常温环境递增负荷运动中人体核心体温预测

汪宏莉 ，陈 涛 ，韩延柏 ，任 雪 ，程 杨

核心体温（core body temperature）是指人体内脏器官的温度，安静时核心体温为37.2～37.6℃[1]。人体运动时代谢加快，骨骼肌做功而大量产热，如果产热超过向外环境中散热，体内热量蓄积使核心体温升高，当核心体温超过38℃时即出现运动性高核心体温[2]。运动性高核心体温是降低运动能力、导致运动性疲劳的重要原因，国外学者提出人体存在极限核心体温（critical core temperature），此时大脑的神经递质和神经活动阻断中枢神经系统控制骨骼肌因而终止运动，以避免机体受到致命的热损伤[3-4]。

核心体温在理论上最精确的代表值是肺动脉血的温度，但是无法采用无创伤的方法进行测定，因此在运动科学领域中核心体温通常以直肠、食道及胃肠道的温度来表示[5]。直肠温度、食道温度的测定仅限于实验室研究，两种测定方法的可接受性也受到限制，如直肠温度测定时将测温探头插入外肛门括约肌10 cm，食道温度测定时将测温探头通过口腔或鼻腔送入食道[6]。近十年，国外学者研发了遥测胃肠道温度的CorTempTM核心体温监测系统，运动员吞服胶囊式温度传感器（长径0.88 cm，直径0.42 cm），数据通过无线传输至外部存储器[7]，一台仪器可同时遥测并记录几十人的核心体温数据。该方法的可接受性好，无感染的危险性，但是胶囊温度传感器的价格昂贵，难以在我国运动训练和比赛中推广使用。

探索通过常用生理、生化监控指标对运动员核心体温进行预测的方法，间接地监控运动员核心体温，对防止运动员发生运动型热损伤具有重要的意义。本研究以9名耐力性项目的大学生运动员为对象，描述常温环境递增负荷力竭自行车运动中核心体温、心率及血乳酸的关系，探讨核心体温的预测方法，为运动训练和比赛中采用简便、易实施、经济的方法监控核心体温提供依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

9名沈阳体育学院体育教育专业耐力性项目 （中长跑）运动员自愿参加本研究，年龄（21.1±1.2）岁，训练年限（4.9±1.5）年，最大摄氧量（52.8±4.7） mL/kg/min。实验前介绍研究目的，签署知情同意书，讲解注意事项。

1.2 研究方法

1.2.1 实验环境

将实验室温度控制在（23±1）℃，相对湿度（40±2）%。

1.2.2 运动方案

使用功率自行车（Monark 839E）进行递增负荷运动直至力竭，起始负荷为100 W，每10 min增加20 W，转速60转 /min。

1.2.3 实验流程

研究对象于上午7:30到达实验室，用37℃温水吞服CorTempTM人体核心体温传感器(HT150002，HQInc.,Palmetto,Florida,USA)， 并 佩 戴Polar心 率 带 ； 打 开CorTempTM体温测试系统，监测核心体温和心率。调整车座后，在功率自行车座上静坐20 min，于9:30进行递增负荷运动，直至力竭。运动中禁止饮水。

1.2.4 运动终点判定

（1）心率维持在180次 /min以上，且 2 min保持不变或变化较小（出现平台期）；（2）主观感觉已达力竭即RPE等级为 18～20；（3）经反复鼓励不能再继续坚持运动；（4）不能维持设立的转速。

1.2.5 研究指标

（1） 连 续 监 控 核 心 体 温 （20 s/次 ）（CorTempTM HT150016,HQInc.,Palmetto,Florida,USA）； （2）连续监控心率（20 s/次）（Polar Electro Oy,Kempele,Finland）；（3）血乳酸（在运动前、运动 20 min、运动 40 min、力竭即刻、恢复期30 min采取指尖血测定）（Lactate Pro，Arkray,Kyoto,Japan）；（4）RPE （Ratings of Perceived Exertion，Borg 6-20 scale)（在运动前、运动 20 min、运动 40 min、力竭即刻、恢复期 30 min 测定）；（5）体重（运动前、力竭即刻）。

1.2.6 统计分析方法

采用SPSS 16.0统计分析软件进行统计分析，数据描述以均数±标准差表示。分析方法包括相关分析，一元线性逐步回归分析（自变量引入模型 P≤0.05,剔除 P＞0.06），曲线估计（拟合二次方程）。

2 研究结果

2.1 力竭时主要指标情况

9名研究对象力竭时，运动时间为（63.78±3.48）min，最 大 功 率为 （219.56±6.91）W， 最 大 负 荷 /体 重 为（2.93±0.36） W/kg；核心体温为（38.69±0.40）℃，核心体温升高（1.32±0.32）℃；心率为（187.56±8.20） 次 /分；RPE 为(18.11±1.54)；血乳酸为(6.74±1.31)mmol/L；脱水量占体重百分比为(1.35±0.19)%。

2.2 核心体温和心率监控示例

以研究对象之一（×××，运动67 min）实验中核心体温和心率监控的原始数据示例。安静时核心体温和心率均处于稳定状态；运动后核心体温和心率均随负荷强度的增加而呈升高趋势，力竭时核心体温为39.61℃，心率为197次/min；恢复期心率立即降低，而核心体温继续升高、在恢复期5 min后开始降低（见图1）。

图1 ×××核心体温和心率监控的原始数据示例Figure 1 An Example of the Original Data of Core Body Temperature and Heart Rate Monitoring

2.3 应用线性回归模型预测核心体温升高值

核心体温升高值与心率（r=0.906，P＜0.001）及核心体温升高值与血乳酸（r=0.835，P＜0.001）的直线相关关系具有统计学意义。以核心体温升高值为因变量，以心率、血乳酸、心率与血乳酸的交互作用（心率×血乳酸/100）为自变量进行线性逐步回归分析。结果显示，核心体温升高值可以通过心率、心率与血乳酸的交互作用进行预测，线性回归方程有统计学意义（R2=0.842，adjusted R2=0.833；F=88.185，P＜0.001）。回归方程为：核心体温升高值(℃)=0.008×心率(次 /min)+0.00035×心率(次 /min)×血乳酸(mmol/L)-0.670（见表 1）。

表1 核心体温升高值的线性回归分析Table ILinear Regression Analysis of the Increased Value of Core Body Temperatures

2.4 应用曲线模型预测核心体温升高值

使用每20 s记录一次的核心体温和心率原始数据，从安静至力竭即刻的数据制作散点图，提示核心体温升高值与心率存在曲线关系（见图2）。

图2 核心体温升高值与心率的曲线关系Figure 2 Curve Relationship between the Increased Value of Core Body Temperature and Heart Rate

应用曲线估计的方法拟合二次方程，结果显示核心体温升高值与心率呈曲线关系（R2=0.827；F=1813，P<0.001），预测方程为：核心体温升高值 (℃)=0.221－0.007×心率 +6.899×10-5×心率2。

3 分析与讨论

本研究在我国首次采用美国CorTempTM人体核心体温传感器连续监控运动中核心体温，并提出应用常用生理、生化指标预测运动中核心体温，以预防运动训练和比赛中运动型热损伤的观点。运动型热病包括运动性肌肉痉挛、热衰竭和运动型中暑，常发生于大强度或长时间的运动训练和比赛中（如自行车、马拉松和足球等）。热衰竭和运动型中暑在相对低温的环境下也能发生，因为人体在大强度或长时间的运动中，内生产热过快、过多，核心体温急速升高甚至超过40℃，引起体温调节系统衰竭，甚至危及生命[8]。然而常温或较低温度环境下高核心体温的危害总是被教练员、队医和运动员所忽视[5]，因此对于耐力性项目运动员在常温环境的运动训练和比赛过程中防止核心体温过高，并将核心体温控制在极限体温以下，是体育科学领域急待解决的问题。

3.1 核心体温与心率的关系

本研究结果表明，运动中核心体温升高值与心率呈高度的正相关关系，在直线回归方程中，心率的标准化回归系数为0.635，效果量为0.364，说明心率是预测运动中核心体温升高值的良好指标；此外，二次曲线拟合的结果表明，仅使用心率一个指标预测核心体温升高值的回归平方和即占总回归平方和的82%。可见，心率是预测运动中核心体温的重要指标。

人体运动时肌肉做功而需要大量的血液运送氧气，同时肌肉做功产生热量是安静时的10～20倍，其中70%以上热能要通过血液输送到体表而放散到外环境中以热平衡，体内有限的血液在运动需要提供氧气和皮肤散热作用之间进行竞争时，心血管系统的负担增大，重新分配全身的血流量，即参与外周皮肤血液循环的血流量增大，心内血容量减小，每搏输出量减少，导致心率代偿性升高[9]。此外，人体的核心体温和心率受神经—体液调节因素（甲状腺激素、肾上腺激素等）的影响。核心体温升高时，甲状腺激素直接作用于心肌，促进肌质网释放Ca2+，使心肌收缩力增强，心率加快；同时肾上腺激素作用于心肌、传导系统和窦房结的β1受体，加强心肌收缩性，加速传导，加速心率，提高心肌的兴奋性[10]。

心率是在运动训练和比赛中最常采用的运动强度监控指标，而且Polar团队心率训练系统等的使用能进行20名以上运动员心率的实时监控。在监控运动员心率的同时，可应用本研究中的直线或二次曲线回归方程输入Excel软件，间接地推测运动员的核心体温。根据本研究结果，运动员安静时核心体温为（37.37±0.27）℃，当预测运动员核心体温升高1.0℃以上时即发生运动性高核心体温，需要根据具体情况采取降体温的应对措施。

3.2 核心体温与血乳酸的关系

本研究结果表明，运动中核心体温升高值与心率呈高度的正相关关系，在预测核心体温升高值的直线回归方程中，由于血乳酸与心率存在多重共线性而在变量筛选时被剔除，但是血乳酸与心率的交互作用进入回归方程，其标准化回归系数为0.308，效果量为0.119，说明血乳酸与心率的交互作用能够预测运动中核心体温升高值，但是预测效果比心率差。

核心体温与血乳酸水平有关。人体在安静状态，血乳酸水平随着直肠温度的升高而升高[11]。人体在运动中随着体温的升高，交感神经的兴奋性明显加强，血液重新分布，由于运动肌肉的血流量下降，氧的含量降低，使有氧代谢的比例下降，导致血乳酸浓度升高，以至发生乳酸堆积[12]。血乳酸水平与运动方式、运动强度及运动的持续时间等多方面的因素有关，因此在实际中要考虑到上述因素的影响，可参考本研究的预测方法，建立特定的预测核心体温的回归模型。

4 结论

常温环境人体运动中的核心体温可以应用心率和血乳酸进行预测，以心率和血乳酸进行预测的直线回归方程，及以心率进行预测的二次曲线回归方程的预测效果均很好。血乳酸的测定具有一定的创伤性，推荐使用二次曲线方程以心率对核心体温升高值进行预测。

5 建议

本研究中的大学生运动员未达到优秀耐力性项目运动员的训练水平，所能够耐受的核心体温较低，研究的结果具有一定的局限性。今后要在不同环境温度下，针对国家队优秀耐力性运动员，建立有针对性的核心体温预测方程，以指导运动训练和比赛的实践。

致谢：本研究在沈阳体育学院国家体育总局冬季运动项目技术诊断与机能评定重点实验室完成。感谢吴松林、谢承红及赵平老师的支持与配合。

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