高温环境运动口服咖啡因对耐力运动员体温调节及唾液sIgA、溶菌酶的影响

赵泽霖，汪宏莉

（1.沈阳体育学院 社会体育学院，辽宁沈阳110102；2.沈阳体育学院 运动人体科学学院，辽宁 沈阳110102）

高温环境运动口服咖啡因对耐力运动员体温调节及唾液sIgA、溶菌酶的影响

赵泽霖1，汪宏莉2

（1.沈阳体育学院 社会体育学院，辽宁沈阳110102；2.沈阳体育学院 运动人体科学学院，辽宁 沈阳110102）

目的：评价33℃高温环境（相对湿度：65%）定量负荷运动中口服CAF对体温调节及唾液分泌型免疫球蛋白A（sIgA）、溶菌酶（LZM）的影响。方法：14名男性耐力运动员以50%最大负荷分别完成两次40 min（60转/分）功率自行车运动。咖啡因（CAF）运动实验，口服运动饮料（3ml/kg体重）按6mg/kg体重加入CAF，对照运动实验口服等量的运动饮料。连续测定直肠温（核心体温）、皮肤温，测定运动前60 min、运动前即刻、运动20 min、运动后即刻唾液sIgA、LZM浓度。结果：核心体温在运动30 min至恢复期，CAF运动实验低于对照运动实验，平均皮肤温在运动20～30 min，CAF运动实验低于对照运动实验。唾液sIgA水平，CAF运动实验与对照运动实验相同时间点间差异没有统计学意义，唾液LZM水平在运动20 min、运动后即刻低于对照运动实验对应时间点（P＜0.01）。结论：高温环境口服CAF能够抑制男性耐力项目运动员运动中核心体温和皮肤温度的升高，并降低唾液LZM的水平。

高温环境；咖啡因；核心体温；分泌型免疫球蛋白A；溶菌酶

CAF于2004年从兴奋剂名单中解禁，在运动和比赛中可以合理使用，已得到业界广泛重视［1］。CAF作为运动增补剂，是生物碱类中枢神经系统兴奋性物质，小剂量使用可以兴奋大脑皮层，提高认知能力，增强骨骼肌收缩能力，利尿［2］和降低疲劳感知［3］。大量研究显示，在常温环境条件下使用CAF，可以提高运动员的运动表现力，延长耐力运动的时间和体能［4-5］，其机制可能都与CAF作为非选择性腺苷受体拮抗剂有关［6］。众多体育比赛需要在高温的气象条件下举行，因此探索高温环境通过物理的、化学的手段降低人体的核心体温，进而提高运动能力，是运动科学领域的重要研究课题。而CAF在高温环境下对机体的影响，尤其是对体温调节的影响却少见报道。

另外，上呼吸道感染（upper respiratory tract infection，URTI）是各类体育项目运动员最常见的感染性疾病。研究显示，运动员发生URTI与其长期、高强度训练后上呼吸道黏膜免疫功能降低有关［7］，高温环境运动也包含其中［8］。sIgA是抵抗口腔内微生物最主要的免疫球蛋白，可代表口腔黏膜免疫功能。运动对唾液sIgA存在影响，有研究显示，大强度的集训和比赛前的快速减重会抑制黏膜免疫功能［9］，但也有报道一次性递增负荷至力竭运动中唾液sIgA浓度无明显变化［10］。那高温运动环境唾液sIgA的水平又是如何变化？口服CAF对其分泌是否有影响？尚需进一步研究。LZM是由单核细胞或巨噬细胞合成分泌的小分子蛋白抗菌酶，广泛分布于人体组织和分泌物中（唾液、血清、淋巴等），作为口腔黏膜非特异性免疫系统的重要组成成分，具有抗真菌和抗炎的作用。有研究显示血清中LZM的浓度随口服CAF剂量的不同而变化，且CAF对小鼠机体免疫具有积极作用［11］，而探讨口服CAF对高温环境耐力运动员唾液LZM浓度及分泌率影响的成果未见报道。

采用实验研究的方法，模拟高温环境：1）探讨口服CAF对男性耐力项目运动员体温调节的影响，为今后运动训练和比赛中降低核心体温、提高运动能力和延缓运动性疲劳提供理论依据和实践指导。2）探讨口服CAF对人体运动中唾液sIgA和LZM的影响，揭示CAF在高温环境下对人体黏膜免疫功能的影响。

1 研究对象与研究方法

1.1 研究对象

14名沈阳体育学院健康男性耐力项目（长跑）大学生运动员自愿参加本研究。实验前两周向研究对象说明研究目的及研究内容，签署知情同意书。实验方案经沈阳体育学院伦理委员会审批通过，研究对象相关信息见表1。讲解与实验有关的注意事项，研究对象无高血压、冠心病、COPD等呼吸道疾病既往史，实验前排除咳嗽、流鼻水、喉痛、发烧、肌肉痛、头痛等URTI症状的研究对象，并严格遵守以下事项：1）实验前2 h内禁止饮食；2）实验前24 h不能进行剧烈运动；3）实验日的前48 h内禁止饮酒，禁止饮用咖啡和茶叶，禁止食用巧克力等。

表1 研究对象的基本情况（¯X±S）

1.2 研究方法

1.2.1 环境条件 实验室环境温度控制在33℃，相对湿度控制在65%。实际测定实验室环境温度为（32.99±0.24）℃，相对湿度为 （64.19±2.50）%。

1.2.2 运动方案 运动负荷设定：应用最大摄氧量测定运动负荷和心率的结果，根据文献资料，以每名研究对象最大摄氧量测定中最大输出功率的50%为运动负荷进行功率自行车运动，转速保持在60 rpm/min。本研究中研究对象的平均运动负荷为（1.87±0.42）kp。

实验流程：采用双盲、随机交叉设计的方法，使每位研究对象参加两次实验，即CAF运动实验和对照运动实验，两次实验间隔6日［12］。研究对象于实验日13：00到达高温环境实验室，以避免唾液sIgA和LZM的日周期变动对实验结果的影响。于直肠10～12 cm深度处固定直肠探头（YSI401AC，美国），于上臂、胸部、大腿和小腿固定皮肤温探头（YSI409AC，美国），佩戴 Polar心率带。运动全程120 min，包括安静 60 min、运动 40 min、休息 20 min。

1.2.3 CAF摄入 CAF运动实验：CAF（6 mg/kg体重，PROLAB，美国）溶于运动饮料（3 ml/kg体重，乐百氏，中国），对照运动实验：口服运动饮料（3 ml/kg体重）。口服60 min后CAF在血浆中的浓度达到峰值，并能够维持高于服用前水平至少2～3 h［13］。因此本研究在口服CAF后并安静60 min后开始运动。

1.2.4 体温相关指标 核心体温（直肠温度）、皮肤温（包括上臂、胸部、大腿和小腿皮肤温度）、平均皮肤温=0.3（上臂温度+胸部温度）+0.2（大腿温度+小腿温度）［14］，以上温度每min记录一次，心率和主观体力感觉评分（RPE）。

1.2.5 唾液相关指标 1）唾液采集方法：使用salivette唾液采集管（德国），研究对象分别在运动前60 min、运动前即刻、运动20 min、运动后即刻4个时间点以1次/s的频率咀嚼棉棒1 min。采集完成后，将采集管以3 800 rpm的转速离心20 min（台式离心机，型号：TDL80-2B，上海）后放入-80℃的冰箱内贮存。2）唾液指标测定：sIgA的测定采用酶联免疫法（ELISA），Human Secretory Immunoglobulin A（sIgA）Elisa测定试剂盒由南京建成生物工程研究所提供（Lot：201410，Exp：201503，苏 ICP备12006455号）。唾液LZM采用比浊法测定。使用南京建成生物工程研究所所生产的微球菌粉来对唾液LZM的含量进行测定。sIgA和LZM的分泌率=浓度×唾液量（1 min）。

1.2.6 统计学分析 统计学分析采用SPSS 17.0软件进行，经正态性检验，数据均服从正态分布，以均数±标准差（¯X±S）对数据进行描述。统计分析方法包括重复测量资料方差分析（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）、配对样本t检验、General Linear Model（GLM）重测资料的方差分析（不满足球形检验时按Greenhouse-Geisser校正系数进行校正）。

2 研究结果

2.1 两种实验条件间核心体温与平均皮肤温的总体趋势和变化比较

核心体温，CAF运动实验和对照运动实验在运动40 min内均呈上升趋势，于运动结束后5 min两种实验条件下核心体温均达到最高点（CAF运动实验（38.33±0.23）℃ vs.对照组（38.47±0.41）℃，P＜0.05）。平均皮肤温，CAF运动实验和对照运动实验在运动40min内均呈上升趋势，但CAF运动实验中运动至20～30 min期间，平均皮肤温上升趋势变缓，出现平台期，至运动结束后3 min皮肤温度升高至最高点；而对照运动实验未出现平台期，至运动结束后2 min皮肤温度升至最高点（CAF运动实验（36.20±0.44）℃ vs.对照运动实验（36.32±0.53）℃，P＜0.05），见图 1。

从安静状态至运动30 min，核心体温在两种实验条件间差异无统计学意义（P＞0.05）；从运动30 min至恢复期结束，对照运动实验核心体温高于CAF运动实验，差异有统计学意义（P＜0.05）。安静期、运动开始14 min至运动结束和恢复期14～20 min，对照运动实验，平均皮肤温度均高于CAF运动实验，差异有统计学意义（P＜0.05），见图1。

图1 核心体温与平均皮肤温变化示意图与对照运动实验条件比较

2.2 两种实验条件间皮肤温度差值变化比较

运动开始16～32 min对照运动实验小腿皮肤温度差值大于CAF运动实验；运动开始36min至恢复期第15 min，CAF运动实验小腿皮肤温度差值大于对照运动实验。运动18～33 min，对照运动实验大腿皮肤温度差值大于CAF运动实验；恢复期3～20 min，CAF运动实验大腿皮肤温度差值大于对照运动实验。安静期0～20 min和运动开始17～38 min，对照运动实验胸皮肤温度差值均大于CAF运动实验；安静期21～60 min、运动开始0～16 min、运动开始39～40 min和恢复期20 min，CAF运动实验胸皮肤温度差值均大于对照运动实验。安静期022 min和运动开始第17 min至运动结束后2 min，对照运动实验上臂皮肤温度差值均大于CAF运动实验；安静期第24 min至运动开始16 min，CAF运动实验上臂皮肤温度差值大于对照运动实验。以上差异均有统计学意义（均P＜0.05），见图2。

2.3 两种实验条件间唾液sIgA、LZM变化情况

CAF运动实验与对照运动实验中4个时间点唾液sIgA、LZM浓度差异有统计学意义（FsIgA=5.953，FLZM=10.621，均 P＜0.05；），时间和实验条件之间无交互作用（FsIgA=2.567，FLZM=3.645，均 P＞0.05）；唾液 sIgA、LZM分泌率差异无统计学意义（FsIgA=1.598，FLZM=6.822，均 P＞0.05），时间和实验条件之间无交互作用（FsIgA=2.703，FLZM=F=2.830，均 P＞0.05）。运动 20 min、运动后即刻，CAF运动实验唾液LZM浓度和分泌率分别低于对照运动实验相对应时间点的水平，差异均有统计学意义（均P＜0.01）（表2）。

图2 不同部位皮肤温度差值变化示意图与对照运动实验条件比较

表2 CAF运动实验与对照运动实验条件sIgA、LZM变化

2.4 两种实验条件间心率和RPE变化比较

实验全程对照运动实验条件下心率均高于CAF运动实验条件，差异有统计学意义（P＜0.05），见图3。在高温耐力40 min运动过程中，两种实验条件下RPE值均呈升高状态，CAF运动实验在运动后10 min、20 min、30 min和40 min的 RPE值均低于对照运动实验对应时间点RPE值，差异有统计学意义（P＜0.01），见图4。

3 讨论

图3 心率变化示意图

图4 RPE变化示意图

人体在高温环境运动时，散热作用下降，体内热量大量积蓄，运动能力下降，甚至导致运动型中暑和热衰竭等运动热病的出现［15］，严重者危及生命［16］。本研究采用在环境温度33℃、相对湿度65%的条件下口服6 mg/kg体重CAF进行有氧耐力运动。结果显示，CAF运动实验与对照运动实验安静期的核心体温无显著性差异；运动至30 min时，CAF运动实验核心体温的升高显著低于对照运动实验体温升高，并且持续至恢复期结束，说明CAF在耐力运动后程能够持续抑制核心体温的升高。CAF是一种非选择性腺苷受体拮抗剂，能够通过血脑屏障，阻断腺苷受体而增加脑内神经递质多巴胺水平升高［17］，多巴胺能够调控体温调节中枢，具有促进散热的功能［18］，维持能量平衡［19］。另外，本研究发现口服CAF可以降低有氧耐力运动员安静状态下的平均皮肤温，使机体皮肤在运动过程中有更高的散热上升空间，不至于引起皮温增高而降低运动能力［20］。CAF运动实验中，由于CAF作用使皮肤血流量降低，研究对象的上臂皮肤温度、胸部皮肤温度、大腿皮肤温度、小腿皮肤温度和平均皮肤温度在运动20～30 min时出现上升趋势缓慢的现象，并明显低于对照运动实验。CAF能够提高交感神经兴奋性，增强血管收缩，避免血管舒张。另外，人体血管壁上的某些受体被CAF阻断，致使机体的正常生理活动血管扩张所需的腺苷反应程序受到干扰［6］，从而使皮肤血流量减少，抑制皮肤温度升高。说明33℃的高温环境口服6 mg/kg CAF趋于抑制运动中核心体温升高，降低人体因体温过高导致的危险，预防运动热病的出现。但也有研究指出，口服9 mg/kg体重CAF对机体运动时热平衡的影响是微乎其微的［21］。

CAF运动实验和对照运动实验，运动后即刻唾液sIgA浓度均高于同一实验条件下运动前水平，说明高温环境运动可以抑制人体黏膜免疫功能。但CAF运动实验与对照运动实验唾液中sIgA浓度对比差异无统计学意义，且唾液sIgA分泌率在两种实验条件相对应时间点间差异没有统计学意义，提示CAF对唾液sIgA水平无影响。对11名耐力性运动员进行运动强度70%VO2peak持续时间90 min的自行车运动实验显示，未发现摄入CAF对sIgA浓度、分泌率有影响［22］，与本研究结果基本一致。LZM具有抗炎作用，是构成机体非特异性免疫功能的因素之一。本研究结果显示，运动后即刻唾液LZM浓度均高于同一实验条件下运动前水平，说明机体在高温环境下运动机体出现炎症感染症状，促使巨噬细胞分泌大量LZM发挥抗炎杀菌作用，再可能与运动后机体出现免疫抑制状态有关［23］。另外，本研究发现运动20 min、运动后即刻CAF运动实验唾液LZM浓度和分泌率显著低于对照组对应时间点水平，或许说明CAF可以加速高温环境运动后的免疫调节进程，使得白细胞吞噬能力加强，加速巨噬细胞从促炎阶段转变到抗炎阶段，使LZM趋于安静状态，抑制机体炎症反应过程，提高机体运动状态下的免疫功能［24］。

有研究指出，心率受人体体温的影响，体温每升高1℃，心率每min可增加12～18次［25］。本研究发现，整个实验过程中CAF运动实验条件下平均皮肤温始终低于对照运动实验条件，与心率变化趋势相一致，说明口服CAF可以抑制体温升高，从而减慢心率，维持运动能力。Anderson［26］等在环境温度28℃时让运动员服用CAF并做60 min功率自行车运动，发现CAF可以降低运动员的心率，但也有研究显示20 km自行车计时赛前60 min摄入CAF对运动员心率无影响［27］；或者CAF可以增强交感神经兴奋性，使心率加快，因此口服CAF对安静和运动时心率的影响尚需要在不同的环境温度以及运动形式下进一步探究。本研究结果显示，两种实验条件下随着运动进程研究对象的RPE均呈上升趋势，但CAF运动实验中RPE上升趋势平稳、缓慢，说明高温环境口服CAF能够降低研究对象主观感觉疲劳程度。通过对重剑运动员在运动训练中服用3 mg/kg体重CAF的实验研究，发现CAF是通过对中枢系统和心率的影响来降低RPE。

4 结论

男性耐力项目运动员在高温环境运动中口服6mg/kg体重CAF，能够显著延缓核心体温和平均皮肤温度升高幅度，尤其是运动后程的核心体温飙升，防止运动热损伤的出现，并且可以降低运动后唾液LZM水平，提高高温环境耐力运动下的机体黏膜免疫机能。但不同环境温度、不同剂量的CAF对运动中体温调控的具体机制，以及唾液sIgA水平的影响，还有待进一步研究。

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责任编辑：郭长寿

Effect of Caffeine on Body Tem perature Regulation and Salivary Immunoglobulin A，Lysozyme for Endurance Athletes During Exercise in a High-tem perature Environment

ZHAO Zelin1，WANG Hongli2
（1.School of Social Sports of Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China；2.School of Exercise and Sport Science of Shenyang Sport University，Shenyang 110102，Liaoning，China）

Purpose：to exam ine the effects of caffeine on body temperature regulation and the salivary secretory immunoglobulin A（sIgA）and lysozyme（LZM）in human during exercise in a high-temperature environmentw ith 33℃ and 65%relative humidity.Methods：Fourteenmale endurance collegiate players completed two trials on a cycle ergometer that pedaled at50%maximal workload for 40 m inutes at a cadence of 60rmp.Each subject drank sports drink（3m l/kg body mass）containing caffeine（6mg/kg body mass）in the caffeine exercise trial，while subject drank the same amount of sports drink in the controlexercise trial.During the experiments，rectum temperature（core body temperature），skin temperature were continuously measured.Saliva samples were collected at the points of 60m in before-exercise，before-exercise，exercise 20m in，and after-exercise.Salivary sIgA and LZM were determ ined.Results：The core body temperatures from the post-exercise 30 minutes to the end of recovery period in the caffeine exercise trialwere all lower than those in the control exercise trial（P＜0.05）.During the post-exercise 20 to 30 m inutes，the mean skin temperatures in the caffeine exercise trial were all lower than those in the control exercise trial（P＜0.05）.There were no significant differences in the level of sIgA at the different time points between caffeine exercise trial and control exercise trial（P＞0.05）.The level of LZM in exercise 20m in and after-exercise in the caffeine exercise trialwere significantly lower than those in the control exercise trial（P＜0.01）.Conclusions：Oral administration of caffeine could inhibit the increase in core body temperature and skin temperature，decreases the level of salivary LZM in athletes during exercise in the high-temperature environment.

high-temperature environment；caffeine；core body temperature；sIgA；lysozyme

G804.2

A

1004-0560（2017）04-0064-06

2017-04-12；

2017-05-16

辽宁省教育厅科学研究一般项目（项目编号：L2014469）。

赵泽霖（1982—），男，讲师，硕士，主要研究方向为大众健身与体适能。