2. 400038 重庆,陆军军医大学(第三军医大学):极端环境医学教育部重点实验室;
3. 400038 重庆,陆军军医大学(第三军医大学):陆军卫勤训练基地
2. Key Laboratory of Extreme Environmental Medicine of Ministry of Education, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038, China;
3. Medical Training Base, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038, China
高温环境从事高强度军事作业容易导致热损伤。严重热损伤是降低热区部队作业能力、造成战时非战斗减员的主要原因[1-2]。热习服训练是目前公认的预防中暑的最有效方法[3]。热习服,即机体在长期反复的热作用下,出现的一系列适应性反应。机体完成热习服之后,对热的反射性调节功能逐步完善,出现对热环境适应性的增强。通常可在热环境下进行体能训练来获得热习服。我军在1996年颁布军标GJB 2561-1996《军人耐热锻炼卫生规程》,全军热射病防治专家组于2016年12月发布了《部队热习服指南》(以下简称“指南”)[4],以期通过热习服训练提高部队指战员热耐受性,减少中暑的发生[5-6]。但这两部文件均以指导原则为主,而建议的训练方案比较粗略。
近年来,有研究发现当机体面临高热、高寒、缺氧的外界刺激时,除了会出现各种特异性的生理反应之外,也会出现一些相同的生理反应,比如心率加快[7-9]。有学者提出:在一种特殊环境中产生的环境特异性习服,可能在面对另一种特殊环境的应激时,发挥生理学上有益的效应来应对不同的应激[10]。有研究发现:通过耐缺氧习服后,机体能够更耐受热应激[11]。因此,我们设想在主要采用有氧训练的热习服过程中融入缺氧训练,可能能够更有效提升机体的耐热能力。本研究在经典热习服训练基础上增加耐缺氧训练,观察缺氧训练对机体耐热能力的影响,以期探索一套适用部队、可操作性强、更好促进耐热能力形成的热习服训练方案。
1 资料与方法 1.1 调查对象本研究选取南部战区某部60名男性健康志愿者为受试对象。对受试者进行严格的筛查,身体健康并且体能测试合格者方能入选。同时对受试者进行充分的告知,均签署知情同意书。按照随机分组原则,将60名志愿者分为3组,分别为对照组、热习服组和缺氧训练复合热习服组,每组20名。3组受试者的年龄、军龄、身高、体质量、体表面积、心功能指数差异均无统计学意义(P>0.05,表 1)。受试者衣着均为夏季体能训练服,着作训鞋、夏袜。每次热习服训练,向参训人员提供2 L某品牌运动饮料,在训练期间自主安排间隔时段饮用完。整个热习服训练阶段志愿者饮食规律、良好,睡眠充足,未罹患任何疾病。
组别 | 年龄/岁 | 军龄/年 | 身高/cm | 体质量/kg | 体表面积/m2 | 心功能指数(K值) |
对照组 | 21.2±1.0 | 1.51±0.02 | 175.3±4.0 | 72.5±5.8 | 1.65±0.02 | 1.65±0.03 |
热习服组 | 21.0±1.1 | 1.50±0.03 | 175.2±5.2 | 71.9±7.1 | 1.64±0.02 | 1.67±0.02 |
缺氧+热习服组 | 21.2±1.2 | 1.50±0.02 | 174.9±5.2 | 72.3±6.7 | 1.65±0.02 | 1.65±0.04 |
1.2 热习服环境
根据“指南”中热习服对环境的要求,环境温度应高于30 ℃。热习服的时间安排在入夏季之初。基于以上要素,结合广州地区的气候情况,本研究在2018年5月中旬进行。热习服每天的环境状况,采用三球温度(wet bulb-globe temperature, WBGT)进行具体监测。热习服训练期间,配有医疗救护设施及医护人员进行卫生学保障。
1.3 检测指标本研究设计基于“指南”的指导意见,结合《陆军军事训练与考核大纲》所规定的军事体能训练设置训练科目。“指南”中对于热习服训练周期要求训练须连续进行10~14 d。为了更好地适应本次部队单位的作训实际情况,本研究选择了12 d来进行。在训练过程中,6 d为1个训练周期。在这个训练周期内,采用循序渐进的原则安排每天的具体训练量。第2个6 d的训练周期,依然采取循序渐进的原则安排训练,只是第2个周期训练的起始量比第1个周期增长。具体实验设计见图 1。为了评估两种热习服方法提升耐热能力的差异,在热习服训练开始之前,所有受试对象进行了耐热测试。耐热测试采用高温环境下的二级台阶运动负荷试验。在完成了2个周期的热习服训练之后,再次对受试对象进行耐热测试。将采集的数据与习服前进行对比,并对两种不同习服组间进行对比,评估在高温环境下的体力作业能力及水盐代谢情况以及热习服的效果。
本研究主要检测指标由经过培训的工作人员进行采集和录入。其中采用热耐受相关指标来监测耐热能力的改变,包括心率、血压、耳温、出汗量、生理紧张指数(physiological strain index, PSI)、最大摄氧量(maximal oxygen uptake, VO2max)与心率为170次/min时的体力工作能力(physical work capacity at heart rate of 170 beats per minute, PWC170)。采集心输出量、肺通气量等指标评估心肺功能。耳温由德国博朗耳温计IRT6520的传感器插入耳道进行测定,连续测定3次,取3次的均值作为耳温值进行录入。皮温、心率采用Equivital动态生命体征监测仪(Hidalgo公司, 英国)进行动态遥测。气体代谢使用VO2000运动肺功能测试仪(Med Graphics VO2000, USA)监测。血压由腕式电子血压计(欧姆龙,hem-8611)进行检测。根据许文生氏公式,体表面积的计算方法如下:体表面积(m2)=0.006 1×身高(cm)+0.012 8×体质量(kg)-0.152 9,心功能指数采用K值表示,K值=收缩压/心率。
热习服过程中,水盐代谢的监测通常采用出汗量、PSI来反映。出汗量测定主要用称量法,即体质量差法(人体秤感应灵敏度1 g)。①出汗量=实验前裸体体质量-实验后裸体体质量;②PSI=HR/100+ΔTr+SWR;HR:运动终止即刻立位心率(次/min);ΔTr:运动前后耳温增加值(℃);SWR:运动过程每小时出汗量(g/min)。
核心体温的监测是评估机体受热程度的重要指标之一。通常核心体温的监测会采用肛温来代表核心体温。但实际操作中,肛温的测量在现场不便操作,且受试人员大多不太接受。耳温计通过探头测量鼓膜及其周围组织产生的热量,达到温度平衡,得到读数。体温是由下丘脑控制调节的,它与鼓膜有相同的血供,与直肠相比,鼓膜能更快反映出体内温度的改变。有文献报道,耳温测量方式能准确反映人体的核心温度[12]。因此,本研究采用耳温来替代肛温用于实际操作中。
1.4 热习服以及复合耐缺氧训练方案根据“指南”的指导意见,结合《陆军军事训练与考核大纲》设置训练科目。热习服以及复合缺氧训练项目不能每天以长距离、低心率的有氧运动达成热习服训练水平,而应该考虑训练的有效性并以受训者的恢复周期缩短为宜。热习服以及复合缺氧训练遵循循序渐进原则。热习服训练周期为12 d,每天训练1.5~2.0 h,均在下午3:00开始进行。热习服与复合缺氧训练组训方案见表 2。对照组按部队当前正常的军事训练安排执行训练,不参与热习服与复合缺氧训练的训练。
日期/训练时间 | 热习服训练组 | 热习服复合缺氧训练组 | |||
训练科目 | 训练内容 | 训练科目 | 训练内容 | ||
D1/90 min | 器械有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min),10 min;②30 m×2(放松跑,30 m/5 s), 5 min;③单杠引体向上,(4~10)个×4组,组间休息2 min,20 min;④双杠臂屈伸,(6~12)个×4组,组间休息2 min,20 min;⑤放松慢跑1 500 m(1 000 m/6 min),15 min;⑥拉伸,20 min | 器械无氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min),5 min;② 30 m×3(放松跑, 30 m/5 s),5 min;③ 60 m×3(放松跑, 60 m/9 s),5 min;④单杠引体向上,(4~10)个×4组组间休息2 min,20 min;⑤双杠臂屈伸,(6~12)个×4组,组间休息2 min,20 min;⑥ 300 m×2组(50~60 s),组间休息5 min,15 min;⑦拉伸,20 min | |
D2/120 min | 共同科目有氧耐力核心力量 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min;② 2 000 m (1 000 m/6 min), 15 min;③3 000 m (1 000 m/6 min), 25 min;④俯卧撑,(15~20)个×3组, 组间休息5 min, 20 min;⑤仰卧起坐,(15~30)个×3组, 组间休息5 min, 20 min;⑥放松慢跑800 m, 10 min;⑦拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min;②100 m×2个(100 m/13~16 s), 个间休息2 min, 10 min;③300 m×2个(300 m/50~60 s), 个间休息5 min, 15 min;④400 m×2个(400 m/1 min 30 s~1 min 45 s), 组间休息5 min, 15 min;⑤俯卧撑, (15~20)个×3组, 组间休息2 min, 20 min;⑥仰卧起坐, (15~30)个×3组, 组间休息2 min, 20 min;⑦放松慢跑800~1 000 m, 10 min;⑧拉伸, 20 min | |
D3/120 min | 共同科目有氧耐力核心力量 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min;②单杠引体向上, (4~10)个×2组, 组间休息3 min, 20 min;③双杠臂屈伸, (6~12)个×2组, 组间休息3 min, 20 min;④徒手深蹲, (15~20)个×2组, 组间休息3 min, 20 min;⑤平板支撑, (40~60)s ×2组, 组间休息3 min, 20 min;⑥放松慢跑800 m, 10 min;⑦拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力140 min | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min;②动态拉伸, 10 min;③350 m×2个(350 m/60~80 s), 组间休息5 min, 20 min;④800 m(220~240 s)-400 m(140~150 s)-800 m(220~240 s)-400 m(140~150 s)2组, 组间休息8~10 min, 30 min;⑤俯卧撑, (15~20)个×3组, 组间休息2 min, 20 min;⑥仰卧起坐, (15~30)个×3组, 组间休息2 min, 20 min;⑦放松慢跑800 m, 10 min;⑧拉伸, 20 min | |
D4/100 min | 共同科目有氧耐力 | ①慢跑800 m(1 000 m/6 min), 10 min; ②30 m×2(放松跑, 30 m/5 s), 10 min; ③60 m×2(放松跑, 60 m/9 s), 10 min; ④1 500 m(1 000 m/6 min), 15 min; ⑤3 000 m(1 000 m/6 min), 25 min; ⑥放松慢跑1 000 m, 10 min; ⑦拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力有氧耐力120 min | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min;②动态拉伸, 10 min;③30 m×3(放松跑, 30 m/5 s), 10 min;④60 m×3 (放松跑, 60 m/9 s), 10 min;⑤400 m×2个, (400 m/1 min 30 s~1 min 45 s), 组间休息8 min, 40 min; ⑥3 000 m(1 000 m/6 min), 20 min;⑦拉伸, 20 min | |
D5/120 min | 共同科目器械训练有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/330~340 s), 10 min; ②动态拉伸, 10 min; ③30 m×2(放松跑, 30 m/4 s), 5 min; ④60 m×2(放松跑, 60 m/8 s), 5 min; ⑤单杠引体向上, (4~10)个×6组, 组间休息2 min, 20 min; ⑥双杠臂屈伸, (6~12)个×6组, 组间休息2 min, 20 min; ⑦2 000 m(1 000 m/330~340 s), 15 min; ⑧放松慢跑1 000~1 500 m, 15 min; ⑨拉伸, 20 min | 共同科目力量训练无氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/330~340 s), 10 min; ②动态拉伸, 10 min; ③30 m×4 (放松跑, 30 m/4 s), 5 min; ④60 m×4 (放松跑, 60 m/8 s), 5 min; ⑤单杠引体向上, (4~10)个×6组, 组间休息2 min, 20 min; ⑥双杠臂屈伸, (6~12)个×6组, 组间休息2 min, 20 min; ⑦100 m×4(13~16 s), 组间休息2 min, 20 min; ⑧放松慢跑800~1 000 m, 10 min; ⑨拉伸, 20 min | |
D6/120 min | 共同科目核心力量有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②俯卧撑, (15~20)个×4组, 组间休息2 min, 20 min; ③仰卧起坐, (15~30)个×4组, 组间休息2 min, 20 min; ④平板支撑, (40~60)s×2组, 组间休息3 min, 20 min; ⑤4 000m(1 000 m/6 min), 30 min; ⑥拉伸, 20 min | 共同科目力量训练无氧耐力150 min | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②100 m×3组(100 m/13~16 s), 组间休息2 min, 10 min; ③300 m×4组(300 m/50~60 s), 组间休息5 min, 30 min; ④400 m×4组(400 m/1 min 30 s~1 min 45 s), 组间休息8 min, 30 min; ⑤俯卧撑, (15~20)个×4组, 组间休息2 min, 20 min; ⑥仰卧起坐, (15~30)个×4组, 组间休息2 min, 20 min; ⑦放松慢跑800~1 000 m, 10 min; ⑧拉伸, 20 min | |
D7/120 min | 共同科目力量素质 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min;②30 m×2 (放松跑, 30 m/4 s), 5 min;③ 60 m×2 (放松跑, 60 m/8 s), 5 min;④单杠引体向上, (4~10)个×2组, 组间休息3 min, 20 min; ⑤双杠臂屈伸, (6~12)个×2组, 组间休息3 min, 20 min;⑥俯卧撑, (15~20)个×3组, 组间休息2 min, 20 min;⑦仰卧起坐, (15~30)个×3组, 组间休息2 min, 20 min; ⑧拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力有氧耐力核心力量 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②动态拉伸, 10 min; ③350 m×2组(350 m/60~80 s), 组间休息3 min, 10 min; ④800 m (220~240 s)-400 m(140~150 s)-800 m(220~240 s)- 400 m(140~150 s) 2组, 组间休息8~10 min, 40 min; ⑤俯卧撑, (15~20)个×2组, 组间休息2 min, 10 min; ⑥仰卧起坐, (15~30)个×2组, 组间休息2 min, 10 min; ⑦放松慢跑800 m, 10 min; ⑧拉伸, 20 min | |
D8/90 min | 共同科目有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②30 m×2 (放松跑, 30 m/5 s), 10 min; ③60 m×2(放松跑, 60 m/9 s), 10 min; ④1 500 m(1 000 m/6 min), 15 min; ⑤3 000 m(1 000 m/6 min), 25 min; ⑥拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力有氧耐力120 min | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②30 m×2 (放松跑, 30 m/5 s), 5 min; ③60 m×2 (放松跑, 60 m/9 s), 5 min; ④400 m×3组(400 m/90~105 s), 组间休息10 min, 50 min; ⑤4 000 m(1 000 m/6 min), 30 min; ⑥拉伸, 20 min | |
D9/120 min | 共同科目有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/330~340 s), 10 min; ②动态拉伸, 10 min; ③30 m×2 (放松跑, 30 m/4 s), 10 min; ④60 m×2 (放松跑, 60 m/8 s), 10 min; ⑤2 000 m(1 000 m/6 min), 20 min; ⑥4 000 m(1 000 m/6 min), 25 min; ⑦放松慢跑1 000~1 500 m, 15 min; ⑧拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/330~340 s), 10 min; ②动态拉伸, 10 min; ③30 m×4 (放松跑, 30 m/4 s), 5 min; ④60 m×4 (放松跑, 60 m/8 s), 5 min; ⑤100 m×6组(13~16 s), 组间休息2 min, 30 min; ⑥50 s-60 s-90 s-跳绳×3组, 间歇2 min;组间休息5 min, 30 min; ⑦放松慢跑1 000~1 500 m, 15 min; ⑧拉伸, 15 min | |
D10/120min | 共同科目器械训练核心力量 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②单杠引体向上, (4~10)个×2组, 组间休息3 min, 20 min; ③双杠臂屈伸, (6~12)个×2组, 组间休息3 min, 20 min; ④俯卧撑, (15~20)个×3组, 组间休息2 min, 20 min; ⑤仰卧起坐, (15~30)个×4组, 组间休息2 min, 20 min; ⑥放松慢跑800~1 000 m, 10 min; ⑦拉伸, 20 min | 共同科目 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②100 m×2组(100 m/13~16 s), 组间休息2 min, 10 min; ③300 m×3组(300 m/50~70 s), 组间休息5 min, 20 min; ④350 m×4组(350 m/60~80 s), 组间休息8 min, 30 min; ⑤俯卧撑, (15~20)个×2组, 组间休息2 min, 10 min; ⑥仰卧起坐, (15~30)个×2组, 组间休息2 min, 10 min; ⑦放松慢跑800~1 000 m, 10 min; ⑧拉伸, 20 min | |
D11/120min | 共同科目器械训练有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②30 m×2 (放松跑,30 m/4 s), 5 min; ③单杠引体向上, (4~10)个×4组, 组间休息2 min, 15 min; ④双杠臂屈伸, (6~12)个×4组, 组间休息2 min, 15 min; ⑤6 000 m(1 000 m/6 min), 45 min; ⑥放松慢跑800 m, 10 min; ⑦拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②动态拉伸, 10 min; ③800 m(220~240 s)-400 m(140~150 s) -800 m (220~240 s)-400 m (140~150 s) 3组, 组间休息8~10 min, 50 min; ④40 s-60 s-90 s-跳绳×2组, 间歇1 min;组间休息3 min, 20 min; ⑤放松慢跑800 m, 10 min; ⑥拉伸, 20 min | |
D12/100min | 共同科目有氧耐力 | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②30 m×2 (放松跑, 30 m/5 s), 10 min; ③1 500 m(1 000 m/6 min), 15 min; ④2 000 m(1 000 m/6 min), 20 min; ⑤3 000 m(1 000 m/6 min), 25 min; ⑥拉伸, 20 min | 共同科目无氧耐力有氧耐力120 min | ①慢跑(1 000 m/6 min), 10 min; ②30 m×2 (放松跑, 30 m/5 s), 10 min; ③60 m×2 (放松跑, 60 m/9 s), 10 min; ④400 m×2(400 m/90~135 s), 组间休息10 min, 30 min; ⑤6 000 m(1 000 m/6 min), 40 min; ⑥拉伸, 20 min |
1.5 热习服对心肺功能的影响
心肺功能测试使用VO2000运动肺功能测试仪采集数据。运动中连续记录心率,同时收集受试者呼出的气体,测出吸氧量和肺通气等。根据参数推算出心输出量[Q=2.9+5VO2(L/min)]。运动中除达到年龄标准化最大心率外[220-年龄(岁)],出现乏力、胸闷或心跳疼痛、眩晕、面色苍白、呼吸困难等情况时随即终止运动。
1.6 统计学分析采用SPSS 11.0统计软件。VO2000相关的实验原始数据用WSTATA软件进行分析处理,所得结果以x±s表示,各指标组间差异比较采用单因素方差分析,LSD法进行两两比较。检验水准:α=0.05。
2 结果 2.1 热习服过程中耐热效果评估 2.1.1 耳温本研究中参与实验者均获得完整数据。在习服开始前、习服结束后,分别进行耳温的检测。习服前,对照组、热习服组、缺氧+热习服组的耳温差异无统计学意义。经过习服训练后,与对照组相比,热习服组的基础耳温下降了约0.2 ℃(P < 0.05),缺氧复合热习服组下降了约0.3 ℃(P < 0.05)。经过耐热测试后,与习服前相比,热习服组的耳温下降了约0.2 ℃(P < 0.05),缺氧复合热习服组下降了约0.5 ℃(P < 0.05)。耐热测试前,缺氧复合热习服组与热习服组相比,基础耳温差异无统计学意义。而经过耐热测试后,缺氧复合热习服组比热习服组低了0.3 ℃(P < 0.05, 表 3)。
组别 | 耐热测试前 | 耐热测试后 |
对照组 | ||
习服前 | 37.50±0.09 | 39.20±0.05 |
习服后 | 37.51±0.03 | 39.10±0.08 |
热习服组 | ||
习服前 | 37.50±0.08 | 39.15±0.08 |
习服后 | 37.30±0.02a | 38.94±0.02b |
缺氧+热习服组 | ||
习服前 | 37.51±0.08 | 39.17±0.06 |
习服后 | 37.21±0.03a | 38.67±0.07bc |
a:P < 0.05,与对照组比较;b:P < 0.05,与习服前比较;c:P < 0.05,与热习服组比较 |
2.1.2 心率
习服前,对照组、热习服组、缺氧+热习服组心率检测结果差异无统计学意义。习服训练后,与对照组相比,热习服组的基础心率下降了约5次/min(P < 0.05),缺氧复合热习服组下降了约7次/min(P < 0.05)。经过耐热测试后,与习服前相比,热习服组的心率下降了约9次/min(P < 0.05),缺氧复合热习服组下降了约17次/min(P < 0.05)。耐热测试前,缺氧复合热习服组与热习服组相比,基础心率差异无统计学意义。而经过耐热测试后,缺氧复合热习服组比热习服组低了6次/min(P < 0.05,表 4)。
组别 | 耐热测试前 | 耐热测试后 |
对照组 | ||
习服前 | 80.2±6.3 | 125.7±11.5 |
习服后 | 80.3±4.6 | 124.9±14.7 |
热习服组 | ||
习服前 | 80.1±5.7 | 125.4±15.8 |
习服后 | 75.3±4.6a | 116.3±15.3b |
缺氧+热习服组 | ||
习服前 | 80.3±6.6 | 125.7±18.6 |
习服后 | 73.2±5.2a | 108.6±20.2bc |
a:P < 0.05,与对照组比较;b:P < 0.05,与习服前比较;c:P < 0.05,与热习服组比较 |
2.1.3 出汗量与PSI
习服前,对照组、热习服组、缺氧+热习服组出汗量以及PSI检测结果差异无统计学意义。习服训练后,与习服前相比,热习服组的出汗量增加了约204 g(P < 0.05),缺氧复合热习服组增加了约333 g(P < 0.05)。经过耐热测试后,与习服前相比,热习服组的PSI下降了约0.3(P < 0.05),缺氧复合热习服组下降了约0.6(P < 0.01)。与热习服组相比,缺氧复合热习服组出汗量增加了129 g(P < 0.05),PSI下降了0.3(P < 0.05,表 5)。
组别 | 出汗量/g | PSI |
对照组 | ||
习服前 | 1 428±598 | 4.4±0.1 |
习服后 | 1 436±604 | 4.2±0.2 |
热习服组 | ||
习服前 | 1 426±477 | 4.3±0.1 |
习服后 | 1 630±398a | 4.0±0.1c |
缺氧+热习服组 | ||
习服前 | 1 430±579 | 4.4±0.2 |
习服后 | 1 763±342be | 3.8±0.2de |
a:P < 0.05, b:P < 0.01, 与对照组比较;c:P < 0.05, d:P < 0.01, 与习服前比较;e:P < 0.05, 与热习服组比较 |
2.1.4 最大摄氧量与PWC170
习服前,对照组、热习服组和缺氧+热习服组VO2max、PWC170差异无统计学意义。习服训练后,与习服前相比,热习服组的VO2max增加了约5.8%,缺氧复合热习服组增加了约8.1%。经过耐热测试后,与习服前相比,热习服组的PWC170增加了约9.4%,缺氧复合热习服组增加了约20.9%。与热习服组相比,缺氧复合热习服组VO2max增加了2.3%(P < 0.05),PWC170增加了11.5%(P < 0.01,表 6)。
组别 | VO2max/mL·kg-1·min-1 | PWC170/kg·m·min-1 |
对照组 | ||
习服前 | 48.7±5.8 | 1 435±598 |
习服后 | 49.4±4.9 | 1 376±612 |
热习服组 | ||
习服前 | 48.6±6.0 | 1 506±727 |
习服后 | 51.4±5.9a | 1 647±578c |
缺氧+热习服组 | ||
习服前 | 49.1±5.9 | 1 406±437 |
习服后 | 53.1±4.7be | 1 701±496df |
a:P < 0.05, b:P < 0.01, 与对照组比较;c:P < 0.05, d:P < 0.01, 与习服前比较;e:P < 0.05, f:P < 0.01,与热习服组比较 |
2.2 热习服对心肺功能的影响
习服前,对照组、热习服组和缺氧+热习服组最大心输出量、氧耗量/最大心率差异无统计学意义。习服后,最大心输出量3组两两比较差异均有统计学意义(P < 0.01);氧耗量/最大心率3组两两比较均有统计学差异(P < 0.01,P < 0.05)。与热习服组相比,缺氧复合热习服组最大心输出量增加了3.5 L/min(P < 0.05),氧耗量/最大心率增加了2.6次/min(P < 0.05)。习服前,对照组、热习服组和缺氧+热习服组最大二氧化碳排出量、呼吸频率、最大肺通气量差异无统计学意义。习服后,最大二氧化碳排出量、呼吸频率、最大肺通气量3组两两比较差异均有统计学意义(P < 0.01,P < 0.05)。与热习服组相比,缺氧复合热习服组最大二氧化碳排出量增加了3.5 L/min(P < 0.05),呼吸频率降低了2.8次/min(P < 0.05),最大通气量增加了7 L/min(P < 0.05,表 7)。
组别 | 最大心输出量/L·min-1 | 氧耗量/最大心率/min-1 | 最大二氧化碳排出量/L·min-1 | 呼吸频率/min-1 | 最大肺通气量/L·min-1 |
对照组 | 16.8±0.8 | 12.8±3.2 | 16.8±0.8 | 33.1±5.2 | 102.4±5.7 |
热习服组 | 19.8±1.9a | 15.3±4.0a | 19.8±1.9a | 30.5±7.3a | 107.9±6.7a |
缺氧+热习服组 | 23.3±1.7bc | 17.9±2.8bc | 23.3±1.7bc | 27.7±6.8bc | 114.9±6.5bc |
a:P < 0.05, b:P < 0.01, 与对照组比较;c:P < 0.05, 与热习服组比较 |
3 讨论
为了减少高温环境军事作业所导致的热损伤,本研究拟探索更优化的热习服方案来提高耐热能力。有研究指出:热习服在生理功能上更有利于耐受高原的缺氧应激[13]。与此同时,也有报道提示缺氧习服能够更有效地耐受热应激[14]。因此,本研究基于交叉耐受的原理,提出在热习服训练的同时,引入缺氧训练,探讨缺氧训练的加入是否能更有效地提高机体耐热能力,更好地促进热习服的作用。
经典热习服方案认为行军或越野锻炼能提高人体的耐热能力[15-16]。而行军或越野锻炼均属于有氧训练。大多数有氧运动都是强度低、持续时刻长的运动。研究已明确高温和高强度运动导致的劳力型热射病其主要的病理损伤机制是机体处于相对缺血缺氧状态,当机体处于高温时血液大量分布于皮肤,且心功能及肺功能明显降低,导致重要脏器缺血缺氧,因此,提高耐缺氧能力可以有效对抗热射病的发生[10]。无氧运动是指在“缺氧”状况下的高速剧烈运动。因为在速度过快和爆发力过猛的运动中,人体的脂肪和糖类来不及经过氧化分化,需求经过无氧供能[17]。无氧运动在一定程度上可以提高机体的耐缺氧能力。本研究中,我们引入加速跑、变速跑等项目来进行缺氧训练。
既往有研究采用出汗率、心率、血压的变化等来判断是否达到热习服。近年来,越来越多的研究认为肛温的下降是判断是否达到热习服的一个比较可靠的指标[18-22]。也有一些研究者在应用各种量表对自我感受进行评分研究后,认为自我感受评分的下降或对于环境不适感觉的减轻,亦是热习服训练中的普遍规律[23-27]。本研究中,无论是热习服组还是缺氧联合热习服组,经过习服训练核心体温均呈现不断下降的趋势。训练后核心体温和心率的下降是对热环境适应的重要体现。SHVARTZ等[28]通过试验发现:受试者的肛温在训练后平均下降0.6 ℃。本研究中,经过习服训练后,与对照组相比,热习服组的基础耳温下降了约0.2 ℃,缺氧复合热习服组下降了约0.3 ℃。经过耐热测试后,与习服前相比,热习服组的耳温下降了约0.2℃,缺氧复合热习服组下降了约0.5 ℃。两种不同训练方法都使受试者训练后综合感受评分呈现不断下降的趋势。但复合缺氧训练的受试者,其下降幅度更为显著。
心率能够反映心脏承受负荷的大小,还可以反映心脏和血管本身的功能水平。本研究中,经过习服训练后,与对照组相比,热习服组的基础心率下降了约5次/min,缺氧复合热习服组下降了约7次/min。经过耐热测试后,与习服前相比,热习服组的心率下降了约9次/min,缺氧复合热习服组下降了约17次/min。因此,复合缺氧训练能够让心脏在较低心率下,以较大的每搏输出量泵出更多的血液,减少心脏本身的消耗量。
出汗量是评价机体热习服及其习服程度的重要生理学指标,其反映的是机体水盐代谢的情况[29-31]。ARMSTRONG等[32]曾经指出:人体在热应激下,出汗量会出现相应的变化以改善机体的适应能力。本研究中,习服增加了机体的出汗量,并且复合缺氧后出汗量出现了更明显的增加。PSI是评价热环境下生理负荷较常用的方法[33]。CUDDY等[34]应用体表温度和心率来验证PSI并预测热应激,发现用体表温度和心率计算PSI和评估、预测热损伤风险十分准确。本研究中,习服降低了PSI值,并且复合缺氧后PSI值出现了更明显的降低。
机体运动时骨骼肌代谢增强,导致氧需求量和摄取量明显增加,要求心肺系统提供足够的氧以满足肌肉收缩时细胞呼吸对氧需求的增加,即氧耗量和二氧化碳生成量的增加;同时肌肉运动中产生过多的CO2,要求心肺系统必须从血液中通过呼吸排除CO2[35]。心输出量等于每搏量和心率的乘积。最大心输出量能够反映心力储备的能力。机体的心力储备会在训练中逐渐适应运动变化。具体表现为每搏输出量的增强。本研究中,最大心输出量在热习服组、缺氧联合热习服组与对照组间差异有统计学意义;缺氧联合热习服组与热习服组相比,也具有统计学差异。提示缺氧复合热习服能更好地增强受试者的心力储备。氧耗量可以预测最大心输出量和心脏储备的功能容量,故用以标志心功能损害程度。氧耗量/最大心率更多反映心搏量。即反映心脏最大心率时,每一搏动的氧输送量,代表心脏高心率时每次射血的供氧能力[36]。与习服前相比,热习服组的氧耗量/最大心率显著增高,缺氧复合热习服组增高更加显著。提示心功能适应运动负荷已经不是主要依靠心率增加来进行代偿了。
决定CO2排出量的因素包括血液的CO2携带能力、CO2在组织之间的交换等。由于CO2在组织和血液中易溶解的特性,从呼吸中测得的VCO2比VO2与通气量更为相关。呼吸频率是监测人体呼吸系统功能最简易可行的方法之一,是反映肺承受负荷大小的常用量化指标[36]。当机体肺通气不足时,机体需要通过增加呼吸频率来进行代偿。与习服前相比,热习服组的最大CO2排出量显著增高,缺氧复合热习服组增高更加显著。而热习服组的呼吸频率显著降低,缺氧复合热习服组的降低幅度更加显著。提示习服提升心肺功能,CO2与O2的交换能力更强,更有利于机体的摄氧。肺通气量是反映人体通气功能的生理指标,当人运动强度逐渐增加时,耗氧量逐步增加,因而需氧量也逐步增加。为了获得更多的氧,肺通气量也要随之增加,因此,肺通气量的改变可以反映人耗氧量的增加,也可以反映人体适应运动的肺通气功能。肺通气量越大,肺通气量储备就越大。本研究中,最大通气量在热习服组、缺氧联合热习服组与对照组间差异有统计学意义;缺氧联合热习服组与热习服组相比,差异也具有统计学意义。提示缺氧复合热习服能更好地增加受试者呼吸肌的收缩力量、收缩幅度和胸廓的活动度,改善肺通气和换气功能,增加吸氧能力。提示缺氧复合热习服能够增强心肺功能和体力、耐力。
本研究结果表明在热习服基础上增加耐缺氧训练,能有效促进热习服的效能。通过改善和提高机体循环系统及呼吸系统的生理功能,进一步提升机体的耐热能力。本研究设计的训练方案在部队大规模急进热区的情况下,能有效指导部队战士拥有更有效的耐热能力。
[1] |
杨学森. 热环境军事作业卫生保障关键技术与装备研究进展[J]. 第三军医大学学报, 2017, 39(4): 306-310. YANG X S. Progress in key technology and equipment for health support during military operation in hot environment[J]. J Third Mil Med Univ, 2017, 39(4): 306-310. DOI:10.16016/j.1000-5404.201609190 |
[2] |
罗雪, 何根林, 杨学森. 高温环境军事作业热损伤卫生防护体系建设与探讨[J]. 人民军医, 2018, 61(2): 106-110. LUO X, HE G L, YANG X S. Construction and discussion of thermal injury health protection system for military operation in high temperature environment[J]. People Mil Surgeon, 2018, 61(2): 106-110. |
[3] |
宁波, 宋青. 《部队热习服指南》解读[J]. 空军医学杂志, 2018, 34(4): 276-278. NING B, SONG Q. Interpretation of the Guide to the Army's Heat Acclimation[J]. Med J Air Force, 2018, 34(4): 276-278. |
[4] |
宋青, 宁波. 部队中暑防治手册[M]. 北京: 人民军医出版社, 2016. SONG Q, NING B. Guide to the army's heat acclimation[M]. Beijing: People's Military Medical Press, 2016. |
[5] |
GARRETT A T, REHRER N J, PATTERSON M J. Induction and decay of short-term heat acclimation in moderately and highly trained athletes[J]. Sports Med, 2011, 41(9): 757-771. DOI:10.2165/11587320-000000000-00000 |
[6] |
TAYLOR N A S, COTTER J D. Heat adaptation: guidelines for the optimisation of human performance[J]. Int Sport Med J, 2006, 7(1): 33-57. |
[7] |
SAWKA M N, LEON L R, MONTAIN S J, et al. Integrated physiological mechanisms of exercise performance, adaptation, and maladaptation to heat stress[J]. Compr Physiol, 2011, 1(4): 1883-1928. DOI:10.1002/cphy.c100082 |
[8] |
CASTELLANI J W, YOUNG A J. Human physiological responses to cold exposure: Acute responses and acclimatization to prolonged exposure[J]. Auton Neurosci, 2016, 196: 63-74. DOI:10.1016/j.autneu.2016.02.009 |
[9] |
BÄRTSCH P, GIBBS J S. Effect of altitude on the heart and the lungs[J]. Circulation, 2007, 116(19): 2191-2202. DOI:10.1161/CIRCULATIONAHA.106.650796 |
[10] |
易均凤, 杨学森, 银涛. 热习服及其交叉耐受的研究进展[J]. 热带医学杂志, 2015, 15(2): 276-279. YI J F, YANG X S, YIN T. Research progress on heat acclimation and its cross-tolerance[J]. J Trop Med, 2015, 15(2): 276-279. |
[11] |
SCOON G S M, HOPKINS W G, MAYHEW S, et al. Effect of post-exercise sauna bathing on the endurance performance of competitive male runners[J]. J Sci Med Sport, 2007, 10(4): 259-262. DOI:10.1016/j.jsams.2006.06.009 |
[12] |
谢秀珍, 姚爱棠, 廖妙英, 等. 红外线耳式体温计在预诊分诊中的测试分析[J]. 当代护士(学术版), 2005(6): 69-70. XIE X Z, YAO A T, LIAO M Y, et al. Test and analysis of infrared ear thermometer in pre-diagnosis[J]. Today Nurse, 2005(6): 69-70. DOI:10.3969/j.issn.1006-6411.2005.06.046 |
[13] |
TYLER C J, REEVE T, HODGES G J, et al. The effects of heat adaptation on physiology, perception and exercise performance in the heat: A meta-analysis[J]. Sport Med, 2016, 46(11): 1771. DOI:10.1007/s40279-016-0572-3 |
[14] |
SALGADO R M, WHITE A C, SCHNEIDER S M, et al. A novel mechanism for cross-adaptation between heat and altitude acclimation: the role of heat shock protein 90[J]. Physiol J, 2014, 2014: 1-12. DOI:10.1155/2014/121402 |
[15] |
QIU R Z, ZHEN H J, ZHU S C, et al. Improvement of heat-tolerance by training Ⅰ. Evaluation of effects of long distance running and march training on heat-tolerance[J]. J Med Coll PLA, 1995, 10(3): 220. |
[16] |
邱仞之, 朱受成, 万为人. 锻炼提高耐热能力的研究Ⅲ.行军、越野联合锻炼耐热效果的评价[J]. 第一军医大学学报, 1996, 16(1): 36-39. QIU R Z, ZHU S C, WAN W R. Improvement of heat-tolerance by training Ⅲ.Evaluation of effects of combined training of march and crosscountry race on heat-tolerance[J]. J First Mil Med Univ, 1996, 16(1): 36-39. |
[17] |
李佳静. 浅谈茶叶中有效物质对人体无氧运动后乳酸的消耗及平衡作用[J]. 福建茶叶, 2017, 39(12): 442. LI J J. Discussion on the consumption and balance of lactic acid after effective anaerobic exercise in tea[J]. Tea Fujian, 2017, 39(12): 442. DOI:10.3969/j.issn.1005-2291.2017.12.361 |
[18] |
LADELL W S. Assessment of group acclimatization to heat and humidity[J]. J Physiol (Lond), 1951, 115(3): 296-312. DOI:10.1113/jphysiol.1951.sp004672 |
[19] |
HENANE R, VALATX J L. Thermoregulatory changes induced during heat acclimatization by controlled hypothermia in man[J]. J Physiol (Lond), 1973, 230(2): 255-271. DOI:10.1113/jphysiol.1973.sp010187 |
[20] |
ROBINSON S. Training, acclimatization and heat tolerance[J]. Can Med Assoc J, 1967, 96(12): 795-800. |
[21] |
FOX R H, GOLDSMITH R, KIDD D J, et al. Acclimatization to heat in man by controlled elevation of body temperature[J]. J Physiol (Lond), 1963, 166: 530-547. DOI:10.1113/jphysiol.1963.sp007121 |
[22] |
NIELSEN B, HALES J R, STRANGE S, et al. Human circulatory and thermoregulatory adaptations with heat acclimation and exercise in a hot, dry environment[J]. J Physiol (Lond), 1993, 460: 467-485. DOI:10.1113/jphysiol.1993.sp019482 |
[23] |
UEKI M, TANABE S I, NISHIHARA N, et al. Effect of moderately hot environment on productivity and fatigue evaluated by subjective experiment of long time exposure[C]. Proc Clima, 2007.
|
[24] |
ZHAO J, ZHU N, LU S L. Productivity model in hot and humid environment based on heat tolerance time analysis[J]. Building Environ, 2009, 44(11): 2202-2207. DOI:10.1016/j.buildenv.2009.01.003 |
[25] |
LU S L, ZHU N. Experimental research on physiological index at the heat tolerance limits in China[J]. Building Environ, 2007, 42(12): 4016-4021. DOI:10.1016/j.buildenv.2006.06.029 |
[26] |
MALCHAIRE J B. Occupational heat stress assessment by the predicted heat strain model[J]. Ind Health, 2006, 44(3): 380-387. DOI:10.2486/indhealth.44.380 |
[27] |
TIAN Z, ZHU N, ZHENG G Z, et al. Experimental study on physiological and psychological effects of heat acclimatization in extreme hot environments[J]. Building Environ, 2011, 46(10): 2033-2041. DOI:10.1016/j.buildenv.2011.04.027 |
[28] |
SHVARTZ E, BHATTACHARYA A, SPERINDE S J, et al. Sweating responses during heat acclimation and moderate conditioning[J]. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol, 1979, 46(4): 675-680. DOI:10.1152/jappl.1979.46.4.675 |
[29] |
LORENZO S, HALLIWILL J R, SAWKA M N, et al. Heat acclimation improves exercise performance[J]. J Appl Physiol, 2010, 109(4): 1140-1147. DOI:10.1152/japplphysiol.00495.2010 |
[30] |
GARRETT A T, CREASY R, REHRER N J, et al. Effectiveness of short-term heat acclimation for highly trained athletes[J]. Eur J Appl Physiol, 2012, 112(5): 1827-1837. DOI:10.1007/s00421-011-2153-3 |
[31] |
吴卫兵, 王人卫, 许弟群, 等. 中长跑运动员10天热适应过程中机体热调节反应及HSP70变化[J]. 体育科学, 2013, 33(9): 46-51. WU W B, WANG R W, XU D Q, et al. Changes of thermoregulatory responses and HSP70 in 10-day heat acclimation of middle-long-distance runners[J]. China Sport Sci, 2013, 33(9): 46-51. DOI:10.3969/j.issn.1000-677X.2013.09.006 |
[32] |
ARMSTRONG L E, SZLYK P C, SILS I V, et al. Prediction of the exercise-heat tolerance of soldiers wearing protective overgarments[J]. Aviat Space Environ Med, 1991, 62(7): 673-677. |
[33] |
RAYMOND L W, BARRINGER T A. A thermal stress treadmill walk for clinic evaluation of candidates for hazardous materials (HazMat) duty[J]. Int J Occup Saf Ergon, 2014, 20(2): 281-293. DOI:10.1080/10803548.2014.11077040 |
[34] |
CUDDY J S, BULLER M, HAILES W S, et al. Skin temperature and heart rate can be used to estimate physiological strain during exercise in the heat in a cohort of fit and unfit males[J]. Mil Med, 2013, 178(7): e841-e847. DOI:10.7205/MILMED-D-12-00524 |
[35] |
车琳. 心肺运动试验:原理及常用指标[J]. 临床心电学杂志, 2017, 26(4): 243-247. CHE L. Cardiopulmonary exercise test: principle and common indicators[J]. J Clin Electrocardiol, 2017, 26(4): 243-247. DOI:10.3969/j.issn.1005-0272.2017.04.002 |
[36] |
鲍永霞, 吕福祯, 邵玉霞, 等. 无症状吸烟者的运动心肺功能表现[J]. 哈尔滨医科大学学报, 2002, 36(3): 236-237. BAO Y X, LYU F Z, SHAO Y X, et al. The contrast in cardiopulmonary exercise testing between smokers and healthy volunteers[J]. J Harbin Med Univ, 2002, 36(3): 236-237. DOI:10.3969/j.issn.1000-1905.2002.03.022 |