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病毒来袭，在家学习。由北京体育大学运动生理学教研室汪军教授录制的十三讲《运动生理学》视频逐步上线。该套视频可以给老师们提供上课素材，也为学生的自学提供内容；当然也是健身爱好者提高自我运动科学知识、硕士博士备考自学的途径之一。 其中运动生理学基础部分：包括运动与骨骼肌，运动时的物质与能量代谢，运动与氧摄取和运输，肌肉运动的调节；运动训练生理学部分：包括有氧无氧工作能力，身体素质，运动过程中的人体机能变化规律，特殊环境与运动，运动技能；运动健身生理学部分：运动健身与运动处方，运动与身体成分控制。另外，还有绪论和最后的运动生理学总复习。 今天推送的是第九讲（PPT见后），对应第八章：特殊环境与运动。请准备好，现在开讲： 
第九讲 特殊环境与运动学习提示： 1．学习重点：人体在高原环境中有哪些应激反应，高原暴露或者训练后出现哪些适应；具体高原训练实践；高原、高温高湿和低温对人体运动健康风险及其预防； 2．学习难点：人体高原暴露或者训练后出现哪些生理学适应；高温高湿和低温环境对人体运动的健康风险及其预防。学习提纲： 第一节 高原环境与运动随海拔高度升高而降低的气压，被称作低气压环境或者简称低气压。较低的大气压力同样会导致较低的PO2，这会导致肺部的气体交换比较困难，氧气向组织中扩散的速度也会降低，其结果就是细胞缺氧（细胞内氧供不足）。一、高原的自然条件海平面的大气压力是760mmHg，随着高度增加，大气压力下降，如在珠穆朗玛峰（海拔8848米）的顶端，大气压力只有250mmHg。虽然气压会产生变化，但是在空气中，各种气体的含量及其比例，在不同高度会保持不变。在任何高度下，空气中各部分的比例总是氧气20.93%，二氧化碳0.03%，氮气79.04%，但是这些气体的气体分压发生了变化。随着高度的上升，空气中氧分压的下降比例与大气压力的下降比例是相同的。PO2的变化会显著影响到达肺内的空气的氧含量，进而影响肺泡与血液间以及血液与组织间的氧分压差。 很显然，高原的低氧环境是影响人体机能的最大因素，但是其他环境因素也会对人体产生影响。例如，海拔高度每升高150米，空气温度就降低1℃。珠峰上的气温大约是-40℃，而相同纬度的海平面的温度则是15℃。在低温、低湿度和强风的联合作用下，处于高原环境的人体可能会产生冻伤等与低温相关的疾病。另外，空气比较干燥，通过皮肤和呼吸系统也会流失大量水分，容易导致脱水。高原的紫外线辐射也比较强。因此高原环境有低氧、低气压、低温、干燥和高紫外线等特点。 二、高原应激短时间处在高原环境中，机体各器官、系统会出现一系列应激反应。下面将讨论急性高原暴露时机体的生理反应，主要涉及呼吸系统、心血管系统和代谢系统等的应激。人体在高原暴露数秒钟，无论是在休息还是运动中，肺通气量都会增加。因为较低的PO2会对主动脉弓和颈动脉窦的化学感受器产生刺激，而反射性地引起呼吸加深加快，使肺通气增加。而在高原环境下肺换气机能没有下降。高原环境下的低血氧状况是由于肺泡的低PO2导致。在平原条件下，肺泡内的PO2为104mmHg，这时血氧饱和度为96-97%。在4300米高度下，肺泡内的PO2为46mmHg，这时血氧饱和度降低只有80%左右。所以高原条件下，氧气在血液中的运输能力会下降，最后组织换气也会受到影响。海平面处的动脉PO2为100mmHg，而机体组织内的PO2在安静时为40mmHg，氧分压差为60mmHg。但是，当人移至4300米的高原时，动脉PO2降低为42mmHg，而组织中的PO2降低为27mmHg。这时氧分压差从之前的60mmHg下降到15mmHg，而这种氧气浓度的梯度差是促使氧气从血红蛋白进入组织的动力，所以在高原环境下，机体从血液中摄取氧气的能力会显著下降。由于高原环境可以限制呼吸系统的机能，在这种情况下，心血管系统为了代偿PO2下降的影响，其生理机能也会产生显著的变化。人体在初到高原的几个小时内，就会出现血浆量的下降现象，并且会持续下降数周后才能恢复稳定。血浆量的下降是由于呼吸系统损失了大量的水，以及排尿增多引起的。这两种作用可以使血浆量下降25%。由于血液中水分的减少，血红细胞（含有血红蛋白）的浓度升高，在心输出量一定的情况下，较高的血红细胞浓度可以运输更多的氧气。由于血浆量下降的同时，血红细胞数量基本没有变化，所以会导致在高原环境下，虽然血红蛋白浓度升高，但是总循环血量却有下降。在充足的水摄入后，这种下降的血浆量就会恢复正常。当人体处于高原环境时，交感神经系统受到刺激，进而释放肾上腺素和去甲肾上腺素，它们可以显著地改变心血管机能。去甲肾上腺素可以在初上高原的几天内维持在较高水平。在初到高原的数小时内，由于体液的丢失，人体在非最大强度运动时，其每搏输出量降低。但是心率会急速上升，这样代偿了每博量的降低，而且还使心输出量有微小的升高。然而，从长远来看，这种为了使运动时组织可以得到充分的氧供，而使心脏长期处于高负荷状态下的适应，并不很经济。所以，在到高原数天后，肌肉开始提高从动脉血中摄取的氧气量（增加了动-静脉氧差），这时，无需增加较多的心输出量就可以满足氧气供应。在高原训练中，心率和每搏输出量在初到高原后6-10天增长达到峰值，并在之后开始逐步下降。在高原环境下，由于甲状腺素和儿茶酚胺分泌的增加，人体的基础代谢率也会增加。人体必需摄入更多的食物来平衡基础代谢率增加给机体带来的影响，否则体重就会降低。由于刚上高原，食欲也会受到影响，所以会导致体重下降。三、高原训练与运动能力（一）最大摄氧量与运动耐力 最大摄氧量随海拔高度的增加而降低。在大气氧分压（PO2）下降至131mmHg以下之前，VO2max仅出现轻度降低，这大体相当于1500～1600m的高原。在海拔5000m的高原，VO2max的下降主要是因动脉氧分压（PO2）的降低引起；海拔更高时，最大心输出量的降低是进一步限制VO2max的因素。1500m以上的高度，海拔每增高1000m，VO2max下降约8%～11%，海拔更高时，下降速率曲线变得会更为陡峭。如在珠穆朗玛峰高度时，最大摄氧量降低大约70%，可低至15ml/kg·min。最大摄氧量的下降直接导致耐力性运动能力下降。虽然耐力性项目的运动成绩会因高原环境而急剧下降，然而中等海拔高原环境对持续时间少于一分钟的无氧短跑类项目（如100～400m的短跑），其运动成绩普遍无影响，有时运动成绩甚至能有所提高。这类项目对机体氧运输与有氧代谢能力的依赖较低，主要由磷酸原系统和糖酵解系统提供大量能量。此外，高原上稀薄的空气环境对运动员运动时产生的空气阻力较小。男子100m、200m、400m、800m、跳远与三级跳项目，女子100m、200m、400m、800m、4×100接力与跳远项目的世界与奥运会纪录在墨西哥城被刷新与保持。四、高原训练的生理学适应当人体暴露于高原环境下数天、数周、数月后，机体会逐渐适应氧分压较低的空气环境。下面将涉及一些持续高原暴露后的生理适应，包括肺、心血管与肌肉组织（细胞）水平的适应性变化。通常，这些适应性变化需要较长的时间形成（几周至几个月）。一般来说，即使中等海拔高原的完全适应也需大约三周的时间。高原海拔每增高600m，平均要多一周的适应时间，而适应带来的所有这些有利效应，将会在回到海平面的一个月内消失。（二）血液系统适应 （三）心血管系统 （五）代谢能力 五、高原训练的要素（一）适宜海拔高度 高原训练的高度从理论上讲在1000～3000米都有效。一般认为，世居平原的运动员高原训练的最佳高度应为2000～2500米。低于2000米，低氧缺氧刺激较少，不利于充分挖掘机体的潜力；高于2500米，则机体难以承受较大的训练负荷，并且不利于训练后的恢复。在2000～2500米高度训练，红细胞压积、血红蛋白及最大摄氧量均有显著增高。我国运动员高原训练的高度多在1890米（昆明，中长跑、游泳、足球等）及2360米（西宁多巴，中长跑、竞走、自行车等）。埃塞俄比亚的高原世居运动员将赛前高原训练提高到2700～3000米。总之，适宜的高度应具备两个条件，即此高度能对机体产生深刻的缺氧刺激；同时又能承受比较大的训练量和强度。这是决定高原训练成败的关键。强度过低，刺激小，难以收到成效；强度过大，刺激深，对适应和恢复不利。一般应遵循下面几个原则：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，应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，下高原前的阶段训练强度应提高；④需根据机体对高原环境的适应阶段来安排训练强度。根据大量的高原训练实践经验得出，适宜的持续时间应为3～8周。因为从平原到高原会有一个适应过程，高原训练时间过短，不利于机体产生适应性变化；高原训练时间过长，则不利于机体回到平原后的适应性调整，所以安排高原训练的时间不宜很长。而且，在确定高原训练时间时，需要考虑运动项目的差异。耐力性项目应持续时间长些，而速度及速度耐力性项目应稍短些。下高原后，何时出现最佳训练效果，对此没有统一的看法。这与个体的适应能力及高原训练的负荷有密切关系。目前普遍认为，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，以保证下高原后能有较多的时间加强速度和力量训练。高原训练的效果在下高原后可保持3～5周的时间。而有的资料认为可保持45～50天。六、高原训练实践（一）高原训练的弊端 长期高原暴露或训练适应确实可以提高机体在平原时的最大摄氧量水平，但是这种暴露或训练通常会导致运动员脱水、血流量减少，肌肉质量下降，严重时还会导致运动员急性高原脑水肿、肺水肿甚至出现急性高山病，而且高原训练也浪费大量的人力、财力和物力。这些负面效应会降低运动员的健康状况以及高强度训练的耐力水平。因此，很难解释及讨论出高原训练对运动水平最佳化的作用价值。如果运动员平时在平原训练但比赛要在高原进行，如何进行最有效的参赛准备呢？尽管实验研究还不全面，结果尚无定论，但运动员明显有两种可行性选择。其一，到达高原后尽快参加比赛，一定要在到达后的24小时内完成比赛。这并非得益于高原习服的效应，而是因高原暴露时间较短，高山病的典型症状还未完全表现出来。最初24小时过后，因急性高原暴露出现的脱水、头痛及睡眠障碍等不良反应，运动员的身体机能常会恶化。另一个选择是在比赛前安排至少两周的高原训练。但仅有2周的时间是不能完全完成高原适应，完全适应至少需要3至6周。高原训练方法主要有高住高练法、高住低练法、低住高练法、间歇性低氧训练和模拟高原训练法等。七、急性高原暴露的健康风险在中等海拔高原环境中，除了需要应对寒冷、强风、紫外线辐射等条件外，有些人还可能会出现急性高山病；其症状包括头痛、恶心、呕吐、呼吸困难及失眠。初上高原的6～48小时开始出现上述症状，第2～3天时最为严重。尽管没有生命危险，急性高山病还是能导致患者在几天或更长时间内身体极度不适。有时，症状还会恶化，患者可能会出现更多的致命性急性高山病，如肺水肿或高原脑水肿。 八、高原环境在大众健身中的应用高原环境除了在竞技体育训练中提高运动成绩外，在大众健身中也逐步得到科研人员的注意。如在减肥领域，高原低氧暴露或者训练可以降低体重，有很多科研人员和减肥爱好者利用这种有利因素进行减肥科研和实践。他们常采用低氧房训练或者低氧卧室居住来达到减肥效果，低氧训练致体重下降除了脂肪丢失外，还有很大一部分是身体水分的丢失和肌肉蛋白质的减少。这种水分的丢失会很快因为身体的代偿而弥补，但是肌肉蛋白质的减少对普通人群来说是一种不利因素。我们希望在低氧减肥中，脂肪含量减少而保证肌肉蛋白质含量不至于丢失，因此其减肥的具体方法还需要进一步探讨。另外低氧减肥机制大部分认为是低氧致机体基础代谢率增加，能量消耗增加；食欲下降导致能量摄入减少，但是低氧训练减肥的分子生物学机制还需要进一步探讨。 另外现在的高原旅游热、登山探险也为提前的高原适应提供契机。很多旅游爱好者为了去西藏等高原地区旅游，但是为了预防急性高山病，需要在低氧房进行1周左右的低氧适应，这种低氧环境的适应可以为高原旅游或登山探险等提供身体基础。第二节 高温高湿环境与运动大强度运动时机体的应激水平通常会因外界环境而变得更加复杂。极度寒冷或酷热环境为体温调节增加很大负担。尽管在正常情况下温度调节机制非常有效，一旦处在极冷或极热环境，这些温度调节机制的作用也就非常有限。但是持续处在极端环境下数天或者数周，机体会产生适应。第三节 冷环境与运动下丘脑内的体温调定点大约在37℃，每天体温的波动范围在1℃左右。皮肤或血液温度降低会反馈至温度调节中枢（POAH），激活体内的保温机制，增加热生成。为避免过度散热，机体依次应用外周血管收缩、非寒颤产热作用及寒颤等方式。通常，机体的产热与保温机制是不够的，还需要行为调节，如蜷缩身体（减少散热面积）及穿上更多的衣服来隔绝机体与外界环境之间的联系。但要注意，在冷环境中运动时，不应穿更多衣物。穿戴过多可引起机体发热并流汗，当汗液浸湿衣物时，蒸发作用会迅速带走热量，导致热量以极快速度流失。学习思考： 
汪军. 北京体育大学出版社，2016.
王瑞元，苏全生. 人民体育出版社，2012. 
王瑞元. 北京体育大学出版社，2016. 
王瑞元，汪军. 北京体育大学出版社，2011.
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