高溫下運動,表現為什麼會不好?

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2020東京奧運女子馬拉松賽事當天,氣溫 25 度、濕度 84%。圖片來源
2020東京奧運女子馬拉松賽事當天,氣溫 25 度、濕度 84%。圖片來源

氣溫變化對於耐力運動員的表現有絕對的影響。根據統計,馬拉松比賽最適合職業選手破紀錄的起跑溫度約攝氏 10 度上下,一般業餘選手則是攝氏 14 度上下,單車比賽最合適的溫度約攝氏 22 度,而奧運比賽的游泳池溫度則約為攝氏 26 度上下。為何各種運動的最合適溫度不太相同,主要是運動本身的激烈度對於體內核心溫度 Core Temperature 的影響,核心溫度過高,腦部為了保護身體就會立即下令停止活動,所以運動員有可能會即刻昏厥。

體內核心溫度與環境溫度有絕對的關聯性,但也跟運動強度有關。新加坡理工大學醫學院 Fabian Lim 說運動強度太高、或速度越快產熱越多,體內體溫增加越快,即使水份補充足夠,體溫也會升高。一般人體溫耐受性約 40 度,但訓練有素的耐力運動員或戶外工作者有人可忍到 42.5 度,要避免體內溫度驟升,就是要降低運動強度。此外,身體脫水時更會更容易出現中暑現象。水的比熱高、易降溫,因此運動時水分的補充仍至關緊要。

台灣夏天中午動輒超過攝氏 35 度,即使在傍晚也有約 30 度氣溫。人體在高溫情況下運動,要有足夠的散熱條件,不然一定會讓核心體溫升高而中暑。散熱最主要的方式是排汗蒸發與皮膚表面血管擴張對流傳導散熱。排汗量大時會減少血漿量,而皮膚表面血管擴張則會減少血液回流到心臟的量,這兩種因素的加成注使心臟在高溫運動時的輸出量變少,這就會影響運動員的表現。

2020東京奧運男子馬拉松賽事當天,氣溫 26 度、濕度 80%。圖片來源
2020東京奧運男子馬拉松賽事當天,氣溫 26 度、濕度 80%。圖片來源

許多人常以最大耗氧量 VO2max 來當運動表現的參考,高溫運動時因為心臟每分鐘總輸出量較常溫少,而且肌肉獲得血液分配的比率也少一點,肌肉的作用力就變差,因此高溫下運動 VO2max 會變差。2004 年希臘雅典美國喬治亞大學分校針對 11 位男性與 11 位女性跑者進行溫度與運動表現研究,發現相同濕度下,對比於 25°C,溫度升到 35°C 對 VO2max 約有 4% 影響,氣溫達 40°C 時降低 9%,而當室溫高達 45°C 時,VO2max 則大幅下降 18%。

此外在西元 2000 年,澳洲 Tatterson 團隊針對 11 名男性菁英單車選手測試不同室溫的 30 分鐘計時賽功率表現。每個選手分別在濕度 60%,23°C 與 32°C 環境下騎乘。實驗結果發現氣溫 32°C 時的功率比 23°C 平均降低約 6.5%。實驗發現,不同室溫下選手前十分鐘功率差不多,但是溫度高時,血中乳酸較高,謝酸鹼度偏酸。高溫時功率明顯的下降最主要是最後十分鐘,這時候反而血中乳酸比低溫時低。有趣的是不管室溫高低,這些選手騎乘完 30 分鐘後的肛溫差別不大。這個實驗結果顯示氣溫對運動表現的影響不是因為改變了選手的代謝能力,而是影響選手體內核心溫度上升。

最後以二個圖表讓我們從生理功能變化來了解氣溫對運動表現的影響。

先看圖 14.10,上圖是心臟總數出量 Q,中圖是每次心臟搏動輸出量 SV,下圖是心跳數 HR。顯示高溫運動時心跳都比正常溫度時快,可是因為排汗與皮膚顯管擴張的因素,導致每次心臟搏動輸出量 SV 變少,尤其是在高溫激烈運動時 SV 差異更大。Q = SV x HR,雖然高溫運動時,心跳較快,但是搏動輸出量少太多,導致每分鐘心臟的總輸出量變少。這些狀況在高溫下激烈運動更加明顯。

再來看圖 14.11, 上圖是正常溫度,下圖是高溫下, 顯示不同溫度對於心臟每分鐘總輸出量,身體各部分血液分配量與最大耗氧量的影響。運動員在高溫環境因排汗與皮膚血管擴張因素,心臟每分鐘總輸出量在高溫時比正常溫度時差很多,相對的肌肉血液非配較少,VO2max 降低,運動持續力就會比正常溫度差。此外來看身體各部分血液分配量,同樣溫度下當運動加強時,肌肉所獲取的血流量也跟著增加,皮膚的血流也因為散熱而增加。然而在高溫環境下,皮膚的血液量占的比率會比常溫高,腹腔內臟血液量在運動時常常是被轉移來供應肌肉與皮膚的需求,以便維持正常的血壓以供腦部、心臟、肺臟使用。高溫持續運動大量出汗,皮膚血管積極擴張,肝臟與腎臟血管會極度收縮,倘若沒補充充足水分,這兩個臟器可能會因缺血而損壞。

我們使用生理變化來解釋高溫運動效能變差的原因,大家對於熱天跑步較慢或是騎車功率變差就不要太難過囉!另外要切記:熱天運動流汗量大,體內水分超過 2% 除了影響表現外,還可以致使核心溫度升高而產生熱衰竭或中暑。因此熱天運動一定要謹記水分補充原則,不要等到口渴再喝水。

2020東京奧運鐵人三項男子組賽事當天,水溫攝氏 28.9 度、氣溫攝氏 26.7 度、濕度 67.1%。圖片來源:AP Photo/Jae C. Hong
2020東京奧運鐵人三項男子組賽事當天,水溫攝氏 28.9 度、氣溫攝氏 26.7 度、濕度 67.1%。圖片來源:AP Photo/Jae C. Hong

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參考資料
1.https://www.moh.gov.sg/docs/librariesprovider4/guidelines/cpg_management-of-heat-injuries.pdf
2.https://www.cyclist.co.uk/in-depth/905/how-does-hot-weather-affect-your-cycling-performance
3.https://www.cyclingweekly.com/fitness/nutrition/when-is-it-too-hot-to-race-432425
4. Arngrímsson, S.Á., Petitt, D.S., Borrani, F., Skinner, K.A., Cureton, K.J. Hyperthermia and maximal oxygen uptake in men and women(Article) European Journal of Applied Physiology Volume 92, Issue 4-5, August 2004, Pages 524-532
5. A J Tatterson , A G Hahn, D T Martin, M A Febbraio. Effects of heat stress on physiological responses and exercise performance in elite cyclists. J Sci Med Sport. 2000 Jun;3(2):186-93.
6. C. G. Crandall and J. González-Alonso. Cardiovascular function in the heat-stressed human. Acta Physiol (Oxf). 2010 Aug; 199(4): 407–423
7. Fluid Balance, Hydration, and Athletic Performance. Edited By Flavia Meyer, Zbigniew Szygula, Boguslaw Wilk
8. Human circulation: Regulation during physical stress by Lonng B. Rowell Oxford University press, New York (1986)

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肉腳超級鐵人訓練團
肉腳超級鐵人邱宗聖 從國三到大學都是田徑隊,屬於三流選手,幸運矇到一枚全國大專運動會1600m接力銅牌。2008年因中年身體危機開始從事自行車運動,2013年初馬,到2015才完成人生第一場鐵人賽 Ironman Taiwan當自己五十歲的禮物。因為職業關係只考慮選擇參加226,至今完成國內外十一場賽事。2015年參與 Ironman University 課程,成為第一批拿到 Ironman Certified Coach 的人,也是研究運動醫學與科學化訓練的開端。與友人共同成立知名鐵人社團DVTT並設立 AED Runners。2019年有幸親臨美國波士頓參加馬拉松成為波馬跑者。另外跑過三次鎮西堡100K,也騎過三次北高380K。 經歷與專業認證: Ironman Certified Coach / Ironman認證教練。 DVTT 醫聲論壇常務理事(二任),監事。 中華民國眼科專科醫師,診所負責人。 倫敦大學科學碩士。 參加過的重點賽事: 五屆 Ironman Taiwan超級鐵人賽 (2015-2019)。 三屆 Challenge Taiwan 226(2016-2018) 二次分二,一次分三。 三場歐洲 Ironman 賽事。 2017-2018 二次台北馬拉松波馬資格達標。 2019波士頓馬拉松。 2019 Ironman AWA 世界分齡銀牌選手。 Facebook:肉腳超級鐵人訓練團