高温高湿环境中不同预冷方式对赛艇运动员机能状态的影响

黄兴 吴昊 汤一铸 蔡晓敏

摘要：通过比较高温高湿环境中不同预冷方式对于赛艇运动员运动能力的影响，为有效提高运动员在高温与高湿环境中进行训练和比赛时的运动能力提供一定的实践基础和理论依据。方法：以8名赛艇运动员为研究对象，以2014年7-8月的湖北国际水上训练基地作为自然高温高湿环境，按照对照组→冰背心组→口服冰浆组→联合预冷组的顺序，进行4次测试，每次测试的时间间隔为1周，形成自身对照。预冷后即刻测定核心体温、心率、血氧饱和度、血流灌注指数等生理指标，然后立即进行20 min的赛艇测功仪测试，运动后即刻测定同样的生理指标。结果：1）采用口服冰浆+冰背心联合预冷组的测试成绩与对照组比较，差异具有显著性（P<0.05）。2）口服冰浆组预冷前后身体的核心温度比较，差异具有非常显著性（P<0.01）；联合预冷组预冷前后身体的核心温度比较，差异具有非常显著性（P<0.01）。3）联合预冷组预冷前后心率比较，差异具有非常显著性（P<0.05）；对照组、冰背心组、口服冰浆组预冷前后心率比较，未见显著性差异。4）采用口服冰浆+冰背心联合预冷组预冷前后体表温度比较，差异具有显著性（P<0.05）；冰背心、口服冰浆预冷、对照组预冷前后比较，未见显著性差异。 结论：1）在高温与高湿环境中，口服冰浆+冰背心联合预冷可有效提高赛艇运动员20 min测功仪测试成绩，为高温高湿环境中赛艇运动员有效发挥竞技水平提供一定的实践和理论依据；2）联合预冷可有效降低核心体温、体表温度、心率和血流灌注指数；3）预冷对于运动员的血氧饱和度和血红蛋白没有显著影响。

关键词： 高温高湿；预冷；赛艇；冰背心；口服冰浆；赛艇运动员；机能状态；运动能力；体温；血流灌注

中图分类号： G 808.1 文章编号：1009783X（2016）03024605 文献标志码： A

Abstract：This study is to explore the impact of three precooling methods under high temperature and high humidity environment on rowers performance，and to provide certain theoretical and practice basis to athletes and coaches in the actual games.Methods：8 rowing athletes in Hubei Rowing Team were selected to carry on the serial number，and each athlete was to complete the control group，oral ice slurry group，ice vest group，and oral ice slurry + ice vest combined precooling interventions，interval time of each precooling interventions for 7 days.The experimental process of athletes includes measuring the basic value，then precooling intervention，and then testing athletes carrying 20min rowing power test.The core temperature was measured with ear temperature instrument；hemoglobin，blood flow perfusion index，heart rate are measured by Masimo Radical-7；surface temperature was measured by infrared imaging instrument.Results：1） Compared with the control group，the groups which underwent oral ice slurry precooling，ice vest precooling and combining precooling method performed significantly better（P<0.05） in 20min rowing power test.2） Before and after the body's core temperature of the precooling oral ice slurry and joint precooling group had a very significant difference（P<0.01）；The control group and ice vest group had no significant difference before and after the precooling.3） The heart rate of oral ice slurry group and joint precooling group before and after the precooling had a very significant difference（P<0.01）；before and after the heart rate of the precooling the ice vest precooling group had no significant difference；4） The skin surface temperature in the control group，ice vest group and oral ice slurry group had no significant difference before and after the precooling，but the skin surface temperature of joint precooling group before and after the precooling had significant difference（P<0.05）.5） Before and after the precooling the blood perfusion index of oral ice slurry group and ice vest precooling group had no significant difference，but the blood perfusion index of joint precooling group had significant difference（P<0.05）.Conclusion：1） Under the condition of high temperature and high humidity three precooling measures all made the athletes rowing sport ability improved，but the combination of oral ice slurry + ice vest precooling method was much better；2） The precooling mechanism is characterized the core of lower body temperature，heart rate，blood flow perfusion index，increase body heat reserve capacity.3） Precooling has no significant impact on oxygen content and Hb of the athletes.

Keywords：high temperature and high humidity environment；precooling；rowing；ice vest；oral ice slurry；rower；；functional status；athletic ability；body temperature；blood perfusion

根据环境温度与人体热平衡之间的关系，通常把35 ℃以上的生活环境和32 ℃以上的训练环境视为高温环境，相对湿度在60%以上的环境称为高湿环境[1]。高温是人们经常遇到的应激源之一，高温应激时人体神经、内分泌、免疫等系统会出现一系列的病理、生理改变，导致机体疲劳，生活、工作、运动能力下降，严重时影响健康，甚至危及生命。许多赛事的举办在高温、高湿环境下进行，这样的环境导致人体机能表现为：运动提前终止、疲劳、运动能力降低、热储备量低、核心温度升高、代谢紊乱等生理反应[25]。随着现代科技的发展，科研工作者对竞技体育实践活动出现的问题进行研究，确保能够最大限度地提高运动员在高温与高湿环境下的运动能力。许多研究已经表明预冷对于降低运动前身体的核心温度、提高热储备能力和运动能力是有效的方式，预冷是目前运动员广泛使用的方法，用来延缓因高温高湿而导致的运动疲劳和运动能力的降低[610]。预冷方法包括外部预冷和内部预冷，具体的方法有空气预冷、冷水浸泡、冰浆预冷、使用冰背心、联合预冷。常用的预冷措施是通过外部预冷，例如冷水浸泡和使用冰背心。最近的研究表明：内部预冷或联合预冷方法，例如口服冰浆或口服冰浆+冰背心对于有效降低身体核心温度和提高运动能力可能更加有效；但具体哪一种预冷方法更加方便、快捷、有效地提高运动员的运动能力，至今仍不清楚。

本研究以8名湖北赛艇队运动员为研究对象，以2014年7-8月的湖北国际水上训练基地作为自然高温高湿环境，探索不同预冷方式对赛艇运动员运动能力的影响，旨在为有效提高运动员在高温与高湿环境下进行训练和比赛时的运动能力，提供一定的实践基础和理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究于2014年7-8月在湖北省国际水上训练基地进行，受试对象为8名湖北省队男子公开级赛艇运动员，受试者基本情况见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 研究方案

本研究采用随机顺序自身对照设计。每人4次实验，并完成相同的实验流程，每次实验间隔7 d，以避免前次测试对后次测试结果产生影响。测试时间在每天的相同时间进行（±1 h），以减少与时间相关的干扰因素影响测试结果。每位受试者进行实验的顺序为1）无预冷对照组（C）→2）冰背心预冷组（J）→3）口服冰浆组（Ice）→4）联合预冷组口服冰浆+冰背心（Ice+J）。受试者在测试前24 h补充足够的能量和水，避免饮酒和进行剧烈的运动。

1.2.2 预冷干预措施

冰背心预冷组（J）受试者穿内含PC25的冰背心（PCP Australia，West Perth，WA）。在固态情况下是白色、透明的固体物质，熔点为25 ℃，每cm2带走身体的热量是3.5 J。由澳大利亚体育协会设计（Canberra，Australia），这个背心前后有4个密封的口袋（140 mm×140 mm），内装有用于预冷的PC25，预冷时间为30 min。

口服冰浆预冷（Ice）共8.1 g/kg体重在30 min内，2.7 g/kg体重每10 min，冰浆的温度是0 ℃，对照组矿泉水温度23 ℃。

联合预冷组冰背心+冰浆（J+Ice）同时使用这2种预冷方法30 min。穿冰背心PC25，口服冰浆8.1 g/kg体重在30 min内，2.7 g/kg体重每10 min，冰浆的温度是0 ℃。对照组矿泉水温度23 ℃。

运动形式：受试者在高温高湿环境下，进行20 min赛艇测功仪测试。

1.2.3 机能状态评定指标

心率通过Masimo Radical7连续监测。

核心温度采用耳温计测耳道鼓膜温度，Muir发现鼓膜温度比测肛肠温稍准确，尤其在体温峰值测量上。

皮肤表面温度采用红外测温计测量。

血流灌注指数通过Masimo Radical7连续监测。

血红蛋白通过Masimo Radical7连续监测。

1.2.4 数理统计法

实验数据采用SPSS 17.0统计学软件进行分析，结果用平均数标准差表示，统计方法采用方差分析和配对样本t检验，并以P<0.05作为差异显著性水平，非常显著性水平为P<0.01。

2 结果

2.1 不同预冷方式对于赛艇运动员运动能力的影响

在赛艇运动测试距离方面，口服冰浆+冰背心联合预冷组与对照组相比，具有显著性差异（P<0.05）；联合预冷与只使用口服冰浆或冰背心相比，具有显著性差异（P<0.05）；而口服冰浆组和冰背心组与对照组相比，均未见显著性差异。见表2。

2.2 不同预冷方式对于赛艇运动员身体核心温度的影响

口服冰浆组在预冷前后身体的核心温度比较，差异具有非常显著性（P<0.01）；联合预冷组预冷前后身体的核心温度比较，差异具有非常显著性（P<0.01）；对照组和冰背心组预冷前后比较，未见显著性差异，见表3。

2.3 不同预冷方式对于赛艇运动员心率的影响

联合预冷组预冷前后心率比较，差异具有非常显著性（P<0.01）；冰背心、口服冰浆、对照组预冷前后心率比较，未见显著性差异，见表4。

2.4 不同预冷方式对于运动员体表温度的影响

口服冰浆+冰背心联合预冷组预冷前后体表温度比较，差异具有显著性（P<0.05）；对照组、口服冰浆组、冰背心组预冷前后体表温度比较，未见显著性差异，见表5。

2.5 不同预冷方式对于运动员血流灌注的影响

对照组、口服冰浆组、冰背心组预冷前后的血流灌注指数比较，未见显著性差异；口服冰浆+冰背心组预冷前后的血流灌注指数比较，差异具有显著性（P<0.05），见表6。

2.6 不同预冷方式对于运动员血氧饱和度的影响

赛艇运动员预冷前后的血氧饱和度比较，未见显著性差异，见表7。

2.7 不同预冷方式对于运动员血红蛋白质量浓度的影响

口服冰浆+冰背心联合预冷运动员预冷前和预冷后血红蛋白含量比较，差异具有显著性（P<0.05）。对照组、口服冰浆预冷、冰背心预冷运动员预冷前后血红蛋白质量浓度比较，未见显著性差异，见表8。

3 分析与讨论

3.1 关于联合预冷

联合预冷是联合2个或更多的预冷措施，这种预冷方法对运动能力的提高更有帮助，其主要机制是通过提高热储备、降低温度调节压和中枢血管收缩等。有研究表明，与单因素的预冷策略相比，联合预冷（穿冰背心和口服15 ℃的水）进一步提高了运动者的运动能力。Ross等[11]研究表明，使用联合预冷方式（口服冰浆14 g/kg体重和敷冰毛巾）可达到更好的预冷效果，同时与单因素预冷措施相比，联合预冷方法使直肠温度的改变更明显（0.12～0.76 ℃）。

研究表明：联合预冷的作用机制主要是内外联合预冷可以使核心温度的降低幅度增加，导致高温高湿环境中的中枢神经系统兴奋性得以有效提高，进而使运动能力提高[12]。例如，在运动前进行联合预冷（口服冰浆和使用冰毛巾）在30 min的自行车运动中可使运动能力提高3%（8 W），其中能力提高最明显的是在后半部分的运动中（3.6%，10 W）。相似的预冷方法（口服液体和穿冰背心）在60 min运动前和15 min的运动间歇，在90 min的间歇冲刺运动中提供了可持续的运动，使受试者跑速提高10.6%，并缩短了28 s的跑步时间。这些结果在实际比赛中的应用更加有效[13]。

在本研究中，使用联合预冷方法对运动能力提高的影响可能比单独使用一种预冷方式有更好的效果；但需要说明的是，出于运动队训练安排等原因，本研究中运动能力的测试采用20 min测功仪测试，重点测试运动员的有氧耐力水平。另外，同样出于训练安排的原因，实验设计采用的是随机顺序自身对照设计，无法采用随机均衡交叉自身对照设计进行顺序控制；所以可能存在训练效果叠加等因素，对最后一次测试结果产生影响。Burke等[14]试图通过同时使用头部和手部局部预冷，以及头部、颈部、手部、冰背心和冰袋在腿上的混合方式，去确定提高冲刺能力的最佳预冷方法和预冷量。Lee等[15]研究了联合预冷方法对运动能力的影响，结果显示在30 min服用冰浆（14 g/kg体重）和使用冰毛巾（覆盖躯干或臂膀）时，平均功率提高3%，而46.4 km的运动时间降低了1.3%。虽然其运动能力的测试方法和联合预冷的使用方法与本研究有所不同；但2种方法都是从内部和外部降低核心体温，且测试方法均涉及有氧耐力测试，故其结果与本研究相符。

3.2 联合预冷与运动能力

联合预冷较单独的预冷方法效果更明显，对赛艇运动员运动能力的提高具有显著作用。Carly等[16]的研究对12名自行车运动员使用不同的预冷方法，环境温度35 ℃、湿度60%，运动形式为70 min的间歇性重复冲刺运动，结果表明联合预冷方法与冰背心预冷效果明显[15]，对于运动员的运动能力有提高的作用。Lee等[15]的研究表明联合预冷（注入14 g/kg体重冰浆，同时敷冰毛巾）组与对照组相比，在功率上取得了3.0%的增加（约8 W）和运动时间1.3%的提高（1.06 min）；冷水浸泡的结果和对照组相比，则并不明显。Quod等[17]的研究比较了联合预冷与单独预冷的区别，联合预冷的方法为30 min的冷水浸泡后，进行40 min的冰背心预冷，运动形式是40 min的功率自行车运动，环境温度为（34.3±1.1）℃、湿度为（41.2±3）%，研究结果表明：联合预冷组与对照组平均功率相比，差异具有非常显著性（P=0.009），且运动成绩提高了8%。还有研究表明，联合预冷方法对于集体项目运动员的运动能力的提高效果较好。以上的研究均表明，联合预冷较单独预冷方法更有助于运动能力的提高，特别是对于有氧耐力水平的提高有较为显著的效果，这与本研究的结果相符。

联合预冷的基本原理是通过同时使用按比例组成的预冷措施，提供额外的预冷，从而对核心温度和体表温度均产生影响。Ross比较了联合预冷（同时使用冰浆和冰毛巾）与对照组和冷水浸泡（10 ℃），运动形式是耐力自行车运动训练，他们发现联合预冷可提高运动能力。Ross在研究中指出，联合预冷的有效性为预冷措施在运动场上的实施提供了可行性。联合预冷方法不仅有助于预冷身体，使身体的热储备能力提高，而且增强了运动前的水合作用[11]。Lee等[15]的研究显示，在高温高湿的环境下，单独使用口服冰浆预冷对于重复冲刺能力是没有影响的，而联合预冷方法（口服冰浆+冰背心）则可以导致更低的核心温度，并提高运动能力。

3.3 预冷与体温

本研究表明，口服冰浆预冷可使核心体温显著性降低。Siegel使用7.5 g/kg体重的-1 ℃冰浆在30 min内完成，得到与本研究相一致的结果。本研究中穿冰背心的预冷方式使身体的核心温度有下降趋势，但没有显著性变化。这与Castle等[18]和Marino[19]的研究结果一致。Yeargin认为预冷提高运动能力的机制主要是使身体核心温度缓慢升高，这一结论被许多研究进一步的证明，预冷的血液经过循环，增加了皮肤的热储备能力，这可能是温度升高过程变缓的重要原因[20]。

很多研究表明，预冷后核心温度的降低范围通常在0～1 ℃，然而身体的核心温度降低和对运动能力的影响之间没有明显的相关。Bergh等[21]的研究显示，预冷后运动能力反而降低，导致这一结果的原因可能是核心温度的降低过大，达到了1.9 ℃；因此，可以假设，如果预冷使核心体温下降超过极限水平，进一步的预冷将不具有积极的作用，反而会导致运动能力下降。当前的研究没有对极限体温进行更加详尽的描述，大部分研究中都可清楚地看到预冷的积极作用，通常在核心温度降低1.5 ℃以内均有较好效果。

3.4 预冷与心率

本研究显示，预冷后联合预冷组运动员的心率显著性降低。Arngrimsson在研究中发现， 受试者在38 min的热身中使用冰背心与不用冰背心相比，在完成5 km全力跑时，测试成绩提高了13 s。这一研究表明，在热身期间使用冰背心会带来更低的心率（11次/min），更少的温度不适感和更低的直肠、皮肤、身体温度（0.2、1.8、0.4 ℃）[22]。

许多的研究表明，在稳定的环境条件下，预冷后运动期间的心率是降低的。Olschewski在谈到关于预冷降低心率的可能原因时，认为主要由于皮肤温度的改变，使生物化学反应过程的速率增加[23]；然而，Burdon等[24]认为更高的静脉压导致静脉回流增加，并提高了血液中氧的利用，因此，预冷导致心率降低的可能原因有待进一步验证。

3.5 预冷与血流灌注指数

血流灌注是指单位时间内流入器官内的血液量，血流灌注指数（perfusion index，PI），反映了脉动血流情况，即反映了血流灌注能力。脉动的血流越大，脉动分量就越多，PI值就越大。从表5可看出，口服冰浆组和联合预冷组在预冷前后血流灌注指数明显下降。在高温条件下运动员运动能力降低的潜在机制是热压对于心血管系统的影响。身体的热消耗和活动的肌肉对于血流进行竞争。由于热消耗，导致皮肤血流量增加，进而心血管压增加。对于相同的运动强度，许多的研究表明在预定的运动强度下预冷后运动心率降低，当皮肤和核心温度都降低时，散热所需的血流量降低，导致中枢血流量增加，每搏输出量增加，心率降低。散热对于血流量的降低可能有积极的作用，Rob等[25]的研究表明在高温环境下预冷后运动，羊的胃肠血流量显著降低。Burdon等[26]的研究表明，中枢神经系统疲劳可能受到细胞内激素反应的影响。另外，相对于中枢活动的影响，在工作的肌肉内细胞激素的存在可能对疲劳有更加直接的影响。Supinski等[27]研究剥了皮的小鼠肌肉在接触到内毒素时，最大能量产生能力降低20%～40%。预冷后温度压的降低可能使腹部血流量的降低最小化，因此，推迟了代谢废物泄露到身体的循环中，结果提高了运动能力。

4 结论

1）在高温高湿环境下，口服冰浆+冰背心联合预冷可有效提高赛艇运动员有氧耐力水平，为高温高湿环境中赛艇运动员有效发挥竞技水平提供一定的实践和理论依据。

2）联合预冷可有效降低核心体温、体表温度、心率和血流灌注指数，对于高温高湿环境中保持运动员的机能水平起到较好的效果。

3）预冷对于运动员的血氧饱和度和血红蛋白没有显著影响。

参考文献：

[1]何学秋.安全工程学[M].北京：中国矿业大学出版社，2000：10.

[2]U.S.Department of Health and Human Services，Public Health Service，Centers for Disease Control，National Institute for Occupational Safety and Health.Criteria for a recommended standardoccupational exposure to hot environments[M].Washington：Publication，1986：86113.

[3]GUN R T，BUDD G M.Effects of thermal，personal and behavioural factors on the physiological strain，thermal comfort and productivity of Australian shearers in hot weather[J].Ergonomics，1995，38（7）：1368.

[4]HANCOCK P A，VASMATZIDIS I.Human occupational and performance limits under stress：the thermal environment as a prototypical example[J].Ergonomics，1998，41（8）：1169.

[5]SAWKA M N，WENGER B C，PANDOLF K B.Handbook of Physiology，Environmental Physiology[M].Bethesda MD：Am Physiol Soc，1995：157185.

[6]NIELSEN B，NYBO L.Cerebral changes during exercise in the heat[J].Sports Med，2003，33（1）：1.

[7]NYBO L，NIELSEN B.Hyperthermia and central fatigue during prolonged exereise in humans[J].J Appl Physiol，2001，91（3）：55.

[8]JAMES C A，RICHARDSON A J，WATT P W，et al.Physiological responses to incremental exercise in the heat following internal and external precooling[J].Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports，2015，25（1）：190.

[9]MCNEELY E.Practical Aspects of Precooling for Competition in the Heat[J].Strength & Conditioning Journal，2015，37（1）：69.

[10]RANDALL，ROSS E Z，MAXWELL N S.Effect of practical precooling on neuromusclar function and 5KM timetrial performance in hot，humid conditions among welltrained male runners[J].Journal of Strength & Conditioning Research，2015，29（7）；1925.

[11]ROSS M L，GARVICAN L A，JEACOCKE N A，et al.Novel precooling strategy enhances time trial cycling in the heat[J].Med Sei Sports Exerc，2011，43（1）：23.

[12]MARINO F E.Methods，advantages，and limitations of body cooling for exercise performance[J].Br J Sports Med，2002，36（2）：89.

[13]BOGERD N，PERRET C，BOGERD C P，et al.The effect of precooling intensity on cooling efficiency and exercise performance[J].J Sports Sci，2010，28（7）：771.

[14]BURKE L M，HAWLEY J A，WONG S H，et al.Carbohydrates for training and competition[J].J Sports Sci，2011，29（Suppl）：17.

[15]LEE J K，SHIRREFFS S M，MAUGHAN R J.Cold drink ingestion improves exercise endurance capacity in the heat[J].Med Sci Sports Exerc，2008，40（9）：37.

[16]CARLY B，CHEUNG S S，ELDER G C，et al.Voluntary muscle activation is impaired by core temperature rather than local muscle temperature[J].J Appl Physiol，2014，100（4）：1361.

[17]QUOD M J，MARTIN D T，LAURSEN P B，et al.Practical precooling：effect on cycling time trial performance in warm conditions[J].J Sports Sci，2008，26（14）：77.

[18]CASTLE P C，MACDONALD A L，PHILP A，et al.Precooling leg muscle improves intermittent sprint exercise performance in hot，humid conditions[J].J Appl Physiol，2006，100（4）：77.

[19]MARINO F.Evidence for anticipatory regulation mediated by drink temperature during fixed intensity exercise in the heat[J].Exp sPhysiol.2007，92（2）：467.

[20]YEARGIN S.Precooling improves endurance performanee in the heat[J].Clin J Sport Med 2008，18（2）：7.

[21]BERGH G C，GARG A，LOHN M S，et al.Effects of cooling the legs on performance in a standard Wingate anaerobic power test[J].Br J Sports Med，1991，25（4）：200.

[22]SLEIVERT G G，COTTER J D，ROBERTS W S，et al.The influence of wholebody vs.torso precooling on physiological strain and performance of highintensity exercise in the heat[J].Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol，2001，128（4）：657.

[23]OLSCHEWSKI H，BRUCK K.Thermoregulatory，cardiovascular and muscular factors related to exercise after precooling[J].J Appl Physiol，1988，64（2）：3.

[24]BURDON C，O'CONNOR H，GIFFORD J，et al.Effect of drink temperature on core temperature and endurance cycling performance in warm，humid conditions[J].J Sports Sci.2010，28（11）：1147.

[25]ROB D，ROBBIE G，PAUL C，et al.Precooling can prevent the reduction of selfpaced exercise intensity in the heat[J].Med Sci Sports Exerc，2010，42（3）：577.

[26]BURDON C A，JOHNSON N A，CHAPMAN P G，et al.Influence of beverage temperature on palatability and fluid ingestion during endurance exercise：a systematic review[J].Int J Sport Nutr Exerc Metab，2012，22（3）：199.

[27]SUPINSKI P C，MACDONALD A L，PHILP A，et al.Precooling leg musclemproves intermittent sprint exercise performance in hot，humid conditions[J].J Appl Physiol，2006，100（4）：77.