气候条件对运动员参赛的影响——以2020年东京夏季奥运会为例

程孟良，郑广盛

(1.广东司法警官职业学院，广东 广州 510430；2.广州市海珠区晓港湾小学，广东 广州 510288)

第32届夏季奥运会将于2020年7月在日本东京举行，夏天历史平均温度和湿度超过25°C和80%，每年夏天有3000多名热症患者被送往急诊室，预计东京奥运会期间平均气温在30℃以上，是典型的高温高湿环境[3]，因此，对于生活在其他地区的运动员来说，要在酷热气候环境下参与奥运赛事将是一个极大的挑战，正因如此，1964年东京夏季奥运会改在10月份举行。由于高温天气可能给运动员带来不良的影响，因此，针对2020东京奥运会期间应考虑高温高湿天气环境因素，做好应对措施以确保运动员和观众在比赛期间的健康和安全有着非常重要意义。

1 东京奥运会期间气象特征

1.1 东京奥运会期间气象特征

东京位于关东平原南端，北纬35°69′，东经139°69′，面向东京湾，居日本列岛中心。东京23个特别区和多摩地域形成了一个狭长的地带，东西宽90km，南北长25km，总面积2155km2。

东京属于亚热带季风气候，中心部分的年平均气温为15.6℃。四季分明，降水充沛。夏季受东南季风影响，降水较多，梅雨季过后即进入夏季，受太平洋高压影响，天气一般为高温晴朗炎热，并时常有台风侵袭。

表1 东京1-12月历史气温、降水量与相对湿度情况

由于东京地理位置决定了其夏季奥运会期间高温高湿的天气特征，从表1历史数据可见，东京7、8月份平均最高气温达30℃左右，平均最低气温也在25℃左右，而7、 8月份的极端高温达39℃左右[2]，据预测[2]，2020年东京奥运会在7月24日至8月9日期间，届时东京市中心的最高气温可能超过35摄氏度。因此，2018年7月份国际奥委会视察团队负责人Curtis在访问东京期间承认，酷暑确实可能对东京2020奥运会组织者们构成“巨大挑战”，并且表示，日本组委会必须竭尽所能应对极端高温[3]。2020东京奥运会除了高温外，还可能面临湿度大的情况，从历史上看，东京7、8月的降水量较高，相对湿度在73%～78%之间，属于高湿天气。因此，总体来说东京奥运会期间将是以高气温、强辐射和高湿为特征的特殊天气，预计这种天气条件将是影响户外项目特别耐力运动员表现的主要因素。

1.2 前三届奥运城市与东京气候条件比较

天气气候条件不仅影响体育赛事特别是大型运动会的举行，而且影响运动员的身体机能，从而影响运动表现。与前三届奥运会主办城市北京、伦敦、里约相比，东京和北京、伦敦一样均在北半球，举办时间分别为2020年7月24日-8月9日、2008年8月8日-24日、2012年7月27日-8月12日，是真正意义上的夏季运动会，而里约位于南半球，举办时间在2016年8月5日-21日，是冬季。

根据目前美国运动医学学会(ACSM)采用湿-黑干球温度指标(WBGT)用于体育赛事条款建议，以北京气象台、英国气象局国家气象档案馆、里约气象台有关奥运举办前5年(北京2004年8月6日至2008年8月26日、伦敦2008年7月25日至2012年8月14日、里约2011年8月3日至2014年8月23日)以及东京环境厅近5年(2011年7月22日-2015年8月11日) WBGT的数据进行分析、比较，结果显示东京的平均最高WBGT值(29.6±1.1℃)显著高于(P<0.01)历届奥运会主办城市(伦敦，20.3±0.8℃、北京，27.0±0.9 ℃、里约，23.4±0.9°C)[4]，但也有研究者预测是28.6±2.8℃[5]，尽管如此，以上历史数据显示，根据ACSM的持续活动和比赛指南，东京的平均最高WBGT达到“EHS(劳力性中暑)风险的取消级别”。因此，2020年东京奥运会期间可能是奥运会史上最热的气候条件之一。日本奥委会应与体育科学家密切合作，实施机构战略，确保运动员和观众的健康和安全,不受热损伤。

2 高温高湿天气下运动员热应激反应及对运动表现的影响

2.1 高温高湿天气下运动员热应激反应

有关高温下运动竞赛产生热应激是一个公众话题，在即将到来的2020年东京奥运会上，由于热应激，运动员在一天中的任何时候，甚至晚上，几乎都有可能出现成绩下降或健康问题。如在2018年自行车巡回赛6天中有2天气温大于40℃，为避免一天中高温时段，第一阶段缩短了26km，另一阶段则提前1小时举行。因此，了解高温高湿环境下运动员热应激反应是制定运动良好管理策略依据，也是运动员做好自身潜在健康和安全危险对策的生理学基础[6]。

热应激反应是指在热环境下运动时机体产生的一系列生理生化反应，包括体温、脑温升高、脱水、电解质丢失、氧运输能力下降、肌糖原快速消耗等。运动员在高温高湿环境运动比赛，运动员身体热应激的结果势必引起体温升高。体温是维持机体产热和散热平衡的结果，在湿热环境中运动，产热增加，而散热受阻，引起直肠温度和运动肌温度显著升高，当然，这时脑温也急速上升[7]。

在高温高湿天气下运动，由于机体产热增加，这时汗液挥发增多以此增加热量的释放，降低体温，排汗同时也使体内电解质丢失，因此，排汗增加大于摄入量时，势必引起机体脱水以及体液平衡失调。同时，运动时肌肉需要大量的血液供应，皮肤也需要大量血液供应来保证体内的热量散发，从而影响氧气向肌肉运输，并且热环境下运动脱水导致血容量下降加剧了循环血量的减少，同时也是红细胞比容及血液粘滞度增加，加重了心脏的负荷，也影响机体的输氧能力[8]。

高温高湿环境下运动机体热应激的结果还可使机体更倾向于动用肌糖原。在热环境中运动时糖代谢发生变化，机体更加依赖糖的氧化供能，具体表现为肌糖原分解加速，乳酸快速积累及肝糖原输出增加所致的血糖升高。肌肉血流减少，温度增加，血浆儿茶酚胺水平上升和肌纤维募集模式的变化都可能是造成骨骼肌代谢发生变化的原因。

运动员在高温高湿天气下运动和比赛时机体产生热应激，当产热增加而散热能力受限，体温更易升高。体温过高严重时可发生中暑、热痉挛、热衰竭、热休克等热病，当然也可能由于防止脱水而大量饮水而引起低钠血症。同时，越来越多的证据表明，在热环境中运动过程引起身体热应激可大大加剧运动性胃肠综合征(EIGS)，热应激是2020年东京奥运会运动员的主要担忧，因此，届时运动员将可能出现运动引起的劳累性热应激相关的胃肠紊乱[9]。Nakamura等在分析2020年东京奥运会高温高湿引起热病风险的同时，还提出应考虑服用包括降压药在内的特定药物的风险，因为这些药物可能会加重与热有关的疾病[10]。此外，运动员长时间裸露身体在阳光下运动，由于太阳紫外线的照射，可引起日光性红斑，来自Nathan J. Downs等[1]的研究报告中预测，在2020年东京奥运会的33个户外项目中，女子网球单打、男子高尔夫和男子自行车公路赛分列紫外线照射最危险的第1、2、3名。

2.2 高温高湿天气对运动员运动表现的影响

高温高湿环境下运动可影响运动员的运动表现，特别是对于有氧耐力项目来说，环境温度变化的影响尤为重大。Peiser B和Reilly T分析1896年首届奥运会至2004年第28届奥运会男子马拉松成绩与比赛当天气温关系，发现高温是影响成绩的重要因素[1]，而2007年芝加哥马拉松比赛中由于几百人中暑而中途取消赛事[13]。体内的含水状态直接影响机体在高温环境下的运动能力，研究表明，脱水1.8%时运动能力就会下降。由于高温环境下运动机体热应激导致脱水，脱水使运动能力下降。在适宜温度环境下，脱水3%可影响人体最大有氧能力，而在热环境中，失水超过2%即可降低最大有氧能力。

高温高湿环境下运动更加剧了体温升高，体温过高影响运动表现，其机制可能与体温过高而通过抑制中枢神经冲动的发放或其下行传导环节来减小骨骼肌的收缩力量有关。有研究显示[14]，受试者以60%VO2max的强度在40℃热环境下进行热适应训练，每次训练至自感疲劳，9～12天后出现疲劳的时间从48±2min增至80±3min，热适应前与热适应后疲劳的出现仅与体温升高有关(40℃)，即当体温达40℃时机体出现疲劳。此外，热应变和脑部温度相应升高可直接促成中枢唤醒抑制和肌肉自主活动的疲劳，同时，相当程度的心血管紧张和流向脑部及内脏组织的血流受损可加速热环境下的疲劳。当脑温高于体核温度时，中枢神经系统驱动的减少，自发刺激肌肉的能力减弱，此时，运动能力的下降与肌肉自主活动比例减少有关。如高温对自行车运动员的运动能力影响明显，在初始体核温度高或其升高速度快时运动30min即出现力竭；在中等负荷运动后最大用力期间更明显。但是，在高温高湿下进行短时间高强度运动，由于运动时间短不足以引起体温过度升高，因此，高温高湿对短时间高强度运动能力无不利影响，相反，由于环境温度升高，改善了肌纤维的粘滞性，从而有可能提高肌肉收缩能力。

长时间的高要求的认知活动或运动引起的疲劳会导致认知功能的改变。高温高湿环境条件将加剧认知功能不良，并对运动表现产生负面影响。高温高湿下运动可引起运动员判断力和准确性等智能下降，神经元的兴奋性降低，从而导致中枢神经系统疲劳的发生。Nielsen等报道[15]，受试者在热环境下运动，降低了大脑活动(减少脑电中β波的活动)，唤醒水平降低，下行冲动到达运动神经元减少，皮下运动神经元的兴奋性降低，导致肌肉运动能力下降和且易产生疲劳，结果导致运动员肌肉协调性减弱，肌肉动作的精确度降低，从而影响肌肉用力感知觉。Schmi等通过计算机分析探讨热应激水平对认知功能的影响[16]，结果表明，热应激温度与认知能力之间存在倒U型关系，且核心温度38.5℃为导致的负认知能力的潜在“阈值”。从这个角度来看，在高温高湿环境中运动可采取适当的干预措施(如降温等)减少对运动表现影响，并可能在热应变期间保持良好认知能力。

3 东京奥运会期间应对高温高湿天气的措施

3.1 调整比赛时间

2020年东京奥运会期间，将是东京一年气温最高时期，为避免夏季高温湿热天气对运动员特别是户外项目比赛表现的影响，根据东京夏季奥运会比赛日天气预测，可将比赛时间提前或延后以避开高温时段。Tsuyoshi Honjo等利用2007—2016年8月头10天的气象资料采用WBGT和热气候指数(UTCI)研究2020年东京奥运会马拉松赛沿线的热舒适，结果指出，马拉松比赛沿途WBGT变化为0.5℃，UTCI变化为1℃，在9:00-10:00间在建筑物阴面WBGT比阳面低1℃，UTCI则低4～8℃；同时，对10年8月份头10天每小时单点资料长期分析发现8点后风险程度迅速增加，认为马拉松比赛更安全应于9:00前完成或19:00后举行，因此，建议奥运会户外项目为使运动员处于热舒适环境可将比赛开始时间提早或在晚上晚些时候[17]。正是基于相关资料和研究，2020年东京奥组委和国际田联共同商议将马拉松比赛提前到早上6点，50km竞走提前至早上5点30分开始，而东京奥组委和国际铁人三项联盟决定也将原定于上午10点开始的比赛，提前到8点举行。

3.2 赛前适应性训练

为应对东京奥运会期间湿热天气对运动表现带来的不良影响，可通过气象预测比赛地、比赛时间段温度、湿度，完全模拟比赛时的温湿度，也应考虑辐射、风力、风向等因素进行赛前适应性训练，具体方法包括在人工气候室和自然环境训练。研究显示[17]，高温高湿训练除了提高运动员热应激能力外，更重要的是高温高湿训练可使机体血容量增多，从而提高运动员的有氧运动表现。但要注意的是高温高湿下训练获得的适应性效果并不意味着就永久拥有，可在1周到1个月内发生衰退，如Lorenzo等[18]报道，热环境下的运动训练适应只持续10天。因此，可根据具体情况安排在赛前1周到1个月之间安排适应性训练。

赛前高温高湿适应性训练要注意的另一问题是训练负荷的安排，因为最佳适宜负荷是提高运动成绩的关键。由于热应激和运动的共同影响，相对于温和环境来说，相同运动负荷高温高湿环境下运动会增加身体额外负荷，因此，高温高湿环境下运动负荷安排特别是初期运动负荷要相对小于温和环境，以防过度训练，而且为提高运动员成绩，充足的恢复时间是必要的。如Voltaire等[19]的研究显示，热天气下以50%～60%最大输出功率踏车1h期间心率要比温和天气下相同强度踏车时高出30b/min。当然，高温高湿训练一旦出现适应性变化，训练负荷就可调整到温和条件下水平甚至高于这个负荷。另外，在一些热带地区生物周期节律可能也在运动适应中发挥作用，热带地区全年日夜节律是有规律的(近似白天12h(06:00-18:00)，黑夜12h(18: 00-06:00)，气温变化也不大。温带气候下的生物周期节律是有季节性的，夏天的直肠温度要高于冬天，而且夏天直肠温度的变化要比冬天的更早[20]。因此，人体温度的生物周期节律中体温调节反应的昼夜变化也会受到季节性变化的影响[21]。

来自资料分析显示，东京奥运会比赛前两周一天中最热的时刻(13:00 h) WBGT是26.4± 2.9℃，因此，提前到比赛地进行适应性锻炼可以不足以完全适应比赛时的高温天气[7]。所以应在赛前选择与东京奥运期间气候相似的地区进行适应性训练，对于我国运动员来说，可以选气温和湿度相近的东部沿海地区和海南作为东京奥运训练的首选地区。

3.3 降温与补液

为应对2020年东京奥运会湿热天气，除了适应性训练和调整比赛时间外，还可通过降温和补液减少热应激来促进机体热舒适。由于建筑阴面WBGT比阳面低，因此，组委会可以在马拉松、竞走等项目赛道沿途搭建遮阴板墙作为降温方法[22]；其次，赛前进行预冷是运动员在高温高湿的环境下准备训练和比赛的一种实用、有效的降温措施，赛前预冷包括冷水降温、穿降温服(帽)以及饮用5～10℃冷饮料和冰浆饮料[23]；同时，由于高温和运动的双重刺激，导致机体排汗增多，在运动前和比赛过程中及时补液也是调节体温、维持水、电解质平衡和保持机能的重要手段[24]。

4 小结与建议

历史气象资料预测，2020年东京奥运会期间将属于高温高湿天气条件。高温高湿环境下运动不仅从身体机能热应激过程的生理生化变化，而且也从心理认知上影响运动表现，并加速外周肌肉疲劳和中枢神经疲劳，严重还可产生热病。因此，为减少2020年东京奥运会高温高湿天气条件对运动员运动表现和健康的影响，组委会可根据比赛时天气条件预测调整比赛时间，并且建议运动员在赛前进行高温高湿环境适应性训练以及在训练比赛期间采用降温和补液措施。