环境与运动课件

1、第十八章 环境与运动本章提要 人体各种生命活动都受到环境的的影响,并通过自身调节系统的功能与环境变化产生适应。体育锻炼、运动训练和竞赛即是环境的变化，也是人体对环境的适应。要获得好的锻炼和训练效果，创造好的运动成绩，就需要适宜的环境和对环境的良好适应。本章就冷热环境、水环境、高原环境、大气环境、生物节律诸方面对人体生命活动和运动能力的影响，以及人体在上述环境变化中的适应进行初步讨论。学习目标1、了解人体保持体温相对恒定的原理，掌握热环境运动对人体的影响及其热服习的产生；2、了解冷环境对人体运动的影响和人在水环境中的急性适应过程；3、掌握高原环境对人体的影响和高原适应的生理机制；.4、了解大气环

2、境污染对人体的影响；5、掌握生物节律的特点及其利用价值.第一节 冷热环境与运动 一、体温的调节与运动（一）体温 体温：机体深部的平均温度。通常用直肠温度(37.3-37.5)、口腔温度（比直肠温度低.3-.5 ）、腋下温度(比口腔温度低.-.)代表体温 。 一般人体温在清晨26时最低，下午26时最高，其变动范围在0.51之间。女子比男子略高0.3。女性基础体温随月经周期而有规律的变化，月经期及排卵前体温较低，在排卵日最低，排卵后体温较高。 .（二）机体的产热与散热 1、产热过程 体内产生的热量，实际上是由细胞中物质氧化、物质代谢的进行而产生的热量。机体在安静时，主要由内脏器官产热，其中肝产热居

3、首。机体运动或劳动时，肌肉便成为主要产热器官，占总产热量的90左右。在寒冷环境中，靠打寒战(shivering)加强产热。寒战是肌肉不随意的节律性收缩，最强的寒战可使体内产热增加倍。甲状腺素和儿茶酚胺增多也能使代谢率提高。体内酶反应速率对温度是敏感的，常以10的倍数的温度变化来研究温度反应的效应，这种变化的结果称为“10效应”。一般温度升高10，酶反应的比率会增大2倍 。.2、散热过程 皮肤是主要的散热器官。经皮肤直接散热的方式有辐射、传导、对流和蒸发四种。 （）辐射(radiation）：机体以热射线方式将热传给外界较冷物体的一种散热形式。辐射散热取决于体温与周围温度之差 。（）传导(con

4、duction）：体热直接传给与之接触的较冷物体的一种散热方式。传导散热与物体导热性能有关。 （）对流(convection)：体热借助于空气的流动而散热于体外的一种散热形式，对流散热取决于空气流动速度的快慢，气流愈快则散热愈多。 （）蒸发(evaporation)：热量通过体内水分转化为气体时散发于周围环境的过程。每蒸发1 g水可带走24 kJ热量。当环境温度高于体温时，这是唯一的散热途径。 蒸发散热分两种方式： 不感蒸发或不显汗：体液中的水分直接渗透出皮肤和呼吸道粘膜等表面而被蒸发，并不被人们觉察。故称为不感蒸发或不显汗。 可感蒸发或显汗：汗腺分泌汗液的过程。 .（三）体温的神经调节 体温

5、的相对恒定是在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤的血流量、发汗、寒战等生理反应经常维持于一个稳定的水平，称自主性体温调节。机体在不同温度环境中的姿势和行为，特别是人为了保温或降温所采取的措施，如增减衣着等称行为性体温调节。 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。 .二、热环境与运动（一）心血管功能 心率显著增加，最大心输出量和最大摄氧量下降 ；工作肌肉及皮肤等末梢血流量增加，提高了辐射、传导、对流等散热能力，可使末梢组织热传导量增加5-6倍。（二）代谢和内分泌应激反应： 1、乳酸过早堆积和糖原储备量减少 原因： 热环境，肝脏血流量减少，乳

6、酸转化率下降 热环境中运动时乳酸相对增多，疲劳过早出现 2、肾上腺皮质分泌的醛固酮增加，促进肾脏和钠的重吸收而调节炎热而引起的钠丢失。3、发汗：在炎热环境下工作与运动，排汗量大大增加，以加快体内热量的散发。 4、尿量：由于产生了血流量的重新分配，内脏器官血量大大减少，刺激神经垂体抗利尿激素分泌增加，而使尿量减少。.（三）热危害 1 热环境与运动能力 环境温度对运动能力影响的程度取决于身体散热和对活动肌肉血液供应的能力。 2 脱水及热疾病的预防 脱水是指丢失占体重1 %以上的体液。热痉挛是因为肌细胞膜钠和钾的比例发生变化，以及脱水和盐分丢失所致；热衰竭是由于要同时给皮肤舒张的血管和活动的骨骼肌供

7、血，使循环血量急剧减少和循环功能障碍造成；而中暑则主要是下丘脑的排汗中枢功能障碍引起的，使得机体不能出汗蒸发而导致体温急剧升高轻度脱水-脱水占体重2左右 表现：引起口渴感，尿少和尿钾丢失增加。 中度脱水-失水达4左右 表现：严重口渴感、心率加快、体温升高、疲劳和血压下降。.重度脱水-失水达6-10左右 表现：呼吸频率增加，血容量减少，恶心，厌食，容易激怒，肌肉抽搐。运动员表现每丢失1升水，心率提高8次，CO降低1升/分一般运动员脱水达2-3，运动最大摄氧量受明显影响高水平运动员，失水量达到体重的5%，仍无显著影响热痉挛1、原因：脱水和无机盐丢失及体液水平和电解质浓度不平衡2、表现：肌肉痉挛，出

8、汗多，疲劳，但体温正常3、预防：饮用足够水及从食物中摄入足够盐 热衰竭 1、原因：循环系统的调节机能障碍大量出汗致细胞外液，特别是血浆量减少血液储留在扩张的体表血管中，使中心血量和心输出量显著下降.2、表现：虚弱，脉搏加快，直立时血压低，头痛，头晕，出汗可能减少，体温会有升高 3、措施：停止运动，阴凉处休息，补充水分，必要时输液中暑 最严重和复杂的热应激症1、原因：下丘脑热调节机能障碍2、表现：出汗停止，皮肤发烫，体温升高，意识丧失，甚至死亡3、措施：立即送医院治疗，同时制冷降低体温，可以喝冷水，去除外衣，冰敷和冷水浴等.要预防热危害或将热危害减少到最小程度，rooks提出如下条简单原则： （

9、）保证运动员具有良好的身体状况，应该逐渐增加训练的强度和持续时间，直到运动员完全习服。 （）在一天中较凉爽的时候安排练习和比赛。 （）当湿球温度在255以上时，应修改或取消训练。 （）安排有规律的喝水和休息时间，即使运动员还不觉得渴时也应鼓励他们喝水。 （）饮料应较凉（813）、低糖（含糖少于或等于2.5 g100 ml）、含少量或不含电解质。（）应鼓励运动员在运动或比赛开始前30 min喝足水，大约400600 ml。 （）皮肤上撒些水有助于蒸发散热。 （）比赛或练习的强度应反映个人的适应能力，这一点对偶然参加运动的“娱乐赛跑运动员”特别重要。 （）运动员应在计划的时间内完成训练，这将保证运

10、动员的习服。 （）在练习和比赛开始阶段应特别鼓励运动员补充饮料。随着运动的进行，内脏血流量趋向于减少，这将影响肠道吸收水分。 （）运动员每天练习开始前应称体重。任何运动员体重下降以上都不允许参加运动，直到补足水分为止。在热天中体重下降较大，应该密切注意体重的变化。 （）应禁止服盐片，但应鼓励运动员在吃饭时摄入足够的盐。.（二）热习服 热习服：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。 习服时，出汗和蒸发散热的能力大大增强，使得外周导热能力增强。热习服最重要的生理标志之一，是安静时和肌肉活动时心率的减少，心搏量逐渐增加，心输出量在热习服的全过程中不发生变化。 习

11、服时排汗能力可增加近3倍 。出汗阈值下降、出汗率增加、排汗能力增强，肾脏和汗腺对钠重吸收增加。身体训练与耐热性 在常温下进行训练（主要是耐力性训练）也能提高身体的耐热性，但是在舒适气候下进行的任何性质的训练，即使训练水平很高也不能代替专门的热适应。 .三、冷环境与运动(一)冷环境的生理反应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，散热量减少。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

12、体内代谢活动降低下来，代替寒颤而出现的是肌肉僵直，呼吸和心率缓慢。.3、完全麻痹期 体温降至20时，呼吸微弱，血压剧降，脉搏微弱几乎触不到，反射性反应消失，表现为昏睡状态。不立即救治，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，在体温下降到30时，脑的耗氧量只有正常的58%。在常温下脑血液循环不仅可缺血3-5分钟，而在体温25 -15时大脑可耐受15-30分钟。（二）冷环境对人体运动的影响（1）四肢受冷，工作迅速下降；（2）最大摄氧量和心率显著降低；（3）皮肤血管明显收缩，血流量从皮肤转向中心循环；（4） 手指

13、和脚趾易冻伤；（5）动作灵活性和协调性变差，工作效率下降，易产生运动损伤；.（6）免疫监视能力下降也有实验认为冷环境暴露对免疫蛋白有刺激影响，增强免疫功能；.（三）冷环境的适应1、代谢型服习 如果一个人每天8小时裸体在12 -14 的环境中，经过一个月，寒冷引起的寒颤将会减弱，而非寒颤性产热可得到提高。这是人们通过提高产热量而达到寒冷习服的，寒冷习服者的去甲肾上腺素分泌使产热量增多，这和交感神经所调节的非寒颤产热有关。2、绝热型服习长时间处于寒冷条件下，可使体表面血管收缩和皮下脂肪增多，引起体表绝热性增大，而产生绝热型习服习。3、习惯性冬眠型服习世居长期寒冷环境中生活的人，在温度较低的情况下也

14、不增加产热，皮肤的温度下降也少，机体习惯了低的温度。.第二节 水环境与运动一、水环境与运动能力（一） 能量代谢1、能量消耗多2、原因： 水的导热性大，散热快 密度大，阻力大 能量消耗还与水温、停留时间、体脂、泳姿和在水中运动适应的程度有关（二） 呼吸机能 比陆地深刻。 1、肺活量大 2、呼吸深度加大 3、换气效率和摄氧效率提高.（三） 心血管机能 1、体位使静脉回流量增加； 2、极限下强度游泳，心率，Co和SV随速度加快而增加； 3、心率低于极限强度跑时； 4、动脉血压高于跑步；（四）在水环境中运动，运动技能的掌握比陆地上要求更高。水浮力使人在水中的支撑感觉被削弱，产生不习惯的漂浮感，加上游泳

15、时体位的改变及冷刺激，对神经系统适应能力及协调指挥能力提出了更高的要求，还有恐水的心理障碍 。游泳姿势距离/m能量消耗/J爬 泳100271.48爬 泳400660.68蛙 泳400581.06不同泳姿势和距离游泳时的能量消耗. 人在水环境中运动也有急性的适应过程。一次在水中停留时间过久，体温调节功能可能发生一系列变化，大致可分四个阶段。第一阶段(发白阶段):入水后最初几分钟内，冷的刺激反射性地引起皮肤毛细血管收缩、皮肤发白，散热减少，产热加强；第二阶段(发红阶段):皮肤血管反射性舒张，血液流向皮肤，皮肤发红，有温暖感觉；第三阶段（发抖阶段）:身体散热过多，出现寒颤，以加强产热过程;第四阶段（

16、发紫阶段）:若继续在水中停留太长，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。 二、对水环境的适应.第二节 高原环境与运动高原high altitude：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、高原环境与身体适应（一）高原环境1、大气压 不同海拔高度下氧的分压随海拔高度的升高而有所下降。而氧分压的变化又会对人体血液和组织的气体交换产生明显的影响。2、高原温度 海拔高度每上升150米，温度降低1；因为高原的温度低，空气温度也很低，冷空气带有的水分较少。在高原较低的温度容易导致脱水

17、，由于干燥的空气和呼吸频率的增加，人体内大量水分通过呼吸蒸发，运动时通过排汗而丢失水分更多。.海拔高度大气压（mmHg）氧分压（mmHg）0760159.21000674141.22000596124.93000526110.2400046296.9900023148.4不同海拔的大气压和氧分压.3、高原辐射 随着海拔高度的升高，强烈的太阳辐射也随之增大。一是人体处于在高海拔位置时太阳辐射，特别是紫外线被空气吸收的少，而照射到人体的就比在平原的多；二是因为空气中的水蒸气一般也吸收大量的辐射物质，高原较少的水蒸气使人体更多地暴露在辐射之中，在有积雪时辐射在白雪反射后会更强烈。（二）高原的人体生理

18、反应1、呼吸反应（1）肺通气：在高原空气变得稀薄，要达到在平原同样的需氧量，就必须加大肺通气。肺通气的增加会造成二氧化碳在血液中的大量扩散，使血液中二氧化碳的分压升高，也使血液中的pH升高。同时，肾脏释放更多的重碳酸盐离子缓冲对缓解二氧化碳形成碳酸。.（2）肺泡气体扩散和氧气的运输：在海拔2439米的高度时，氧分压降到125mmHg，肺泡和肺泡毛细血管的氧分压均降低，血红蛋白的氧饱和度由海平面的99%下降到92%，这使VO2max下降近15%。（3）肌肉的气体交换：在海平面动脉氧分压大约是95mmHg，机体组织的氧分压在安静时约为40mmHg，组织与动脉血管的氧分压差值达95mmHg，利于气体

19、交换。而到了海拔2439米时，它们的氧分压差值只有20mmHg，这使得氧分压的浓度梯度减少超过50%，导致氧各组织交换的能力下降。（4）最大摄氧量：在海拔1500米的高度以后，随着海拔的升高，每上升100米， VO2max降低1%。研究表明：在珠峰攀登过程中，登山运动员的VO2max的由海平面的62ml/kgmin下降到顶峰的15ml/kgmin，甚至到5ml/kgmin。.2、心血管反应（1）血浆容量：到达高原后，人体的血容量很快开始减少，在最初的几周内这种持续降低呈线性关系。这是由于单位血管内的红细胞内数目不断上升，使血液浓度增加，以此补偿高原氧分压降低对机体的影响。（2）心输出量：由于氧

20、分压的降低，氧的扩散浓度梯度降低，使每搏输出量和心率增加，以通过心输出量增多来减少供氧的不足。在初上高原进行亚极量运动时，心率高于平原时水平，每搏输出量降低（由于血浆容量减少），由于心率的增加补偿了每搏输出量的减少，则心输出量略微增加。在接下来的几天后，肌肉对氧的摄取能力开始增强，降低了对心输出量增加的要求，使心率有所下降。3、肺高压： 在高原肺部的动脉血压在运动时升高，这种压力的变化机制还不是很清楚，但这种变化可能与部分肺动脉的缺氧性血管收缩有关。.（三）高原运动的机能变化1、有氧运动 在高原低压条件下，氧气运输和有氧代谢都受到很大的影响。决定有氧工作能力的VO2max随海拔的升高而下降，这

21、在很大程度上限制了身体的有氧运动能力。一般认为，在高原最大持续时间超过一分钟的运动项目的成绩比平原低。一定范围内，距离越长，成绩下降越明显，并和VO2max的下降相平行。2、无氧运动：在高原持续时间少于一分钟的剧烈运动，在一定范围海拔高度通常不会受到明显影响，因为这些运动很少需要动力用氧运输系统供能。此外，高原稀薄的空气使运动员所受到的空气阻力也较少，如短跑和跳远的运动成绩还会提高的现象。.3、力竭性运动：在高原进行力竭性运动时，由于机体摄取氧受限和更多地依靠无氧酵解供能，通常认为肌肉产生的乳酸更多一些。但有学者在1930年指出，在高原进行力竭性运动时（海拔5340米），血乳酸的产生有显著变化

22、，所产生的乳酸水平在血液和肌肉中都比平原时低，由海平面的7.9mmol/L下降到1.9mmol/L ，这一现象或许和肌肉糖酵解能力下降和肌肉工作总水平的降低有关。.（四）高原适应（高原习服）1、血液系统 1）血红蛋白和红细胞Hb和RBC，血液载氧能力提高 （1）初期是血浆量减少 （2）血浆量减少伴随Hb浓度增加，使动脉血氧含量增加。（3）引起红细胞增多症。红细胞增多症：高原氧分压下降刺激红细胞总数增加；原因：高原缺氧引起促红细胞生成素释放引起红细胞增加危害：使血液的粘滞性增加，可能抑制血液流动和氧扩散至组织的能力 2）促红细胞生成素分泌增加：（1）高原缺氧促红细胞生成素（2）适宜”阈”高度为海

23、拔1600-2500 米；（3）与血清睾酮的水平有关。.3）血液流变学指标 高原血液的典型特点：”浓”，”粘”，”聚” ；（1）安静时RBC渗透脆性、血液粘度、 RBC电泳时间、血C压积和血沉比一般人 （2）红细胞滤过率和红细胞变形能力4）血乳酸变化 初期，血乳酸浓度原因：（1）缺氧线粒体氧化酶活性 ，肌肉氧利用能力；（2） 运动中较多动用无氧代谢，产生乳酸；（3）大强度运动使乳酸消除速率；高原服习后，血HL和肌HL表现：”乳酸矛盾现象”：高原服习后大肌肉群训练时最大血乳酸浓度减少的现象。但血乳酸下降不表示有氧代谢能力的提高 ；.乳酸下降原因：（1）高原训练时动员葡萄糖的儿茶酚胺含量减少（2）

24、中枢神经系统发放冲动，降低了全身运动的能力（3）与高原适应后的缓冲能力下降无关2、骨骼肌 1） 毛细血管密度约13%、糖酵解酶活性、氧化酶活性2）肌红蛋白浓度3）瘦体重（肌纤维面积减少11%-19%）和脂肪，体重4）肌肉缓冲能力有所改善 ；3、心血管系统1）最初心率、心输出量比平原50，每搏输出量没变化2）以后，最大心率、心输出量；每搏输出量3）高原居民血压略高于平原人；4、免疫系统 高原训练的高度也是影响运动员细胞免疫功能的因素之一.5、内分泌系统 1）运动员尿中儿茶酚胺的排出量运动员尿中去甲肾上腺素的排出量，可了解运动员对高原训练的适应情况 2）高原训练使血清睾酮3）高原训练皮质醇 .二、

25、高原训练和运动成绩（一）高原训练的适宜高度： 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。有关资料表明，1 0003 000 m海拔的高原训练都有效果，但有人认为2 0002 500 m的海拔高度最佳，而最高的海拔高度不宜超过2 700 m。（二）持续时间：在高原训练的持续时间最少要三周，因为从平原到高原，人体要有一个适应的过程。有学者认为在2 000 m左右高度训练，持续时间以4550天为合适。最适宜的时间：4-6周出现最佳训练效果的时间下高原后可保持3-5周不同项目所保持的时间不同。.（三）强度 高原训练的强度要根据运动员训练水平来定。

26、根据比赛目标来定。如800 m跑要在比赛中达到什么预期水平，在训练中则要求有部分手段要接近比赛的要求。 高原训练的强度要和下山后的强度衔接起来，下山后的平原强度要比高原的强度高。高原训练后出成绩的时间 高原训练下山后，什么时候出成绩，这与高原训练的时间、强度有密切关系，各国有不同的看法。（四）训练效果评价：能明显促进有氧能力原因：提高了局部循环和细胞代谢的适应；血液代偿性载氧能力提高；长时间高原应激，呼吸系统的适应性变化在回到平原不会立即消失；高原的低氧和训练的双重刺激对提高周期性耐力项目成绩应该比平原有利；.第四节 大气环境与运动（自学） 第五节 生物节律一、生物节律及其机制生物节律（bio

27、rhythm）：生物体内的各种功能活动常按一定的时间顺序发生变化，如果这种变化按一定时间重复出现，周而复始，则称为节律性变化。这是生物在漫长的进化过程中为适应自然界时间过程周期性变化的结果。 （一）生物节律的特点及其机制 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。起搏器：控制生物机能周期性变化的生物节律中枢。节律起搏器既位于脑内，也有位于外周组织中，如控制心脏活动的窦房结。 .高频节律：节律周期短于一天的生物节律。如心电图的变化，呼吸的周期等。中频节律：日周期，也是最重要的生物节律。明显的如体温的昼夜周期节律

28、 。低频节律：节律周期长于一天的生物节律，包括周周期、月周期、年周期。例如，人类的女性月经周期属月周期。人和动物的生物节律.（二）生物节律的可能机制： 下丘脑中的视交叉上核（SCN）是生物节律的一个关键中枢，它在许多生理功能节律性变化中发挥启动和整合作用。 下丘脑腹侧正中核（ventral median nuclei, VMN）、侧下丘脑区域（lateral hypothalamus, LH）可能是二级节律起搏器部位。当破坏SCN后，VMN与LH的节律仍然存在。SCN与VMN和LH均有神经通路联系，相互形成机能耦联结构，以保证其节律系统的内同步化。松果体也可能是一个生物节律起搏器。 生物节律最重要的生理意义：在于