甘肃藏区高原群众体育锻炼研究

高继科,田国祥,赵富学,才让卓玛

GAO Jike,TIAN Guoxiang,ZHAO Fuxue,CAI RANG Zhuoma

环境学理论视野下甘肃藏区高原群众体育锻炼研究

高继科,田国祥,赵富学,才让卓玛

GAO Jike,TIAN Guoxiang,ZHAO Fuxue,CAI RANG Zhuoma

运用文献资料法、仪器测量法、问卷调查法和数理统计法,对甘肃藏区高原群众体育活动现状进行调查研究。并以甘肃藏区8个监测点获取的空气污染物和气象指数两部分数据为基础,依据公共场国家相关标准,采用环境科学方法进行分析。结果显示:在甘肃藏区群众体育锻炼较为集中的时段SO2、NO2、PM10都存在不同程度的超标,而且风速、湿度、温度、气压都会影响人体锻炼。建议:相关职能部门加强对空气质量的监控,指导群众进行科学的体育锻炼、选择适宜的体育锻炼时段和制定适宜的运动处方。

环境学；藏区；高原；体育锻炼

大气环境质量直接影响着我们的生活,世界卫生组织(WHO)数据显示,因大气污染全球每年死亡的人数高达300万,占总死亡人数的5%。[1]Kunai等人的研究指出,城市大气污染造成全球每年约80万人死亡、世界人口总预期健康寿命减少约460万年。其中,每年因汽车尾气污染而死亡的人数是交通事故的2倍。[2]本研究重点从环境学角度出发,通过分析研究甘肃藏区高原的环境特点和影响体育锻炼的因素,为指导藏区群众进行安全、合理、科学的体育锻炼提供理论依据,以便更好、更快的推进藏区群众体育事业的发展。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

甘肃藏区高原群众体育锻炼。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

根据研究目的需要,查阅有关群众体育、高原体育锻炼、体育锻炼与环境科学等学术论文,以及与本研究有关的社会学、环境学等书籍；对检索到的相关文献和资料进行筛选、分析和整理。

1.2.2 仪器测量法

课题组获取甘南州环保局相关数据以及利用LGH-01型长光程DOAS仪(系统组成:DOAS气体监测仪；可吸入颗粒PM10监测仪；气象参数监测仪；数据采集；中心站数据管理子系统),选取甘肃藏区高原锻炼人群较密集的8个中心广场作为空气指标监测点,监测指标包括污染物(SO2、NO2、PM10)和气象(风速、湿度、温度、气压)两部分。

1.2.3 问卷调查法

课题组编制了甘肃藏区高原群众参与体育锻炼现状调查问卷,调查对象为世居高原的藏族男女性群众(不包括学生和部队官兵)。经检验,问卷信度为0.86,效度为0.87。问卷发放范围涉及七县一市,共发放1 200份,回收率93.6%,有效率90.9%。

1.2.4 数理统计法

对所测到空气质量相关数据,以及问卷调查的结果采用SPSS16.0进行数据处理。

2 甘肃藏区高原环境特点概述

医学上所指的高原是使人体产生明显生物学效应,且海拔3 000m以上的地域。[3]运动医学界对高原的定义,除了考虑地理因素外,主要从高原训练的角度出发进行分类,对高原高度的划分国内外的标准很不一致。我国学者胡亦海于2001年划分了海拔高度的相对标准:超高原(2 400m～3 000 m)、准高原(2 000m～2 300m)、亚高原(1 800m～2 000m)。[4]以Saunders等为代表的国外许多研究者对海拔高度的界定标准为:低高原(500m～1 500 m)、中高原(1 500m～3 000m)、高原3 000m以上,[5]本研究采用上述对高原海拔的界定。

甘肃藏区境内大部分地区在3 000米以上,高原地带植被稀少,中午温度高,早晚温度低。全年日照时间长,紫外线灼伤能力强。空气稀薄、水蒸气含量少,气候寒冷、干燥,低压缺氧等。

3 甘肃藏区高原环境对人体的影响

甘南藏区高原地区影响人体健康的主要因素有气压、氧分压、太阳辐射、温度、湿度、空气质量、风沙等。资料表明人体在静息时心率随海拔升高而增加,在海拔4 500m时,平均心率63.7次/分,与平原地区比较增加了45%。

低压缺氧是甘肃藏区高原环境的最显著地特征,海拔每升高100m,气压降低1 KPa。[6]随着海拔高度升高,空气中的氧气含量减少,随之肺泡内氧分压降低,弥散入肺毛细血管血液中的氧将降低,动脉血氧分压和饱和度也随之降低,引起各器官组织供氧不足,出现情绪低落,注意力很难集中,食欲和睡眠也会出现一定的影响。

其次,寒冷、干燥和强风对人体影响明显。高寒环境会使人体发生一系列不适的心理、生理变化,使人的交感神经兴奋,末稍血管收缩,左心室负荷加重,心肌耗氧量增加。寒冷还可激发冠状动脉痉挛,医学实验证明,如吸入-23℃的冷空气,心电图便出现类似心绞痛的改变。[7]高原地区气候干燥,湿度小,风沙大,大气中的水蒸汽容易蒸发,且水蒸气含量随海拔升高而降低,易导致机体出现脱水、皮肤和口唇干裂,甚至会诱发血浓缩和血桎形成。

甘肃藏区紫外线辐射强,对暴露的皮肤产生灼伤,破坏皮肤细胞,急性损伤表现为晒斑、水肿、色素沉着、皮肤增厚、沟纹形成。[8]

4 甘肃藏区高原环境下群众参与体育锻炼现状

4.1 甘肃藏区高原群众体育锻炼特征

从时间特征来看,甘肃藏区高原群众参加体育锻炼大部分集中在早晨(6点半到8点),占总人数的75%,且每次锻炼持续时间都在30min以上。研究表明,现阶段我国城市锻炼人群大都选择在早晨6～9点进行锻炼活动,这与中国古代的传统养生习惯有关系,中国传统养生理念认为,早晨时阳气始生,应顺应阳气做运动,如《黄帝内经》“十二时辰养生”中的“子时功”“闻鸡起舞”以及“日出而作,日入而息”。

调查结果显示,甘肃藏区高原群众体育锻炼场所主要以广场和马路边为主,分别占63%和23%。基于历史原因和自然条件的限制,城市和乡村的基础建设配套滞后,体育设施严重短缺,缺少专业的社会体育指导员,在很大程度上限制了藏区群众体育的发展。锻炼项目以有氧运动的跑、走为主,占总人数的54%,其次是羽毛球和广场舞。跑步和长走简单易行,不易引起损伤,没有专人指导情况下可以进行,对场地要求不高,绕广场或者马路边就可以进行。

4.2 甘肃藏区群众体育锻炼者对环境的认知

结果表明,甘肃藏区群众认为PM10、SO2、NO2对体育锻炼的影响程度分别是62%、41%、20%,被调查的锻炼者对PM10的认知度高于其他污染物,大部分锻炼者从电视上了解雾霾对人体的危害(见表1)。调查者认为温度、湿度、气压、风速对体育锻炼的影响分别是75%、12%、10%、27%。可见体育锻炼者气象指数的认识不够,高寒只是影响体育锻炼的因素之一,湿度、气压和风速对锻炼的影响也很重要,对锻炼者的心情和锻炼效果有着直接影响。

表1 甘肃藏区群众体育锻炼者对气象指标的认知度(N=1091,男665人,女426人)

4.3 甘肃藏区高原空气污染物与体育锻炼

依据国家《环境空气质量标准》标准浓度限值对SO2、NO2、PM10进行评价。本研究范围为甘肃藏区高原,调查到的群众包括藏区城市和农牧区,因此,评价参照一级和二级标准。课题组从监测站获取的数据表明2010～2013三年的SO2、NO2、PM10均值最大值分别为0.014mg/m3、0.018mg/m3、0.068mg/m3,均值都在二级标准以内,数据显示,空气污染物的浓度平均值符合我国环境空气质量要求。参照中华人民共和国环境保护部《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》,SO2、NO2、PM1024小时均值的分指数(IAQI)基本都在50以内(指数级别为1级；指数类别为优；对健康的影响为:空气质量满意,无污染。)

但是,从24小时均值的原始数据来看,存在很大的不安全因素。以2013年为例,统计了每月超过国家二级标准5次以的数据,其中SO2在4月最大值为0.072 mg/m3,5月最大值为0.112 mg/m3,6月最大值为0.126 mg/m3,12月最大值为0.015 mg/ m3。NO2只在6月最大值为0.189 mg/m3。PM10在1月最大值为0.252 mg/m3,2月最大值为0.240 mg/m3,4月最大值为0.173 mg/m3,12月最大值为0.16 mg/m3。因此,甘南藏区存在不同程度的空气污染,空气污染对呼吸系统的破坏很大,有必要从环境学视角分析空气污染物的来源以及对人体的危害,为甘肃藏区高原群众其中体育锻炼提供科学依据。

5 甘肃藏区高原群众体育锻炼的环境学分析

5.1 依据高原气候特点,科学选择体育锻炼时段

从甘肃藏区高原群众体育锻炼的选时来看, 75%的人群选择早晨上班前时段锻炼,锻炼地点主要以广场和马路边为主。研究表明,黎明时容易出现“逆温层现象”,尤其是马路边,逆温层中聚集着有害气体,其成分主要由汽车尾气和烟尘组成。浓度极高,空气湿度大,不利于皮肤散热,易造成胸闷、头晕症状。某市的环境监测结果也证明了一日中污染最严重的时间是早晨6～9点,这段时间里空气中有害气体的含量是最多的。[9]而且,甘肃藏区高原清晨时分温度较低,尤其是冬春季节容易发生冻伤。由此可见,就选择锻炼的时间而言,早晨空气并不新鲜,也并非锻炼身体的最佳时间。Greg Atkinson等人的研究表明,个体体力最高点和最低点受“机体生物钟”的控制,诸如心跳、血压、视觉、触觉、嗅觉等的敏感性、机体激素的调节和酶的活性以及最大吸氧量在下午16～19时均达到一个理想的最高值,而且,此阶段为人体运动性能最强时段。[10]因此,体育锻炼时段下午比早晨更为宜,受季节和气候的影响,甘肃藏区高原四季日出日落时间变化明显,不同的季节锻炼时段应该根据表4中的情况作以适当的调整。

5.2 正确认识空气污染指标,选择适宜的体育锻炼时机与场所

5.2.1 SO2、NO2、PM10对体育锻炼的影响

SO2是一种常见的重要的大气污染物,为无色有刺激性的气体。SO2可以通过不同的方式危害人类健康,易变成亚硫酸、硫酸和硫酸盐,使其刺激作用增强,并进入人体血液中,降低酶的活力,损坏肝脏,也可以随着颗粒物进入人体肺部,破坏呼吸道。在人体运动时,由于血液循环和呼吸频率加快,SO2进入人体的速度和量增加。SO2有明显的季节性变化,冬季釆暖期SO2的浓度较高,污染时间较长,日变化为双峰值,为8点左右和晚上22点左右,最大值为0.156 mg/m3,超过国家二级标准。下午其值出现最低,为0.048 mg/m3。因此,在体育锻炼时要合理避开早晨污染严重时段,尽量选择在下午16-19时为宜,而且要选择远离SO2污染的场所。

NO2主要来自于燃料的燃烧、城市汽车尾气,是一种棕红色、高度活性的气态物质,也是形成酸雨的主要物质之一。NO2对肺的损害比较明显,并且与支气管哮喘的发病也有一定的关系,对心、肝、肾以及造血组织等均有影响。人体实验研究表明,空气中NO2浓度为0.20～0.41mg/m3时即可嗅知；接触浓度为3.0～3.8mg/m3NO215min会使气道阻力增加；当接触浓度为7.5～9.4mg/m3的NO210min内就会引起气道阻力明显增加和肺功能下降,NO2在人体运动时产生的危害更加明显[11]。NO2的污染浓度集中在上下班两个高峰期,其中早晨浓度最高,为0.189 mg/m3,下午由于太阳的作用,其值略低,最低值为0.067 mg/m3。因此,针对NO2污染情况,体育锻炼最佳时段应选择在下午。

Atkinson等人的研宄表明,颗粒物污染与呼吸系统疾病急诊人数密切相关,当PM10增加10ug/m3时,0～14岁和15～64岁人群哮喘急诊数量每日分别增加1.2%和1.1%,65岁以上慢性阻塞性肺炎(COPD)和全呼吸系统疾病急诊人数分别增加1.0%和0.9%。[12]可吸入颗粒物很容易通过人体呼吸进入人鼻腔、气管和支气管,甚至部分颗粒物粒子直接进入肺泡,长期滞留在人体内,导致肺功能衰竭。PM10粒径小的优势使得其能在大气中长期漂浮,它也是其他污染物的载体,易将污染物带到很远的地方,导致污染范围扩大,同时在大气中还可为化学反应提供反应床。春季受沙尘天气的影响,大气中PM10的浓度大幅度增加,甘肃藏区高原地区多风沙,且风力强劲,一般13:30左右开始刮风,到17时左右停止,此时段PM10最大值达到0.252 mg/ m3,超过国家二级标准,其危害随着运动时肺部气体交换的频率的增加而变得更加明显。PM10最小值出现在下午,其值为0.055mg/m3因此,锻炼时要尽量避开高峰值时段,选择在下午17-19时为宜。

5.2.2 汽车尾气对体育锻炼的影响

汽车尾气主要含有一氧化碳,其次还含有碳氢化合物、氮氧化物、铅等。由于汽车排放的废气主要聚集在距地面0.3-2米,正好是人体的呼吸范围,容易进入人体呼吸道,降低呼吸系统的免疫力,导致吸入者出现慢性气管炎、支气管炎及呼吸困难、肺功能下降等。尾气中的苯类物质更是强致癌物质,会引发肺癌、甲状腺癌等。[13]马路或者广场的空气中CO浓度与车流量呈正比,在对一天连续12小时监测中,在8:00～11:00及15:00～17:00的车流高峰期,此时CO的浓度出现两个峰值,最大值达到0.009 mg/m3。[14]此时段内,经常在马路或者广场锻炼的群众应科学认识空气污染,选择远离污染源的锻炼地点,或避开污染高峰期。倘若在被大气污染的环境中运动,随着运动时每分通气量增加和呼吸频率加快,污染空气中更多的有害物质被吸入体内,通过肺换气功能弥散进入血液,明显增加了污染物对人体的危害作用。针对空气污染每日数据变化来看,锻炼的最佳时段应该选择在下午17-19时。

5.3 遵循气象变化规律,科学指导体育锻炼

5.3.1 风冷指数WCI与体育锻炼

从风冷指数WCI可以看出,某一气象因素的变化可加重或减轻另一气象因素的影响。环境冷强度主要取决于气温高低,气温越低环境冷强度越强。用风冷指数WCI可以准确地计算出环境冷强度的级别,即在一定气温和风速作用下人体裸露体表的散热率。WCI=4.184(10+10.45-V)(33-Ta),单位KJ/(m2·h)；V表示风速(m/s)；Ta表示气温(℃)。[15]表2是甘肃藏区高原2010～2013三年月均值,将计算结果参照WCI对照表得知,该地区的WCI均在“极冷”以上,因此,防寒保暖是进行体育锻炼必不可少的注意事项,甘肃藏区早晨气温较低,即使是夏天也不例外,皮肤暴露在外面容易发生冻伤,尽量不要在早晨进行体育锻炼。

表2 甘肃藏区高原分月温度、湿度、气压、风速平均值

5.3.2 人体舒适度指数与体育锻炼

在体育锻炼过程中,温度、湿度、风速、气压、日照等要素会对我们的身体产生很大的影响。人体舒适度指数(kssd)是描述气温、湿度和风速对人体的综合影响指标,它表征人体在某种气温、湿度、风速等条件下对空气环境感觉舒服的程度,无需借助消寒、避暑装备和设施,可保证一切行为正常进行的适宜气候条件。它主要取决于气温、湿度与风速3个指标:气温是判断气候舒适度的主要指标,湿度和风速是辅助指标。

中国气象局规定的统一标准将人体舒适度指数划分9个级别,我国大多气象站通常使用改进的人体舒适度指数(kssd),其计算方法如下:Kssd= 1.8 t-0.55×(1.8 t-26)×(1-r/100)-3.2×v 1/2+32,式中:kssd为人体舒适度指数,t、r、v分别为气温(℃)、湿度(%)、风速(m/s)的日平均值。[16]笔者结合课题组监测的数据,通过计算得知,甘肃藏区大部分时间的kssd是1(很冷)。kssd为5 (舒服)的时间年均只有38.3天,kssd为6(暖和)的时间年均20～40d。Steadman对人体舒适度的研究表明,人类生活和工作最佳有效气温为17～24.9℃,对人体健康最有利的相对湿度在60%～70%之间；而对人体最适宜的风速为2 m/s。[17]甘肃藏区高原常年温度低,湿度小,人体舒适度指数低,大部分时间感觉不舒服,在体育锻炼的时候应注意保暖,选择太阳落山较适宜,冬季日出晚,日落早,可做适当调整。

总之,时段、空气污染物和气象指数是影响体育锻炼者健康的主要因素,Pearson相关系数分析结果显示,PM10、S02和NO2之间均存在明显的正相关,说明污染物之间具有一定的协同作用,其中NO2与SO2的相关性较强,相关系数为0.695。最高气温、最低气温、平均气温、风速、平均气压等气象因素与SO2和NO2两种污染物之间均呈现显著负相关,风速则与PM10呈现显著正相关、能见度与PM10呈现负相关。[18]

6 结论与建议

6.1 结论

(1)甘肃藏区高原群众体育锻炼的时段大部分在早晨6:30-8:00,占总人数的75%。体育锻炼场所主要以广场和马路边为主,分别占63%和23%。锻炼项目以有氧运动的跑、走为主,占总人数的54%,其次是羽毛球和广场舞。

(2)甘肃藏区群众体育锻炼者认为PM10、SO2、NO2对体育锻炼的影响程度分别是62%、41%、20%,认为温度、湿度、气压、风速对体育锻炼的影响分别是75%、12%、10%、27%,他们对PM10和温度的认知度较高。

(3)甘肃藏区体育锻炼监测点2010～2013三年的SO2、NO2、PM10月均数据显示,超过国家二级标准次数较多,其中SO2最大值为0.126 mg/m3,NO2最大值为0.189 mg/m3,PM10最大值为0.252 mg/ m3,日数据显示,SO2、NO2、CO均在早晨8点左右出现峰值,早晨锻炼会对呼吸系统的破坏较大。

(4)甘肃藏区高原地区的风冷指数WCI均在“极冷”以上,尤其是早晚较明显,即使是夏天也不例外,皮肤暴露在外面容易发生冻伤。

(5)甘肃藏区大部分时间的Kssd指数为1(很冷)。Kssd为5(舒服)的时间年均只有38.3天, Kssd为6(暖和)的时间年均20～40d。人体舒适度指数低,大部分时间感觉不舒服。

6.2 建议

(1)基于甘肃藏区群众体育锻炼点监测到PM10、SO2、NO2以及温度、湿度、气压、风速的数据和人体生理特征,早晨群众体育活动集中时段空气污染指数高,下午17-19时段空气污染指数最小,且机体激素的调节和酶的活性以及最大吸氧量均达到一个理想的最高值,为人体运动性能最强时段,体育锻炼的时段应选择时段在下午17-19点为宜。

(2)广场和马路边为车流密集区,SO2、NO2、CO在上下班时段均会出现高峰值,因此,体育锻炼场所应尽量选择像公园这种车流较少、远离市区、空气相对清新的环境下锻炼。

(3)针对甘肃藏区高原地区WCI和Kssd值分布情况,选择早晨进行锻炼,容易发生冻伤,且不适宜老年人群。选择下午17-19时较为合理,建议老年人群做好保暖措施或者尽量选择室内锻炼。

(4)根据甘肃藏区海拔高度和不同年龄的人群,选择适宜的运动形式、合理的运动量和强度,制定科学的运动处方。如老人应尽量选择运动量小的太极拳、散步等体育项目。

[1] 陆如山,胡世平.WHO关注空气污染对人体健康的影响[J].国外医学情报,2002,22(2):20-21.

[2] Kunai N,Kaiser R,Medina S et al.Public-health impact of outdoor and illness traffic-related airpollution:a European assessment[J].Lancet,2000,356(9232):801.

[3] 谢印芝,尹昭云.试述高原医学基本名词术语的概念与定义[J].高原医学杂志,1998,8(1):1-4.

[4] 胡亦海,余克望.试论高原训练法的基本原理及其应用[J].武汉体育学院学报,2001,35(4):59-62.

[5] P.U.Saunders et al.Improved running economy in elit e runners after 20days of simulated moderate-alt itude exposure[J].J A ppl Physiol,2004,96:931-937.

[6] 汪海.职业性高原病药物治疗学[M].军事医学科学出版社, 2010,4:2；3-5

[7] 李建国,张世杰.高原地区不同体力活动对血氧饱和度的影响及其卫生限度的探讨[J].中国公共卫生杂志,1993(8):354.

[8] 王德文.高原环境对人体的影响[J].人民军医,1992(3):6.

[9] 刘云,周兰君.现阶段我国城市居民体育锻炼环境状况分析[J].西安体育学院学报,2001,2:10.

[10] Greg Atkinson,Damien Davenne.Relationships between sleep, physical activity and human health[J].Physiol Behav,2007 (2):229-235.

[11] 侯斌,戴灵真.西安市大气污染对城区居民每日死亡率影响的时间序列分析[J].环境与健康杂志,2011,12:1041.

[12] Atkinson RW,Anderson HR,et al.Acute effects of particulate airpollution on respiratory admissions results from APHEA 2 Project[J].American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine,2001,164:1860-1866.

[13] 孔志明.健康杀手:警惕我们身边的环境污染[M].中国环境科学出版社,2005.6:34.

[14] 赵晓红,闻春生.兰州市汽车尾气污染状况调查[J].干旱环境监测.1997.6:11.

[15] Daigle CC,Chalupa DC,Gibb FR,et al.Ultrafine particle deposition in humans during rest and exercise[J].Inhal Tox-icol, 2003,15:539-552.

[16] 贾海源,陆登荣.甘肃省人体舒适度指数地域分布特种研究[J].干旱气象,2010,(4):450.

[17] Steadman R G.Assessment of suhriness.Pt.1a,A temperature—humidity index based on human physiology and clothing science [J].Journal of Applied Meteorology,1997,18(7):861 -873.

[18] 兰岚.金昌市大气污染对人体健康的影响研究[D].兰州:兰州大学,2012,6:20-21.

Study on Mass Sports in Tibetan Plateau Areas: An Environmental Science Perspective

Using the methods of literature review,instrument measurement,questionnaire and mathematical statistics,this paper analyzed the status quo of Mass Sports in Tibetan Plateau Areas of Gansu Province.Based on air pollutants and meteorological index data from eight monitoring stations in Tibetan areas of Gansu province and National Standards,the paper conducted an environmental scientific analysis of the collected data.The results showed that:mass sport exercise in concentrated exercise periods in Gansu Tibetan areas,Indexes SO2, NO2,and PM10 all excess the normal standards in varying degrees,and wind speed,humidity,temperature, and pressure affect the human body workout.Recommendation:the relevant functional departments should strengthen the monitoring on air quality,offer guidance for the masses on doing physical exercises scientifically, choose appropriate physical exercise periods and develop appropriate exercise prescription.

Environmental Science；Tibetan Areas；Plateau；Physical Exercise

G812.4 Document code:A Article ID:1001-9154(2015)06-0028-06

G812.4

A

1001-9154(2015)06-0028-06

(编辑 孙君志)

10.15942/j.jcsu.2015.06.005

2013年度教育部人文社会科学研究青年基金项目(13YJC890049)；2014年度国家社科青年项目(14CTY014)。

高继科,讲师,研究方向:民族传统体育研究,E-mail: gjkhwn1982@163.com。

甘肃民族师范学院民族体育文化研究所,甘肃合作747000

Institute of National Sports Culture,Gansu Nationalities Normal University,Hezuo Gansu 747000

2015-08-27