内外联合降温策略对高温环境下高强度间歇性骑行运动表现与认知功能的影响及其在精英体育中的应用价值

本文探讨了在高温环境（33°C，50% RH）下，联合应用冰浆摄入（内部降温）与冰颈圈（外部降温）对高强度间歇性骑行运动表现及认知功能的影响。研究发现，联合降温虽未显著改善冲刺功率输出（p > 0.05），但有效降低了直肠温度（Trec）、颈部温度及心率（HR），并显著改善了热感觉（TS）、热舒适度（TC）及主观感觉评分（p < 0.05）。在认知功能方面，Stroop任务复杂层级反应时间显著缩短（p = 0.002），但部分认知域存在差异响应。该研究为高温环境下运动员的生理保护与认知维护提供了实践依据。

　　

1 引言

高温环境对团队运动运动员的生理与认知能力构成严峻挑战。研究表明，当核心温度≥38.5°C时，重复冲刺能力与认知功能均可能受损（Drust et al., 2005; Girard et al., 2015）。高温环境下，心血管系统负荷增加，脑血流量可能因血液重新分配至外周与工作肌肉而减少，进而影响认知处理能力（Falkowska et al., 2015; Nybo & Nielsen, 2001）。此外，主观热感觉（TS）与热舒适度（TC）的恶化也可能加剧认知功能下降（Gaoua et al., 2012）。

为应对高温引起的负面效应，单一降温策略（如预冷或外部冷却）已被证明可减轻热应激、改善感知反应并提升运动表现（Bongers et al., 2017; Wegmann et al., 2012）。近年来，联合内部与外部降温策略因能协同降低核心温度、靶向关键降温区域而受到关注（Bongers et al., 2015）。例如，Wen et al. (2022)发现，在模拟网球比赛的高温环境中，联合使用冷却背心、冰颈圈和冷饮可延长运动时间并改善执行功能。然而，针对团队运动相关认知域及间歇性运动的综合研究仍显不足。

本研究旨在探究内部（冰浆）与外部（冰颈圈）联合降温对高温环境下高强度间歇性骑行运动表现及认知功能的影响，假设联合降温可通过减轻生理应激与改善感知反应来缓解高温的负面效应。

2 材料与方法

2.1 受试者

29名未热适应的男性团队运动员参与本研究（年龄：21.97 ± 2.57岁；体重：79.53 ± 9.91 kg；最大摄氧量：44.58 ± 5.90 mL/kg/min）。所有受试者签署知情同意书并通过健康筛查。研究获诺丁汉特伦特大学伦理委员会批准（编号：1614212），遵循《赫尔辛基宣言》准则。

2.2 实验设计

采用随机、平衡、自身对照设计。受试者依次完成初步测试（最大斜坡测试）、熟悉化试验及两次主试验（对照试验CON与降温试验COOL），间隔7天。所有试验在高温环境（33°C，50% RH）下进行，时间点一致以排除昼夜节律影响。受试者需避免咖啡因、酒精及剧烈运动24小时，并复制饮食条件。

2.3 高强度间歇骑行协议

修改自Castle et al. (2006)和Hayes et al. (2013)的协议，模拟半场团队比赛需求。协议包含两组10次×2分钟骑行阶段，中间穿插4分钟饮水休息。每阶段包括5秒全力冲刺、105秒主动恢复（35%最大功率）及10秒休息。记录峰值功率、平均功率及恢复功率。

2.4 联合降温方法

COOL试验采用冰浆（7.5 g/kg体重，预冷期分三次摄入）与冰颈圈（690 g冰，预冷期与饮水休息时佩戴）。CON试验提供等量温水（37°C）且无冰颈圈。

2.5 认知功能测试

运动前后进行认知测试，包括：

• •
  视觉搜索测试：简单与复杂层级，评估视觉处理能力；
• •
  Stroop任务：一致与不一致层级，测量抑制控制与执行功能；
• •
  Sternberg范式：1、3、5项目层级，测试工作记忆；
• •
  快速视觉信息处理（RVIP）：评估持续注意力。
  测试顺序固定，受试者佩戴耳罩以减少干扰。

2.6 生理与感知指标

记录直肠温度（T_rec）、颈部温度（T_neck）、额头温度（T_forehead）、心率（HR）、血糖、血乳酸及尿液渗透压。感知指标包括：

• •
  自觉用力程度（RPE，6–20分）；
• •
  热感觉（TS，0–8分）；
• •
  热舒适度（TC，-3至+3分）；
• •
  感觉唤醒度（FAS，1–6分）；
• •
  感觉量表（Feeling Scale，-5至+5分）。

2.7 统计分析

使用SPSS 29.0进行重复测量ANOVA（试验×时间），认知数据通过R语言混合效应模型分析。显著性水平设为p < 0.05，效应量（Cohen's d）按标准解读。

3 结果

3.1 运动表现

峰值功率、平均功率及恢复功率在CON与COOL间无显著差异（主效应p > 0.05；效应量d = 0.02–0.08）。功率输出随时间变化（时间主效应p < 0.001），但组间变化模式无差异（交互作用p > 0.05）。

3.2 感知反应

• •
  热感觉（TS）：COOL评分显著低于CON（5 ± 2 vs. 6 ± 1；p < 0.001, d = 0.70），且随时间上升（p < 0.001）。交互作用显示COOL从预冷期至运动结束均保持较低TS（p < 0.001）。
• •
  热舒适度（TC）：COOL评分更低（1 ± 1 vs. 2 ± 1；p < 0.001, d = 0.70），且随时间恶化（p < 0.001）。
• •
  自觉用力程度（RPE）：组间无总体差异（p = 0.064, d = 0.12），但随时间增加（p < 0.001）。交互作用显示COOL在运动特定时段RPE较低（p < 0.001）。
• •
  感觉量表：COOL评分更高（1 ± 2 vs. 0 ± 3；p = 0.017, d = 0.40），且随时间下降（p < 0.001）。
• •
  唤醒度（FAS）：无组间差异（p = 0.152, d = 0.13）。

3.3 认知功能

• •
  Stroop任务：复杂层级反应时间在COOL中改善更显著（COOL: ?48 ± 23 ms; CON: ?11 ± 18 ms; p = 0.002），准确率无差异。
• •
  Sternberg范式：数字层级反应时间在COOL整体更快（434 ± 77 ms vs. 437 ± 84 ms; p = 0.046），但随时间改善程度在CON更大（p = 0.015）。
• •
  视觉搜索：复杂层级反应时间在CON改善更显著（p = 0.009）。
• •
  RVIP：反应时间与准确率无组间差异。

3.4 生理反应

• •
  直肠温度（T_rec）：COOL平均更低（37.39 ± 0.59°C vs. 37.59 ± 0.56°C; p < 0.001, d = 0.30），峰值温度更低（38.12°C vs. 38.31°C; p < 0.001）。
• •
  颈部温度（T_neck）：COOL显著更低（28.87 ± 4.87°C vs. 32.82 ± 1.43°C; p < 0.001, d = 1.00）。
• •
  额头温度：无组间差异。
• •
  心率（HR）：COOL平均更低（123 ± 40 vs. 127 ± 41 bpm; p = 0.038, d = 0.10）。
• •
  血乳酸与血糖：无组间差异。
• •
  全身出汗率：无差异（CON: 0.29 ± 0.12 L/h; COOL: 0.26 ± 0.13 L/h）。

4 讨论

4.1 运动表现

联合降温未改善冲刺性能，与Minett et al. (2012)结果不一致。可能原因是本研究中峰值直肠温度（~38.2°C）未达到诱发热应激的临界值（38.5°C），且出汗率无组间差异，表明生理应激不足需降温干预。

4.2 感知反应

降温显著改善TS与TC，主要归因于颈部降温（高热敏区域）。尽管感知改善，但未转化为性能提升，可能因评分差异虽显著但绝对值较小（1分），且RPE无总体差异。

4.3 认知功能

降温对认知影响具域特异性：

• •
  执行功能（Stroop）：COOL改善更显，可能与颈部降温提升脑部热调节有关（Lee et al., 2014）。
• •
  工作记忆（Sternberg）：CON改善更显，或因轻度升温增加觉醒与脑血流量（Schmit et al., 2017）。
  结果表明高阶认知功能更易受热应激影响，因注意力资源分配竞争（Gaoua, 2010）。

4.4 生理机制

降温有效降低T_rec与T_neck，机制包括：

• •
  冰浆通过熔融焓吸收体内热量（Siegel et al., 2012）；
• •
  颈部冷却抑制体温调节中枢反馈（Haymaker, 1969）。
  心率降低表明心血管应激减轻，但未影响代谢指标（乳酸、血糖）。

5 结论

联合降温（冰浆+冰颈圈）可减轻高温环境下间歇性运动的生理与感知应激，并选择性改善执行功能，但未增强运动表现。成果为精英运动员在高温竞赛中应用综合降温策略提供了实证依据。

作者贡献

Stacey Cowe：设计研究、数据采集与分析、文稿撰写；Simon B. Cooper：研究设计、数据分析、文稿修订；Rachel Malcolm与Caroline Sunderland：研究设计与文稿修订。所有作者审阅并认可最终稿件。

利益冲突

无声明。

资金来源

本研究无外部资助。