科技奥运｜东京奥运会高温天气应对策略
作者：路明月
第32届夏季奥林匹克运动会，将于2020年7月24日-8月9日在日本东京举行。自2013年以来，日本气温在2018年夏季首次飙升至40摄氏度以上，造成数十人死亡，这引发了人们对2020年东京举办奥运会是否将面临同样高温天气的高度关注。
一、对东京奥运会和残奥会温度的预测
2020年东京奥运会将成为有史以来最热的奥运会，每日温度将超过30℃，湿球黑球温度（WBGT）（当天最热的时段>28）也将超过历届奥运会。根据东京1990-2018年6月1日至9月6日（残奥会最后一天）每小时的气象数据，得到奥运会和残奥会期间24小时气象和生物气象指标[1]，见表1。
表1 奥运会和残奥会期间24小时气象和生物气象指标
数据引自Gerrett etc.[1]
过去29年中，比赛期间每天数据变化呈“拱桥形”，即清晨、傍晚各参数较低且平稳，从7:00开始上升，峰值后下降，最后又回到一个平稳的状态。奥运会前的平均温度为22.9±3.1℃，奥运会和残奥会期间的平均温度为29.7±3.1℃、28.2±3.2℃，奥运会期间最热时段（12:00-15:00）气温高达31.3±3.1℃，残奥会时仍能达到29.5±3.4℃。此外，奥运会实际的气候可能比预期值高很多。
奥运会期间平均WBGT估计值为27.0±2.8℃，最热时为28.4±2.8℃，≥32.3℃时，项目取消，最热时≥32.3℃的概率为15%。奥运会期间日均Humidex（湿润指数，反映感知温度）和HI（热指数，反映表观温度）分别为39.3±4.3、34.8±3.4，最热时为40.7±4.4和36.1±3.7。根据Humidex，建议避免运动，而HI处于“极端警告”状态，可能出现中暑、肌肉抽筋。残奥会（8.25-9.6）时气温开始下降，日均气温为28.2±3.2℃，最热时达29.5±3.4℃，太阳辐射高达914-1000 W/m2，最热时Humidex和HI值分别为37.8±4.5和33.8±3.6。Humidex处于“有些不舒服”阶段，HI在“注意”和“极端警告”之间，鉴于残奥会运动员身体状况问题，患热相关疾病风险较高，依然要做好准备。
二、如何应对
面对东京奥运会如此恶劣的天气，我们可以通过热适应 (HA)来应对，HA可以减轻热应变，减少运动能力的下降，主要包括两种方案：人为适应或自然适应。人为适应是一种生理或行为上的变化，它能减少或增强人为暴露在气候条件下带来的应变耐受性，需要昂贵的人工气候室和训练有素的专业人员。自然适应是通过生理或行为上的变化减少暴露于自然气候产生的紧张，运动员可在奥运会前到日本适应当地气候，完全适应的最长要求是2周左右。奥运前的环境温度低于奥运期间的预期，建议适应条件高于预期。研究表明，在热暴露之后还应有相对低的热应变进行充分恢复，以达到生理适应。大多生理适应通常在28天内消失，故HA尽可能在接近比赛时进行或使用几个短时的热再适应保持状态。研究表明，在衰退之后，恢复先前获得的生理适应周期会缩短，甚至发现，超量恢复存在于生理适应中。昼夜节律的适应也是必不可少的。
三、不同热适应的优劣
HA的两种方案各有优劣。第一，创造一个与预期奥运会期间条件类似的人工气候室，暴露其中，超过5-14天，每天约2h。为放大热效应，使用的环境条件为>31℃但≤40℃，>60% RH（相对湿度），WBGT≥28.4℃。这种局部高热技术关心的是核心温度，其生理适应比在自然环境中适应发生的更快、更彻底，但太阳辐射等难以在气候室中复制，且这种方法需要昂贵的气候室和专业技术人员，无法广泛使用。第二，奥运会前几天或几周去日本适应当地环境，无需气候室，还可调整昼夜节律，但奥运会前的环境条件可能会低于奥运会期间，自然适应的不确定性会增加不完全适应的危险。残奥会在奥运会之后举行，气温开始下降，故残奥会运动员奥运会时在日本适应可能是可行的，但无法确保高温下训练的安全性。若奥运会前2周在日本进行适应，12：00-15：00之间WBGT > 26℃的概率为67%，若比赛被安排在此时，由于比赛前几周热应力不足，还应考虑预期次最佳适应条件。
四、国际上热适应的方案
高温高湿天气以及运动引起的核心体温升高会对运动表现产生负面影响，并可能导致与热有关的疾病的发展，国际上通常使用热适应的方法，如运动后热水浸泡、训练时过度穿着等均可促进生理对热的适应。此外，预冷和冷却、减少户外时间、避免日光直射、促进行为性体温调节机制等也是可以采用的策略。例如，在运动前（预冷）、运动中（预冷）或运动后（后冷）直接使用冷却技术可以限制核心体温的升高，从而提高运动表现，前、中、后冷却策略的可行性和有效性如下图所示，冷却技术的效率可分为小（+）、中（++）或大（+++）[2]。冷却技术包括全身冷却（冷水浸泡、冷空气暴露）、局部冷却（冷却背心、冷却包、面部水喷雾）和内部冷却（冰浆或冷水摄入、薄荷脑冷却）[2]。国际上还有很多替代热适应的方法，如热水浸泡、运动后桑拿等[3]。
图1 前、中、后冷却策略的可行性和有效性（Bongers etc.[2]）
五、我们可以做什么
对于东京奥运会和残奥会所存在的热挑战，运动员和教练员必须做出相应的准备，以维持良好的运动表现，尤其是对于马拉松、长距离跑等耐力运动员，存在热调节功能障碍的残奥会运动员以及在室外进行的项目。建议如下：
1. 主要通过适应来应对东京奥运会和残奥会的环境问题，包括人为适应和自然适应，在条件设施充足的情况下，人为适应更可取，若无法满足设备人员需求，可进行自然适应。
2. 比赛前的热应力无法达到比赛时的水平，可以考虑预期次最佳适应条件，采取支持性策略，促进热适应，只要监测核心体温确保安全即可，如运动后热水浸泡、训练时过度穿着等均可促进生理对热的适应。
3. 预冷和冷却、过度穿着、减少户外时间、避免日光直射、促进行为性体温调节机制等也是可以采用的策略，热水浸泡、运动后桑拿等热适应的替代方式也是可行的。
4. 充分做好疾病防范的准备，以免因恶劣环境条件造成免疫力下降，影响运动表现。
5. 在饮食方面根据当地环境以及运动员的自身状况准备科学营养的饮食计划。
6. 保证良好的通风降低，降低体感温度，无风时则要避免日光反射。戴帽子的话要选择透气性好的。
7. 出汗及汗液蒸发引起的身体反应较大，补水非常重要。随着气温升高，矿泉水会变热，最好有冷藏设备。
8. 对于教练员来说，考虑到热适应问题，要制定适宜的训练计划以及使处方周期化。
9. 对于运动员来说，在热环境下训练，要特别注意机体状态，避免发生危险，进行热反应测试，选择适合自己的热适应方案。
参考文献：
[1] GERRETT N, KINGMA B R M, SLUIJTER R, et al.Ambient Conditions Prior to Tokyo 2020 Olympic and Paralympic Games:Considerations for Acclimation or Acclimatization Strategies [J]. Front Physiol, 2019, 10:414.
[2] BONGERS C C W G, HOPMAN M T E, EIJSVOGELS T M H J T. Coolinginterventions for athletes: An overview of effectiveness, physiologicalmechanisms, and practical considerations [J]. 2017, 4(1): 60-78.
[3] CASADIO J R, KILDING A E, COTTER J D, et al. From Lab to RealWorld: Heat Acclimation Considerations for Elite Athletes [J]. 2017, 47(8):1467-1476.
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