一次 vs. 三次:每日熱暴露方案對成人熱習(xí)服效果的比較研究
《Physiological Reports》:Comparison of heat acclimation after once daily and thrice daily heat exposures in healthy adults
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本研究是一項隨機(jī)對照試驗,旨在比較匹配總暴露時長但暴露頻率不同(每日一次90分鐘 vs. 每日三次30分鐘)的7天熱習(xí)服方案,對健康男性和成年女性生理適應(yīng)標(biāo)志物(如直腸溫度(Tre)、皮膚溫度、心率(HR)及血漿容量(PV)變化)的影響。結(jié)果證實(shí),持續(xù)性單次暴露方案能更有效地誘導(dǎo)核心體溫下降等關(guān)鍵熱適應(yīng),而性別差異雖持續(xù)存在但不影響適應(yīng)進(jìn)程,為優(yōu)化熱習(xí)服訓(xùn)練指南提供了直接證據(jù)。
引言
當(dāng)前的熱安全指南建議使用系統(tǒng)的熱暴露和運(yùn)動來進(jìn)行熱習(xí)服/熱適應(yīng)。熱習(xí)服方案期間常見的生理變化包括:血漿容量擴(kuò)張、出汗率增加、出汗開始時間提前以及汗液成分更稀釋,這些變化導(dǎo)致運(yùn)動期間核心溫度、皮膚溫度和心率的穩(wěn)態(tài)維持水平降低。每一項生理變化都被視為熱習(xí)服的重要標(biāo)志物。盡管熱習(xí)服的標(biāo)志物已得到充分確立,但當(dāng)前的熱習(xí)服建議仍存在一些需要進(jìn)一步評估的問題。
熱習(xí)養(yǎng)最關(guān)鍵的考慮因素是由環(huán)境溫度、暴露課程安排和運(yùn)動共同引起的熱應(yīng)激強(qiáng)度。通常,當(dāng)核心溫度臨界閾值(>38.5°C)被突破并持續(xù)一段時間時,才會產(chǎn)生由連續(xù)熱應(yīng)激引起的適應(yīng)。因此,目前的建議鼓勵至少連續(xù)7天的熱習(xí)服方案,并配合持續(xù)1-2小時的有氧運(yùn)動。然而,一些建議表明,熱暴露可以分割成更小的周期性課程。其理由是,將熱暴露分割成較小的課程可以最大限度地減少運(yùn)動和熱暴露雙重壓力源帶來的疲勞,并在開始習(xí)服時降低熱相關(guān)疾病的早期風(fēng)險。目前尚未明確兩次熱暴露課程之間仍能改善熱習(xí)服標(biāo)志物的允許間隔時間。
當(dāng)前熱習(xí)服指南的另一個問題是女性在體溫調(diào)節(jié)研究中的代表性不足,因為目前的建議主要來自男性數(shù)據(jù)。女性生理學(xué)據(jù)稱會改變散熱能力,并導(dǎo)致比男性更容易發(fā)生勞力性熱相關(guān)疾病。然而,上述許多熱習(xí)服標(biāo)準(zhǔn)在女性生理學(xué)中 consistently 適用,除了出汗率增加或核心溫度下降的差異。一些人認(rèn)為,女性通過依賴性別特異性體溫調(diào)節(jié)機(jī)制(如皮膚血流量(SkBF)增加)來應(yīng)對熱應(yīng)激,其效果與男性相當(dāng)。在評估兩性之間的熱習(xí)服時,可能需要關(guān)注最終導(dǎo)致平行熱應(yīng)激管理的性別特異性散熱機(jī)制。
本次調(diào)查的目的是同時探討熱習(xí)養(yǎng)進(jìn)展的兩個部分問題。第一部分將專門研究兩種持續(xù)時間相同、絕對工作量匹配的7天熱暴露方案如何影響熱習(xí)服的標(biāo)志物:持續(xù)性(7次訪問,每天1次90分鐘熱暴露)和周期性(21次訪問,每天3次30分鐘熱暴露)。第二部分將在更廣泛的持續(xù)時間和絕對工作量匹配的實(shí)驗設(shè)計下,研究熱習(xí)服期間的性別差異(男性 vs. 女性)。
材料與方法
共有60名健康參與者(30名男性,30名女性)完成了連續(xù)7天的熱暴露方案。參與者被分為兩個熱暴露組(持續(xù)性、周期性),然后再按性別細(xì)分,形成四個小組:持續(xù)男性(SM)、持續(xù)女性(SF)、周期男性(PM)、周期女性(PF)。
所有測試均在環(huán)境室中進(jìn)行,條件設(shè)置為38°C,相對濕度60%。持續(xù)性小組連續(xù)7天完成不間斷的90分鐘熱暴露。周期性小組也連續(xù)7天完成總計90分鐘的熱暴露,但將其體驗為每天三次30分鐘的課程,每次至少間隔3小時。每組30分鐘的熱暴露段是相同的,包括5分鐘靜坐休息,20分鐘以1.6 m·s-1速度在5%坡度上行走,以及5分鐘靜坐休息。選擇6.1 METs的任務(wù)導(dǎo)向絕對工作量,作為環(huán)境熱負(fù)荷的補(bǔ)充,且不會主要限制課程的完成。
熱調(diào)節(jié)標(biāo)志物在第1、4、7天的首次30分鐘課程期間進(jìn)行評估。測量包括直腸溫度、三個部位的皮膚溫度(胸部、前臂、小腿)、心率、皮膚血流量(SkBF)和皮膚電導(dǎo)。在熱暴露前后采集血液樣本以分析血紅蛋白、血細(xì)胞比容并計算血漿容量變化(?PV)。通過裸體體重變化估算出汗率,并使用前額汗液貼片收集和分析汗液鈉、鉀濃度。
結(jié)果
參與者描述性數(shù)據(jù)
各組在年齡、體重、身高、體表面積、皮褶厚度總和、體脂百分比、峰值攝氧量(V?O2peak)或熱暴露期間完成的工作量方面沒有差異。男性和女性在年齡或皮褶厚度總和方面沒有差異。男性比女性更重、更高,體表面積更大,體脂百分比更低。男性的相對和絕對V?O2peak均高于女性,并且在熱暴露期間完成了更多的工作。8名持續(xù)性參與者(2名男性,6名女性)在第1-6天因惡心、頭暈和/或嘔吐需要在最后60分鐘熱暴露期間增加休息時間,但所有持續(xù)性參與者在第7天都完成了整個步行方案。女性參與者的孕酮和雌二醇在兩組間沒有差異,確保了女性組之間的直接可比性。
溫度變化
皮膚溫度:觀察到暴露方案與熱暴露天數(shù)之間存在顯著的交互作用。在持續(xù)性組中,平均皮膚溫度從第1天到第4天和第7天下降,但從第4天到第7天沒有進(jìn)一步下降。在周期性組中,平均皮膚溫度從第1天到第4天或第7天沒有變化,但第4天高于第7天。當(dāng)直接比較不同暴露方案在第1、4、7天的平均皮膚溫度時,沒有差異。觀察到性別對平均皮膚溫度有顯著的主效應(yīng)。在所有熱暴露期間,男性的平均皮膚溫度總體上低于女性。
直腸溫度:觀察到暴露方案與熱暴露天數(shù)之間存在顯著的交互作用。持續(xù)性組的平均直腸溫度從第1天到第4天和第7天下降,并且從第4天到第7天進(jìn)一步下降。周期性組的平均直腸溫度從第1天到第4天和第7天或從第4天到第7天均未表現(xiàn)出任何變化。當(dāng)直接比較不同暴露方案在第1、4、7天的平均直腸溫度時,沒有差異。觀察到性別對平均直腸溫度有顯著的主效應(yīng)。在所有熱暴露期間,男性的平均直腸溫度低于女性。
胃腸道溫度:在峰值胃腸道溫度方面觀察到暴露方案有顯著的主效應(yīng)。持續(xù)性組經(jīng)歷的峰值胃腸道溫度高于周期性組。在性別方面沒有觀察到顯著的主效應(yīng)。男性和女性的峰值胃腸道溫度相似。觀察到熱暴露天數(shù)有顯著的主效應(yīng)。峰值胃腸道溫度從第1天到第4天沒有變化,但第1天高于第7天。峰值胃腸道溫度從第4天到第7天下降。
心率
在平均心率方面未觀察到暴露方案的顯著主效應(yīng)。持續(xù)性和周期性組之間的平均心率沒有差異。觀察到熱暴露天數(shù)和性別的顯著主效應(yīng)。平均心率從第1天到熱暴露的第4天和第7天下降,并且從第4天到第7天進(jìn)一步下降。每次熱暴露期間,男性的平均心率均低于女性。
出汗率、皮膚電導(dǎo)和汗液成分
在絕對和相對出汗率方面,未觀察到暴露方案的顯著主效應(yīng)。周期性和持續(xù)性組在出汗率方面沒有差異。觀察到性別對絕對和相對出汗率有顯著的主效應(yīng)。具體來說,男性的絕對和相對出汗率均高于女性。在熱暴露天數(shù)方面,未觀察到絕對和相對出汗率的顯著主效應(yīng)。出汗率在7天的習(xí)服期間沒有變化。
在皮膚電導(dǎo)達(dá)到40 μS的時間方面,未觀察到暴露方案、性別或天數(shù)的顯著主效應(yīng)。周期性和持續(xù)性組之間,或男性和女性之間,達(dá)到40 μS的時間沒有差異。達(dá)到40 μS的時間在7天的習(xí)服期間沒有變化。
在皮膚電導(dǎo)為40 μS時的皮膚溫度方面,觀察到暴露方案存在顯著的交互作用。持續(xù)性組在40 μS時的皮膚溫度從第1天到第4天沒有變化,但第1天與第7天相比更低。周期性組在40 μS時的皮膚溫度從第1天到第4天和第7天或從第4天到第7天均未變化。當(dāng)直接比較持續(xù)性和周期性組在第1、4、7天在40 μS時的皮膚溫度時,沒有差異。未觀察到性別在40 μS時皮膚溫度的顯著主效應(yīng)。男性和女性在40 μS時的皮膚溫度沒有差異。
在皮膚電導(dǎo)為40 μS時的直腸溫度方面,未觀察到暴露方案的顯著主效應(yīng)。周期性和持續(xù)性組在40 μS時的直腸溫度沒有差異。觀察到性別和天數(shù)對40 μS時的直腸溫度有顯著的主效應(yīng)。男性在40 μS時的直腸溫度低于女性。40 μS時的直腸溫度從熱暴露第1天到第4天和第7天下降,但從第4天到第7天沒有進(jìn)一步下降。
在汗液鈉濃度方面觀察到暴露方案存在顯著的交互作用。持續(xù)性和周期性組的汗液鈉濃度從第1天到第4天和第7天均下降,并且從第4天到第7天進(jìn)一步下降。當(dāng)直接比較不同方案時,第1天汗液鈉濃度沒有差異,第4天持續(xù)性組更低,第7天沒有差異。未觀察到汗液鈉濃度在性別方面的顯著主效應(yīng)。男性和女性的汗液鈉濃度沒有差異。
在汗液鉀濃度方面,未觀察到暴露方案或熱暴露天數(shù)的顯著主效應(yīng)。周期性和持續(xù)性組在汗液鉀濃度方面沒有差異,汗液鉀濃度在7天的習(xí)服方案期間也沒有變化。觀察到性別對汗液鉀濃度有顯著的主效應(yīng)。男性的汗液鉀濃度比女性更稀釋。
皮膚血流量
在皮膚血流量方面觀察到暴露方案有顯著的主效應(yīng)。持續(xù)性組在每次熱暴露期間的皮膚血流量均高于周期性組。觀察到運(yùn)動前后(進(jìn)入熱室前/后)與性別在皮膚血流量方面存在顯著的交互作用。進(jìn)入熱室時,男性和女性的皮膚血流量相似。兩性從熱暴露/步行前到30分鐘熱暴露/步行后皮膚血流量均增加,但男性的皮膚血流量增量高于女性。未觀察到熱暴露天數(shù)對皮膚血流量的顯著主效應(yīng)。皮膚血流量在7天的習(xí)服期間沒有變化。
血紅蛋白、血細(xì)胞比容和血漿容量相對變化
在血紅蛋白方面,未觀察到暴露方案的顯著主效應(yīng)。持續(xù)性和周期性組之間的血紅蛋白沒有差異。觀察到性別對血紅蛋白有顯著的主效應(yīng)。男性的血紅蛋白高于女性。觀察到從熱暴露前到30分鐘熱暴露后,血紅蛋白有顯著的主效應(yīng)。30分鐘的熱暴露濃縮了血紅蛋白。觀察到熱暴露天數(shù)對血紅蛋白有顯著的主效應(yīng)。血紅蛋白在7天的習(xí)服期間被稀釋。
結(jié)論
本研究表明,在匹配總暴露時長和運(yùn)動量的情況下,每天一次90分鐘的持續(xù)性熱暴露方案,比將相同總時長分割為每天三次30分鐘的周期性暴露方案,能更有效地誘導(dǎo)核心體溫(直腸溫度)的下降,這是熱習(xí)服的關(guān)鍵標(biāo)志。雖然兩種方案在降低心率方面效果相似,且都能引起汗液鈉濃度降低等適應(yīng),但持續(xù)性暴露組還表現(xiàn)出皮膚溫度更早下降以及更高的皮膚血流量。此外,研究證實(shí),在整個熱習(xí)服過程中,女性的核心溫度和皮膚溫度持續(xù)高于男性,出汗率低于男性,但這些固有的性別差異并未阻礙任何一組獲得熱適應(yīng)。因此,為了獲得最佳的熱習(xí)服效果,應(yīng)優(yōu)先推薦單次、持續(xù)時間較長的熱暴露方案,而非將總時長分割為多次短時暴露。