青少年中長跑運動員濕熱環(huán)境習服汗流失與汗離子的變化

許弟群，王人衛(wèi)，李國強，吳衛(wèi)兵，李合，趙璨，陳千紅

高溫、高濕環(huán)境對耐力運動員競技能力有負面影響，較常溫環(huán)境機體更容易疲勞[2]。重復熱暴露可誘導機體產(chǎn)生適應(yīng)、降低生理疲勞、改善熱舒適感，增加熱環(huán)境中運動的耐受時間[27]，并可提高機體在熱環(huán)境和常溫環(huán)境的運動能力[3，11，18]。一般認為，熱習服可降低機體汗鈉離子濃度[5，22]，增強汗腺功能、增加出汗率，但其確切機制迄今尚未完全清楚[6，23]。眾所周知，汗液含有多種礦質(zhì)離子，大量體液和礦質(zhì)離子的迅速丟失可能是耐力運動員疲勞及熱痙攣等熱疾患發(fā)生的主要原因之一[13，30]。熱習服是涉及機體多器官系統(tǒng)的多層次的生理過程，受環(huán)境[10，28]、負荷強度和持續(xù)時間[14]等多種因素的影響。在低溫季節(jié)，通過模擬濕熱環(huán)境，探討熱習服過程機體汗液及相關(guān)離子的流失量的人體研究鮮見報道。

本研究擬通過模擬濕熱環(huán)境，了解機體在熱習服過程中汗液丟失及礦物離子流失情況，為運動訓練、競技運動采取合理防護措施提供參考依據(jù)。

1 實驗對象與方法

1.1 實驗對象

上海體育學院競技體校11名男性青少年中長跑運動員志愿參加本實驗，運動等級均為國家二級。經(jīng)問卷調(diào)查和醫(yī)學檢查后，最終選取9名被試參加本實驗。實驗前和被試說明實驗?zāi)康摹⒘鞒桃约皩嶒灥目赡茱L險和不適，簽訂知情同意書，并由研究方為受試者在實驗期間購買意外保險。實驗過程中，一名被試要求退出，因其數(shù)據(jù)不完整，最終完成實驗納入統(tǒng)計的有8人（表1）。

表1 本研究8名被試基本情況一覽表Table1 The Characteristics of the 8Subjects

1.2 實驗設(shè)計

習服方法設(shè)計參照文獻[32]并略加修改，被試在習服前1天及習服期間避免大強度運動，禁止煙酒等刺激品，連續(xù)10天每天在環(huán)境房內(nèi)60min，積極習服前1天進行被動熱暴露，體驗實驗環(huán)境，被試可在環(huán)境房隨意活動。隨后9天，被試每天在環(huán)境房內(nèi)先熱身5min，然后須完成3次、每次以最大耗氧量40%負荷強度蹬騎功率自行車15 min，次間休息5min，騎車速度要求踏頻屏閃指示燈顯示綠色為準。環(huán)境房溫度和濕度分別設(shè)定為33℃和RH 80%。

1.3 實驗程序

在實驗前1周進行最大耗氧量測試，采用可調(diào)式功率自行車（Ergoselect 100，Ergoline，Germany）逐級遞增負荷至力竭，間接測熱法（K4b2，Cosmed，Italy）測得，最大耗氧量為最大耗氧量峰值上下浮動30s的耗氧量均值[15]，求出所對應(yīng)的功率為最大耗氧量功率。

實驗于2011年12月到2012年1月間在上海體育學院模擬環(huán)境實驗室內(nèi)完成。實驗時，要求被試當天中午12點前用完中餐，午休后適量飲水，提前30min準時到達實驗室，排空大小便，進入環(huán)境房5min前完成裸體稱重和核心溫度（直腸溫度）檢測，佩戴好Polar表（芬蘭）監(jiān)控心率，檢測核心溫度前30min到運動終末核心溫度測試前，被試禁止一切飲食。為盡可能避免生理節(jié)律的影響，習服在14∶00～17∶00之間進行，分批進入環(huán)境房，每批2～3人。被試進入環(huán)境房后按照實驗設(shè)計進行實驗，1h后包裹浴巾走出環(huán)境房，測試核心溫度，抹干身體稱取裸重。測量核心溫度儀器為玻璃棒式水銀溫度計（上海華辰醫(yī)用儀表有限公司），測量時嚴格按照說明書進行，專人負責。若發(fā)現(xiàn)被試前測核心溫度超過37.8℃時，該被試當天習服取消，時間順延，保證總習服時間不變。裸重用日本歐姆龍HBF－356電子稱重計測量，連續(xù)測量3次，記錄其平均值。在環(huán)境房內(nèi)運動時，被試著運動短褲、運動鞋，上身赤裸。在積極習服的第1、5、9天，除完成上述流程外，被試進入環(huán)境房前須完成汗液收集袋的粘貼，具體方法見本文1.5。

1.4 環(huán)境條件

本研究高溫、高濕模擬環(huán)境房由美國Submital A＆S公司建造，規(guī)格為4.88m×3.06m×3.7m，溫度可控范圍為在－40℃～100℃之間，濕度可控范圍RH 1%～95%，可根據(jù)實驗需要設(shè)定相應(yīng)濕度和溫度。正常運行時，溫度和濕度實際值和設(shè)定值在一個單位誤差范圍內(nèi)波動。環(huán)境房四周封閉，頂部有日光燈照明，環(huán)境房門安有透明玻璃，通風換氣由管道與外界連接，墻壁有溫度和濕度傳感器探頭，設(shè)定溫度和濕度后環(huán)境會自動調(diào)整到設(shè)定值，工作狀態(tài)下環(huán)境房空氣流量為1 830CFM，噪音70Db。模擬環(huán)境房外的大廳及預備室有中央空凋，室溫設(shè)置在26℃，濕度在RH 40%左右。

1.5 汗液收集及檢測

自制汗液收集袋收集汗液，其制作和使用參照文獻[8，20]并做適當修改：實驗前聚乙烯塑料用去離子水浸泡1天，去離子水再沖洗3遍，置室溫下陰干，適當裁剪，主體做成圓筒狀，并在筒狀下沿做一連體漏斗狀收集袋，以封口機密封備用。

使用方法：在積極習服的第1、5、9天，被試進入環(huán)境房前，用肥皂將其左手擦洗干凈，溫熱自來水徹底沖洗，溫熱蒸餾水再潤洗數(shù)遍，干凈紗布抹干，將汗液收集袋套于上臂，在肱二頭肌兩端以醫(yī)用膠布纏繞，松緊適度，上端縱向粘貼在左肩峰處，避免其在運動過程中脫落。運動結(jié)束后，干凈夾鉗移去汗液收集袋，移液槍精確移取汗液置于5ml離心管中，電子天平（JA5003，上海方瑞儀器廠）秤取離心管前、后質(zhì)量，離子選擇電極法（HITACH 2100全自動生化分析儀，日立公司）檢測汗液Na＋、K＋、Cl－。

1.6 有關(guān)檢測指標的計算

汗液流失總量由運動前、后體重差值表示，汗液密度由離心管汗液質(zhì)量和其體積比值所得，汗液流失總量和密度比計算出流失汗液體積，人體表面積計算參照胡詠梅公式[1]，其中，身高、體重為基本信息數(shù)值代入，根據(jù)文獻[15，31]評估汗液離子流失總量，汗液離子流失總量用汗液流失體積與相應(yīng)離子濃度之積表示。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2 結(jié)果

2.1 積極熱習服運動終止時心率和核心溫度的變化

如圖1所示，被試習服期間運動終止平均心率和核心溫度均呈進行性下降。以第1、5、9天的相應(yīng)數(shù)據(jù)進行重復測量的方差分析，心率和核心溫度檢驗結(jié)果分別為：F＝15.059、P＝0.006和F＝6.531、P＝0.038，差異顯著，均有統(tǒng)計學意義。配對t檢驗表明，被試運動即刻心率從積極習服的第1天約131±11bpm到第9天的約121±8 bpm，平均下降了約10bpm（t7＝3.881，P＝0.006），此外，第1天與第5天心率值比較未見顯著意義（t7＝1.940，P＝0.094），而第5天與第9天比較具顯著意義（t7＝4.762，P＝0.02）；運動終末核心溫度從積極習服第1天的38.36℃±0.32℃到第9天的38.08℃±0.17℃，平均下降0.28℃（t7＝2.556，P＝0.038），第1天與第5天比較（t7＝1.861，P＝0.105）、第5天與第9天比較（t7＝1.426，P＝0.197）均未見顯著意義。

圖1 本研究9天積極熱習服運動終止心率和核心溫度示意圖Figure1.Heart Rate and Rectal Temperature during 9Days of Active Heat Acclimation （±SD）

2.2 積極熱習服期間出汗率的變化

被試習服期間總出汗量如圖2所示，習服期間汗液總量及單位體表出汗率均呈進行性增加，對第1、5、9天數(shù)據(jù)進行重復測量方差分析，檢驗結(jié)果分別為：F＝13.576、P＝0.008和F＝14.815、P＝0.006。出汗率從第1天的0.95±0.256kg/h到第9天的1.35±0.421kg/h（t7＝3.928，P＝0.006），約增加了42.1%，單位體表面積出汗率結(jié)果與其類似（表2）。

圖2 9天積極熱習服機體出汗率示意圖Figure2.Whole－body Sweat Rate during 9Days of Active Heat Acclimation （±SD）

2.3 積極熱習服期間汗液電解質(zhì)的變化

表3顯示，運動熱習服期間汗鈉離子和氯離子濃度均呈進行性下降，有顯著性差異，重復方差分析結(jié)果為[Na＋]sweat（F＝11.350，P＝0.012），[Cl－]sweat（F＝11.436，P＝0.012），配對t檢驗顯示上述兩種離子濃度積極習服第1天較第9天及第5天較第9天均具顯著性差異；習服期間[K＋]sweat未見顯著性差異（F＝0.002，P＝0.965）；有趣的是，3種離子隨汗液流失總量在習服期間均未見顯著性差異，3種離子流失總量均出現(xiàn)先增加高于、習服后下降低于初始值，重復方差檢驗結(jié)果分別為：Na＋losssweat（F＝0.082，P＝0.783）、K＋losssweat（F＝2.489，P＝0.159）、Cl－losssweat（F＝0.102，P＝0.758）。

表2 本研究青少年中長跑運動員積極習服第1、5、9天出汗率和單位面積出汗率一覽表Table2 Whole－body Sweat Rate and Unit Area Sweat Rate of Day 1、5、9of Active Heat Acclimation

表3 本研究青少年中長跑運動員積極習服第1、5、9天汗離子濃度及其總量一覽表Table3 Ending Heart Rate and Core Temperature of Day 1、5、9of Active Heat Acclimation

3 討論

運動員、軍事人員、消防員等有可能在濕熱環(huán)境下工作，在未熱習服或適應(yīng)時，類似職業(yè)的人員往往穿戴防護設(shè)備以減少對機體體溫調(diào)節(jié)能力的要求，從而減少熱疾患的發(fā)生率[17，24]。熱習服不但可以提高機體在濕熱環(huán)境的工作能力，還可以降低熱疾患的發(fā)生率[17，24]。熱習服后，機體泌汗反應(yīng)、血容量、細胞外液以及最大耗氧量均增加，并且降低機體相同環(huán)境運動心率和核心體溫等[18]，提高運動員在訓練或比賽時核心溫度超過40℃時的耐受力[33]。以往研究表明，在高溫干燥環(huán)境中訓練9～12天后是經(jīng)典、明顯有效的熱習服時間[21]；也有文獻報道，熱習服可在更短時間內(nèi)獲得，但這種快速習服的證據(jù)仍有局限[12]。國內(nèi)、外一些動物和人體實驗表明，機體習服的時間是建立在環(huán)境和被試狀態(tài)基礎(chǔ)上的，熱習服生理評價指標目前已公認的主要有機體核心溫度、心率及泌汗率等。因此，不同環(huán)境和條件的習服時間、強度等參數(shù)也不完全相同。

本研究經(jīng)過1天的熱暴露和9天的濕熱環(huán)境主動習服，被試運動心率、核心溫度呈進行性下降，機體總排汗率及單位體表泌汗率均呈進行性增加，在習服末期較初期均有顯著意義，這和有關(guān)文獻報道結(jié)果相一致[15，19，27]，習服后運動心率和核心溫度下降是公認的習服生理標志[7，9，11，16，32]。熱習服提高了機體汗腺功能的主要原因可能是[6]：增加了汗腺周圍乙酰膽堿的濃度、增強了外分泌腺膽堿能神經(jīng)元的敏感性及汗腺體的肥大。此外，有些文獻報道，運動心率和核心溫度可在習服期3～6天出現(xiàn)顯著 下 降[6，11，12，32]，本研究結(jié)果與其不完全一致，這可能與熱習服環(huán)境條件及運動強度相關(guān)。與本研究環(huán)境條件相比較，這些文獻報道的習服環(huán)境溫度設(shè)置更高、運動時間更長，但濕度低于本研究設(shè)置值。結(jié)合文獻與本研究結(jié)果，筆者認為，在保證機體安全情況下，相關(guān)習服參數(shù)設(shè)置對機體刺激越強，習服時間可能越短。但就習服時間而言，每天90min左右的積極習服已被認可[32]。需要指出的是，本研究總排汗量以機體前、后體重差表示，這與實際值有一定差異，因為呼吸道也排出了部分體液和代謝氣體，因而可能低估了實際值[6]。

在汗液礦質(zhì)離子方面，本研究結(jié)果表明，在積極習服期間，機體汗Na＋、Cl－濃度進行性下降，初末期比較有顯著性差異，汗K＋濃度在習服期間未見顯著變化，這與文獻[5，8]報道結(jié)果一致。汗液中這些離子濃度的下降目前主要認為可能是醛固酮介導了汗腺對相關(guān)離子的重吸收從而起到保存離子的作用[25，26]。汗鈉、鉀離子濃度已經(jīng)廣泛研究并被認為是熱習服誘導的電解質(zhì)變化的主要標志，其他礦質(zhì)離子的變化可能與其協(xié)同一致[8]。然而，就汗離子丟失總量來看，本研究對3種離子評估結(jié)果表明，在積極習服過程中均未見顯著性差異，而且，其總量均表現(xiàn)為先高于、后低于初期值。這個結(jié)果和Chinevere[8]報道不完全一致，他的研究表明汗鉀流失總量與本研究結(jié)果一致，而汗鈉及其他礦物質(zhì)流失總量熱習服后均顯著下降。出現(xiàn)這種結(jié)果差異的原因，一方面可能是習服環(huán)境和機體習服程度的差異所致；另一方面，汗液收集的部位和方法也有可能導致研究結(jié)果的差異。目前，由于技術(shù)條件限制，絕大部分研究汗液礦物質(zhì)成分時，收集汗液方法多采用汗貼、貼汗液收集袋等局部收集汗液的方法，盡管有研究表明，不同部位的汗液離子濃度有較好的相關(guān)關(guān)系[15]，但仍然可能高估了汗離子水平。因為，這些方法可能使被貼或包裹部位泌汗功能受到影響，從而使由此計算出來的結(jié)果較相對準確的全身洗脫法[4，16，20，29]高 估 。

4 結(jié)論

經(jīng)過10天的濕熱環(huán)境熱習服，運動員心率和核心溫度降低，汗腺功能增強，汗離子濃度下降，機體順利習服。本研究表明，人體習服過程相應(yīng)礦物質(zhì)汗流失總量先升后降，提示，運動員在熱習服或濕熱環(huán)境連續(xù)運動訓練時應(yīng)根據(jù)機體流失總量合理補充礦物質(zhì)離子。

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