浅析高原训练对人体生理机能的影响
作者 :  徐跃文

  摘 要: 本文采用文献资料法和逻辑分析法,运用高原生理学、运动生理学、运动生物化学原理,综述了高原训练对机体的影响,目的是为运动员运动能力的提高和教练员的训练方法提供理论参考和帮助。
  关键词: 高原训练 人体生理机能 影响
  
  高原对人体的影响很大,包括低氧、气候干燥、温差大、紫外线强、日照时间长、寒冷等,其中低氧对人体的影响最大。随着海拔高度的增加,空气中各种气体成分的分压与大气压成比例下降,由于氧分压的下降,使氧气由肺泡向血液弥散的压力减少,因此摄氧量下降,人摄氧量降低,这将导致血氧含量的血氧饱和度下降,造成组织供氧不足,机体将通过一系列的适应性变化来应对低氧刺激。
  1.呼吸功能
  低氧暴露时呼吸频率和深度的增加引起肺通气量的增加,这是人体对高原最早和最明显的反应,也是早期适应的基本变化之一,这种现象称为低氧通气反应。低氧暴露时,低氧肺通气反应可增加肺泡氧分压,提高动脉血氧分压和氧饱和度,氧合血红蛋白的解离曲线左移;呼吸频率的增加可能是肺通气量增加的原因。低氧通气反应受外周和中枢化学感受器的控制,并依赖个体对低氧的敏感性,肺通气量的增加虽然会导致呼吸肌做功和耗氧量的增加,但不会对氧饱和度的增加有大的影响。肺通气的增加会降低血液二氧化碳的分压,导致血液H+浓度减少和pH值升高,机体容易出现呼吸性碱中毒。随着对高原的进一步适应,肺通气量下降,血液酸碱平衡将重新恢复。
  高原训练时肺通气的增加可使呼吸肌得到更有效的锻炼,这将有利于平原运动能力的提高。然而优秀运动员低氧通气反应减弱,减弱的低氧通气反应可降低呼吸肌的做功,减少呼吸肌的耗氧量,因此优秀运动员低氧通气反应的这种特点有利于平原运动能力的提高。目前关于高原训练是否可改变优秀运动员低氧通气反应还存在争议,但若优秀运动员高原训练后低氧通气反应增加,这将因呼吸肌耗氧量升高而不利于平原运动能力的提高。
  2.心脏功能
  处于高原时,安静和运动心率加快,心率的增加可以补偿氧运输能力的下降,但最大心率和心输出量都有所下降。许多研究表明,同最大摄氧量一样,最大心率随高度的增加而递减,海拔超过3000米时最大心率即明显下降,人在珠穆朗玛峰时最大心率约为海平面的70%,最大心率的下降是对低氧的适应。但也有研究发现,处于4000米高度时,最大心率与海平面无差异。随着对高原的适应,安静心率逐渐恢复至平原水平甚至更低。高原适应后无论极量运动还是亚极量运动,心输出量都有所下降,β-肾上腺能受体的下调是心输出量下降的主要原因,另外低氧环境下运动时心肌缺氧也可能是影响因素[1],这种变化会对心功能产生不利影响。利用低压舱模拟4000至8000米高度的研究表明,随高度增加心输出量会降低。但也有研究发现在同等高度时心输出量不变甚至增加,表明尽管高原适应后血量和心脏充盈下降,但心输出量仍能得以维持。一项关于高住低练的研究发现,2周高住低练后心脏收缩分数和射血分数及每搏输出量都增加,表明左心室收缩力增强,但对心舒张功能无影响。目前还没有资料解释高住低练引起左心室收缩力增加的原因,心肌能量利用的改善可能是左心室收缩力增加的原因。
  3.骨骼肌
  3.1对骨箭肌氧化能力的影响
  关于高原训练对骨骼肌有氧氧化能力的影响也有不同报道,多数研究发现在中等海拔训练时骨骼肌有氧氧化能力提高。Terrados等以普通男性为实验对象,让受试者一条腿在2300米的低氧环境中训练,另一条腿在正常情况下训练,每周训练3至4次,4周后低氧环境中训练的单腿柠檬酸合成酶活性明显升高,肌红蛋白浓度也升高[2]。
  3.2对骨骼肌缓冲能力的影响
  高原低氧训练可提高骨骼肌缓冲能力,高原训练后骨骼肌缓冲能力的提高会对无氧能力产生良好的影响。Mizuno发现高原训练后骨骼肌缓冲能力提高,但他们却没有发现骨骼肌缓冲能力的提高与成绩存在正相关,也没有报道缓冲能力提高在返回平原后能维持多久[3]。
  3.3对骨骼肌蛋白的影响
  长期低氧暴露可加速骨骼肌蛋白的分解,导致骨骼肌萎缩。处于高原低氧环境时,由于厌食和基础代谢率的升高,体重往往会下降,体重的下降部分原因是瘦体重的减少。动物实验也表明,高原低氧暴露可导致大鼠骨骼肌蛋白合成减少,这些都可能是瘦体重减少的原因。Hansen等的研究表明,到达4300米高原的第一天,基础代谢率升高30%,高原居留3周后仍高于平原水平17%,但如果在基础代谢率增加时,相应提高能量摄取,则可以防止体重的下降和身体成分的改变[4]。但也有报道发现增加蛋白质摄取量,并不能预防低氧对骨骼肌生长的抑制。
  4.红细胞
  世居海拔2500米以上高原的居民红细胞数明显高于平原居民,并有随高度升高而增加的趋势,但血清EPO浓度却仅有轻微升高。急性低氧暴露可使血清EPO浓度迅速升高,然而血红蛋白浓度的升高需4至7天才能表现出来,平原居民血红蛋白水平只有提高至与中等海拔高原居民类似的水平时,才能完全在血液学上对高原适应。平原居民和高原居民血红蛋白相差约12%,血红蛋白水平的真实升高幅度约为每周1%,因此对高原完全适应需要12周才能完成。
  急性低氧暴露时由于呼吸性碱中毒的刺激,红细胞2,3-DPG含量升高,导致血液氧离曲线右移,有利于氧的释放;在高原继续停留时,随着酸碱平衡的恢复,红细胞2,3-DPG含量下降。在高原长时间居留后,由于血液中年轻红细胞数量增加,平均红细胞年龄下降,年轻红细胞2,3-DPG含量较高,因此在返回平原后的较长时间内,红细胞2,3-DPG含量将保持在较高水平。年轻红细胞除2,3-DPG含量高外,在酸碱缓冲能力和流变学方面都优于衰老红细胞,这对运动能力的提高具有积极意义。
  高原训练也可使红细胞总量增加约10%,血红蛋白浓度的升高是提高平原运动能力最主要的原因,不仅可提高血液载氧能力,而且可提高血液对乳酸的缓冲能力。但正如前述,平原居民需12周才能在血液学上对高原完全适应,2至3周高原训练后血红蛋白浓度的升高可能是血量减少引起的,而并非是血红蛋白的真正增加。
  5.代谢和激素
  5.1对代谢的影响
  高原环境对机体代谢产生深刻影响,在4300米高原居留18天后,血清游离脂肪酸和甘油浓度升高,同时呼吸商下降,因此推测高原适应过程中脂肪氧化供能增加。但Roberts等报道在低氧环境中运动时,脂肪氧化供能减少,其他研究也发现高原习服后糖原供能比例下降,骨骼肌更多依赖血糖和乳酸供能。此外,4300米高原居留13天后,血氨浓度降低,甚至在返回平原后的12天仍较低。血氨是引起疲劳的原因之一,短期高原适应后血氨的降低,可能是高原训练后运动员自我感觉更好的生理基础。
  5.2对睾酮和皮质醇的影响
  激素的变化是引起代谢改变的主要因素。高原低氧暴露对睾酮和皮质醇的影响较为复杂,高原习服的平原居民睾酮值习服前无明显差异,但高原习服的平原居民在更高海拔(6000米)居留时,睾酮水平降低,而经6个月的习服后,睾酮又恢复至以前水平。但Humpeler报道高原低氧(1650米)暴露48小时后,睾酮浓度明显升高,皮质醇浓度也明显升高,并在高原低氧暴露结束时(11天)达到最高值。
  高原低氧暴露对睾酮的影响较复杂,海拔高度、低氧暴露时间和否运动可对睾酮的分泌产生不同的影响。低氧暴露对皮质醇影响的研究结果较为一致,无论急性的还是慢性的低氧暴露,皮质醇浓度都可升高,并且存在随高度的增加和时间的延长而有升高的趋势。
  5.3对甲状腺激素的影响
  关于低氧暴露对甲状腺激素影响的报道不一。Berglund发现急性低氧暴露(4300米)时血清甲状腺激素水平升高[5]。Gunga等人报道,中等海拔高度低氧暴露一周后,虽然EPO浓度升高,但甲状腺激素和促甲状腺激素没有变化,中等海拔高度对代谢仅有较小的影响,可能是甲状腺激素和促甲状腺激素没有变化的原因。但Faulkner等发现大鼠在极度低氧(6900米)暴露5周可导致血浆T4和T3水平下降,TSH水平升高,甲状腺与体重比增加;甲状腺激素水平的降低不是因为碘不足,而是因为低氧抑制甲状腺激素合成和分泌[6]。
  综合上述研究,低氧对甲状腺激素分泌的抑制可因低氧程度不同而不同,并且这种抑制效应需一段时间才显现出来,这些可能是出现不同研究结果的原因。
  5.4肾上腺素的影响
  低氧对交感肾上腺系统的影响很大,高原暴露的初期(0―3天)肾上腺素浓度升高,以弥补动脉血氧饱和度的下降不足,之后(4―5天)恢复至平原水平;高原暴露初期去甲肾上腺素升高,并在第5至7天达最高值,同肾上腺素不同的是去甲肾上腺素在高原暴露期间始终高于平原水平。
  综上所述,高原低氧对人体产生强烈的刺激,在高原训练时要接受两方面的缺氧刺激,一方面是人运动量训练所引起的缺氧,另一方面是由于高原地区大气压低,氧分压低而引起的高原缺氧,这些刺激必将使运动员产生强烈的应激反应,以调动体内的机能潜力,从而产生一系列有利于耐力运动员提高运动能力的抗缺氧性生理反应。高原训练可提高血红蛋白浓度等,有利于运动能力的提高,然而高原训练也可导致骨骼肌减少、体重下降等不利于运动能力提高的反应,这两种反应的平衡决定了高原训练的效果。
  
  参考文献:
  [1]Hansen JR,Stelter GP,Vonel JA.Aterial pyruvate,lactate,PH and PC02 durinng work at sealevel and altitudes[J].Appl Physiol,1967,24:523-530.
  [2]Terrados N.Altitude traininn and muscular metabolism[J].Int J.Sports Mel.1992,13:Suppll:5206-209.
  [3]Mizuno M,Juel C,Gro-Rasmussen T,et al.Limb skeletal muscle adapation in athletes after traininn at altitude[J].J.Appl.Physiol.1990,68:496-502.
  [4]Hansen JR.Vogel JA,Stelter GP,et al.Oxynen uptake in man guring exhaustive work at sea level and high altitude[J].J.Appl Physion,1967,26:511-522.
  [5]Berglund B.High-altitude training:aspects of haematolgical adaptation.Sports Med,1992,14:289- 303.
  [6]Faulkner JA,Kollias J,Favour CB,et al.Maximum aerobic capactity and running performance at altitude[ J].J.Appl Physiol,1968,24:65-691.

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