改良CO吸入法測試血紅蛋白總量對最大攝氧量和反復(fù)沖刺能力的影響

汪軍胡揚Yannis Pitsiladis

1北京體育大學(xué)（北京100084）

2 University of Brighton，Eastbourne，BN20 7SR，United Kingdom

改良CO吸入法測試血紅蛋白總量對最大攝氧量和反復(fù)沖刺能力的影響

汪軍1，2胡揚1Yannis Pitsiladis2

1北京體育大學(xué)（北京100084）

2 University of Brighton，Eastbourne，BN20 7SR，United Kingdom

目的：探討全身血紅蛋白總量（tHb）測試方法中，少量CO吸入對最大攝氧量（VO2max）和自行車反復(fù)沖刺能力（RSA）的影響。方法：11名健康青年男性，采用隨機單盲法測試受試者在tHb測試中CO或空氣吸入后對VO2max和RSA的影響。其中VO2max使用氣體代謝儀直接測試法測試，RSA采用10× 10 s，間歇50 s的自行車反復(fù)沖刺方法測試。在測試中監(jiān)控心率和部分血液基本參數(shù)。結(jié)果：少量CO吸入后，末梢血COHb%增加4.8%，而VO2max下降了4.8%（49.6 ml·kg-1·min-1vs.47.2 ml·kg-1·min-1）（P＜0. 05），無氧閾顯著下降達5%；而RSA測試中，最大輸出功率、平均功率、最小功率和疲勞指數(shù)幾乎沒有明顯變化。血液基礎(chǔ)參數(shù)如紅細胞容積、血紅蛋白濃度和網(wǎng)織紅細胞等沒有明顯變化。結(jié)論：在tHb測試中，CO的少量吸入可以降低VO2max和無氧閾，而對無氧能力RSA沒有影響。

CO吸入；血紅蛋白總量；最大攝氧量；反復(fù)沖刺能力

運動員生物護照（ABP）在運動員血液興奮劑檢測方面有明顯效果，但也存在許多弊端。其中因為這些參考指標(biāo)大多基于血漿中的濃度來判定，因此有些運動員為了躲避興奮劑檢測，而使用血漿膨脹劑如甘油等使血漿量同時增加，以掩蓋血漿中有關(guān)化學(xué)物質(zhì)濃度的上升。因此，甘油、靜脈輸入白蛋白、右旋糖酐、羥乙基淀粉和甘露醇等被世界反興奮劑組織（WADA）列為興奮劑而禁用［1］。全身血紅蛋白總量（total haemoglobin，tHb）的測試可以不受人體血漿量多少的影響，但該測試方法一直以來是一個難題，直到德國運動科學(xué)家Schmidt和Prommer于2005年建立了CO吸入法（optimised CO-rebreathing procedure）測試tHb方法［2］。該方法主要測試原理是根據(jù)人體在攝入少量CO前后，呼吸氣CO濃度和血漿中HbCO濃度變化差值來確定有多少CO被人體Hb總量結(jié)合，以此來計算人體tHb。該測試方法隨后被進一步改良、細化，最終該測試方法以及測試結(jié)果得到了大家的認同，在興奮劑檢測領(lǐng)域也有初步使用［3-5］。

但是該方法需要運動員攝入一定量的CO，而CO與Hb的結(jié)合會影響人體O2的運輸，這樣可能會影響運動員的運動能力。但究竟該方法中CO的少量吸入是否會影響運動員的運動能力，以及影響哪一種運動能力，影響程度有多大？對這些問題的回答有助于該方法在血液興奮劑檢測方法中的推廣應(yīng)用。鑒于此，本研究探討采用該方法測試tHb過程中，對最大攝氧量和反復(fù)沖刺能力以及少量血液基本參數(shù)的影響。

1　實驗方法

1.1實驗對象

11名健康青年男性，無吸煙等不良嗜好，自愿參加本實驗。受試者基本情況如表1所示。所有受試對象有規(guī)律運動鍛煉習(xí)慣，至少每周3次有氧運動。該研究方案獲得學(xué)校倫理委員會批準，并與所有受試對象簽訂知情同意書。

表1　受試者基本情況

1.2實驗方案

所有受試對象采用隨機單盲測試，11名受試者隨機使用少量CO吸入（1ml/kg體重）或者等量空氣吸入（空白對照）測試受試者tHb，在12分鐘內(nèi)分別進行VO2max或自行車反復(fù)沖刺能力（RSA）測試。所有受試對象測試5次，其中前兩次測試受試者VO2max（分別CO吸入和空氣吸入），第三次讓受試者適應(yīng)RSA測試（無氣體吸入），最后兩次進行正式RSA測試（分別CO吸入和空氣吸入）。其中VO2max使用氣體代謝儀直接測試法測試，RSA采用10×10 s、間歇50 s的自行車反復(fù)沖刺方法測試，血液參數(shù)采用血細胞計數(shù)儀測試。所有測試間隔最少48 h，而且在測試天的同一個時間段進行，以減小上次測試對本次測試的影響。在測試前24 h，受試者不進行運動鍛煉，2 h前不進食或者飲酒、咖啡等。

1.3CO吸入法測試tHb

血紅蛋白總量（tHb）測試采用改良CO吸入法。測試大致程序如下：首先測試受試者呼出氣CO濃度（Fluke CO-220）和手指末梢血HbCO濃度（Radiometer ABL 725），接著令受試者吸入少量CO（或者等量空氣作為空白對照）2分鐘，然后在4分鐘時測試受試者呼出氣CO濃度，8分鐘時采取手指末梢血測試HbCO濃度。根據(jù)受試者在氣體吸入前后呼出氣CO濃度和血液中HbCO的濃度差，考慮周圍氣壓、溫度等和人體身高體重等基本參數(shù)，利用公式計算人體血液血紅蛋白總量。具體測試程序和計算公式參考Durussel等［5］測試方法。注意在測試過程中，要密切觀察受試者CO吸入后的反應(yīng)，如頭暈、頭痛、惡心等癥狀。

1.4VO2max直接測試

VO2max采用氣體代謝儀（Quark，Cosmed，Italy）功率自行車直接測試法測試，整個測試程序嚴格按照最大攝氧量的直接測試法完成。受試者采用逐漸遞增負荷的方式，起始負荷為20 W，然后以每分鐘25 W速度遞增直到受試者力竭。測試前，調(diào)整好自行車座椅高度、把手高度和傾斜角度等，讓受試者充分熱身3分鐘；測試中，自行車保持70～80圈/分鐘的速度，功率負荷逐級遞增直至達到攝氧量最大值或者受試者筋疲力盡；測試結(jié)束后，受試者以50 W的功率負荷繼續(xù)蹬車休息5分鐘作為整理活動，然后結(jié)束測試。其中無氧閾采用V-slope方式判斷。

1.5RSA測試

受試者反復(fù)沖刺能力的測試采用功率自行車進行。受試者首先在功率自行車上以100 W負荷、60～70 rpm速度充分熱身3分鐘，然后全力蹬車5秒以適應(yīng)最大速度蹬車的感覺；接下來在功率車上安靜休息3分鐘后正式開始測試。測試時需要受試者最快速度蹬車10秒，休息50秒，然后再次蹬車10秒，休息50秒，共10次反復(fù)沖刺測試，其中功率車的阻力負荷為0.8 N/kg體重。測試結(jié)束后，受試者以50 W負荷、50～60 rpm速度在自行車上主動恢復(fù)10分鐘。計算受試者最大功率、最小功率、平均功率和功率遞減率。

1.6統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用平均數(shù)±標(biāo)準差表示，統(tǒng)計軟件用SPSS17.0進行獨立樣本t檢驗，其中P＜0.05表示有顯著性差異，P＜0.01表示有非常顯著性差異。

2　實驗結(jié)果

2.1血紅蛋白總量和HbCO濃度變化

通過改良CO吸入法測試，所有受試者tHb絕對值平均為979.8±86.9 g，相對值為13.3±1.3 g·kg-1，該測試值處在健身愛好者的正常范圍之內(nèi)。而平均HbCO濃度在測試tHb的過程中升高了4.8%±0.5%，結(jié)果見表1。其他血液參數(shù)如紅細胞比容、血紅蛋白濃度和網(wǎng)織紅細胞等無明顯變化。

2.2VO2max和無氧閾變化

VO2max測試結(jié)果CO吸入組顯著低于空氣吸入組（47.2±5.3 vs 49.6±5.5 ml·kg-1·min-1，P=0.002））；達到最大攝氧量時的最高功率CO吸入組顯著低于空氣吸入組（321±49 vs 334±48 W，P＜0.05）；運動達到力竭的時間CO吸入組顯著低于空氣吸入組（719± 118 vs 748±126 s）；達到無氧閾時的功率和攝氧量CO吸入組較空氣吸入組分別下降2.3%（236±46 vs 242±49 W，P＜0.05）和4.8%（36.8±5.4 vs 38.6±4.7 ml·kg-1·min-1，P＜0.05））。VO2max絕對值和tHb高度相關(guān)（r=0.77，P＜0.05），但是其相對值與tHb未見明顯相關(guān)（r=0.51，P＞0.05）。在整個測試過程中，兩組最大心率和RPE等級值幾乎沒有明顯差別。部分測試結(jié)果見表2和圖1。

表2　VO2max和無氧閾測試結(jié)果

圖1　逐漸遞增負荷測試中，不同條件（空氣吸入placebo和CO吸入）下VO2max和AT測試結(jié)果

2.3自行車反復(fù)沖刺能力測試

在自行車反復(fù)沖刺能力測試中，兩組間各指標(biāo)比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義?？諝馕虢M與CO吸入組比較，平均功率9.0±1.1 vs 8.9±1.1 W·kg-1（P＞0.05），最大功率11.2±1.3 vs 11.6±1.3 W·kg-1（P＞0.05），最小功率6.6±1.2 vs 6.3±1.5 W·kg-1（P＞0.05），疲勞指數(shù)42.4%±6.7%vs 45.5%±11.4%（P＞0.05）。后面6次沖刺功率均顯著低于第1次沖刺的功率。具體見圖2。

圖2　自行車反復(fù)沖刺測試過程中，不同條件（空氣吸入、CO吸入）下最大功率、平均功率、最小功率測試結(jié)果

3　分析討論

改良CO吸入法除了可以測試tHb外，還可以根據(jù)相關(guān)公式計算全身血液總量、血漿總量和血細胞總量，在醫(yī)學(xué)和體育科學(xué)領(lǐng)域有比較廣闊的應(yīng)用前景。如受試者因為運動或者其他原因大量丟失汗液而補充不足，或大量輸液等，都會導(dǎo)致血漿量減少或增加，在測試血常規(guī)時會出現(xiàn)血紅蛋白濃度有一定出入。在運動實踐領(lǐng)域，長期耐力專項訓(xùn)練運動員出現(xiàn)的假性貧血的判斷、運動能力與血紅蛋白總量的研究、高原訓(xùn)練效果的判斷、血液興奮劑中血漿量影響因素的排除以及運動員選材等等都可以利用血紅蛋白總量和其它相關(guān)指標(biāo)。

該方法最近經(jīng)過改良后在國際上廣泛使用。但是，該方法需要受試者吸入少量CO，而CO與Hb的結(jié)合會妨礙體內(nèi)O2的運輸。盡管該方法對受試者身體沒有明顯影響，但是在短時間內(nèi)是否影響運動員的運動能力，這直接影響該測試方法在興奮劑檢測領(lǐng)域的正常使用。

3.1受試者CO吸入后主觀感覺

在整個實驗過程中，密切關(guān)注受試者在少量CO（1 ml/kg體重）吸入后神經(jīng)精神癥狀，沒有發(fā)現(xiàn)受試者有頭痛、頭昏、心悸、惡心、嘔吐、神志恍惚、全身無力、意識模糊、嗜睡或突然昏倒、面色潮紅等CO中毒癥狀。HbCO濃度在測試tHb的過程中升高了4.8%，表明CO的少量吸入沒有明顯影響受試者血液氧氣的運輸，對受試者主觀感覺和精神狀態(tài)沒有明顯影響，安全可靠，可以用于實驗室測試用氣。CO在體內(nèi)與Hb結(jié)合后，主要的代謝方式是通過與Hb解離，而由呼吸系統(tǒng)排出。CO對身體的毒性作用在于CO與Hb結(jié)合的濃度，以及CO在體內(nèi)的半衰期，也就是CO在體內(nèi)的代謝速度。Gerald［6］選取17名受試者（9男8女），讓受試者在1100 ppm濃度的CO氣體中暴露31分鐘，至HbCO濃度達到10%，觀察所有受試者HbCO濃度的變化及其與性別相關(guān)性。結(jié)果顯示CO半衰期與受試者肺泡通氣量呈負相關(guān)關(guān)系；女性CO半衰期較短，當(dāng)用全血tHb校準時，CO半衰期與性別沒有差異，表明CO半衰期受到全身tHb總量的影響。當(dāng)tHb總量高時，其半衰期長，是因為高的全身tHb可以大量結(jié)合CO，而影響其排出。

3.2少量CO吸入對VO2max和無氧閾的影響

VO2max和無氧閾都是用來評價人體有氧工作能力，與人體呼吸系統(tǒng)肺的通氣和換氣功能有關(guān)，也與血液氧氣運輸和心血管系統(tǒng)功能有關(guān)，還與人體肌肉組織利用氧氣的能力有關(guān)。血液中O2的運輸主要是靠與Hb形成HbO2化合物來進行，因此全身血液Hb總量決定了O2的運輸量，從而決定了最大攝氧量的大小。如果與O2結(jié)合的Hb總量減少，則會顯著降低最大攝氧量。Hb總量可以被認為是有氧運動能力的一個重要標(biāo)志物，其與VO2max的絕對值和相對值高度相關(guān)（r= 0.97和r=0.81）［7，8］。而本實驗測試中，VO2max的絕對值與tHb高度相關(guān)，而相對值與tHb沒有明顯相關(guān)性，其原因需要進一步探討。

在本實驗中，與空氣吸入對照組比較，CO吸入組在tHb測試過程中，其VO2max和無氧閾都有不同程度下降（4.8%）。該試驗中由于需要吸入少量CO氣體，而且該氣體與血液中Hb的結(jié)合能力非常強，CO與Hb的結(jié)合量比CO呼吸前濃度增加了4.8%，而該結(jié)合又影響了Hb對氧氣的運輸，因而反映有氧工作能力的VO2max和無氧閾都有不同程度下降。其對應(yīng)的功率、達到疲勞的時間等都有下降。表明tHb測試過程中，少量CO的吸入會導(dǎo)致有氧工作能力的下降，因此該測試方法在正式比賽前的使用是有一定限制的。但該測試方法究竟會影響有氧工作能力多長時間，還需要后續(xù)研究。

3.3少量CO吸入對自行車反復(fù)沖刺能力的影響

間隔50秒、沖刺10秒的能力在一些需要短時間、爆發(fā)力的運動項目中占有較重要的地位。譬如足球比賽中的前鋒短時間沖刺、搶斷和射門，羽毛球運動中的跳躍和扣殺，拳擊散打運動員的短時間沖擊和間歇恢復(fù)等，這種能力往往是決定比賽成功的關(guān)鍵因素。爆發(fā)沖刺時供能主要以磷酸原系統(tǒng)供能為主，供能時間比較短，只有8～10秒，但需要反復(fù)使用。短時間的恢復(fù)能力決定了爆發(fā)沖刺能力，也往往決定了其專項運動成績。其主要能源物質(zhì)磷酸肌酸的恢復(fù)需要靠糖無氧或者有氧供能來恢復(fù)。而在該實驗tHb的測試過程中，由于Hb被少量CO結(jié)合而導(dǎo)致Hb運輸O2的能力下降，其有氧供能能力也下降。有氧能力的下降是否會影響磷酸肌酸的恢復(fù)，從而影響反復(fù)沖刺能力？本實驗中，CO吸入組和空氣對照組在10秒快速沖刺運動中，其最大功率、平均功率、最小功率和疲勞指數(shù)等都沒有明顯下降，表明該測試對有氧能力的影響并沒有明顯降低反復(fù)沖刺能力，可能是因為有氧能力的輕微下降沒有影響到磷酸肌酸的恢復(fù)。

4　結(jié)論

在tHb測試中，CO的少量吸入可以在一段時間降低VO2max和無氧閾，從而影響有氧運動能力。因此該測試方法在運動員賽前興奮劑檢測中有一定局限性，但該測試方法究竟能影響有氧運動能力多長時間還需要進一步實驗驗證。該測試方法可能不會影響磷酸肌酸的恢復(fù)，因而對無氧沖刺能力RSA沒有影響。

［1］https：//wada-main-prod.s3.amazonaws.com/resources/files/ WADA-Revised-2014-Prohibited-List-EN.PDF

［2］Schmidt W，Prommer N.The optimised CO-rebreathing method：A new tool to determine total haemoglobin mass routinely.Eur J Appl Physiol，2005，95（5-6）：486-495.

［3］Prommer N，Sottas PE，Schoch C，et al.Total hemoglobin mass—A new parameter to detect blood doping？Med Sci Sports Exerc，2008，40（12）：2112-218.

［4］Steiner T，Wehrlin JP.Comparability of haemoglobin mass measured with different carbon monoxide-based rebreathing procedures and calculations.Scand J Clin Lab Invest，2011，71（1）：19-29.

［5］Jérome D，Ramzy R，Prithvi RK，et al.Precision of the optimized carbon monoxide rebreathing method to determine total haemoglobin mass and blood volume.European Journal of Sport Science，2013，13（1）：68-77.

［6］Gerald SZ，Janet T，Joshua R，et al.Rates of carbon monoxide elimination in males and females.Physiol Rep，2014，2（12），e12237，doi：10.14814/phy2.12237

［7］Jacobs RA，Rasmussen P，Siebenmann C，et al.Determinants of time trial performance and maximal incremental exercise in highly trained endurance athletes.J Appl Physiol，2011，111（5），1422-1430.

［8］SchmidtW，PrommerN.Impactofalterationsintotal hemoglobin mass on VO2max.Exerc Sport Sci Rev，2010，38（2），68-75.

The Influence of CO Inhalation on the VO2max and Repeated Sprint Ability of Young Men

Wang Jun1，2，Hu Yang1，Yannis Pitsiladis2
1 Beijing Sport University，Beijing，China 100084
2 University of Brighton，Eastbourne，BN20 7SR，United Kingdom

Wang Jun，Email：wj430079@126.com

Objective The study examined the influence of small amount carbon monoxide（CO）inhalation（in the process of determination of total haemoglobin）on VO2max and repeated sprint ability（RSA）of young men.Methods Eleven healthy young active men underwent incremental test and 10×10s maximal cycling sprints with an interval of 50s shortly after inhalation of CO or placebo gas，and their VO2max and RSA were determined at the same time.The mean and peak powers and their declining rate，fatigue index，heart rate，and blood parameters were measured during and after the maximal repeated sprint.Results HbCO%increased by 4.8%，VO2max and anaerobic threshold decreased respectively by 4.8%and 5%after inhalation of CO（P＜0. 05）.No differences in mean power and peak power，fatigue index，and blood parameters was found after inhalation of CO or placebo gas（P＞0.05）.Conclusions Inhalation of small amount CO reduces the VO2max and anaerobic threshold，while does not affect the repeated sprint ability of young men.

CO inhalation，total haemoglobin，VO2max，repeated sprint ability

2015.04.30

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項；北京體育大學(xué)校管課題（編號2015YB008）

汪軍，Email：wj430079@126.com