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韩鹏 等 | 冷环境暴露对最大有氧耐力运动表现的影响
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冷环境暴露对最大有氧耐力运动表现的影响
韩鹏吕媛媛赵丽
（北京体育大学，北京 100084）
作者简介
韩鹏
韩鹏，北京体育大学运动人体科学学院在读博士研究生，主要研究方向为运动与特殊环境。
2019年7月-2021年12月在黑龙江省越野滑雪队（李晓明教练组）主要进行科研服务等工作，重点参与并保障黑龙江省越野滑雪队国际/国家健将等各级运动员日常训练和比赛服务工作。
赵丽
赵丽，北京体育大学运动人体科学学院，教授，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者。主要研究领域为运动与神经可塑性、特殊环境生理学，研究方向为神经退行性疾病的运动干预、运动与健康促进及特殊环境生理。
主持并完成3项国家自然科学基金项目及北京市重点实验室、教育部、国家体育总局等多项课题，作为主要课题负责人完成国家科技部“十一五”、“十二五”科技支撑项目、承担科技部科技冬奥课题等课题。相关研究成果在国内外杂志发表论文100余篇(SCI收录20余篇)。申获国内专利多项。已培养毕业硕士、博士20余人。
作者简介
韩鹏
韩鹏，北京体育大学运动人体科学学院在读博士研究生，主要研究方向为运动与特殊环境。
2019年7月-2021年12月在黑龙江省越野滑雪队（李晓明教练组）主要进行科研服务等工作，重点参与并保障黑龙江省越野滑雪队国际/国家健将等各级运动员日常训练和比赛服务工作。
赵丽
赵丽，北京体育大学运动人体科学学院，教授，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者。主要研究领域为运动与神经可塑性、特殊环境生理学，研究方向为神经退行性疾病的运动干预、运动与健康促进及特殊环境生理。
主持并完成3项国家自然科学基金项目及北京市重点实验室、教育部、国家体育总局等多项课题，作为主要课题负责人完成国家科技部“十一五”、“十二五”科技支撑项目、承担科技部科技冬奥课题等课题。相关研究成果在国内外杂志发表论文100余篇(SCI收录20余篇)。申获国内专利多项。已培养毕业硕士、博士20余人。
摘 要
目的冷环境暴露对机体最大有氧耐力运动表现的影响研究报道不一，受试者性别、年龄、身体成分组成特点及在冷环境的着装等都会对研究结果产生影响。本研究拟探讨身穿专业越野滑雪服在冷环境（-6.8 ℃±1.6 ℃，湿度66%±5.7%）暴露时对机体最大有氧耐力运动表现及相关生理学指标的影响，以期为冬季项目低温训练期最大有氧耐力运动表现特征提供实验室依据。
方法选取运动等级二级及以上某大学男性（17名）和女性（13名）共30名受试者，分别在冷环境和常温环境（温度22 ℃±1.2 ℃，湿度52%±5.2%）下，采用改良版BRUCE递增运动负荷方案，监测运动中皮肤温度（前额温度）、核心温度、心率变化特点，以及完成递增负荷运动持续时间、相对最大摄氧量、峰值最大摄氧量、血乳酸水平和递增负荷运动主观疲劳感觉。
结果冷环境下递增负荷运动前、后前额温度均较常温环境低，核心温度增加幅度低于常温环境。冷环境下递增负荷运动前安静心率显著增加（男性/女性，P<0.05）；冷环境下递增负荷运动后即刻心率较常温环境中对应时间点显著降低（男性/女性，P<0.01）。冷环境男性相对最大摄氧量和峰值最大摄氧量分别增加19.6%和21.8%，女性增加28.2%和28.5%；完成递增负荷运动持续时间均较常温环境显著增加（男性/女性，P<0.05）；血乳酸水平亦显著增加（男性/女性，P<0.05）；主观疲劳感觉无显著变化。
结论冷环境暴露时，在人体核心温度范围，最大有氧耐力运动表现及相关生理学指标变化不具有性别差异；相比常温环境，本研究条件下递增负荷运动后即刻心率显著下降，完成递增负荷运动持续时间、峰值最大摄氧量、相对最大摄氧量水平显著增高。
关键词环境温度；相对最大摄氧量；峰值最大摄氧量；核心温度
1 研究方法
1.1 研究对象
本研究以30名（男性17名，女性13名）某大学18~25岁具有径赛项目运动训练经历、运动等级二级及以上的大学生为研究对象。所有受试者均已知晓在测试过程中可能存在的风险、运动不适及相关测试福利后签写知情同意书。经北京体育大学运动科学实验伦理委员会批准后，所有实验室测试过程严格遵循《世界医学协会赫尔辛基宣言》的要求进行。1.2 研究设计
本研究分别在北京体育大学中国运动与健康研究院和华北科技学院安全工程学院作业环境模拟室进行，实验过程中温度和湿度经温湿度计（得力NO9010，中国）监测（常温环境温度22℃±1.2℃，湿度52%±5.2%；冷环境温度-6.8℃±1.6℃，湿度66%±5.7%）。每名受试者常温和冷环境测试分两天进行，两次测试间隔至少72 h且在相同时间点进行。此外，受试者参与测试期间避免进行大强度训练且保持正常饮食。受试者最大有氧耐力运动表现测试采用“上坡跑”递增负荷方案，“上坡跑”技术动作模式不仅可以最大限度调动受试者下肢骨骼肌参与运动测试、减少不同水平跑姿对最大有氧耐力表现带来的影响，还可以较好地模拟冬季雪上耐力项目（如越野滑雪）下肢专项耐力训练模式。1.3 测试过程
1.3.1 测试前准备受试者穿着专业越野滑雪服装，参加冷环境/常温环境下最大有氧耐力运动测试前需完成20 min相同的准备活动方案：即分别进行10 min低强度慢跑、5 min身体各关节活动、骨骼肌功能激活练习、一次80%全力冲刺40 m冲刺跑和两次90％全力冲刺20 m冲刺跑以及一次100％全力冲刺10 m冲刺跑，各个准备活动项目之间间歇2 min。1.3.2 最大摄氧量测试最大有氧耐力运动测试在电动跑台（h|p|cosmos mercury，德国）上采用改良版BRUCE递增运动负荷方案进行。测试包括8个等级，第一级：0~3 min，受试者静坐休息；第二级：3~6 min，速度2.7 km/h，坡度10%；第三级：6~9 min，速度4k m/h，坡度12%；第四级：9~12 min，速度5.4 km/h，坡度14%；第五级，12~15 min，速度6.7 km/h，坡度15%；第六级：15~18 min，速度8 km/h，坡度15%；第七级，18~21 min，速度8.8 km/h，坡度15%；第八级，21~24 min，速度9.6 km/h，坡度15%。测试过程采用心肺功能测试系统（Cortex Metalyzer® 3B-R2，德国）对所有受试者进行最大摄氧量相关指标的测定。采用Borg 6~20级主观疲劳感觉评价量表（Rating of Perceived Exertion，RPE）评价受试者进行最大有氧耐力测试后的主观感觉评价（RPE）。在最大摄氧量测试前、测试中和测试后即刻采用Polar V800心率表（Polar，芬兰）对受试者机体进行心率的监测。1.3.3 血液样本采集环境温度适应30 min后，在最大摄氧量测试前、测试后即刻分别使用20 μL专用定量毛细管采集指尖血液样本并转移至试剂杯中进行1：51倍稀释，随后使用血乳酸测试仪（EKF Diagnostic，德国）进行样本血乳酸浓度分析。1.3.4 机体温度监测1）核心温度监测：在最大摄氧量测试期间采用CorTemp®无线监测系统（HQ，Inc.，美国）对受试者机体进行连续核心温度的监测。每名受试者在测试前2 h口服“核心温度胶囊”（CorTemp® Temperature Sensor），待到正式有氧测试前连接数据接收器并进行测试前、测试中和测试后即刻核心体温的监测。2）前额温度监测：在最大摄氧量测试前、测试后即刻采用皮肤医用非接触红外温度计（华盛昌，中国）对受试者前额温度进行监测。1.4 统计方法
所有数据均以平均数±标准差（X±SD）表示，使用 SPSS20.0软件包对其统计分析。不同性别受试者基本信息的差异采用独立样本T检验；不同温度环境下运动期间机体各个时间点的核心温度和心率水平的组间变化采用重复测量方差分析；不同环境下运动表现数据差异性分析采用配对样本T检验。显著性差异水平为 P<0.05 ，具有统计学意义。2 研究结果
2.1 人体形态学特征
本研究男性和女性受试者基本信息情况如表1所示。男性和女性的身体质量指数（body mass Index， BMI）和体脂率均处于正常范围（BMI：18.5~23.9 kg/m2；体脂率：男性7%～15%、女性12%～25%），其中，男性BMI指数显著高于女性（P<0.01），体脂率水平显著低于女性（P<0.01）。表1 受试者基本信息（X ± SD）Table 1 Basic Information of the Subjects （X ± SD）注：** P<0.01（男性 vs 女性）
2.2 冷环境下递增负荷运动期间核心温度和前额温度特征
与常温环境下递增负荷运动前核心温度（男性：37.34℃±0.25℃；女性：37.42℃±0.21℃）相比，冷环境下递增负荷运动前核心温度（男性：37.21℃±0.43℃；女性：37.37℃±0.43℃）均无显著改变（图1A、1D）。虽然常温环境下男性和女性核心温度增加幅度均随运动进行而显著增加，但冷环境下递增负荷运动后核心温度水平（男性：37.51℃±0.33℃；女性：37.48℃±0.28℃）较运动前（男性：37.34℃±0.25℃；女性：37.42℃±0.20℃）无显著变化，增加幅度低于常温环境；且冷环境下男性和女性递增负荷运动后即刻核心温度（男性：37.51℃±0.33℃；女性：37.48℃±0.28℃）均较常温环境下递增负荷运动后即刻核心温度（男性：38.17℃±0.21℃；女性：38.12℃±0.34℃）显著下降（男性/女性，P<0.01），但仍在核心温度的正常范围内。与常温环境下递增负荷运动前/后前额温度相比，冷环境下递增负荷运动前/后前额温度均显著下降，分别为男性运动前下降11%、运动后下降19.7%；女性运动前下降10.5%、运动后下降15.7%（表2）。注：* P<0.05 常温环境vs.冷环境；** P<0.01 常温环境vs.冷环境；**** P<0.0001常温环境vs.冷环境；# P<0.05 常温环境各时间点vs.常温环境0 min；GXT VO2max test，递增负荷运动期间。
表2 冷环境和常温环境递增负荷运动期间温度测试结果Table 2 Temperature Test Results During Incremental Load Exercise in Cold/Normal Temperature Environments2.3 冷环境下递增负荷运动期间心率特征
与常温环境下递增负荷运动前心率相比，冷环境下递增负荷运动前男性心率 （83次/min±9.7次/min）升高16.9%、女性心率（87次/min±8.9次/min）升高20.8%（男性/女性，P<0.05）；与常温环境对应时间点相比，冷环境下递增负荷运动期间男性心率从第三级开始显著下降、女性心率从第二级开始心率显著下降，运动后即刻男性心率下降4.6%、女性心率下降4.2%（男性/女性，P<0.01）（图2，表3）。注：* P<0.05 常温环境vs.冷环境；** P<0.01 常温环境vs.冷环境；# P<0.05 常温环境各时间点vs.常温环境0 min；& P<0.05 冷环境各时间点vs.冷环境0 min；GXT VO2max test，递增负荷运动期间。
表3 冷环境和常温环境递增负荷运动期间心率测试结果Table 3 Heart Rate Test Results During Incremental Load Exercise in Cold/Normal Temperature Environments2.4 冷环境下递增负荷运动期间最大摄氧量相关指标特征
与常温环境下递增负荷运动期间男性和女性相对最大摄氧量（图3A、3D）、峰值最大摄氧量（图3B、3E）和完成递增负荷运动持续时间（图3C、3F）相比，冷环境下递增负荷运动期间男性和女性相对最大摄氧量分别升高19.6%和28.2%（男性/女性， P<0.0001）；峰值最大摄氧量分别升高21.8%和28.5%（男性/女性，P<0.0001）；完成递增负荷运动持续时间分别增加4.8%和5.6%（男性/女性，P<0.05）（表4）。注：* P<0.05 常温环境vs.冷环境； **** P<0.0001常温环境vs.冷环境
表4 冷环境和常温环境递增负荷运动期间最大摄氧量相关测试结果Table 4 VO2max and VO2peak Test Results During Incremental Load Exercise in Cold/Normal Temperature Environments2.5 冷环境下递增负荷运动后即刻/安静状态血乳酸比值特征
与常温环境下递增负荷运动后即刻/安静状态血乳酸比值（男性：6.39±2.98；女性：6.74±2.31）相比，冷环境下递增负荷运动后即刻/安静状态男性（9.85±3.95）和女性（9.39±3.36）血乳酸比值均显著升高（男性/女性，P<0.05），表现为男性增加54.1%、女性增加39.3%（图4）。注：* P<0.05 常温环境vs.冷环境
2.6 冷环境下递增负荷运动前/后主观感觉评价（RPE）特征
与常温环境下递增负荷运动前/后RPE相比，冷环境下递增负荷运动前/后RPE均未出现显著差异（图5）。注：ns P>0.05 常温环境vs.冷环境
3 分析讨论
本研究旨在探讨穿着越野滑雪服在-6.8±1.6 ℃冷环境暴露时最大有氧耐力运动表现的变化特征。本研究首次报道了穿着统一越野滑雪服装的受试者，不受性别因素影响，在冷环境（温度：-6.8 ℃±1.6 ℃，湿度：66%±5.7%）时暴露下最大有氧耐力运动表现均比在常温环境（温度：22 ℃±1.2 ℃，湿度：52%±5.2%）时显著提高，表现为相对最大摄氧量水平、峰值最大摄氧量水平显著增加和完成递增负荷运动持续时间更长。该环境温度较Sandsund M等人报道的-4 ℃时男性越野滑雪运动员最佳有氧耐力运动表现［5］的寒冷程度又增加了一个级别，属于五级小寒范围（-5~-9.9 ℃）。提示运动员比赛服装在维持核心体温稳态时可以防止最大有氧耐力运动表现的下降。冷环境暴露时机体启动神经体液调节以维持核心温度的相对恒定，体温调节受人体形态学特征、性别、本身运动能力等个体因素影响。本研究中所选受试者运动经历无差异性，仅性别因素存在BMI、体脂率的差异，女性较男性有较高的体脂率，适宜于冷环境下脂肪动员产热；男性有较高的骨骼肌含量，利于骨骼肌战栗产热。皮肤温度对环境温度的变化非常敏感，通常皮肤温度可以间接反映骨骼肌温度［13］。本研究发现在冷环境暴露时，前额皮肤温度无论男性还是女性受试者均较常温环境显著下降，分别为（32.32±1.60）℃和（31.96±1.70）℃。研究表明低温暴露皮肤温度<35 ℃时，外周循环出现血管收缩反应，随着暴露时间增加或温度下降，皮肤温度≤31 ℃时，血管收缩反应达到峰值水平［14］。低温暴露引起的血管收缩反应有助于降低体内热量的消耗，维持核心温度。有报道显示即使在-10~20 ℃的环境下，中、高强度运动核心温度都独立于环境温度呈上升趋势［15］。但由于负荷方案和受试者特征差异，目前针对不同梯度环境温度运动时核心温度变化结果报道不一。本研究中可见虽然低温暴露核心温度较常温环境有所降低（男性下降0.3%，女性下降0.1%），但均无显著性差异；并且女性在该低温环境下核心温度较男性高，提示性别差异可能是冷环境下核心温度维持能力不同的主要因素，本研究将在后续进一步探讨这些差异的可能机制。说明在-5~-9.9 ℃五级寒冷天气范围内，虽然此时前额温度显著降低，但受试者身穿越野滑雪服可以有效维持核心温度的相对稳定，研究结果与上述Sandsund M等人报道越野滑雪运动员在-4℃（六级寒冷0~-4.9 ℃）时身穿专业滑雪服可以保持核心温度的相对稳定的研究结果相一致［5］。已有的研究报道冷环境暴露当核心温度下降≤0.5 ℃时，低温对最大有氧耐力运动表现的影响不显著［4 结 论
冷环境（-6.8℃±1.6℃，湿度66%±5.7%）暴露时，身穿专业越野滑雪服装在人体核心温度范围内，最大有氧耐力运动表现及相关生理学指标变化对具有运动训练经历的人群不存在性别差异影响；其最大有氧耐力运动表现较常温环境（温度22℃±1.2℃，湿度52%±5.2%）下最大有氧耐力运动表现水平显著提高，表现为完成递增负荷运动持续时间增加、峰值最大摄氧量、相对最大摄氧量水平升高和运动期间各个时间点心率下降的特点。作者贡献声明
韩鹏、吕媛媛：执行研究设计并测试.统计和分析，撰写论文。
赵丽：总体研究设计，指导修改论文。
略
中图分类号： G804.2
文章编号：1007-3612（2021）12-0156-11
文献标识码： A
收稿日期：2021-12-14
修回日期：2021-12-17
出版日期：2021-12-25
网刊发布日期：2022-01-06
责任编辑：安力戈
责任校对：杨静
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