预冷干预对高温高湿环境下女大学生运动能力的影响

吕志辉

LYU Zhi-hui

●运动人体科学●

预冷干预对高温高湿环境下女大学生运动能力的影响

吕志辉

LYU Zhi-hui

目的 探讨预冷干预对高温高湿环境下女大学生运动能力的影响。方法 以15名女大学生为实验对象，采用自身对照的方法，对受试者进行预冷干预，在高温高湿环境下做递增负荷运动，利用近红外光谱技术连续监测脑氧饱和度和肌氧饱和度，同时监测心率（HR）、体表温度（T）、运动总路程（S）、消耗能量（E）、主观体力等级（RPE）指标。结果 预冷干预对高温高湿环境中的T、HR、RPE、S、E等有显著性影响（P<0.05）；而对脑氧饱和度和肌氧饱和度的影响没有显著性差异（P＞0.05）。结论 高温高湿环境下运动时，预冷干预可以显著降低运动前的T和HR，使运动过程中T和HR升高的速率变缓；高温高湿环境中预冷干预可以减轻受试者的主观疲劳程度；预冷干预对高温高湿环境运动时脑氧饱和度和肌氧饱和度的变化并没有影响；预冷干预可显著提高高温高湿环境下女大学生的运动能力。

预冷干预；高温高湿环境；女大学生；氧饱和度；运动能力

高温高湿环境是运动员和热带地区居民经常遇到的一种不可避免的特殊环境，而在高温高湿环境下运动员在运动中的身体生理反应一直以来是环境生理学和运动医学研究的热点问题。在运动人体生理学中高温高湿环境常被定义为：通常温度在35℃以上的生活环境和32℃以上的训练环境，并且空气的相对湿度在60%以上［1］。研究表明，预冷可以有效降低运动前身体的核心温度、提高热储备能力和运动能力，在高温高湿环境下运动中应用广泛［2-4］。预冷方法包括冷空气暴露、冷水浸泡、冰浆预冷、穿戴降温服或冰背心、联合预冷等。本研究旨在验证预冷干预对高温高湿环境下运动能力的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取15名吉林体育学院女大学生为受试对象，平均年龄为20.57±1.64岁，平均身高为162.46±3.81cm，平均体重为53.53±6.84kg。受试者身体健康，无四肢损伤和心血管疾病，要求受试者熟悉实验流程，并签署知情同意书。

1.2 实验设计

预实验：确定实验负荷及环境舱高温高湿环境；第1次实验：将受试者随机编号1-15，测试15名大学生的各项数据，作为空白组（blank group，BG）；第2次实验，按编号进行分组以便于区分，将1-8号受试者作为实验组（experimental group EG），进行预冷干预，7-15号受试者为对照组（control group，CG），无干预；第3次实验：采用交叉设计，7-15号预冷后进行相同测试，1-8号不预冷进行相同测试。每次实验时间间隔7天。

1.3 实验步骤

图1 实验流程示意图

预冷方案：实验前，预冷组经冷空气暴露（-5℃）15min后进入环境舱，无干预组在进舱前静坐15min。同步测定受试者的HR、体表温度；

环境舱温度调试：本实验在某高校运动人体学院环境舱中进行，环境舱温度设定为38℃，相对湿度为60%；

递增负荷运动：功率自行车设为5级负荷，初始负荷为50W，固定转速50rpm，随后每5min递增30W，每级负荷末测试前额温度T及受试者RPE，运动结束后记录下运动总路程（S）及消耗总能量（E）。本研究为力竭实验，力竭的标准为：递增运动过程中摄氧量达到峰值，即随着负荷增加，摄氧量不变或上升幅度不超过5%；呼吸商≥1.10；实测心率接近或超过180b/m；同时受试者自我感觉疲乏，呼吸困难，RPE（主观体力等级）达19级，且一再鼓励下仍不能坚持运动，然后举手示意停止运动。

需要说明的是，运动过程中总路程与能耗取决于运动至力竭的时间，本研究为方便记录、比较，统一在每级负荷末采集数据，如运动时间为24min，未完成5级负荷，则就近采集4级负荷末的数据，即显示的是20min末的路程和能耗。因此，数据中的里程数与运动至力竭时的路程和能耗数会有所差异。

近红外光谱测试：采用Moxy近红外光肌氧检测系统来监测脑氧饱和度和肌氧饱和度。脑氧饱和度监测点放置于左侧额头处，沿额头的解剖结构水平放置；肌氧监测时选择蹬踏功率自行车训练时的主动肌—股外侧肌的肌腹中点为监测点，将近红外光测试系统放置于右侧大腿股外侧肌肌腹中部的纵向平面上，然后用弹力绷带固定，松紧度适中，每次测试开始约20s后出现稳定值再开始正式记录。

1.4 数据分析

采用Excel对数据采集整理，SPSS20.0进行数据分析，测试结果以（Mean±SD）表示，组间比较采用单因素方差分析，自身对照经T检验，显著性差异为P<0.05，非常显著性差异为P<0.01。

2 研究结果

2.1 不同组别运动过程中温度和心率的指标变化

如表1所示，EG组与CG组及BG组相比较，运动开始时（50W）体表温度有显著性差异（P<0.05）；运动开始时（50W）及5min末（80W）心率存在显著性差异（P<0.05）。

2.2 不同组别运动过程中RPE的对比结果

图2 不同负荷等级末受试者的主观感受。

图2表明，EG组的RPE显著低于CG组和BG组 （P<0.05）

2.3 运动过程中脑氧饱和度和肌氧饱和度的变化

表2 脑氧和肌氧饱和度的变化情况

图 3-a

图 3-b

图 3-c

表2为不同组别的脑氧和肌氧饱和度的变化情况，图3中a、b、c分别为EG组、CG组和BG组的脑氧和肌氧饱和度的变化，由以上的数据可知，不同组别的运动过程中，脑氧饱和度和肌氧饱和度的变化没有显著性差异（P＞0.05）。

2.4 不同组别的运动里程和能量消耗情况

图4

图5

图4和图5显示，通过对不同组别运动总里程和消耗总能量的对比发现，EG组与CG，BG组相比具有显著性差异（P<0.05）。

3 分析与讨论

3.1 预冷干预与体表温度

体温是机体进行热调节反应的重要生理学指标。骨骼肌在运动时需要较大的血流量来运输氧气和营养物质，在常温下，心输出量的80%将用于满足运动时的生理需求。在湿热环境中，血液循环和肌肉血流量会分配至调节体温的部分，因此，体温会随着机体的运动强度等比升高。一方面，湿热环境下运动脱水会导致水分和电解质大量丢失，进而使血浆量、体表血流量减少，同时，湿热环境影响汗液蒸发，使得机体散热能力降低；综上所述，体温过高是导致湿热环境下运动性疲劳、运动持续时间短的关键因素［5］。

研究表明，高温高湿环境下预冷干预可显著降低体表温度，这与 Castle［6］和 Marino［7］等研究结果一致。预冷的血液经过循环，可以增加皮肤的热储备能力，增强运动前的水合作用，这可能是运动过程中温度升高过程缓慢的原因［8］。预冷后体温的下降幅度与运动能力有一定的关系。如果预冷后温度下降幅度过大，会导致运动能力的降低［9］。多数研究认为，温度下降幅度在1.5℃以内均有较好的效果。

3.2 预冷干预对HR与RPE的影响

研究显示，高温高湿环境下预冷干预可使受试者HR显著降低。Sleivert等要求受试者在38min的热身中用冰背心与不用冰背心完成5km全力跑，研究表明，在热身期间使用冰背心比不用冰背心组HR低11次/min［10］。黄兴等的研究也表明，在稳定的环境条件下，预冷后运动期间的心率有降低的趋势［11］。究其原因，Olschewski认为预冷可降低心率的原因可能是由于皮肤温度的改变，使得生物化学反应过程速率的增加［12］；而Burdon等认为心率降低的原因可能是静脉压的升高导致静脉回流增加，提高了血液中氧的利用［13］。

RPE是评价受试对象维持运动主观动机能力的一项指标。RPE的6-20级别反映了递增强度过程中心率的变化。与常温环境相比，高温高温环境下维持相同的强度运动时RPE级别会随HR的升高而增加［14］。受试者在精疲力竭时，自我感觉腿部沉重，头部很热，PRE可达到19-20级［15］。

有实验证实，环境温度的升高时，运动员腿部血流量并不减少，而且肌肉中乳酸和钾的浓度也并未升高到足以令运动员精疲力竭的程度，肌糖原的消耗也不是造成RPE升高的主要原因［16］。以上的分析认为，在高温高湿环境下运动时，体温的持续升高可能是RPE升高的关键性因素。本研究中预冷干预对RPE的影响与体表温度的变化趋势有较高的相似度，这也印证了以往的观点。

3.3 预冷干预对脑氧饱和度的影响

脑氧饱和度是脑组织中各种微血管血氧饱和度的加权平均值，其反映了受试者脑灰质中的血氧饱和度［17］。当机体体温过高时，大脑往往最易受到损害，Nybo等关于对热环境下动力性运动的体液循环和体温调节的研究显示，热作用将引起神经活动衰减，肌力下降［18］。

本研究结果发现，随着负荷等级的增加脑氧饱和度的变化幅度不大，徐飞等［19］人认为中小强度运动时脑氧饱和度变化不大，两者结果具有一致，原因可能是因为脑内的血流动力学自主调节机制保证了脑血流量和脑容量的稳定。不少研究认为［17，19，20］，脑氧饱和度会随运 动强度地递增而逐渐降低，一方面，体温过高会引起大脑血液供应减少，脑血流量的下降在很大程度上与换气过度诱发的动脉CO2分压的降低有关；另一方面，温度过高会导致心输出量和动脉血压大幅度下降，从而导致脑血流灌注率下降。

3.4 预冷干预与肌氧饱和度

本研究结果显示，递增强度运动时肌氧饱和度随运动强度的递增呈阶梯状下降的趋势。即负荷较低时，肌氧饱和度先下降随后保持平衡；负荷较高时，肌氧饱和度出现大幅度下降；而随着运动时间的延长，在运动结束前，肌氧饱和度变化幅度不大，基本保持稳定。

运动开始阶段肌肉氧饱和度下降可能是由于运动开始阶段肌肉强烈收缩使血管受到挤压引起肌肉组织内血流量减少所致；而随后血氧饱和度的恢复较为合理的解释可能是由于氧运输系统主要依赖于肌肉中发达的毛细血管网将O2和能源物质补充于肌肉中，同时排除运动中产生的CO2和乳酸，从而使肌肉中养得运输和消耗重新建立了新的平衡［21］。 递增负荷过程中肌氧饱和度下降可能由以下原因引起［22］：机体温度升高；能量代谢加快，产生了大量的CO2，使得局部CO2分压升高；短时间内糖酵解产生的乳酸使pH值降低，2，3-DPG增加。这些因素都使得肌组织中HbO2解离速度加快，造成肌氧饱和度下降。 运动后期肌氧饱和度不再下降可能是由于运动时间的延长，血液循环加快，伴随着心跳加快以及毛细血管开放程度加大，肌肉血流量上升而血氧的供应量相对加强，使运动中氧的消耗与供应趋于相对平衡所致［23］。

3.5 预冷干预对运动能力的影响

本研究的结果证实，高温高湿环境下预冷干预可以显著增加运动总里程，消耗更多的能量，进一步反映了运动能力的提高。Carly等［24］对12名自行车运动员通过在环境温度35℃湿度60%，运动形式为70min的间歇性重复冲刺运动，研究结果表明采用预冷干预明显提高运动员的运动能力。这与本研究的结果相符。本研究认为关于预冷提高运动能力的原因是诸多因素的综合结果。首先体表温度的相对较低，减轻了体温过高对大脑中枢疲劳的影响，使得中枢神经能够保持较长时间的工作；较低的体温可以一定程度上为维持长时间运动节省能量的消耗，保持较好的运动状态；而且由于运动开始时心率较低，较高得心率储备也是提高运动能力的原因之一；此外，运动过程中受试者较低的RPE也有助于运动过程的持续。

4 结论

1）高温高湿环境下运动时，预冷干预可以显著降低运动前的体表温度和HR，使运动过程中体表温度和心率升高的速率变缓。2）高温高湿环境中预冷干预可以减轻受试者的主观疲劳程度。3）预冷干预对高温高湿环境运动时脑氧饱和度和肌氧饱和度的变化没有影响。4）预冷干预可显著提高高温高湿环境下的运动能力。

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Effect of Pre-cooling Intervention on Female College Students in High Temperature and High Humidity Environment

Objective To explore the effect of pre-cooling intervention on high temperature and high humidity environment for female college students'sport ability.Methods Fifteen female college students were selected as experimental subjects，measured by self control method.The subjects were pre-cooled and did graded exercise testing under high temperature and high humidity environment.Cerebral oxygen saturation and muscle oxygen saturation was continuously monitored by Near Infrared Spectroscopy Instrument，and heart rate （HR）， body surface temperature （T）， movement distance （S）， energy consumption （E） and subjective physical level index （RPE） was monitored as well.Results The pre-cooling intervention had significant influence on T，HR，RPE，S and E index （P<0.05），but there was no significant difference in cerebral oxygen saturation and the muscle oxygen saturation （P>0.05）.Conclusion 1） Pre-cooling intervention can significantly reduce the T and HR before exercise and slow the increasing rate of the T and HR during exercise;2） In this kind of environment， pre-cooling intervention can reduce the subjective fatigue degree of subjects;3）pre-cooling intervention has no effect on cerebral oxygen saturation and muscle oxygen saturation during exercise under high temperature and high humidity environment;4）The pre-cooling intervention can significantly improve the exercise capacity of female students under high temperature and humidity environment.

Pre-cooling； High temperature and high humidity environment； Female students； Oxygen saturation；Exercise capacity

G807.4

A

1003-983X（2017）09-0771-05

2017-06-23

吕志辉（1990～），男，河北邯郸人，在读硕士，研究方向：运动人体科学.

吉林体育学院，吉林 长春，130022

Jilin Sport UniversityChangchun 130022China