高原训练讲课资料

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即在同一气候带内,气候的某些主要方面有相似特征。如高纬度气候带的特点是全年低温、长冬 无夏、多风少雨;低纬度则是全年高温、长夏无冬、多雨潮湿。气候纬度地带性决定了全球各地 区的大气候,而垂直地带性则对局部气候产生重要影响。在高原训练理论中,主要涉及纬度地带 性规律和垂直地带性规律。 3.高原气候环境的主要特点 高原气候的主要特点是:低气压、低氧分压、寒冷、干旱、多风、辐射强和温差大。 气压是围绕地球表面的混合性气体在单位面积内所承受的重量,在气象学上用毫巴(mb)表 示。 一个标准大气压(相当于海平面气温 0℃时)为 l0l3.25mb 或 760 mmHg。 大气是一种质量物质, 由于地球引力的作用,使大气压随海拔高度的升高而降低,但这种负相关关系并非是一种直线的 负相关。地球表面的大气主要是由氮气和氧气组成的混合气体,除此之外,还有二氧化碳、氢、 氦、 氖、 氛、 臭氧等气体。 在一定范围内, 大气的气体成分的百分比维持恒定。 氮气总含量为 78.09%, 氧气的总含量为 20.95%,二氧化碳总含量为 0.03%,其他气体成分更少,一般忽略不计。氧分压 (PO2)与大气压呈正相关关系,即海拔升高,大气压下降,PO2 降低,PO2 的变化直接影响大气与血 液间、血液与组织间氧的交换。另外气温、空气中的绝对湿度和太阳辐射强度等也有明显的变化 特点。一般海拔每升高 100 米,大气压下降 5mmHg(0.67 千帕) , 氧分压下降 1mmHg 左右(0.14 千帕) ,气温下降 0.65℃。 据实测, 海拔 5000 米高度氧分压可降到海平面的一半, 而在珠穆朗玛峰顶 (8844.43 米, 2005) 大气压只为海平面的三分之一,但空气中的含氧量与平原一样,仍约为 20.95%。高原气温低,昼 夜温差大,而且白天向阳温度与阴影温度差较平原显著,并随着高度增加,这一差距越来越大。 如在 1800 米白天向阳温度与阴影温度差 17.5℃,2400 米相差 27.5℃,3200 米相差 32.8℃。另 据调查,青藏高原相对湿度在 29~80%之间,平均相对湿度不到 50%,冬季常为零,因此,在高 原(山)低温、低湿度的干燥地区易发生如口唇干裂、鼻出血以及引发感冒和常见病等。因此要 注意高原气温变化,加强预防疾病的工作。 另外由于高原空气稀薄,水气及尘埃较少,紫外线被大气吸收减少,辐射强度增加。海拔高 度每上升 l000 米,太阳辐射平均增强 10%,正负电离子的比例也发生变化。在低海拔地区,重要 的是负电离子作用,而在高海拔地带,负电离子作用减弱,相反,正电离子作用增强。正是这些 因素不仅可以直接影响人的机体功能状态,而且更重要的是在机体受负荷刺激后,不同的地理环 境因其气压等差异将产生不同的效应。
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159 132 118 109 101 86 79 73 59 53
149 122 108 100 91 76 69 63 52 43
94 66 60 53 52 44 40 38 34 28
41 39 37 36 35 32 29 21 16 7.5
97 92 89 85 83 75 71 65 50 70
表 1~1 不同海拔高度大气压及动脉血气变化
海拔 (m)
大气压
PO2
PlO2
PaO2
PaCO2 (mm·Hg)
SaO2 (%)
(mm·Hg) (mm·Hg) (mm·Hg) (mm·Hg)
2
0 1500 2500 3000 3600 4600 5500 6100 7300 8844
760 630 564 523 483 412 379 349 280 253
(引自 Hultgren) 注:8844 米时血氧饱和度(SaO2)高于 7300 米,这是由于严重呼吸性碱中毒以及氧离曲线左移 有关。PO2=氧分压,PlO2=动脉血氧分压,PaCO2=动脉血 CO2,SaO2=动脉血氧饱和度 5.高原习服和适应区别 在高原低氧环境所存在的生物(包括人类) ,由环境所决定的器官功能和结构的变化,表现 为两种形式,一种为短时的仅表现功能和结构的调整和代偿,称之为习服(acclimatization) 。 另一种通过长期基因突变,使功能结构发生深刻改造和重建,而这些特性又通过生殖传给后代而 巩固下来,称之为适应(adaptation) 。 “习服”是指平原人在高原经数周、数月甚至多年而产生的一系列反应过程,是一种可逆的 非遗传性的生理和形态变化,使之能生存于一个外异环境。习服使机体产生对高原低氧的耐力, 这正是人体具有深刻柔韧性的表现。 “适应”是在高原居住并经许多代后发生的改变,大致反映了对低氧环境真正的遗传选择性 反应。适应是有遗传学基础可以遗传,并发展为具有生化、生理和解剖学特征,使之能在高原环 境达到最佳境地。 6.高原环境对人体生理机能影响 一般认为,人在海拔 3000 米以上就会出现所谓的高山病,但是只要停留 2 周以上,所感觉 到的异常便会逐步消失,这主要是由于体内缺氧的适应机能开始发挥作用的结果,即服习或驯化 (acclimatization)。具体表现为 (1)神经系统:神经系统对缺氧的耐受性较差,中枢神经系统对缺氧的耐受性更差,尤其是大 脑对缺氧的耐受性最低,几乎不能耐受 3~5 分的完全缺氧。这是因为脑组织的能量供给几乎完 全依靠糖的有氧氧化供能,但在高原缺氧条件下,糖的有氧氧化减少,无氧酵解增多,导致能量 产生减少,乳酸堆积增多,更加剧了脑组织的缺氧。因而初入高原者,脑受缺氧影响最明显。首
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先表现为大脑皮层兴奋性增强,人体出现欣快感、易激动、失眠、心烦意乱等。以后逐渐出现头 痛、头昏、乏力、嗜睡、神志恍惚、反应迟钝,注意力不集中,记忆力下降、脑的效率降低,完 成运动动作的能力差等。若缺氧严重,则出现晕厥或意识丧失。随着人在高原居留时间的延长和 通过一定的休息、睡眠,脑逐渐适应了低氧环境,提高了对缺氧的耐受性,并在习服过程中建立 了代偿机制,使缺氧症状得到缓解。 (2)心血管系统:人体进入高原低氧环境后,在适应过程中,心血管系统发生一系列代偿性变 化。 ①心率:刚进入高原,心率往往明显加快,活动后增快更多。安静状态下,在海拔 4000 米 的高度,心率一般较平原地区增快约 20~30 次/分,但心率增加的个体差异很大。在进入高原的 1 周后,心率逐渐变慢;约两周后,心率恢复到平原水平。观察高原世居居民的心率,则与平原 健康人无明显差别。 ②心输出量:一般初入高原者,心率加快,心输出量也随之增加。但心率的加快若不能代偿 心搏量的减少,则心输出量减少。当机体逐渐习服低氧环境后,心输出量一般会下降。 ③动脉血压:在中等海拔高度,血压几乎没有什么特殊反应。而进入 3000 米以上地区,多 数人血压程度不同的升高,经过数天乃至数周适应后,可恢复到平原水平,甚至低于平原水平。 (3)血液成分:随着氧分压降低和血氧饱和度降低,为了保证机体组织的氧供应,红细胞和 血红蛋白代偿性增加, 并随海拔升高更为显著。 这主要是由于体内脱水使血液浓缩, 储血器官(脾 脏)的收缩,将红细胞放入血循环,以及促红细胞生成素(EPO)增加所致。经数周或数月高原适 应后,血氧饱和度虽有所提高但仍低于平原水平。然而,此时机体的代偿机制已经建立,虽然氧 饱和度较低,但组织的氧供应不致缺乏。 (4)呼吸系统:在高原低氧环境,呼吸系统的反应主要表现为呼吸频率增快,肺通气量增加, 运动时更为明显。如在 4000 米高原,肺通气量增加约 20~100%。这主要是高原低氧分压刺激了 主动脉、颈动脉内的化学感受器,反射性地引起呼吸运动加强,呼吸频率加快,潮气量增大,肺 通气量随之增加。肺通气量增加的程度,常与海拔高度成正比。但持续过度通气,体内二氧化碳 排出增多,血液二氧化碳含量减少,pH 值升高,引起呼吸性碱中毒,对人体又会产生不良影响。 以后经过适应,过度通气逐渐有所恢复,肺通气量较初入高原时有所降低,但仍然高于海平面水 平。 总之,初入高原的人,在低氧环境的影响下机体会产生一系列适应性反应,主要表现为脑功 能降低、肺通气量增加、心率加快、心输出量增多、血压升高、红细胞和血红蛋白增多等。若适 应良好,在高原一段时间后,机体在神经体液调节下,就会建立完整的代偿机制,内外环境最终 达到统一,从而能较好地适应高原低氧环境,如果适应不良或缺氧严重,会因过度通气引起呼吸 性碱中毒,从而进一步加重脑缺氧,此时,必须从根本上解决机体的氧供应。
一、高原地理环境及其对人体的影响
1.高原海拔高度的划分 目前国际上,根据人体暴露于高原环境时出现的生理学反应,划分为四个海拔高度。 (1)中度海拔(Moderate Altitude) :高度在 1500~2500 米之间。当人体进入此高度时, 一般无任何症状、或者仅呈现轻度症状,如呼吸和心率轻度增加,运动能力略有降低,肺气体交 换基本正常。除了少数对缺氧特别易感者外,很少发生高山病。 (2)高海拔(High Altitude) :高度在 2500~4500 米之间。多数人进入这个高度时会出现 明显的缺氧症状,如呼吸和脉搏增加,头痛,食欲不振,睡眠差,动脉血氧饱和度低于 90%,甚 至导致高山病的发生。 (3)特高海拔(Very High Altitude) :高度在 4500~5500 米之间。进入特高海拔地区时 缺氧症状更进一步加重,动脉血氧饱和度一般低于 80%,运动和夜间睡眠期间出现严重的低氧血 症。当进入此高度时应采用阶梯式或阶段性适应,否则易发生高原肺水肿、高原脑水肿等严重的 急性高山病。 (4)极高海拔(Extreme Altitude) :高度在 5500~8844 米。长期居住或执行任务的高原, 一般不超过 5500 米。到达海拔 6000 米地区的人只有那些探险登山运动员,逗留时间也很短。进 入此高度时机体的生理机能呈进行性紊乱,常失去机体内环境自身调节功能,出现极严重的高山 反应,显著的低氧血症和低碳酸血症。动脉血氧饱和度在 70%~60%之间。常常需要额外供氧。 总之,出现高原反应的高度,因人而异。有些人可在 1500 米就开始出现症状,而另一些人 在 4700 米也无明显感觉。
2.高原地理环境主要影响因素 高原地理环境主要取决于纬度地带性规律、垂直地带性规律、大气环流、地形结构等,这些 因素又直接造成高原地区的气压、气温、湿度、气流、辐射和电离等因素的变化。 纬度地带性规律是地域分异规律的基础,其实质也就是南北差异。在水平状态下,南北相差 1 纬度,气温相差 1℃。气候、土壤、动植物、陆地景观、海洋水文等方面都有明显的纬度地带 性。气候,特别是温度,是纬度地带性的渊源,决定其它地理因素的地带变化。垂直地带性的前 提是地球表面的垂直高差。在自然界,垂直地带性具有叠加性、分界性和复杂性等特色。垂直地 带性的主要成因是高度差别。高度差别引起温度、日照、降水、气压等要素的差别,山体只要有 500 米左右高度,就会出现比较明显的垂直地带性现象。总之,垂直地带是在纬度地带和经度地 带基础上发生作用的, 是在纬度地带和经度地带上的叠加。 任何一个地点都有纬度、 经度和高度, 都受纬度地带、 经度地带和垂直地带的影响。 目前人们所认同的斯查勒气候分类法(按纬度划分),
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二、高原训练的基本理论与实践
(一)高原训练的基本理论 1.高原训练的定义和理论依据 高原训练做为一种训练方法,始于 50 年代中期,原苏联在外高加索建立高原(海拔 1800 米) 训练基地,对中长跑运动员进行了探索性训练。1968 年第 19 届奥运会在海拔 2240 米的墨西哥 市举行,许多参赛国考虑到从平原到高原比赛,身体机能状况必然受到高原低氧条件的制约以致 影响运动能力的正常发挥,为取得在高原比赛的适应性准备,一些国家纷纷选择相同的海拔高度 (1500~2000 米)进行适应性训练, 赛前多数国家又提前到墨西哥城进行的高原适应性训练。 从此, 掀起了高原训练的“热潮”。尽管如此,但在墨西哥奥运会上,1500 米、3000 米障碍、5000 米、 10000 米、马拉松等中长跑项目金牌全部为非洲高原国家运动员所垄断。虽然有些国家的运动员 在 1968 年墨西哥城的比赛成绩不佳,但回到平原不久出现了本人的最佳成绩。这种自觉、不自 觉的通过高原训练来提高身体运动能力,即使到平原亦能创造优异成绩的高原效应,引起了世界 各国竞技团体及体育科学工作者的高度关注。随着高原训练实践的深入,高原训练的理论研究也 获得了较大的发展。因此一般认为墨西哥奥运会是世界高原训练全面兴起的契机。迄今为止,高 原训练经历了从萌芽阶段(50 年代) 、第一个高潮阶段(60 年代墨西哥奥运会前后及非洲高原选 手的崛起) 、争议中的探索阶段(70~80 年代) 、快速发展阶段(90 年代以后)等 4 个阶段。 高原训练即是指有目的、有计划地将运动员组织到具有适宜海拔高度的地区,进行定期的专 项运动训练的方法。 高原训练的理论依据是,人体在高原低压缺氧环境下训练,利用高原缺氧和运动双重刺激, 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提高运动能力的 抗缺氧生理反应。 高原训练与低氧训练方法 高原训练 1 2 3 4 5 高住高练 高低交替训练 高住低练 低住高练 高平原交替训练 低氧训练 高住高练低练(HiHiLo) 高住低练(HiLo) 低住高练(LoHi) 间隙性低氧训练(IHT)
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