亚高原环境下体育活动对人体衰老过程中生理机能的影响*

张 健 甘春龙,2

亚高原环境下体育活动对人体衰老过程中生理机能的影响*

张 健1甘春龙1,2

（1.贵州省体育科学研究所，贵州 贵阳 550007；2.广西师范大学 体育与健康学院，广西 桂林 541006）

文章分析归纳衰老和亚高原环境对人体生理机能产生的影响，探究亚高原环境下进行体育活动的作用和意义，认为在亚高原环境下进行体育活动具有非常重要的意义，有助于提升人体生理机能，延缓衰老，促进身体健康，提升生活质量。

亚高原；体育活动；衰老；生理机能

根据世卫组织对人的年龄界限的划分，44岁以下为青年人，45-59岁为中年人，60岁以上为老年人。随着年龄的增长，人体各组织器官的衰退不可避免，尤其是在步入中年以后，衰老进程加快，这种变化在进入老年后会表现得更加明显，并伴随有生理机能的退行性改变，具体表现为新陈代谢减慢，适应性和免疫力下降，高血压、冠心病、肥胖症等疾病发病率上升。适宜的体育活动有助于提升人体生理机能，增强抵抗力，预防疾病，可以在一定程度上缓解衰老所带来的健康问题。

亚高原作为一种介于平原和高原的特殊环境，在氧浓度、湿度、昼夜温差、紫外线强度等方面具有特异性，亚高原环境对人体机能会产生一定的影响，体育活动对人体生理机能可以产生积极效应[1]。本文从生理学角度分析了衰老和亚高原环境对人体生理机能产生的影响以及亚高原条件下体育活动对人体生理机能的重要意义，旨在为亚高原环境下进行体育活动提供理论依据。

1 衰老对人体的影响

衰老会影响人体的不同组织器官，包括肌肉组织、呼吸系统、心血管系统、免疫系统等，引起结构和功能的退行性变化。肌肉是人体最先开始衰老的器官，随着年龄的增长，肌肉力量下降与肌肉量流失会越来越严重，并严重影响人体身体健康与生活质量。人体肌肉力量在20岁前会随着年龄的增长而增长，在20-30岁之间逐渐达到峰值，在30-50岁之间肌肉力量维持相对稳定的状态，在50岁之后肌肉力量则随着年龄的增长而下降，并以每十年12-15%速率下降[2]，自50岁到80岁人体肌肉力量的下降总幅度达到30%，且四肢力量的下降更为突出[3]。人体的基础代谢率也会随着年龄的增长而下降，与中年人相比，老年人的基础代谢率下降约15%至20%[4]。此外合成代谢的降低，分解代谢的增高，也会使新陈代谢失衡，引起组织器官功能的下降，导致身体脂肪组织相对增加，从而引发肥胖症，影响健康和寿命。

人体的呼吸系统到20岁左右时才发育成熟，之后呼吸系统生理结构便会随着年龄的增长而逐渐出现退行性改变，而功能状态在20-25岁时达到最佳，之后开始随衰老而下降[5]。随着呼吸系统结构与功能随增龄发生退行性改变，老年人更容易发生支气管哮喘、慢性阻塞性肺病、肺部感染等呼吸系统疾病及其它并发症[6]。衰老同时也是心血管疾病诱发的一个重要危险因素，即使没有其它危险因素，衰老也会引起血管结构和功能的变化，已有明确证据表明健康人的血管随年龄的增长发生变化[7]，其中一个显著变化是弹性动脉扩张性的降低以及血管僵硬度的增加，对血压的调节能力下降，最终导致高血压[8]，此外衰老还会引发冠心病、血脂异常等常见心血管问题。

免疫力作为机体抵抗力的标志，是反映身体体质的代表性指标之一。人体随着年龄的增长，机体免疫功能下降，导致人体对感染性疾病的防御能力、抗肿瘤能力、清除衰老细胞能力下降。石泉贵等人[9]通过对比高原健康老人与同地区青壮年的红细胞免疫功能及其调节因子的变化发现，老年人红细胞免疫功能下降及调控系统失调。

综上所述，人体各组织器官会随衰老过程而出现不同程度的生理机能的退行性改变，引发新陈代谢减慢、呼吸机能衰退、血脂异常、免疫力下降等问题，严重影响着人体健康与生活质量。

2 亚高原环境对人体的影响

我国国土幅员辽阔，陆地面积约960万平方千米，地势西高东低呈阶梯状分布，主要包括有山地、高原、盆地、平原和丘陵五种基本地形。其中，亚高原分布比较广泛，主要分布在贵州、四川、云南、青海等西部省份的部分地区。亚高原环境具有氧分压、气压较平原地区低，同时在低温、温差变化、紫外线辐射等方面不如高原环境明显的特点。对于高原的定义，地理学将海拔在500m以上且地面平缓的高地定义为高原[10]。在医学上，使人体产生明显生物学效应的海拔3000m以上的地域被划分为高原。在竞技体育中，按海拔高度进行划分，可以将竞技训练基地类型分为平原训练基地、亚高原训练基地和高原训练基地。但是目前对于亚高原的定义却各有不同，并且划分标准不一致。从训练学的角度出发，俄罗斯国家长跑主教练苏斯洛夫将宜高原训练的海拔高度划分为三个层次：3000m及以上海拔划分为高等高度，在1200-2500m之间海拔划分为中等高度，在1200m及以下海拔划分为低高度[11]。而我国学者赵晋通过综合分析，认为应将海拔500-1500m之间的地域划分为亚高原[12]。

亚高原环境对人体的影响涉及多方面因素，其中低气压、低氧、低温、低湿、太阳辐射等因素往往会综合作用于人体，而低氧是其中最显著的影响因素。随海拔升高，大气压与氧分压随之下降，人体在亚高原环境下会处于轻度缺氧的状态。通过习服—适应的调节过程，亚高原环境能调动人体生理机能，改变机体生理结构和功能，对机体产生一定影响[13]。

2.1 对新陈代谢及体成分的影响

关于亚高原环境对人体的影响，目前研究较多的是关于低氧引起的体成分和新陈代谢变化，有直接证据，例如直接观察到世居平原的人进入低氧环境后体重出现下降、摄入食量减少、基础代谢率升高[14]；也有间接证据，例如通过瘦素等生化指标变化[15]，间接推断机体能量摄入减少；通过与常氧条件下相比通过血浆自由脂肪酸静息水平基础值升高、机体动员和利用自由脂肪酸增加，推论脂肪分解代谢增强[16]；通过调节蛋白质相关基因表达，或生长激素、睾酮等激素变化，推论机体分解代谢增强或合成代谢抑制。

国内外研究表明，体重减轻是低氧反应与适应的典型特征之一[17]。高山登山者[18]、进行高原训练的运动员[19]、低氧暴露或低氧训练[20]均会引起人体体重的下降。Jacopo等人[21]对不同海拔出生的新生儿进行了对比，发现2000m以上海拔出生的新生儿体重明显偏低，在2000-4500m海拔之间新生儿体重与海拔成反比，并且与社会经济等其它因素无关。低氧环境下体重的下降与新陈代谢有着一定的联系。在低氧条件下，基础代谢率增加，物质消耗随之增加，能量代谢处于负平衡状态。低氧适应对糖、蛋白质和脂肪代谢均有影响，尤其对蛋白质代谢有显著影响。在低氧条件下，蛋白质的合成代谢弱于分解代谢，机体处于负氮平衡[22]。唐舒宁等人[23]的研究也显示，低氧环境下大鼠骨骼肌蛋白质分解相关基因表达增加，合成相关基因表达减少，导致大鼠骨骼肌蛋白质分解代谢大于合成代谢，肌肉萎缩，肌肉横截面积减小，体重下降，且与摄入食量减少无明显关系。

2.2 对呼吸机能的影响

当机体处于亚高原环境时，呼吸中枢受到刺激，肺通气量增大，且肺通气量的增加与海拔高度呈正比。亚高原大气压和单位体积气体氧含量相较于平原均偏低，因此在亚高原需要吸入更多的空气，才能供给机体所需的氧。尽管亚高原下空气密度相对较低，能减小气体在呼吸道内输送时的阻力，在呼吸幅度相同情况下，机体可以做更少的功吸入相同气量。但为了满足人体对氧的需求，人体还需加大呼吸幅度，加快呼吸频率，获取更多的空气，因此在亚高原环境下需要消耗更多的能量来获取氧。此外，在亚高原低氧刺激下，机体呼吸系统会发生一系列的应激反应，结构和功能随之变化，肺部变化主要表现为血管床横断面积减小、微血管丢失等[24]，使得肺部血管重塑，形成低氧性肺动脉高压。

2.3 对心细血管机能的影响

亚高原环境对心细血管机能也会产生一定影响，由于气压和氧含量的下降，机体动脉氧分压和血氧饱和度也随之下降，刺激交感神经，加快心率，增加心输出量，提升摄氧能力，满足机体对氧的需求。低氧还会刺激EPO（促红细胞生成素）分泌的增加，促进机体血红细胞的生成，有助于提升机体的有氧能力。机体在亚高原的低氧、低压、低湿、强光照的环境下，还会导致机体内一部分水分的流失。红细胞数量的增多和体液的流失都会导致机体血液发生浓缩现象，血流阻力增加，加大心脏负荷。正常人从平原在进入亚高原数天后，心率会逐渐下降至正常水平，并且安静心率相较于上亚高原之前有所下降[25]，这是心血管系统对低氧环境适应的表现之一，同时也表明心率储备有所增加。

2.4 对免疫机能的影响

作为反映免疫机能水平高低的免疫球蛋白（Ig），有抵抗病原体、微生物和毒素的作用，常作为机体免疫功能的重要评价指标之一。杨玉英[26]通过对比平原地区和高原不同海拔地区（2260m和3800m）的儿童、青少年及成人的血清IgA、IgM、IgG含量，发现中等海拔（2260m）会引起血清IgA和IgG含量升高，而高海拔地区（3800m）会引起血清IgA、IgG含量下降，IgM含量显著升高，说明不同海拔高度对机体免疫状态的影响是不同的，适宜的海拔高度可使免疫球蛋白升高，而过高的海拔高度则会使免疫球蛋白下降。

3 亚高原体育活动对人体生理机能的影响

在亚高原轻度缺氧的环境下进行体育活动，其身体负荷原理是，人体处在运动缺氧和环境缺氧的双重缺氧状态，在一定程度上能提高机体耐受缺氧的能力，呼吸机能、心血管机能、免疫机能、新陈代谢均得到改善，提升人体的生理机能水平，有健身和缓解衰老的作用。与高原地区相比，在亚高原进行体育活动可以避免重度缺氧以及强紫外线、空气干燥等一系列恶劣条件对机体造成的负面影响。研究显示，适宜的低氧运动可以改善高血压、高血脂和高胆固醇等生理异常，用于治疗高血压、糖尿病、心脏病等常见慢性疾病[27-30]，为人们进行亚高原体育活动，尤其是老年人，提供了科学依据。

3.1 对体成分及新陈代谢的影响

骨骼肌横断面直接反映了骨骼肌的体积大小，因此骨骼肌力量素质与横断面积的关系非常密切。P.Cerretelli[31]对登山运动员大腿中部CT数据进行分析发现，低氧环境力量训练导致骨骼肌肥大的程度明显低于平原训练，并且通过对比运动员登山前后的大腿肌肉横断面积，登山后运动员大腿肌肉横断面积减少了10%，分析发现是由于肌原纤维收缩蛋白分解代谢增强，合成代谢减弱，肌原纤维收缩蛋白大量降解，导致肌纤维变细，肌肉横断面积减少。研究还发现，肌细胞中线粒体的体积密度虽然减少了20%，但是毛细血管密度却有所增加。由此可见，低氧训练会通过新陈代谢对骨骼肌结构产生一定的影响。通过对进行高原、亚高原训练的世居亚高原运动员的骨骼肌横断面积进行测量[32]，发现高原组男子股四头肌横断面积明显减小，而高原组女子、亚高原组男子和女子的股四头肌横断面积均无明显变化，分析结果表明高原组男子股四头肌横断面积下降的原因是绝对训练负荷减小，与肌肉出现退行性变化有关，同时也表明体育训练能在一定程度上缓解亚高原/低氧引起的肌肉退行性变化。低氧训练对脂肪代谢更加显著，能加速脂肪分解，促进脂肪动员和氧化，脂肪贮量减少[25]。因此，亚高原下进行适度体育活动，在减脂的同时还可以有效预防瘦体重的下降。

3.2 对呼吸机能的影响

在亚高原环境下进行体育活动，由于空气中氧分压降低，机体的呼吸效率也随之降低，而体育活动会增加人体的耗氧量，让人体处于双重缺氧状态，加大了对呼吸中枢的刺激，呼吸深度加深，呼吸频率加快，呼吸效率提高，提升机体的摄氧量，缓解机体相对缺氧状态。Berezovskii等人[33]研究表明，经过间歇性低氧训练后，受试者的最大肺通气量/肺活量比值和最大通气量/潮气量比值均显著提高，可见低氧训练能提升呼吸效率，由此推论亚高原体育活动对呼吸系统具有积极影响。

3.3 对心血管机能的影响

低氧适应对心血管系统结构和功能会产生显著影响，能引起毛细血管密度增加[34]，红细胞数量（RBC）和血红蛋白含量（Hb）增多[35]，心脏抗缺氧能力增强，对心血管机能具有显著的改善作用。国际上对低氧训练时的RBC和Hb变化研究较为集中，研究结果也比较一致，即低氧训练可以提高机体的RBC和Hb值。RBC的增加意味着机体运送氧能力的增加，表明机体有氧能力的增强。目前，对Hb的数据指标均是采用Hb的相对值，因此有研究认为要综合考虑低氧训练期间的体重和血量的变化，Hb、RBC值的增多可能是机体脱水、血浆容量减少造成的。通过对普通健康人经过4周低氧训练的研究，Haufe等人[36]发现对心血管和代谢危险因子的改善效果要优于常氧训练。Korkushko等人[37]研究45名进行间歇性低氧训练的冠状动脉疾病老年患者发现，间歇性低氧训练可使血脂水平回复正常，减少心绞痛的发生，缓解心肌缺血情况。

3.4 对免疫机能的影响

大量研究发现，大强度运动会降低血清免疫球蛋白的含量，降低机体免疫力[38]，小强度的运动对血清免疫球蛋白影响不大，而中等强度的有氧运动能提高血清免疫球蛋白的含量，从而提高机体免疫力[39]。通过对比常氧和低氧两种氧环境，翠玉玲[40]的研究结果表明，低氧环境下经过长期中等强度训练后血液中游离的单核细胞数量会多于常氧环境，免疫细胞吞噬能力增强，但是经过长期高强度训练后机体受病原体侵入的机会会大大增加，使免疫机能受到抑制。通过观察国家举重队4周亚高原训练过程中的免疫变化，赵鹏[41]发现亚高原训练1周后白细胞计数（WBC）明显下降，下到平原1周后WBC仍未能恢复到高上亚高原水平；并且与平原训练组对比，亚高原训练组WBC偏低，分析认为亚高原训练对优秀举重运动员免疫能力有一定抑制作用。高欢等人[42]研究发现，在运动强度较大的赛前高原训练中，训练的1周后白细胞计数（WBC）和淋巴细胞计数均有所下降2-3周，而在运动强度较低的高原训练中WBC基本维持稳定状态。通过上述研究可以看出，低氧训练对人体免疫机能的影响较为复杂，训练强度是重要因素之一，提示亚高原体育活动时要控制好运动强度。

4 展望与思考

通过以上分析可以看出，亚高原环境下进行体育活动具有重要意义，能减轻衰老和亚高原环境对人体生理机能产生的负面影响。在以往的研究中，亚高原体育活动的研究对象主要是专业运动员这一特殊群体，而针对大众人群的研究较少。因此，如何在避免在亚高原环境下体育活动对人体造成过大负担的前提下，把握好运动方式、运动强度和运动量，让大众人群进行科学化体育锻炼，达到最佳的锻炼效果，是今后研究中需要解决的问题。

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On the Influence of Sports Activity in SubPlateau on Physical Function in Aging

ZHANG Jian, etal.

(Guizhou Institute of Sports Science, Guiyang 550007, Guizhou, China)

贵州省基础研究计划（黔科合基础[2018]1106）：亚高原地区老年人健身走能量消耗特征研究。

张健（1991—），硕士，研究实习员，研究方向：运动生理生化监控。

甘春龙（1983—），硕士，副研究员，研究方向：高原训练和运动生理生化监控。