全身超低溫冷凍對專業(yè)運動員高強度訓(xùn)練后肌肉功能恢復(fù)的影響

王世濤，楊賢罡，李 靜

(1.吉林體育學(xué)院，吉林 長春 130022； 2.河北省體育科學(xué)研究所，河北 石家莊 050011)

0 前言

高強度訓(xùn)練和比賽后最常見的損傷之一是延遲性肌肉酸痛，與運動導(dǎo)致的骨骼肌損傷相關(guān)聯(lián).伴隨肌肉出現(xiàn)疼痛或酸脹等不適癥狀，肌肉力量和活動范圍下降，會暫時性地?fù)p害人體的運動能力，最長可持續(xù)至運動后數(shù)天.[1]為使肌肉的功能在短時間內(nèi)快速恢復(fù)至最佳狀態(tài)，冷凍療法作為常用的恢復(fù)措施被廣泛應(yīng)用，如冰水浴和冰敷等.Meta[2]分析發(fā)現(xiàn)冰水浴可以有效地減少不同運動課后的延遲性肌肉酸痛.

目前，國際上針對運動員推出一種新形式的冷凍治療方法——全身超低溫冷凍(whole-body cryotherapy，WBC)[3].WBC治療要求運動員穿盡可能少的衣服，將其全身或絕大部分暴露于超低溫度(-110℃ ～-195℃)的空氣中，持續(xù)時間為2～4 min.運動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域關(guān)于WBC對普通健康人群和運動員影響的研究報道在21世紀(jì)初才開始出現(xiàn)，近年內(nèi)有所增加，目前僅局限于來自德國、波蘭等少數(shù)國家，但WBC治療已在歐洲足球超級聯(lián)賽和美國職業(yè)籃球聯(lián)賽等國際高水平職業(yè)賽事中進行實踐應(yīng)用.關(guān)于WBC有助于促進人體運動能力恢復(fù)的觀點是基于現(xiàn)有它對血液學(xué)參數(shù)、抗氧化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、脂代謝水平等的益處，提示它可以作為一種強有效的促進運動后恢復(fù)的手段.[3-4]但是WBC是否可以有效促進肌肉功能恢復(fù)的研究還極少[5]，現(xiàn)有研究主要針對的是非運動員群體，且多是陰性結(jié)果，使得對WBC可以加速運動員在高強度訓(xùn)練后肌肉運動能力恢復(fù)這一觀點存在爭議.

因此，本研究旨在觀察運動訓(xùn)練實踐過程中，單次WBC治療是否可以加速高強度專項訓(xùn)練課后肌肉損傷程度的修復(fù)過程和促進肌肉運動能力的快速恢復(fù)，以期為WBC在國內(nèi)體壇的實踐應(yīng)用提供更多的理論和實踐依據(jù).

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

挑選出體型接近的17名男子專業(yè)田徑運動員[6]，專項涉及200 m、400 m、800 m、1 500 m、3 000 m障礙、跳高、跳遠(yuǎn)和三級跳遠(yuǎn)項目，其中國際健將2人，健將4人，一級水平11人.運動員基本情況如下：年齡為(18.90±1.90)歲，體重為(69.30±5.97)kg，身高為(183.24±5.67)cm，BMI為(20.77±1.34)kg/m2.

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設(shè)計和流程

正式試驗前進行WBC不適應(yīng)癥的相關(guān)篩查[7]，詳細(xì)告知運動員試驗的目的、流程、可能的風(fēng)險和益處，并簽署知情同意書.試驗期間要求運動員保持正常的補液和膳食習(xí)慣，未采用其他的恢復(fù)措施，未服用其他藥物和營養(yǎng)補充劑.

選擇在備戰(zhàn)全國錦標(biāo)賽賽前訓(xùn)練階段其中的兩周時間，該兩周的訓(xùn)練計劃基本相同，主要體現(xiàn)在訓(xùn)練手段和專項負(fù)荷強度完成的要求上，核心訓(xùn)練單元的負(fù)荷量由經(jīng)驗豐富的教練員進行微調(diào).試驗均安排在周三、周四開始，周三上午訓(xùn)練內(nèi)容為高強度專項訓(xùn)練，由經(jīng)驗豐富的教練員進行指導(dǎo).在充分的熱身、牽拉和主要肌肉群激活后，以3～4組，4～6次/組主項或翼項的中等到大強度訓(xùn)練進行充分調(diào)動，次間或組間均給予充足的休息時間，然后進入核心單元——2～4次的主項最大強度訓(xùn)練，要求盡可能達(dá)到甚至超過比賽強度，如果運動員在前半階段完成的情況超越比賽強度，教練員會相應(yīng)減少該單元的負(fù)荷量，最后進行放松和整理，周三下午安排休息調(diào)整.

采取隨機對照交叉設(shè)計.運動員于訓(xùn)練前(8:30—9:00)接受第1次運動能力測試，然后開始高強度專項訓(xùn)練(9:00—11:00)，訓(xùn)練后4h(約15:00，該時間點為正常訓(xùn)練課的開始時間)開始依次接受WBC治療或者室溫主動休息.于次日訓(xùn)練前(8:30—9:00)接受第2次運動能力測試.WBC治療和室溫對照處理的整個試驗流程完全相同，兩次試驗之間間隔1周.第1周通過隨機數(shù)字表決定運動員首先接受WBC治療或者室溫對照休息(室溫為21℃ ～22℃，持續(xù)時間與WBC治療相同)，1周后運動員則交叉接受另一種處理條件.

1.2.2 WBC治療過程

采用韓國Nexen公司NCT-0001A型開放式冷療艙進行治療，制冷方式為液氮驅(qū)動.運動員進入艙體前，務(wù)必保持體表干燥，穿著棉質(zhì)內(nèi)褲、襪子和拖鞋，以保護肢體末端.進入艙體后，站立于艙體中心位置，頭部露出艙外，手搭在艙體上沿處，確保皮膚未直接貼近艙體內(nèi)金屬表面，關(guān)閉艙門.WBC治療過程中，指導(dǎo)運動員在艙體內(nèi)環(huán)繞走動，避免屏息和過度低頭呼吸.溫度為-100℃ ～-120℃，持續(xù)時間為3 min[2]，1人/次.

1.2.3 標(biāo)本收集和指標(biāo)測試

(1) 體表溫度：在WBC治療和室溫休息前、后即刻測試皮膚溫度.采用美國Fluke公司62型非接觸式紅外體溫計垂直定位于大腿前側(cè)中線，髕骨上緣和腹股溝線中線交叉的區(qū)域，盡可能貼近皮膚但不接觸皮膚進行測試.

(2) 血液生化指標(biāo)：于周三訓(xùn)練前(基礎(chǔ)值，T0)，WBC治療或室溫對照處理前(T1)，處理后即刻(T2)和周四訓(xùn)練前(T3)這四個時間點分別采集靜脈血樣5 mL，分離血清，置-20℃保存待測.采用美國Beckman Coulter Unicel DxC 600型全自動生化分析儀測試血清尿素氮(BUN)、肌酸激酶(CK)、乳酸脫氫酶(LDH)和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)水平.

(3) 運動能力指標(biāo)：于T0和T3時間點分別采用日本功率POWERMAX-II型功率自行車進行30 s的Wingate無氧功率測試，阻力為7.5%×體重，記錄最大功率和平均功率.

(4) 肌肉疼痛感：采用Mattacola等研制的自主疼痛測量量表[8]進行測試.

1.2.4 統(tǒng)計方法

所有結(jié)果均采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示.Shapiro-Wilk檢驗分析各指標(biāo)數(shù)據(jù)是否呈正態(tài)分布.各指標(biāo)的差異采用多因素重復(fù)方差檢驗進行分析，多因素包括處理條件(WBC治療或室溫對照)，測試點(T0—T3)和處理順序(先接受WBC治療或先接受室溫對照).如多因素重復(fù)方差檢驗存在顯著性，再采用Tukey方差檢驗分析各指標(biāo)其余測試點水平較基礎(chǔ)值，以及兩種處理條件之間是否存在顯著差異.將顯著性水平定為P<0.05，所有分析采用SPSS 13.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行處理.

2 研究結(jié)果

各項指標(biāo)的基礎(chǔ)值(T0)在WBC治療與室溫對照條件之間均無顯著差異，且均呈正態(tài)分布.

WBC治療后的皮膚溫度顯著下降，分別為(33.3±0.4)℃和(18.7±3.1)℃，P<0.001.室溫對照前、后則無顯著變化，分別為(33.2±0.7)℃和(33.5±0.6)℃.

血液生化指標(biāo)方面，各指標(biāo)在T1的水平較T0均顯著升高(P<0.01，P<0.01，P<0.01).WBC治療使得T3的CK、LDH和AST水平均顯著低于室溫對照條件(P=0.021，P=0.043，P=0.011)，但T2時的水平WBC治療與室溫對照之間均無顯著差異.

疼痛感在T1時顯著高于T0時水平(P<0.01).WBC治療后即刻水平(T2)顯著低于室溫對照條件(P=0.009)，但T3時的水平WBC治療與室溫對照間無顯著差異，詳見表1.

表1 試驗過程中不同時間點血液生化指標(biāo)和疼痛感的變化

注：*表示W(wǎng)BC治療與室溫對照之間存在顯著差異，P<0.05，**表示P<0.01.

運動能力方面，與基礎(chǔ)值比較，兩種情況下次日訓(xùn)練前的各項指標(biāo)無顯著變化.WBC治療使得次日訓(xùn)練前的最大功率和最大功率/體重均顯著高于室溫對照條件(P=0.024，P=0.021)，但對平均功率無顯著影響，詳見表2.

表2 試驗過程中不同時間運動能力相關(guān)指標(biāo)的變化

注：*表示W(wǎng)BC治療與室溫對照條件之間存在顯著差異，P<0.05.

3 分析與討論

冷凍療法作為高強度訓(xùn)練后有效的恢復(fù)手段已經(jīng)獲得運動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛的認(rèn)可[3-9].冷凍導(dǎo)致機體組織溫度降低，刺激皮膚感受器，使交感神經(jīng)腎上腺素能產(chǎn)生興奮，引起局部小動、靜脈的收縮，導(dǎo)致腫脹減輕和代謝率下降，減輕炎癥反應(yīng)，降低血管通透性和組織血腫的形成[10]；減少細(xì)胞壞死和嗜中性粒細(xì)胞遷移，減慢細(xì)胞代謝和神經(jīng)傳導(dǎo)速度，減少再損傷的發(fā)生[11].WBC作為一種新興的冷凍方法，由于它的超低溫度在近年內(nèi)獲得了廣泛的關(guān)注.前期研究發(fā)現(xiàn)，WBC能夠加速運動能力的恢復(fù)速度，減輕損傷性運動后的疼痛感[2]，但目前針對WBC能夠促進運動能力恢復(fù)的研究證據(jù)仍非常有限.

3.1 WBC治療對肌肉運動能力恢復(fù)的影響

部分研究結(jié)果表明，WBC治療可以加速運動能力的恢復(fù).Fonda等[12]觀察到連續(xù)5 d，1次/d的WBC治療顯著提高了單次急性損傷性運動后力矩的恢復(fù)速率.Hausswirth等[13]發(fā)現(xiàn)在單次損傷性跑步運動后的即刻、24 h和48 h各接受1次WBC能夠顯著增強運動后1h的肌肉力量.Ziemann等[5]發(fā)現(xiàn)精英級網(wǎng)球運動員在為期5 d的訓(xùn)練過程中，接受2次/d的WBC治療顯著提高了擊球的準(zhǔn)確性.但上述研究結(jié)果未采用盲法設(shè)計進行評估，使得研究結(jié)果可能受到檢出偏倚的影響.Schaal等[14]發(fā)現(xiàn)與被動恢復(fù)對照組比較，單次WBC治療增強了多次劇烈游泳后主觀疲勞感和代謝水平的恢復(fù).運動后接受WBC治療可以通過促進骨骼肌的血管收縮和抗炎性因子(如IL-10和IL-6等)的釋放，阻斷促炎性因子(IL-2，IL-8和前列腺素E2等)的釋放，發(fā)揮免疫保護效應(yīng)，縮短再生重建過程，增強骨骼肌的恢復(fù)和避免再損傷.[15]相反的，Costello等[16]發(fā)現(xiàn)離心運動后24 h給予單次WBC治療對膝關(guān)節(jié)的力量和做功并無顯著影響.該研究采用了隨機對照和分配隱藏的試驗設(shè)計，對試驗結(jié)果采用了盲法評估，不易出現(xiàn)選擇和報告偏倚等.Vieira等[17]觀察向心-離心運動后即刻接受單次WBC治療同樣不能改善運動后30 min運動能力的恢復(fù)，需要指出該研究中僅對右側(cè)腿施加了損傷性運動干預(yù)，但對運動能力的測試采用的是雙側(cè)腿均參與的跳躍運動.

出現(xiàn)不一致結(jié)果的原因可能與肌肉損傷性運動方案、WBC治療的時間點、運動能力恢復(fù)效果的評估有關(guān).此外，WBC設(shè)備可能也是重要的影響因素之一，目前主要采用冷凍艙[12-18]和冷凍室這兩種設(shè)備進行治療，以后者居多[13，15-16，19-20].兩者的主要差別在于暴露方式和溫度，冷凍艙為開放式，密閉性不如冷凍室，但溫度更低(-140℃ ～-195 ℃，-110℃ ～-140 ℃).但是設(shè)備顯示的溫度來自在對內(nèi)壁溫度的測量，而非皮膚表面的溫度，因此研究有必要測試受試者在接受治療過程中的溫度變化.本研究結(jié)果顯示受試者的體表溫度在接受WBC治療后顯著下降(P<0.001).由于WBC降低肌肉溫度的效果可持續(xù)至少1h以上[21]，會促進諸如細(xì)胞代謝率下降，改善毛細(xì)血管功能紊亂及相關(guān)酶活性等一系列生理反應(yīng)，有助于保持肌肉功能和減少肌肉損傷癥狀[22].但同時，冷凍治療可能會暫時性地破壞肌肉功能，同樣可以持續(xù)到治療后1h左右.[23]WBC治療后短時間內(nèi)的益處可能被其對肌肉功能的負(fù)面效果所掩蓋，使得治療后短期內(nèi)的運動能力甚至下降，特別是高強度和爆發(fā)性運動能力[24]，因此本研究并未選擇在WBC治療后即刻或短時間(1 h)內(nèi)進行運動能力的測試，選擇在次日訓(xùn)練前進行測試更符合運動訓(xùn)練實踐的安排.

本研究發(fā)現(xiàn)，相比較室溫對照條件，WBC治療顯著提高了次日訓(xùn)練課前最大無氧功率的相對值和絕對值(P<0.05，P<0.05)，表明WBC可以有效地促進肌肉功能的恢復(fù).與以往研究主要針對普通受試者在進行急性損傷性運動方案(以離心收縮為主)后的恢復(fù)過程不同，本研究針對的是專業(yè)運動員在高強度專項訓(xùn)練課后恢復(fù)過程的干預(yù)，訓(xùn)練后肌肉損傷的程度和肌肉功能的恢復(fù)速率上的差異可以一定程度上解釋不同研究結(jié)果之間的差異.但本研究同時未觀察到WBC對平均功率存在顯著影響，除了WBC治療主要促進爆發(fā)性做功能力的恢復(fù)外，可能還與交叉試驗設(shè)計易受到重復(fù)效應(yīng)的影響.[25]本研究通過將處理順序作為影響因素納入統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)部分指標(biāo)確實存在明顯的重復(fù)效應(yīng)，未來的研究需要考慮采用受試者間的差異比較設(shè)計來減少重復(fù)效應(yīng)的影響.

3.2 WBC治療對肌肉損傷程度和疼痛感的影響

盡管WBC對高強度訓(xùn)練后短時間內(nèi)的肌肉運動能力恢復(fù)可能無效，但是不能排除它在緩解疼痛、治療和預(yù)防肌肉損傷等方面可能具有積極效果.運動訓(xùn)練實踐中運動員普遍采用冷凍手段作為止痛手段，最主要的原因可能是冷凍具有減少炎癥反應(yīng)和后續(xù)肌肉損傷的潛在作用，可以降低運動后的肌肉疼痛感.Fonda和Hausswirth等的研究觀察到在單次急性損傷性運動后不同時間段內(nèi)給予連續(xù)多次的WBC治療可以顯著降低疼痛感[12-13]，但也存在陰性結(jié)果[16].本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)WBC顯著降低了治療后即刻的疼痛感.疼痛感是評價肌肉損傷中最常用的測試指標(biāo)，但最常用的自主疼痛測量量表是一種主觀性很強的自我評估方法，研究中不同受試者之間進行比較時該方法的可靠性不足，需要結(jié)合其他相關(guān)指標(biāo)綜合分析.

BUN、CK、LDH和AST是反映機體蛋白質(zhì)代謝水平和肌肉損傷程度最常用的血液生化指標(biāo).部分前期研究中，普通男性接受單次WBC治療后的CK活性顯著下降了約30%[19].橄欖球運動員在未改變訓(xùn)練負(fù)荷的情況下，接受1次/d，連續(xù)5 d的WBC治療使CK和LDH水平顯著降低.[20]男子賽艇運動員在正常訓(xùn)練過程中接受3次/d，共10 d的WBC治療，在第6天后的CK水平較單純訓(xùn)練者顯著降低了34%[19]，而女子賽艇運動員接受2次/d，共10 d的WBC后的CK水平較對照組則無顯著變化[26].同樣，WBC治療未能顯著降低肌肉損傷性運動后恢復(fù)期間[12]、劇烈跑步運動后恢復(fù)期[13]和5 d中等強度網(wǎng)球訓(xùn)練期間[5]的CK、LDH和AST水平.我們前期的研究也發(fā)現(xiàn)田徑運動員在接受急性WBC治療后即刻的CK水平較治療前無顯著下降[18].

研究結(jié)果不一致的原因除了在試驗設(shè)計，WBC治療方式、時間和劑量，治療效果的評價等方面存在差異外，本研究認(rèn)為可能還存在下列兩個主要的影響因素：(1)受試者的訓(xùn)練狀態(tài).相比較普通健康受試者，專業(yè)運動員在劇烈運動后的CK水平變化過程有所不同，而且運動后的CK活性存在很大的個體間差異[12].(2)受試者在項目能量代謝特點的異質(zhì)性.由于WBC導(dǎo)致受試者皮膚溫度下降的幅度與BMI存在關(guān)聯(lián)[6]，本研究在選取運動員時充分考慮和控制了這一影響因素，但受試者主項能量代謝特點存在的異質(zhì)性，使得研究結(jié)論存在一定的局限性.雖然已有研究并未觀察到能量代謝特點是影響WBC治療效果的主要因素，但該因素會造成WBC治療后即刻各項指標(biāo)并無顯著變化這一結(jié)果存在假陽性的可能.此外，CK水平的變異系數(shù)很高，各時間點均>50%，Warren甚至認(rèn)為不宜采用血液生化指標(biāo)和疼痛感對運動導(dǎo)致的肌肉損傷程度及功能損害程度進行定量分析[27].本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)WBC治療顯著降低了次日訓(xùn)練前的CK、LDH和AST水平(P<0.05，P<0.05，P<0.05)，表明WBC可以加速肌肉損傷程度的恢復(fù).從田徑項目運動訓(xùn)練的實踐角度出發(fā)，保證賽前訓(xùn)練的系統(tǒng)性和連續(xù)性，使運動員在兩次高強度專項訓(xùn)練課之間需要得到充分的恢復(fù)，肌肉損傷程度和運動能力恢復(fù)到理想的狀態(tài)，兩次課的間隔時間大多安排在至少24 h.因此，本研究結(jié)果對于WBC在運動訓(xùn)練實踐中的應(yīng)用具有很高的價值.

綜上所述，本研究進一步支持了WBC是專業(yè)運動員劇烈訓(xùn)練后有效的恢復(fù)手段這一觀點，可以迅速降低疼痛感，加速肌肉損傷程度和運動功能的恢復(fù).盡管WBC通常被認(rèn)為是最佳的冷凍方式，但目前并沒有足夠的研究證據(jù)表明它比其他冷凍方法或恢復(fù)手段具有更明顯的優(yōu)勢.冰水浴和冰敷等冷凍手段同樣可以降低組織溫度和發(fā)揮重要的生理作用.與其他恢復(fù)手段比較，WBC治療未能加速多次劇烈運動后主觀疲勞感和代謝水平的恢復(fù).[14]由于WBC比其他冷凍方法的成本高得懸殊，未來研究迫切需要比較WBC與其他冷凍方法在促進肌肉功能恢復(fù)方面的效果[4].

4 結(jié)論

對比被動休息，WBC治療快速地緩解了專業(yè)運動員在高強度訓(xùn)練后的肌肉疼痛感，通過減少肌細(xì)胞膜的通透性緩解和降低了后續(xù)潛在的肌肉微損傷，有效地促進了爆發(fā)性做功能力的快速恢復(fù)，有利于保證賽前階段連續(xù)高強度專項訓(xùn)練的高質(zhì)量和連續(xù)性，對競技體育運動訓(xùn)練的實踐具有很高的應(yīng)用價值.WBC促進爆發(fā)性運動能力快速恢復(fù)的機制及其相比較其他主動恢復(fù)手段，特別是其他冷凍手段的優(yōu)越性需要深入研究.

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