吳衛(wèi)兵 王人衛(wèi) 李國(guó)強(qiáng) 許弟群

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院（上海200438）

2 上海體育學(xué)院競(jìng)技體育學(xué)校

高溫高濕環(huán)境條件下， 運(yùn)動(dòng)機(jī)體承受著高溫和運(yùn)動(dòng)的雙重刺激，機(jī)體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)等受到極大的影響， 表現(xiàn)出機(jī)體的核心溫度、心率和體液調(diào)節(jié)激素等指標(biāo)發(fā)生明顯變化[1-5]。就體液調(diào)節(jié)激素而言，目前研究最多的體液調(diào)節(jié)激素包括醛固酮、精氨酸加壓素、心鈉素和去甲腎上腺素等[6,7]，高溫高濕環(huán)境運(yùn)動(dòng)過(guò)程中這些體液調(diào)節(jié)激素對(duì)維持機(jī)體的水鹽代謝平衡發(fā)揮著積極的作用， 但其內(nèi)在作用機(jī)制尚未完全清楚， 這些激素體液調(diào)節(jié)的相互關(guān)系還未見(jiàn)更多的報(bào)道。同時(shí)，熱習(xí)服作為提高機(jī)體高溫高濕環(huán)境運(yùn)動(dòng)能力的一種有效手段， 國(guó)內(nèi)目前還是以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究為主[8,9]，不能更好地用于指導(dǎo)高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)員熱習(xí)服的實(shí)踐應(yīng)用。 本研究以中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員為實(shí)驗(yàn)對(duì)象， 觀察熱習(xí)服運(yùn)動(dòng)員和未熱習(xí)服運(yùn)動(dòng)員一次熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后體液調(diào)節(jié)激素和熱休克蛋白（Hsp70）的變化， 探討高溫高濕環(huán)境下運(yùn)動(dòng)機(jī)體體液調(diào)節(jié)激素的作用機(jī)理， 為提高運(yùn)動(dòng)員高溫高濕的訓(xùn)練效果和熱習(xí)服應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為上海體育學(xué)院附屬競(jìng)技體育學(xué)校中長(zhǎng)跑男性運(yùn)動(dòng)員16 人，均為國(guó)家二級(jí)運(yùn)動(dòng)員，隨機(jī)分為對(duì)照（HC）組8 人和熱習(xí)服（HA）組8 人，基本情況見(jiàn)表1。 實(shí)驗(yàn)前向受試對(duì)象說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的目的和流程，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)， 并與實(shí)驗(yàn)對(duì)象簽訂知情同意書(shū)。 同時(shí)， 對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行醫(yī)學(xué)檢查和健康問(wèn)卷調(diào)查，以及體質(zhì)測(cè)試與評(píng)估，排除實(shí)驗(yàn)對(duì)象的健康隱患。研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到上海市營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)醫(yī)學(xué)倫理論證（[倫審]2013-001）。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象基本情況

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

正式實(shí)驗(yàn)前1 周， 對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行最大攝氧量測(cè)試（以便為實(shí)驗(yàn)對(duì)象制定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度）。 利用運(yùn)動(dòng)心肺功能 儀 （K4b2，Cosmed，Italy） 和 可 調(diào) 式 功 率 自 行 車(chē)（Ergoselect 100，Ergoline，Germany）， 采 用 每 口 氣（Breath by Breath）采集法進(jìn)行最大攝氧量測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排：熱習(xí)服組經(jīng)過(guò)10 天熱習(xí)服，熱習(xí)服結(jié)束24 h 后進(jìn)行一次熱負(fù)荷測(cè)試，對(duì)照組不進(jìn)行熱習(xí)服，直接進(jìn)行一次熱負(fù)荷測(cè)試；熱負(fù)荷測(cè)試的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為個(gè)體70% VO2max。 具體安排如表2。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排

正式實(shí)驗(yàn)前3 天， 實(shí)驗(yàn)對(duì)象來(lái)到實(shí)驗(yàn)室熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境及整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象提前1 小時(shí)到達(dá)實(shí)驗(yàn)室，并要求空腹2 小時(shí)以上、保持良好的水合狀態(tài)，熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前排空大小便，為避免生理節(jié)律的影響，熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)間統(tǒng)一為上午9:30～11:30，整個(gè)實(shí)驗(yàn)安排在冬季，室外溫度低于20℃。兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)象整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間其它體育活動(dòng)量相一致， 實(shí)驗(yàn)期間禁止任何藥物和煙酒刺激品。

熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中， 實(shí)驗(yàn)對(duì)象出現(xiàn)下列情況之一則終止運(yùn)動(dòng)：（1）伴有明顯的頭痛、頭暈、惡心、嘔吐等自覺(jué)癥狀；（2）心率超過(guò)個(gè)人最高心率；（3）身體已經(jīng)到達(dá)力竭狀態(tài)。

1.3 熱習(xí)服方案

于環(huán)境溫度為33℃、 濕度為80%RH 的環(huán)境艙內(nèi)進(jìn)行為期10 天（d）的熱習(xí)服運(yùn)動(dòng)，第1d 環(huán)境艙內(nèi)自由活動(dòng)暴露60 min，第2 d 至第10 d 每天先熱身5 min，然后以40%VO2max 強(qiáng)度蹬踏功率自行車(chē)（Ergoselect 100，Ergoline，Germany） 運(yùn)動(dòng)3 次15 min， 次間休息5 min，功率自行車(chē)蹬踏速度要求55 rpm 左右（踏頻屏閃指示燈顯示綠色）。 熱習(xí)服選擇40%VO2max 運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是基于對(duì)熱應(yīng)激與運(yùn)動(dòng)應(yīng)激的考慮， 參考相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[10,11]，對(duì)于有良好訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員，中等強(qiáng)度（大約50%VO2max）下運(yùn)動(dòng)對(duì)人體主要產(chǎn)生熱適應(yīng)，不能充分引起運(yùn)動(dòng)適應(yīng)。

熱習(xí)服實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室， 環(huán)境艙由美國(guó)Submital A＆S 公司建造， 規(guī)格長(zhǎng)×寬×高為4.88 m × 3.06 m × 3.70 m， 溫度可控范圍-40℃至100℃，濕度可控范圍1%～95%RH，通過(guò)溫濕度調(diào)控器可以設(shè)定熱習(xí)服過(guò)程中環(huán)境艙的溫度和濕度。環(huán)境艙四周封閉，頂部有日光燈照明，環(huán)境艙門(mén)裝有透明玻璃，艙壁有溫度和濕度傳感器探頭，感應(yīng)環(huán)境艙內(nèi)的溫度和濕度變化，通風(fēng)換氣由管道與外界連接，工作狀態(tài)下環(huán)境艙空氣流量為1830CFM，噪音70dB。

1.4 指標(biāo)測(cè)試

1.4.1 核心溫度、心率和出汗率測(cè)試

核心溫度（Core Temperature，Tc）測(cè)試：讓實(shí)驗(yàn)對(duì)象俯臥露出臀部，將體溫計(jì)（Crw11，上海華辰，中國(guó)）甩至35 ℃以下， 將涂有凡士林的體溫計(jì)水銀端輕輕插入肛門(mén)內(nèi)約3～4 cm，扶住體溫計(jì)，5 min 后取出讀數(shù)。

心率（Heart Rate，HR）測(cè)試：運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中佩帶Polar 心率表（Rcx5,Polar electro, Finland），通過(guò)功率自行車(chē)全程接收監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的心率變化。

出汗率（Sweat Rate，SR）為每小時(shí)每平方米單位體表面積皮膚丟失的汗液公斤重量（kg/m2/h），其中出汗量由運(yùn)動(dòng)前后裸重之差值計(jì)算，人體體表面積（m2）計(jì)算參考胡詠梅針對(duì)中國(guó)男性制定的公式[12]，S男= 0.0057 ×身高(cm) + 0.0121 × 體重(kg) + 0.0882。

1.4.2 血常規(guī)、血清激素和Hsp70 測(cè)試

肘靜脈取血，1 ml 注入肝素鈉抗凝管測(cè)試血常規(guī)，3 ml 注入促凝管， 靜置1～2 小時(shí)，3000 轉(zhuǎn)/分離心10 min， 取上清液分裝后置于-70 ℃保存待測(cè)血清激素和Hsp70。

血常規(guī)測(cè)試： 使用全自動(dòng)血液分析儀 （XS-500i，Sysmex，Japan）測(cè)試血常規(guī)，獲得紅細(xì)胞壓積（Hct）數(shù)值。

血清激素和Hsp70 測(cè)試：醛固酮（ALD）、精氨酸加壓 素（AVP）、心 鈉 素（ANP）、去 甲 腎 上 腺 素（NE）和Hsp70 采用雙抗體兩步夾心酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）檢測(cè)，試劑盒由美國(guó)R＆D 公司提供，儀器使用芬蘭雷博MK3 型酶標(biāo)儀，嚴(yán)格按說(shuō)明書(shū)操作。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS15.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理分析，各指標(biāo)數(shù)值結(jié)果均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。 HA 組和HC 組組間數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)（Independent-Sample T Test），HA 組或HC 組組內(nèi)數(shù)據(jù)比較采用配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)（Paired-Samples T Test），以P＜0.05 為差異具有顯著性， 以P ＜0.01 為差異具有非常顯著性。

2結(jié)果

2.1 熱習(xí)服過(guò)程中心率、核心溫度和出汗率變化

由圖1 可見(jiàn)， 由于第1 天只是熱暴露，HR、Tc 和SR 水平均為最低；從熱習(xí)服的第2 天開(kāi)始，熱習(xí)服組HR 水平呈現(xiàn)進(jìn)行性下降變化， 第2、6 和10 天HR 分別 為127.00 ± 13.08 b/min、124.43 ± 11.44 b/min、123.00 ± 9.63 b/min；Tc 和SR 水平呈現(xiàn)波動(dòng)變化，其中Tc 表現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢(shì)，SR 表現(xiàn)與Tc 變化趨于一致， 第2 天的Tc 和SR 分別為38.36 ± 0.32 ℃、0.62 ± 0.21 kg/m2/h，第6 天的Tc 和SR 分別為38.19 ±0.24 ℃、0.61 ± 0.32 kg/m2/h， 第10 天的Tc 和SR 分別為38.08 ± 0.17 ℃、0.53 ± 0.20 kg/m2/h。 整個(gè)熱習(xí)服期間，第1 天到第2 天HR、Tc 和SR 變化幅度最大，表現(xiàn)為水平迅速上升。

圖1 熱習(xí)服組10 天熱習(xí)服過(guò)程中心率、核心溫度和出汗率

2.2 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后核心溫度、心率、出汗率和紅細(xì)胞壓積變化

由表3 可見(jiàn)，HA 組和HC 組運(yùn) 動(dòng)前Tc 和HR 均無(wú)顯著性差異（P > 0.05）。與運(yùn)動(dòng)前相比，HC 組運(yùn)動(dòng)后Tc 非常顯著性升高（P < 0.01）、HR 非常顯著性升高（P< 0.01），HA 組運(yùn)動(dòng)后Tc 非常顯著性升高（P < 0.01）、HR 非常顯著性升高（P < 0.01）。HA 組和HC 組運(yùn)動(dòng)后SR 無(wú)顯著性差異（P > 0.05）。 總體看來(lái)，HA 組運(yùn)動(dòng)后Tc 和HR 水平低于HC 組、SR 水平高于HC 組，但兩組間無(wú)顯著性差異。 與運(yùn)動(dòng)前相比，HA 組和HC 組運(yùn)動(dòng)后紅細(xì)胞壓積（Hct）均非常顯著性升高（P < 0.01），但兩組間無(wú)顯著性差異。

表3 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后Tc、HR、SR 和Hct

2.3 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后血清激素變化

由表4 可見(jiàn)，HA 組和HC 組運(yùn)動(dòng)前ALD、AVP、ANP 和NE 均無(wú)顯著性差異 （P > 0.05）。 與運(yùn)動(dòng)前相比，HC 組運(yùn)動(dòng)后ALD 非常顯著性升高 （P < 0.01）、AVP 顯著性升高 （P < 0.05）、ANP 顯著性降低 （P <0.05）、NE 非常顯著性升高（P < 0.01）。 與運(yùn)動(dòng)前相比，HA 組運(yùn)動(dòng)后ALD 非常顯著性升高（P < 0.01）、AVP 顯著性升高（P < 0.05）、ANP 顯著性降低（P < 0.05）、NE非常顯著性升高（P < 0.01）。運(yùn)動(dòng)后ALD、AVP、ANP 和NE 水平在兩組間未見(jiàn)顯著性差異（P > 0.05）。

表4 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后ALD、AVP、ANP 和NE

2.4 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后血清Hsp70 變化

由表5 可見(jiàn)，HA 組和HC 組運(yùn)動(dòng)前Hsp70 無(wú)顯著性差異（P > 0.05）。 與運(yùn)動(dòng)前相比，HC 組運(yùn)動(dòng)后Hsp70非常顯著性升高（P < 0.01），HA 組運(yùn)動(dòng)后Hsp70 非常顯著性升高（P < 0.01）。 HA 組和HC 組運(yùn)動(dòng)后Hsp70無(wú)顯著性差異（P > 0.05）。

表5 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)前后Hsp70

3討論

心率、核心溫度、出汗率是評(píng)價(jià)機(jī)體熱習(xí)服及其習(xí)服程度的重要生理學(xué)指標(biāo)[13-15]。 從本研究熱習(xí)服組10天熱習(xí)服過(guò)程中心率、 核心溫度和出汗率實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，隨著10 天熱習(xí)服的進(jìn)程，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的心率、核心溫度和出汗率出現(xiàn)一個(gè)規(guī)律性的適應(yīng)變化，從熱適應(yīng)第2天開(kāi)始，心率呈現(xiàn)進(jìn)行性下降變化，核心溫度雖然在熱習(xí)服過(guò)程中發(fā)生上下波動(dòng)， 但整體表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。表明熱習(xí)服組經(jīng)過(guò)10 天熱習(xí)服后已經(jīng)一定程度上產(chǎn)生熱習(xí)服。

同樣，心率、核心溫度、出汗率也是機(jī)體熱調(diào)節(jié)反應(yīng)的生理學(xué)指標(biāo)， 本研究對(duì)照組和熱習(xí)服組經(jīng)過(guò)一次熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后，心率和核心溫度顯著性升高，出汗率明顯增加。兩組之間各指標(biāo)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但總體看來(lái)， 熱習(xí)服組熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后的心率和核心溫度低于對(duì)照組、出汗率高于對(duì)照組，熱習(xí)服組運(yùn)動(dòng)前后核心溫度平均變化值和心率平均變化值也均小于對(duì)照組。 研究結(jié)果表明， 熱習(xí)服一定程度上降低了機(jī)體對(duì)熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)應(yīng)激的生理熱調(diào)節(jié)反應(yīng)， 提高了機(jī)體熱環(huán)境運(yùn)動(dòng)的能力。

體液調(diào)節(jié)激素包括ALD、AVP 和ANP 等， 對(duì)維持機(jī)體的水鹽代謝平衡起著重要的作用[6,8]。 本研究熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的ALD 顯著性升高。 在高溫高濕環(huán)境下，運(yùn)動(dòng)機(jī)體首先出現(xiàn)一系列的生理應(yīng)激反應(yīng)，表現(xiàn)為體溫升高、 刺激下丘腦發(fā)汗中樞促進(jìn)汗腺大量分泌汗液； 大量汗液的丟失會(huì)導(dǎo)致機(jī)體有效循環(huán)血量減少，腎動(dòng)脈壓下降，引起腎素分泌和血管緊張素II 濃度升高，刺激腎上腺皮質(zhì)球狀帶分泌ALD。 ALD 水平的升高進(jìn)一步促進(jìn)腎小管對(duì)Na+和水重吸收，降低汗液中Na+濃度，起到保Na+排K+的作用。

本研究熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的AVP 顯著性升高。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Kenefick 等[6]研究報(bào)道相一致。AVP 受血容量和血漿滲透壓變化的影響， 從紅細(xì)胞壓積實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后紅細(xì)胞壓積明顯升高，說(shuō)明了機(jī)體可能由于大量出汗而導(dǎo)致機(jī)體血容量下降。 高溫高濕運(yùn)動(dòng)中機(jī)體血容量減少， 可刺激容量感受器使傳入沖動(dòng)經(jīng)迷走神經(jīng)傳入中樞，促進(jìn)下丘腦-神經(jīng)垂體釋放AVP；同時(shí)，隨著血漿容量的減少，伴隨著血漿滲透壓升高, 可刺激機(jī)體下丘腦滲透壓感受器，滲透壓感受器受刺激后引起神經(jīng)垂體釋放AVP, 促進(jìn)機(jī)體對(duì)水的重吸收。 對(duì)于對(duì)AVP 的影響，血容量變化起著先導(dǎo)的作用， 血容量變化會(huì)導(dǎo)致血漿滲透壓的改變從而進(jìn)一步反射性影響AVP 釋放。

同時(shí)， 本研究也發(fā)現(xiàn)， 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后實(shí)驗(yàn)對(duì)象的ANP 明顯減低、NE 明顯升高。 ANP 分泌受心房的機(jī)械牽張和糖皮質(zhì)類固醇、內(nèi)皮素等體液物質(zhì)的影響，具有明顯的促進(jìn)NaCl 和水排出作用。 研究結(jié)果與Amorim等[16,17]研究報(bào)道相一致，ANP 對(duì)機(jī)體體液調(diào)節(jié)是通過(guò)抑制下丘腦-神經(jīng)垂體釋放AVP 和抑制AVP 增強(qiáng)腎集合管水通透性來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外ANP 還能夠抑制腎上腺皮質(zhì)球狀帶細(xì)胞分泌ALD 來(lái)進(jìn)行機(jī)體體液調(diào)節(jié)。 熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中， 機(jī)體應(yīng)激性地使NE 與心肌細(xì)胞膜上受體進(jìn)一步結(jié)合，通過(guò)增加心率、增強(qiáng)心肌收縮力，有效調(diào)節(jié)高溫高濕環(huán)境運(yùn)動(dòng)機(jī)體血流流向體表， 提高機(jī)體的排汗能力。

綜合熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后體液調(diào)節(jié)激素的變化， 表現(xiàn)為ALD、AVP、NE 顯著升高和ANP 顯著降低，表明熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)使機(jī)體體液激素發(fā)生顯著性的變化以適應(yīng)機(jī)體熱應(yīng)激反應(yīng)， 提示熱習(xí)服增強(qiáng)了機(jī)體應(yīng)對(duì)熱應(yīng)激的體液調(diào)節(jié)能力。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步提示ALD、AVP 和ANP 在機(jī)體體液調(diào)節(jié)中相互作用和相互影響， 共同調(diào)節(jié)和維護(hù)機(jī)體的水鹽代謝和平衡。

熱休克蛋白是目前研究報(bào)道較多的一種細(xì)胞保護(hù)蛋白，高溫、運(yùn)動(dòng)和損傷等因素均可誘導(dǎo)其表達(dá)，表達(dá)的強(qiáng)弱與機(jī)體承受負(fù)荷大小、 組織細(xì)胞損害程度有關(guān)[7,9]。已有的研究表明， 運(yùn)動(dòng)能夠誘導(dǎo)熱休克蛋白70 在血液、肝臟、心臟、骨骼肌表達(dá)增多，提高機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)的耐受性，抵抗運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)體的損害[7,9，18]。目前，有關(guān)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)熱休克蛋白表達(dá)的機(jī)制還未完全清楚， 有學(xué)者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)過(guò)程中體溫升高可能對(duì)熱休克蛋白的表達(dá)起一定的作用。 從本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后對(duì)照組和熱習(xí)服組熱休克蛋白70 水平均非常顯著性升高，但組間未見(jiàn)顯著性差異， 表明高溫和運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)了熱休克蛋白70 大量表達(dá)，但有關(guān)熱習(xí)服與非熱習(xí)服對(duì)機(jī)體熱休克蛋白的不同影響還有待進(jìn)一步研究。

4總結(jié)

體液調(diào)節(jié)激素對(duì)維護(hù)熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)體水鹽代謝和平衡發(fā)揮著重要作用； 熱習(xí)服一定程度上降低了機(jī)體對(duì)熱負(fù)荷運(yùn)動(dòng)應(yīng)激的生理生化熱調(diào)節(jié)反應(yīng)，提高了機(jī)體適應(yīng)運(yùn)動(dòng)熱環(huán)境的能力。

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