运动生理学第18章 环境与运动

运动与环境教学目标：一、使学生了解人体体温的正常值和体温恒定的生理机制。二、掌握热环境运动对人体的影响及热习服。三、了解冷环境对人体运动的影响和水环境对人体运动的影响以及人对水环境的适应。四、掌握高原环境对人体的影响和高原适应的生理机制。五、了解生物节律及其机制和对运动训练的影响。教学要点：一、人体体温的正常值和体温恒定的生理机制。二、热、冷环境运动时的生理反应与适应和对人体运动的影响。三、水环境与运动。四、高原环境对人体的影响和高原适应。五、生物节律及其机制和对运动训练的影响。环境与运动

冷热环境与运动水环境与运动高原环境与运动大气环境与运动生物节律第一节

冷热环境与运动人体的正常体温不同部位的体温直肠温度（37.3℃～37.5℃）口腔温度（低0.3℃～0.5℃）腋下温度（低0.2℃～0.4℃）不同时间的体温：凌晨2～6时最低，下午2～5时最高。正常人口腔温度为36.5～37.2℃，腋窝温度较口腔温度低。0.3～0.6℃，直肠温度（也称肛温）较口腔温度高。0.3～0.5℃。在一天的生物节律中，清晨2～5时体温最低，下午5～7时最高，但一天之内相差应小于1℃。另外，男、女的体温也有不同，女子体温一般比男子约高0.3℃。体温高于正常值。正常人体温在一个狭小范围内有所波动，如口温波动在36.0～37.0℃之间，以凌晨0～4时最低，下午5～7时最高，差异在正负1.0℃左右。妇女月经前期、妊娠期、精神紧张以及剧烈运动，都会出现一些体温升高现象。受情绪影响体温可升高2℃，5公里长跑后体温可达40～41℃，这些均属生理现象。怎样正确区分高烧、低烧口腔温度超过37.2℃，腋下温度超过37℃，直肠温度超过37.6℃，或一昼夜体温波动在1℃以上，可认为是发热。发热一般分为超高热（体温在41℃以上），高热（38℃以上）与低热(体温37-38℃左右）。第一节

冷热环境与运动一、体温的调节（一）机体的产热与散热1、产热过程:安静：肝脏、肠、肾脏等内脏器官（50%）；呼吸循环与脑产热（30%）；骨骼肌（20%）运动：骨骼肌，中等强度—75%；剧烈运动—90%2、散热过程主要器官：皮肤；其他：呼吸、泌尿、排便等。经皮肤直接散热的方式：①传导②对流③辐射（60%，辐射散热取决于体温与周围环境温度之差）④蒸发（当环境温度高于体温时，或人体在运动时，蒸发是主要的散热方式。）

（10%-20%）蒸发散热分两种方式

①不感汗蒸发（不显汗）（10%）：蒸发的发生未被感知，在液体蒸发时，热量被带走。它们经常发生在人体与外界接触的组织，例如在肺部，在黏液（如口腔粘液）和皮肤；方式是恒定的。②发汗（可感蒸发或湿汗）：通过汗腺分泌汗液，散发大量热量的散热过程。（1Kcal等于4.18KJ）二、人体体温调节

1、温度感受器

2、体温调节中枢1、温度感受器中枢温度感受器与皮肤温度感受器（外周感温器）中枢感受器：脊髓、脑干网状结构和下丘脑等部位，由热敏神经元与冷敏神经元构成，其功能是监控流经大脑血液的温度。皮肤感受器：皮肤，监控机体周围外界环境温度。2、体温调节中枢位于下丘脑，有一个体温调定点在内的生物自动控制系统构成。体温调节的中枢生物控制系统体温的神经调节即下丘脑体温调节中枢的调节是通过体温自身调节系统，即生物控制系统来完成的。下丘脑体温调节中枢，包括调定点在内属控制系统，它的传达室出信息控制着产热器官（如肝、骨骼肌）以及散热机构（如皮肤血管、汗腺）等受控系统的活动，使受控对象—机体深部温度维持一个稳定的水平。而输出变量体温总是会受到内、外环境因素的干扰（如机体运动或外环境气候因素的变化等），此时则通过温度检测器—皮肤及深部温度感受器将干扰信息反馈于调定点，经过体温调节中枢的整合，再调整受控系统的活动，建立起当时条件下的体热平衡。中枢感受器对体温的感受可精确到0.01℃。通过中枢感受器血液温度的变化激发起动反射装置，使人体保持或减少体热的需求。体温调节装置下丘脑根据体温信息做出反应，调节身体的产热或散热。下丘脑（调定点）先确定温度，并维持这一温度。微小的变化信号传到体温调节中枢，都会产生对体温的调节变化。热环境与运动能力

（一）热应激与适应热应激的生理反应1.心血管反应2.能量供应3.体液平衡1.心血管功能在热环境条件下运动时,循环系统主要是将血液输送到皮肤和工作的肌肉。人体体内的血容量是有限的，人体运动时必然造成一部分组织器官血流量增多，而另一部分组织器官的血流量减少。当运输热量所需的血液和肌肉运输氧所需的血液都需增多时，二者之间就会产生矛盾。由于温度调节中枢使心血管系统将更多的血液直接输送到皮肤，以用来散热,这就影响了工作肌肉的血流量供应，使肌肉工作的耐力下降。所以在热环境下耐力运动的成绩就受影响。2.能量供应Fink等证实，在热环境下运动时体温和心率增加的同时，随着出汗和呼吸活动的增加，需要更多的能量和摄取更多的氧，还要消耗更多的肌糖原和产生更多的乳酸，这都是容易产生疲劳的原因。3.体液平衡在环境温度从达到或超过皮肤温度和体内温度时，传导、对流和辐射都因为环境温度的升高不能发挥散热作用，蒸发就成为身体散热的重要方式。下丘脑通过交感神经纤维向分布在全身表层的上百万的汗腺发放神经冲动，使其排汗。汗液通过汗腺的输送管滤过，钠和氯化物被重吸收到周围的组织和血液。轻微出汗时，过滤的汗液缓慢地通过输送管，钠和氯化物有足够的时间被完全重吸收。然而，在运动时由于排汗量的增加，这些物质由于没有足够时间被重吸收，汗液中钠和氯化物的含量较高。(二)热服习概念：在高温与热辐射的长期反复作用下，人体在一定范围内逐渐产生对这种特殊环境的适应。产生条件：1、每个训练阶段的环境条件2、在热环境下的持续时间3、在热环境下长期训练生理反应如下

1.出汗阈值下降、出汗率增加、排汗能力增强

2.肾脏和汗腺对Na+重吸收增加

3.心功能改善，每搏输出量增加

（三）热病及其预防热病：中暑性痉挛、热疲劳、中暑、脱水、热痉挛、热衰竭等

1、脱水脱水影响：引起排汗率、血浆量、心输出量、最大摄氧量、工作能力、肌肉力量和肝糖原含量等下降。轻度脱水：脱水量占体重2%左右中度脱水：脱水量占体重4%左右重度脱水：脱水量占体重6-10%日本两岁幼儿遭曝晒脱水死亡福冈县北九州市一名两岁幼儿27日因托儿所老师出现失误而被置于车中无人看管，由于当天太阳光照强烈，这名幼儿在被晒3个多小时后脱水而死。2岁半女童被遗忘校车内超7小时窒息身亡研究表明，车门窗紧闭的情况下，10分钟内，车内的温度会迅速提升6～7℃。而在相同环境下，儿童体温升高速度比成人快3～5倍，车内温度的快速上升可能导致孩子出现体温飙升、脱水、窒息等症状，严重的话甚至死亡。一旦发现孩子被困车内，一定要以最快最迅速的方法把孩子从车里弄出来。波士顿马拉松赛

一名女选手因严重脱水死亡新华网：参加波士顿马拉松赛的一名女子——２８岁的辛西娅·卢斯罗１７日晚在医院死亡。这是有１０６年历史的波士顿马拉松赛发生的第二起不幸事件。辛西娅是参赛的１５０名选手之一。她在即将到达终点时因脱水而昏倒，并被送往医院。但不幸的是，她再也没有醒过来，因抢救无效在昏迷中死亡。2、中暑性痉挛

中暑性痉挛是骨骼肌的一种严重痉挛，是由于矿物质的丢失和大量出伴随的脱水，但因果关系还没有完全确立。中枢性痉挛可以通过到凉爽的地方和补充盐溶液而恢复。3、热疲劳典型症状是极度疲劳，出现呼吸微弱、头晕眼花、呕吐、晕厥、皮肤干燥、低血压和脉搏快而弦等症状。它是由于心血管系统不能满足身体需要造成的。由于血流量不足，下丘脑的功能不能充分发挥，分配到皮肤的血流量也不足，使身体不能很快散热。体质较差和对热环境不是要容易产生热疲劳。出现热疲劳时，可在较凉的环境下休息，并抬高双腿以免休克。如果病人意识清楚，将建议补充适量盐溶液；如果病人意识不清楚，建议静脉滴注生理盐水。如果没有好转，热疲劳会恶化中暑。循环系统的调节机能障碍和大量出汗导致细胞外液，尤其是血浆量减少。血液储留在扩张的体表血管中，使中心血量及心输出量显著下降。表现为虚弱、脉搏加快、直立时血压低、头痛和头晕等，出汗可能稍减少，体温会有升高。4、中暑

有生命危险。温度调节装置失控症状：出汗停止，皮肤干燥而发烫，体温升高40ºC以上，心跳、呼吸频率加快，血压升高，虚脱、意识丧失，甚至会导致死亡。运动性中暑是近年来提出的运动性疾病之一。它是指肌肉运动时产生的热超过身体能散发的热而造成运动员体内的过热状态。它多见于年轻的体育锻炼者、战士、马拉松跑者、超马拉松跑者、铁人三项运动员等。运动性中暑的临床症状运动性中暑多见于年轻锻炼者，尤其是战士、马拉松跑者和其他运动员。运动性中暑与经典中暑不同之处是骤然发生居多。早期中暑主要有三组症状：高热（直肠温度可大于41℃）；中枢神经系统障碍；皮肤发热、干燥或呈粉红色，这与血液循环有关。具备上述三组症状则诊断较易。应该指出的是：中暑者在虚脱当时测定直肠温度都高于39.5℃，而送到急诊室后温度可已下降。因此这时测得的低温度与中暑的诊断是不矛盾的。总结中暑临床症状的出现率为：昏迷占100％；精神错乱和／或激动占100％；抽搐占72％；呕吐占71％；直肠温度高达41℃55％；腹泻占44％；低血压［收缩压低于12.0kPa（90mmHg）］占35％；皮肤干燥占26％。不耐热的某些特征不耐热个体是指某些人不能耐受炎热，其体温升高早于一般人，他们更易出现中暑。中暑存在明显的个体变异，一些人对炎热较敏感。年轻人（运动员、士兵等）发生运动性中暑的危险性较大。对炎热的低耐受性可由于功能性因素，也可由于先天性或后天性因素所致。低耐受性的诱因有：脱水、肥胖、体能水平低、疾病、皮肤因素等；对过去发生过中暑者更应加以重视。这些人的耐热能力在中暑发生后8～12周内应进行测试，以确定其可能的残留损害。不耐热的原因甚多，对年轻人来说，大致可分为下列原因。5、热危害的预防预防热环境训练时热病的发生，合理补液和预防过度脱水最为重要。在运动前后通过监测体重大致了解失水量进行补液，每减少l公斤体重表示脱水450ml，或在运动前20分钟喝400-600ml的冷水；在运动中少量多次的补液，每隔15-30分钟补液100-300ml，每小时的总补液量以不大于800ml为宜；在运动后的补液也应以少量多次为原则，并适当补盐。三、冷环境与运动在低温环境中，体温下降超过1℃，就会损害人体机能。低的体温首先侵害中枢神经系统，造成神经活动过程减慢，思考判断能力下降。寒冷刺激可引起皮肤毛细血管收缩，皮肤苍白，还可使骨骼肌的粘滞性增大，伸展性和弹性下降，肌肉收缩速度减慢，灵活性差，动作协调性差，工作效率下降。通常机体受到外界低温刺激时，可发生三个阶段的变化。人体三方面产生应激反应：寒战产热、非寒战产热、外周血管收缩。（一)通常机体受到外界低温刺激时，可发生三个阶段的生理反应变化：

1、兴奋增强期

2、兴奋减弱期

3、完全麻痹期1.兴奋增强期体温降至34℃时，机体内外感受器发放大量传入冲动，使中枢神经系统处于兴奋状态，延脑的呼吸与心血管中枢兴奋性增强，植物性机能亢进。经体温调节作用，产热量增加，散热减少。此时最明显的反应是寒颤。2.兴奋减弱期当体温下降到31℃左右时，机体对痛刺激的感受性即已消失。体温降至26℃—27℃时，原来加强的体内代谢活动降低下来，代替寒颤而出现肌肉僵直。呼吸和心率缓慢。3.完全麻痹期体温降之20℃时，呼吸微弱，血压降剧，脉搏微弱几乎不能触到。反射性反应消失，表现为昏睡状态。不能立即救治，就会死亡。体温降低时，机体的代谢率也下降，神经系统的机能处于兴奋低落状态，组织对缺氧的耐受力相对提高。正常时脑对缺氧十分敏感，在体温下降至30℃时，脑的耗氧量只有正常的58%。在常温下脑血液循环仅可缺血3—5分钟，而在体温25℃—15℃时大脑可耐受15—30分钟。

在寒冷环境下运动，人体有以下几方面表现：低温可使肌肉僵硬，粘滞性增大。容易造成运动损伤。暴露的身体部位有时还会造成冻伤。由于寒冷而穿着的服装可使动作不便，并增加了运动的负荷。低温可使兴奋组织（神经、肌肉、腺体）的兴奋性降低，也可使酶的活性降低。这都会影响机体的运动。低温可反射性地引起人体内物质代谢过程增强，增加机体的氧耗。还可使氧的运输能力降低，从而使最大吸氧量下降。如果环境温度过低使体温下降，会引起血液的氧离解度降低，可加重运动中的缺氧。因此，在低温环境下运动要做好准备活动，以提高体温和体内的代谢水平。另外，还要注意保温和适宜的散热。（二）冷环境对人体运动的影响（三）冷环境的适应1、代谢型服习

2、绝热型服习

3、习惯性冬眠型服习水环境与运动

一、水环境与运动能力（1）在水环境中运动对呼吸功能的影响比陆地上运动深刻（2）人在水环境中运动对循环功能也有良好影响（3）在水环境中运动，运动技能的掌握比陆地上要求要高二、对水环境的适应（1）经常在水环境中运动，将对人体产热、散热的调节能力有良好影响；（2）人在水环境中运动也有急性的适应过程。大致有四个阶段1）皮肤脉息血管收缩、皮肤发白、散热减少、产热加强；2）皮肤血管反射性舒张、血液流向皮肤，皮肤发红，有温暖感觉；3）身体散热增多，会发生寒战，以加强产热过程；4）若继续停留太久，引起小动脉收缩，小静脉扩张，血液滞留皮下静脉中而使皮肤和嘴唇青紫。三、水污染与运动第五节生物节律

一、生物节律及其机制（一）生物节律的特点生物体内的各种功能活动按一定的时间顺序发生变化，如果这种变化以一定时间重复出现，周而复始，则称为节律性变化，而这类变化的节律就称为生物节律。生物节律的构成可包括两个方面，一是生物固有节律，即生物体本身具有的内在节律；二是生物节律受到自然界环境变化的影响而能与环境同步。例如，人为地改变每日光照和黑暗的时间，可使机体某些功能日周期位相发生移动。人体内生理功能的日周期节律以及这些节律受自然界环境的影响能与环境同步化表明，人体内有一个总的控制生物节律的中心，使各种位相不同的生物节律统一起来，趋于同步化。（二）生物节律可能机制控制生物机能周期性变化的生物节律中枢的起搏器被证明是存在的。生物节律最重要的生理意义在于使生物机体对外环境变化能做出前期适应。它可使一切生理功能和机体活动以周期的形式，根据外界环境的昼夜变化，有秩序、有节奏地进行。二、生物节律与运动训练

合理利用生物节律的规律可对运动训练质量以及运动竞赛成绩的提高发挥良好的作用。一些研究认为，人在一天内会出现两个功能高潮，即上午9～11时，下午5～6时。非同步综合症（时差病）高原环境与运动

一、高原应激高原是一种低气压、低氧、高寒和高紫外线辐射的特殊环境，对人体的生理活动会产生一系列特殊的应激刺激作用，其中低氧刺激对人体的影响最为明显。(一)呼吸功能呼吸加快、肺通气量增加。当海拔高度为2438m时，安静时的肺通气量开始以指数形式增加。当海拔高度升到约15OO米时，最大摄氧量开始下降。开始阶段每升高300米，最大摄氧量下降约3%，在更高的高度下降的速率更快，如在珠穆朗玛峰高度时，最大摄氧量降低大约70%，估计可低至15毫升/公斤·分。由于最大摄氧量的下降，使运动能力明显下降。高原环境对运动能力的影响，因海拔高度及运动项目不同而有所差异。(二)心血管反应到达高原初期，心率和心输出量增加，而每搏输出量下降。在高原期间，动脉血压明显增加与去甲肾上腺素水平增加有关。海拔4500m时安静心率可达到105次·min-1，最大心率却下降。平原进行最大强度运动时心率可到170～210次·min-1，而高原却只能达到130～150次·min-1。(三)高原反应症初到高原，机体因缺氧而产生一系列生理反应，会出现头痛和呼吸困难等所谓急性高山病。主要症状：头痛、失眠、情绪激动、无力、呕吐及呼吸功能受影响等，表现为心率增加，肺通气量增加，最大吸氧量下降。甚至出现高原病：高原肺水肿、高原昏迷。二、高原习服高原习服：人体在高原地区停留一定时期，机体对低氧环境会产生迅速的调节反应，提高对缺氧的耐受能力。高原适应：人体对高原环境的长期服习过程。调节机制包括：①肺通气量的增加和体内酸碱平衡的调节；②血红蛋白和红细胞生成增加以及局部循环和细胞代谢的变化。缺氧训练的机制三、高原训练的生理学适应(一)呼吸系统呼吸频率加快、肺通气量加大。最大摄氧量下降。有氧能力在海拔15OO米以上高度才发生明显改变。每升高1000米，最大摄氧量则以10%的比例下降。因此，4000米高度的有氧能力相当于平原的70%左右，在6248米时，大约是50%。(二)循环系统1．血红蛋白和红细胞运动员到高原后Hb和红细胞增加。2.促红细胞生成素高原缺氧有促使体内EPO增长的作用。3.血液流变学指标长期训练的运动员，安静时RBC渗透脆性、血液粘度、红细胞电泳时间和血沉比一般人有明显下降，红细胞滤过率和红细胞变形能力比一般人明显增加。4.红细胞变形能力5.血乳酸变化海拔2000米的高度，当运动强度与平原相同时，缺氧的程度明显加大，血乳酸变化有以下特点：①以相同强度做大强度运动时，高原的血乳酸值明显高于平原；②高原训练适应以后，以相同强度运动时，与初到高原相比血乳酸浓度下降，血乳酸-速度曲线右移；③高原训练能明显提高乳酸阈强度；④在4000米以上高原训练时，由于强度偏低，血乳酸值显著下降。1.骨骼肌的毛细血管和酶活性↑2.肌红蛋白浓度↑3.体重和体成分↓4.肌肉缓冲能力↑（三）骨骼肌

研究表明：暴露在海拔4300m的高原8天后，体重下降3%。1992年攀登珠峰的6名运动员体重平均下降了6kg。四、高原训练的要素

(一)适宜海拔高度最佳高度应为2000-2500米

(二)适宜训练强度

原则：①根据运动员训练水平的高低来定。水平高的强度可大些，反之强度则适当减少；②根据比赛的强度而定，要安排部分接近比赛强度的训练；③将高原训练的强度和下高原后的强度衔接起来，下高原后的平原强度要比高原强度高；④要根据机体对高原环境的适应阶段来安排训练强度。(三)训练持续时间最适宜的持续时间应为4-6周

(四)出现最佳训练效果的时间

长跑和马拉松项目的最佳比赛时间为下高原后4-5天；中长距离项目为10-14天；短距离项目为20-26天。我国游泳项目则多采取回到平原5-6周时参加比赛，以保证下山后能有较多的时间加强速度和力量训练。高原训练的效果，下山后可保持3-5周的时间。而有的资料认为可保持45-50天。(五)训练效果评价

对高原训练效果的认识还不完全一致。高原适应提高了血液运载氧的能力。但长时间的高原应激对生理机能会出现一些负面的影响，例如体重下降、最大心率减少及每搏输出量减少，最大心输出量的减少将抵消来自血液载氧能力增加的受益。此外，在高原时是不可能以平原上的大强度训练，这就使得高原绝对训练的强度下降，上述种种因素可能会使运动员在平原时的竞技状态受到影响。(六)训练方法与手段

1.高住低练法高住低练法是让运动员在较高的高度上(2500米)居住，而在较低的高度(1300米)训练。2.间歇性低氧训练法

采用呼吸气体发生器(氧分压有氧训练器)吸入低于正常氧分压的气体，造成体内适度缺氧，从而导致一系列有利于提高有氧代谢能力的抗缺氧生理适应，以达到高原训练的目的。3.模拟高原训练法

高原训练法运动训练方法之一。自1968年第19届奥运会赛址设在海拔高度为2240米的墨西哥城之后。高原训练法引起世界体育界的重视。一些国家在中度高原(1500米—2400米)建立了高原训练基地，并把高原训练作为大赛前的重要训练手段，取得了显著的训练效果。中度高原空气密度只有海拔平面的77％．氧含量只有平原地区的3／4左右，氧分压大于平原地区的20—25％、当运动员在这样的环境下进行训练时、由于"调节适应期"产生应激，呼吸频率和心率加快、溶解在血管里的部分氧气受低气压的影响不易被身体吸收、使血管体积增大、血管扩张，血管壁增厚，血管变粗，通过的血量增多，从而更好地锻炼了运动员的心血管系统，提高了最大摄氧量和血色素浓度，增强了耐受乳酸的能力．产生了高原驯化(服习)。在返回平原时，失去了获得性适应性条件．运动员会产生新条件的应激．即晚驯化--脱服习。在大赛前进行高原训练．对运动成绩的提高效果员为显著。每次训练三周左右。由于高原训练地点难找，经费开支大．人们找到模拟高原训练的一些方法手段。如：1.低压舱(或减压舱)，仿高原低气压环境的金属舱体，按需要控制阀门抽气、进气、造成舱内任何低气压环境供运动训练。2.配制低氧混合气；根据预定的模仿高度．计算出该高度的气管氧分压，再计算出混合气体的氧浓度。利用两只高压气瓶分装的氧和氨的压差得到符合标准的含氧百分比。用小多氏袋分装，载上呼吸口罩即可使用。3.低氧呼吸气体发生器：是一种供中等负荷时脑中度高原环境训练之用的呼吸面罩和两只小圆桶。长跑时固定在运动员背部．不影响跑的技术发挥。它所提供给运动员的空气中氧含量为10％．约是平原地区的一半。1980年，美国南加尼福尼亚大学和俄勒冈大学试用10周，成绩明显提高。陈运鹏是将高原训练法引入中国游泳队的创始者之一，据他介绍，目前世界各游泳强国很流行高原训练，比如日本队就一直将美国亚利桑那的旗杆镇作为自己的基地，并首创了五周的超常规训练周期，而菲尔普斯也将会在奥运前两赴旗杆镇集训，但通常国外队伍的高原训练点海拔都在2200米以下。“高原训练是作为一种科学训练手段引入中国的，也必须以科学的方式来执行它、修改它。”在使用了“高住低练”(在模拟高原低氧气含量的低压氧舱里居住，在正常环境下进行训练)的训练方法后，齐晖200米个人混合泳的成绩在3个月内倒退了7秒多，在世锦赛中甚至没能进入半决赛。据悉，齐晖使用的低压氧舱的氧气含量也是逐步升为海拔2500米这一标准。遭遇了世锦赛的重创，齐晖彻底放弃了这一令自己极度不适的训练方法，但这一恢复让她几乎耽搁了一年宝贵的时光。16岁的焦刘洋是近年来涌现出的一位女子蝶泳新星，去年她的200米成绩一路看涨，在世锦赛中游出2分07秒22夺得第四；随后在日本公开赛中游出2分07秒06的个人最好成绩，位列年度第五；并在城运会和短池世界杯柏林站收获冠军。如果能保持上升势头，她或许可以与澳大利亚人施佩尔、美国人施登贝里有一拼，被行内人视为女子冲牌项目的重点人选。第四节大气环境与运动

一、大气环境与健康（一）大气环境与大气污染（二）大气环境与健康大气环境污染对人体健康的影响的主要特点是：（1）环境污染的涉及面广，易感性差异较大；（2）低剂量、长时间的作用；（