热应激与运动

郭 蕾，沈一岚

（1.西北师范大学 体育学院，甘肃 兰州 730070；2.宝鸡文理学院 体育系，陕西 宝鸡 721013）

热应激与运动

郭 蕾1，沈一岚2

（1.西北师范大学 体育学院，甘肃 兰州 730070；2.宝鸡文理学院 体育系，陕西 宝鸡 721013）

在炎热的环境下，机体将通过一系列的生理、生化变化来维持热平衡。热环境下的运动会对人体的循环功能、体温调节功能以及代谢产生深刻的影响。运动会加剧机体的产热过程，且深部温度随着运动强度的增加而成正比例升高。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，全面影响运动员的生理机能、心理过程及运动能力。

热环境；应激；运动

1 引言

恒温动物拥有非常精巧的自我平衡的自律机制，即将体温维持在一个波动很小的范围，通常接近动物耐受温度的上限而远离耐受温度的下限。因为通常在这个温度范围内机体的生化反应能以最佳效率进行[1]。但是，热环境下诱发的热休克正是由于体温过高引起的，体温持续过高会使机体进行长期工作的能力下降，并且对心血管系统造成很大的损伤。因为在热环境下进行动力性运动，心血管系统负担更重，如加速皮肤血液流动以散发热量，加快肌肉氧供给以满足其新陈代谢的需要等。参与外周血液循环的血流量增大，血容升高，导致心内血容减小，每搏输出量减少，心率代偿性升高[2]。在热环境下运动，由于发汗作用，身体的水分和电解质大量丢失，致使机体脱水和高渗透压的产生，会对体液循环和体温调节造成不良影响[3]。

2 高温导致中枢疲劳

中枢疲劳可定义为，中枢神经系统不能释放足以引起肌肉兴奋或维持其兴奋的神经冲动[4]。疲劳状态可用自觉用力系数来评定[5]。当机体的核心温度达到临界高温时，疲劳就会发生。有研究表明[6]，在热环境下给大鼠加以运动负荷使其体核温度达到临界高温，大鼠即发生运动性疲劳，而与其最初的体核温度无关。另有研究表明让山羊作跑步机运动并使其脑部局部受热，引起其脑温升高至42 ℃，山羊即拒绝再运动，表现出精疲力竭。该研究认为大脑温度是影响运动能力的一个重要因素。

Nybo与Nielsen[7]通过对热环境下进行动力性运动的人的体液循环和体温调节的研究认为，体温过高诱发的运动性疲劳可能是由大脑皮层的运动中枢控制的。在对受试者进行MVC（maximal voluntary contraction）测试中发现，在最初几秒内，热环境下与常温环境下的受试者的最大肌力是相似的，之后热环境下的受试者肌力明显下降，与常温环境下的受试者的肌力有显著性差异。当分别对体温过高和体温正常的受试者给予经皮的阶跃性电刺激发现测得的肌力曲线相似。通过计算得知，常温环境下的受试者MVCP（MVC+电刺激）的比值明显高于热环境下的受试者MVCP（MVC+电刺激）的比值。肌电图显示，热环境下受试者的最大肌力明显低于常温环境下的受试者，表明热作用引起肌力下降，神经活动衰减。另外，安静条件下使受试者被动受热致使其体核温度升高到 39℃，得到与热环境下进行运动同样的结果。

此外，肌肉在收缩过程中也会通过感觉回路使CNS运动神经元发放的神经冲动减小[8]。另外，在脱水和体温过高的发展过程中，由股外侧肌测得的肌电图显示，肌电波的振幅和频率都未发生变化[9]。假如体温过高与运动疲劳诱导的肌运动单元的放电率有关的话，肌电波的振幅和频率中值应该逐渐增大[10]，但是并未观察到类似的结果。动力性运动诱发的体温过高并不影响α-运动神经元传出神经通路。热环境下进行动力性运动诱发的体温过高发展过程中，肌运动单元和α-运动神经元的兴奋性较常温环境下降低，进一步证明体温过高诱导的运动性疲劳是由大脑皮层的运动中枢控制的。

3 热环境对运动能力的影响

3.1 热环境对运动时循环功能的影响

在热环境中运动，肌肉需要大量的血液供应，以保证肌肉工作。皮肤也需要有大量的血液供应，来维持体内的热量散发，这会大大影响氧运输能力。在运动中也因血管的普遍扩张，使静脉容量血管中的血量增多，肌肉的循环血量下降，当脱水达体重的4.9%时，每搏输出量下降28%，血浆量减少 16%～18%。由于循环血量减少，导致回心血量减少，每搏输出量减少，这时只能靠增加心率来代偿循环血量不足。但是，在强度较大的运动中，心率一般要达到最大心率，因此，靠增加心率来代偿循环血量不足，也即通过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，因而会影响运动成绩。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。循环血量的减少还可使红血球的比容及血液的粘滞度增加，使心脏的负担增加而工作效率降低[11]。

3.2 热环境对运动时体温调节的影响

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°C或更高。运动中75%的能量作为热能被浪费，而不可避免地导致体温的升高。在凉爽的环境中，体热自然会传递给空气，但当环境温度超过皮肤温度、而散热能力又受到影响时，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。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[11]。运动肌的温度往往超过体核温度，影响骨骼肌的功能，导致疲劳。

运动会破坏体内的平衡，并使身体最大负荷时的应激状态同步施加于体内的一些器官和系统，特别是在高温环境中持续长时间的运动。当气温接近人体皮肤温度时，身体散热受阻，体温上升，体温过高会造成神经系统机能紊乱，出现头痛、恶心、呕吐、精神混乱等，还会影响体内的代谢活动。这种情况在高温条件下更加明显。研究认为，马拉松跑后，运动员体温可升到39.75°C，甚至超过40°C。体液消耗如超过运动员体重的5%，如在高温、高湿环境下进行马拉松跑，人体散热机能受到影响极易导致体内热积蓄，体液消耗增加，肌肉耐力迅速下降，不仅成绩受到影响，而且运动员易发生中暑、热衰竭等疾病。

3.3 热环境对运动时能量代谢的影响

热环境中运动通常伴随着更高的血乳酸浓度，众多的研究也显示伴有更快的肌糖原的耗竭。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出现较强的运动能力，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原因。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。

4 热应激与运动成绩

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。比较受试者分别在三种环境（22 ℃，30 %RH；30 ℃，85 %RH；40 ℃，40 %RH）下Wingate Test的成绩，发现高温环境对Wingate Test成绩无影响，说明高温高湿对短时高强度运动能力无不利影响，如短跑运动员运动成绩不受热应激的影响，甚至还有可能提高[9]。

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热危害比男子明显[9]。女运动员身体成份中脂肪比例高对散热不利，而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应引起特别的重视。

5 建议

5.1 适当提高热应激水平

与运动能力一样，运动热应激的适应可以通过训练获得。单纯的热习服及单纯的有氧适应，可能会改变运动热应激下机体的运动及体温调节能力，有氧适应可使耐受的极限体温增高及持续时间延长。但理想的运动热应激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。

5.2 补液

补液包括补充水、电解质和糖，肌酸等，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。研究发现，补充水及含糖饮液都能改善神经肌肉工作状态，以适当浓度的含糖饮液效果较好，但应注意含糖饮液有可能使体温升高。虽然含糖饮液比纯水更能升高血糖，但在运动热应激下肌肉摄取糖的能力降低，因此补液时间应考虑到对长时间运动后期防止血糖降低及进一步脱水有利。研究表明通过消化道补液比静脉注射好，有利于避免运动中血乳酸的堆集[12]，虽然注射补液对血容量的快速恢复更为有效，但对运动能力的影响并不优于消化道补液。

[1] Gisolfi C V, F. The hot brain： survival, temperature, and the human body[M]. Cambridge： MIT Press, 2000.

[2] Rowell LB. Human ciriculation： regulation during physical stress[M]. New York： Oxford University Press, 1986： 363-406.

[3] Nielsen B. Effects of changes in plasma volume and osmolarity on thermoregulation during exercise[J]. Acta Physiol Scand, 1974： 725 -730.

[4] Gandevia S C. Spinal and supraspinal factors in human muscle fatigue[J]. Physiol Rev, 2001, 81(4)： 1725-1789.

[5] Borg G. Simple rating for estimation of perceived exertion. In： Borg G, editor. Physical work and effort[M]. New York：Pergamon, 1975： 39- 46.

[6] Walters T J, Ryan K L, Tate L M, et al. Exercise in the heat is limited by a critical internal temperature[J]. J Appl Physiol, 2000, 89： 799-806.

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[8] Kent-Braun J A. Central and peripheral contributions to muscle fatigue in humans during sustained maximal effort [J]. Eur J Appl Physiol, 1999, 80： 57-63.

[9] Nybo L, Nielsen B. Perceived exertion is associated with an altered electrical activity of the brain during exercise with progressive hyperthermia[J]. Appl Physiol, 2001, 91： 2017 -2023.

[10] Housh T J, Perry S R, Bull A J, et al. Mechanomyographic and electromyographic responses during submaximal cycle ergometry[J]. Eur J Appl Physiol, 2000, 83： 381-387.

[11] 翁锡全.体育环境健康[M].北京：人民体育出版社,2004：113-122.

[12] Kupa E J, Roy S H, Kandarian SC, et al. Effects of muscle fiber typeand size on emg median frequency and conduction velocity[J]. J Appl Physiol, 1995, 79： 23-32.

（责任编辑、校对：孙海祥）

Heat Stress and Sports

GUO Lei, SHEN Yi-lan

(1. Institute of Physical Education, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China; 2. Department of Physical Education, Baoji Institute of Arts and Sciences, Baoji 721013, China)

In a hot environment, the body through a series of physiological and biochemical changes to maintain thermal balance.During exercise in hot environment, the body's circulation will, body temperature regulation function and metabolism have a profound impact.Games in the process of increasing the body's heat production, and the deep temperature increases with exercise intensity from proportionately increased.Heat stress and the combined effects of exercise stress causes the body temperature, brain and muscle the local temperature increases, the full impact of the physiology of athletes, mental process, and athletic ability

thermal environment; stress; sports

2010-11-06

郭蕾（1963-），女，四川叙永人，西北师范大学体育学院副教授，研究方向为艺术体操科学化选材。

G804.2

A

1009-9115(2011)05-0082-03