翁錫全, 王朝格, 林寶璇

(廣州體育學(xué)院,廣東 廣州 510500)

星移斗轉(zhuǎn),天氣變冷是一種自然現(xiàn)象,也是開展體育運(yùn)動(dòng)經(jīng)常遇到的環(huán)境氣象條件,某些體育項(xiàng)目甚至必須依賴?yán)洵h(huán)境才能開展。一般來說,體育運(yùn)動(dòng)中的冷環(huán)境是指陸上溫度低于12 ℃的運(yùn)動(dòng)環(huán)境,當(dāng)然冬季項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)環(huán)境溫度可能會(huì)更低。冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng),機(jī)體會(huì)產(chǎn)生一系列與常溫、高溫環(huán)境不同的生理生化變化,特別是運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的物質(zhì)和能源代謝情況會(huì)有很大差異,以應(yīng)對(duì)冷環(huán)境下能量消耗的增加[1]。第24屆冬奧會(huì)將于2022年在北京舉行,探討冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)機(jī)體體溫調(diào)節(jié)、物質(zhì)能量代謝的特點(diǎn),減少寒冷應(yīng)激對(duì)運(yùn)動(dòng)能力表現(xiàn)的影響,對(duì)教練員和運(yùn)動(dòng)員具有十分重要的意義。由于人體對(duì)冷環(huán)境的應(yīng)激不如適應(yīng)高溫的能力強(qiáng),因此冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力表現(xiàn)歷來受到教練員和科研人員的高度重視。以下從生化角度分析冷環(huán)境與運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)系。

1 冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)身體反應(yīng)與體溫調(diào)節(jié)

冷環(huán)境下,機(jī)體對(duì)流散熱增加,如遇上強(qiáng)氣流的作用,更加速對(duì)流散熱并降低服裝的隔熱性,能量消耗增加,引起機(jī)體散熱與產(chǎn)熱失衡,導(dǎo)致體溫下降,影響肌肉張力,增加凍傷發(fā)生的可能。為應(yīng)對(duì)體溫下降,機(jī)體通過生理和代謝反應(yīng)減少散熱,激活以增加產(chǎn)熱為主的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng),保持核心體溫的相對(duì)穩(wěn)定。

靜息狀態(tài)下,人體對(duì)冷應(yīng)激的最早反應(yīng)是通過皮膚冷覺感受器反射,引起皮下血管收縮減少向體外散熱。當(dāng)基礎(chǔ)代謝的產(chǎn)熱不能維持體溫,同時(shí)血管運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)不能彌補(bǔ)寒冷引起的散熱時(shí),機(jī)體通過寒顫(ST)和非寒顫(NST) 2種形式增加產(chǎn)熱。所謂ST是指在冷環(huán)境下骨骼肌發(fā)生自主、非同步的收縮產(chǎn)生的能量大部分轉(zhuǎn)變成熱量的現(xiàn)象;而NST是非骨骼肌組織未做機(jī)械功情況下代謝產(chǎn)生熱量。在冷環(huán)境下,骨骼肌寒顫性產(chǎn)熱最高可達(dá)基礎(chǔ)代謝的5倍,而在常溫運(yùn)動(dòng)過程中,肌肉收縮可使機(jī)體代謝率增加15～20倍[2]。因此,在冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)由于機(jī)體能量代謝速率的提高,運(yùn)動(dòng)可部分或全部取代寒顫性的產(chǎn)熱。但是,由于運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體骨骼肌血管舒張,導(dǎo)致外周血流增多,促進(jìn)散熱,降低了身體對(duì)寒冷的絕緣能力,進(jìn)一步增加熱量消耗。這一點(diǎn)可能是不同程度低溫環(huán)境影響核心體溫調(diào)節(jié)而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力表現(xiàn)差異的關(guān)鍵所在。在冷環(huán)境溫度不太低(如11 ℃)的情況下,由于運(yùn)動(dòng)加速血液流向外周,增加了散熱,這時(shí)反而可有效避免運(yùn)動(dòng)能量代謝增強(qiáng)引起的核心體溫過高[3]。相反,如果冷環(huán)境溫度過低(0 ℃以下),則使熱量大量流失而引起核心體溫下降,這種情況常常在冬季項(xiàng)目或冷水中運(yùn)動(dòng)及陸上服裝保溫不良的運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)。

當(dāng)然,長期在低溫環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,一方面可提高機(jī)體基礎(chǔ)代謝,使骨骼肌寒顫閾值升高,并使NST產(chǎn)熱增加;另一方面,可改善機(jī)體體溫調(diào)節(jié)的感受性,增強(qiáng)耐寒能力。其調(diào)節(jié)機(jī)制可能與甲狀腺素分泌增加,交感—腎上腺系統(tǒng)活動(dòng)增加,以及降低身體各組織的某些低效代謝反應(yīng)和白色脂肪棕色化等有關(guān)[4]。

2 冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)機(jī)體物質(zhì)能量代謝特征

人體冷環(huán)境下靜息時(shí)基本依賴寒顫這種方式獲得熱量,由于ATP、CP在骨骼肌中儲(chǔ)量少,因此,寒顫期間肌肉收縮需要依靠糖、脂肪、蛋白質(zhì)等的氧化維持能量供應(yīng),此時(shí)耗氧量增加。而這些能源物質(zhì)儲(chǔ)量和代謝效率不一樣,為維持寒顫期間ATP再合成和產(chǎn)熱,需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間以適宜的速度從肌內(nèi)儲(chǔ)備或通過循環(huán)從其他組織向寒顫的肌肉提供這些底物。糖、脂肪和蛋白質(zhì)的供能順序和比例與冷刺激強(qiáng)度、時(shí)間和能源物質(zhì)供給有關(guān)。在冷暴露期間,從能源物質(zhì)儲(chǔ)量獲取和代謝方式分析,溫度越低,肌糖原和血糖越是首選。當(dāng)糖原儲(chǔ)備量正常的機(jī)體暴露在冷環(huán)境時(shí),糖類能提供所需全部熱量的20%～80%,其中,肌糖原占75%～80%,血糖占20%～25%。但是,在極端寒冷環(huán)境下,血糖具有更高的代謝率,發(fā)揮更強(qiáng)的耐寒作用。當(dāng)機(jī)體血糖水平過低(<2.5 mmol/L)時(shí)則會(huì)加速核心體溫的下降[5]。因?yàn)槔浯碳ぴ黾恿艘葝u素和葡萄糖向組織輸送,引起組織對(duì)葡萄糖的攝取增加,血液循環(huán)中葡萄糖減少,影響骨骼肌寒顫時(shí)糖的氧化產(chǎn)熱,導(dǎo)致核心體溫下降。如冷環(huán)境溫度不太低引起低強(qiáng)度顫抖時(shí),動(dòng)用的脂肪增加。當(dāng)糖原儲(chǔ)量減少時(shí),脂肪和蛋白質(zhì)增加氧化速率以維持產(chǎn)熱。當(dāng)然,除骨骼肌寒顫性產(chǎn)熱外,棕色脂肪組織非寒顫性產(chǎn)熱也對(duì)總產(chǎn)熱率有顯著作用。這是人們利用適宜冷環(huán)境進(jìn)行減肥的理論基礎(chǔ)。

冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)可引起體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝增加,但相對(duì)于糖的利用而言,其代謝供能量的增加幅度有限[8]。

3 冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與應(yīng)對(duì)措施

運(yùn)動(dòng)能力表現(xiàn)與環(huán)境溫度的變化有密切關(guān)系,不同環(huán)境溫度對(duì)運(yùn)動(dòng)員的生理機(jī)能有不同影響,運(yùn)動(dòng)能力也會(huì)隨之發(fā)生改變。在溫度過低環(huán)境下(<0 ℃)運(yùn)動(dòng),一方面低溫導(dǎo)致肌纖維粘滯性加大,骨骼肌興奮性及協(xié)調(diào)性下降,肌肉僵硬,關(guān)節(jié)靈活性減弱,容易發(fā)生肌肉和肌腱撕裂、抽筋,增加運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面,低溫加劇人體外周血管收縮和外周血流量降低等生理反應(yīng),影響骨骼肌的收縮功能,降低肌肉最大張力,從而削弱其高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)能力。這一點(diǎn)也可從低溫環(huán)境下運(yùn)動(dòng)前被動(dòng)加溫降低主觀性工作強(qiáng)度,提高高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)成績得到證明。此外,由于低溫加速了白色脂肪棕色化作用,引起非寒顫性產(chǎn)熱增加,再加上運(yùn)動(dòng)對(duì)氧的消耗增加,呼吸交換比率加快,這時(shí)低溫空氣更易造成呼吸道感染。同時(shí),由于體溫降低導(dǎo)致某些酶活性下降,進(jìn)一步影響骨骼肌代謝供能的能力。低溫刺激使交感神經(jīng)興奮和腎上腺素分泌增多,外周血管收縮,血容積減少,造成尿量增加,以及運(yùn)動(dòng)時(shí)排汗等造成機(jī)體脫水,影響機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力的表現(xiàn)。

在適宜低溫環(huán)境(10 ℃左右)下運(yùn)動(dòng),則能提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。因?yàn)榈蜏丨h(huán)境可抵消運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量,使運(yùn)動(dòng)員的核心體溫降低,增加最大輸出功率,延長運(yùn)動(dòng)時(shí)間,提高運(yùn)動(dòng)耐力能力。同時(shí),在適宜低溫環(huán)境下進(jìn)行耐力訓(xùn)練,可改善運(yùn)動(dòng)員體溫調(diào)節(jié)的感受性和產(chǎn)熱反應(yīng)能力,有效提高機(jī)體的耐寒能力。適宜低溫提高運(yùn)動(dòng)耐力的原理也應(yīng)用于高溫環(huán)境運(yùn)動(dòng)前的預(yù)冷處理。高溫時(shí),通過適當(dāng)降溫的方法如全身或四肢冷水浸泡、面部噴灑冷水、呼吸冷氣或飲用冰水等增加熱量消耗,可有效降低運(yùn)動(dòng)員比賽期間的核心體溫,提高其耐力水平。

冷環(huán)境引起機(jī)體生理和代謝反應(yīng),因此,訓(xùn)練和比賽前應(yīng)針對(duì)性地做好應(yīng)對(duì)措施。一是注意穿著薄厚適宜,最好是棉質(zhì)服裝,在不影響運(yùn)動(dòng)的同時(shí)注意保暖,以防凍傷。二是做好充分的準(zhǔn)備活動(dòng)或被動(dòng)加溫,提高體溫,改善肌肉和關(guān)節(jié)的活動(dòng)能力,防止運(yùn)動(dòng)損傷。三是運(yùn)動(dòng)時(shí)盡量使用鼻子呼吸,減少冷空氣對(duì)咽喉、呼吸道的刺激,避免上呼吸道感染。另外,根據(jù)低溫環(huán)境機(jī)體的代謝特點(diǎn),長時(shí)間運(yùn)動(dòng)或訓(xùn)練時(shí),應(yīng)給運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)充充足的能源物質(zhì),如糖和氨基酸,同時(shí)保證充足的水及維生素?cái)z入。此外,在熱帶或溫帶生活、訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員,如要到冷環(huán)境的異地比賽,賽前盡可能早地進(jìn)行冷習(xí)服,使運(yùn)動(dòng)員更好地適應(yīng)冷環(huán)境下運(yùn)動(dòng)。

4 小結(jié)

冷環(huán)境是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、比賽中經(jīng)常遇到的一種天氣現(xiàn)象,不同溫度冷環(huán)境引起機(jī)體生理和代謝反應(yīng)不一樣,但都圍繞維持體溫和滿足運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌能量需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度越低,對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響越大,而適宜的低溫,則可提升運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。同時(shí),隨溫度的降低或運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增大,運(yùn)動(dòng)中糖的供能比例趨于增大,而脂肪氧化代謝供能比例呈下降趨勢(shì)。但是,經(jīng)常在冷環(huán)境下訓(xùn)練可促進(jìn)脂代謝,增強(qiáng)脂肪組織非寒顫性產(chǎn)熱的能力,提高機(jī)體冷環(huán)境下大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)的能力。為應(yīng)對(duì)低溫對(duì)機(jī)體功能的影響,冷環(huán)境下訓(xùn)練和比賽前應(yīng)做好應(yīng)對(duì)措施。