预降温对高温环境下体能训练者生理指标和运动效能影响的Meta分析

邱 晨，王肇进，刘 钰

1 解放军总医院 骨科医学部，北京 100048；2 解放军总医院第一医学中心，北京 100853

高温环境下持续有氧运动容易导致生理疲劳和心理障碍，增加体能活动人员患病和受伤的风险，其中劳力型热射病是高强度运动猝死的主要原因[1-2]。因此如何高效降温、控制热射病发生是全球体育界、军队关注的焦点。有研究发现，通过在训练前或训练中人为进行局部或全身的冷刺激，即预降温，能够有效降低机体的核心温度和体表温度，是预防中暑和提高高温环境下身体功能的有效手段[3]。目前国内外有关预降温的研究很少，可能是由于装备、场地和时间的限制，实施困难，且运动前实施降温目前尚有争议。有专家认为运动前全身皮肤表面降温可增加乳酸蓄积，阻碍运动前的活动或热身，不利于运动发挥与任务执行。因此，本研究通过Meta分析全面了解预降温对高温环境下体能训练者生理指标和运动效能的影响，旨在针对性制定一套科学、实用、可行的预降温策略。

资料与方法

1 文献纳入排除标准 纳入标准：1)研究目标为预降温对有氧运动员生理指标、运动效能的影响；2)研究对象年龄＞18岁；3)研究对象为军队官兵、运动员以及周期规律性体能锻炼人员等；4)在环境温度为 ≥ 30°C的炎热环境条件下进行的研究；5)包括运动类型、持续时间和强度的相关细节；6)干预时机为运动前和(或)运动期间；7)干预措施为运动前预降温(至少包括冷水浸泡、冷水浴、降温背心、冰浆摄取、冷干预、冰袋其中一项)，对照组运动前无特殊措施；8)主要结局指标包括体温变化、运动效能等。排除标准：1)个案、专家论述、会议摘要、病例报道、系统评价、综述、动物实验、植物实验等；2)无法获取全文的研究，无法从全文或作者处提取可用数据；3)同一团队或数据重复报道；4)未标注降温措施或缺少主要结局指标的研究。

2 检索策略 中文检索词：体育运动员/运动员/有氧运动者/体能训练人员、预降温/预冷/冷水浸泡/冷水浴/降温背心/冰浆摄取/冷干预/冰袋、中暑/热射病/体温、运动/有氧运动/疲劳时间/速度/耐力/运动表现/运动效能；英文检索词：Sports athletes/athletes/aerobic exerciser/fitness trainers、cooling/cooling during exercise/per-cooling/body cooling/mid cooling/ice slurry ingestion/cooling vest/cold water immersion/cold water ingestion、Heat stroke/heat injector/temperature、exercise/aerobic performance/endurance/time trial/time to exhaustion/power output/speed。以计算机系统检索PubMed、The Cochrane Library、Elsevier、Embase、Web of Science、Scopus、中国知网、中国生物医学文献数据库、万方数据库等，同时采取滚雪球的方式查阅所获文献的参考文献，检索时间为建库至2021年10月，检索语言限定中文和英文。

3 纳入文献质量评估 由两名研究者根据纳入排除标准独立筛选文献、提取资料并相互核对，如有分歧，由第3名研究者协助判断解决。采用自行设计的标准化数据提取表提取文献信息，包括题目、年份、作者、研究来源、研究设计、样本量、性别比例、环境特点、预降温技术方案、运动方案、结局指标等。对所纳入的文献采用PEDro量表进行质量评估，PEDro量表是一种可用于评价随机对照试验质量的工具，在进行物理治疗相关的综述性研究时较为常用。该量表由11个条目组成，符合标准的项目记1分，否则记0分。优秀为9 ～ 10分，好为6 ～ 8分，一般为4 ～5分，差为4分以下。

4 统计学方法 使用STATA16统计软件进行Meta分析。绘制森林图判断纳入研究是否存在异质性，通过Q检验和I2值分析纳入文献的异质性，当I2＞50%时，采用随机效应模型分析纳入文献的合并敏感度和合并特异性，否则采用固定效应模型。超过10项的结局指标绘制漏斗图分析文献是否存在发表偏倚。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 纳入文献情况 通过文献检索与筛选核对，最终纳入15篇英文文献、2篇中文文献。纳入文献均为随机重复交叉试验，共333例研究对象，14项研究对象均为男性，3项研究混合性别，总计男性238名、女性95名，15项研究显示年龄为20 ～ 32.6岁、1项年龄为18 ～ 35岁、1项未提及年龄，均为无热习服的长期运动的人员，运动环境为 ≥ 30°C的炎热条件下。预降温措施有体外降温(冷水浸泡、冰袋、降温背心、降温套袖、降温房间)和体内降温(降温冰浆)，对照组均为自身不降温处理。由于研究设计均为随机重复交叉试验，故没有一项能够做到分配方法隐蔽，此外试验设计也不能实现参与人员(受试者、实施者、评定者)盲法，因此根据PEDro量表质量评价，在“3.分配方式是隐蔽的”“5.对受试者全部设盲(实施盲法)”“6.对实施治疗的治疗师全部设盲(实施盲法)”“7.对至少测量一项主要结果的评定者全部设盲(实施盲法)”4个条目的得分均为0分；条目“1.受试者的纳入条件有具体说明”部分文献得分为0分，其余相符合的条目得分为1分，经双人评定后纳入文献结果均为6 ～ 7分，认为文献质量良好。纳入研究基本特征见表1。

2 预降温组与未降温组运动后平均心率值比较两组平均心率值见表2。Meta分析纳入14项对照试验数据，共456人次受试者，异质性检验结果显示I2=0 (P=0.794)，采用固定效应模型进行分析；Meta分析结果显示合并效用量MD= -0.25(95%CI：-0.44 ～ -0.07) (Z= -2.662,P=0.008)，表明预降温对运动后心率升高有减缓作用。见图1。

3 预降温组与未降温组核心体温变化值比较 两组核心体温变化值(即运动后体温与运动前体温差值)见表3。体温变化值Meta分析纳入9项对照试验数据，共362人次受试者，异质性检验结果显示I2=75.2% (P＜0.001)，采用随机效应模型进行分析；Meta分析结果显示合并效用量MD= -1.27(95%CI：-1.85 ～ -0.69) (Z=-4.278，P＜0.001)，表明预降温对运动后核心体温变化有影响；原始数据显示预降温措施变化幅度小于无降温措施，可认为预降温对减缓核心体温升高速度有效。见图2。

4 预降温组与未降温组热感觉值比较 两组热感觉值原始数据见表4。 热感觉值Meta分析纳入8项对照试验数据，共148人次受试者，异质性检验结果显示I2=52.3%（P=0.040），采用随机效应模型进行分析；Meta分析结果显示合并效用量MD=-0.31(95%CI：-0.80 ～ 0.18) (Z=-1.233，P=0.217)，表明预降温对运动后热感觉值无显著影响。见图3。

5 预降温组与未降温组出汗率比较 两组出汗率见表5。出汗率Meta分析纳入11项对照试验数据，共382人次受试者，异质性检验结果显示I2=71.0% (P＜0.001)，采用随机效应模型进行分析；Meta分析结果显示合并效用量MD=-0.48(95%CI：-0.95 ～ 0) (Z=-1.971，P=0.049)，表明预降温对降低运动出汗率显著影响。见图4。

6 运动效能分析 纳入的研究中，除3项未对运动效能进行评估，1项研究提示差异不明显，其余研究均显示运动中预降温较未降温组有更好的表现，如表6中共7项研究显示在5 ～ 50 km的长距离跑或竞走、16.1 ～ 20 km不同模拟背景下的自行车计时赛等运动中，预降温组的完成时间明显缩短；3项研究明确指出在相同的运动时间内，运动前或运动中实施预降温措施的受试者能够完成更长距离的运动；另外有3项研究提示相同时间内预降温受试者整体完成的运动量增加、总输出功率更高(代表在相同时间内运动的距离更远、做功更多或以固定的功率输出运动至精疲力竭)。见表6。

7 发表偏倚分析 图5预降温措施与无降温措施心率值对比漏斗图结果提示纳入文献未见发表偏倚。图6预降温措施与无降温措施出汗率对比漏斗图结果说明纳入文献可能存在异质性。

图 2 预降温组与未降温组核心体温变化值对比森林图Fig.2 Forest plot of comparison of core body temperature change values of the precooling group and the no-cooling group

图 3 预降温组与未降温组热感觉值对比森林图Fig.3 Forest plot of thermal sensation comparison between the precooling group and the no-cooling group

图 4 预降温组与未降温组出汗率对比森林图Fig.4 Forest plot of sweat rate comparison between the precooling group and the no-cooling group

图 5 预降温组与未降温组心率值对比漏斗图Fig.5 Funnel plot of heart rate values in the precooling group compared with the no-cooling group

图 6 预降温组与未降温组出汗率对比漏斗图Fig.6 Funnel plot of sweating rate comparison between the precooling group and the no-cooling group

表 3 预降温组与未降温组核心温度变化值Tab. 3 Core temperature change values for the precooling group and the no-cooling group

图 1 预降温组与未降温组心率值对比森林图Fig.1 Forest plot of comparison of heart rate values in the precooling group and the no-cooling group

表 1 纳入文献的基本特征Tab. 1 Basic characteristics of the included literatures

表 2 预降温组与未降温组运动后平均心率Tab. 2 Mean heart rate after exercise in the precooling and the no-cooling groups

讨 论

续表 1

本研究提取了纳入文献中的运动前后心率、核心体温差、出汗率等生理指标进行Meta分析。在数据提取时考虑到表皮温度可能因体温测量时机、预降温干预等影响而造成误差，因此本研究提取核心体温(肛温)作为体温变化的结局指标。先前有研究显示预降温措施对降低核心温度效果不明显，而在减缓皮肤温度升高速度方面差异显著[7]，这可能与测温手段与时机选择有关，如选择冷水浸泡可能迅速降低体表温度，表现出明显的差异对比。因此，为探讨预降温对核心温度的影响，本研究选取9组核心体温变化的数据，Meta分析结果示合并效用量MD=-1.27(95%CI：-1.85 ～-0.69)、Z=-4.278、P＜0.001，表明预降温对运动后核心体温变化有影响，原始数据显示预降温措施变化幅度小于无降温措施，可认为预降温对减缓核心体温升高速度有效，这一发现对中暑疾病预防具有重要意义。需要注意的是，我国尚无统一、科学的预降温策略推荐，同时现有降温措施实施较为困难，这是导致中暑高发的重要原因。如果能够通过预降温有效控制中暑发生率，将对劳力型热射病的防治具有关键意义。因此，预降温策略对预防中暑发生、减缓体温升高速度显得格外重要。

表 4 预降温组与未降温组热感觉值Tab. 4 Thermal sensation values of the precooling group and the no-cooling group

表 5 预降温组与未降温组出汗率Tab. 5 Sweating rate in the precooling group and the no-cooling group

预降温有助于提升高温环境下体能训练者的体能表现也是本研究探讨的另一要点。在1996年亚特兰大奥运会上，自澳大利亚运动员穿着降温背心而获得正向反馈后，研究者开始试验各种降低体温和提高运动成绩的方法[21]。从那时起，各国研究者大量收集运动前降温的影响，98项原始调查和13篇综述也证明了这一点[22]。本研究纳入的17项研究中有14项研究提示预降温措施对运动效能有促进作用(P＜0.05)，运动试验前应用降温措施，使完成时间、距离、功率输出等方面均获得改善，认为预降温是在炎热环境下提高运动成绩的有效策略。但目前对于运动前的降温仍有争议，有研究认为运动前全身皮肤表面降温可增加乳酸蓄积，降低交感神经兴奋的乳酸阈值，从而可能降低运动效能。另外还有研究者认为运动前接触冰块、饮用大量的水、电解质，可能阻碍运动前的活动或热身，从而影响运动发挥[23]。以上争议存在的原因均因为目前没有统一的预降温策略。

表 6 纳入文献的运动效能指标Tab. 6 Exercise performance indicators in the included literatures

本研究另几项结局指标的Meta分析结果显示预降温对运动后心率(P=0.008)和出汗率(P=0.049)有影响，原始数据对比显示预降温在缓解运动后心率升高幅度、降低出汗率方面效果显著，提示预降温有助于减轻运动中心脏负荷，延长最大心率到达时间，减缓汗液流失率，有助于提升训练成绩。但本研究对于热感觉值的Meta分析结果显示预降温干预效果不显著，分析原因可能是因为本研究纳入的研究均为长时间、长距离、高强度有氧运动，热感觉值在这些背景下接近耐受最高点，故预降温干预的效果不显著；个别文献数据未能纳入Meta分析中，如数据仅给出中位数结果，而未给予±s形式也是其中一个原因。除此，纳入的文献样本量较少也是本研究的一个局限性。其中有15项试验样本量在10例左右，分析原因可能有二：1)受试人群特殊性，试验对象均为长时间耐力运动员，受日常训练计划安排、训练后体力恢复时间等制约，接受试验困难；2)受试环境特殊性，在进行自身前后对照试验时由于成本限制，造成试验模拟场地大小以及模拟运动仪器设备、生命指标监测仪器等的数量有限，无法大规模多批次展开。

现有研究提示亟待制定科学统一的预降温策略。本研究结果显示预降温对减缓体温升高、预防中暑发生、提升运动表现效果显著。2019年的调查数据显示有超过1/2 (52.4%)的运动员在运动前或运动中至少会选择一种降温方法，10.4%的运动员会采用混合两种降温方法，另有4.9%的运动员会同时选择3种降温措施，其中最常见的预冷方法是冰背心(53%)和冷毛巾(45%)，其次是颈圈(21%)和饮用冰浆(21%)[11]。Naito和Ogaki[24]认为高温环境下运动前和运动中摄入冰饮是降低热应激、提高耐力的首选且有效的方法。有研究者推荐头颈部降温，因为颈部位于体温调节中枢附近，主导全身的温度感觉，在颈部和头部进行适度降温可表现出较任何其他部位高2 ～ 5倍的温度敏感度[25]。另有研究者认为腿部降温对肌肉功能有潜在有害影响，推荐增加降温背心的使用[11,26]。本研究纳入的文献中采取体外降温(冷水浸泡、冰袋、降温背心、降温套袖、暴露在冷空气中)和体内降温(降温冰浆)等措施，降温部位包括全身、头颈部、上肢等，各研究中对降温措施和降温部位并未进行严格意义上的优劣对比。值得一提的是，有研究显示女性相比男性更频繁地饮用冰浆或冷饮和颈圈降温。本研究虽纳入混合性别的研究，但尚未针对性别差异进行讨论并给予预降温策略研究，这也是进一步的研究方向。

综上所述，亟需借鉴预降温理念，探索一套科学可行的预降温策略，实现科学训练同时提高体能表现。在体育界，预降温策略对激发人体极限、提高训练成绩与荣誉具有关键意义；在军队，预降温策略对降低官兵中暑发生率、提高军队战斗力同样具有重要意义。