高温不同湿度环境下运动对人体能量代谢特征的影响

2020-02-26邱平学封文平周越张俊芬

中国运动医学杂志 2020年12期

邱平学封文平周越张俊芬

1 北京体育大学（北京100191）

2 河北体育学院（河北石家庄065001）

3 国家体育总局体育科学研究所（北京100061）

极端环境下人体会产生一系列的生理生化反应，特别是在运动过程中，机体的代谢过程和能源物质供能情况会发生较大变化。湿度环境主要影响人体的排汗、体热散发和人体水盐代谢过程，如果相对湿度较低，机体可以通过蒸发散热来降低核心温度，而在高湿环境下进行长时间大强度运动，机体核心温度很难达到一个相对稳定的平台，而是持续上升，这种情况对于运动者来说十分危险。

研究表明[1]，与常温常湿环境相比，高温高湿环境下运动员机体核心体温、血乳酸、心率、汗液离子浓度均显著升高，运动持续时间显著降低。研究表明[2]，在高温不同湿度环境中进行运动，高温高湿环境下，机体最大摄氧量下降非常显著，高温其他湿度之间没有出现明显差异。崔书强等[3]研究表明，高温环境下，不论相对湿度高低，在进行递增负荷大强度运动后，血清皮质醇显著升高，血清白细胞介素-12均降低。研究者已经从不同的角度对高温环境下机体生理变化特点进行了研究，本研究探讨在实验室模拟高温不同湿度环境下安静暴露和运动对机体底物代谢变化、能量代谢的影响，旨在为运动训练、竞技比赛及大众健身提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

招募10名北京体育大学健康成年男性，基本情况见表1。受试者在实验前经病史与体格等相关检查，均无心血管系统、神经内分泌系统及呼吸系统等疾病，身体情况良好，锻炼习惯为每周中等强度规律性运动大于6 h，未经高温高湿习服。受试者填写知情同意书，自愿参加本研究。实验期间受试者不允许服用任何以增强运动能力为目的的药物，且在每次实验前一天，受试者不得酗酒、熬夜及大强度运动等。

表1 实验对象基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 VO2max测定

VO2max测试方案：受试者先在实验环境中以8 km/h在跑台运动上进行5 min 的准备活动，随后佩戴呼吸面罩等相关设备，按照实验设计的方案在跑台上进行递增负荷运动测试。实验起始负荷为8 km/h，坡度为0；随后每1 min递增1 km/h，坡度保持不变，当跑台的速度增加到17 km/h时不再增加速度，而是每1 min递增1%的坡度，直到受试者不能保持该负荷下运动而终止。

VO2max的判断标准：摄氧量随着运动负荷的增加而出现平台，随后出现下降；或者呼吸商达到或超过1.10；或心率（HR）达到或超过（220－年龄），同时受试者主观感受不能保持原有的运动速度继续运动下去，此时的运动负荷即为VO2max[4]。

1.2.2 测试流程

本实验采用受试者自身对照的实验方法，让10名受试者分别在33℃不同湿度环境下进行静息、65%VO2max强度进行跑台运动，每两次测试时间间隔不少于1周，按照预先的编号进行测试。

1.2.3 测试方法

本研究所用仪器包括气体代谢分析仪（Cortex MetaLyzer 3B，德国，硬件版本为2.7.0，软件版本为Me⁃ta Soft 3.9）、配套跑台（VIASYS LE500CE，德国）、电子体重计（OMRONHBF-356，日本）。

实验室模拟高温不同湿度环境，在高温33℃，相对湿度（relative humidity，RH）20%、RH50%、RH80%三种湿度环境下，以65%VO2max的强度分别进行运动暴露20 min，而安静暴露20 min 作为自身对照。通过气体分析仪记录测试过程中气体的变化，统计分析实验数据，观察高温环境不同湿度对人体能量代谢的影响。

1.2.4 实验前后体重的计算

实验前受试者身穿运动短裤，赤足进行称重；实验后擦干受试者身体上汗液，赤足进行称重。

1.2.5 能量消耗和代谢底物的计算

忽略蛋白质的氧化，糖与脂肪的氧化量、供能量和总能量消耗采用Péronnet和Massicotte方程[5-7]计算。公式如下：

糖氧化量（g/min）＝4.585×VCO2（L/min）－3.226×VO2（L/min）

糖供能量（kcal/min）＝糖的氧化量×4.1（kcal/g）

脂肪氧化量（g/min）＝1.695×VO2（L/min）－1.701×VCO2（L/min）

脂肪供能量＝脂肪的氧化量×9.3（kcal/g）

总能量消耗（kcal/min）＝糖的供能量＋脂肪的供能量

1.3 统计学方法

采用SPSS20.0 统计软件对测试结果进行分析，结果采用平均数± 标准差表示，3 种环境下的实验数据均采用两两配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 实验前后体重的变化

从表2可以看出，在安静暴露条件下，高温不同湿度环境下，受试者实验前后体重变化值无显著性差异，但在高温RH80%环境下，体重减少量最多，高温干燥环境体重减少量次之，而高温RH50%环境下，体重减少量最少。在运动条件下，与高温RH80%环境相比，高温RH50%与高温RH20%环境的体重变化均显著降低（P<0.05），高温RH80%环境的体重减少量最多，而高温RH50%环境体重减少量最少。高温RH50%与高温RH20%环境的体重变化无显著性差异。

表2 实验前后体重变化（kg）

2.2 高温不同湿度环境对人体糖代谢供能的影响

从表3可以看出，在安静状态下，高温RH20%环境消耗总能量最多，显著高于高温RH80%（P<0.05）及高温RH50%环境（P<0.01）。在65%VO2max运动条件下，高温RH50%环境消耗能量最多，且高温RH20%总能量消耗显著低于高温RH50%环境（P<0.05），其他的不同湿度之间没有显著性差异。在安静条件下，糖氧化量，高温RH50%环境显著低于高温RH80%环境；高温RH20%环境显著高于高温RH50%环境（P<0.01）；高温干燥与高温高湿之间无显著性差异。在65%VO2max运动条件下，高温RH50%环境糖氧化量最多，高温RH20%环境显著低于高温RH50%环境（P<0.05）。在安静条件下，高温RH50%环境糖供能比例和糖供能量最低，且与高温RH20%和高温RH80%环境之间有显著性差异（P<0.01）。在65%VO2max 运动条件下，高温RH50%环境糖供能比例和糖供能量最高，且与高温RH20%环境之间有显著性差异（P<0.05）。

表3 糖代谢供能变化

2.3 高温不同湿度环境对人体脂肪代谢供能的影响

从表4可以看出，在65%VO2max运动条件下，高温RH20%环境脂肪氧化量、脂肪供能量及脂肪供能比例最多，但高温不同湿度之间的各数据比较差异无统计学意义，只有高温RH20%与高温RH50%环境脂肪供能比例有显著性差异（P<0.05）。在安静条件下，与高温RH50%环境相比，高温RH20%和高温RH80%环境脂肪的氧化量、脂肪的供能量及脂肪供能比例均显著减少（P<0.01），且与高温RH80%相比，高温RH20%环境的脂肪氧化量显著增多（P<0.05）。另外，在安静条件下，高温RH50%环境脂肪供能比例最大，而在65%VO2max运动条件下，高温RH50%环境脂肪供能比例最小。

表4 脂肪代谢供能变化

3 讨论

3.1 高温不同湿度环境对人体体重变化的影响

本研究是在高温不同湿度的环境下分别进行安静暴露和运动20 min，从表2的实验数据可以看出，在安静条件下，不同湿度环境对体重的影响差异无统计学意义。

在运动条件下，与高温RH50%和高温RH20%相比，高温RH80%体重变化值具有显著性差异，这可能与高温高湿环境下机体产生的热量多于机体丧失的热量[8]有关。

3.2 安静条件下高温不同湿度环境对机体能量代谢的影响

在安静条件下，高温RH20%糖供能最多，显著高于高温RH50%环境（P<0.01）；高温RH80%糖供能也显著多于高温RH50%（P<0.01）；高温RH20%与高温RH80%相比糖供能无显著差异，二者均为36%；高温RH50%糖供能比例只有18%，脂肪供能比例高达82%，说明干燥和高湿环境糖氧化量较多，而RH50%环境以脂肪氧化量为主。高温环境安静状态机体需要的能量以脂肪氧化为主，脂肪供能比例达64%～82%，与屈金涛等[9]研究结果一致，脂肪是高温高湿环境下机体的主要供能物质。

3.3 运动条件下高温不同湿度环境对机体能量代谢的影响

赖丽丽等[10]的研究表明，在高温不同湿度环境下，高温高湿环境机体的有氧能力不能充分发挥。本研究中，在65%VO2max运动条件下，机体在高温RH50%环境里总的能量消耗最多。在65%VO2max运动条件下，不同湿度环境，脂肪的氧化量无显著性差异。高温RH20%与高温RH50%相比，糖的氧化量显著减少（P<0.05）。高温RH20%、高温RH50%、高温RH80%三种条件下糖与脂肪的供能比例分别是67%∶33%、71%∶29%、70%∶30%，说明在中等强度运动条件下，糖氧化量比脂肪氧化量多。有研究[11]表明，热应激对15 s 以内的冲刺运动无不良影响，但对60 s 和300 s 高强度运动有负面作用。Baumgard 等[12]研究表明，热应激可以通过机体组织之间的相互作用显著地改变吸收后的糖、脂肪及蛋白质的代谢变化。本研究采用的是持续20 分钟的中等强度有氧运动，机体发生哪些具体的生理变化，运动能力是否显著下降，需进一步研究。