低氧运动/训练新动向

摘 要：低氧训练与竞技能力提高、与健康有关的问题一直是国际运动科学的研究热点.以2012年第59届美国运动医学会年会交流论文为例,低氧训练/低氧运动为主题,从低氧运动在健康促进中的研究与应用、低氧训练促进竞技水平研究中的新发现、低氧运动/训练机制研究新进展、低氧运动中的營养补充等四个方面进行综述.2012年AC大会上低氧运动研究涉及医学、航天,体育等领域,人们对其研究涉及诸多内容,低氧运动形式各自存在着相应的适用范围及优缺点,采取有效措施扬长避短发挥低氧运动优势,促进潜能发挥,是本次大会低氧运动的核心理念.

关 键 词：低氧训练；潜能；健康促进

中图分类号：G804.23文献标识码：B文章编号：1007—3612（2012）08—0060—06

低氧训练与竞技能力提高、与健康有关的问题一直是国际运动科学的研究热点.低氧与健康研究包含在21世纪人类面临的“人口、资源、环境和健康”四大问题之中,涉及国家西部大开发,体育运动发展,人民健康水平等多个方面,是一个目前急需加强的研究领域.本文以“hypoxia”为检索词,检索第59届AC汇编题目,发现共有19篇,其中仅一篇为完全医学应用研究（低氧可促进天然以及人工关节软骨（AC）胶原交联,其他18篇均为运动结合低氧的相关研究.本文就低氧训练/低氧运动为主题,综述2012年AC大会最新进展,希望对体育科学研究人员有所裨益.

1低氧运动在健康促进中的研究与应用

低氧运动作为一种有效提高心、肺功能的训练方法和手段,不仅应用于竞技体育领域,也广泛应用于全民健身.近年来,有关低氧运动对健康促进的研究如雨后春笋越来越多,低氧运动能改善心肌缺血和组织利用氧的功能、造血功能、呼吸系统功能、免疫系统功能和有效控体重等,从而促进整体健康和体质水平.然而,低氧作为一种健康促进的手段和方法的具体应用效果还有待进一步研究证实.如何将不同低氧浓度、不同低氧时间,以及与不同运动形式进行有机结合增进大众健康,将是今后低氧运动在健康促进研究的新视点.

1.1耐力训练和慢性间歇性低压低氧可调节肝脏线粒体生物能学一有效抵抗水杨酸诱导的线粒体功能紊乱耐力训练和慢性间歇性低压低氧一直是代谢性疾病以及心血管疾病的防治措施.水杨酸是一类抗炎物质,然而过量水盐酸可导致线粒体急性受损,从而改变肝脏的功能而致病.目前,耐力训练和慢性间歇性低压低氧是否可抵制有毒物质的侵害,调节肝脏线粒体生物能学功能尚无报道.AntonioA.Ascensao对此议题展开研究,28只成年雄性大鼠被分为4组：常氧安静组,常氧一运动组,低氧一安静组,以及低氧-运动组.运动方式：每天进行1h的耐力跑；低氧模式：5h/d,氧分压为49.3kPa；连续5周.结果表明耐力训练和慢性间歇性低压低氧可抵抗水杨酸盐的某些副作用.该研究结果具有重要的临床应用价值.

1.2不同时间的常压低氧训练对久坐男性代谢危险因子的影响代谢综合征是高血压、血糖异常、血脂紊乱和肥胖症等多种疾病在人体内集结的一种状态,它的直接后果是导致严重心血管事件的发生,并造成死亡.目前国际上公认,防治代谢综合征的主要目标是预防心血管病和2型糖尿病的发生,预防措施主要包括生活方式的重塑,如积极运动、减轻体重,必要时给予调脂、降糖、降压等针对性的药物治疗.“Exerciseiedicine（运动是良医）”是AC的核心理念.2012年AC大会上,TakumaMorishima等人研究了不同时间（2周和4周）低氧训练对代谢综合征危险因子的影响,结果表明,和2周相比,4周的低氧训练对提高胰岛敏感性的效果更佳.2周组没有发现葡萄糖耐量显著改善,其可能和胰岛素敏感适应性的个体差异有关.因此,长时间常压低氧训练对代谢综合征的预防提供了新理念.

1.3常压低氧运动对脑氧代谢以及认知行为的影响低氧导致的认知障碍常常被认为和低氧暴露脑氧代谢降低有关.低氧运动是目前常见的一种运动方式,然而其对脑代谢以及认知功能的影响尚无相关报道.因此,Chul—HoKim以8名中年男性为测试对象,进行两组实验：低氧或低氧运动,方案：休息2h,骑车1h,恢复2下小时.低氧浓度：12.5%.研究常压低氧以及低氧结合小强度运动对脑氧代谢以及认知行为的影响.结果表明：和低氧相比,低氧运动导致血氧饱和度以及脑氧代谢明显降低；此外,低氧环境下,认知行为有所下降,但是低氧结合小强度运动后认知行为没有发生改变.因此,低氧运动可减轻低氧诱导的认知功能损害,对大脑功能有保护作用.

1.4卧床休息结合低氧对骨骼肌氧化机能的影响

近年来,随着航天事业的迅猛发展,航天飞船舱内环境对机体的影响日益成为科研工作者关注的焦点问题.意大利乌迪内大学DesySalvadego等人模拟航天飞船舱内环境,研究了10d常压卧床休息（BR）和低氧（H）（氧分压12.5kPa,相当于海拔4000m）暴露对机体骨骼肌氧化代谢的影响.结果表明,控制心血管氧运输能力限制因素,单腿膝关节屈伸运动后BR组以及H—BR组的肺最大摄氧量,以及骨骼肌最大氧运输能力下降程度相似.H—BR组骨骼肌氧化代谢能力（骨外侧肌纤维活检后,使用高分辨率呼吸运动计量法,分析线粒体呼吸机能改变）升高；BR组无变化.卧床休息结合低氧可提高体外线粒体机能,推测可能是一种低氧调节的补偿机制.

1.5模拟飞机舱低氧和脱水条件,小强度运动训练对循环系统应答的影响2001年Lapostoll曾报道,飞行时间超过6h后机体发生深静脉栓塞或肺血栓的概率就会增加.2004年,Greenleaf等人进一步报道：飞机舱内恒定的氧分压以及空气湿度的下降会导致脱水、低血容量、血液粘稠度增高,以及腿部静脉血流量的降低.2005年,Greenleaf等人从运动防治该现象的角度进行研究,结果发现：每15min,进行3min的小强度运动并不能防御动脉血栓的形成.本次AC年大会上SteveP.Hunter等人改变运动模式,探索研究模拟飞机舱长时间坐位过程中,间歇性小强度足部屈伸运动对对机体循环系统应答的影响.结果表明,运动后即刻心率,舒张压,以及动脉血流速度的峰值增加.运动后5min心率仍然较高,而动脉血流速度峰值和对照组没有差异,推测股动脉处检测动脉血流速度峰值,可能其敏感性欠佳.该运动模式或更高强度/频率的运动负荷对心血管保护的潜在益处（如对微循环以及软组织肿胀的影响等）尚需进一步研究.2低氧训练促进竞技水平研究中的新发现

低氧训练是利用低氧仪在平原条件下模拟不同海拔高度的高原低氧环境,对运动员进行适宜的低氧刺激,以提高运动员有氧代谢能力和抗缺氧能力的一种训练方法.鉴于低氧训练具有可发掘机体最大潜能,促进机体提高有氧代谢能力等的优势,目前低氧训练相关研究引起了国际体育科学界的极大关注.在低氧训练成为竞技体育一种辅助训练手段的同时,如何有效地使用该方法提高运动能力?通过何种手段进一步激发低氧训练的最大潜能和提高机体极限做功能力?必将是今后体育科研工作者的研究热点.

2.1缺血预适应不能促进海平面或急性常压低氧暴露下自行车运动能力缺血预适应指反复短暂的心肌缺血对心肌产生保护作用,使心肌对更长时间缺血的耐受性增强,这一现象称心肌缺血预适应（is—chemicpreconditioning,IPC）.动脉血氧浓度不足会影响运动成绩,缺血预适应对动脉血氧浓度的提升作用可能有助于运动成绩的提高,然而目前尚无相关的报道.ElizabethA.Hittinger等人研究了在海平面以及急性常压低氧环境下,低氧预适应对肺功能以及自行车最大运动机能的影响,然而并没有发现阳性结果,推测可能和IPC影响肌肉组织的有限数量有关,缺血预适应提升运动能力的研究有待进一步核实.

2.2急性重度低氧暴露运动至力竭,氧合作用可促进机能增进：安慰剂起作用吗?急性低氧力竭状态下,吸入富氧混合气体可迅速减轻疲劳.然而,这种促进机能增进的氧合作用最低水平为多少,目前并不清楚.此外,为了避免实验误差,这个问题的解决亦需要排除安慰剂的作用.研究结果表明,急性低氧暴露下,递增负荷运动至力竭时,氧合作用的增加可减轻疲劳状况；但是,一定程度上安慰剂的效果同样存在,表明中等程度或重度低氧暴露运动至力竭时,中枢疲劳是主要机制.

2.3相同血液氧分压情况下,和常压低氧相比,低压低氧对计时赛运动能力影响较大已有的研究表明：相同血液氧分压情况下,常压低氧（NH）和低压低氧（HH）的肺通气量,动脉氧饱和度,以及心率均有所不同.BethA.Beidleman进一步研究了相同血液氧分压（92mmHg,4300mequivalent）情况下,NH以及HH对计时赛成绩的影响是否有所不同.17名受试者暴露于HH,6名暴露于NH,受试者进行720kJ的功率自行车计时赛,每5min记录一次心率,氧饱和度,以及自我感觉疲劳度.结果表明,两种状况下,尽管心肺功能应答相似,但是低压低氧较大程度上降低了计时赛运动能力.

2.4高强度间歇性运动过程中间歇性低氧/高氧对耐力决定因素的影响与常氧运动相比,高氧运动可提高运动能力,降低安静期血乳酸浓度；而低氧运动可提高心输出量,心率,肺通气量,以及交感-肾上腺系统活动水平.高强度间歇训练（HIT）既可增强有氧代谢,亦可促进无氧代谢,进而提高ATP活性、增加工作肌能量来源.HIT训练过程中间歇性吸入常氧或高氧气体可能对身体耐力决定因素产生不同的效果.TingYaoWang就此问题展开研究,比较在HIT过程中,低氧（16%O2）,常氧（20.9%O2）,或高氧（60%O2）的吸入（每周进行3d气体干预,连续两周）对最大摄氧量,通气阈,以及疲劳时间的影响.该研究表明HIT过程中,和吸入常氧相比,间歇性吸入低氧更有利于提高有氧代谢能力.相反,高氧却抑制有氧代谢能力.

3低氧运动/训练机制研究新进展

机体对不同程度的低氧训练有不同的适应方式,可通过整体水平代偿机制调节来适应低氧训练,如呼吸频率加快、增加肺通气、心肌代偿性肥厚、心泵功能加强、肺泡——血液、血液——组织的气体弥散加快,加强毛细血管的持久性扩张等.此外,亦通过对细胞代谢的调整和许多抗低氧因子诱导,从分子水平上来适应低氧训练环境.尽管目前有关低氧运动/训练影响机能机制的研究如过江之鲫,但仍存在诸多的研究盲点,有待进一步系统全面的论证.了解低氧运动/训练影响机体机能的相关机制,将有助于低氧运动/训练在运动实践中的进一步推广和应用.

3.1急性严重低氧环境下全速跑运动可升高As160磷酸化水平Akt又称PKB,即蛋白激酶B,是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在细胞存活和凋亡中起重要作用.Akt激活As160（Akt底物,160kDa）,进而促进GLUT4转位和肌细胞对葡萄糖的吸收.低氧运动可促使肌肉葡萄糖摄取量增加,机制和“Akt通过Ser473,Thr308位点的磷酸化被激活”有关.尽管Akt磷酸化的这两个位点被独立调节,但有报道指出两个位点同时被磷酸化时,Akt活性较高.全速跑可诱发Ser473位点的Akt磷酸化,进一步促发As160的磷酸化,后者有利于肌肉葡萄糖的摄取.DidMorales-Alamo进一步探究了急性严重低氧暴露下全速跑对骨骼肌Akt/AS160磷酸化水平的影响.结果表明,急性严重低氧暴露下,等速全速跑产生的信号应答和常氧下相似,但是,AS160磷酸化的程度更高.该研究从As160磷酸化角度解释了低氧暴露对机体的影响机制.

3.2低氧运动对机体代谢基因表达的影响低氧可能是促进新陈代谢的一个潜在因素,但有关机制尚缺乏系统的研究.DustinSlivka等人研究了急性低氧暴露（分别相应于975m和3000m海拔高度）下进行60%VO2max强度运动后,运动前以及运动后4h,从股外侧肌取样,进行肌肉活检,使用real—timePCR的方法进行无氧和有氧代谢相关基因表达的检测.发现两种浓度低氧暴露运动后,尽管两组间血氧饱和度不同,但所检测的代谢基因（COX,HIF,PGCl,FIS,MFN,OPA,HKorPFK）表达并无差异.低氧对机体代谢基因表达的影响仍有待大量研究证实.

3.3剧烈运动过程中适度低氧不会降低肌肉氧摄入量已有研究报道,低氧暴露自行车运动过程中肺部摄氧量降低,表明在运动过程中氧运输能力受到限制.然而,低氧暴露运动过程中肌肉水平的摄氧量和氧运输是否受影响?MikaelSander等人让受试者在进行剧烈运动中吸入低氧气体（FiO2等于0.13）,观察血氧运输能力的下降是否导致收缩肌内氧摄入量的降低.结果表明,尽管低氧暴露,双腿膝关节进行剧烈的伸屈运动会导致血氧运输能力下降20%-30%,但肌肉氧摄入量以及无氧乳酸代谢并不受影响,因此正常氧分压状态下剧烈运动也不会影响肌肉氧运输量.3.4急性低氧暴露对运动诱导的血液氧化应激指标的影响低氧暴露可降低运动能力或降低最大运动负荷.运动和高原的相关研究表明他们可引发细胞低氧,这种作用既是相互独立,又是相互交错的.GrahamR.McGinnis等人验证了密闭舱中不同浓度的低压低氧暴露对不同强度运动诱导产生的血液氧化应激的影响.12位男性受试者进行递增负荷力竭实验,分别在相同氧分压不同低氧浓度975m（10wALT）和3000m（highALT）的密闭舱中测试最大摄氧量和最大功率.受试者以相应条件下60%最大摄氧量的强度进行运动,依次完成3min（10wlNT）和60min（highINT）的运动,分组情况如下：lowALT：highINT,lowALT：lowINT,以及highALT：lowINT.结果表明低氧暴露的浓度是运动过程中氧化应激应答增高的主要影响因素.

3.5特殊的应激方式如运动,高温,以及低氧均可导致体内发生一系列的生理生化反应,然而,如果这些应激状况同时发生,生理生化应激指标如何应答?这一领域是近年来运动科学研究领域关注的焦点,对运动员以及军事化训练具有重要意义.2012年AC—大会上两位学者报道了联合应激方式对生理生化指标的影响.

3.5.1高温、低氧暴露下亚极量运动导致热休克蛋白72叠加性升高DouglasM.的研究结果发现和单纯高温环境下亚极量运动,以及低氧暴露下亚极量运动相比,高温结合低氧暴露的亚极量运动会使HSP72进一步增加,产生叠加作用,这有利于降低细胞的损伤程度,使机体的一种保护性行为.

3.5.2

高温、低氧暴露下长时间运动导致心率和RPT叠加性升高MichaelJ.Buono等人的研究结果表明单纯高温环境下长时间运动和单纯低氧暴露下长时间运动均导致心率以及主观体力感觉等级（RPE）的升高,而高温和低氧暴露的结合导致心率以及RPE升高呈叠加效应,但是各组之间核心温度没有改变,表明心率以及RPE升高和体温无关.

3.6控制身体姿势变量后急性低氧暴露不会降低核心温度有研究表明急性低氧暴露可以导致机体核心温度的降低.推测其机制和代谢速率降低,以及皮肤血流增加有关.然而,也有研究表明核心温度的降低和身体姿势有关,而以往有关低氧降低核心温度的文章并没有控制身体位置因素.KayliDalton对此问题进行了研究,10名健康成年受试者,受试者呼吸常氧（20.9%）2h,低氧1h,同时设计了一系列身体姿势的改变.核心温度和皮肤血流量每5min检测一次.研究结果表明改变身体姿势后,急性低氧不会降低核心温度,因此,有关低氧改变机体核心温度的研究需要排除身体姿势影响因素.该文章从方法学角度提示低氧研究中存在的问题,对相关研究具有借鉴作用.

4低氧运动中的營养补充

合理膳食及科学營养品补充可保证运动员最佳的營养状况,可为运动员进行高强度运动训练和比赛提供坚实的物质和能量支撑；延缓疲劳出现、加快运动疲劳的消除及运动后的体能恢复；调节运动员的情绪和心理.合理膳食和科学的營养补充是运动员制胜和保证身心健康的关键.运动员进行低氧训练,经受环境的缺氧刺激和训练负荷的双重刺激,容易达到超负荷刺激,如果掌握不好,容易出现疲劳、伤病等.在低氧运动/训练成为体育科学研究中不可或缺组成部分的当代社会,如何针对低氧训练的自身特点为其提供有效的營养辅助措施?如何更好的促进低氧训练潜能发挥?2012年AC大会上相关报道已初见锋芒,今后几年内众多体育科研工作者亦将会趋之若鹜.

4.1常氧和低氧暴露补充硝酸对机体的影响低氧暴露最大氧化应激代谢速率降低,表现为运动后磷酸肌酸（PCr）恢复速率降低.一氧化氮（NO）起着信使分子的作用,可调节低氧状态下血管扩张,并调控线粒体O2消耗.饮食中补充硝酸盐,可增加亚硝酸盐以及NO生物活性,进一步提高低氧运动过程中肌肉的氧运输量.已有研究表明硝酸盐的补充可缓解低氧对运动耐量的影响,并有利于恢复PCr活性.然而,补充硝酸盐对肌肉能量代谢影响和/或提高氧运输的作用目前尚无报道.因此,AnniVanhatalo研究了有限氧浓度条件下,饮食补充硝酸盐对肌肉能量代谢以及血流的影响.该研究发现,通过饮食中补充硝酸盐这一简单举措,可增加机体NO活性,从而改善低氧对肌肉动力学以及运动耐量的不利影响.因此,通过饮食补充硝酸盐可增强高原训练的运动耐力,以及肌肉的氧运输能力.该研究结果对运动训练实践具有参考价值.

4.2补充大蒜对低氧运动的影响低氧导致肺血管收缩,通气量不足.肺泡和血管系统之间交换面积的降低导致血氧量下降,有氧运动能力降低.药物性肺血管扩张可降低肺血管收缩的程度,从而降低肺动脉压,增加血氧量,提高运动成绩.大鼠实验表明大蒜具有降低肺血管收缩的作用.因此,DidMorris等人研究了大蒜的补充摄入是否对低氧运动中血氧饱和度以及有氧运动成绩产生影响.研究对象为10名男性,年龄（21±3）岁,首先在常氧环境下进行递增负荷力竭实验,确定力竭时间,最大摄氧量,以及力竭时的氧饱和度.然后,受试者补充大蒜4650mg/d,为期1周；接下来,低氧环境（PIO2等于90Torr）下进行递增负荷力竭实验.实验结束后,经过1周的洗脱期,开始对照实验,条件相同,受试者补充安慰剂.结果表明,急性低氧暴露,补充为期1周的大蒜对于递增性力竭运动过程中的血氧饱和度,最大摄氧量,或运动至力竭的时间均无作用.

综上所述,2012年AC大会上低氧运动研究涉及医学、航天,体育等领域,人们对其研究涉及诸多内容,如不同的低氧浓度、运动方式、營养及恢复措施等.关注低氧运动对机体的影响及其机制,采取有效措施扬长避短发挥低氧运动优势,促进潜能发挥,是本次大会低氧运动的核心理念.览视本次大会研究成果,可发现低氧运动有助于代谢性疾病以及心血管疾病的防治；合适的營养补给有助于提高低氧运动的耐力以及肌肉的氧运输能力；低氧运动可减轻认知功能损害,对大脑功能有保护作用；运动过程中间歇性吸入低氧气体更有利于提高有氧代谢能力；和常压低氧相比,低压低氧对运动能力损害较大；低氧训练提高机体机能的机制和低氧暴露促进AS160磷酸化有关；此外,多种特殊应激方式的叠加也会导致生理生化反应的叠加.低氧运动形式各自存在着相应的适用范围及优缺点,如何采取多种形式的模式,进行阶梯式协作的低氧运动新模式是提高训练实效,促进健康,改善体质的有效策略,也将是今后低氧运动/训练相关研究的重中之重.