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病毒來襲，在家學習。由北京體育大學運動生理學教研室汪軍教授錄制的十三講《運動生理學》視頻逐步上線。該套視頻可以給老師們提供上課素材，也為學生的自學提供內(nèi)容；當然也是健身愛好者提高自我運動科學知識、碩士博士備考自學的途徑之一。 其中運動生理學基礎(chǔ)部分：包括運動與骨骼肌，運動時的物質(zhì)與能量代謝，運動與氧攝取和運輸，肌肉運動的調(diào)節(jié)；運動訓練生理學部分：包括有氧無氧工作能力，身體素質(zhì)，運動過程中的人體機能變化規(guī)律，特殊環(huán)境與運動，運動技能；運動健身生理學部分：運動健身與運動處方，運動與身體成分控制。另外，還有緒論和最后的運動生理學總復習。 今天推送的是第九講（PPT見后），對應(yīng)第八章：特殊環(huán)境與運動。請準備好，現(xiàn)在開講： 
第九講 特殊環(huán)境與運動學習提示： 1．學習重點：人體在高原環(huán)境中有哪些應(yīng)激反應(yīng)，高原暴露或者訓練后出現(xiàn)哪些適應(yīng)；具體高原訓練實踐；高原、高溫高濕和低溫對人體運動健康風險及其預防； 2．學習難點：人體高原暴露或者訓練后出現(xiàn)哪些生理學適應(yīng)；高溫高濕和低溫環(huán)境對人體運動的健康風險及其預防。學習提綱： 第一節(jié) 高原環(huán)境與運動隨海拔高度升高而降低的氣壓，被稱作低氣壓環(huán)境或者簡稱低氣壓。較低的大氣壓力同樣會導致較低的PO2，這會導致肺部的氣體交換比較困難，氧氣向組織中擴散的速度也會降低，其結(jié)果就是細胞缺氧（細胞內(nèi)氧供不足）。一、高原的自然條件海平面的大氣壓力是760mmHg，隨著高度增加，大氣壓力下降，如在珠穆朗瑪峰（海拔8848米）的頂端，大氣壓力只有250mmHg。雖然氣壓會產(chǎn)生變化，但是在空氣中，各種氣體的含量及其比例，在不同高度會保持不變。在任何高度下，空氣中各部分的比例總是氧氣20.93%，二氧化碳0.03%，氮氣79.04%，但是這些氣體的氣體分壓發(fā)生了變化。隨著高度的上升，空氣中氧分壓的下降比例與大氣壓力的下降比例是相同的。PO2的變化會顯著影響到達肺內(nèi)的空氣的氧含量，進而影響肺泡與血液間以及血液與組織間的氧分壓差。 很顯然，高原的低氧環(huán)境是影響人體機能的最大因素，但是其他環(huán)境因素也會對人體產(chǎn)生影響。例如，海拔高度每升高150米，空氣溫度就降低1℃。珠峰上的氣溫大約是-40℃，而相同緯度的海平面的溫度則是15℃。在低溫、低濕度和強風的聯(lián)合作用下，處于高原環(huán)境的人體可能會產(chǎn)生凍傷等與低溫相關(guān)的疾病。另外，空氣比較干燥，通過皮膚和呼吸系統(tǒng)也會流失大量水分，容易導致脫水。高原的紫外線輻射也比較強。因此高原環(huán)境有低氧、低氣壓、低溫、干燥和高紫外線等特點。 二、高原應(yīng)激短時間處在高原環(huán)境中，機體各器官、系統(tǒng)會出現(xiàn)一系列應(yīng)激反應(yīng)。下面將討論急性高原暴露時機體的生理反應(yīng)，主要涉及呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)等的應(yīng)激。（一）呼吸系統(tǒng)對高原的反應(yīng)人體在高原暴露數(shù)秒鐘，無論是在休息還是運動中，肺通氣量都會增加。因為較低的PO2會對主動脈弓和頸動脈竇的化學感受器產(chǎn)生刺激，而反射性地引起呼吸加深加快，使肺通氣增加。而在高原環(huán)境下肺換氣機能沒有下降。高原環(huán)境下的低血氧狀況是由于肺泡的低PO2導致。在平原條件下，肺泡內(nèi)的PO2為104mmHg，這時血氧飽和度為96-97%。在4300米高度下，肺泡內(nèi)的PO2為46mmHg，這時血氧飽和度降低只有80%左右。所以高原條件下，氧氣在血液中的運輸能力會下降，最后組織換氣也會受到影響。海平面處的動脈PO2為100mmHg，而機體組織內(nèi)的PO2在安靜時為40mmHg，氧分壓差為60mmHg。但是，當人移至4300米的高原時，動脈PO2降低為42mmHg，而組織中的PO2降低為27mmHg。這時氧分壓差從之前的60mmHg下降到15mmHg，而這種氧氣濃度的梯度差是促使氧氣從血紅蛋白進入組織的動力，所以在高原環(huán)境下，機體從血液中攝取氧氣的能力會顯著下降。（二）心血管系統(tǒng)對高原的反應(yīng)由于高原環(huán)境可以限制呼吸系統(tǒng)的機能，在這種情況下，心血管系統(tǒng)為了代償PO2下降的影響，其生理機能也會產(chǎn)生顯著的變化。人體在初到高原的幾個小時內(nèi)，就會出現(xiàn)血漿量的下降現(xiàn)象，并且會持續(xù)下降數(shù)周后才能恢復穩(wěn)定。血漿量的下降是由于呼吸系統(tǒng)損失了大量的水，以及排尿增多引起的。這兩種作用可以使血漿量下降25%。由于血液中水分的減少，血紅細胞（含有血紅蛋白）的濃度升高，在心輸出量一定的情況下，較高的血紅細胞濃度可以運輸更多的氧氣。由于血漿量下降的同時，血紅細胞數(shù)量基本沒有變化，所以會導致在高原環(huán)境下，雖然血紅蛋白濃度升高，但是總循環(huán)血量卻有下降。在充足的水攝入后，這種下降的血漿量就會恢復正常。當人體處于高原環(huán)境時，交感神經(jīng)系統(tǒng)受到刺激，進而釋放腎上腺素和去甲腎上腺素，它們可以顯著地改變心血管機能。去甲腎上腺素可以在初上高原的幾天內(nèi)維持在較高水平。在初到高原的數(shù)小時內(nèi)，由于體液的丟失，人體在非最大強度運動時，其每搏輸出量降低。但是心率會急速上升，這樣代償了每博量的降低，而且還使心輸出量有微小的升高。然而，從長遠來看，這種為了使運動時組織可以得到充分的氧供，而使心臟長期處于高負荷狀態(tài)下的適應(yīng)，并不很經(jīng)濟。所以，在到高原數(shù)天后，肌肉開始提高從動脈血中攝取的氧氣量（增加了動-靜脈氧差），這時，無需增加較多的心輸出量就可以滿足氧氣供應(yīng)。在高原訓練中，心率和每搏輸出量在初到高原后6-10天增長達到峰值，并在之后開始逐步下降。在高原環(huán)境下，由于甲狀腺素和兒茶酚胺分泌的增加，人體的基礎(chǔ)代謝率也會增加。人體必需攝入更多的食物來平衡基礎(chǔ)代謝率增加給機體帶來的影響，否則體重就會降低。由于剛上高原，食欲也會受到影響，所以會導致體重下降。三、高原訓練與運動能力（一）最大攝氧量與運動耐力 最大攝氧量隨海拔高度的增加而降低。在大氣氧分壓（PO2）下降至131mmHg以下之前，VO2max僅出現(xiàn)輕度降低，這大體相當于1500～1600m的高原。在海拔5000m的高原，VO2max的下降主要是因動脈氧分壓（PO2）的降低引起；海拔更高時，最大心輸出量的降低是進一步限制VO2max的因素。1500m以上的高度，海拔每增高1000m，VO2max下降約8%～11%，海拔更高時，下降速率曲線變得會更為陡峭。如在珠穆朗瑪峰高度時，最大攝氧量降低大約70%，可低至15ml/kg·min。最大攝氧量的下降直接導致耐力性運動能力下降。雖然耐力性項目的運動成績會因高原環(huán)境而急劇下降，然而中等海拔高原環(huán)境對持續(xù)時間少于一分鐘的無氧短跑類項目（如100～400m的短跑），其運動成績普遍無影響，有時運動成績甚至能有所提高。這類項目對機體氧運輸與有氧代謝能力的依賴較低，主要由磷酸原系統(tǒng)和糖酵解系統(tǒng)提供大量能量。此外，高原上稀薄的空氣環(huán)境對運動員運動時產(chǎn)生的空氣阻力較小。男子100m、200m、400m、800m、跳遠與三級跳項目，女子100m、200m、400m、800m、4×100接力與跳遠項目的世界與奧運會紀錄在墨西哥城被刷新與保持。四、高原訓練的生理學適應(yīng)當人體暴露于高原環(huán)境下數(shù)天、數(shù)周、數(shù)月后，機體會逐漸適應(yīng)氧分壓較低的空氣環(huán)境。下面將涉及一些持續(xù)高原暴露后的生理適應(yīng)，包括肺、心血管與肌肉組織（細胞）水平的適應(yīng)性變化。通常，這些適應(yīng)性變化需要較長的時間形成（幾周至幾個月）。一般來說，即使中等海拔高原的完全適應(yīng)也需大約三周的時間。高原海拔每增高600m，平均要多一周的適應(yīng)時間，而適應(yīng)帶來的所有這些有利效應(yīng)，將會在回到海平面的一個月內(nèi)消失。（二）血液系統(tǒng)適應(yīng) （三）心血管系統(tǒng) （五）代謝能力 五、高原訓練的要素（一）適宜海拔高度 高原訓練的高度從理論上講在1000～3000米都有效。一般認為，世居平原的運動員高原訓練的最佳高度應(yīng)為2000～2500米。低于2000米，低氧缺氧刺激較少，不利于充分挖掘機體的潛力；高于2500米，則機體難以承受較大的訓練負荷，并且不利于訓練后的恢復。在2000～2500米高度訓練，紅細胞壓積、血紅蛋白及最大攝氧量均有顯著增高。我國運動員高原訓練的高度多在1890米（昆明，中長跑、游泳、足球等）及2360米（西寧多巴，中長跑、競走、自行車等）。埃塞俄比亞的高原世居運動員將賽前高原訓練提高到2700～3000米?？傊?，適宜的高度應(yīng)具備兩個條件，即此高度能對機體產(chǎn)生深刻的缺氧刺激；同時又能承受比較大的訓練量和強度。這是決定高原訓練成敗的關(guān)鍵。強度過低，刺激小，難以收到成效；強度過大，刺激深，對適應(yīng)和恢復不利。一般應(yīng)遵循下面幾個原則：①根據(jù)運動員訓練水平的高低來定，水平高的強度可大些，反之強度則適當減少；② 根據(jù)比賽的強度而定，應(yīng)安排部分接近比賽強度的訓練；③ 將高原訓練的強度和下高原后的強度銜接起來，下高原前的階段訓練強度應(yīng)提高；④需根據(jù)機體對高原環(huán)境的適應(yīng)階段來安排訓練強度。根據(jù)大量的高原訓練實踐經(jīng)驗得出，適宜的持續(xù)時間應(yīng)為3～8周。因為從平原到高原會有一個適應(yīng)過程，高原訓練時間過短，不利于機體產(chǎn)生適應(yīng)性變化；高原訓練時間過長，則不利于機體回到平原后的適應(yīng)性調(diào)整，所以安排高原訓練的時間不宜很長。而且，在確定高原訓練時間時，需要考慮運動項目的差異。耐力性項目應(yīng)持續(xù)時間長些，而速度及速度耐力性項目應(yīng)稍短些。下高原后，何時出現(xiàn)最佳訓練效果，對此沒有統(tǒng)一的看法。這與個體的適應(yīng)能力及高原訓練的負荷有密切關(guān)系。目前普遍認為，長跑和馬拉松項目的最佳比賽時間為下高原后4～5天；中長距離項目為10～14天；短距離項目為20～26天。我國游泳項目則多采取回到平原5～6周時參加比賽，以保證下高原后能有較多的時間加強速度和力量訓練。高原訓練的效果在下高原后可保持3～5周的時間。而有的資料認為可保持45～50天。六、高原訓練實踐（一）高原訓練的弊端 長期高原暴露或訓練適應(yīng)確實可以提高機體在平原時的最大攝氧量水平，但是這種暴露或訓練通常會導致運動員脫水、血流量減少，肌肉質(zhì)量下降，嚴重時還會導致運動員急性高原腦水腫、肺水腫甚至出現(xiàn)急性高山病，而且高原訓練也浪費大量的人力、財力和物力。這些負面效應(yīng)會降低運動員的健康狀況以及高強度訓練的耐力水平。因此，很難解釋及討論出高原訓練對運動水平最佳化的作用價值。如果運動員平時在平原訓練但比賽要在高原進行，如何進行最有效的參賽準備呢？盡管實驗研究還不全面，結(jié)果尚無定論，但運動員明顯有兩種可行性選擇。其一，到達高原后盡快參加比賽，一定要在到達后的24小時內(nèi)完成比賽。這并非得益于高原習服的效應(yīng)，而是因高原暴露時間較短，高山病的典型癥狀還未完全表現(xiàn)出來。最初24小時過后，因急性高原暴露出現(xiàn)的脫水、頭痛及睡眠障礙等不良反應(yīng)，運動員的身體機能常會惡化。另一個選擇是在比賽前安排至少兩周的高原訓練。但僅有2周的時間是不能完全完成高原適應(yīng)，完全適應(yīng)至少需要3至6周。高原訓練方法主要有高住高練法、高住低練法、低住高練法、間歇性低氧訓練和模擬高原訓練法等。七、急性高原暴露的健康風險在中等海拔高原環(huán)境中，除了需要應(yīng)對寒冷、強風、紫外線輻射等條件外，有些人還可能會出現(xiàn)急性高山??；其癥狀包括頭痛、惡心、嘔吐、呼吸困難及失眠。初上高原的6～48小時開始出現(xiàn)上述癥狀，第2～3天時最為嚴重。盡管沒有生命危險，急性高山病還是能導致患者在幾天或更長時間內(nèi)身體極度不適。有時，癥狀還會惡化，患者可能會出現(xiàn)更多的致命性急性高山病，如肺水腫或高原腦水腫。 八、高原環(huán)境在大眾健身中的應(yīng)用高原環(huán)境除了在競技體育訓練中提高運動成績外，在大眾健身中也逐步得到科研人員的注意。如在減肥領(lǐng)域，高原低氧暴露或者訓練可以降低體重，有很多科研人員和減肥愛好者利用這種有利因素進行減肥科研和實踐。他們常采用低氧房訓練或者低氧臥室居住來達到減肥效果，低氧訓練致體重下降除了脂肪丟失外，還有很大一部分是身體水分的丟失和肌肉蛋白質(zhì)的減少。這種水分的丟失會很快因為身體的代償而彌補，但是肌肉蛋白質(zhì)的減少對普通人群來說是一種不利因素。我們希望在低氧減肥中，脂肪含量減少而保證肌肉蛋白質(zhì)含量不至于丟失，因此其減肥的具體方法還需要進一步探討。另外低氧減肥機制大部分認為是低氧致機體基礎(chǔ)代謝率增加，能量消耗增加；食欲下降導致能量攝入減少，但是低氧訓練減肥的分子生物學機制還需要進一步探討。 另外現(xiàn)在的高原旅游熱、登山探險也為提前的高原適應(yīng)提供契機。很多旅游愛好者為了去西藏等高原地區(qū)旅游，但是為了預防急性高山病，需要在低氧房進行1周左右的低氧適應(yīng)，這種低氧環(huán)境的適應(yīng)可以為高原旅游或登山探險等提供身體基礎(chǔ)。第二節(jié) 高溫高濕環(huán)境與運動大強度運動時機體的應(yīng)激水平通常會因外界環(huán)境而變得更加復雜。極度寒冷或酷熱環(huán)境為體溫調(diào)節(jié)增加很大負擔。盡管在正常情況下溫度調(diào)節(jié)機制非常有效，一旦處在極冷或極熱環(huán)境，這些溫度調(diào)節(jié)機制的作用也就非常有限。但是持續(xù)處在極端環(huán)境下數(shù)天或者數(shù)周，機體會產(chǎn)生適應(yīng)。第三節(jié) 冷環(huán)境與運動下丘腦內(nèi)的體溫調(diào)定點大約在37℃，每天體溫的波動范圍在1℃左右。皮膚或血液溫度降低會反饋至溫度調(diào)節(jié)中樞（POAH），激活體內(nèi)的保溫機制，增加熱生成。為避免過度散熱，機體依次應(yīng)用外周血管收縮、非寒顫產(chǎn)熱作用及寒顫等方式。通常，機體的產(chǎn)熱與保溫機制是不夠的，還需要行為調(diào)節(jié)，如蜷縮身體（減少散熱面積）及穿上更多的衣服來隔絕機體與外界環(huán)境之間的聯(lián)系。但要注意，在冷環(huán)境中運動時，不應(yīng)穿更多衣物。穿戴過多可引起機體發(fā)熱并流汗，當汗液浸濕衣物時，蒸發(fā)作用會迅速帶走熱量，導致熱量以極快速度流失。學習思考： 1. 人體在高原環(huán)境下有哪些應(yīng)激反應(yīng)？2. 高原環(huán)境對運動能力是如何影響的？3. 長期高原居住或者訓練，出現(xiàn)哪些生理學適應(yīng)？5. 現(xiàn)今高原訓練有哪些新的方法和手段？7. 在熱環(huán)境下，人體出現(xiàn)哪些應(yīng)激反應(yīng)？
汪軍. 北京體育大學出版社，2016.
王瑞元，蘇全生. 人民體育出版社，2012. 
王瑞元. 北京體育大學出版社，2016. 
王瑞元，汪軍. 北京體育大學出版社，2011.
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