氣候條件對運動員參賽的影響
——以2020年東京夏季奧運會為例

程孟良，鄭廣盛

(1.廣東司法警官職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510430；2.廣州市海珠區(qū)曉港灣小學(xué)，廣東 廣州 510288)

第32屆夏季奧運會將于2020年7月在日本東京舉行，夏天歷史平均溫度和濕度超過25°C和80%，每年夏天有3000多名熱癥患者被送往急診室，預(yù)計東京奧運會期間平均氣溫在30℃以上，是典型的高溫高濕環(huán)境[3]，因此，對于生活在其他地區(qū)的運動員來說，要在酷熱氣候環(huán)境下參與奧運賽事將是一個極大的挑戰(zhàn)，正因如此，1964年東京夏季奧運會改在10月份舉行。由于高溫天氣可能給運動員帶來不良的影響，因此，針對2020東京奧運會期間應(yīng)考慮高溫高濕天氣環(huán)境因素，做好應(yīng)對措施以確保運動員和觀眾在比賽期間的健康和安全有著非常重要意義。

1 東京奧運會期間氣象特征

1.1 東京奧運會期間氣象特征

東京位于關(guān)東平原南端，北緯35°69′，東經(jīng)139°69′，面向東京灣，居日本列島中心。東京23個特別區(qū)和多摩地域形成了一個狹長的地帶，東西寬90km，南北長25km，總面積2155km2。

東京屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，中心部分的年平均氣溫為15.6℃。四季分明，降水充沛。夏季受東南季風(fēng)影響，降水較多，梅雨季過后即進入夏季，受太平洋高壓影響，天氣一般為高溫晴朗炎熱，并時常有臺風(fēng)侵襲。

表1 東京1-12月歷史氣溫、降水量與相對濕度情況

由于東京地理位置決定了其夏季奧運會期間高溫高濕的天氣特征，從表1歷史數(shù)據(jù)可見，東京7、8月份平均最高氣溫達30℃左右，平均最低氣溫也在25℃左右，而7、 8月份的極端高溫達39℃左右[2]，據(jù)預(yù)測[2]，2020年東京奧運會在7月24日至8月9日期間，屆時東京市中心的最高氣溫可能超過35攝氏度。因此，2018年7月份國際奧委會視察團隊負責(zé)人Curtis在訪問東京期間承認，酷暑確實可能對東京2020奧運會組織者們構(gòu)成“巨大挑戰(zhàn)”，并且表示，日本組委會必須竭盡所能應(yīng)對極端高溫[3]。2020東京奧運會除了高溫外，還可能面臨濕度大的情況，從歷史上看，東京7、8月的降水量較高，相對濕度在73%～78%之間，屬于高濕天氣。因此，總體來說東京奧運會期間將是以高氣溫、強輻射和高濕為特征的特殊天氣，預(yù)計這種天氣條件將是影響戶外項目特別耐力運動員表現(xiàn)的主要因素。

1.2 前三屆奧運城市與東京氣候條件比較

天氣氣候條件不僅影響體育賽事特別是大型運動會的舉行，而且影響運動員的身體機能，從而影響運動表現(xiàn)。與前三屆奧運會主辦城市北京、倫敦、里約相比，東京和北京、倫敦一樣均在北半球，舉辦時間分別為2020年7月24日-8月9日、2008年8月8日-24日、2012年7月27日-8月12日，是真正意義上的夏季運動會，而里約位于南半球，舉辦時間在2016年8月5日-21日，是冬季。

根據(jù)目前美國運動醫(yī)學(xué)學(xué)會(ACSM)采用濕-黑干球溫度指標(WBGT)用于體育賽事條款建議，以北京氣象臺、英國氣象局國家氣象檔案館、里約氣象臺有關(guān)奧運舉辦前5年(北京2004年8月6日至2008年8月26日、倫敦2008年7月25日至2012年8月14日、里約2011年8月3日至2014年8月23日)以及東京環(huán)境廳近5年(2011年7月22日-2015年8月11日) WBGT的數(shù)據(jù)進行分析、比較，結(jié)果顯示東京的平均最高WBGT值(29.6±1.1℃)顯著高于(P<0.01)歷屆奧運會主辦城市(倫敦，20.3±0.8℃、北京，27.0±0.9 ℃、里約，23.4±0.9°C)[4]，但也有研究者預(yù)測是28.6±2.8℃[5]，盡管如此，以上歷史數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)ACSM的持續(xù)活動和比賽指南，東京的平均最高WBGT達到“EHS(勞力性中暑)風(fēng)險的取消級別”。因此，2020年東京奧運會期間可能是奧運會史上最熱的氣候條件之一。日本奧委會應(yīng)與體育科學(xué)家密切合作，實施機構(gòu)戰(zhàn)略，確保運動員和觀眾的健康和安全,不受熱損傷。

2 高溫高濕天氣下運動員熱應(yīng)激反應(yīng)及對運動表現(xiàn)的影響

2.1 高溫高濕天氣下運動員熱應(yīng)激反應(yīng)

有關(guān)高溫下運動競賽產(chǎn)生熱應(yīng)激是一個公眾話題，在即將到來的2020年東京奧運會上，由于熱應(yīng)激，運動員在一天中的任何時候，甚至晚上，幾乎都有可能出現(xiàn)成績下降或健康問題。如在2018年自行車巡回賽6天中有2天氣溫大于40℃，為避免一天中高溫時段，第一階段縮短了26km，另一階段則提前1小時舉行。因此，了解高溫高濕環(huán)境下運動員熱應(yīng)激反應(yīng)是制定運動良好管理策略依據(jù)，也是運動員做好自身潛在健康和安全危險對策的生理學(xué)基礎(chǔ)[6]。

熱應(yīng)激反應(yīng)是指在熱環(huán)境下運動時機體產(chǎn)生的一系列生理生化反應(yīng)，包括體溫、腦溫升高、脫水、電解質(zhì)丟失、氧運輸能力下降、肌糖原快速消耗等。運動員在高溫高濕環(huán)境運動比賽，運動員身體熱應(yīng)激的結(jié)果勢必引起體溫升高。體溫是維持機體產(chǎn)熱和散熱平衡的結(jié)果，在濕熱環(huán)境中運動，產(chǎn)熱增加，而散熱受阻，引起直腸溫度和運動肌溫度顯著升高，當然，這時腦溫也急速上升[7]。

在高溫高濕天氣下運動，由于機體產(chǎn)熱增加，這時汗液揮發(fā)增多以此增加熱量的釋放，降低體溫，排汗同時也使體內(nèi)電解質(zhì)丟失，因此，排汗增加大于攝入量時，勢必引起機體脫水以及體液平衡失調(diào)。同時，運動時肌肉需要大量的血液供應(yīng)，皮膚也需要大量血液供應(yīng)來保證體內(nèi)的熱量散發(fā)，從而影響氧氣向肌肉運輸，并且熱環(huán)境下運動脫水導(dǎo)致血容量下降加劇了循環(huán)血量的減少，同時也是紅細胞比容及血液粘滯度增加，加重了心臟的負荷，也影響機體的輸氧能力[8]。

高溫高濕環(huán)境下運動機體熱應(yīng)激的結(jié)果還可使機體更傾向于動用肌糖原。在熱環(huán)境中運動時糖代謝發(fā)生變化，機體更加依賴糖的氧化供能，具體表現(xiàn)為肌糖原分解加速，乳酸快速積累及肝糖原輸出增加所致的血糖升高。肌肉血流減少，溫度增加，血漿兒茶酚胺水平上升和肌纖維募集模式的變化都可能是造成骨骼肌代謝發(fā)生變化的原因。

運動員在高溫高濕天氣下運動和比賽時機體產(chǎn)生熱應(yīng)激，當產(chǎn)熱增加而散熱能力受限，體溫更易升高。體溫過高嚴重時可發(fā)生中暑、熱痙攣、熱衰竭、熱休克等熱病，當然也可能由于防止脫水而大量飲水而引起低鈉血癥。同時，越來越多的證據(jù)表明，在熱環(huán)境中運動過程引起身體熱應(yīng)激可大大加劇運動性胃腸綜合征(EIGS)，熱應(yīng)激是2020年東京奧運會運動員的主要擔(dān)憂，因此，屆時運動員將可能出現(xiàn)運動引起的勞累性熱應(yīng)激相關(guān)的胃腸紊亂[9]。Nakamura等在分析2020年東京奧運會高溫高濕引起熱病風(fēng)險的同時，還提出應(yīng)考慮服用包括降壓藥在內(nèi)的特定藥物的風(fēng)險，因為這些藥物可能會加重與熱有關(guān)的疾病[10]。此外，運動員長時間裸露身體在陽光下運動，由于太陽紫外線的照射，可引起日光性紅斑，來自Nathan J. Downs等[1]的研究報告中預(yù)測，在2020年東京奧運會的33個戶外項目中，女子網(wǎng)球單打、男子高爾夫和男子自行車公路賽分列紫外線照射最危險的第1、2、3名。

2.2 高溫高濕天氣對運動員運動表現(xiàn)的影響

高溫高濕環(huán)境下運動可影響運動員的運動表現(xiàn)，特別是對于有氧耐力項目來說，環(huán)境溫度變化的影響尤為重大。Peiser B和Reilly T分析1896年首屆奧運會至2004年第28屆奧運會男子馬拉松成績與比賽當天氣溫關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高溫是影響成績的重要因素[1]，而2007年芝加哥馬拉松比賽中由于幾百人中暑而中途取消賽事[13]。體內(nèi)的含水狀態(tài)直接影響機體在高溫環(huán)境下的運動能力，研究表明，脫水1.8%時運動能力就會下降。由于高溫環(huán)境下運動機體熱應(yīng)激導(dǎo)致脫水，脫水使運動能力下降。在適宜溫度環(huán)境下，脫水3%可影響人體最大有氧能力，而在熱環(huán)境中，失水超過2%即可降低最大有氧能力。

高溫高濕環(huán)境下運動更加劇了體溫升高，體溫過高影響運動表現(xiàn)，其機制可能與體溫過高而通過抑制中樞神經(jīng)沖動的發(fā)放或其下行傳導(dǎo)環(huán)節(jié)來減小骨骼肌的收縮力量有關(guān)。有研究顯示[14]，受試者以60%VO2max的強度在40℃熱環(huán)境下進行熱適應(yīng)訓(xùn)練，每次訓(xùn)練至自感疲勞，9～12天后出現(xiàn)疲勞的時間從48±2min增至80±3min，熱適應(yīng)前與熱適應(yīng)后疲勞的出現(xiàn)僅與體溫升高有關(guān)(40℃)，即當體溫達40℃時機體出現(xiàn)疲勞。此外，熱應(yīng)變和腦部溫度相應(yīng)升高可直接促成中樞喚醒抑制和肌肉自主活動的疲勞，同時，相當程度的心血管緊張和流向腦部及內(nèi)臟組織的血流受損可加速熱環(huán)境下的疲勞。當腦溫高于體核溫度時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)驅(qū)動的減少，自發(fā)刺激肌肉的能力減弱，此時，運動能力的下降與肌肉自主活動比例減少有關(guān)。如高溫對自行車運動員的運動能力影響明顯，在初始體核溫度高或其升高速度快時運動30min即出現(xiàn)力竭；在中等負荷運動后最大用力期間更明顯。但是，在高溫高濕下進行短時間高強度運動，由于運動時間短不足以引起體溫過度升高，因此，高溫高濕對短時間高強度運動能力無不利影響，相反，由于環(huán)境溫度升高，改善了肌纖維的粘滯性，從而有可能提高肌肉收縮能力。

長時間的高要求的認知活動或運動引起的疲勞會導(dǎo)致認知功能的改變。高溫高濕環(huán)境條件將加劇認知功能不良，并對運動表現(xiàn)產(chǎn)生負面影響。高溫高濕下運動可引起運動員判斷力和準確性等智能下降，神經(jīng)元的興奮性降低，從而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞的發(fā)生。Nielsen等報道[15]，受試者在熱環(huán)境下運動，降低了大腦活動(減少腦電中β波的活動)，喚醒水平降低，下行沖動到達運動神經(jīng)元減少，皮下運動神經(jīng)元的興奮性降低，導(dǎo)致肌肉運動能力下降和且易產(chǎn)生疲勞，結(jié)果導(dǎo)致運動員肌肉協(xié)調(diào)性減弱，肌肉動作的精確度降低，從而影響肌肉用力感知覺。Schmi等通過計算機分析探討熱應(yīng)激水平對認知功能的影響[16]，結(jié)果表明，熱應(yīng)激溫度與認知能力之間存在倒U型關(guān)系，且核心溫度38.5℃為導(dǎo)致的負認知能力的潛在“閾值”。從這個角度來看，在高溫高濕環(huán)境中運動可采取適當?shù)母深A(yù)措施(如降溫等)減少對運動表現(xiàn)影響，并可能在熱應(yīng)變期間保持良好認知能力。

3 東京奧運會期間應(yīng)對高溫高濕天氣的措施

3.1 調(diào)整比賽時間

2020年東京奧運會期間，將是東京一年氣溫最高時期，為避免夏季高溫濕熱天氣對運動員特別是戶外項目比賽表現(xiàn)的影響，根據(jù)東京夏季奧運會比賽日天氣預(yù)測，可將比賽時間提前或延后以避開高溫時段。Tsuyoshi Honjo等利用2007—2016年8月頭10天的氣象資料采用WBGT和熱氣候指數(shù)(UTCI)研究2020年東京奧運會馬拉松賽沿線的熱舒適，結(jié)果指出，馬拉松比賽沿途W(wǎng)BGT變化為0.5℃，UTCI變化為1℃，在9:00-10:00間在建筑物陰面WBGT比陽面低1℃，UTCI則低4～8℃；同時，對10年8月份頭10天每小時單點資料長期分析發(fā)現(xiàn)8點后風(fēng)險程度迅速增加，認為馬拉松比賽更安全應(yīng)于9:00前完成或19:00后舉行，因此，建議奧運會戶外項目為使運動員處于熱舒適環(huán)境可將比賽開始時間提早或在晚上晚些時候[17]。正是基于相關(guān)資料和研究，2020年東京奧組委和國際田聯(lián)共同商議將馬拉松比賽提前到早上6點，50km競走提前至早上5點30分開始，而東京奧組委和國際鐵人三項聯(lián)盟決定也將原定于上午10點開始的比賽，提前到8點舉行。

3.2 賽前適應(yīng)性訓(xùn)練

為應(yīng)對東京奧運會期間濕熱天氣對運動表現(xiàn)帶來的不良影響，可通過氣象預(yù)測比賽地、比賽時間段溫度、濕度，完全模擬比賽時的溫濕度，也應(yīng)考慮輻射、風(fēng)力、風(fēng)向等因素進行賽前適應(yīng)性訓(xùn)練，具體方法包括在人工氣候室和自然環(huán)境訓(xùn)練。研究顯示[17]，高溫高濕訓(xùn)練除了提高運動員熱應(yīng)激能力外，更重要的是高溫高濕訓(xùn)練可使機體血容量增多，從而提高運動員的有氧運動表現(xiàn)。但要注意的是高溫高濕下訓(xùn)練獲得的適應(yīng)性效果并不意味著就永久擁有，可在1周到1個月內(nèi)發(fā)生衰退，如Lorenzo等[18]報道，熱環(huán)境下的運動訓(xùn)練適應(yīng)只持續(xù)10天。因此，可根據(jù)具體情況安排在賽前1周到1個月之間安排適應(yīng)性訓(xùn)練。

賽前高溫高濕適應(yīng)性訓(xùn)練要注意的另一問題是訓(xùn)練負荷的安排，因為最佳適宜負荷是提高運動成績的關(guān)鍵。由于熱應(yīng)激和運動的共同影響，相對于溫和環(huán)境來說，相同運動負荷高溫高濕環(huán)境下運動會增加身體額外負荷，因此，高溫高濕環(huán)境下運動負荷安排特別是初期運動負荷要相對小于溫和環(huán)境，以防過度訓(xùn)練，而且為提高運動員成績，充足的恢復(fù)時間是必要的。如Voltaire等[19]的研究顯示，熱天氣下以50%～60%最大輸出功率踏車1h期間心率要比溫和天氣下相同強度踏車時高出30b/min。當然，高溫高濕訓(xùn)練一旦出現(xiàn)適應(yīng)性變化，訓(xùn)練負荷就可調(diào)整到溫和條件下水平甚至高于這個負荷。另外，在一些熱帶地區(qū)生物周期節(jié)律可能也在運動適應(yīng)中發(fā)揮作用，熱帶地區(qū)全年日夜節(jié)律是有規(guī)律的(近似白天12h(06:00-18:00)，黑夜12h(18: 00-06:00)，氣溫變化也不大。溫帶氣候下的生物周期節(jié)律是有季節(jié)性的，夏天的直腸溫度要高于冬天，而且夏天直腸溫度的變化要比冬天的更早[20]。因此，人體溫度的生物周期節(jié)律中體溫調(diào)節(jié)反應(yīng)的晝夜變化也會受到季節(jié)性變化的影響[21]。

來自資料分析顯示，東京奧運會比賽前兩周一天中最熱的時刻(13:00 h) WBGT是26.4± 2.9℃，因此，提前到比賽地進行適應(yīng)性鍛煉可以不足以完全適應(yīng)比賽時的高溫天氣[7]。所以應(yīng)在賽前選擇與東京奧運期間氣候相似的地區(qū)進行適應(yīng)性訓(xùn)練，對于我國運動員來說，可以選氣溫和濕度相近的東部沿海地區(qū)和海南作為東京奧運訓(xùn)練的首選地區(qū)。

3.3 降溫與補液

為應(yīng)對2020年東京奧運會濕熱天氣，除了適應(yīng)性訓(xùn)練和調(diào)整比賽時間外，還可通過降溫和補液減少熱應(yīng)激來促進機體熱舒適。由于建筑陰面WBGT比陽面低，因此，組委會可以在馬拉松、競走等項目賽道沿途搭建遮陰板墻作為降溫方法[22]；其次，賽前進行預(yù)冷是運動員在高溫高濕的環(huán)境下準備訓(xùn)練和比賽的一種實用、有效的降溫措施，賽前預(yù)冷包括冷水降溫、穿降溫服(帽)以及飲用5～10℃冷飲料和冰漿飲料[23]；同時，由于高溫和運動的雙重刺激，導(dǎo)致機體排汗增多，在運動前和比賽過程中及時補液也是調(diào)節(jié)體溫、維持水、電解質(zhì)平衡和保持機能的重要手段[24]。

4 小結(jié)與建議

歷史氣象資料預(yù)測，2020年東京奧運會期間將屬于高溫高濕天氣條件。高溫高濕環(huán)境下運動不僅從身體機能熱應(yīng)激過程的生理生化變化，而且也從心理認知上影響運動表現(xiàn)，并加速外周肌肉疲勞和中樞神經(jīng)疲勞，嚴重還可產(chǎn)生熱病。因此，為減少2020年東京奧運會高溫高濕天氣條件對運動員運動表現(xiàn)和健康的影響，組委會可根據(jù)比賽時天氣條件預(yù)測調(diào)整比賽時間，并且建議運動員在賽前進行高溫高濕環(huán)境適應(yīng)性訓(xùn)練以及在訓(xùn)練比賽期間采用降溫和補液措施。