湿热环境下运动对汗液中尿素、乳酸和电解质的影响

吴潇男，林建棣，曲 平，包瀛春，孟苏萍

热环境下运动，汗液蒸发成为机体散热和维持热平衡的主要途径。热环境下运动或作业，通过汗液途径排出电解质成分，如K+、Na+、Cl－、Ca2+、CU2+、Zn2+、Fe2+等比较显著［1］。人体长时间在热环境下着防护装备(实际上相当于处在高热、高湿环境下)进行作业，可导致中暑等意外事件发生。通过在高热、高湿环境下的运动训练，可有效提高机体热负荷耐受能力［2］。因此，研究高温高湿环境下机体的习服规律，分析热习服训练过程中汗液成分变化与时间的联系，可揭示湿热环境下运动的身体适应规律，对了解机体适应不良环境的影响，保持正常生活和作业能力具有重要意义。

1 对象与方法

1.1 对象 选择某大学30 名男性志愿者，平均(21.3 ±1.1)岁，平均体重(64.0 ±7.6)kg，身体健康，无习服训练经验，无重大疾病史。所有对象均签署知情同意书。

1.2 训练方法 训练周期为7 d，训练过程按照循序渐进的原则进行。进入实验室依次完成静坐10 min，踏步机徒手踏步15 min，艾威BC4730－52 型功率自行车无阻力运动15 min，艾威BC8500 型功率自行车调至10LEVEL－280WATT/H 运动15 min。在整个实验周期，受试者作息时间、饮食状况及日常活动与平时一致，实验安排在每天19:00 ～21:00 进行。

表1 男性志愿者湿热环境下运动汗液成分随训练周期的变化(n=30;±s)

表1 男性志愿者湿热环境下运动汗液成分随训练周期的变化(n=30;±s)

注:与训练第1 天比较，①P ＜0.05;与训练第6 天比较，②P ＜0.05

训练周期Urea(mmol/L)La(mg/dl)Na +(mmol/L)K +(mmol/L)Cl －(mmol/L)第1 天12.83 ±5.06②143.70 ±29.09②144.73 ±56.06②9.74 ±4.24②118.50 ±49.13②第2 天11.19 ±3.95②137.73 ±21.14②131.37 ±43.90①②8.51 ±2.59②106.07 ±32.93①②第3 天10.79 ±4.56①②131.73 ±28.18②119.20 ±65.46①②9.07 ±4.03②97.30 ±58.51①②第4 天9.02 ±2.64①②127.93 ±26.76①102.93 ±27.52①②8.47 ±2.16①②83.40 ±23.75①②第5 天7.85 ±2.36①②119.43 ±27.14①88.10 ±29.48①②7.73 ±3.53①②71.40 ±24.75①②第6 天6.09 ±2.16①117.93 ±23.50①68.93 ±25.39①5.55 ±1.76①55.60 ±21.17①第7 天8.54 ±2.72①②117.23 ±27.69①85.60 ±28.61①②7.81 ±2.84①②69.80 ±24.21①②

1.3 场地与设施 实验室选择第二军医大学湿热环境训练实验室。模拟环境实验室面积123 m2，层高3 m，可同时容纳40 人训练。环境制热采用地面、墙体电加热辐射与顶部光照的方法，设计最高温度46 ℃，多处分层温度探测器，可控制环境温度稳定在设定范围内。环境加湿:由电锅炉将蒸汽从管道输送至实验室，根据传感器显示的湿度，通过阀门调节可控制实验室湿度，设计最大湿度90%。实验室内安装有CO2报警探测、环境气体交换和室内气体对流装置等，配有休息室和医疗护理室。训练过程中环境温度控制在39℃，相对湿度为80%。

1.4 测试指标 训练开始后30 min 采集汗液冷冻保存，汗液成分分析采用Thermo Scientific iCAP 6000 Series ICP 等离子体发射光谱仪。训练后即刻测试肛温，传感器插入肛门7 ～8 cm，温测仪采用沪制XJM1－WSC－411 型Digital Thermometer。

1.5 统计学处理 采用SPSS19.0 软件包进行处理，计量数据以±s 表示，采用重复测量资料的方差分析比较差异，P ＜0.05 表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 肛温监测结果及自我感受调查 在整个训练周期中，根据中国人体质特点，严格按照杜桂仙等［3］提出的生理耐受上限肛温值38.9 ℃指导受试者调控运动负荷。在7 d 的训练过程中，监测到的每天平均肛温最高值为38.7 ℃。个人肛温最高值为39.7℃，但通过询问个人自我感受，并无异常状况，适应能力良好。自我感受调查结果表明，除口渴感觉外，头痛、头晕、耳鸣、胸闷、心悸、烦躁、四肢无力发酸等湿热环境下典型不适症状，均随训练天数的增加而逐渐减轻。

2.2 汗液中尿素、La、Na+、K+、Cl－变化情况 如表1 所示，与训练第1 天相比，汗液成分中尿素浓度、La 浓度、［Na+］、［K+］、［Cl－］分别在训练的第3 天、第4 天、第2 天、第4 天、第2 天出现明显下降，且差异具有统计学意义(P ＜0.05);第7 天各指标较第1 天均下降，且差异具有统计学意义(P ＜0.05，表1)。

汗液中尿素浓度、［K+］均呈现波段性下降趋势，至第6 天降至最低值，随后开始回升;汗液中La浓度下降幅度不大，坡度趋于平坦;汗液中［Na+］、［Cl－］从训练第1 天起持续快速下降，训练第6 天降至最低值，随即开始反弹。

3 讨论

3.1 湿热环境下运动对水电解质代谢的影响 水电解质代谢平衡是机体维持内环境稳态的重要生理基础，当人体所处的环境温度高于体温时，机体为继续维持体内热平衡大量泌汗，同时也伴随着电解质的丢失。McCutcheon 等［4］通过动物实验发现，在湿热环境下训练，出汗量和离子流失量较其他环境均有显著性增加。在本实验第1 天，记录到汗液中的［Na+］、［K+］、［Cl－］分别达到(144.73 ±56.06)、(9.74 ±4.24)、(118.50 ±49.13)mmol/L。国内外大量研究证明，机体多种具有重要生理作用的金属离子如Na+、K+、Cl－等缺失，使细胞中一系列生理活动如生物信号转导、含金属离子辅酶的酶蛋白功能、能量代谢、细胞运动等严重紊乱，机体感到极度疲倦、眩晕，并可能发生肌肉病理性痉挛、精神紊乱、神经传导阻碍，甚至昏迷，死亡［5］。在实验阶段，也有受试者反应在训练结束后出现了肌肉痉挛、疲劳等症状。提示，在湿热环境下劳动、运动，合理补充含有电解质的饮料对于保持机体健康状态和维持长时间劳动、运动能力尤为重要。

3.2 湿热环境下习服训练汗液成分的变化

3.2.1 热习服训练始、末汗液成分变化特点 热习服(heat acclimatization)是指对热环境不适者反复暴露于高温环境，通过调整机体相关生理代偿能力，使生理性热紧张状态获得暂时改善，对热耐受能力提高的现象［5］。近年来，研究锻炼促进热习服引起了普遍的关注，锻炼因子中要有热刺激，才能使机体对热产生特异性习服反应［6］。Buono 等［7］实验证明，经过连续10 d 的热习服训练后，机体汗腺功能明显发生适应性改善，出汗率显著性增加［7］。Lorenzo 等［8］也证明了习服训练后出汗率的显著增加，但这种增加是由于机体汗腺功能对热习服训练的适应性改变，而非结构上的改变。此外，McCutcheon等［9］研究报道，热习服训练后汗液中离子流失量明显下降，以［Na+］下降最为明显。

在湿热环境中训练，由于血浆晶体渗透压的增高和循环血量的减少，双重强化的抗利尿激素使肾脏对水的重吸收增加，无机盐和代谢产物排出体外的途径主要以分泌汗液为主。在本实验实施过程中，所有受试者均无尿液、粪便排出。研究结果显示，习服训练第7 天较第1 天相比，汗液中的尿素浓度、La 浓度、［Na+］、［K+］、［Cl－］均有下降，且差异具有统计学意义。其可能机制除了习服训练使汗腺功能得到改善，出汗量明显增加，相对稀释了溶质浓度之外，也可能是由于机体相关生理功能的适应性改变，使离子丢失的绝对量减少所致，其具体机制还有待于进一步的研究。同时，尿素、La 作为重要的功能状态指标，训练结束后均显著下降，说明随着训练天数的增加，机体逐渐对训练负荷及热负荷产生了生理适应性，肌肉中的能量代谢平衡逐渐趋于稳定，也是受试者在湿热环境中机体习服状态良好的反应。

3.2.2 热习服训练过程中汗液成分变化趋势 目前，国内外关于湿热环境下习服训练过程中汗液成分的变化趋势报道鲜见。本研究表明，除La 浓度从训练的第6 天下降开始趋于平稳外，其余汗液成分指标均在训练的第6 天降至最低值，随后出现明显的回升趋势。其可能机制是，此时机体通过反复的高温暴露后，热习服进入了调整巩固阶段，各项适应性功能趋于改善，机体新的热反应动力定型建立，汗液分泌机制进一步提高，汗蒸发率增高。提示湿热环境中的习服训练在本实验设计的训练强度和训练时间基础上至少需要6 d 的时间。此外，Morgan等［10］证明，热环境中训练除汗液中的［Na+］、［K+］、［Cl－］显著升高外，血浆醛固酮含量也显著增加。在本实验训练过程中，［Na+］下降幅度明显大于［K+］下降幅度。提示热习服后可能存在某种机制使细胞膜上Na、K 离子通道的通透性发生相应的改变，与“肾素—血管紧张素—醛固酮”系统(renin－angiotensin－aldosterone system，RAAS)共同执行着保钠排钾的效应。

［1］ 邱仞之，伍超英，胡德泉，等. 高温下身着防毒服作业全身汗中营养成分流失的初步研究［J］. 第一军医大学学报，1994，14(1):15－17.

［2］ 邱仞之，伍超英，胡德泉，等. 高湿热锻炼的生理特征和习服效果评价［J］. 第一军医大学学报，1992，12(1):24－27.

［3］ 杜桂仙. 热环境劳动的生理上限［J］. 军事医学科学院院刊，1985，9(4):375－378.

［4］ McCutcheon L J，Geor R J，Hare M J，et al. Sweating rate and sweat composition during exercise and recovery in ambient heat and humidity［J］. Equine Vet J，1995(20):153－157.

［5］ 吕永达，霍仲厚. 特殊环境生理学［M］. 北京:军事医学科学出版社，2003:70－71.

［6］ 邱仞之. 环境高温与热损伤［M］. 北京:军事医学科学出版社，2000:96－97.

［7］ Buono M J，Numan T R，CLaros R M，et al. Is active sweating during heat acclimation required for improvements in peripheral sweat gland function ［J］. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2009，297(4):1082－1085.

［8］ Lorenzo S，Minson C T. Heat acclimation improves cutaneous vascular function and sweating in trained cyclists［J］. J Appl Physiol，2010，109(6):1736－1743.

［9］ McCutcheon L J，Geor R J，Ecker G L，et al. Equine sweating responses to submaximal exercise during 21 days of heat acclimation［J］. J Appl Physiol，1999，87(5):1843－1851.

［10］ Morgan R M，Patterson M J，Nimmo M A. Acute effects of dehydration on sweat composition in men during prolonged exercise in the heat［J］. Acta Physiol Scand，2004，182 (1):37－43.