γ-氨基丁酸对高温环境人体运动中体温调节的影响

陈潇潇，汪宏莉，韩延柏，丁 华，吴松林

（沈阳体育学院运动人体科学学院，辽宁沈阳110102）

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γ-氨基丁酸对高温环境人体运动中体温调节的影响

陈潇潇，汪宏莉，韩延柏，丁 华，吴松林

（沈阳体育学院运动人体科学学院，辽宁沈阳110102）

目的：评价高温环境（31.5℃，55%相对湿度）γ-氨基丁酸（GABA）对人体运动中体温调节的影响。方法：2种条件，18名男性耐力性运动员以60%最大负荷进行40min功率自行车运动，60转／min。GABA运动实验（trial-G）口服运动饮料（3 ml／kg）含GABA 1 000 mg，对照运动实验（trial-C）口服等量运动饮料。连续测定核心体温（直肠温）、皮肤温。结果：trial-G中，核心体温在运动后12 min至运动结束低于trial-C，在运动后高于trial-C（均P＜0.01）。trial-G中，平均皮肤温度在口服GABA 5min后的安静期、运动中及恢复期均高于trial-C（均P＜0.01）。trial-G与trial-C运动结束时，核心体温为（38.45±0.25）℃与（36.58±0.42）℃（P＜0.01），平均皮肤温度为（38.59± 0.24）℃与（36.39±0.55）℃（P＜0.01）。结论：高温环境口服GABA抑制人体运动中核心体温升高，促进皮肤散热，但运动后有严重高核心体温的危险。

高温环境；γ-氨基丁酸；体温调节；核心体温；皮肤温度

国内外重大体育比赛常在高温环境下进行，如2004年雅典奥运会和2008年北京奥运会期间的外环境温度均高于32℃。人体的运动能力与外环境温度呈负相关关系，据报道，1896—2000年奥运会马拉松运动员跑完全程率与环境温度高度负相关（r＝-0.73）［1］；当环境温度从23℃升高到32℃时，运动员在功率自行车运动中的平均输出功率降低了6.5%［2］。人体在高温环境运动时，散热作用下降，体内热量大量蓄积，甚至导致运动型中暑和热衰竭，严重者危及生命。

核心体温（core body temperature）是指机体内脏器官的温度，通常以食道、胃肠道或直肠的温度表示。安静时人体核心体温为37.2℃～37.6℃［3］，运动中当核心体温大于38℃时被认为是运动性高核心体温［4］。运动性高核心体温影响中枢神经系统功能，是导致人体中枢性疲劳、限制耐力性运动能力的重要因素之一［5］。视前区-下丘脑前部（preoptic anterior hypothalamus，PO／AH）是体温调节中枢，其中的神经递质如去甲肾上腺素、多巴胺等可能参与体温调节［6］。γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）是下丘脑的主要抑制性神经递质，在PO／AH的含量大，发挥重要的保护性抑制作用［7］，可能参与体温调节［8］。GABA对动物进行中枢性处理时影响体温调节，如低温环境下对大鼠PO／AH进行GABA药物刺激增加产热作用，使直肠温度升高［9］。GABA对人体体温调节影响的研究很少，仅Miyazawa报道，35℃的环境温度下口服GABA使人体安静时的食道温度降低，伴随总产热量下降［10］；并且以65%最大摄氧量进行30 min的功率自行车运动使食道温度降低［11］。目前，尚未见到GABA对耐力性运动员长时间运动中体温调节方面的报道。

探讨应用中枢性神经递质干预高温环境人体运动中的体温调节，研制降低运动员核心体温的方法，对指导训练和提高耐力性项目运动员在重大比赛的运动成绩具有重要的意义。近年，国外学者应用化学、物理方法降低核心体温，但我国很少开展此方面的研究，未见到运动中连续监控运动员核心体温的报道。以沈阳体育学院18名男性耐力性项目大学生运动员为对象，评价高温环境温度下60%最大负荷的功率自行车运动中，GABA对体温调节的影响，为训练和比赛中控制高核心体温、延缓运动性疲劳和提高运动能力提供理论依据和实践指导。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

18名沈阳体育学院男性耐力性项目（中长跑）大学生运动员自愿参加本研究，年龄（21.17±1.24）岁，训练年限（4.70±1.36）年，最大摄氧量（62.11± 6.72）ml／kg／min，体脂率（10.52±7.52）%。于实验开始前1周向研究对象说明研究目的、内容，签署知情同意书。研究对象于实验日前48 h禁止饮酒、咖啡和茶叶，实验前24 h不进行剧烈运动。实验日执行标准饮食，并于实验前2 h完成。

1.2 研究方法

采用双盲、随机交叉设计的实验研究方法。每名研究对象参加两次实验，即GABA运动实验和对照运动实验，实验顺序随机，两次实验间隔4日。为避免体温日内波动的影响，研究对象于13：00到达实验室，于14：00开始实验。

1.2.1 实验准备 于实验前1周召集研究对象，测定身体成分（BOD POD Body Composition Tracking System，USA）和最大摄氧量。最大摄氧量使用功率自行车（Monark 839E，Sweden）进行间接法测定（室温：24℃，相对湿度：55%±5%），0 kp开始，每15 s增加负荷0.25 kp，保持转速60转／min。

1.2.2 运动方案 以每名对象最大摄氧量测定中的60%最大负荷［12］进行功率自行车运动（MONARK 828E，Sweden），维持转速60转／min。平均运动负荷为（1.98±0.25）kp。

1.2.3 实验环境 实验室温度控制在（31.5± 0.5）℃，相对湿度为55%±5%。

1.2.4 GABA的摄入 ①GABA运动实验：口服运动饮料（3 ml／kg体重）［13］加入GABA（1000 mg）。②对照运动实验：口服运动饮料（3 ml／kg体重）。GABA为美国Swanson公司生产（500 mg／粒，纯度100%）。GABA的口服剂量是根据以往报道［11］，口服GABA 1000 mg后20～40 min在血液中的浓度达到峰值，并维持高于服用前水平至少1 h。运动饮料为中国乐百氏公司生产的脉动饮料，饮用时温度为8±1℃。

1.2.5 实验过程 ①研究对象于实验日的13：00到达实验室，佩戴Polar心率带，固定直肠温度探头（探头送入直肠10～12 cm），固定皮肤温度探头（左侧上臂、胸部、大腿和小腿）；②测定运动前体重；③于13：55分安静坐于车座，连接探头与体温表；④口服运动饮料3 ml／kg体重+GABA1 000 mg（GABA运动实验）或等量的运动饮料（对照运动实验）；⑤于14：00实验开始（安静20 min），打开体温测定软件，连续监测直肠温度、皮肤温度及心率；⑥14：20（运动开始），研究对象开始蹬自行车；⑦14：40（运动20 min）补充运动饮料（3 m l／kg体重）；⑧15：00（运动结束），共运动40 min；⑨15：20（恢复20 min）；⑩擦干汗液，称量体重。

1.2.6 研究指标 ①直肠温度（核心体温）（YSI 409AC，USA），记录1次／min；②皮肤温度（YSI 401AC，USA），包括上臂温度（Tarm）、胸部温度（Tchest）、大腿温度（Tthigh）、小腿温度（Tleg），记录1次／min；③计算平均皮肤温度（Mean Tsk）［14］：Mean Tsk＝0.3（Tarm+Tchest）+0.2（Tthigh+Tleg）；④心率（Polar Electro Oy，Finland），记录1次／min；⑤血乳酸（Lactate Pro，Japan），在安静、运动开始、运动20min、运动结束及恢复20 min分别测定；⑥RPE（Ratings of Perceived Exertion，Borg 6～20 scale），运动中每隔10 min记录一次。⑦体重减少%：测量运动前、运动结束即刻的体重，体重减少%＝（运动前体重-运动后体重+摄入运动饮料量）／运动前体重）×100%。

1.2.7 统计学分析 应用SPSS 16.0软件进行统计分析，数据描述以（¯X±S）表示。分析方法包括配对样本t检验，重复测量资料的方差分析（资料不满足H型协方差矩阵时，对组内效应的自由度采用Greenhouse-Geisser法校正；多重比较采用LSD法）。

2 研究结果

2.1 运动结束时研究对象的指标情况

表1显示，与对照运动实验比较，运动结束时GABA运动实验的核心体温降低，平均皮肤温度升高（均P＜0.01）。2种实验条件下，心率、体重减少%、血乳酸浓度及RPE的差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

表1 运动结束时研究对象的指标比较（¯X±S）（N＝18）

2.2 实验过程中核心体温与平均皮肤温度变化

图1显示，GABA运动实验与对照实验中，安静期核心体温为（37.58±0.20）℃与（37.55± 0.24）℃，运动过程中核心体温呈直线上升直至运动结束，运动结束后仍持续升高10 min，此后呈下降趋势。GABA运动实验中，核心体温在运动后的12 min开始至运动结束均低于对照运动实验，而在恢复期均高于对照运动实验（均P＜0.01）。

GABA运动实验与对照实验中，安静期平均皮肤温度为（35.12±0.53）℃与（35.07±0.54）℃，运动后的12 min内平均皮肤温度迅速升高；此后对照运动实验中平均皮肤温度呈现平台期，GABA运动实验中平均皮肤温度持续升高直至运动结束；恢复期均呈直线下降的趋势。平均皮肤温度在口服GABA 5 min后的安静期、运动过程中及恢复期均高于对照运动实验（均P＜0.01）。

图1 GABA运动实验与对照运动实验中核心体温及平均皮肤温度比较（N＝18）

2.3 实验过程中不同部位皮肤温度变化

图2显示，与对照运动实验比较，GABA运动实验中的上臂温度在安静期、运动40 min过程中及恢复期升高；胸部温度在运动后的35 min～40 min和恢复期升高；大腿温度在运动后的4 min～32 min降低，而恢复期升高；小腿温度在运动后的10 min～30 min及恢复期升高（均P＜0.01）。

3 讨论

本研究在我国首次连续测定人体运动中的核心体温和皮肤温度，描述运动过程中的体温调节，开展以神经递质干预运动中核心体温的研究。结果表明，高温环境口服GABA影响男性耐力性运动员运动中的体温调节，抑制运动中核心体温升高，促进皮肤散热。

图2 GABA运动实验与对照运动实验不同部位的皮肤温度比较（N＝18）

人体运动过程中体温升高是增强运动能力的生理反应，体温适度升高能够加速体内的化学反应速度，包括加快代谢过程和神经传导、增强肌肉收缩等。在高温环境运动时，人体的皮肤与环境的温度梯度减小，当散热作用低于产热作用时，热量在体内蓄积而导致运动性高核心体温［15］。运动性高核心体温引起外周性因素（如物质供应，肌肉代谢，血容量，钾离子和钙离子分布，神经肌肉传导）和中枢性因素（如动机和情绪，脑内物质代谢，中枢性神经递质如肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺、GABA等，氨、细胞因子和内啡肽）变化，加速运动疲劳的发生，使人体的运动能力降低［16］。

近年国外学者提出人体存在极限核心体温，即当运动中达到极限核心体温时，保护性抑制机制立即启动，使人体放弃自主性运动，以避免大量内生产热造成致命性的热损伤［17-18］。经过训练的优秀耐力性运动员在实验室研究中的极限核心体温为40.1℃～40.3℃，而在比赛中可达到41℃；未经系统训练者极限核心体温为38℃～39℃［5］。当人体核心体温大于42℃时，细胞骨架被破坏，内脏器官和中枢神经系统受到不可逆的损害，最终导致死亡［19］。本研究在两种实验条件下，运动后核心体温呈直线上升，运动结束时核心体温在38.4℃以上，甚至有4人超高了39℃，均出现了运动性高核心体温，此时心率为174次左右，血乳酸浓度在4 mmol／l以下，RPE在13左右。由于研究对象经过长期系统的耐力性训练，在运动结束时均未达到极限核心体温，所有研究对象成功的完成了2次40 min的自行车运动，并维持设定的骑行转速。综上所述，18名男性耐力性大学生运动员在温度为31.5℃、相对湿度为55%的高温环境中，以60%最大负荷进行40 min的功率自行车运动中，出现了运动性高核心体温，但均未达到极限体温。

下丘脑被认为是体温调节的中枢，PO／AH是体温调节的基本位点，整合身体各部分传入的温度信息，并通过抑制其他位点的产热而进行体温调节。GABA在PO／AH中的含量高于大脑的其他部位，是含量最大的抑制性神经递质，在PO／AH中发挥抑制性控制，即对产热的脱抑制作用［20］。动物研究结果显示，PO／AH中的GABA和GABA-A受体接受皮肤传入的冷信息而诱发热产生反应［21］；此外大鼠在4℃的冷暴露时PO／AH中的GABA浓度升高，而35℃热暴露时GABA的浓度降低，说明GABA在寒冷环境下对产热有去抑制作用并抑制散热，在热环境下对产热有抑制作用［22］。近年在对啮齿类动物研究的基础上，Nakamura［23］提出了体温调节的中枢性神经通路。在寒冷环境，视前区的GABA能神经元接收皮肤传入的冷信息后，抑制内侧视前区的热敏神经元，去抑制御寒传出神经，使皮肤血管收缩、促进褐色脂肪组织产热和寒战产热；在高温环境，视前区的GABA能神经元接收皮肤传入的热信息后，兴奋内侧视前区的热敏神经元，抑制御寒传出神经，使皮肤血管扩张、促进散热。

研究结果表明，高温环境口服GABA影响人体安静状态和运动过程中的体温调节。在安静状态，研究对象口服GABA 5min后平均皮肤温度高于对照运动实验的安静期皮肤温度，说明在高温环境下人体安静时GABA促进散热作用，符合Nakamura提出的体温调节中枢性神经通路［23］。本研究安静期的核心体温无变化，其原因是核心体温变化比皮肤温变化滞后，核心体温升高发生散热和产热失去平衡的时点。在运动过程中，GABA使平均皮肤温度升高，高于对照运动实验；核心体温在运动后的12 min开始降低，低于对照运动实验，说明在高温环境运动中GABA能够抑制核心体温升高，促进皮肤的散热作用。Miyazawa［11］等以8名男性为对象，在35℃的高温环境下口服含有GABA 1000 mg的运动饮料200 ml，以65%最大负荷进行30 min的功率自行车运动；结果显示，运动15 min后食道温度和平均皮肤温度与对照条件比较显著降低。该研究口服GABA抑制核心体温升高的结果与本研究结果一致；但是该研究中平均皮肤温度反而降低与本研究结果相矛盾，可能由于环境温度不同而引起的，该研究的运动环境为35℃，运动15 min时平均皮肤温度接近37℃，皮肤与环境的温度梯度小，难以通过升高皮肤温度向外环境散热。

研究中口服GABA后，上臂、前胸、大腿和小腿的皮肤温度变化的特点与运动形式有关。自行车运动后人体的血流量重新分布，大腿骨骼肌做功使皮肤血管收缩，运动后期当体温达到一定阈值时血管开始扩张［24］，因此GABA使大腿皮肤温度在运动开始后较长时间内降低，在运动的后期和恢复期升高。据报道，人体进行功率自行车运动时，前臂的皮肤血流量增加100%，同时皮肤温度升高1.4℃［25］，在温度为28℃和相对湿度为50%的环境下以60%～69%最大摄氧量的功率自行车运动中，肱动脉和浅静脉的血流量与血流速度随食道温度升高而直线增加［26］；有运动习惯的男性青年进行亚极限功率自行车运动时小腿的血流量并未降低［27］。高温环境口服GABA促进自行车运动中上臂和小腿皮肤散热，据此可研制公路自行车运动员训练和比赛时降体温的应对措施。

研究发现，口服GABA使运动后的高核心体温持续升高。恢复期中，两种实验条件的平均皮肤温度以近似的斜率呈直线降低趋势，但是GABA使核心体温明显升高，高于对照运动实验，并且核心体温下降的速度慢。本结果提示，在训练和比赛中使用GABA降低核心体温时，要充分重视运动后发生严重高核心体温的危险，并采取必要的物理降温措施，防止热衰竭、中暑的发生。

4 结论

高温环境口服GABA对人体运动中的体温调节有影响，其作用为抑制核心体温升高，使皮肤温度升高以促进皮肤散热作用；但是运动结束后核心体温明显升高，有发生严重高核心体温的危险，其原因有待于深入研究。

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责任编辑：郭长寿

Effects of Gamma-am inobutyric Acid on Body Tem perature Regulation in Human during Exercise in a High-temperature Environment

CHEN Xiaoxiao，WANG Hongli，HAN Yanbai，DING Hua，WU Songlin
（School of Kinesiology，Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

Purpose：The purpose was to examine the effects of gamma-am inobutyric acid（GABA）on body temperature regulation in human during exercise in a high-temperature environment w ith 31.5℃and 55%relative humidity.On two conditions，eighteen trained male endurance athletes cycled at60%maximalworkload for40 minutes on a cycle ergometer at a pedaling cadence of 60 rmp.In the GABA trial（trial-G），subjects drank sports drink（3m l／kg）containing GABA 1 000 mg，while subjects drank the same amount of sports drink in the control trial（trial-C）.During the experiments，core body temperature（rectum temperature）and skin temperatures were continuously measured.Results：Core body temperatures in the trial-G from the post-exercise at12 m inutes to the end of the exercise were significantly lower than those in the trial-C，in contrast core body temperatures in the recovery in the trial-G were significantly higher than those in the trial-C（all P＜0.01）.Mean skin temperatures in the trial-G after orally adm inistrated GABA at5 m inutes during the rest，during the exercise period and the recovery，were all significantly higher than those in the trial-C（all P＜0.01）.At the end point of the exercise in the trial-G and the trial-C，core body temperature were（38.45±0.25）℃vs（36.58±0.42）℃（P＜0. 01），mean skin temperaturewere（38.59±0.24）℃vs（36.39±0.55）℃（P＜0.01）.Conclusions：Oral adm inistration of GABA in human during exercise in the high-temperature environment contributes to inhibit the increase in core body temperature and promote heat dissipation by skin.However，there exists a danger of serious hypertherm ia post-exercise.

high-temperature environment；gamma-aminobutyric acid；body temperature regulation；core body temperature；skin temperature

G804.23

：A

：1004-0560（2014）05-0094-05

2014-07-23；

2014-08-15

辽宁省教育厅科学研究一般项目（项目编号：L2013440）。

陈潇潇（1989—），女，硕士研究生，主要研究方向为运动医学。

汪宏莉（1968—），女，教授，博士，主要研究方向为运动医学和运动生理学。