低水平激光療法促進力竭性運動疲勞的恢復：隨機、雙盲、安慰劑對照交叉試驗

李方暉 劉延瑩 肖琳 黃思敏 陳玉婧 黃銀祺 余紹宜

1南京師范大學體育科學學院（江蘇南京 210046）

2肇慶學院體育與健康學院（廣東肇慶 526061）

運動性疲勞是機體運動持續(xù)一段時間后不能維持原強度工作，如果保持原強度繼續(xù)運動，隨著疲勞進一步發(fā)展，機體將出現運動性力竭[1]。過度訓練導致的運動性疲勞和運動性力竭不僅對提高運動成績不利，甚至將增加運動損傷的風險[2]。已有多種治療手段被廣泛用于促進運動疲勞恢復，包括按摩療法[3]、冷凍療法[4]、積極拉伸[5]、低水平激光療法（low level laser thera?py，LLLT）[6，7]等。

作為一種新型、綠色的理療技術，LLLT廣泛用于治療運動性損傷所造成的骨關節(jié)炎、肌肉疼痛、腫脹、功能障礙，也可以促進骨骼肌損傷后的肌肉再生[8]。在運動訓練實踐中，LLLT還能提高肌肉收縮機能和運動表現[9,10]、促進運動疲勞消除、改善延遲性肌肉酸痛[11]。研究表明，LLLT促進疲勞恢復與照射時機有關。Leal等[12]研究表明，運動前或運動過程中進行LLLT干預不僅能提高受試者運動成績，同時也能防止運動疲勞后骨骼肌炎癥反應和肌肉微損傷。dos Reis等[13]研究表明，在下肢力量訓練導致的力竭性疲勞即刻對受試者股四頭肌進行LLLT照射能降低力竭后10 min和15 min血乳酸（blood lactate，BL）水平，但對力竭后15 min測定膝關節(jié)50%單次最大阻力測試（one-repetition maximum，1RM）負重屈肘的重復次數的影響沒有顯著差異。Fritsch等[14]研究進一步發(fā)現，拉伸訓練導致的力竭性疲勞即刻對受試者股四頭肌進行LLLT照射能緩解肌肉疲勞和酸痛，但同樣不能緩解訓練后1～3天下肢力量的衰減?？傊?，力竭性疲勞后給予LLLT治療性照射是否能促進運動性疲勞恢復尚存在爭議?；诖?，本研究選用BL、心率（heart rate,HR）、血糖（blood glucose,BG）、Wingate測試、主觀感覺等級（rated per?ceived exertion，RPE）和視覺模擬評分值（visual ana?logue scale，VAS）等生理心理指標來探究力竭性疲勞后LLLT照射對力竭性運動疲勞恢復的影響。

1 對象和方法

1.1 實驗對象

隨機選取18名健康的體育教育專業(yè)男性大學生作為受試對象，所有受試者無飲酒和吸煙等嗜好。實驗前2周內無急慢性呼吸道感染、運動損傷等情況，未服用藥物和飲用任何運動飲料。實驗開始前，所有實驗對象均要求簽訂知情協(xié)議書，并要求受試者在實驗期間停止專項訓練，禁止劇烈運動。實驗實施過程中，共有2名受試者因感冒和其它原因退出實驗，最終納入的實驗對象共16名（表1）。

表1受試者基本情況（x ± s，n=16）

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設計

受試者分6次進入實驗室進行相關測試，每次測試之間至少間隔1周。測試前，囑受試者在實驗前2天清淡飲食，要求受試者在測試當天提前半個小時進入實驗室進行熱身。此外，為了降低生物節(jié)律對受試者測試數據的干擾，每次實驗均在下午2點開始，每名受試者每次實驗均在同一時間進行。第1次測試：熟悉自行車功率計、Borg’s 6-20 RPE等級量表[15]和VAS等使用方法，并通過順利完成3次預實驗熟悉實驗流程；第2次測試：完成受試者基線特征測試，包括身高、體重、體成分（身體成分分析儀，韓國Inbody520）、HR（遙測心率表，Polar S800，芬蘭）、BL、BG、30秒Wingate測試；第3次至第6次測試為正式實驗。完整的一次正式實驗包括以下3個階段，第1階段：包括4個觀測時間點：力竭運動前、力竭運動后即刻、力竭運動后10 min、力竭運動后20 min；第2階段：力竭運動后20 min隨即進行Wingate測試（第1次Wingate測試），包括即刻、Wingate測試后5 min、Wingate測試后30 min，共計3個時間點；在上述7個時間點對受試者HR、BL、BG、VAS和RPE 5個指標進行檢測；第3階段（第2次Wing?ate測試）：第1次Wingate測試后40 min進行，包括即刻、Wingate測試后5 min、Wingate測試后30 min，共計3個時間點。第2次Wingate測試后不再對上述5個指標進行檢測。

本研究采取隨機、雙盲、兩階段交叉、安慰對照試驗設計。受試者根據LLLT-1、LLLT-3、LLLT-5和安慰劑組分為A、B、C和D 4個組，并對16名受試者按照英文字母順序錄入Excel軟件。實驗分為4次，每次由Ex?cel軟件從4個組中隨機選取4名受試者進行實驗，每次選取的每個組的受試者均不重復，每次實驗時間間隔不少于1周，整個實驗周期為24周。LLLT照射在力竭性運動后即刻開始，照射的部位為股直肌肌腹。為保證實驗過程雙盲，LLLT照射過程由第3方在單獨實驗室完成，照射過程中給受試者佩戴黑色眼罩，實驗階段囑第3方不與受試者、實驗操作者交流；全部試驗結束后解盲，本實驗設計通過廣東省醫(yī)學實驗中心倫理委員會的鑒定并接受其監(jiān)督。

1.2.2 運動方案

受試者在功率自行車（Powermax VII,Japan）上進行100 W負荷熱身5 min后，進行2 min拉伸運動。隨后以50 W起始負荷、50 W/30 s負荷進行遞增運動至力竭，要求受試者踏車節(jié)奏始終保持60 rpm左右，每次遞增間歇30 s。力竭運動后直至第1次Wingate測試前的20 min這個階段均要求受試者保持仰臥于按摩床上。

1.2.3 低水平激光療法

采用國產KX-350-1B低強度氦氖（helium–neon，He-Ne）激光治療儀（KX-350-1B，中國桂林康興醫(yī)療器械有限公司）。本研究通過固定照射時間，設置輸出功率為1 mW、3 mW 和5 mW，光斑直徑為2.5 cm，根據公式[9]：劑量（J/cm2）=強度（W/cm2）×時間（s），每個激光束的照射強度分別為0.2 mW·cm-2、0.6 mW·cm-2和1.0 mW·cm-2，相應的照射劑量分別為0.06 J·cm-2、0.18 J·cm-2和0.3 J·cm-2（表2）；LLLT照射在力竭性運動即刻開始，兩條激光束直接對股直肌的肌腹部位進行照射[11]，激光探頭距離以剛好不接觸皮膚表面為限（圖1），每次照射300 s。為了保證能準確照射股直肌相同肌腹部位，實驗前對受試者照射位點進行標記筆標識。安慰劑組照射時，對激光探頭標簽紙封閉。

表2低水平激光療法的技術參數

1.2.4 心率、血乳酸和血糖測試

BL與BG的測定：由校醫(yī)院4名醫(yī)護人員在實驗規(guī)定的時間內迅速取指尖血30 μL，取血后再由同一名測試人員在同一部德國產Lactate Scout便攜式血乳酸測試儀（SensLab GmbH,Germany）和血糖儀上分別進行BL和BG測試。HR測定采用芬蘭產RS800型（RS800,Polar Electro,Finland）遙測HR表進行。

1.2.5 主觀感覺等級（RPE RPE）和視覺模擬評分（VAS VAS）值

RPE是指人在進行激烈運動時，個體對自身疲勞度的整體感受做出的主觀性評價。本實驗RPE選擇改良Borg’s 6-20 RPE等級量表[15]。VAS方法：使用一條長約10 cm游動標尺，一面標有10個刻度，兩端分別為 0分端 和 10分端，0分表示無痛，10分代表難以忍受最劇烈疼痛。將有刻度的一面背向受試者，讓受試者在直尺上標出能代表自己疼痛程度的相應位置，測試人員根據受試者標出的位置為其評出分值。

圖1低水平激光療法的照射位置實物圖和示意圖

1.2.6 Wingate ngate無氧功率測試

采用無氧功率自行車（Powermax VII,Japan）進行30 s Wingate功率測試。2～3 s內加到預定阻力，阻力負荷系數為0.08 N/kg（阻力/體重的比值）。囑受試者全力蹬車，測試時間為30 s。測定指標包括峰值功率和平均功率。

1.2.7 統(tǒng)計學方法

使用統(tǒng)計軟件SPSS21.0，采用兩因素重復測量方差分析，觀察組別、時間及組別×時間因素對運動前后BL、BG、HR、RPE和VAS的效應，隨后對兩兩比較采用配對t檢驗，采用單因素方差分析平均功率和峰值功率；數據以均值（Mean）± 標準差（SD）表示，P＜0.05表示具有顯著性差異，P＜0.01表示具有非常顯著性差異。

2 結果

2.1 力竭運動前后心率的變化

采用整體分析（兩因素重復測量方差分析）分析LLLT、運動后恢復時間對心率的康復效應（表3、圖2）。組內檢驗結果顯示，時間因素有統(tǒng)計學意義[F（6，54）=205.7，P＜0.001]；組間檢驗結果顯示，LLLT干預因素有統(tǒng)計學意義[F（3，27）=3.187，P＜0.04]；時間因素×LLLT干預因素的交互作用具有統(tǒng)計學意義[F（18，162）=1.968，P=0.014]；精細比較（配對t檢驗）發(fā)現，LLLT-1組分別在力竭運動后10 min（P＜0.05）和Wing?ate測試即刻（P＜0.01）均顯著低于同時間點的Placebo組，LLLT-3組（P＜0.01）和LLLT-5組（P＜0.01）受試者的心率分別在Wingate測試即刻和Wingate測試后5 min顯著低于同時間點的Placebo組受試者。

圖2 LLLT對力竭運動前和力竭運動后恢復階段心率的影響

表3各組受試者心率的變化（M ean±SD；n=16）

2.2 力竭運動前后血糖和血乳酸的變化

采用整體分析（兩因素重復測量方差分析）分析LLLT、時間對BL和BG的恢復效應（表4）。組內檢驗結果顯示，時間因素有統(tǒng)計學意義[BL：F（6，54）=83.77，P＜0.001；BG：F（6，66）=26.98，P＜0.001]；組間檢驗結果顯示，LLLT干預因素均無統(tǒng)計學意義[BL：F（3，27）=1.104，P＞0.05；BG：F（3，33）=0.627，P＞0.05]；時間因素×LLLT干預因素的交互作用也均無統(tǒng)計學意義[BL：F（18，162）=1.404，P＞0.05；BG：F（18，198）=0.787，P＞0.05]；BL精細比較（配對t檢驗）發(fā)現，LLLT-1（P＜0.05）、LLLT-3（P＜0.01）和LLLT-5（P＜0.05）組在力竭運動后10 min均顯著低于Placebo組，LLLT-5組（P＜0.04）在Wingate測試后30 min顯著低于Placebo組（P＜0.05），各個LLLT組在運動后的各個時間點與力竭運動前比較均有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）；BG精細比較（配對t檢驗）發(fā)現LLLT-5組受試者的BG在Wingate測試后即刻顯著高于Placebo組受試者（P＜0.05），LLLT組在運動后的各個時間點與力竭運動前比較均有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。

表4 各組受試者血乳酸（mmol·L-1）和血糖（mmol·L-1）變化（Mean ± SD；n=16）

2.3 力竭運動前后RPE RPE和VAS VAS變化

采用整體分析（兩因素重復測量方差分析）分析LLLT、力竭運動后的恢復時間對RPE和VAS的積極效應（表5）。組內檢驗結果顯示，時間因素有統(tǒng)計學意義[RPE：F（6，66）=49.9，P＜0.001；VAS：F（6，66）=76.5，P＜0.001]；組間檢驗結果顯示，LLLT干預因素均無統(tǒng)計學意義[RPE：F（3，33）=0.27，P＞0.05；VAS：F（3，33）=1.19，P＞0.05]；時間因素×LLLT干預因素的交互作用也均無統(tǒng)計學意義[RPE：F（18，198）=1.17，P＞0.05；VAS：F（18，198）=0.51，P＞0.05]；對RPE和VAS配對t檢驗發(fā)現，3個LLLT劑量組在運動后的各個時間點與力竭運動前比較均有統(tǒng)計學意義（P＜0.001），然而，3個LLLT在運動后的各個時間點與力竭運動前比較均無統(tǒng)計學意義。

2.4 平均功率和峰值功率的變化

圖3為2次Wingate測試的平均功率和峰值功率變化。結果顯示，與Placebo組相比，LLLT-3顯著增加第1次Wingate測試的平均功率值（P=0.048），同時也顯著增加第2次Wingate測試的平均功率值（P=0.022）和峰值功率值（P=0.006）。

表5各組受試者RPE和VAS比較（M ean±SD;n=16）

圖3低水平激光療法對力竭運動后的2次W ingate測試的平均功率和峰值功率的影響

3 討論

劉承宜等[7]研究認為，LLLT能通過調節(jié)線粒體功能促進運動性疲勞消除，且該過程可能與細胞膜受體介導的協(xié)調光信號轉導有關。尤其線粒體外膜上的光敏物質細胞色素C氧化酶（cytochrome c oxidase，COX）對LLLT照射十分敏感[7,16]。研究認為[7,16]，COX對光子進行選擇性吸收，并趨使線粒體電子傳遞鏈的耦合傳遞加強、線粒體膜電位和ATP合成增加，進而提高細胞內cAMP（cyclic adenosine monophosphate）和內源性活性氧水平，從而維持胞內鈣離子穩(wěn)態(tài)和氧化-抗氧化穩(wěn)態(tài)、啟動運動代謝適應的信號通路及基因表達，進而有利于提高骨骼肌收縮機能和抗疲勞能力。業(yè)已證實，運動前給予LLLT預照射能提高抗疲勞能力和運動成績[6,17]。然而，運動后進行LLLT治療性照射是否也能促進運動性疲勞恢復目前仍存在爭議。dos Reis等[13]將24名受試者隨機分為安慰劑組和LLLT照射組，兩組受試者完成膝關節(jié)75%最大負荷屈伸訓練，直至力竭。LLLT組采用波長830 nm砷化鎵激光二極管（gallium–aluminum arsenide laser）對受試者股四頭肌進行照射，結果發(fā)現，力竭運動后10 min和15 min BL水平在LLLT組顯著降低。本研究發(fā)現，力竭運動后10 min的BL在LLLT-1、LLLT-3和LLLT-5 3個組均顯著降低；同時，LLLT-5組BL在Wingate測試后30min也低于Placebo組（表4）。盡管本研究使用的LLLT光源波長與dos Reis等[13]不同，但對促進力竭性疲勞后的BL清除作用相似。這說明力竭性疲勞后LLLT照射促進機體的BL清除非依賴于光源的波長。值得指出的是，Leal等[6,16]研究也證實，運動前進行LLLT預照射降低力竭性疲勞后的肌酸激酶和BL水平同樣與光源波長無關。de Brito Vieira等[18]機制研究表明，LLLT能抑制骨骼肌細胞的乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase,LDH）活性。LDH是一種糖酵解酶，是催化丙酮酸生成乳酸的關鍵酶。此外，Paolillo等[19]研究也認為，LLLT能促進骨骼肌毛細血管舒張和改善機體微循環(huán)，從而加速工作肌內乳酸的轉移和清除。

HR是評價血液循環(huán)系統(tǒng)功能的重要指標，是表征心臟迷走-交感神經反射弧活性的間接指標[20-22]。然而，國內外僅1篇文獻研究了LLLT對運動后疲勞恢復過程中HR的影響[23]。Paolillo等[23]對絕經后婦女進行為期6個月的高強度耐力訓練，每次訓練后對受試者股四頭肌給予LLLT照射，并在6個月后檢測力竭性疲勞后即刻的HR。結果發(fā)現，與安慰劑組相比，LLLT組受試者HR顯著降低，HR恢復時間更短。該研究說明在每次訓練后給予LLLT照射有利于提高心血管系統(tǒng)對高強度耐力訓練的適應性。本實驗首次研究了LLLT對一次性力竭運動后HR恢復的影響。表3顯示，LLLT-1組受試者的HR分別在力竭運動后10min和Wingate測試后即刻顯著低于同時間點的力竭運動前，LLLT-3組和LLLT-5組的HR分別在Wingate測試即刻和Wingate測試后5min低于同時間點力竭運動前。研究表明，交感神經反射弧參與了腎上腺素對HR的調控[24]。Nagao等[21]研究表明，LLLT照射蛙的星狀神經節(jié)交感神經能降低HR。Shubaeva等[25]研究證實，LLLT也能調節(jié)高血壓大鼠交感神經反射弧功能紊亂和腎上腺素受體反應。總之，LLLT可能通過降低腎上腺素活性來調節(jié)交感神經功能，進而促進力竭性疲勞后HR恢復。當然，需要進一步實驗證實。

文獻表明，LLLT預照射肱二頭肌和股四頭肌能提高運動時肘關節(jié)和膝關節(jié)伸肌群的等長以及等動向心收縮力和爆發(fā)力[6]。Wingate無氧功率測試的峰值功率可代表下肢的最大功率輸出，表征下肢爆發(fā)力；平均功率可表示30 s全力運動時功率輸出的均值，表征下肢肌耐力；二者綜合反映下肢無氧供能系統(tǒng)的效率。Leal等[6]在9名男子排球運動員和11名男子足球運動員進行Wingate（阻力負荷系數為0.075 N/kg）測試前對其股四頭肌進行LLLT照射。結果表明，LLLT組受試者的峰值功率高于安慰劑組，提示LLLT預照射股四頭肌能提高下肢爆發(fā)力。付德榮等[26]研究顯示，力竭運動導致的疲勞與骨骼肌微損傷有關，后者又與骨骼肌蛋白質分解代謝增加有關；動物實驗發(fā)現[27]，來自He-Ne激光的LLLT能通過調節(jié)骨骼肌抗氧化酶活性和炎癥反應促進力竭運動后大鼠損傷骨骼肌的恢復。本研究通過對力竭運動后20 min（第1次）和60 min（第2次）兩個時間點進行30 s Wingate測試，來論證LLLT對力竭性運動疲勞后下肢肌無氧功率恢復的影響。圖3結果顯示，LLLT-3顯著增加第1次Wingate測試平均功率值，同時也增加第2次Wingate測試的平均功率值和峰值功率值。這提示LLLT-3明顯提高下肢肌耐力和爆發(fā)力。然而，矛盾的是，dos Reis等[13]在力竭性疲勞即刻對受試者肘關節(jié)給予LLLT干預卻不能增加肘關節(jié)50%1RM負重屈肘的重復次數。Fritsch等[14]在最大隨意收縮力（maximal voluntary contraction，MVC）誘導下肢肌運動疲勞后對股四頭肌給予LLLT照射，通過檢測下肢峰值功率和股四頭肌峰力矩來評價下肢肌的恢復情況。結果也發(fā)現，運動疲勞后24 h峰值功率和股四頭肌峰力矩均沒有顯著差異。由于dos Reis等[13]在力竭性疲勞后15 min檢測50%1RM負重屈肘的重復次數，而Fritsch等[14]在運動疲勞后24 h測定受試者峰值功率和股四頭肌峰力矩，值得強調的是，LLLT照射生物系統(tǒng)后產生的刺激或抑制作用存在最佳“響應時間-效應”關系，即LLLT對生物系統(tǒng)刺激或抑制效應依賴于光子與生物系統(tǒng)的響應時間[28]。故推測，dos Reis等[13]和Fritsch等[14]并未發(fā)現陽性結果可能與檢測時間點選擇有關。

業(yè)已證實，LLLT的療效與技術參數的選擇有關，包括光源波長、功率、光照劑量、照射時間、照射部位、實驗對象的初始狀態(tài)、觀測的技術指標選擇等。其中，LLLT的劑量關系研究是當前激光運動醫(yī)學的研究熱點。研究表明，LLLT的量效關系滿足經典劑量關系定律——“安－舒二氏”（Arndt-Schulz）定律[29]，即隨著LLLT劑量持續(xù)增大，生物功能興奮響應逐漸增強，經過峰值后興奮作用逐漸減弱。Gomes等[30]和Toma等[31]采用同樣光源波長和照射強度，選擇4 J/cm2、6 J/cm2和8 J/cm23個劑量，研究LLLT對下肢等動練習后股四頭肌峰值力矩下降影響的量效關系。結果表明，劑量6 J/cm2是緩解肌肉收縮力下降的最佳劑量。本研究通過固定照射時間，設置輸出功率為1 mW、3 mW和5 mW，每個激光束的強度分別為0.2 mW·cm-2、0.6 mW·cm-2和1.0 mW·cm-2，相應的劑量分別為0.06 J·cm-2、0.18 J·cm-2和0.3 J·cm-2，研究光源來自氦氖激光的LLLT量效關系。圖3顯示，僅LLLT-3增加第1次和第2次Wingate測試的平均功率及第2次Wingate測試的峰值功率，說明LLLT-3在力竭性疲勞后提高下肢肌無氧供能水平優(yōu)于LLLT-5和LLLT-1。盡管本研究選擇的光源與Gomes等[30]和Toma等[31]不同，但從下肢肌無氧供能的效率變化可以看出，LLLT量效關系也滿足“Arndt-Schulz”定律。此外，表3結果也顯示，LLLT-3和LLLT-5促進力竭性疲勞后HR快速恢復要優(yōu)于LLLT-1組；表4的BL和BG結果表明，LLLT-5促進力竭運動后BG恢復和BL消除的效果優(yōu)于LLLT-3和LLLT-1組。Antonialli等[32]在100%MVC前對受試者的股四頭肌給予LLLT（劑量包括10 J/cm2、30 J/cm2和50 J/cm2）預照射，并在運動后即刻、1 min、1 h、24 h、48 h、72 h和96 h共7個時間點觀測MVC、肌酸激酶、VAS和RPE。結果表明，30 J/cm2是提高MVC和降低肌酸激酶的最佳劑量；但對于VAS和RPE這兩個心理指標而言，50 J/cm2才是最佳劑量[9]。本研究也對VAS和RPE進行了測試，然而，3個劑量的LLLT對力竭運動后受試者的VAS和RPE均沒有明顯改善（表5）。結合Antonialli等[29]研究推測，LLLT對機體的生理心理功能調節(jié)作用存在劑量特異性的特點。

4 小結

力竭性疲勞后LLLT照射對疲勞恢復過程有積極效應，LLLT光照劑量0.18 J·cm-2對促進力竭性運動疲勞恢復的效果最佳。