湿热环境习服训练的人体汗盐成分变化

肖 辉,朱钊民,雷德桥

(第二军医大学研究生管理大队,上海200433)

湿热环境下人体汗液分泌量很大,蒸发却很少,从而造成带走热量较少的同时身体失水。在湿热环境下,由于大量出汗,人体体液减少,矿物元素丢失,加上机体代谢机能的下降,最终致使作业能力降低。开展湿热环境下的适应性训练,是减少湿热环境带来不良影响的重要途径之一[1]。而在进行大规模人群训练前,掌握训练中人体的生理生化变化至关重要,也是训练安全的保证。

热习服指机体对高温环境的适应及耐受过程,热习服后,机体运动后的核心温度、心率将会降低,而出汗率将升高[2,3]。邱仞之等的研究发现,热习服后,汗液中钾、纳、钙、镁、铜、铁等电解质都有不同程度降低[4,5],但其未对汗盐浓度在整个热习服训练过程中的变化情况及丢失情况做相关描述。为掌握人体在湿热环境训练中的汗盐成分变化规律,并为进一步训练研究做准备,我们进行了湿热环境下的相关实验。

1 材料和方法

1.1 受试者的选择

选取某高校60名18～24岁体能合格的健康男性志愿者作为受试对象,年龄21.3±1.1岁,所有受试者均已了解人工湿热环境训练设备及其使用方法,所有受试对象知情同意并签署知情同意书,实验期间受试者饮食规律良好,睡眠充裕,未患任何疾病。

1.2 场地与设施

模拟环境实验室 (见本专栏 《湿热环境习服训练对12 min负重跑的影响》1.2)。

1.3 组织方式与测试方法

本试验于冬季进行,将60名志愿者随机分为实验组30人、对照组30人。实验组进行湿热环境训练,训练内容为热环境下负重训练,包括湿热环境静坐、踏步机徒手踏步、小功率自行车骑行、大功率自行车骑行,每日训练1次,持续一周,训练时湿热环境的温度、湿度始终分别控制为39℃/80%。试验期间,试验组除每日进行一次热习服训练外,其余与对照组相同。对照组在试验组训练期间继续日常活动。在实验组热习服训练前一天和训练结束后一天,两组受试者统一着体能作训服在湿热环境下进行12min大功率自行车骑行,并在测试过程中收集汗液。此外,实验组每日热习服训练时在大功率自行车骑行过程中进行汗液收集 (故连续9天收集实验组受试者的汗液样本)。测试或训练前,所有受试者均进行上肢和头面部清洁,收集汗液时优先选择下颌部,若颌面部出汗量较少,则选择双肘。出汗量用BCA-2A人体成分析仪结合饮水量测定。有研究发现增加营养摄入不会对人体冷热习服及汗液成分造成影响[6,7],故本次试验未对受试者进行饮食控制。

1.4 数据采集和统计学处理

汗液样本一部分送至第二军医大学附属长海医院实验诊断科检验,另一部分送至第二军医大学海医系军队卫生教研室检验。参与检测人员及数据录入人员均不参与试验组织与设计。对两组人员训练前的各组数据进行t检验,两组人员实验后汗盐成分的增值进行重复测量资料的方差分析。对实验组汗盐成分的每日测量值进行单因素重复测量设计资料的方差分析,并对习服训练期间的每次测量结果与第一次测量结果进行比较。

2 实验结果

2.1 湿热环境训练对汗盐成分的影响

表1 两组在实验前后汗盐成分变化对比

表1显示,湿热环境训练前各组数据进行成组资料的t检验后,所得P均大于0.05,说明训练前试验组和对照组尿素、钠、钾、氯和乳酸等汗盐成分的差异无统计学意义。随后对各汗盐成分采用自身前后对照的配对t检验和重复测量资料的方差分析。试验组湿热环境训练前后钠、氯和乳酸浓度下降值具有统计学意义,而尿素和钾浓度下降无意义。对照组两次标准测试样本仅发现尿素浓度有所降低。两次标准测试中试验组与对照组相比较,钾盐和乳酸差别无统计学意义,钠和氯差别有明显统计学意义,可认为实验组钠、氯浓度较对照组明显降低。而实验组和对照组尿素浓度差别有统计学意义,对照组相比实验组尿素浓度有所下降,造成这种情况的可能原因为实验对象的个体差异。

2.2 湿热环境训练中汗盐成分的动态变化

表2 实验组湿热环境训练期间及前后汗盐成分变化情况 (mmol/L)

表3 实验组湿热环境训练期间汗盐成分相对训练前的LSD检验

表2显示,实验组受试者汗盐中尿素、纳、氯、乳酸浓度随着训练的进行逐渐下降,除乳酸外均在训练第6天达到最低值,随后出现上升;乳酸浓度在训练第7天才达到最低值;钾浓度于训练第3天出现小幅上升,随后继续下降,并于训练第6天达到最低值。对尿素、钠、钾、氯、乳酸等汗盐成分浓度的测量结果进行单因素重复测量资料的方差分析,其球对称假设检验结果p均小于0.05,资料的协方差矩阵不满足球对称条件。采用校正系数,检验结果显示,各组分析结果P均小于0.05,说明实验过程中汗盐成分不是维持在一个相对稳定的水平。对训练期间各汗盐成分每日测试浓度与训练前1天测量结果进行比较,采用LSD方法检验,各汗盐成分在最低浓度时相较初始浓度均是降低的(各组P均小于0.001),其中尿素在训练第2天测量值开始出现明显下降,钠、氯在训练第4天测量值出现统计学差异,钾的测量值在训练第1天便与训练前测试结果出现差异,而乳酸在训练第2天结果较初始结果明显降低。训练前后钠、氯、乳酸浓度测量值有明显差异 (P＜0.05),其余成分改变则无统计学意义 (表3)。

3 讨论

热习服一直是军事和运动训练的重要研究方向,早前已有相当多的研究者对热习服的训练方法、条件进行了实验,并提出热习服的标准,但仍存在争议,这些实验主要对南海区域的湿热环境进行模拟,然而对热习服过程中人体汗液成分的研究则相对较少。Armstrong等[8]曾经指出人体在热应激下,出汗率会出现相应的变化以改善机体的适应能力。尿素、纳、钾、氯和乳酸是人体汗盐的最主要成分,极有可能成为热习服的标准。为了解热习服过程中肛温与汗盐成分变化的关系和规律,我们开展了通过利用人工模拟湿热环境对学员进行热习服训练汗盐成分分析的研究。

热运动应激中,机体有氧代谢能力下降,无氧代谢比例升高,蛋白质分解代谢增强。热习服是机体对热应激不断调整直至适应的过程,因此热习服过程中无氧代谢和蛋白分解水平也是在不断调整的。而乳酸和尿素分别为糖无氧酵解和蛋白分解的终产物,因此其浓度变化情况可反应机体的代谢水平及训练负荷。邱仞之等[4]曾发现在血清Na+仍在正常范围之内时,热习服训练前后汗液的Na+浓度反而会增加。万为人等[9]发现达到热习服并非是相应指标的上升或下降至极值后并保持不变,而是测试指标如血气指标和血乳酸含量等随着训练的进行呈非单增或单减的直线变化,而是随着训练的进行某些指标会先出现上升或下降,而后在11天时回复到训练前水平,但其未研究相关汗液成分的变化趋势。Michael J.Buono[10,11]研究指出,为了形成热习服,外泌汗腺会主动加强分泌能力以适应热环境,形成热习服后,由于机体对Na+重吸收的功能增强,人体汗腺分泌的Na+会显著减少,但未阐述人体其余汗液成分变化。本试验发现随着湿热训练的进行,训练组的汗盐主要成分均呈下降趋势,而且除乳酸外均第6天达到极值,随后出现回升,考虑该时间为热习服过程中机体适应程度的变化节点。

Consolazio等[12]研究表明热习服后,汗液中Na+、K+成分丢失量明显减少。本研究发现两次测试汗盐钠、氯测量值存在统计学差异,与上述研究相符。本次试验发现钾测量值于训练后测试时回升至训练前水平,Knochel[13]研究表明由于肾素-血管紧张素-醛固酮系统的存在,在热环境下,机体缺Na+不如缺K+严重。本实验中尿素训练前后虽有减少,但是其变化值无统计学意义。在热应激下,人体排尿会减少,相应汗液的尿素排出量会因而升高,由于尿素主要为代谢来源,邱仞之[14]研究表明在热习服之后,人体的代谢率会下降,因此,汗液中尿素的升降对热习服的参考意义可能不大。同理,乳酸的下降值也应予以考虑是否有意义。

本次试验由于受试者数量较少,训练时间较短,未能完全模拟出热习服过程,对于汗盐中各种成分变化与热习服程度未能作出解释,宜在后续研究中针对性地设计试验。

[1]张雷,房晓,雷德桥,等.湿热环境训练中人体血压、心率变化的功能评价 [J].第二军医大学学报,2010,(11):1272-1274.

[2]E R Nadel,K B Pandolf,M F Roberts,et al.Mechanisms of thermal acclimation to exercise and heat[J].Journal of Applied Physiology,1974,37(4):515-520.

[3]P L Moseley,Heat shock proteins and heat adaptation of the whole organism[J].Javrnal of Applied Physiology,1997,83(5):1413-1417.

[4]邱仞之,伍超英,胡德泉,等.高湿热环境习服锻炼对全身汗液中营养成分含量的影响 [J].航天医学与医学工程,1992(5):193-200.

[5]邱仞之,万为人,华旭初,等.夏季训练时汗液中16种无机元素流失的观察 [J].微量元素与健康研究,1995(12):39-40.

[6]C F Consolazio,D D Schnakenberg.Nutrition and the responses to extreme environments[J].Fed Proc,1977,36(5):1673-1678.

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[8]Armstrong E,Szlyk PC,Sils IV,et al.Prediction of the exercise-heat tolerance of soldiers wearing protective overgarment[J].Aviat Space Environ Med,1991,62(7):673.

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[14]邱仞之,朱受成,华旭初,等.冷热习服对能量代谢的影响[J].第一军医大学学报,1993,13(1):37-42.