濕熱環(huán)境下運動對汗液中尿素、乳酸和電解質的影響

吳瀟男，林建棣，曲 平，包瀛春，孟蘇萍

熱環(huán)境下運動，汗液蒸發(fā)成為機體散熱和維持熱平衡的主要途徑。熱環(huán)境下運動或作業(yè)，通過汗液途徑排出電解質成分，如K+、Na+、Cl－、Ca2+、CU2+、Zn2+、Fe2+等比較顯著［1］。人體長時間在熱環(huán)境下著防護裝備(實際上相當于處在高熱、高濕環(huán)境下)進行作業(yè)，可導致中暑等意外事件發(fā)生。通過在高熱、高濕環(huán)境下的運動訓練，可有效提高機體熱負荷耐受能力［2］。因此，研究高溫高濕環(huán)境下機體的習服規(guī)律，分析熱習服訓練過程中汗液成分變化與時間的聯(lián)系，可揭示濕熱環(huán)境下運動的身體適應規(guī)律，對了解機體適應不良環(huán)境的影響，保持正常生活和作業(yè)能力具有重要意義。

1 對象與方法

1.1 對象 選擇某大學30 名男性志愿者，平均(21.3 ±1.1)歲，平均體重(64.0 ±7.6)kg，身體健康，無習服訓練經(jīng)驗，無重大疾病史。所有對象均簽署知情同意書。

1.2 訓練方法 訓練周期為7 d，訓練過程按照循序漸進的原則進行。進入實驗室依次完成靜坐10 min，踏步機徒手踏步15 min，艾威BC4730－52 型功率自行車無阻力運動15 min，艾威BC8500 型功率自行車調至10LEVEL－280WATT/H 運動15 min。在整個實驗周期，受試者作息時間、飲食狀況及日?；顒优c平時一致，實驗安排在每天19:00 ～21:00 進行。

表1 男性志愿者濕熱環(huán)境下運動汗液成分隨訓練周期的變化(n=30;±s)

表1 男性志愿者濕熱環(huán)境下運動汗液成分隨訓練周期的變化(n=30;±s)

注:與訓練第1 天比較，①P ＜0.05;與訓練第6 天比較，②P ＜0.05

訓練周期Urea(mmol/L)La(mg/dl)Na +(mmol/L)K +(mmol/L)Cl －(mmol/L)第1 天12.83 ±5.06②143.70 ±29.09②144.73 ±56.06②9.74 ±4.24②118.50 ±49.13②第2 天11.19 ±3.95②137.73 ±21.14②131.37 ±43.90①②8.51 ±2.59②106.07 ±32.93①②第3 天10.79 ±4.56①②131.73 ±28.18②119.20 ±65.46①②9.07 ±4.03②97.30 ±58.51①②第4 天9.02 ±2.64①②127.93 ±26.76①102.93 ±27.52①②8.47 ±2.16①②83.40 ±23.75①②第5 天7.85 ±2.36①②119.43 ±27.14①88.10 ±29.48①②7.73 ±3.53①②71.40 ±24.75①②第6 天6.09 ±2.16①117.93 ±23.50①68.93 ±25.39①5.55 ±1.76①55.60 ±21.17①第7 天8.54 ±2.72①②117.23 ±27.69①85.60 ±28.61①②7.81 ±2.84①②69.80 ±24.21①②

1.3 場地與設施 實驗室選擇第二軍醫(yī)大學濕熱環(huán)境訓練實驗室。模擬環(huán)境實驗室面積123 m2，層高3 m，可同時容納40 人訓練。環(huán)境制熱采用地面、墻體電加熱輻射與頂部光照的方法，設計最高溫度46 ℃，多處分層溫度探測器，可控制環(huán)境溫度穩(wěn)定在設定范圍內。環(huán)境加濕:由電鍋爐將蒸汽從管道輸送至實驗室，根據(jù)傳感器顯示的濕度，通過閥門調節(jié)可控制實驗室濕度，設計最大濕度90%。實驗室內安裝有CO2報警探測、環(huán)境氣體交換和室內氣體對流裝置等，配有休息室和醫(yī)療護理室。訓練過程中環(huán)境溫度控制在39℃，相對濕度為80%。

1.4 測試指標 訓練開始后30 min 采集汗液冷凍保存，汗液成分分析采用Thermo Scientific iCAP 6000 Series ICP 等離子體發(fā)射光譜儀。訓練后即刻測試肛溫，傳感器插入肛門7 ～8 cm，溫測儀采用滬制XJM1－WSC－411 型Digital Thermometer。

1.5 統(tǒng)計學處理 采用SPSS19.0 軟件包進行處理，計量數(shù)據(jù)以±s 表示，采用重復測量資料的方差分析比較差異，P ＜0.05 表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 肛溫監(jiān)測結果及自我感受調查 在整個訓練周期中，根據(jù)中國人體質特點，嚴格按照杜桂仙等［3］提出的生理耐受上限肛溫值38.9 ℃指導受試者調控運動負荷。在7 d 的訓練過程中，監(jiān)測到的每天平均肛溫最高值為38.7 ℃。個人肛溫最高值為39.7℃，但通過詢問個人自我感受，并無異常狀況，適應能力良好。自我感受調查結果表明，除口渴感覺外，頭痛、頭暈、耳鳴、胸悶、心悸、煩躁、四肢無力發(fā)酸等濕熱環(huán)境下典型不適癥狀，均隨訓練天數(shù)的增加而逐漸減輕。

2.2 汗液中尿素、La、Na+、K+、Cl－變化情況 如表1 所示，與訓練第1 天相比，汗液成分中尿素濃度、La 濃度、［Na+］、［K+］、［Cl－］分別在訓練的第3 天、第4 天、第2 天、第4 天、第2 天出現(xiàn)明顯下降，且差異具有統(tǒng)計學意義(P ＜0.05);第7 天各指標較第1 天均下降，且差異具有統(tǒng)計學意義(P ＜0.05，表1)。

汗液中尿素濃度、［K+］均呈現(xiàn)波段性下降趨勢，至第6 天降至最低值，隨后開始回升;汗液中La濃度下降幅度不大，坡度趨于平坦;汗液中［Na+］、［Cl－］從訓練第1 天起持續(xù)快速下降，訓練第6 天降至最低值，隨即開始反彈。

3 討論

3.1 濕熱環(huán)境下運動對水電解質代謝的影響 水電解質代謝平衡是機體維持內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要生理基礎，當人體所處的環(huán)境溫度高于體溫時，機體為繼續(xù)維持體內熱平衡大量泌汗，同時也伴隨著電解質的丟失。McCutcheon 等［4］通過動物實驗發(fā)現(xiàn)，在濕熱環(huán)境下訓練，出汗量和離子流失量較其他環(huán)境均有顯著性增加。在本實驗第1 天，記錄到汗液中的［Na+］、［K+］、［Cl－］分別達到(144.73 ±56.06)、(9.74 ±4.24)、(118.50 ±49.13)mmol/L。國內外大量研究證明，機體多種具有重要生理作用的金屬離子如Na+、K+、Cl－等缺失，使細胞中一系列生理活動如生物信號轉導、含金屬離子輔酶的酶蛋白功能、能量代謝、細胞運動等嚴重紊亂，機體感到極度疲倦、眩暈，并可能發(fā)生肌肉病理性痙攣、精神紊亂、神經(jīng)傳導阻礙，甚至昏迷，死亡［5］。在實驗階段，也有受試者反應在訓練結束后出現(xiàn)了肌肉痙攣、疲勞等癥狀。提示，在濕熱環(huán)境下勞動、運動，合理補充含有電解質的飲料對于保持機體健康狀態(tài)和維持長時間勞動、運動能力尤為重要。

3.2 濕熱環(huán)境下習服訓練汗液成分的變化

3.2.1 熱習服訓練始、末汗液成分變化特點 熱習服(heat acclimatization)是指對熱環(huán)境不適者反復暴露于高溫環(huán)境，通過調整機體相關生理代償能力，使生理性熱緊張狀態(tài)獲得暫時改善，對熱耐受能力提高的現(xiàn)象［5］。近年來，研究鍛煉促進熱習服引起了普遍的關注，鍛煉因子中要有熱刺激，才能使機體對熱產(chǎn)生特異性習服反應［6］。Buono 等［7］實驗證明，經(jīng)過連續(xù)10 d 的熱習服訓練后，機體汗腺功能明顯發(fā)生適應性改善，出汗率顯著性增加［7］。Lorenzo 等［8］也證明了習服訓練后出汗率的顯著增加，但這種增加是由于機體汗腺功能對熱習服訓練的適應性改變，而非結構上的改變。此外，McCutcheon等［9］研究報道，熱習服訓練后汗液中離子流失量明顯下降，以［Na+］下降最為明顯。

在濕熱環(huán)境中訓練，由于血漿晶體滲透壓的增高和循環(huán)血量的減少，雙重強化的抗利尿激素使腎臟對水的重吸收增加，無機鹽和代謝產(chǎn)物排出體外的途徑主要以分泌汗液為主。在本實驗實施過程中，所有受試者均無尿液、糞便排出。研究結果顯示，習服訓練第7 天較第1 天相比，汗液中的尿素濃度、La 濃度、［Na+］、［K+］、［Cl－］均有下降，且差異具有統(tǒng)計學意義。其可能機制除了習服訓練使汗腺功能得到改善，出汗量明顯增加，相對稀釋了溶質濃度之外，也可能是由于機體相關生理功能的適應性改變，使離子丟失的絕對量減少所致，其具體機制還有待于進一步的研究。同時，尿素、La 作為重要的功能狀態(tài)指標，訓練結束后均顯著下降，說明隨著訓練天數(shù)的增加，機體逐漸對訓練負荷及熱負荷產(chǎn)生了生理適應性，肌肉中的能量代謝平衡逐漸趨于穩(wěn)定，也是受試者在濕熱環(huán)境中機體習服狀態(tài)良好的反應。

3.2.2 熱習服訓練過程中汗液成分變化趨勢 目前，國內外關于濕熱環(huán)境下習服訓練過程中汗液成分的變化趨勢報道鮮見。本研究表明，除La 濃度從訓練的第6 天下降開始趨于平穩(wěn)外，其余汗液成分指標均在訓練的第6 天降至最低值，隨后出現(xiàn)明顯的回升趨勢。其可能機制是，此時機體通過反復的高溫暴露后，熱習服進入了調整鞏固階段，各項適應性功能趨于改善，機體新的熱反應動力定型建立，汗液分泌機制進一步提高，汗蒸發(fā)率增高。提示濕熱環(huán)境中的習服訓練在本實驗設計的訓練強度和訓練時間基礎上至少需要6 d 的時間。此外，Morgan等［10］證明，熱環(huán)境中訓練除汗液中的［Na+］、［K+］、［Cl－］顯著升高外，血漿醛固酮含量也顯著增加。在本實驗訓練過程中，［Na+］下降幅度明顯大于［K+］下降幅度。提示熱習服后可能存在某種機制使細胞膜上Na、K 離子通道的通透性發(fā)生相應的改變，與“腎素—血管緊張素—醛固酮”系統(tǒng)(renin－angiotensin－aldosterone system，RAAS)共同執(zhí)行著保鈉排鉀的效應。

［1］ 邱仞之，伍超英，胡德泉，等. 高溫下身著防毒服作業(yè)全身汗中營養(yǎng)成分流失的初步研究［J］. 第一軍醫(yī)大學學報，1994，14(1):15－17.

［2］ 邱仞之，伍超英，胡德泉，等. 高濕熱鍛煉的生理特征和習服效果評價［J］. 第一軍醫(yī)大學學報，1992，12(1):24－27.

［3］ 杜桂仙. 熱環(huán)境勞動的生理上限［J］. 軍事醫(yī)學科學院院刊，1985，9(4):375－378.

［4］ McCutcheon L J，Geor R J，Hare M J，et al. Sweating rate and sweat composition during exercise and recovery in ambient heat and humidity［J］. Equine Vet J，1995(20):153－157.

［5］ 呂永達，霍仲厚. 特殊環(huán)境生理學［M］. 北京:軍事醫(yī)學科學出版社，2003:70－71.

［6］ 邱仞之. 環(huán)境高溫與熱損傷［M］. 北京:軍事醫(yī)學科學出版社，2000:96－97.

［7］ Buono M J，Numan T R，CLaros R M，et al. Is active sweating during heat acclimation required for improvements in peripheral sweat gland function ［J］. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2009，297(4):1082－1085.

［8］ Lorenzo S，Minson C T. Heat acclimation improves cutaneous vascular function and sweating in trained cyclists［J］. J Appl Physiol，2010，109(6):1736－1743.

［9］ McCutcheon L J，Geor R J，Ecker G L，et al. Equine sweating responses to submaximal exercise during 21 days of heat acclimation［J］. J Appl Physiol，1999，87(5):1843－1851.

［10］ Morgan R M，Patterson M J，Nimmo M A. Acute effects of dehydration on sweat composition in men during prolonged exercise in the heat［J］. Acta Physiol Scand，2004，182 (1):37－43.