不同热习服条件对大鼠湿热环境下运动能力的影响

李玉祥，陈新民，梁　涵，安合定，马文领，史仍飞



不同热习服条件对大鼠湿热环境下运动能力的影响

李玉祥，陈新民，梁涵，安合定，马文领，史仍飞

［摘要］目的观察不同热习服条件对大鼠热习服能力及湿热环境下运动能力的影响。方法将64只雄性SD大鼠按数字表法随机分为常温常湿安静(LLQ)组、常温常湿运动(LLE)组、常温高湿安静(LHQ)组、常温高湿运动(LHE)组、高温常湿安静(HLQ)组、高温常湿运动(HLE)组、高温高湿安静(HHQ)组和高温高湿运动(HHE)组共8组，每组8只。安静组大鼠每天在相应环境中安静放置2 h，运动组在相应环境中安静放置1 h后运动(14m/min)1 h，连续14 d。每天实验前后称量大鼠体质量并计算体质量丢失率，实验结束后立即测定大鼠肛温。第16天所有大鼠在高温(36℃)高湿(85%)条件下运动30 min (28 m/min)，记录运动期间力竭大鼠的数量与力竭时间，并记录力竭即刻或运动结束后大鼠肛温，第17天统计动物死亡数量。结果在热习服过程中，除高温安静组外，其余各组从第4天开始体质量丢失率明显下降(P＜0．05);高温安静与高温运动组大鼠从第4天开始肛温明显下降(P＜0．05);4个运动组大鼠的肛温和体质量丢失率明显高于4个安静组(P＜0．05)，且HHE组肛温高于HLE组(P＜0．05)，但2组间体质量丢失率无明显差异(P＞0．05)。高温高湿条件下运动刺激后，HLE组和HHE组的肛温、中途力竭数量和死亡数量明显低于LLQ组和HHQ组(P＜0．01)，但HLE组与HHE组之间比较差异无统计学意义(P＞0．05)。结论高温高湿和高温常湿条件下运动训练均能达到最好的习服效果;从训练期间对人体体温和体质量丢失率影响较小且体感更舒适的角度考虑，选择在高温常湿环境条件下进行运动训练是较为适宜的热习服训练方法。

［关键词］湿热环境;运动;热习服;大鼠

［作者单位］200438上海，上海体育学院

近年来，随着全球变暖趋势的加重，夏季高温记录被不断刷新［1］。热环境增强机体的热应激反应，严重时可导致人员中暑甚至死亡。同时，在高温高湿条件下脑力和体力活动能力明显下降，误操作率明显增高，极易酿成惨祸。夏季坦克、装甲车等密闭舱室内的温度可高于室外10℃以上，有时可达50℃，如某型装甲车在海南地区试车时，车内温度可达50℃以上，湿度高达98%［2］。

热环境分为干热和湿热环境，我国南方地区与密闭舱室内多为湿热环境。由于在高温条件下湿度可明显影响人体的散热能力，因而与干热环境相比，湿热环境更易导致机体核心温度增高。当机体通过热习服训练获得热习服后，其对热环境耐受能力明显增强，在热环境下的体力活动能力也明显提高。但是，Shapiro等［3］报道干热习服后机体对湿热环境仅显示部分习服能力。另外，由于此前的研究并未对干热与湿热环境习服能力做进一步的比较研究，因此尚不清楚对机体最小限度影响的条件下，通过何种训练方式才能够获得对湿热环境的最大习服能力。笔者采用在不同温度、湿度条件下，比较安静和运动大鼠对高温高湿环境的习服和运动能力，以期寻找对湿热环境习服效果最佳且更乐意接受的训练方法，提高参训人员的积极性和训练效果。

1　材料与方法

1．1实验动物及分组

雄性SD大鼠64只(由第二军医大学实验动物中心提供)，体质量(300±10)g，适应性饲养3 d后，按数字表法随机分为常温常湿安静(LLQ)组、常温常湿运动(LLE)组、常温高湿安静(LHQ)组、常温高湿运动(LHE)组、高温常湿安静(HLQ)组、高温常湿运动(HLE)组、高温高湿安静(HHQ)组和高温高湿运动(HHE)组共8组，每组8只。

1．2实验方法

所有实验在第二军医大学热带医学与公共卫生学系环境卫生学教研室动物高温实验舱内(面积3 m×4 m，最高温度可达61℃，最高湿度可达100%)完成。各组大鼠称量体质量后，放入不同温度(常温:24℃、高温:36℃)、不同湿度(常湿60%、高湿85%)的高温舱内每天进行热习服训练2 h，其中所有高温组动物在高温舱内自由活动2 h，运动组动物自由活动1 h后，在跑步机(上海奥尔科特生物有限公司)上运动1 h(坡度为0°、速度为14m/min)，实验过程中禁食、禁水。实验结束后，立即测量体质量和肛温。连续训练14 d，第15天休息，第16天在高温高湿环境下运动(28 m/min)30 min。运动过程中，当动物出现力竭时立即终止运动并记录运动时间，同时测量肛温。其余动物在运动终止后即刻测量肛温。在高温高湿运动刺激后的第2天(实验的第17天)，观察并统计各组大鼠的死亡数量。

1．3统计学处理

使用统计软件SPSS 19．0进行统计分析，Graph-Pad Prism软件进行绘图。整个实验期间各组整体肛温与体质量丢失率差异采用重复测量数据方差分析;热习服期间的肛温和体质量丢失率，高温高湿运动刺激后的肛温采用单因素方差分析(One Way-ANOVA)。以P＜0．05为差异具有统计学意义。大鼠高温高湿运动刺激时中途力竭数量与刺激后死亡数量采用交叉表的方法进行统计分析，以P＜0．05/组数(0．00625)为差异具有统计学意义。

2　结果

2．1热习服训练期间不同习服条件对大鼠行为学的影响

2．1．1不同热习服条件对大鼠体质量丢失率的影响由于实验条件不同，热习服期间各组大鼠体质量丢失率明显不同，差异有统计学意义(F=284．139，P＜0．01)，经不同组间两两比较，各运动组大鼠的体质量丢失率明显高于相应安静组，差异有统计学意义(均P＜0．01)，但是HHE组和HLE组与HHQ组和HLQ组之间体质量丢失率差异无统计学意义(P＞0．05)。见表1、2。

表1　热习服训练期间各组大鼠体质量丢失率和肛温比较(±s)

表1　热习服训练期间各组大鼠体质量丢失率和肛温比较(±s)

注:LLQ组为常温常湿安静组，LLE组为常温常湿运动组，LHQ组为常温高湿安静组，LHE组为常温高湿运动组，HLQ组为高温常湿安静组，HLE组为高温常湿运动组，HHQ组为高温高湿安静组，HHE组为高温高湿运动组。与相应安静组比较aP＜0．01

组别　　鼠数　体质量丢失率(%)　　肛温(℃) LLQ组38．931±0．332 8　1．370±0．711　37．057±0．177 LLE组　8　3．690±1．208a　38．425±0．335 LHQ组　8　1．084±0．461　37．057±0．180 LHE组　8　3．463±0．982a　38．552±0．411 HLQ组　8　1．406±0．657　37．261±0．229 HLE组　8　4．318±1．142a　38．694±0．415 HHQ组　8　1．277±0．533　37．416±0．237 HHE组　8　4．188±1．254a

表2　热习服训练期间各组大鼠整体体质量丢失率和肛温比较(每组n=8)

热习服训练期间，4个运动组中，LLE组、HLE组和HHE组体质量丢失率均从第8天开始出现明显下降，LHE组从第9天开始出现明显下降，差异有统计学意义(均P＜0．05);4个安静组中，LLQ组、HHQ组、LHQ组分别从第4、5、6天始出现明显下降，差异有统计学意义(均P＜0．05)，而HLQ组体质量丢失率无明显变化，差异无统计学意义(P＞0.05)。见图1。

图1　热习服期间不同时间点各组大鼠体质量丢失率情况

2．1．2不同热习服条件对大鼠肛温的影响热习服期间各组大鼠的肛温明显不同(F=802．244，P＜0．01)，经不同组间两两比较，各运动组肛温明显高于相应安静组(均P＜0．01)，HLE组和HHE组肛温明显高于HLQ组和HHQ组(P＜0．01)，而HHE组肛温明显高于HLE组(P＜0．01)。见表1。

在热习服训练期间，4个高温组肛温均出现明显下降(均P＜0．05)，其中HLQ组肛温从第4天开始出现明显下降(P＜0．05)，HHQ组从第6天开始出现明显下降(P＜0．05)，HHE组从第8天开始出现明显下降(P＜0．05);HLE组从第11天开始明显下降，而各常温组肛温均未出现明显下降(P＞0.05)。见图2。

2．2湿热环境对不同训练条件大鼠运动能力的影响

2．2．1湿热环境运动对不同训练条件大鼠运动力竭和死亡数量的影响热习服训练14 d并休息1 d后，各组大鼠于开始训练的第16天，在高温高湿环境下高速运动30 min。高速运动期间，各组大鼠发生力竭数量明显不同，差异有统计学意义(P＜0.05)。经统计学处理，HHE组和HLE组发生力竭的动物数量最少，均明显低于LLQ组、LHQ组和HHQ组(P＜0．05)，但与HLQ组之间差异无统计学意义(P＞0．05)。与此同时，HLE组与HHE组之间的动物死亡数量差异也无统计学意义(P＞0．05)。

图2　热习服期间不同时间点各组大鼠肛温情况

运动后的第2天，有部分动物出现大小便失禁、口鼻出血等现象，部分动物死亡。其中LLQ组和HHQ组所有8只动物全部死亡，而HLE组和HHE组死亡数量最少。经统计学处理，各组间力竭数量差异存在统计学意义(F=24．150，P=0．001)，死亡数量差异存在统计学意义(F=27．733，P=0．000)。HLE组和HHE组大鼠的力竭数量与死亡数量均低于LLQ组和HHQ组(均P＜0．01)，但HLE组与HHE组之间差异无统计学意义(P＞0．05)。见表3。

表3　各组力竭大鼠数量与运动后次日死亡数量

2．2．2高温高湿环境下运动刺激对大鼠肛温的影响高温高湿环境下运动后即刻各组动物间的肛温明显不同(F=3．235，P＜0．01)，经不同组间两两比较，HLE组肛温明显低于各安静组(均P＜0．05); HHE组与HLE组之间差异无统计学意义(P＞0.05)，但HHE组肛温均明显低于其余6组(均P＜0．05)，而LLQ组、LLE组、LHQ组、LHE组、HLQ组、HHQ组间比较差异无统计学意义(均P＞0.05)。见图3。

图3　大鼠高温高湿环境下运动后肛温情况

3　讨论

湿热环境是运动员训练比赛、军人作战训练以及特殊环境作业人员作业时不可避免的环境条件。采取何种方式提高该类人员在高湿热环境中的作业能力与工作效率至关重要。机体通过热环境下运动锻炼可促进热习服［4］，热习服包括短期和长期2种过程，短期热习服在3～5 d的短期训练后即可建立，但热习服效果不佳，且很快就会脱习服;而长期习服需要一个漫长的过程，一般需要21～30 d，这时机体能够获得习服稳态，机体的散热能力和对热环境的耐受能力显著提高，同时机体就能够维持较长的习服时间［5-6］。

热习服的训练方法包括:热环境中的静置训练，即人或动物在热环境条件下自由活动，一段时间后机体对热环境耐受能力逐渐增强，但是获得热习服需要时间较长，如Arieli等［7］与Kodesh等［8］报道，大鼠在高温环境下安静放置4周才获得热习服;王涛等［9］报道兔热暴露3周后才能获得稳定热习服。而在热环境下进行适度的体力活动可有效缩短习服这一过程，如Chinevere等［10］报道，经过10 d的热习服训练，机体核心温度与训练前相比显著下降;吴潇男等［11］也报道经过7 d的热习服训练，受试者肛温较第1次测试后明显下降。但是前人在进行热习服训练时，均未考虑到高温条件下湿度对热习服程度的影响。Shapiro等［3］报道，干热环境习服者对湿热环境仅显示部分习服，而高温高湿环境下体力活动能否进一步促进对湿热环境的习服能力也未见报道。

本研究中发现，在常温高湿或常温常湿环境下进行运动训练，其习服效果虽然高于常温高湿和常温常湿环境下自由活动的大鼠，但均不如高温高湿或高温常湿环境下运动所达到的习服效果。在高温高湿或高温常湿环境下当动物自由活动时，其习服效果虽然好于常温安静时，但也达不到高温高湿或高温常湿环境下运动训练时的效果。总之，在8个组中，高温高湿和高温常湿环境下运动训练所达到的习服效果远高于其他各组。虽然在高湿热环境下运动后，高温高湿环境运动组的肛温低于高温常湿运动组，但两者之间差异无统计学意义。另外，在高湿热环境下30 min运动过程中，2组间动物力竭数量和次日动物死亡数量均无差异，表明高温环境条件下运动锻炼时高湿度(＞80%)并不能进一步提高动物对湿热环境的习服能力和体力活动能力。

湿度对体温的影响随着室温的升高而增大，当温度适宜时(15～25℃)湿度对人体温影响较小，但是随着温度的升高，湿度对人体散热的影响逐渐增大。当温度超过35℃时，蒸发散热成为机体的散热唯一方式［4］。此时，高湿环境导致汗液蒸发困难，湿度对体温影响更加明显，更易发生中暑等热性疾病。同时Tsutsumi等［12］报道低湿度下人的主观热感觉良好，而高湿度令人厌倦。本实验也发现高温高湿环境下运动训练时肛温明显高于高温常湿环境下运动训练时，体质量丢失率虽然也高于高温常湿组，但差异无统计学意义。这说明高温高湿环境下训练对机体肛温和体质量丢失率影响更大，但并未进一步提高对湿热环境的习服效果。

综上所述，高温高湿和高温常湿条件下运动训练均能达到最好的习服效果。从训练期间对人体体温和体质量丢失率影响较小且体感更舒适的角度考虑，选择在高温常湿环境条件下进行运动训练是较为适宜的热习服训练方法。

［参考文献］

［1］濮冰，闻新宇，王绍武，等．中国气温变化的两个基本模态的诊断和模拟研究［J］．地球科学进展，2007，22(5):456-467．

［2］龙升照．人-机-环境系统工程研究进展［M］．北京:北京科学技术出版社，1993:387-389．

［3］Shapiro Y，Moran D，Epstein Y．Acclimatization strategies—preparing for exercise in the heat［J］．Int J Sports Med，1998，19 (Suppl 2):S161-S163．DOI:10．1055/s-2007-971986．

［4］邱仞之．环境高温与热损伤［M］．北京:军事医学科学出版社，2000:52-55．

［5］Schwimmer H，Gerstberger R，Horowitz M．Heat acclimation affects the neuromodulatory role of AngIIand nitric oxide during combined heatand hypohydration stress［J］．Brain ResMol Brain Res，2004，130(1-2):95-108．DOI:10．1016/j．molbrainres．2004．07．011．

［6］Dervisevik M，Dinevska-Kjovkarovska S，Miova B，etal．Heatacclimation-induced changes in heartglycogen/glucosemetabolism in rats［J］．JPhysiol Sci，2011，61(5):395-402．DOI:10．1007/s12576-011-0162-y．

［7］Arieli Y，Eynan M，Gancz H，etal．Heatacclimation prolongs the time to central nervous system oxygen toxicity in the rat．Possible involvement of HSP72［J］．Brain Res，2003，962(1-2):15-20．

［8］Kodesh E，Nesher N，Simaan A，etal．Heatacclimation and exercise training interactwhen combined in an overriding and trade-off manner:physiologic-genomic linkage［J］．Am JPhysiol Regul Integr Comp Physiol，2011，301(6):R1786-R1797．DOI:10．1152/ajpregu．00465．2011．

［9］王涛，王静，王尚，等．热习服兔实验模型的建立及其病理生理特征［J］．中国应用生理学杂志，2013，29(5):473-476．

［10］Chinevere TD，Kenefick RW，Cheuvront SN，et al．Effect of heat acclimation on sweatminerals［J］．Med Sci Sports Exerc，2008，40(5):886-891．DOI:10．1249/MSS．0b013e3181641c04．

［11］吴潇男，林建棣，曲平，等．湿热环境下运动对人体血尿素、血乳酸和电解质的影响［J］．体育学刊，2012，19(5):135-139．

［12］Tsutsumi H，Tanabe SI，Harigaya J，et al．Effect of humidity on human comfort and productivity after step changes from warm and humid environment［J］．Build Environ，2007，42(12): 4034-4042．

(本文编辑:甘辉亮)

Effects of different heat acclimatization conditions on the physical activity of rats in hot and hum id environment

Li Yuxiang，Chen Xinmin，Liang Han，An Heding，Ma Wenling，Shi Rengfei
(Shanghai University of Sport，Shanghai200438，China)

［Abstract］Objective To investigate the effects of different thermal conditions on the heatacclimatization and physical ability of rats in hot and humid environment．MethodsSixty-fourmale SD ratswere random ly divided into 8 groups:the normal temperature and humidity rest group(or the NTHR group);the normal temperature and humidity exercise group(or the NTHE group);the normal temperature and high humidity rest group(or the NTHHR group);the normal temperature and high humidity exercise group(or the NTHHE group);the high temperature and normal humidity rest group(or the HTNHR group);the high temperature and normal humidity exercise group(or the NTNHE group);the high temperature and humidity rest group(or the HTHR group)and the high temperature and humidity exercise group(or the HTHE group)，each consisting of8 animals．Every day，the rats of the rest groupswere left there at rest in the corresponding environment，while the rats of the exercise groupswere first left there at rest for an hour，then had exercise at a load of14m/min for an hour for a succession of14 days．Every day，all the ratswereweighed both before and after experiment，the rate ofweight losswas calculated and rectal temperature was taken themoment after the experimentwas terminated．At day 16，all the rats had exercise athigh temperature(36℃)and high humidity(85%)environmentata load of28m/min for30minutes．The number of the exhausted rats and exhaust timewere recorded during exercise，and at the same time，the levels of rectal temperaturebook=5,ebook=10were taken themomentafter exhaustand when the exercise was terminated．At day 17，the number of rats that died of exhaustwas calculated and recorded．Results In the course of heat acclimatization，the rate of weight loss at day 4 for all the animals groups except the groups at high temperature/rest began to decrease considerably(P＜0．05)．The rectal temperature of the animals in the high temperature/rest group and the high temperature/exercise group began to drop significantly at day 4(P＜0．05)．The rectal temperature and weight loss rate of the rats in the 4 exercise groups were significantly higher than those of the 4 rest groups(P＜0．05)．Furthermore，the rectal temperature of the HTHE group was significantly higher than that of the HTNHE group(P＜0．05)，however，there was no significant difference in the rate ofweight loss，when comparisonsweremade between the two groups(P＞0．05)．Following physical exercise at high temperature and high humidity，the rectal temperature and the number of the ratswith exhaust in themidstof the exercise and the number of deaths the next day in the HTNHE and HTHHE groups were significantly lower than those in the NTNHR and HTHHR groups(P＜0．01)．However，no significantdifferences could be seen between the HTNHE group and the HTHHE group(P＞0．05)．Conclusion Exercises at high temperature/high humidity and high temperature/normal humidity could achieve bestheatacclimatization effect．From the standpointof leasteffecton body temperature and weight loss，training athigh temperature/normal humidity environment is amore appropriate heat acclimatizationmethod．

［Key words］Hot and humid environment;Exercise;Heat acclimatization;Rats

(收稿日期:2015－07－19)

［通信作者］史仍飞，电子信箱:rfshi@sus．edu．cn

［基金项目］军队后勤科研重点项目(BWS14J-023)

［中图分类号］R82

［文献标识码］A［DOI］10．3969/j．issn．1009－0754．2016．01．002