瞿超艺, 冯亦唯, 徐旻霄, 赵丽娜, 耿 雪,赵翠翠, 覃 飞, 赵杰修

(1.国家体育总局体育科学研究所,北京 100061; 2.北京体育大学,北京 100084;3.上海体育学院,上海 200438)

高氧气体是指以空气为基础、氧体积分数高于21%的呼吸气体。借由气瓶或气舱中的氧体积分数增加、氮体积分数减少,机体减少吸入的氮气,增加吸入的氧气,将可以增加吸入氧体积分数或高于常氧条件氧含量的气体称为高氧气体[1-2]。吸入高体积分数氧气作为一种特殊的物理手段,用于改善睡眠与精神状态,临床上已成为一门应用学科,其对休克、缺氧等疾病有很好的治疗效果[3]。同时,高氧气体补充具有多种形式,包括高氧气体补充面罩、氧气罩/氧气笼、鼻塞、鼻腔和鼻咽部氧气补充、高压氧、微压氧等[4]。不同的高氧补充形式有不同的优缺点与适应情况,需因人而异。

当前,促进运动员快速恢复成为运动领域的重要课题。由于高氧气体补充干预在临床治疗中有效,国内外学者[5-6]尝试将高氧气体补充干预作为运动员训练后的恢复手段,探究其能否促进运动后机体的恢复。现有研究[1-3]关于高氧气体补充干预对促进运动恢复的有效性结果不一,其干预效果还存在争议。在竞技体育对恢复方法与手段要求愈发精益求精的背景下,恢复方式的迅速性与有效性至关重要。基于此,本文针对高氧气体补充干预对人体运动后恢复相关指标的作用进行综述,探究高氧气体补充干预对人体运动后恢复的可能作用及相关原因,为后续研究提出建议与展望,为高氧气体补充干预恢复方式的更好应用提供参考。

1 高氧气体补充对机体的可能影响

研究[1-2]指出,高氧气体补充能针对机体的氧运输系统、血流量分布、肌肉活动、耐力训练效果、运动耐受能力等产生相应的正向影响。运动实践中,运动员可在3种状况下通过吸入高氧气体促进恢复:运动过程中吸入高氧气体能改善运动表现;运动间歇吸入高氧气体能促进恢复;训练期间吸入高氧气体可增强训练效果[1-2,7]。高强度运动环境下机体的运动表现在很大程度上取决于环境中的氧体积分数、血红蛋白的氧结合曲线、血液到组织的氧气运输能力及线粒体的氧利用率[1-2]等。机体短期或长期吸入高氧气体,血红蛋白、血氧饱和度及血液释放溶解的氧气量增加,可能引起机体代谢、心肺、激素、血液、神经、主观感觉的相应变化,如图1所示。

2 高氧气体补充对运动恢复相关指标的可能影响

新技术的发展使训练中和训练后使用高氧气体作为增强训练效果的辅助手段成为可能。运动员通过佩戴口罩在运动中和运动后可以从固定或便携式的设备中吸入体积分数更高的氧气[1-2]。呼吸高氧时,氧运输系统能力、乳酸代谢能力、功率输出表现和耐力运动中的耐受能力可得到相应改善。其功能状态改善背后的生理机制虽未完全阐明,但可能与更高的氧气输送能力和相对减少了疲劳程度等有关[1-2,7]。

2.1 血乳酸

通过口罩吸入体积分数99.5%或100%高氧气体后,机体的血乳酸含量下降,通过吸氧加快了血乳酸的清除[8-9]。运动后即刻通过口罩吸入体积分数70%的高氧气体30 min后,与对照组相比,吸氧组的乳酸清除速率增大,其原因可能是运动后吸入高氧增加了血液氧含量,减缓了运动后的氧债累积,提高了肌肉对乳酸的再利用能力,因此减轻了乳酸在体内的堆积[10]。类似的研究[11]指出,吸氧组比不吸氧组乳酸的消除速率更快,这可能与高氧改善体内酸性环境有关。在进行最大强度或大强度运动时,吸入高氧能降低血乳酸水平,其原因可能与糖原的分解、糖酵解和丙酮酸生成减少等有关[2,10]。高氧吸入期间肌肉糖原分解减少的机制目前尚不完全清楚,可能是通过血浆中肾上腺素水平的降低来调节糖原磷酸化酶。另外,吸入高氧引起的血乳酸水平降低,可能是由于线粒体穿梭底物氧化更加迅速,从而导致乳酸更快清除[2,7-8]。在高氧条件下,丙酮酸的氧化反应更迅速,线粒体中辅酶Ⅰ的含量更高,并且高氧可能提高细胞呼吸速率,从而更好地维持细胞稳态[1-2,9]。

图1 机体吸入高氧气体可能带来的相应影响[2]

有研究[12]指出,与不吸氧组相比,运动员通过口罩吸入体积分数40%和34%的高氧气体后血乳酸浓度相应降低,但组间无显著性差异。也有研究[6,13]指出:吸氧组与对照组血乳酸浓度在力竭运动前后均无显著性差异;或是吸氧组血乳酸浓度虽低于不吸氧组,但二者没有显著差异。其差异的原因可能在于:血乳酸浓度受多种因素制约,不同研究的运动方案与干预条件等对研究结果也会造成影响。

2.2 心 率

彭莉[6]研究发现,高氧干预条件下力竭后15 min,吸氧组心率比不吸氧组有显著性下降。受试者运动后经过口罩吸入体积分数70%的高氧气体,15 min后吸氧组的心率较不吸氧组显著下降[13]。有研究[1-2,6]认为,吸入高氧后机体血液氧分压增高,提高血浆内溶解氧与氧扩散的能力,血液中的氧弥漫能力增强,从而使心脏舒张期增加,心输出量减少,心肌的耗氧量和代谢率降低,有效改善机体各器官的供氧状况,减少心脏负担,有效降低心率。与对照组相比,运动员通过口罩吸入体积分数99.5%的高氧气体后,心率出现相应下降[8]。但在一些研究[12]中,经过高氧干预后,常氧组与高氧组的心率无显著性变化或是心率出现相应增加,这可能与心率指标的个体差异等因素有关。

2.3 主观疲劳感

受试者通过口罩吸入体积分数100%的高氧气体后,其主观疲劳指数较对照组有所降低[5]。吸入高氧气体降低机体主观疲劳,减少机体疲劳程度,可能与氧气的供应量增多保障机体各器官的氧供应,维持各器官的氧合作用,提高氧气向肌肉细胞的扩散速度,有效缓解代谢产物的堆积有关[2,5]。Tucker等[14]研究认为,受试者通过口罩吸入体积分数40%的高氧气体后,主观疲劳感与对照组有显著下降,认为吸入高氧可能会增加机体抗氧化酶的活力,提高机体对自由基损伤的抵抗能力,同时呼吸额外的氧气可以补偿大脑氧合作用的相应减少,促进机体恢复。

也有研究[8-9]指出:高氧干预后对照组与吸氧组的主观疲劳感无显著差异;或者吸氧组的主观疲劳感略有下降,但与对照组相比无显著差异。这可能与主观疲劳感等指标受主观影响较大有关,因此该指标的准确性略有欠缺,只能作为干预效果的简单参考。

2.4 血氧饱和度

血氧饱和度是反映机体呼吸循环系统状态的重要指标。运动后15 min,吸氧干预组的血氧饱和度显著高于对照组[6]。与对照组相比,在高氧干预恢复后的5 min、10 min、20 min、30 min,吸氧组的血氧饱和度显著增加[10]。Zinner等[9]研究发现,吸入高氧气体能提高血氧饱和度,其作用可能是大强度运动后的高氧恢复可增加血氧含量,提高血氧分压,改善大强度运动后器官组织的血流状况,改善血细胞的流变性,达到对机体各器官、系统代谢及功能的正向调节作用[1-2,6,10],从而有效防止血氧饱和度下降,促进血氧饱和度恢复[2,6]。

2.5 运动表现

有研究[5]指出,受试者通过口罩吸入体积分数100%的高氧气体后,能较好地维持运动中的平均功率输出表现和峰值功率输出表现。通过口罩吸入体积分数70%的高氧气体后,受试者的功率与峰值功率得到较好维持,功率输出表现的下降率更低[10]。长时间耐力运动后吸入体积分数40%的高氧气体,能有效维持受试者蹬车距离与功率输出表现[14]。常氧训练后经过高氧恢复,对维持运动员平均功率的输出表现效果更明显[9]。

吸入高氧气体会改善机体的相关运动表现,可能与高氧补充后氧气供应充足,心率较低,从而减少分钟通气量,呼吸功能出现节省化、经济化有关。同时,较低的肾上腺素循环水平,肌肉糖原分解减少,有效维持了机体的糖原贮备[ 2,5]。当氧气供应量增多时,机体更依赖脂肪代谢产生能量,可提高机体对运动的耐受性,充分调动机体的生理潜能,提高机体的有氧耐力水平[1,14]。呼吸高氧气体使中枢神经得到刺激,导致神经递质释放,可能会促进运动表现[1]。在运动领域,高氧补充干预主要针对循环运动、递增运动、短时间最大强度运动。高氧补充干预可能使运动员产生比常氧情况下略高的最大或次最大功率输出,并延长其出现疲劳后的运动时间[2,5]。相关研究中运动测试方案很难标准化控制,检测指标的测试方法也很难统一,加之实验条件不同,导致研究结果不一致,因此需谨慎对待相关结论。

在运动领域吸入高氧促进恢复的相关研究中,受试者数量、训练状态、运动时间、运动强度、吸入氧浓度存在较大差异,导致研究结论不完全一致。现有研究基本都以男性作为受试者,运动方案的选择存在较大差异,不同身体部位(上肢或下肢)的运动,全身或局部的身体运动,以及受试者的个体差异等[1-2],导致无法得出高氧气体吸入对机体恢复的确切结论,还需更多实验条件更加严格的后续相关研究加以证实。同时,其恢复效果也需从生理学的角度综合分析。

3 高氧气体补充禁忌与风险防范

有研究认为,高氧气体补充干预虽可增加机体内氧含量,但可能造成氧化损伤。其主要原因在于伴随体内氧含量的增加,细胞中的氧自由基也随之增多,氧自由基增多会攻击机体造成相应损伤,这种氧的有害作用被称为氧中毒,其主要作用部位是中枢神经系统和肺。氧中毒的临床症状包括前胸不适、恶心、呕吐、头晕、耳鸣等。这些中枢神经系统症状往往发生在大脑,通常被称为脑氧中毒症状。氧气的毒性作用还可表现为细胞呼吸失活、神经传导阻滞、红细胞溶血、抽搐、惊厥等[3,15-16]。因此,运用高氧气体补充干预时需预先有一定的适应周期,当机体不适应时应适当缩短高氧补充时间或采取间歇高氧补充方式,改变氧中毒的发展速度,应用时需注意掌握适当的压力、氧体积分数和时间,避免长时间连续高氧补充和连续氧压过高。建议采用有一定间歇时间的高氧补充方式,掌握安全时限,有效防止氧中毒的发生[6,15-16]。

4 小 结

高氧气体补充对人体运动后恢复的相关指标具有一定的积极作用,对于运动后机体的恢复,高氧气体补充是一种无创、有效的干预手段。

由于个体差异、运动专项及高氧补充方法中各变量的不同,高氧气体补充干预对机体运动后的恢复效果存在差异。运动与高氧补充领域的后续研究可考虑针对不同年龄、不同身体条件和不同运动专项的人群进行干预实验。在此基础上,需进行更多高质量、大样本、多指标、设计严谨的随机对照或自身对照实验,为高氧气体补充干预对人体运动后的恢复效果提供更准确的循证医学依据。同时,需明确高氧气体补充在运动领域中应用的绝对与相对禁忌证,注重安全风险防范。目前,高氧气体补充的方式朝着便携式、小型化方向发展,如新兴的微压氧技术,安全、有效、可操作性更强,从而更好地推动其普及应用。