吳瀟男，林建棣，曲平，包瀛春，孟蘇萍3

（1.軍事體育進修學院，廣東 廣州 510500；2.第二軍醫(yī)大學，上海 200438；3.西安通信學院，陜西 西安 710706）

濕熱環(huán)境下運動對人體血尿素、血乳酸和電解質(zhì)的影響

吳瀟男1，3，林建棣1，曲平1，包瀛春2，孟蘇萍131

（1.軍事體育進修學院，廣東 廣州 510500；2.第二軍醫(yī)大學，上海 200438；3.西安通信學院，陜西 西安 710706）

通過對濕熱環(huán)境下機體血液成分變化特點的實驗，試圖揭示濕熱環(huán)境下運動的身體適應，為訓練提供相應的理論依據(jù)。隨機抽取某大學男生 30名，平均年齡(21.3±1.1)歲。實驗選擇第二軍醫(yī)大學濕熱環(huán)境訓練實驗室，環(huán)境溫度控制在39 ℃，相對濕度為80%。實驗歷時9 d，分為測試階段和訓練階段：測試階段在訓練前、后1 d分別進行12 min功率自行車測試，2次測試前、后經(jīng)上肢靜脈取血(在肛溫指標測試后即刻進行)；訓練階段周期為7 d，運動負荷為：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(diào)至10LEVEL-280WATT/H運動15 min。結(jié)果顯示：與第1次、第2次測試前相比，2次測試后血清尿素(BU)、乳酸(La)、[K+]和[Ca2+]均顯著升高(P<0.05)，[Cl-]顯著下降(P<0.05)；[Na+]在第2次測試后顯著升高(P<0.05)。經(jīng)過7 d熱習服訓練，第2次測試前較第1次測試前相比，BU和[Na+]顯著升高(P<0.05)，La濃度顯著下降(P<0.05)；第2次測試后同第1次測試后相比，BU、[Na+]、[K+]和[Ca2+]顯著升高(P<0.05)。結(jié)果表明：經(jīng)過 7 d間斷性反復熱暴露運動后，機體蛋白質(zhì)代謝供能有所回降；La清除能力得到提高；血液電解質(zhì)各項指標發(fā)生不同程度變化，但均處于正常生理范圍及人體耐受范圍內(nèi)；且運動能力及自我感受得到改善，說明習服訓練有利于機體新的熱反應動力定型建立。

運動生物化學；濕熱環(huán)境；運動；血清；熱應激；熱習服

眾所周知，維持體液和電解質(zhì)平衡對機體健康狀況以及運動能力的發(fā)揮至關(guān)重要。近年來，關(guān)于濕熱環(huán)境下運動對機體水鹽代謝平衡的影響，主要通過汗液和細胞外液成分及丟失量進行研究；對于血液中電解質(zhì)濃度的變化研究，主要集中在不同補液成分與補液量對機體血漿電解質(zhì)濃度的影響[1-2]以及血漿容積與電解質(zhì)關(guān)系[3]等方面。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)境之下)進行作業(yè)，可導致中暑等意外事件發(fā)生。有文獻表明，高熱高濕環(huán)境下進行運動訓練可有效提高機體熱負荷耐受能力[4]。另外，我國諸如南海等特殊的高溫高濕地區(qū)，人們在進入該環(huán)境作業(yè)之前，如何進行高溫高濕習服鍛煉，值得研究。因此，本研究借助國內(nèi)先進的濕熱環(huán)境訓練實驗室，根據(jù)國人體質(zhì)特點，綜合分析熱應激、熱習服訓練前后血液 BU(血清尿素)、La(乳酸)及電解質(zhì)的變化特點及其機制，試圖揭示濕熱環(huán)境下運動機體的習服規(guī)律。對機體適應不良環(huán)境，保持正常生活和作業(yè)能力具有重要意義，也為大規(guī)?？茖W高效的習服訓練提供相應的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗對象與方法

隨機抽取某大學 30名男性志愿者，平均年齡為(21.3±1.1)歲，平均體重為(64.0±7.6) kg，身體健康，無習服訓練經(jīng)驗、無重大疾病史。所有對象均知情同意并簽署知情同意書。

實驗歷時 9 d，均在濕熱環(huán)境實驗室進行。實驗分為測試階段和訓練階段：測試階段為第1天和第9天，均進行12 min功率自行車測試(要求進入濕熱室后靜坐 10 min，艾威 BC8500型功率自行車調(diào)至10LEVEL-280WATT/H運動12 min)，每次總熱暴露時間為22 min；訓練階段為第2～8天(要求進入濕熱室后靜坐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(diào)至10LEVEL-280WATT/H運動15 min)，每次總熱暴露時間為55 min。

為確保受試者在實驗過程中的安全性，防止熱應激環(huán)境下的熱損傷發(fā)生，在整個實驗過程中不僅采取循序漸進的訓練原則，而且還通過訓練后的肛溫值及自我感受詢問來監(jiān)控訓練負荷，判斷受試者的生理安全狀況。根據(jù)中國人體質(zhì)特點，嚴格按照杜桂仙等[5]提出的生理耐受上限肛溫值38.9 ℃，來指導受試者調(diào)控運動負荷。

1.2 場地與設(shè)施

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(shè)計最高溫度為46 ℃，多處分層溫度探測器可控制環(huán)境溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。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(diào)節(jié)可控制實驗室濕度，設(shè)計最大濕度為90%。常溫環(huán)境由 3臺 4匹空調(diào)將環(huán)境溫度精確控制在 20℃。實驗室內(nèi)安裝有CO2報警探測、環(huán)境氣體交換和室內(nèi)氣體對流裝置等，配有休息室和醫(yī)療護理室。實驗過程中環(huán)境溫度控制在39 ℃，相對濕度為80%。

1.3 數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計學處理

2次測試前(在常溫安靜狀態(tài)下)、后(在肛溫指標測試后即刻)經(jīng)上肢靜脈取血，第二軍醫(yī)大學長征醫(yī)院實驗診斷科進行血液指標檢測。實驗數(shù)據(jù)采用SPSS19.0軟件包進行處理，肛溫、功率自行車里程采用均值配對t檢驗比較差異，血尿素、血乳酸和電解質(zhì)采用重復測量資料的方差分析比較差異，計量數(shù)據(jù)均以±s表示，P<0.05水平為具有顯著性差異。

2 結(jié)果及分析

2.1 肛溫、功率自行車里程及自我感受

測試過程中，監(jiān)測到的個人肛溫最高值是在第 1次測試后，為 38.5 ℃，低于生理耐受上限。同第 1次測試相比，經(jīng)過7 d的熱習服訓練，第2次測試后肛溫值有所下降，自行車里程數(shù)升高，且差異均具有顯著性(P<0.05)；與熱習服訓練前相比，除口渴感覺增加2人外，其它不良感覺基本消失(見表1)。

表1 測試階段肛溫、自行車里程(±s)及自我感覺描述

1)與第1次測試相比P<0.05

2.2 血清 BU、La、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]變化

兩次測試前、后血清c(BU)、ρ(La)、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]變化如表2所示，同測試前相比，第1次測試后血清c(BU)、ρ(La)、[K+]和[Ca2+]顯著性升高(P<0.05)；[Na+]和[Cl-]有所下降，其中[Cl-]與測試前相比，差異具有顯著性，P<0.05。第2次測試后與當天測試前相比，除[Cl-]顯著性下降外(P<0.05)；c(BU)、ρ(La)、[Na+]、[K+]和[Ca2+]均顯著性升高(P<0.05)。

熱習服訓練后血清c(BU)、ρ(La)、[Na+]、[K+]、[Cl-]、[Ca2+]變化如表2所示，經(jīng)過7 d熱習服訓練，第2次測試前較第1次測試前相比，c(BU)和[Na+]顯著性升高(P<0.05)；ρ(La)顯著性下降(P<0.05)。第2次測試后較第 1次測試后相比，c(BU)、[Na+]、[K+]、[Ca2+]均顯著性升高(P<0.05)。

表2 血尿素、血乳酸和電解質(zhì)變化(±s)比較

表2 血尿素、血乳酸和電解質(zhì)變化(±s)比較

1)與第1次測試前比較P<0.05；2)與第2次測試前比較P<0.05；3)與第1次測試后比較P<0.05

測試時間 c(BU)/(mmol·L-1)ρ(La) /(mg·dL-1)[Na+]/(mmol·L-1)[K+]/(mmol·L-1)[Cl-]/(mmol·L-1)[Ca2+]/(mmol·L-1)第 1 次測試前 5.91±1.09 29.80±6.93 141.10±1.49 3.87±0.27 100.00±1.20 2.37±0.09第 1 次測試后 6.06±1.141) 84.77±24.991) 140.93±1.41 3.97±0.161) 98.97±1.431) 2.44±0.081)變化率/% 2.54 184.46 -0.12 2.58 -1.03 2.95第 2 次測試前 6.36±1.081) 25.53±2.831) 141.77±1.591) 3.99±0.24 100.07±1.53 2.36±0.12第 2 次測試后 6.51±1.122)3) 86.40±23.082) 142.40±1.452)3) 4.18±0.222)3) 99.03±1.612) 2.54±0.102)3)變化率/% 2.36 238.43 0.44 4.76 -1.04 7.63

3 討論

3.1 濕熱環(huán)境下運動，肛溫、功率自行車里程及自我感受調(diào)查情況

機體體溫在一定范圍內(nèi)通過自動調(diào)節(jié)產(chǎn)熱和散熱的過程保持相對恒定，是維持正常生命活動和生理過程的必要條件。人體在安靜狀態(tài)下，對體溫調(diào)節(jié)的極限為氣溫 31 ℃，相對濕度 85%或氣溫 38 ℃，相對濕度50%[6]。在本實驗設(shè)計中，受試者在環(huán)境溫度39℃，相對濕度80%的實驗室內(nèi)進行12 min的功率自行車測試，機體產(chǎn)熱和外界環(huán)境熱輻射超過了人體體溫的調(diào)節(jié)極限，再加上空氣中的濕度基本達到飽和狀態(tài)且室內(nèi)幾乎無空氣流動，使得汗液蒸發(fā)受阻，多經(jīng)汗孔排出，形成汗珠覆蓋在體表、丟失。首次熱暴露后測得受試者平均肛溫高達38.14 ℃，部分受試者出現(xiàn)口渴、頭疼、頭暈、耳鳴、胸悶、心悸、煩躁、四肢無力發(fā)酸等不適反應。提示，機體處于濕熱環(huán)境下，雖然因環(huán)境高溫分泌大量汗液，但多為無效性汗分泌，不利于機體散熱，在勞動、訓練過程中更應該注重運動負荷的控制，避免體內(nèi)過度熱積蓄，造成嚴重的病理性熱負荷。

肛溫值作為評價熱習服效果的敏感生理指標，可以有效地反映機體核心溫度，在研究濕熱環(huán)境對人體的影響時被國內(nèi)外學者廣泛采用。Chinevere TD等[7]研究表明，經(jīng)過10 d的熱習服訓練后，機體核心溫度與訓練前相比顯著下降。Kampmann B等[8]研究表明，熱習服后顯著下降的肛溫值有效地減少了生理熱緊張程度。本實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過7 d的熱習服訓練，受試者的肛溫較第1次測試后相比，下降值差異具有顯著性，且在相同濕熱環(huán)境下的運動能力明顯提高，12 min功率自行車記錄里程數(shù)顯著增加，受試者主訴不適感明顯發(fā)生改善，是機體經(jīng)過熱習服訓練后適應環(huán)境的良好表現(xiàn)。

3.2 熱應激運動對血清BU、La、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]的影響

高溫高濕是運動員訓練比賽、軍人作戰(zhàn)訓練以及特殊環(huán)境作業(yè)人員不可避免的環(huán)境條件，如何克服和適應高溫高濕環(huán)境是提高運動員訓練水平和競賽成績、軍人和特殊環(huán)境作業(yè)人員體能及作業(yè)能力與工作效率的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中機體水鹽代謝變化是其制約的重要因素之一。水鹽代謝的平衡是機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡的重要基礎(chǔ)，對保證機體內(nèi)各種生命活動的正常運行具有極其重要的作用。A Mu?oz等[9]的實驗結(jié)果顯示，長距離運動后血液La、[Na+]、精氨酸加壓素(AVP)濃度顯著性升高，[Cl-]和[Ca2+]顯著性下降；但與完成運動設(shè)計的動物相比，因力竭退出的動物血液中，除了有更高La、[Na+]、AVP和更低的[Cl-]外，[Ca2+]也顯著升高。房曉等[10]研究報道，濕熱環(huán)境下運動并于次日清晨空腹取血，習服組和未習服組血清[Na+]均有所升高。Barr SI等[11]報道，長時間處于高溫下運動，機體在不飲水的情況下，血漿[Na+]、醛固酮濃度顯著升高；隨意飲用含Na+的飲料或水，血漿[Na+]則顯著下降。在運動過程中當液體補充與體液丟失基本相等時，血清[Na+]會發(fā)生明顯下降[11-12]，而未補充液體或補充液體總量小于體液流失時，血液中[Na+]則顯著性升高[13-15]，且在濕熱環(huán)境下運動，血漿[Na+]變化也存在同樣特點[11]。

本實驗測試過程中無任何液體攝入，無尿液、糞便排出。測試結(jié)果顯示，第1次測試后血清[K+]和[Ca2+]及代謝產(chǎn)物顯著性升高，[Cl-]顯著性降低，[Na+]變化不顯著。其中，[Na+]保持相對穩(wěn)定可能是機體各種調(diào)節(jié)機制共同作用的結(jié)果。在濕熱環(huán)境中訓練，伴隨機體大量出汗丟失部分 Na+；汗液是一種低滲性液體，隨出汗量增加，機體缺水導致血漿晶體滲透壓升高、循環(huán)血量減少，雙重強化的抗利尿激素(ADH)使腎臟對水的重吸收增加，血漿滲透壓有所回降。

BU是蛋白質(zhì)及其組成成份氨基酸分解代謝的最終產(chǎn)物。在蛋白質(zhì)分解代謝中，蛋白質(zhì)被分解為氨基酸，經(jīng)脫氨基作用形成氨在肝臟中被結(jié)合生成尿素，這是人體內(nèi)清除多余氮的最重要途徑。同時，BU是體內(nèi)含量最高的非蛋白質(zhì)含氮物質(zhì)。血BU指標經(jīng)常和肌酐聯(lián)合使用鑒別診斷疾病，如心臟代償失調(diào)、脫水、蛋白分解增加、腎性高尿素血癥等。在運動生理學領(lǐng)域常用來評定運動員身體機能和運動負荷的重要指標，在運動訓練中有廣泛的應用。在熱應激研究方面，伊長榮等[16]研究表明，急性熱暴露會使蛋白質(zhì)分解代謝加強。邱仞之等[17]研究表明，熱環(huán)境下性激素分泌增加，但熱應激體力負荷導致血清睪酮(testosterone，T)含量和 T/C比值明顯下降。T為同化激素、皮質(zhì)醇(cortisol，C)為異化激素，高溫活動強度和體力消耗很大，分解代謝顯著增強，而合成代謝遠不能滿足分解代謝，導致機體蛋白質(zhì)分解代謝加強。本實驗結(jié)果顯示血清中顯著升高的BU濃度也證明了這一觀點。

3.3 熱習服訓練對血清BU、La、[Na+]、[K+]、[Cl-]和[Ca2+]的影響

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(diào)整機體相關(guān)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[6]。近年來，鍛煉促進熱習服的研究受到關(guān)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[18]。Hyypp? S等[19]研究表明，補充葡萄糖-電解質(zhì)等滲液執(zhí)行 2周的熱習服訓練后，血漿容積(PV)開始恢復、La峰值有所下降、血漿中[Na+]和[Cl-]逐步升高。Michael I等[3]報道，熱習服后膨脹的PV與血漿蛋白質(zhì)和 Na+含量的增加密切相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，訓練第7 d結(jié)束后再次測試，血清[Na+]較當天測試前和第1次測試后均顯著升高。提示，可能是熱習服訓練后機體的良性反應，有助于 PV的增加，從而改善皮膚和骨骼肌的血流量，增加體表散熱能力和運動能力[20]。

文獻報道，經(jīng)過連續(xù)10 d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[21]，熱習服訓練后汗液中離子流失量明顯下降[22]。本文結(jié)果表明，經(jīng)過7 d的熱習服訓練后再次測試，血漿[K+]和[Ca2+]較當天測試前和第1次測試后均顯著性升高，[Cl-]雖較第2次測試前顯著性下降，但下降幅度與第1次測試后基本持平([Cl-]第1次測試后下降1.03%，第2次測試后下降1.04%)。提示，熱習服訓練后，隨著出汗量的明顯增加，汗液中離子濃度卻逐漸減少，可能是習服訓練促使機體相關(guān)生理功能適應性調(diào)整，以保持體液離子濃度、維持血漿容積穩(wěn)定，是機體適應熱負荷和運動負荷的良好反應。習服訓練后，血清中BU濃度雖較當天測試前及第 1次測試后均有顯著性升高，但較第1 d測試后升高幅度卻有所下降(BU第1次測試后升高2.54%，第2次測試后升高2.36%)。表明，經(jīng)過7 d熱習服訓練，機體能量代謝逐漸趨于平穩(wěn)，蛋白質(zhì)消耗量有所回降。血清La濃度在第2次測試前、后較第 1次測試前、后升高幅度較大(La第 1次測試后升高184.46%，第2次測試后升高238.43%)，但第2次測試前La濃度較第1次測試前顯著性降低，兩次訓練后La濃度差異不顯著。表明，熱習服訓練改善了機體的有氧代謝能力，在運動恢復期加速了乳酸的清除速率，同時也增強了濕熱環(huán)境下運動的糖酵解供能能力，是機體適應特殊環(huán)境運動的良好表現(xiàn)。熱應激和熱習服均受下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)系統(tǒng)、交感神經(jīng)-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)和腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。但是濕熱環(huán)境下運動，對機體血清BU、La和電解質(zhì)的調(diào)節(jié)機制是復雜而又綜合的，還有待于在細胞分子水平上進行深入研究。

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Effects of exercising in a hot and humid environment on blood urea, blood lactic acid and electrolyte of the human body

WU Xiao-nan1，3，LIN Jian-di1，QU Ping1，BAO Ying-chun2，MENG Su-ping1
（1.Physical Education of PLA，Guangzhou 510500，China；2.Second Military Medical University，
Shanghai 200438，China；3.Xi’an Communication Institute of PLA，Xi’an 710706，China）

The authors tried to reveal the adaptation of the body exercising in a hot and humid environment through an experiment studying the characteristics of changing of blood constituents of the body in a hot and humid environment, so as to provide corresponding theoretical criteria for training. The authors selected 30 males students with an average age of (21.3±1.1) randomly from a university. The experiment was done in the hot and humid environment training laboratory of Second Military Medical University, where the ambient temperature was controlled to 39 ℃, the relative humidity was 80%. The experiment lasted 9 d, which were divided into a testing stage and a training stage; at the testing stage, a 12 min speed bike test was run 1 d before and after training respectively; before and after the two tests, venous blood was taken from upper limbs (immediately after rectal temperature index was tested); the cycle of the training stage is 7 d, the exercising loads were 15 min of hand free walking on a treadmill,15 min of resistance free exercising on a model BC4730-52 EVERE speed bike, 15 min of exercising on a modelBC8500 EVERE speed bike which was adjusted to 10LEVEL-280WATT/H. The results showed the followings: as compared with the results before the first and second tests, blood urea (BU), lactic acid (La), [K+] and [Ca2+] after the two tests increased significantly (P<0.05), [Cl-] decreased significantly (P<0.05); [Na+] increased significantly(P<0.05) after the second test; after 7 days of heat acclimatization training, as compared with the results before the first test, BU and [Na+] before the second test increased significantly (P<0.05), La concentration decreased significantly (P<0.05); as compared with the results after the first test, BU, [Na+], [K+] and [Ca2+] after the second test increased significantly (P<0.05). The results indicated the followings: after 7 d of intermittent, repeated heat exposure exercising, the body’s protein metabolism and energy supply decreased somewhat; La removing ability was enhanced; various indexes in blood electrolyte changed to different extents, but they were all in range of normal physiology and the range tolerable to the human body; and the exercising ability and self perception were improved,which indicates that heat acclimatization training is conducive for the body to establish a new dynamic stereotype of thermal reaction.

sports biochemistry；hot and humid environment；exercising；serum；heat stress；heat acclimatization

G804.2

A

1006-7116(2012)05-0135-05

2011-11-16

國家社科基金軍事學項目(10GJ163-031)。

吳瀟男（1983-），女，講師，碩士研究生，研究方向：運動人體科學。通訊作者：林建棣教授。