青少年中长跑运动员湿热环境习服汗流失与汗离子的变化

许弟群，王人卫，李国强，吴卫兵，李合，赵璨，陈千红

高温、高湿环境对耐力运动员竞技能力有负面影响，较常温环境机体更容易疲劳[2]。重复热暴露可诱导机体产生适应、降低生理疲劳、改善热舒适感，增加热环境中运动的耐受时间[27]，并可提高机体在热环境和常温环境的运动能力[3，11，18]。一般认为，热习服可降低机体汗钠离子浓度[5，22]，增强汗腺功能、增加出汗率，但其确切机制迄今尚未完全清楚[6，23]。众所周知，汗液含有多种矿质离子，大量体液和矿质离子的迅速丢失可能是耐力运动员疲劳及热痉挛等热疾患发生的主要原因之一[13，30]。热习服是涉及机体多器官系统的多层次的生理过程，受环境[10，28]、负荷强度和持续时间[14]等多种因素的影响。在低温季节，通过模拟湿热环境，探讨热习服过程机体汗液及相关离子的流失量的人体研究鲜见报道。

本研究拟通过模拟湿热环境，了解机体在热习服过程中汗液丢失及矿物离子流失情况，为运动训练、竞技运动采取合理防护措施提供参考依据。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

上海体育学院竞技体校11名男性青少年中长跑运动员志愿参加本实验，运动等级均为国家二级。经问卷调查和医学检查后，最终选取9名被试参加本实验。实验前和被试说明实验目的、流程以及实验的可能风险和不适，签订知情同意书，并由研究方为受试者在实验期间购买意外保险。实验过程中，一名被试要求退出，因其数据不完整，最终完成实验纳入统计的有8人（表1）。

表1 本研究8名被试基本情况一览表Table1 The Characteristics of the 8Subjects

1.2 实验设计

习服方法设计参照文献[32]并略加修改，被试在习服前1天及习服期间避免大强度运动，禁止烟酒等刺激品，连续10天每天在环境房内60min，积极习服前1天进行被动热暴露，体验实验环境，被试可在环境房随意活动。随后9天，被试每天在环境房内先热身5min，然后须完成3次、每次以最大耗氧量40%负荷强度蹬骑功率自行车15 min，次间休息5min，骑车速度要求踏频屏闪指示灯显示绿色为准。环境房温度和湿度分别设定为33℃和RH 80%。

1.3 实验程序

在实验前1周进行最大耗氧量测试，采用可调式功率自行车（Ergoselect 100，Ergoline，Germany）逐级递增负荷至力竭，间接测热法（K4b2，Cosmed，Italy）测得，最大耗氧量为最大耗氧量峰值上下浮动30s的耗氧量均值[15]，求出所对应的功率为最大耗氧量功率。

实验于2011年12月到2012年1月间在上海体育学院模拟环境实验室内完成。实验时，要求被试当天中午12点前用完中餐，午休后适量饮水，提前30min准时到达实验室，排空大小便，进入环境房5min前完成裸体称重和核心温度（直肠温度）检测，佩戴好Polar表（芬兰）监控心率，检测核心温度前30min到运动终末核心温度测试前，被试禁止一切饮食。为尽可能避免生理节律的影响，习服在14∶00～17∶00之间进行，分批进入环境房，每批2～3人。被试进入环境房后按照实验设计进行实验，1h后包裹浴巾走出环境房，测试核心温度，抹干身体称取裸重。测量核心温度仪器为玻璃棒式水银温度计（上海华辰医用仪表有限公司），测量时严格按照说明书进行，专人负责。若发现被试前测核心温度超过37.8℃时，该被试当天习服取消，时间顺延，保证总习服时间不变。裸重用日本欧姆龙HBF－356电子称重计测量，连续测量3次，记录其平均值。在环境房内运动时，被试着运动短裤、运动鞋，上身赤裸。在积极习服的第1、5、9天，除完成上述流程外，被试进入环境房前须完成汗液收集袋的粘贴，具体方法见本文1.5。

1.4 环境条件

本研究高温、高湿模拟环境房由美国Submital A＆S公司建造，规格为4.88m×3.06m×3.7m，温度可控范围为在－40℃～100℃之间，湿度可控范围RH 1%～95%，可根据实验需要设定相应湿度和温度。正常运行时，温度和湿度实际值和设定值在一个单位误差范围内波动。环境房四周封闭，顶部有日光灯照明，环境房门安有透明玻璃，通风换气由管道与外界连接，墙壁有温度和湿度传感器探头，设定温度和湿度后环境会自动调整到设定值，工作状态下环境房空气流量为1 830CFM，噪音70Db。模拟环境房外的大厅及预备室有中央空凋，室温设置在26℃，湿度在RH 40%左右。

1.5 汗液收集及检测

自制汗液收集袋收集汗液，其制作和使用参照文献[8，20]并做适当修改：实验前聚乙烯塑料用去离子水浸泡1天，去离子水再冲洗3遍，置室温下阴干，适当裁剪，主体做成圆筒状，并在筒状下沿做一连体漏斗状收集袋，以封口机密封备用。

使用方法：在积极习服的第1、5、9天，被试进入环境房前，用肥皂将其左手擦洗干净，温热自来水彻底冲洗，温热蒸馏水再润洗数遍，干净纱布抹干，将汗液收集袋套于上臂，在肱二头肌两端以医用胶布缠绕，松紧适度，上端纵向粘贴在左肩峰处，避免其在运动过程中脱落。运动结束后，干净夹钳移去汗液收集袋，移液枪精确移取汗液置于5ml离心管中，电子天平（JA5003，上海方瑞仪器厂）秤取离心管前、后质量，离子选择电极法（HITACH 2100全自动生化分析仪，日立公司）检测汗液Na＋、K＋、Cl－。

1.6 有关检测指标的计算

汗液流失总量由运动前、后体重差值表示，汗液密度由离心管汗液质量和其体积比值所得，汗液流失总量和密度比计算出流失汗液体积，人体表面积计算参照胡咏梅公式[1]，其中，身高、体重为基本信息数值代入，根据文献[15，31]评估汗液离子流失总量，汗液离子流失总量用汗液流失体积与相应离子浓度之积表示。

1.7 数据统计分析

2 结果

2.1 积极热习服运动终止时心率和核心温度的变化

如图1所示，被试习服期间运动终止平均心率和核心温度均呈进行性下降。以第1、5、9天的相应数据进行重复测量的方差分析，心率和核心温度检验结果分别为：F＝15.059、P＝0.006和F＝6.531、P＝0.038，差异显著，均有统计学意义。配对t检验表明，被试运动即刻心率从积极习服的第1天约131±11bpm到第9天的约121±8 bpm，平均下降了约10bpm（t7＝3.881，P＝0.006），此外，第1天与第5天心率值比较未见显著意义（t7＝1.940，P＝0.094），而第5天与第9天比较具显著意义（t7＝4.762，P＝0.02）；运动终末核心温度从积极习服第1天的38.36℃±0.32℃到第9天的38.08℃±0.17℃，平均下降0.28℃（t7＝2.556，P＝0.038），第1天与第5天比较（t7＝1.861，P＝0.105）、第5天与第9天比较（t7＝1.426，P＝0.197）均未见显著意义。

图1 本研究9天积极热习服运动终止心率和核心温度示意图Figure1.Heart Rate and Rectal Temperature during 9Days of Active Heat Acclimation （±SD）

2.2 积极热习服期间出汗率的变化

被试习服期间总出汗量如图2所示，习服期间汗液总量及单位体表出汗率均呈进行性增加，对第1、5、9天数据进行重复测量方差分析，检验结果分别为：F＝13.576、P＝0.008和F＝14.815、P＝0.006。出汗率从第1天的0.95±0.256kg/h到第9天的1.35±0.421kg/h（t7＝3.928，P＝0.006），约增加了42.1%，单位体表面积出汗率结果与其类似（表2）。

图2 9天积极热习服机体出汗率示意图Figure2.Whole－body Sweat Rate during 9Days of Active Heat Acclimation （±SD）

2.3 积极热习服期间汗液电解质的变化

表3显示，运动热习服期间汗钠离子和氯离子浓度均呈进行性下降，有显著性差异，重复方差分析结果为[Na＋]sweat（F＝11.350，P＝0.012），[Cl－]sweat（F＝11.436，P＝0.012），配对t检验显示上述两种离子浓度积极习服第1天较第9天及第5天较第9天均具显著性差异；习服期间[K＋]sweat未见显著性差异（F＝0.002，P＝0.965）；有趣的是，3种离子随汗液流失总量在习服期间均未见显著性差异，3种离子流失总量均出现先增加高于、习服后下降低于初始值，重复方差检验结果分别为：Na＋losssweat（F＝0.082，P＝0.783）、K＋losssweat（F＝2.489，P＝0.159）、Cl－losssweat（F＝0.102，P＝0.758）。

表2 本研究青少年中长跑运动员积极习服第1、5、9天出汗率和单位面积出汗率一览表Table2 Whole－body Sweat Rate and Unit Area Sweat Rate of Day 1、5、9of Active Heat Acclimation

表3 本研究青少年中长跑运动员积极习服第1、5、9天汗离子浓度及其总量一览表Table3 Ending Heart Rate and Core Temperature of Day 1、5、9of Active Heat Acclimation

3 讨论

运动员、军事人员、消防员等有可能在湿热环境下工作，在未热习服或适应时，类似职业的人员往往穿戴防护设备以减少对机体体温调节能力的要求，从而减少热疾患的发生率[17，24]。热习服不但可以提高机体在湿热环境的工作能力，还可以降低热疾患的发生率[17，24]。热习服后，机体泌汗反应、血容量、细胞外液以及最大耗氧量均增加，并且降低机体相同环境运动心率和核心体温等[18]，提高运动员在训练或比赛时核心温度超过40℃时的耐受力[33]。以往研究表明，在高温干燥环境中训练9～12天后是经典、明显有效的热习服时间[21]；也有文献报道，热习服可在更短时间内获得，但这种快速习服的证据仍有局限[12]。国内、外一些动物和人体实验表明，机体习服的时间是建立在环境和被试状态基础上的，热习服生理评价指标目前已公认的主要有机体核心温度、心率及泌汗率等。因此，不同环境和条件的习服时间、强度等参数也不完全相同。

本研究经过1天的热暴露和9天的湿热环境主动习服，被试运动心率、核心温度呈进行性下降，机体总排汗率及单位体表泌汗率均呈进行性增加，在习服末期较初期均有显著意义，这和有关文献报道结果相一致[15，19，27]，习服后运动心率和核心温度下降是公认的习服生理标志[7，9，11，16，32]。热习服提高了机体汗腺功能的主要原因可能是[6]：增加了汗腺周围乙酰胆碱的浓度、增强了外分泌腺胆碱能神经元的敏感性及汗腺体的肥大。此外，有些文献报道，运动心率和核心温度可在习服期3～6天出现显著 下 降[6，11，12，32]，本研究结果与其不完全一致，这可能与热习服环境条件及运动强度相关。与本研究环境条件相比较，这些文献报道的习服环境温度设置更高、运动时间更长，但湿度低于本研究设置值。结合文献与本研究结果，笔者认为，在保证机体安全情况下，相关习服参数设置对机体刺激越强，习服时间可能越短。但就习服时间而言，每天90min左右的积极习服已被认可[32]。需要指出的是，本研究总排汗量以机体前、后体重差表示，这与实际值有一定差异，因为呼吸道也排出了部分体液和代谢气体，因而可能低估了实际值[6]。

在汗液矿质离子方面，本研究结果表明，在积极习服期间，机体汗Na＋、Cl－浓度进行性下降，初末期比较有显著性差异，汗K＋浓度在习服期间未见显著变化，这与文献[5，8]报道结果一致。汗液中这些离子浓度的下降目前主要认为可能是醛固酮介导了汗腺对相关离子的重吸收从而起到保存离子的作用[25，26]。汗钠、钾离子浓度已经广泛研究并被认为是热习服诱导的电解质变化的主要标志，其他矿质离子的变化可能与其协同一致[8]。然而，就汗离子丢失总量来看，本研究对3种离子评估结果表明，在积极习服过程中均未见显著性差异，而且，其总量均表现为先高于、后低于初期值。这个结果和Chinevere[8]报道不完全一致，他的研究表明汗钾流失总量与本研究结果一致，而汗钠及其他矿物质流失总量热习服后均显著下降。出现这种结果差异的原因，一方面可能是习服环境和机体习服程度的差异所致；另一方面，汗液收集的部位和方法也有可能导致研究结果的差异。目前，由于技术条件限制，绝大部分研究汗液矿物质成分时，收集汗液方法多采用汗贴、贴汗液收集袋等局部收集汗液的方法，尽管有研究表明，不同部位的汗液离子浓度有较好的相关关系[15]，但仍然可能高估了汗离子水平。因为，这些方法可能使被贴或包裹部位泌汗功能受到影响，从而使由此计算出来的结果较相对准确的全身洗脱法[4，16，20，29]高 估 。

4 结论

经过10天的湿热环境热习服，运动员心率和核心温度降低，汗腺功能增强，汗离子浓度下降，机体顺利习服。本研究表明，人体习服过程相应矿物质汗流失总量先升后降，提示，运动员在热习服或湿热环境连续运动训练时应根据机体流失总量合理补充矿物质离子。

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