3 200 m HiHiLo免疫和炎癥反應應答特征及其對有氧運動能力的影響

高 歡，李 濤，高炳宏，王 璽，張昊楠，梁世雷

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3 200 m HiHiLo免疫和炎癥反應應答特征及其對有氧運動能力的影響

高 歡1，李 濤1，高炳宏2，王 璽1，張昊楠1，梁世雷1

1.上海體育科學研究所, 上海 200030; 2.上海體育學院, 上海 200438.

目的：探討較高海拔高度下高住高練低練（living high-training high-training low, HiHiLo）這一模擬低氧訓練方式對運動員免疫機能、炎癥反應和運動能力的影響。方法：以12名女子公開級賽艇運動員為研究對象，持續(xù)3 200 m HiHiLo訓練3周，每周7天均在低氧環(huán)境中睡眠；分別在每周二、周五下午安排有低氧環(huán)境（3 200 m）中有氧耐力訓練各1 h，靶心率范圍140～160 bpm。1周訓練結(jié)束調(diào)整后次日晨空腹采肘靜脈血測量各指標；以多級遞增負荷測試評價運動員有氧運動能力的變化。以重復測量方差分析比較各時間點免疫機能及炎癥反應相關指標的變化差異。以配對檢驗比較各指標兩個時間點間的差異。結(jié)果：1）3周3 200 m HiHiLo過程中WBC計數(shù)各時間點存在顯著差異（=0.01）；與HiHiLo前比較，HiHiLo第1周WBC計數(shù)顯著降低（＜0.05）；GR%、MO%、LY各時間點均無顯著性差異；2）HiHiLo過程中T%、NK%在HiHiLo各時間點上存在顯著差異（=0.046、0.048）；其中，HiHiLo第1周T%顯著高于HiHiLo前（＜0.05），NK%則顯著低于HiHiLo前（＜0.05）；HiHiLo第2、3周T%、NK%維持在HiHiLo第1周水平，出低氧后1周恢復；3）CD4+、CD8+T淋巴細胞亞群百分比在HiHiLo過程中各個時間點均無顯著性差異；CD4+/CD8+逐漸升高，HiHiLo第3周顯著高于HiHiLo結(jié)束后第1周（＜0.05）；4）HiHiLo過程中各時間點B%、IgA、IgM、IgG濃度均未表現(xiàn)出顯著性差異；5）HiHiLo期間CPR均處于正常范圍，但各個時間點血漿CPR濃度存在顯著差異；其中，HiHiLo第3周CRP濃度顯著低于第1、2周和出低氧后第1周；血漿IL-6、TNF-α濃度在整個HiHiLo過程中均未發(fā)生顯著改變；6）3周HiHiLo后，多級遞增負荷測試中120 W、160 W對應的即刻血乳酸濃度顯著降低（=0.001、0.047），各級負荷對應的即刻心率均顯著下降（＜0.01）。結(jié)論：持續(xù)3周以中低強度有氧訓練為主要訓練內(nèi)容的3 200 m HiHiLo有助于女子賽艇運動員有氧運動能力的改善。但HiHiLo第1周可能出現(xiàn)一定程度免疫應激，第2周、第3周免疫應激反應逐漸緩解。HiHiLo過程中炎癥反應未見顯著加強。出低氧后第1周免疫功能可能轉(zhuǎn)向抑制。

低氧訓練；免疫應答；炎癥反應；有氧運動能力

高原與低氧訓練越來越多地被賽艇、游泳、自行車、中長跑等體能類項目的運動員所采用，一些運動員借助高原或低氧訓練提高了運動能力，甚至獲得了奧運金牌[1,4,9,42]。研究表明，高原或低氧訓練可通過增加骨骼肌毛細血管密度和線粒體數(shù)量[33,52]，提高骨骼肌緩沖乳酸能力[28]、脂肪酸氧化能力[44]、運動時能量利用效率[37]，增加血容量和總血紅蛋白質(zhì)量[32]等途徑改善運動員的有氧能力。目前，在訓練實踐中應用的低氧訓練模式主要有高住低練（living high-training low，HiLo）、低住高練（living low-training high，LoHi）、高住高練低練（living high-training high-training low, HiHiLo）等[7]。HiHiLo是指晚間在模擬高原環(huán)境下睡眠，白天多在平原環(huán)境中訓練，同時每周穿插2～3次低氧環(huán)境下的訓練。有研究認為，HiHiLo這一低氧訓練模式對于改善運動員運動能力的效果最佳[7]。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

女子公開級賽艇運動員12名，身體健康，無心血管疾病史，之前均無高原訓練和低氧訓練經(jīng)歷。其中，國家一級運動員4名，國家二級運動員8名（表1）。

表1 本研究運動員基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 主要訓練內(nèi)容

本次低氧訓練采用HiHiLo模式，共持續(xù)3周，以中低強度有氧訓練為主。每周7天均在低氧環(huán)境中睡眠；分別在每周二、周五下午安排低氧環(huán)境中有氧耐力訓練各1 h，訓練內(nèi)容包括劃船測功儀30 min、跑步15 min、功率自行車 15 min，低氧訓練過程中監(jiān)測心率，靶心率范圍140～160 bpm。低氧睡眠和低氧環(huán)境的有氧耐力訓練模擬海拔高度均為3 200 m（德國World Link Lowoxygen Systems），所形成的低氧環(huán)境為常壓低氧。HiHiLo前、HiHiLo 3周過程中和HiHiLo結(jié)束后1周每周訓練內(nèi)容安排如表2所示，期間每周力量訓練2次，持續(xù)約2 h。

表2 HiHiLo期間每周訓練負荷分布

1.2.2 測試指標與方法

分別在HiHiLo開始前后以及HiHiLo過程中每周訓練結(jié)束調(diào)整后次日晨空腹采肘靜脈血，其中EDTA抗凝血1.5 mL測量白細胞及其三分類計數(shù)（Beckman AC T2）、淋巴細胞亞群及其分類計數(shù)（BD FACSCalibur流式細胞儀）。肝素鈉抗凝血5 mL，3 500轉(zhuǎn)/min離心15 min，-70℃保存血漿，測量免疫球蛋白A、G、M（日立7100全自動生化分析儀）；以Elisa法（Thermo Scientific Multiskan GO）測量血漿C反應蛋白（C reaction protein，CRP）、白介素6（interleukin 6，IL6），試劑盒由上?？ㄅ锟萍加邢薰咎峁?/p>

分別在HiHiLo開始前、結(jié)束后1周調(diào)整結(jié)束后以賽艇測功儀（Concept 2）三級遞增負荷測試評價有氧運動能力的變化。正式開始測試前，先進行15 min慢跑、拉伸等熱身活動。各級負荷分別為120 W、160 W、200 W，每級持續(xù) 4 min，對應的槳頻分別為18槳/分、20槳/分、22槳/分。在每級負荷完成后即刻耳垂取血20 μl測量血乳酸（blood lactate，BLA；EKF C-line臺式乳酸儀），測試過程中佩戴心率帶（heart rate，HR；Polar TEAM2）以測量即刻心率。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

以重復測量方差分析比較HiHiLo過程中免疫機能和炎癥反應相關指標各時間點的整體差異。以配對檢驗比較兩周間各指標的差異。所有結(jié)果以“M±SD”表示，顯著性水平為＜0.05，0.05＜＜0.1為存在顯著差異的趨勢。統(tǒng)計軟件為SPSS 17.0。

2 研究結(jié)果

2.1 3 200 m HiHiLo前后運動能力的變化

如表3所示，3周3 200 m HiHiLo后120 W、160 W強度下即刻BLA均顯著下降，200 W強度下BLA無顯著變化。3種強度下即刻HR均顯著下降（＜0.01）。

表3 3 200 m HiHiLo前后運動能力的變化

注：HiHiLo前后BLA和HR以配對檢驗分析比較；▲表示與HiHiLo前比較＜0.05。

2.2 3 200 m HiHiLo期間白細胞及其亞群細胞數(shù)量的變化

如表4所示，HiHiLo前后及過程中WBC各時間點存在顯著差異（=0.01）。與HiHiLo前比較，HiHiLo第1周白細胞（white blood cell，WBC）計數(shù)顯著降低（＜0.05）；HiHiLo第2、3周WBC計數(shù)逐漸回升，至第3周均已顯著高于HiHiLo第1周。中性粒細胞（granulocyte，GR）、淋巴細胞（lymphocyte，LY）和單核細胞（monocyte，MO）百分比在HiHiLo前后及過程中均未發(fā)生顯著改變。

表4 3 200 m HiHiLo期間外周血白細胞及其亞群變化

注：a表示與HiHiLo前比較＜0.05；b表示與HiHiLo第1周比較＜0.05；c表示與HiHiLo第2周比較＜0.05；d表示與HiHiLo第3周比較＜0.05；e表示與HiHiLo結(jié)束后比較＜0.05，下同。

2.3 3 200 m HiHiLo期間T細胞、B細胞及NK細胞的變化

如表5所示，T淋巴細胞和自然殺傷細胞（nature killer，NK）百分比在HiHiLo各時間點上存在顯著差異 （=0.046、0.048），其中HiHiLo第1周T%顯著高于HiHiLo前，NK%則顯著低于HiHiLo前；HiHiLo第2、3周T%仍維持在高于HiHiLo前水平，而NK%仍維持在低于HiHiLo前水平；出低氧后1周T%、NK%恢復至接近HiHiLo前水平。B淋巴細胞百分比在HiHiLo過程中未發(fā)生顯著改變。

表5 3 200 m HiHiLo期間外周血T細胞、B細胞及NK細胞變化

注：（c）表示與HiHiLo第2周比較0.05＜＜0.1；（e）表示與HiHiLo結(jié)束后比較0.05＜＜0.1。

CD4+%、CD8+%及CD4+/CD8+在HiHiLo過程中各個時間點均無顯著性差異。CD4+/CD8+在整個低氧訓練過程中逐漸升高，出低氧后1周即下降至顯著低于HiHiLo第3周水平。

2.4 3 200 m HiHiLo期間血漿IgA、IgM、IgG的變化

如表6所示，HiHiLo過程中各時間點IgA、IgM、IgG濃度均未表現(xiàn)出顯著性差異。

表6 3 200 m HiHiLo期間血漿IgA、IgM及IgG變化

注：免疫球蛋白：immunoglobulin，Ig。

2.5 3 200 m HiHiLo期間血漿CRP、IL-6、TNF-α的變化

整個HiHiLo期間CPR均處于正常范圍，但各個時間點血漿CPR濃度存在顯著差異；其中，HiHiLo第3周CRP濃度顯著低于第1、2周和HiHiLo后第1周；血漿IL-6、TNF-α濃度在整個HiHiLo過程中和出低氧后1周均未發(fā)生顯著改變。

表7 3 200 m HiHiLo期間血漿CRP、IL-6及TNF-α變化

3 分析與討論

本研究表明，持續(xù)3周、以中低強度有氧訓練為主的 3 200 m HiHiLo有助于賽艇運動員低強度有氧運動能力的改善，但第1周出現(xiàn)一定程度免疫應激，表現(xiàn)為WBC計數(shù)顯著降低、T%顯著升高、NK%顯著下降。出低氧后第1周CD4+減少、CD8+增加，CD4+/CD8+顯著下降，提示3 200 m HiHiLo結(jié)束后第1周可能出現(xiàn)免疫抑制。3 200 m HiHiLo對B細胞及免疫球蛋白的分泌無顯著影響。與B細胞比較，T細胞、NK細胞對3 200 m HiHiLo刺激較為敏感，表現(xiàn)為第1周T%顯著升高而NK%顯著減少，出低氧后1周即快速恢復。HiHiLo過程中CPR、IL6均處于正常偏低水平，TNF-α亦未發(fā)生顯著變化，提示3 200 m HiHiLo并未導致炎癥反應加強。

多年以來，模擬高原環(huán)境的低氧訓練被寄予厚望用以提高高水平運動員的運動能力。早期研究多以采用HiLo（living high-training low）模式居多，多項研究表明，2～4周中等海拔高度下（1 900～2 500 m）的HiLo有助于改善個人項目運動員的有氧能力[19,22,39,49,56]。而新近研究中模擬的海拔高度趨向于更高，也應用至團體項目中。研究表明，模擬3 000 m的HiLo不僅有助于團體項目如足球、曲棍球運動員總Hbmass的提高，對大強度重復運動能力也表現(xiàn)出較好的改善作用[16,27,34]；與HiLo比較，HiHiLo——即HiLo過程中穿插部分3 000 m低氧環(huán)境下多組短距離疾跑訓練，更有助于改善大強度重復運動能力，且出低氧后運動能力保持時間也更長[16]。以上研究提示，HiHiLo和HiLo這兩種低氧訓練方式不僅有助于有氧運動能力的提高，也有助于改善團體項目運動員的大強度重復運動能力，模擬低氧環(huán)境下的訓練內(nèi)容似乎與運動能力的改善有關。本研究中日常訓練的主要訓練內(nèi)容以中低強度有氧訓練為主，無氧閾強度的訓練課次較少；每周2次模擬3 200 m低氧環(huán)境下的測功儀訓練時的靶心率控制在140～160 bpm，屬有氧訓練范疇。因而，120 W和160 W的低強度有氧運動時的即刻HR和BLA下降幅度較大；強度稍高的200 W運動時即刻BLA未發(fā)生顯著改變，但即刻HR也顯著下降。另外，在此次低氧訓練結(jié)束2個月后的全國性比賽中，以這12名運動員為班底組成的女子四單和八單均進入前3名，其中，女子四單獲得金牌，可謂成績優(yōu)異?？偟膩砜矗敬文M低氧訓練后，運動員中低強度有氧運動能力得到了改善。

運動和低氧環(huán)境是兩個獨立應激源，對免疫系統(tǒng)均有較大影響。一般來說，每周中等負荷下規(guī)律性的運動，特別是有氧運動，對免疫系統(tǒng)和機體抗炎能力的改善是有益的，而急性運動或大強度運動則會造成一定損害[21,38,48,53]。低氧暴露可快速激活交感-腎上腺系統(tǒng)調(diào)節(jié)免疫細胞活性和相關細胞因子的分泌[40,55]；較長時間的低氧暴露還可經(jīng)低氧誘導因子信號通路調(diào)控免疫細胞的增殖分化[51]，從而影響免疫系統(tǒng)。已有研究證實，高原低氧暴露后T淋巴細胞增殖能力和NK細胞活性受抑制[25,57]，循環(huán)血中性粒細胞活性增加使炎癥損傷加劇[20]。理論上運動員進行高原訓練或低氧訓練時機體缺氧程度會加重，再疊加訓練強度、訓練量的多重作用，對免疫系統(tǒng)會造成更為復雜的影響。國內(nèi)外學者也對此開展了多項研究。

高原訓練實踐中的研究表明，持續(xù)3～6周強度較大的高原訓練或者海拔較高的高原環(huán)境比賽[8,10,15]，WBC、LY計數(shù)一般在高原訓練1周后開始下降，且持續(xù)2～3周不能恢復；游泳項目高原訓練中強度課比例相對較高，高原訓練后淋巴細胞總數(shù)顯著減少，CD4+%增加，T胞增殖反應減弱[43]。而強度稍低的高原冬訓過程中，WBC計數(shù)基本僅在高原訓練初期下降；隨著對高原訓練的適應會逐漸回升[2,11]，較長時間的高原訓練可能會抑制淋巴細胞分化[6]。模擬高原環(huán)境的低氧訓練越來越多的應用到訓練實踐中來。自行車和游泳運動員中等海拔高度下的LoHi第1周WBC、LY、GR顯著升高，之后的2周下降至LoHi前水平[5,14]。而中等海拔HiLo第1周WBC計數(shù)顯著升高，第2～3周則連續(xù)下降至低于低氧前水平，GR%連續(xù)3周持續(xù)升高[3]。HiLo和LoHi的第1周CD4+%、CD8+%未發(fā)生顯著變化[3,13,14]；第2、4周CD4+%顯著升高，CD8+%未發(fā)生顯著變化，CD4+/CD8+顯著升高[3]。5周2 500 m HiHiLo過程中，T%、CD4+%、CD8+%第1周升高后回落[12]。低氧訓練第1周NK%多表現(xiàn)為顯著下降，之后2～3周基本維持在第1周時的水平[3,12,13]。張纓等的研究表明，HiLo第14天、第28天低氧運動組CD4+/CD8+大幅度下降，HiLo可引起免疫失衡且對這一改變有放大作用[58,59]。以上研究中低氧訓練所采取的方式多樣，低氧訓練第1周WBC及其亞群計數(shù)多出現(xiàn)應激性升高；而CD4+%逐漸升高或無顯著變化，CD8+%多無顯著改變，對CD4+/CD8+的影響結(jié)果不一；低氧訓練初期NK%顯著降低，至結(jié)束時恢復。本研究部分結(jié)果與之相近。

專業(yè)運動員是一個較特殊的群體，他們與未系統(tǒng)訓練的普通人相比，能更輕松地面對大負荷運動帶來的氧化應激壓力，維持氧化還原平衡[41]。這一能力還可能與運動水平有關。研究表明，高水平運動員中大強度運動后脂質(zhì)過氧化水平和DNA氧化損傷均未顯著增加[23,35]，即便是高原環(huán)境中大強度訓練課后也無顯著改變[18]，而青少年運動員在中等強度運動后脂質(zhì)過氧化和DNA氧化損傷即顯著增加[36,50]。過度的氧化應激會造成淋巴細胞損傷，誘發(fā)免疫機能紊亂[40,54]。新近研究發(fā)現(xiàn)，α-生育酚、輔酶Q10等非酶抗氧化物分泌能力較強，從而可以有效緩解氧化應激加劇帶來的損傷，這可能是高水平運動員即使在高原上發(fā)生大強度運動后脂質(zhì)過氧化水平、淋巴細胞損傷未發(fā)生顯著變化的原因之一[18]。高水平運動員歷經(jīng)多年的專業(yè)訓練，身體各組織器官的應激反應及其適應調(diào)節(jié)能力較一般運動員和普通人強。面對新環(huán)境下的訓練如高原/低氧訓練，可能會在訓練初期呈現(xiàn)出不同程度的應激反應，表現(xiàn)為免疫細胞各亞群數(shù)量發(fā)生較大變化，免疫平衡改變。但免疫系統(tǒng)的這一應激性改變并不一定意味著免疫機能低下?？紤]到運動員的個體差異，發(fā)生免疫機能紊亂還可能與運動員的運動水平有關。運動員高原/低氧訓練過程中，怎樣合理應用相關指標對免疫系統(tǒng)功能變化進行監(jiān)測評估以防傷防病，提高高原/低氧訓練質(zhì)量，需要更深入的研究。

本研究中運動員賽艇專項訓練（平均4.1年）和非專項訓練總年限約6～8年，有著較好的訓練基礎，他們之前無高原訓練經(jīng)歷，也是第一次進行低氧訓練。本研究結(jié)果顯示，3 200 m HiHiLo第1周WBC計數(shù)和NK%顯著下降、T%顯著升高，表現(xiàn)出一定的應激反應，但之后均慢慢恢復，CD4+/CD8+也逐漸升高；從日常訓練的表現(xiàn)來看，低氧訓練期間，運動員均未發(fā)生上呼吸道感染、感冒、發(fā)燒等易感性疾病，提示運動員對此次低氧訓練適應良好，上述指標的變化有著積極的意義。此次低氧訓練為賽季基礎訓練階段，主要內(nèi)容為中低強度有氧訓練，每周穿插無氧閾強度訓練課總時間約30 min、最大攝氧量及以上強度的訓練課次總時間不超過10 min，周訓練量不到180 km。雖模擬的海拔高度相對較高，但訓練強度較低，訓練量適中，運動員對訓練負荷和低氧的綜合應激較易適應。故在HiHiLo第1周表現(xiàn)出一定程度應激性反應之后能逐漸恢復；整個低氧訓練過程中炎癥反應亦未見顯著加強；中低強度有氧運動能力亦有所改善。3 200 m HiHiLo結(jié)束后的第1周出現(xiàn)CD4+/CD8+顯著降低的原因尚不清楚，但這一結(jié)果也提示運動員出低氧后的1周需要慎重安排訓練內(nèi)容，訓練強度不宜過大。

4 結(jié)論

持續(xù)3周以中低強度有氧訓練為主要訓練內(nèi)容的3 200 m HiHiLo可有效改善女子賽艇運動員有氧運動能力。HiHiLo第1周可能出現(xiàn)一定程度免疫應激，第2周、第3周應激反應逐漸緩解。B細胞和免疫球蛋白對3 200 m HiHiLo不敏感。HiHiLo過程中炎癥反應未見顯著加強。出低氧后第1周免疫功能可能轉(zhuǎn)向抑制。

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The Immune, Inflammation and Aerobic Capacity Response to Living High-Training High-Training Low under Simulated 3 200 m Normobaric Hypoxia

GAO Huan1, LI Tao1, GAO Bing-hong2, WANG Xi1, ZHANG Hao-nan1, LIANG Shi-lei1

1. Shanghai Research Institute of Sports Science, Shanghai 200030, China; 2. Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China.

Objective: This study was to explore the characteristics of immune response to living high-training high-training low (HiHiLo) under simulated 3 200 m hypoxia. Method: Twelve female rowers slept in simulated 3 200 m normbaric hypoxia at least eight hours a day and trained under 3200 m hypoxia two times per week for three weeks. The target heart rate of hypoxic training was 140~160 bpm. After 1 day rest every week, blood was taken from cubital veins to measure different kinds of variables. Repeated measures analysis of variance was used to test differences in different time point. Paired T test was employed to compare the difference between two weeks. Results: 1) During HiHiLo period, WBC count show a significant time effect (=0.01). Compared with pre-HiHiLo, WBC count decreased significantly in the 1st week of HiHiLo. GR%, LY% and MO% had no obvious change. 2) There were a significant time effect both in T% and NK%（=0.046、0.048）. In the 1st week of HiHiLo, T% elevated and NK% decreased significantly compared with pre-HiHiLo（＜0.05）. 3) No significant time effect was observed both in the CD4+ and CD8+. But the ratio of CD4+ to CD8+ decreased obviously in the 1st week after 3-week HiHiLo（＜0.05）. 4) No significant time effects were observed in B%, IgA, IgM and IgG during HiHiLo. 5) Plasma CRP kept in a normal range and show an obvious time effect. Compared with the 1st, 2nd and post-1st week of HiHiLo, plasma CRP of the 3rd week was obviously lower. No significant time effect of plasma IL-6 and TNF-α was observed. 6) After 3-week HiHiLo, the blood lactate reduced significantly in 120W and 160W （=0.001, 0.047）and the heart rate decreased significantly in all three steps（all＜0.01）. Conclusion: 3-week living high-training high-training low under simulated 3200 m normobaric hypoxia in low to middle aerobic intensity training period could improve aerobic capacity of female rowers. But it may lead to immunological stress in the first week. This stress will be alleviated gradually in the next two weeks. During HiHiLo, the inflammation response didn’t show significant change. In the first week after HiHiLo completed, the immune function may shift toward suppression.

1000-677X(2018)04-0054-07

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G808

A

2017-10-03；

2018-04-10

上海備戰(zhàn)重大比賽重點項目運動員競技能力提升關鍵技術(shù)研究(15dz1208001);

高歡,男,副研究員,主要研究方向為優(yōu)秀運動員訓練監(jiān)控與機能評定,E-mail:gaohuanecnu@126.com。