大強度間歇訓練與一般有氧訓練對男子皮艇運動員神經(jīng)-免疫應答特征的比較

王玉新，施田佳媛

近年來， 運動對神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)功能的影響受到越來越多的關注。 自主神經(jīng)系統(tǒng)（Autonomic Nervous System, ANS） 是決定機體對運動反應和適應的重要因素，ANS 通過應答反應來維持由運動應激引起的機體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的變化。 心率變異性（Heart Rate Variability, HRV） 作為反映自主神經(jīng)活性及交感與副交感神經(jīng)平衡狀態(tài)的經(jīng)典指標， 被廣泛應用于評定運動員機能狀態(tài)及疲勞診斷[1-2]。HRV 通過測量連續(xù)R-R 間期變化的變異， 反映心率變化程度，這種變化和波動可精確地反映ANS 對心血管系統(tǒng)的調(diào)控及應答。兒茶酚胺是人體內(nèi)重要的神經(jīng)遞質(zhì)，是反映交感神經(jīng)活性的主要指標， 在機體心血管和神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用， 主要包括腎上腺素（Adrenaline, ADR）、去甲腎上腺素（Noradrenaline,NE）和多巴胺（Dopamine, DA）[3-4]。 研究發(fā)現(xiàn)免疫細胞內(nèi)有兒茶酚胺受體， 自身也能合成兒茶酚胺[5-6]。免疫系統(tǒng)是人體抵御病原體入侵的主要防御系統(tǒng)，如果免疫系統(tǒng)功能下降，機體患病率將大幅升高[7]。有研究表明，中、小強度運動能改善機體免疫系統(tǒng)的功能，對提高人體免疫能力起到積極作用[8-9]。 而強度較大的運動則會對機體免疫功能造成損傷從而形成免疫抑制，出現(xiàn)免疫開窗期[10-11]。

一般有氧訓練（Aerobic Training, AT）和高強度間歇訓練（High Intensity Interval Training, HIIT）常被皮劃艇、賽艇、自行車等作為提高運動能力的常用訓練手段應用在不同訓練階段[12]。 HIIT 被定義為接近“最大”努力，通常是訓練強度≥80%VO2max（85%～95%）時的最大心率， 且每兩次練習之間安排使練習者不足以完全恢復靜息或低強度練習的訓練方法[13]。 AT 大多設定在50%～75%VO2max對應的心率[14]。 目前國內(nèi)外研究表明，經(jīng)過8 周長時間有氧遞增負荷訓練后，運動員ANS 功能情況得到改善，表現(xiàn)為安靜狀態(tài)下迷走神經(jīng)和交感迷走神經(jīng)綜合調(diào)節(jié)得到提高[15]。 對高水平運動員，HIIT 可顯著提高糖氧化供能效率、脂肪氧化率以及骨骼肌緩沖能力， 對提高運動成績具有重要的作用[16]，但針對HIIT 后高水平運動員的神經(jīng)和免疫研究較少。鑒于此，本研究探討皮劃艇運動員HIIT 和AT 訓練后神經(jīng)和免疫的應答特征，在提高運動成績的同時關注運動員神經(jīng)和免疫方面的變化，更進一步豐富皮劃艇機能監(jiān)控指標體系。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以上海男子皮艇隊8 名一線運動員為研究對象，年齡（17.75±2.05）歲，身高（182.86±4.16）cm，體重 （79.36±13.26）kg， 身體健康且無任何心血管疾病。教練員和運動員均清楚本研究內(nèi)容，且自愿參與本試驗。

1.2 主要訓練內(nèi)容

對受試者進行逐級遞增負荷實驗測定VO2max，并以50%～60%VO2max、80%～95%VO2max對應的心率，制定訓練方案。 AT 和HIIT 分別進行2 周，每周9 節(jié)訓練課， 每周平均訓練量保持在60～80 km；AT 以水上60 min 長劃為主要訓練手段，速度為50%～60%VO2max對應心率，2 周AT 后繼續(xù)保持一定的訓練量， 以達到身體機能穩(wěn)定狀態(tài)，6 周后再進行2 周HIIT 訓練；HIIT 以水上100 m×20 次或1 min×10 次為主要訓練手段， 速度要求為80%～95%VO2max對應的心率。 受試者均按照試驗要求完成訓練。

1.3 測試指標及方法

分別在HIIT 和AT 前后次日晨6：30（為減少生物節(jié)律的影響，測試為同一時間，安靜環(huán)境，無日間活動影響，室溫在20～25℃，濕度45%～50%）進行安靜狀態(tài)下仰臥位短時程5 min HRV 測試，并保證運動員在測試前一天有充足的睡眠，為保證HRV 與兒茶酚胺指標的同步性，運動員在HRV 測試結束即刻空腹安靜狀態(tài)下取肘靜脈血， 用于淋巴細胞亞群和血漿兒茶酚胺的測量。 HRV 指標包括時域指標：反映HRV 變化的R-R 間期標準差 （Standard Deviation of the NN Interval, SDNN）、反映副交感神經(jīng)活動的相鄰R-R 間期差值均方根 （Root Mean Square Successive Difference, RMSSD）、反映副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力的相鄰間期的差值標準差 （Adjacent Normal RR Interval of the Difference Between the Standard Deviation, SDSD）；頻域指標：總功 率（Total Power, TP）、反映副交感神經(jīng)調(diào)節(jié)能力的高頻功率 （High Frequency, HF）、 反映交感神經(jīng)活性為主的低頻功率（Low Frequency, LF）及其比值。 以Omega wave 運動員實時機能狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)進行HRV 測試。

分別在HIIT 和AT 前后測試HRV 后即刻空腹狀態(tài)下取肘靜脈血，其中，以2 mL 乙二胺四乙酸二鉀抗凝，測量T 淋巴細胞（T%）、B 淋巴細胞（B%）、NK 細胞百分比（NK%）及CD4+淋巴細胞（CD4+%）、CD8+淋巴細胞（CD8+%）和兒茶酚胺類指標，ADR 和NA，以酶聯(lián)免疫吸附法測量，試劑盒采購自上?？ㄅ锟萍加邢薰?。 所有指標的測試均采用雙管測試，結果取平均值。 為了保證數(shù)據(jù)準確性，各指標均使用同一批次試劑盒， 由同一人在同一時間段完成所有指標的測試工作。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS21.0 進行數(shù)據(jù)分析。 所有結果以平均數(shù)±標 準 差 表 示， 呈 負 偏 態(tài) 分 布 的TP、HF、LF 和RMSSD 經(jīng)自然對數(shù)變換后進行分析。以重復測量方差分析比較HIIT 和AT 兩種訓練組間各指標變化的差異，以配對樣本T 檢驗比較每次訓練前后各指標的差異。 顯著性水平為P＜0.05,極顯著性水平為P＜0.01。

2 研究結果

2.1 HIIT 和AT 前、后HRV 變化

如表1 所示，2 周訓練后，AT 組運動員時域指標SDNN、RMSSD 有不同幅度下降，HIIT 組運動員SDNN 升高，RMSSD、SDSD 有不同幅度下降， 但以上變化均無顯著差異；AT 組運動員頻域指標TP、LF、HF/LF 均 有 不 同 幅 度 下 降，HF 升 高；HIIT 組 運動員TP、HF、LF 和HF/LF 有不同幅度下降， 但均無顯著差異。且AT 組和HIIT 組運動員間TP、HF、LF、HF/LF、SDNN、RMSSD、SDSD 的變化均無顯著交互效應。

表1 HIIT 和AT 前、后SDNN、RMSSD 的變化Table1 Changes of SDNN and RMSSD before and after HIIT and AT

2.2 HIIT 和AT 前、后淋巴細胞亞群的變化

如表2 所示，2 周訓練后，AT 組運動員B%、CD8+%有不同幅度下降，T%、NK%、CD4+%、CD4+/CD8+有不同幅度升高，且T%、CD8+%有統(tǒng)計學上顯著差異；HIIT 組運動員T%、CD4+%、CD4+/CD8+有不同幅度下降，B%、NK%、CD8+%有不同幅度升高，B%、CD4+%、CD4+/CD8+表現(xiàn)出統(tǒng)計學上的顯著差異；且AT 組與HIIT 組運動員B%、CD4+%、CD8+%、CD4+/CD8+有顯著交互效應。

表2 AT 與HIIT 訓練前、后T%、B%、NK%的變化Table2 Changes of T%, B%, and NK% before and after AT and HIIT training

2.3 HIIT 和AT 前、后兒茶酚胺指標的變化

如表3 所示，2 周訓練后，AT 組運動員ADR、NE 均有不同幅度下降，HIIT 組運動員ADR、NE 均有不同幅度上升，無統(tǒng)計差異；AT 組與HIIT 組組間NE 有顯著交互效應。

表3 AT 與HIIT 訓練前、后ADR、NE 變化Table3 Changes of ADR and NE before and after AT and HIIT training

3 分析與討論

本研究發(fā)現(xiàn)， 經(jīng)過2 周訓練后，AT 對運動員神經(jīng)和免疫系統(tǒng)功能影響較小，但在HIIT 后ADR、NE升高，特別是與AT 相比較，NE 存在較大差異。 AT和HIIT 兩種訓練方法對運動員HRV 影響較小，但HIIT 訓練對運動員免疫系統(tǒng)B%、CD4+%、CD8+%和NE 產(chǎn)生應答反應。

3.1 AT 和HIIT 對運動員ANS 的影響

HIIT 作為提高有氧運動能力的一種特殊訓練手段被應用于訓練中，HIIT 的特點是短時間的劇烈運動，期間穿插休息或低強度的積極恢復間歇。有研究表明，以2 min 90%VO2peak強度，間歇1 min，進行為期4 周HIIT 訓練是提高短距離皮劃艇運動成績的有效訓練手段， 中等強度訓練可以提高皮劃艇中長距離成績和有氧運動能力[12]。正常情況下，下丘腦自主神經(jīng)中樞通過交感和副交感實現(xiàn)了對周圍血管和心腦控制的平衡[17]。 有研究表明，8 周有氧遞增訓練后， 運動員安靜狀態(tài)下迷走神經(jīng)系統(tǒng)對心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)得到增強， 交感迷走神經(jīng)綜合調(diào)節(jié)作用得到 增 強[15]。 Calegari 等[18]研 究 發(fā) 現(xiàn)，以55%VO2max強度持續(xù)跑步60 min 也能改善小鼠交感神經(jīng)系統(tǒng)。 當訓練負荷較大時，HRV 總體水平會降低， 反映交感神經(jīng)指標的LF 升高，反映迷走神經(jīng)的HF 降低[19]。本研究中2 周訓練后，AT 組運動員HRV 指標LF 和LF/HF 升高，這提示運動員交感神經(jīng)和HRV 總體水平提高，ANS 對心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強，HIIT組運動員副交感神經(jīng)和心率變異性水平總體下降，這也與前人的研究結果較為一致。

3.2 AT 和HIIT 對運動員兒茶酚胺的影響

兒茶酚胺是一類以鄰苯二酚為基本結構的胺類，這類神經(jīng)遞質(zhì)主要由ADR 和NA 組成。 交感神經(jīng)節(jié)后纖維也合成NA， 其釋放的去甲腎上腺素是循環(huán)血中去甲腎上腺素的主要來源。研究表明，當運動強度過大時，運動員兒茶酚胺濃度會明顯升高，這一表現(xiàn)與心率增加、血壓上升、血糖升高及調(diào)動免疫系統(tǒng)密切相關， 通過動員各器官系統(tǒng)的功能去適應當前運動的需求。 當機體應激狀態(tài)結束或機能狀態(tài)較好時，血兒茶酚胺的濃度變化減小[20-21]。 有研究指出，機體兒茶酚胺分泌增加引起細胞能量的耗竭、乳酸等代謝產(chǎn)物的累積以及蛋白質(zhì)分解過度[22]。 本研究中， 在2 周HIIT 后運動員血漿ADR 和NA 升高較多，這表明HIIT 后運動員交感神經(jīng)和中樞興奮性明顯偏高，機體對訓練負荷刺激的應激反映增強，提示運動員在HIIT 后機體產(chǎn)生應答反應。 且AT 組和HIIT 組間NA 有顯著交互效應， 出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是運動員在受到HIIT 的刺激， 使機體心率增加、血壓上升、肌肉中乳酸等代謝產(chǎn)物堆積，從而引起血兒茶酚胺濃度升高，細胞能量耗竭，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性增強。 相反，AT 組血漿兒茶酚胺的分泌量增加， 主要表現(xiàn)為血漿ADR 和NA 濃度快速降低，表明運動員在進行AT 時， 交感神經(jīng)和中樞神經(jīng)的興奮性明顯偏低，機體對訓練負荷的應激反應減弱。這一結果提示AT 對運動員機體造成的刺激較小，交感神經(jīng)興奮性降低，減少心肌耗氧量，降低心臟工作負荷。 而HIIT 后兒茶酚胺表現(xiàn)出明顯的應答反應，機體需逐漸適應大強度訓練而引起的機體應激。

3.3 AT 和HIIT 對運動員淋巴細胞亞群的影響

中、小強度有氧運動可以提高機體免疫功能，降低感染疾病的風險， 而劇烈運動或超負荷訓練則會暫時抑制免疫功能， 導致運動性免疫抑制發(fā)生[23-24]。研究發(fā)現(xiàn)，高強度劇烈運動可誘導淋巴細胞凋亡，并造成外周淋巴細胞數(shù)量降低。 高強度運動能夠產(chǎn)生高濃度乳酸，誘導反應和氧化應激，激活下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸促進腎上腺皮質(zhì)釋放皮質(zhì)醇而引起機體應激反應[25]。 中等或者適當運動強度可提高T 淋巴細胞表現(xiàn)出積極的免疫應答[26-27]，大強度或力竭運動可導致T 淋巴細胞亞群總數(shù)下降，CD4+/CD8+降低，機體免疫機能下降[28-29]。陳思宇等[30]指出，中等強度運動能夠增強免疫系統(tǒng)的功能，60%VO2max以上強度的運動可抑制免疫系統(tǒng)功能。 Tuan 等[31]的研究表明，男子長跑運動員以85%VO2max強度，每次運動30 min， 持續(xù)3 d 后， 淋巴細胞凋亡率顯著性升高。中等強度運動能夠改善免疫功能[9,32]，但大強度運動后，對機體免疫功能造成損傷并形成免疫抑制，出現(xiàn)免疫開窗期[9-10]。 強度較大的訓練造成運動員免疫能力下降， 不僅會導致高水平運動員呼吸道疾病患病率顯著上升[33]，也會提高消化道癥狀的發(fā)生風險[24]。大強度運動可能造成細胞損傷和運動器官損傷，進而引發(fā)炎癥反應[34]。 本研究2 周訓練后，AT 組T%、CD8+顯著下降，NK、CD4+、CD4+/CD8+有不同幅度上升；而HIIT 組CD4+、CD4+/CD8+顯著下降，且B%、CD4+、CD8+、CD4+/CD8+有 顯 著 交 互 效 應，2 周AT后，T 細胞增殖能力顯著上升，提示機體免疫系統(tǒng)有改善。 HIIT 后因消耗體內(nèi)大量糖原，導致中性粒細胞對糖原的需求不能被完全滿足， 從而對免疫系統(tǒng)造成抑制。 基于以上研究結果，可知AT 能夠使免疫系統(tǒng)功能增強，隨著運動訓練強度的增加，免疫系統(tǒng)因運動強度過大而受到損傷， 造成運動性免疫抑制刺激程度加深。

3.4 小結與建議

本研究結果發(fā)現(xiàn)，2 周AT 和HIIT 對運動員神經(jīng)系統(tǒng)影響較小，但HIIT 對機體免疫系統(tǒng)會產(chǎn)生應答反應，說明機體反應快，機能變化迅速，需要提早進行干預，以免機體過早出現(xiàn)開窗期。Liugan 等[35]發(fā)現(xiàn)， 富含有維生素C 的水果能夠提高免疫系統(tǒng)功能， 每天攝入至少200 mg 維生素C 可降低呼吸道感染的風險。 Prasertsri 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)4 周攝入腰果梨汁3.5 mL/kg/d 能使以85%VO2max強度運動后的白細胞和中性粒細胞計數(shù)增加。 益生菌已被證實可通過上調(diào)吞噬細胞和自然殺傷細胞活性來增強免疫，并通過改善T 淋巴細胞和B 淋巴細胞的功能來增強獲得性免疫[37]。Zahorec[38]研究發(fā)現(xiàn)，全身超低溫冷療可將抗炎細胞因子IL-10 的濃度增加至基線水平的2 倍， 對照組無變化；IL-1β 濃度下降了80%，而對照組只下降了50%。 單次和多次超低溫冷凍治療干預可提高部分淋巴細胞和免疫球蛋白的活性，改善因大強度訓練而造成的機體免疫抑制、 免疫失衡狀況；還可以激活部分細胞因子的表達，在抵抗、減輕肌肉炎癥等方面有良好的效果， 提高機體的免疫功能[39]。 綜上所述，運動員在進行HIIT 后要及時采用飲食、營養(yǎng)品和超低溫全身冷凍治療等方式進行干預，盡量避免機體長時間處于免疫抑制狀態(tài)，在提高運動水平的同時能夠減少運動免疫抑制的發(fā)生。

4 結論

與AT 相比，HIIT 對免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響更大，但兩者對神經(jīng)系統(tǒng)影響均較小。 在競技體育訓練過程中，運動員進行高強度間歇訓練后，建議及時通過飲食、營養(yǎng)品等手段進行干預，避免運動員出現(xiàn)免疫功能下降的現(xiàn)象。