高氧氣體補(bǔ)充對(duì)人體運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)相關(guān)指標(biāo)的影響

瞿超藝, 馮亦唯, 徐旻霄, 趙麗娜, 耿 雪,趙翠翠, 覃 飛, 趙杰修

(1.國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所,北京 100061; 2.北京體育大學(xué),北京 100084;3.上海體育學(xué)院,上海 200438)

高氧氣體是指以空氣為基礎(chǔ)、氧體積分?jǐn)?shù)高于21%的呼吸氣體。借由氣瓶或氣艙中的氧體積分?jǐn)?shù)增加、氮體積分?jǐn)?shù)減少,機(jī)體減少吸入的氮?dú)?增加吸入的氧氣,將可以增加吸入氧體積分?jǐn)?shù)或高于常氧條件氧含量的氣體稱(chēng)為高氧氣體[1-2]。吸入高體積分?jǐn)?shù)氧氣作為一種特殊的物理手段,用于改善睡眠與精神狀態(tài),臨床上已成為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科,其對(duì)休克、缺氧等疾病有很好的治療效果[3]。同時(shí),高氧氣體補(bǔ)充具有多種形式,包括高氧氣體補(bǔ)充面罩、氧氣罩/氧氣籠、鼻塞、鼻腔和鼻咽部氧氣補(bǔ)充、高壓氧、微壓氧等[4]。不同的高氧補(bǔ)充形式有不同的優(yōu)缺點(diǎn)與適應(yīng)情況,需因人而異。

當(dāng)前,促進(jìn)運(yùn)動(dòng)員快速恢復(fù)成為運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的重要課題。由于高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)在臨床治療中有效,國(guó)內(nèi)外學(xué)者[5-6]嘗試將高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)作為運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練后的恢復(fù)手段,探究其能否促進(jìn)運(yùn)動(dòng)后機(jī)體的恢復(fù)。現(xiàn)有研究[1-3]關(guān)于高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)對(duì)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)的有效性結(jié)果不一,其干預(yù)效果還存在爭(zhēng)議。在競(jìng)技體育對(duì)恢復(fù)方法與手段要求愈發(fā)精益求精的背景下,恢復(fù)方式的迅速性與有效性至關(guān)重要?；诖?本文針對(duì)高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)相關(guān)指標(biāo)的作用進(jìn)行綜述,探究高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)的可能作用及相關(guān)原因,為后續(xù)研究提出建議與展望,為高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)恢復(fù)方式的更好應(yīng)用提供參考。

1 高氧氣體補(bǔ)充對(duì)機(jī)體的可能影響

研究[1-2]指出,高氧氣體補(bǔ)充能針對(duì)機(jī)體的氧運(yùn)輸系統(tǒng)、血流量分布、肌肉活動(dòng)、耐力訓(xùn)練效果、運(yùn)動(dòng)耐受能力等產(chǎn)生相應(yīng)的正向影響。運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中,運(yùn)動(dòng)員可在3種狀況下通過(guò)吸入高氧氣體促進(jìn)恢復(fù):運(yùn)動(dòng)過(guò)程中吸入高氧氣體能改善運(yùn)動(dòng)表現(xiàn);運(yùn)動(dòng)間歇吸入高氧氣體能促進(jìn)恢復(fù);訓(xùn)練期間吸入高氧氣體可增強(qiáng)訓(xùn)練效果[1-2,7]。高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)環(huán)境下機(jī)體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)在很大程度上取決于環(huán)境中的氧體積分?jǐn)?shù)、血紅蛋白的氧結(jié)合曲線(xiàn)、血液到組織的氧氣運(yùn)輸能力及線(xiàn)粒體的氧利用率[1-2]等。機(jī)體短期或長(zhǎng)期吸入高氧氣體,血紅蛋白、血氧飽和度及血液釋放溶解的氧氣量增加,可能引起機(jī)體代謝、心肺、激素、血液、神經(jīng)、主觀(guān)感覺(jué)的相應(yīng)變化,如圖1所示。

2 高氧氣體補(bǔ)充對(duì)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)相關(guān)指標(biāo)的可能影響

新技術(shù)的發(fā)展使訓(xùn)練中和訓(xùn)練后使用高氧氣體作為增強(qiáng)訓(xùn)練效果的輔助手段成為可能。運(yùn)動(dòng)員通過(guò)佩戴口罩在運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后可以從固定或便攜式的設(shè)備中吸入體積分?jǐn)?shù)更高的氧氣[1-2]。呼吸高氧時(shí),氧運(yùn)輸系統(tǒng)能力、乳酸代謝能力、功率輸出表現(xiàn)和耐力運(yùn)動(dòng)中的耐受能力可得到相應(yīng)改善。其功能狀態(tài)改善背后的生理機(jī)制雖未完全闡明,但可能與更高的氧氣輸送能力和相對(duì)減少了疲勞程度等有關(guān)[1-2,7]。

2.1 血乳酸

通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)99.5%或100%高氧氣體后,機(jī)體的血乳酸含量下降,通過(guò)吸氧加快了血乳酸的清除[8-9]。運(yùn)動(dòng)后即刻通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)70%的高氧氣體30 min后,與對(duì)照組相比,吸氧組的乳酸清除速率增大,其原因可能是運(yùn)動(dòng)后吸入高氧增加了血液氧含量,減緩了運(yùn)動(dòng)后的氧債累積,提高了肌肉對(duì)乳酸的再利用能力,因此減輕了乳酸在體內(nèi)的堆積[10]。類(lèi)似的研究[11]指出,吸氧組比不吸氧組乳酸的消除速率更快,這可能與高氧改善體內(nèi)酸性環(huán)境有關(guān)。在進(jìn)行最大強(qiáng)度或大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí),吸入高氧能降低血乳酸水平,其原因可能與糖原的分解、糖酵解和丙酮酸生成減少等有關(guān)[2,10]。高氧吸入期間肌肉糖原分解減少的機(jī)制目前尚不完全清楚,可能是通過(guò)血漿中腎上腺素水平的降低來(lái)調(diào)節(jié)糖原磷酸化酶。另外,吸入高氧引起的血乳酸水平降低,可能是由于線(xiàn)粒體穿梭底物氧化更加迅速,從而導(dǎo)致乳酸更快清除[2,7-8]。在高氧條件下,丙酮酸的氧化反應(yīng)更迅速,線(xiàn)粒體中輔酶Ⅰ的含量更高,并且高氧可能提高細(xì)胞呼吸速率,從而更好地維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[1-2,9]。

圖1 機(jī)體吸入高氧氣體可能帶來(lái)的相應(yīng)影響[2]

有研究[12]指出,與不吸氧組相比,運(yùn)動(dòng)員通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)40%和34%的高氧氣體后血乳酸濃度相應(yīng)降低,但組間無(wú)顯著性差異。也有研究[6,13]指出:吸氧組與對(duì)照組血乳酸濃度在力竭運(yùn)動(dòng)前后均無(wú)顯著性差異;或是吸氧組血乳酸濃度雖低于不吸氧組,但二者沒(méi)有顯著差異。其差異的原因可能在于:血乳酸濃度受多種因素制約,不同研究的運(yùn)動(dòng)方案與干預(yù)條件等對(duì)研究結(jié)果也會(huì)造成影響。

2.2 心 率

彭莉[6]研究發(fā)現(xiàn),高氧干預(yù)條件下力竭后15 min,吸氧組心率比不吸氧組有顯著性下降。受試者運(yùn)動(dòng)后經(jīng)過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)70%的高氧氣體,15 min后吸氧組的心率較不吸氧組顯著下降[13]。有研究[1-2,6]認(rèn)為,吸入高氧后機(jī)體血液氧分壓增高,提高血漿內(nèi)溶解氧與氧擴(kuò)散的能力,血液中的氧彌漫能力增強(qiáng),從而使心臟舒張期增加,心輸出量減少,心肌的耗氧量和代謝率降低,有效改善機(jī)體各器官的供氧狀況,減少心臟負(fù)擔(dān),有效降低心率。與對(duì)照組相比,運(yùn)動(dòng)員通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)99.5%的高氧氣體后,心率出現(xiàn)相應(yīng)下降[8]。但在一些研究[12]中,經(jīng)過(guò)高氧干預(yù)后,常氧組與高氧組的心率無(wú)顯著性變化或是心率出現(xiàn)相應(yīng)增加,這可能與心率指標(biāo)的個(gè)體差異等因素有關(guān)。

2.3 主觀(guān)疲勞感

受試者通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)100%的高氧氣體后,其主觀(guān)疲勞指數(shù)較對(duì)照組有所降低[5]。吸入高氧氣體降低機(jī)體主觀(guān)疲勞,減少機(jī)體疲勞程度,可能與氧氣的供應(yīng)量增多保障機(jī)體各器官的氧供應(yīng),維持各器官的氧合作用,提高氧氣向肌肉細(xì)胞的擴(kuò)散速度,有效緩解代謝產(chǎn)物的堆積有關(guān)[2,5]。Tucker等[14]研究認(rèn)為,受試者通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)40%的高氧氣體后,主觀(guān)疲勞感與對(duì)照組有顯著下降,認(rèn)為吸入高氧可能會(huì)增加機(jī)體抗氧化酶的活力,提高機(jī)體對(duì)自由基損傷的抵抗能力,同時(shí)呼吸額外的氧氣可以補(bǔ)償大腦氧合作用的相應(yīng)減少,促進(jìn)機(jī)體恢復(fù)。

也有研究[8-9]指出:高氧干預(yù)后對(duì)照組與吸氧組的主觀(guān)疲勞感無(wú)顯著差異;或者吸氧組的主觀(guān)疲勞感略有下降,但與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異。這可能與主觀(guān)疲勞感等指標(biāo)受主觀(guān)影響較大有關(guān),因此該指標(biāo)的準(zhǔn)確性略有欠缺,只能作為干預(yù)效果的簡(jiǎn)單參考。

2.4 血氧飽和度

血氧飽和度是反映機(jī)體呼吸循環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)的重要指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)后15 min,吸氧干預(yù)組的血氧飽和度顯著高于對(duì)照組[6]。與對(duì)照組相比,在高氧干預(yù)恢復(fù)后的5 min、10 min、20 min、30 min,吸氧組的血氧飽和度顯著增加[10]。Zinner等[9]研究發(fā)現(xiàn),吸入高氧氣體能提高血氧飽和度,其作用可能是大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后的高氧恢復(fù)可增加血氧含量,提高血氧分壓,改善大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后器官組織的血流狀況,改善血細(xì)胞的流變性,達(dá)到對(duì)機(jī)體各器官、系統(tǒng)代謝及功能的正向調(diào)節(jié)作用[1-2,6,10],從而有效防止血氧飽和度下降,促進(jìn)血氧飽和度恢復(fù)[2,6]。

2.5 運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)

有研究[5]指出,受試者通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)100%的高氧氣體后,能較好地維持運(yùn)動(dòng)中的平均功率輸出表現(xiàn)和峰值功率輸出表現(xiàn)。通過(guò)口罩吸入體積分?jǐn)?shù)70%的高氧氣體后,受試者的功率與峰值功率得到較好維持,功率輸出表現(xiàn)的下降率更低[10]。長(zhǎng)時(shí)間耐力運(yùn)動(dòng)后吸入體積分?jǐn)?shù)40%的高氧氣體,能有效維持受試者蹬車(chē)距離與功率輸出表現(xiàn)[14]。常氧訓(xùn)練后經(jīng)過(guò)高氧恢復(fù),對(duì)維持運(yùn)動(dòng)員平均功率的輸出表現(xiàn)效果更明顯[9]。

吸入高氧氣體會(huì)改善機(jī)體的相關(guān)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn),可能與高氧補(bǔ)充后氧氣供應(yīng)充足,心率較低,從而減少分鐘通氣量,呼吸功能出現(xiàn)節(jié)省化、經(jīng)濟(jì)化有關(guān)。同時(shí),較低的腎上腺素循環(huán)水平,肌肉糖原分解減少,有效維持了機(jī)體的糖原貯備[ 2,5]。當(dāng)氧氣供應(yīng)量增多時(shí),機(jī)體更依賴(lài)脂肪代謝產(chǎn)生能量,可提高機(jī)體對(duì)運(yùn)動(dòng)的耐受性,充分調(diào)動(dòng)機(jī)體的生理潛能,提高機(jī)體的有氧耐力水平[1,14]。呼吸高氧氣體使中樞神經(jīng)得到刺激,導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放,可能會(huì)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[1]。在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域,高氧補(bǔ)充干預(yù)主要針對(duì)循環(huán)運(yùn)動(dòng)、遞增運(yùn)動(dòng)、短時(shí)間最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。高氧補(bǔ)充干預(yù)可能使運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生比常氧情況下略高的最大或次最大功率輸出,并延長(zhǎng)其出現(xiàn)疲勞后的運(yùn)動(dòng)時(shí)間[2,5]。相關(guān)研究中運(yùn)動(dòng)測(cè)試方案很難標(biāo)準(zhǔn)化控制,檢測(cè)指標(biāo)的測(cè)試方法也很難統(tǒng)一,加之實(shí)驗(yàn)條件不同,導(dǎo)致研究結(jié)果不一致,因此需謹(jǐn)慎對(duì)待相關(guān)結(jié)論。

在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域吸入高氧促進(jìn)恢復(fù)的相關(guān)研究中,受試者數(shù)量、訓(xùn)練狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、吸入氧濃度存在較大差異,導(dǎo)致研究結(jié)論不完全一致?，F(xiàn)有研究基本都以男性作為受試者,運(yùn)動(dòng)方案的選擇存在較大差異,不同身體部位(上肢或下肢)的運(yùn)動(dòng),全身或局部的身體運(yùn)動(dòng),以及受試者的個(gè)體差異等[1-2],導(dǎo)致無(wú)法得出高氧氣體吸入對(duì)機(jī)體恢復(fù)的確切結(jié)論,還需更多實(shí)驗(yàn)條件更加嚴(yán)格的后續(xù)相關(guān)研究加以證實(shí)。同時(shí),其恢復(fù)效果也需從生理學(xué)的角度綜合分析。

3 高氧氣體補(bǔ)充禁忌與風(fēng)險(xiǎn)防范

有研究認(rèn)為,高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)雖可增加機(jī)體內(nèi)氧含量,但可能造成氧化損傷。其主要原因在于伴隨體內(nèi)氧含量的增加,細(xì)胞中的氧自由基也隨之增多,氧自由基增多會(huì)攻擊機(jī)體造成相應(yīng)損傷,這種氧的有害作用被稱(chēng)為氧中毒,其主要作用部位是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肺。氧中毒的臨床癥狀包括前胸不適、惡心、嘔吐、頭暈、耳鳴等。這些中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀往往發(fā)生在大腦,通常被稱(chēng)為腦氧中毒癥狀。氧氣的毒性作用還可表現(xiàn)為細(xì)胞呼吸失活、神經(jīng)傳導(dǎo)阻滯、紅細(xì)胞溶血、抽搐、驚厥等[3,15-16]。因此,運(yùn)用高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)時(shí)需預(yù)先有一定的適應(yīng)周期,當(dāng)機(jī)體不適應(yīng)時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮短高氧補(bǔ)充時(shí)間或采取間歇高氧補(bǔ)充方式,改變氧中毒的發(fā)展速度,應(yīng)用時(shí)需注意掌握適當(dāng)?shù)膲毫?、氧體積分?jǐn)?shù)和時(shí)間,避免長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高氧補(bǔ)充和連續(xù)氧壓過(guò)高。建議采用有一定間歇時(shí)間的高氧補(bǔ)充方式,掌握安全時(shí)限,有效防止氧中毒的發(fā)生[6,15-16]。

4 小 結(jié)

高氧氣體補(bǔ)充對(duì)人體運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)的相關(guān)指標(biāo)具有一定的積極作用,對(duì)于運(yùn)動(dòng)后機(jī)體的恢復(fù),高氧氣體補(bǔ)充是一種無(wú)創(chuàng)、有效的干預(yù)手段。

由于個(gè)體差異、運(yùn)動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)及高氧補(bǔ)充方法中各變量的不同,高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)對(duì)機(jī)體運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)效果存在差異。運(yùn)動(dòng)與高氧補(bǔ)充領(lǐng)域的后續(xù)研究可考慮針對(duì)不同年齡、不同身體條件和不同運(yùn)動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)的人群進(jìn)行干預(yù)實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,需進(jìn)行更多高質(zhì)量、大樣本、多指標(biāo)、設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾S機(jī)對(duì)照或自身對(duì)照實(shí)驗(yàn),為高氧氣體補(bǔ)充干預(yù)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)效果提供更準(zhǔn)確的循證醫(yī)學(xué)依據(jù)。同時(shí),需明確高氧氣體補(bǔ)充在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用的絕對(duì)與相對(duì)禁忌證,注重安全風(fēng)險(xiǎn)防范。目前,高氧氣體補(bǔ)充的方式朝著便攜式、小型化方向發(fā)展,如新興的微壓氧技術(shù),安全、有效、可操作性更強(qiáng),從而更好地推動(dòng)其普及應(yīng)用。