浅议高原习服与高原运动表现

刘 涛

(军事体育进修学院科研所,广东广州510500)

高原空气稀薄,因此引起空气氧分压 (Partial Pressure of Oxygen,PO2)下降。平原人初入高原,面临的最大的身体适应性难题就是PO2下降所带来低压低氧的影响。低压低氧会降低人在高原的运动表现,反映最大有氧耐力的最大摄氧量 (Maximal Oxygen Uptake,VO2max)就可出现显著下降。人体会通过一系列生理适应性反应对抗低压低氧带来的不利影响,这个过程也称作高原习服。但是,高原习服却不能有效遏止最大运动能力的下降。本文探讨低压低氧引起的生理学适应性变化及其对高原运动表现的影响。

1 氧输送系统

1.1 通气变化

初上高原,会立即引起肺每分通气量 (Ventilation,VE)的上升,一直到一个峰值,然后在随后的几个小时里缓慢下降。但是,在随后的一些天(大约10～14天)VE仍保持逐步上升的态势,一直到一个相对稳定的状态。并且海拔越高,VE上升就越大。VE的上升会使得肺泡内二氧化碳的排出增多 (这也意味着肺泡内容纳氧气的能力提高),而同时氧气进入肺泡的流速及量都增大,从而使得肺泡内PO2增大。因此,肺泡内氧气在PO2增大的情况下更多地进入肺内毛细血管,进而增大动脉的血氧饱和度。这个过程又称为通气习服。通气习服对高原适应具有非常重要的积极作用。

1.2 血液学变化

进入高原初期,血液学的一个显著变化是由血浆减少而引起的血浓缩。通过血浓缩,提高了血液中血红蛋白 (Haemoglobin,Hb)的浓度。随着处在高原时间的延长,红细胞生成素分泌增多,从而引起红细胞增多。红细胞增多会直接增加血液中Hb的含量。血液学的这些适应性变化能显著提升血液Hb的浓度,而且海拔越高,Hb浓度上升越明显。珠峰探险的数据显示[1]:从海平面经16天到达5300 m,Hb浓度从13.9±0.9克/分升上升到17.6±1.6克/分升;随后,一部分人停留在该高度六个星期,而另一部分人继续到达8848 m;结果前部分人Hb浓度基本保持不变,而后部分人Hb浓度继续上升到19.4±1.2克/分升的最大值。

通过通气习服和Hb浓度的上升,动脉血氧含量得到提升,可达到甚至超过平原时的水平[2]。因此,全身氧输送能力得到显著增强。这应该称得上高原习服已经产生了。高原习服后,上高原后下降的次最大运动能力可得到有效改善。

VO2max是运动界用于评价运动表现最常用的一个指标。VO2max越大,运动水平越高。在高原,VO2max下降,而且随高度上升呈现出明显的线性下降趋势。每升高1 000 m,VO2max下降6～7%。运动界通常用给定运动负荷占VO2max的百分比来评价运动强度,百分比越高,强度越大。因此,高原VO2max的下降,意味着在高原进行与平原相同的运动负荷时需要更大的 “运动强度”。所以,VO2max的提高具有重要意义。然而,氧输送系统的适应性变化却不能有效提高上高原后下降的VO2max。因此,全身性氧输送能力的增强并不能使高原人体最大运动能力达到平原水平。有两个研究的结果也有力地支持这一观点:与输入盐水的对照组相比,上高原前的自体输血组不能提高在高原的VO2max[3]。相反,和静脉切放血术前比较,在高原进行等容性血稀释能使最大输出功率保持不变[4]。因此,在高原,可能存在全身性氧输送能力以外的因素限制了最大运动能力。

不过,我们也需要注意四点:第一,在高原,血液中红细胞的上升会增加血液粘度,从而增加了血液输送的阻力。第二,上高原时,心率会上升,且最大心率下降,因此心率储备下降。在高原运动时,心率会进一步上升,从而使得心率储备进一步下降。这可能不利于最大运动。第三、VE可能存在与心率同样的变化和效应。第四、在高原,交感神经活动增强。这会增加血管阻力。进入高原几分钟内,肺动脉压就显著上升。此外,全身血压也会上升,这增加了心室后负荷。这些都会引起心输出量下降,对最大运动能力产生不利影响。

2 肌肉变化

由于氧输送系统的变化并不能解释高原最大运动能力的改变,近年来,有研究人员将注意力转移到肌肉方面。在高原,可以观察到肌纤维毛细血管的密度增加。但是进一步的研究发现,这种增加是因为肌纤维横截面积的下降而引起的。所以谈不上真正意义上的增加。肌纤维横截面积的下降可能部分地与高原环境中体重减轻有关。5400 m高度停留14天体重可能平均下降4千克;而在8848 m,体重减少甚至超过7千克[5,6]。

在高原,肌肉代谢可能发生显著改变。持续的低压低氧暴露会诱导GLUT4葡萄糖转运子的表达。并且,在安静或运动状态下,都可观察到葡萄糖的优先利用现象。葡萄糖作为能量代谢的基质,相比其它基质如自由脂肪酸,可以消耗更少的氧气。因此,葡萄糖的优先利用对于适应低氧环境可能是有益的。此外,在能量代谢途径方面可能也发生了变化。动物体外和体内的实验表明,低氧暴露可致氧化磷酸化水平降低,优先转向糖酵解。

上述肌肉代谢方面的变化,虽然对于机体适应低氧环境是有利的。但是,这也可能是引起高原VO2max下降的重要因素。因为肌肉在这些代谢变化的同时,降低了对氧气的需求,从而可能使得局部的血流减少。因此,尽管通过通气习服和血液学适应性变化,全身性氧输送能力可恢复到平原的正常水平,然而由于肌肉局部血流的减少,限制了VO2max。不过,这种解释尚需深入研究。

[1]M.Grocott,et al.Caudwell Xtreme Everest:a field study of human adaptation to hypoxia[J].Crit.Care,2007,11

[2]M.P.Grocott,et al.Arterial blood gases and oxygen content in climbers on Mount Everest[J].N.Engl.J.Med.,2009,360

[3]A.J.Young,et al.Effects of erythrocyte infusion on VO2maxat high altitude[J].J.Appl.Physiol.,1996,81

[4]J.A.Calbet,et al.Effect of blood haemoglobin concentration on VO2maxand cardiovascular function in lowlanders acclimatised to 5260 m[J].J.Physiol.,2002,545

[5]M.S.Rose,et al.Operation Everest.II:Nutrition and body composition[J].J.Appl.Physiol.,1988,65

[6]C.Wiseman,et al.Physical and medical characteristics of successful and unsuccessful summiteers of Mount Everest in 2003[J].Wilderness Environ.Med.,2006,17