回溯与展望：高原低氧环境影响人身心健康研究

张李强

（西藏民族大学体育学院 陕西咸阳 712082）

国际高山医学协会按照海拔对人的影响情况，将1500-3500米的高度定义为高海拔，3500米以上的高度定义为超高或者是极高海拔[1]。西藏除林芝市的平均海拔约为3000米外，其他地市的平均海拔均高于3500米。可见，藏族居住地均具有高海拔或具有高原特征。

高原最突出之处就在于低氧。不过，藏族世居高原对低氧低压环境的长期适应-习服，形成了对高原低氧环境具有遗传性和生理、解剖特征[2]。对藏族的健康，乃至健康西藏建设都是不容忽视的核心问题之一。笔者梳理了国内外关于“高原低氧”“体育”“医学”“健康”等相关文献发现，医学视角的高原低氧与人体健康、高原低氧环境的体育运动与训练促进竞赛成绩以及高原低氧环境对人体影响的机制研究为主要的三类研究问题，为后续关于高原低氧与运动竞赛、大众健康促进的相关研究开展、体育旅游开展及其政策制定等奠定理论基础。

一、高原低氧对人的影响机制研究

早在2.2万年前的旧石器时代，青藏高原就已经有藏族先民定居[3]。目前，青藏高原有不少于500万的世居藏族居民，其中3500米以上海拔的常住居民不少于70%，经过世世代代对高原低氧环境的适应，他们在高原上产生了最佳的生理适应性[4][5]。研究表明，4000米海拔的氧分压仅为海平面的60%[6]，而藏族经过世代适应-习服，部分生理功能产生了变异以适应此环境，如藏族孕妇的血氧饱和度高，婴儿的死亡率则降低[7]。高原低氧环境对健康男性的肾小球和肾小管也均有损害，尤其是从平原进入高原者影响更明显[8]。可见，氧气是人生理需求所不可或缺的，高原环境有氧运动对人健康和运动竞赛则更为重要。有氧运动通常是指人在氧气供应充足时能够持续5分钟及以上时间的体育活动，对人体健康、运动训练与竞赛等都有积极的促进作用。有氧运动主要对大脑皮质和皮质下血管运动中枢起作用，减慢较高神经的传导速度、提高迷走神经的兴奋性、调整心绪、扩张外周血管、降低心率和血压，从而使机体适应高原低氧低压环境。

人们通常通过心率变异性来评判自主神经系统的功能，并对其进行调控。心率变异性又叫窦性心律（HRV）[9]，是近年来较受关注的一种无创性心电监测项目，是一项有效度量心脏自主神经系统功能的有价值指标，尤其能在高原低氧环境下及时、有效地监控和预测自主神经的调节状态，并对心脏交感迷走神经的张力和心血管活动有重要影响。如黄玉玲等对2600米高原的30名60-74岁长期跳有氧健身锅庄舞的老年人和30名60-76岁缺乏运动的老年人在渐增负荷运动前安静时、运动中5分钟和运动后10分钟的血压、心率和血氧饱和度的研究表明，高原低氧环境中适当的有氧运动能有效提高老年人摄取氧、利用氧的能力和HRV，并能降低心率和血压，进而改善心脏自主神经功能[10]。朱莎等研究表明，3000米上下是心脏自主神经系统调节功能发生显著变化的分水岭[11]。而3040米海拔高度时人的副交感神经活动显著减弱，自主神经系统的调节功能受到显著抑制[12]。研究表明，日常体力活动和长期低强度有氧运动既能有效改善自主神经系统调节机能，还能有效降低肥胖所致的潜在健康风险[13][14]。对于世居高原的藏族，尤其是自幼生长在2700米以上，且从未离开高原者对高原低氧环境的适应性都较好，优于迁入高原的其他人群，主要表现在世居高原藏族人群的迷走神经张力高、出现窦性心动过缓和心率偏低现象[15][16][17]。大量流行病学研究表明，规律而持续的有氧健身运动具有调节交感神经和副交感神经的功能[18][19]。

世居高原藏族之所以适应高海拔低氧环境，很大程度上是其长期适应-习服的自然选择结果，尤其是为了适应高原低氧低压的特殊环境而“迫使”机体进化出高效的摄取氧、运输氧和利用氧的生理机能和运动能力。这些生理适应可能主要是机体经过自然选择的多个基因（组）交互作用[16][20]，从而使藏族具有较高的肺通气量、血氧饱和度和较低的肺动脉压、血红蛋白浓度[6]。高原低氧环境的世居藏族在红细胞增值上表现为对低氧的钝化反应，这也就不会使机体发生由于红细胞过度增值引发的血液黏稠度综合征（高原红细胞增多症），从而确保了血液流动的畅通性和氧气的运输功能[21][22]。不过，崔超英等对西藏20余地不同海拔藏族人群的不同生理生化和血液指标分析发现，4500米是他们血红蛋白浓度和红细胞增多的一个明显拐点，4500米以上的海拔时相关指标的增长速度加快[23]。更有研究得出，4500米以上的超高海拔低氧环境中不可能有效调控藏族的血红蛋白浓度[24]，也就是说，4500米是藏族适应高原低氧环境的最佳临界海拔高度，或者说是藏族所能够适应的最高海拔。但是这与藏族的实际居住海拔并不完全一致，如改则县马日玛乡等地的平均海拔约5000米，仍有藏族生活，还有西藏民族大学选派的驻村工作队员从低海拔陕西咸阳（约400米）前往持续生活6个月到一年的时间。这也一定程度上说明，人体具有适应-习服高原低氧环境的能力。此外，刘丹等对48名广东援建西藏林芝的健康成人在进藏前和进藏后的第1周、1月和3月时的血糖、血脂谱以及甲状腺激素水平的检验发现，人体容易适应3000米上下的海拔，但是中长期生活在此高度的人体重、空腹血糖浓度下降，血脂谱得到了改善，这有助于降低代谢综合症、动脉粥样硬化等相关疾病的患病风险[25]。此研究结果表明，高原低氧低压对机体会产生一定的适应性，但是具有一定的时间依赖性，从而达到机体对高原低氧环境的习服。广东援建工作人员在林芝（平均海拔约3000米）停留4周已基本对高原低氧产生适应-习服。不过，他们的身体活动量较上高原前有所下降，体重也有所下降[25]。笔者认为可以从以下三方面阐释以上问题：（1）高原低氧环境有独立于运动锻炼干预之外的降低体重效应[26]。（2）平原进入高原的人群存在一定的食欲不振或者是衰退，摄食量减少现象。（3）高原风大干燥，人体水分流失严重。世居青藏高原的夏尔巴人从354米迁移到4800米的皮质醇水平和分泌模式未产生变化的研究结果在一定程度上证实，这是他们世居高原的适应-习服表现[27]。

综上可知，高原低氧环境中，人的身心均会经过长期的自然选择而适应-习服，但是机体对高海拔的适应是一个渐变的过程，在此过程中，人的自主神经系统的调节功能发生不同的变化[11]。基于此，机体摄取氧、运输氧、运用氧的能力改变，影响机体的心肺功能、血红蛋白浓度和神经活动等来进一步调节机体的高原低氧生理功能和运动能力。

二、高原低氧对人的健康影响研究现状

大量的研究和实践证实，高原低氧环境对人的健康影响是一把双刃剑，对人的身心健康有积极的影响，也有负面消极的阻碍作用。我们以“高原”“低氧”“健康”“藏族”等为主题词搜索了中国知网、万方数据知识服务平台发现353条最新研究文献，并呈现出一定的分布特征（图1、图2）：（1）学科分布：占比前三名分别是医学（65%）、体育（5%）、环境（4%）以及生态（4%）；（2）关键词分布：占比前三名分别是高原（53%）、健康教育（8%）、心理健康和儿童青少年（7%）。

由图1和图2可知，医学是高原低氧领域的“领头羊”，占据绝对的比例与优势；体育学科、环境和生态学科虽然分别是本领域的第二与第三，但是与医学的差异非常大。此外，从关键词分布来看，高原是本领域的研究热点和核心关键词，低氧占据的比例很小（4%）。结合图3年度发文数量发现，高原低氧健康研究1992年就已出现，但一直没有引起相关学者的高度关注。推断原因在于人们认为高原低氧环境对人有着巨大危害而没有深入探究。

（一）高原低氧对人的生理健康影响

恶劣的自然环境对人的健康有很大负面影响，其中，急性轻症高原病的发病率高达51%[28]，甚至是57.2%[29]。王秀娟采用Ridit分析法对9542名长期移居青海高原（2260-4200米）的离休干部在高原低氧环境的健康状况调查结果表明他们的健康状况差于稍低海拔[30]。不过，高原低氧环境对人的健康同样有着正面的影响，如高欢对运动员4周的有氧耐力训练结合饮食控制的双重干预，引起超重和肥胖者低强度运动时，脂肪供能比例显著增加，有氧代谢能力均得到一定程度改善，低氧和高原训练改善幅度更大；同时，无氧运动能力也得到一定幅度提高，其中女性无氧运动能力的提高较为显著[31]。Harvey等研究发现[32]，久居高原的汉族和世居高原的藏族的低氧通气反应（HVR）能力相似。也就是说，低氧通气反应能力在长期的适应-习服过程中均会得到改善。

研究表明，最大负荷运动时，世居高原藏族的肺通气量明显高于汉族或移居人群[33]。这为藏族的正常生命体征提供了生理先决条件。长期的高原低氧环境严重影响成年男性生殖健康[34]，降低精液质量，进而造成生殖功能障碍。随着海拔高度的升高男性的精子浓度呈下降趋势[35][36]，受影响程度也逐渐加重[37]，但是目前关于高原低氧环境造成的精子浓度降低的机制还不统一。中等海拔高度结合徒步身体活动，不仅可以降低入驻高原的长期平原居住者体重，还会改善其糖耐量[38]。此外，研究表明，1900米海拔高度的身体活动能有效降低总胆固醇、LDL-C和甘油三酯水平，并改善血脂代谢[39]。

人在长期适应中习服高原低氧环境，其中生育能力和后代生长发育的最佳生理适应是世居高原低氧环境的藏族人群长期自然选择的结果，这可能是由于其基因组结构上与汉族存在一定的遗传差异，并在高原低氧环境的适应过程中起到了重要作用，不过，至今还未构建出藏族人群的参考基因组，也就无法科学而精准揭示藏族的基因组结构变异元件在高原适应过程中的生物学功能[23]。因此，尽管HRV已广泛用于评估心脏猝死和糖尿病神经病变，但是关于促进运动训练的发展中仍缺乏深度的研究与应用[14]，对于老年人运动与健身研究尚处于“处女期”[10]。

综上所述，高原低氧对高原人群的健康影响显著，长期有规律的有氧运动，益于改善迷走神经对心脏的支配力，进而促进机体对高原低氧环境的适应。从已有研究来看，医学是本领域的“龙头”研究学科，“高原”是研究的热点关键词。体育是本领域相对较活跃的学科，但是关于高原低氧对藏族人群的生理健康研究还不够深入、系统与全面，未能真正发挥出本学科的自身优势和国家对健康的引领与期望价值。后续研究可从体医融合、体教融合、体育与科技结合等视角入手，进一步探究高原低氧对普通人的最大化健康促进。

（二）高原低氧对人的心理健康影响

低氧低压、高寒，空气稀薄、干燥，紫外线辐射强烈等艰苦环境对人的身心都会产生重大影响[40]。高原低氧环境对人的心理健康与认知功能影响显著，情绪调节能有效改善人的情绪发生、发展，生理反应对人际关系、工作和学习等都有重要的影响[41]。如杨群等研究发现，3650米的海拔高度对数字、注意广度并无显著的影响，但反应速度、错误率的影响则相应提高；不过，较内地平原组，高原被试组的心理健康状况较差，认为感受到的社会支持度较低，同时，社交回避倾向及内心苦恼感受都较为严重[42]。Dykiert等也得到类似的研究结果[43]。即被试者所处海拔高度超过4000米时反应能力下降，错误发生的几率也显著升高。此外，Schlaepfer等的研究发现，急进高原并持续停留10小时以上者的数字、注意广度等认知功能会受到显著影响[44]，同时，焦虑、语言功能，认知任务完成度，困难感知，获得、保持记忆，操作速度等心理功能也都会受到明显的阻碍[45]。但是，Harris等采用前瞻性随机对照实验对26名远足队员在登上5100米高度的认知监测结果却发现，被试中无一人的认知结果受到损害[46]。杨群等研究认为Harris等的研究结果与其他人的研究结果相悖原因在于，一是Harris等的被试受过专业训练，其身体素质要远远好于普通人；二是Harris等的被试从4000米到5100米徒步历时18小时，机体有足够的时间进行适应性代偿而减弱或消退所处环境的高寒、低氧不适。汪涛等对458名进藏新兵1周后的心理健康监测发现容易发生躯体化、人际关系敏感、焦虑和强迫，且躯体化、焦虑因子显著高于中国新兵常模(P＜0.05)[47]。这种心理不良情绪因个体受到对高原的认知冲击引起。可以在适当时机，选取恰当内容进行心理干预，但是研究表明，单纯的心理或军事训练均无法有效改善进驻高原军人的身心健康水平[48]。

综上所述，常驻高海拔地区军人强迫、躯体化、抑郁症状突出，高原环境对认知[49][50]、情绪调节功能[51]均有巨大影响。高原居民的认知速度、敏感性和选择反应时间均低于平原居民[52][53]。进一步分析认为，高原条件艰苦、自然环境恶劣等是藏族身心健康水平的潜在诱因，并且这些因素对藏族身心健康引起的不适感不易受其他因素改变[54][50]。

三、高原低氧对运动训练与竞赛的影响

体育锻炼能显著提升机体功能是毋庸置疑的。世居青藏高原的藏族经过长久的适应-习服在此环境繁衍生息，并进行一些不同负荷的身体活动，相关研究已证实藏族是高原低氧适应的最优种族之一[55]。因为心肺功能是藏族习服高原低氧环境的关键因素之一[56]。第十四届全国运动会上，西藏自治区运动员多布杰获得田径男子10000米、5000米的双项冠军[57]是很好的例子。此外，也有研究得出世居高原者心肺耐力更好的结果，如樊辉娟等对19-21岁的677名世居青海省（平均海拔2970.83±333.96米）的藏族男性青少年心肺功能、心率比较显示，多数心肺功能指标均显著高于汉族而心率显著低于汉族（p＜0.05）[58]。研究认为，世居高原的藏汉族机体有着相似的代偿能力，但是该代偿能力对藏汉族的机体影响是否有差异尚不确定。

自20世纪50年代，原苏联在高加索建立高原训练基地以来，高原及模拟高原低氧训练就步入了高速发展状态[59](P4-9)，且相关研究成为运动训练与竞赛的焦点，尤其是高原低氧环境中有规律的运动训练后，运动能力提升有助于HRV的提高。如在4220米海拔对13名有训练者和11名无训练者的马拉松跑测试结果发现，安静状态下，前者的HR更低，且HRV中的多项指标值低于后者[60]。进一步分析认为，以上结果的出现可能是有规律的运动训练增加了迷走神经对心脏的支配能力所致。因此，为了提高运动竞赛成绩，可以长时间久居高原进行科学有规律的运动训练，因为模拟高原低氧训练和高原的实际氧含量、大气压、湿度、温度、风速、气候甚至运动体位等诸多因素有较大差异，对运动竞赛成绩的训练效果也有明显差异，如Buchheit等对模拟高原低氧环境和常氧环境下运动时，HRV下降无显著的统计学差异（p＞0.05）[61]。当然这可能与运动员的运动能力有很大关系，即运动能力高的人HRV也相应较高，如Masuyama等对10名攀登8478-8586米海拔高峰者登山前后的HRV比较发现，登顶8000米以上的5名队员的HRV显著高于未登上8000米高峰者[62]。不过运动强度对HRV的影响程度目前还没有明确的研究定论[11]，这将成为此领域研究的潜在热点与运动竞赛成绩提高的突破点之一。

此外，刘海平等对20名中日竞走运动员高原递增负荷运动训练的监测结果表明，高原低氧训练降低了其心率、提升了机体运动后的耐乳酸能力，从而有助于提升其运动能力进而提高竞赛成绩[63]。原因在于高原缺氧训练可以加深对机体的刺激，减慢机体的心率、心肌耗氧量，改善心功能，提升机体血乳酸承受能力[64]。这些生理变化的机理在于低氧刺激机体红细胞生成增多，改善血液携氧、运输氧的能力，从而提高机体有氧运动能力[65][66]。

综上所述，高原低氧训练对世居、迁入高原人群的运动能力提升效果显著，主要通过刺激红细胞生成，有效提升机体的血乳酸耐受能力等来实现。

四、高原低氧环境下健康促进的对策

高原低氧环境对人身心健康影响研究成绩斐然，但也要清醒意识到，目前该领域研究更多拘泥于高水平竞技运动员，而非高原世居人群；理论和实证研究汇聚在入住高原前后的相关指标变化情况，及对运动竞赛成绩的影响，而非世居高原人群的纵向跟踪，抑或是世代适应性变化特征；高原低氧对人健康影响研究分散，关于正向积极、负向消极影响的研究结论不一等。健康中国建设背景下，关注世居高原低氧环境人群健康的“民族团结”和“全民健康”的时代特征和多元文化属性进一步凸显，对高原低氧环境与健康促进的需求更高、更迫切。鉴于此，笔者建议从以下方面深化与拓展本领域的研究。

（一）借鉴高水平运动员研究经验，满足高原世居人群身心健康

研究成果是时代的产物，是推进社会发展需要的启明星，更是为了回应和解答社会问题[67]。健康中国背景下，全民健身是国家战略层面的焦点问题。青藏高原250多万平方公里，平均海拔不低于4000米，截至2018年西藏自治区居住着约344万人，青海省居住着603万人，[68]他们的健康牵动着健康中国建设。2021年8月16日，西藏自治区卫生健康委员会在《西藏日报》发表的署名文章《初心不改艰苦奋斗，绘就以人民健康为中心的壮丽画卷》中明确提出，和平解放初期西藏的人均预期寿命仅仅为35.5岁，目前已经增长到71.1岁[69]。但是，2021年8月18日中国医政医管局关于《奋力谱写新时代医师队伍高质量发展新篇章》报道，截至2019年我国的人均预期寿命已达到77.3岁[70]。由此表明，西藏高原人群的健康质量还存在很大问题。其中，环境是影响健康的一个重要因素。高原低氧环境对运动员的竞技成绩提升已经受到国际关注，并做了大量研究与应用，积累了深厚的研究基础与实践经验。但是，运动员多数是短期居住在高原，目的是接受高原低氧低压特殊环境对机体刺激，提升运动竞技能力，与世居高原人群需要高度关注健康、获得高质量美好生活有本质不同。因此，后续研究需要关注世居高原人群在高原低氧低压环境中如何实现健康促进。

（二）结合高原特点和民族特色，寻求世居高原人群健康促进的适宜项目

《“健康中国2030”规划纲要》提出:“大力发展群众喜闻乐见的运动项目，鼓励开发适合不同人群、地域特点的特色运动项目，扶持推广太极拳、健身气功等民族民俗民间传统运动项目”。《关于实施中华优秀传统文化传承发展工程的意见》更是提出:“把传统体育项目纳入全民健身工程”。由此可见，民族传统体育项目的发展前景广阔，为世居高原人群健身提供了利好政策。高原具有鲜明的低氧低压、高寒风大、紫外线强烈等不可抗拒的自然环境特点，对世居高原人群的健康产生很大的影响。但高原世居人群具有不畏艰难困苦、顽强拼搏、积极向上的精神，为他们参与体育运动提供了先天基因。高原聚居的少数民族都有着本民族特色的节庆娱乐活动，不仅丰富农忙之余的精神生活，还传承推广了民族节庆文化，更为他们强身健体奠定了基础，如藏族的押伽、抱石头比赛等。然而，随着海拔升高，氧含量下降，人体血氧饱和度受到显著影响，进而影响到机体运动能力。因此，后续研究就有必要以民族传统体育项目为载体，以世居人群健康为突破口，借助现代信息技术与科技手段，通过家庭、学校和社区相结合的横向模式与不同年龄人群的纵向跟踪研究范式，寻求适合普通人健身与锻炼的体育项目来促进世居高原低氧环境人群健康。

（三）挖掘高原低氧健身功效，注重推广学校体育带动全民参与

我们知道，高原缺氧使很多人机体不适应，出现头晕、头疼、耳鸣、睡不着、心慌等一系列典型的高原反应，影响了人们的正常机体功能，甚至人们的正常生活。在高原低氧环境中生活的人群应根据自身情况积极参加体育锻炼，提升个体肌体的适应能力。高原地区整体上教育发展滞后，很多边远农牧区交通不便、信息闭塞，人们受教育程度偏低，缺乏对体育与健康的基本认知。鉴于此，在国家大力推进学校体育，落实立德树人，培养健康、全面发展的学生背景下，通过学生带动家长参与体育锻炼，构建“小手拉大手”模式，促进群众体育的积极发展，从而实现全民健身。

结语

研究表明，经过机体的长期选择，多个基因（组）交互作用，藏族世代适应-习服了高原低氧环境，并被认为是该环境生存的最优人群，且高原低氧环境有助于运动训练与竞赛成绩的提高。随着时代的发展，借助科技手段，克服高原低氧客观不利因素，创设优质体育平台，融合藏族体育项目与文化，打造优质体育赛事与节庆活动，最大化促进藏族人群积极参与体育活动与比赛，尤其帮助更多的藏族儿童青少年在体育锻炼中享受乐趣、增强体质、健全人格、锻炼意志，为实现健康中国贡献独有的高原低氧力量。