遠隔缺血預適應對持拍類項目運動員最大累積氧虧的影響

楊俊超 燕書婷 陳名桂 陳雨揚 邱俊強，2

1 北京體育大學（北京 100084）

2 運動營養北京市高等學校工程研究中心（北京 100084）

網球、羽毛球和乒乓球是主要的持拍類運動[1]，運動員在比賽中反復變相沖刺、奮力跳躍和快速擊球等，對其無氧代謝系統供能能力的需求較高[2]。例如，乒乓球的單個回合時間約為3～5 s[3]，整場比賽無氧供能占比4%左右[4]；網球運動員擊球和發球速度可達210 km/h，多數得分回合時間低于10 s[5]，無氧供能占比約3.2%[6]；典型的羽毛球比賽特征是7秒相持15秒休息[7]，無氧乳酸和無氧無乳酸供能占比分別為1.4%和4.2%[8]。此外，Zagatto等[9]研究表明，乒乓球運動員比賽擊球率與最大累積氧虧（maximal accumulated oxygen deficit，MAOD）顯著相關（r=0.58），其中MAOD是綜合評價無氧能力的金標準[10，11]。因此，提高持拍類項目運動員無氧能力是比賽過程中促進運動表現和保障技戰術有效發揮的關鍵所在。

遠隔缺血預適應（remote ischemic preconditioning，RIPC）是一種新型無創的可以提高運動表現的賽前預適應策略，指在某器官或組織缺血事件發生之前，于肢體等局部組織給予缺血刺激，誘導機體產生缺血耐受，以預防缺血性損傷或減輕損傷程度[12]。前期研究表明，RIPC 可以通過提高短跑[13]和中跑[14]運動員的MAOD 增加超大強度運動（110% VO2max）力竭時間。然而，持拍類項目與短跑或中跑項目的運動能量代謝特征不同[15]，運動員的無氧能力大小也存在差異，如Wingate 測試的平均功率和最大功率[16]，有必要對持拍類項目運動員是否為RIPC反應者[17]進行研究。

除此以外，RIPC 提升運動表現的無氧代謝途徑依舊不太明確，研究未證實RIPC 是通過無氧乳酸（lactic anaerobic metabolism）還是無氧無乳酸（alactic anaerobic metabolism）供能部分延長運動時間，或者是通過兩者發揮作用。Paull 等[14]基于RIPC 提高MAOD 以及降低靜息（運動前）血乳酸，認為RIPC提高力竭時間是通過糖酵解代謝途徑發揮作用。但Chen 等[13]發現，RIPC可以提高MAOD，不能改變超大強度運動后即刻和運動中累積血乳酸。同時，有研究證實，RIPC 可以改善機體緩沖能力從而減弱運動性酸中毒[18]，且多數研究也表明RIPC對以ATP-CP供能系統為主（＜10 s）的運動表現沒有增益作用[19-22]。上述關于RIPC干預效果的爭議性結論提示，不同時間點血乳酸水平可能并不適合于作為評定運動員糖酵解供能能力變化的指標。

僅用一次超大強度運動無氧乳酸和無氧無乳酸兩部分之和（MAODALT）代替MAOD 具有良好的一致性[23-26]，為本研究解決RIPC 對無氧代謝系統影響的爭議提供了方法學基礎。本研究進行RIPC 干預的隨機交叉對照試驗，設置安慰劑組和對照組，令持拍類項目運動員進行3 次超大強度運動測試，旨在驗證以下假設：（1）RIPC 可以提高超大強度運動力竭時間和MAOD；（2）RIPC不能改善MAODALT、超大強度運動后過量氧耗的快速成分（fast component of excess post-exercise oxygen consumption，EPOCFAST）和運動中累積血乳酸；（3）RIPC干預后，運動員的MAOD比MAODALT高。

1 對象與方法

1.1 研究對象

24名持拍類項目運動員，包括乒乓球、羽毛球和網球運動員各8 名，其中有10 名二級運動員和14 名1 級運動員。研究對象基本信息如表1所示：年齡22.2±2.0 歲，身高174±9 cm，體重67.1±12.4 kg，骨骼肌質量51.0±10.8 kg，身體質量指數（body mass index，BMI）為22.3±2.4（kg/m2），體脂百分比21.2%±3.9%。在研究期間，所有受試者均只進行恢復性運動。受試者在實驗前由實驗負責人告知實驗流程、測試風險和測試要求等，并簽署知情同意書。本實驗得到了北京體育大學倫理審查委員會對人體受試者進行實驗的批準。

表1 受試對象基本信息

1.2 實驗設計

本研究為單盲（評估者在統計期間采用盲法）隨機交叉對照試驗。隨機化序列通過SPSS 21.0軟件生成，并封存于不透光的、按順序排放的信封進行分配隱藏。按照上述方式，受試者隨機分為RIPC 組、安慰劑組和對照組，洗脫期為72 小時[27]。受試者共進行5 次運動實驗：（1）首先，所有受試者參與遞增負荷運動測試測定最大攝氧量；（2）其次，受試者根據最大攝氧量強度進行5級恒定負荷運動測試（40%、50%、60%、70%和80% VO2max），每級間隔時間約20 min；（3）最后，隨機進行3 次超大強度力竭運動測試（110% VO2max）。所有試驗均在實驗室跑步機上（Stratos med，H/p/cosmos，Traunstein，Germany）進行，傾斜度為1%。每2次運動測試之間至少間隔72小時。實驗室溫度范圍為20℃～24℃，并且測試至少在受試者餐后2小時進行。要求受試者在整個實驗期間避免高強度運動和酒精等的攝入[28]。

受試者身體成分采用數字化雙能量X 線檢測儀（iDxa，General Electric Company，Fairfield，United States）測定。遞增負荷測試、恒定負荷測試和超大強度測試過程中的代謝氣體采用氣體代謝分析儀（MetaMax 3B，Cortex Biophysic，Leipzig，Germany）收集。測試前按照儀器使用要求進行氣壓、氣體（標準氣體濃度O2為15.00%，CO2為5.00%）和氣量（氣筒容積為3 L）校準。采集受試者遞增負荷測試結束后即刻，以及超大強度運動前和運動后3、5、7 min 的指尖血，使用血乳酸分析儀（Biosen S-line lab ，EKF Diagnostic，Barleben，Germany）分析。

1.3 RIPC干預措施

RIPC 組采用雙上肢、5 個循環、5 min 缺血（220 mmHg）和5 min再灌注（0 mmHg）方案；安慰劑組采用雙上肢、5個循環、5 min缺血（60 mmHg）和5 min再灌注（0 mmHg）方案；對照組不進行任何干預[12，27]。按照上述方案在干預儀器（IPC-906，宣醫通缺血預適應訓練儀，泰州，中國）中進行設置，并對顯示IPC參數的儀器顯示屏進行遮擋。要求運動員在按摩床上處于仰臥位接受RIPC干預。RIPC干預結束后再經歷30 min的窗口期[13，14]進行超大強度測試。運動員處于第一窗口期內時，前5 min 在跑臺上進行熱身（8 km/h），第5～15 min 進行反復沖刺、高抬腿和收腹抱膝跳熱身，第15～20 min拉伸，第20～25 min佩戴測試氣體代謝分析儀，第25～30 min于跑臺站立靜息，窗口期內允許運動員適當補水。

1.4 遞增負荷運動測試

受試者在實驗室的跑臺上進行測試，以8 km/h 的速度熱身5 min 后進行拉伸。遞增負荷測試方案：受試者以10 km/h 開始，每2 min 增加1 km/h，運動至無法堅持后停止[29]。遞增負荷測試過程中跑臺坡度設置為1%[30]，受試者佩戴便攜式氣體代謝分析儀。受試者測試結果需滿足任意3個標準方可判斷為達到力竭[31]：（1）攝氧量的上升值≤2.1 ml/kg/min；（2）運動后血乳酸≥8.0 mmol/L；（3）呼吸交換率≥1.10；（4）最大心率≥100% HRmax（220－年齡）。

1.5 恒定負荷運動測試

受試者到達實驗室，休息5 min 后，佩戴便攜式氣體代謝分析儀測定坐姿安靜VO2[32]。根據遞增負荷測試的最大攝氧量強度，受試者完成5 級恒定負荷測試（40%、50%、60%、70%和80% VO2max），每級持續10 min，跑臺坡度設置為1%[30]。每完成一級負荷后，主動休息約20 min 后，直到VO2恢復至與上級運動前VO2差值在3 ml/kg/min 以內，才令受試者進行下一級恒定負荷測試[33]。取每級負荷的8～10 min VO2的均值與其對應的負荷強度（速度）進行線性擬合。

1.6 超大強度運動測試

要求運動員盡力發揮最佳成績，除標準化熱身程序外，運動員可增加部分熱身動作。氣體代謝分析儀在受試者正式測試前5～10 min 佩戴，運動停止后15 min取下。采集受試者運動前，運動后3、5、7 min指尖血[24]，運動中累積血乳酸為運動后3個采集點的血乳酸峰值與運動前血乳酸的差值。

1.7 無氧能力特征指標計算

1.7.1 最大累積氧虧

理論攝氧量是由攝氧量-輸出功率（VO2-PO）預測方程推算而來，實際攝氧量則是受試者在超大強度運動中的VO2。本研究采用5級負荷方法擬合Y=aX + b方程（VO2-PO方程），其中a為回歸方程線的斜率，參數b 為截距。本研究利用擬合方程外推超大強度（110% VO2max）的理論需氧量，MAOD 則為超大強度時的理論攝氧量與運動中實際攝氧量的差值。

1.7.2 無氧乳酸和無氧無乳酸

超大強度運動中MAODALT由無氧乳酸和無氧無乳酸供能部分組成，其中無氧乳酸部分（ml/kg）[15]為運動中累積血乳酸量（mmol/l）與氧氣-乳酸換算系數（3.0 ml/kg/mmol·l[34]）的乘積，無氧無乳酸部分（ml/kg）根據運動后過量氧耗（excess post-exercise oxygen consumption，EPOC）的快速部分[35，36]（EPOCFAST）計算，將breath × breath的氣體代謝數據按每1秒導出，代入公式進行擬合：

VO2（b）為基線值，A1和A2分別為快速和慢速階段對應的漸進幅度，td 為延遲時間，τ1和τ2分別為快速和慢速階段對應的時間常數，A1×e（-（t-td）/τ1）和A2×e（-（t-td）/τ2）分別代表運動后VO2快速和慢速部分，EPCr為無氧無乳酸供能。

1.8 數據統計與分析

本研究利用SPSS 21.0軟件對數據進行統計處理，線性和非線性曲線采用GraphPad Prism 8 進行擬合[37]，結果以平均數±標準差表示（±s）。采用Shapiro-Wilk 檢驗數據是否為正態分布。采用單因素重復測量方差分析判斷各組間差異，Bonferroni post hoc test方法進行兩兩比較。采用配對樣本t檢驗判斷MAOD與MAODALT的差異；組內相關系數（intraclass correlation efficient，ICC）評價MAOD 與MAODALT的一致性。采用Pearson相關系數評價指標間的相關性，如運動時間改變值與MAOD、MAODALT、無氧乳酸或無氧無乳酸改變值的相關性。統計的顯著性水平設置為0.05。

2 結果

2.1 遞增負荷測試

遞增負荷測試結果顯示，所有受試者均滿足標準，VO2max為48±7 ml/kg/min，對應的強度為15±1 km/h，最大心率為198±4 beats/min，乳酸12.68±2.04 mmol/L。

2.2 超大強度測試

2.2.1 力竭時間

如表2所示，RIPC 干預可提高超大強度運動時間（P＝0.019）。與對照組相比，RIPC 組提高40.63±29.03 s（P=0.040），提高百分比為24%；與安慰劑組相比，RIPC 組提高39.63±32.78 s（P=0.046），提高百分比為22%。安慰劑組與對照組相比，差異無統計學意義（P=1.000）。

表2 超大強度運動測試結果

2.2.2 MAOD

如表2所示，RIPC 干預可以提高超大強度運動MAOD（P＝0.017）。與對照組相比，RIPC 組提高11.36±8.00 ml/kg（P=0.036），提高百分比為21%；與安慰劑組相比，RIPC 組提高11.01±6.66 ml/kg（P=0.044），提高百分比為20%。安慰劑組與對照組相比，差異無統計學意義（P=1.000）。

2.2.3 MAODALT、無氧乳酸和無氧無乳酸

如表2所示，RIPC 組、安慰劑組和對照組之間的MAODALT、無氧乳酸或無氧無乳酸，差異無統計學意義（P>0.05）。

如表3所示，RIPC組、安慰組和對照組之間的EPOC動力學模型參數，差異無統計學意義（P>0.05）。

表3 超大強度運動EPOC動力學模型各參數擬合結果

2.2.4 MAOD與MAODALT比較

如表2 和表4所示，RIPC 組MAOD 比MAODALT高12.28±18.23 ml/kg（P=0.004），ICC 值為0.08（P>0.05）。安慰劑組MAOD 與MAODALT，差異無統計學意義（P=0.647），ICC 值為0.77（P<0.05）；對照組MAOD 與MAODALT，差異無統計學意義（P=0.987），ICC 值為0.70（P<0.05）；安慰劑組和對照組的MAOD 與MAODALT具有一致性。

表4 各組MAOD與MAODALT一致性結果

2.3 力竭時間和MAOD變化值之間的相關性

如圖1所示，RIPC干預后，運動時間變化值隨MAOD 變化值的增加而增加（TimeRIPC-Control與MAODRIPC-Con-trol，r=0.669，P<0.001;TimeRIPC-Placebo與MAODRIPC-Placebo，r=0.599，P=0.002）；但運動時間變化值與MAODALT、無氧乳酸或無氧無乳酸的變化值相關性無統計學意義（P>0.05）。

圖1 Time與MAOD變化值間的相關關系

3 討論

本研究探討了急性遠隔缺血預適應對最大累積氧虧的影響，為持拍類項目運動員提高無氧能力提供了一種無創技術手段，也為RIPC的作用機制提供了參考依據，即通過提高糖酵解供能和乳酸消除能力對運動表現產生增益作用。

本研究結果顯示，RIPC 能夠延長超大強度運動時間和MAOD，與Paull 等[14]和Chen 等[13]的研究結果一致。本研究的運動模式是在跑臺上進行恒定負荷（110% VO2max）運動，也是基于磷酸原和糖酵解系統組成的無氧代謝系統供能為主的運動。相關研究數據表明，RIPC可以對與本研究相似模式運動的運動表現產生積極效果，如30 s 溫蓋特測試無氧功率輸出[38]、100米游泳成績[39]、3 min全力蹬車臨界功率[40]和4 km自行車計時賽成績[41]等。本研究選用金標準MAOD 評價無氧能力，有研究表明，超大強度運動持續時間超過2分鐘時，MAOD 變化趨于平穩[11]。但本研究發現RIPC 干預后，運動時間隨著MAOD 的提高而提高，這與Paull等[14]和Chen 等[13]的研究結果一致。以往研究者常采用MAOD評價無氧能力[10]，本研究結果也提示研究者在對受試者進行MAOD 測試時，應令受試者避免進行可以誘導組織缺血的高強度運動[39，42]，以可靠地評價運動員的無氧能力。

本研究結果顯示，RIPC 對磷酸原系統供能能力無作用。一項meta 分析[19]的結果也表明，RIPC 不能改善爆發力和沖刺運動表現（<10 s），如10 米或20 米短跑成績[20]、30 米短跑成績[21]、無氧無乳酸功率[22]。有研究表明，RIPC可以提高無氧能力的機制是減少能源物質消耗的“ATP節約效應”[43，44]。本研究結果顯示，運動中累積血乳酸未發生變化，不支持這一結論。而之前也有通過RIPC 提高無氧能力的研究未發現運動后血乳酸濃度的顯著變化[45，46]，甚至有運動后血乳酸降低現象[47]。

RIPC 干預后，運動中血乳酸累積未發生變化并不代表其運動中糖酵解供能能力未發生改變，因為本研究結果顯示，RIPC 組MAOD 提高并且無氧無乳酸供能量不變。推測是RIPC改善了機體對乳酸的緩沖能力，減少了運動性酸中毒的有害影響[18]。有研究表明，RIPC 干預導致質子（protons）產量減少和/或質子緩沖能力提高，使運動前pH 值較高和運動期間pH 值下降減弱[48]。MAOD 和MAODALT具有良好的一致性[23-26]，RIPC 干預后無氧無乳酸和無氧乳酸供能其中之一或兩者都應隨之增加。如前所述，本研究結果顯示，RIPC不能改變超大強度運動中無氧無乳酸供能，因此本研究推測RIPC增強了運動中無氧乳酸供能，即通過糖酵解供能系統產生更多的ATP[49]。但是RIPC同時改善了機體的緩沖能力和運動誘導代謝性酸中毒的耐受性[39]，因而減少了累積血乳酸生成[50]。但有研究表明，RIPC可以提高50米游泳累積血乳酸[51]，一種可能合理的解釋是，超大強度運動時間長使機體有足夠的時間攝取氧氣進行糖異生過程[52]，還有一種猜測是由于乳酸采集時間點的選取是固定的，因而無法觀察到RIPC對運動后乳酸代謝動力學的敏感改變[53]，然而該研究忽略了測量運動中的乳酸代謝動力學變化才是最直接的證據。

有趣的是，上述結果說明“僅采用一次超大強度測試預測MAOD方法（MAODALT）”[23，24]在實際應用方面存在限制，即不適合于作為乳酸消除能力改善干預研究的結局指標。MAOD只可以評定運動的無氧代謝部分[10]。但如果按照Bertuzzi 等[23]的假設，MAODALT則可以確定運動中無氧乳酸和無氧無乳酸的具體組成。例如急性補充咖啡因可以提高運動員約10%的MAOD，不能改變運動中累積血乳酸（無氧乳酸）[54]，此時采用MAODALT方法可以進一步判斷無氧無乳酸組成部分是否發生變化。然而，如果咖啡因恰好是通過改善乳酸消除或緩沖能力改善無氧能力，這時累積血乳酸也可能不變，但是無氧能力（MAOD）卻在真實提高，則不能采用MAODALT替代MAOD作為結局指標。

除此以外，RIPC 對運動表現和無氧能力的改善幅度并不相同。相比于Paull 等[14]和Chen 等[13]的研究，本研究RIPC改善幅度更高，可能是以下原因所致：（1）研究人群。個體差異會影響運動員對RIPC 干預的反應[17]。本研究、Paull 等[14]和Chen 等[13]的研究人群均為大學生運動員，但運動項目、競技能力、運動等級、性別和樣本量均有所不同；（2）RIPC 劑量。盡管提升無氧能力的最佳方案并未明確，但以往研究表明存在RIPC的劑量效應[55]，例如有研究表明雙側上肢4×5 min的方案對于自行車耐力運動表現最佳[56]；另一項研究發現，與安慰劑組相比，雙側上肢4×5 min 而非單側上肢RIPC 提高了自行車反復沖刺的運動表現[38]。Paull 等[14]采用了單側右肢4×5 min，Chen 等[13]采用雙側交替上肢4×5 min，而本研究則參考臨床上防治缺血性腦血管病患者的中國專家共識方案，即雙側上肢5×5 min[12]。

本研究最大的局限是由于壓力明顯不同，無法完全對受試者實施盲法，這也是RIPC干預的困境。為減少偏倚，我們在實驗過程中隱藏了受試者的信息，并盡可能口頭鼓勵受試者盡最大努力完成超大強度運動，并對數據評估者實施盲法。另外，在擬合EPOC動力學曲線時，盡管雙指數模型的初始值猜測基于單指數模型擬合結果，但無法排除單指數模型初始值設定的主觀性。最后，本研究未探討性別對RIPC干預效果的影響，未來可擴大樣本進行探討。盡管本研究存在限制，但RIPC 仍是一種幫助運動員取得最佳運動表現的潛在預處理策略[57]，例如在比賽當天的額外窗口期、正式比賽熱身前、板凳席上等待替換上場或節間休息時實施RIPC，當然還需要考慮進一步優化RIPC 方案以及RIPC設備的便攜性。

4 結論與展望

RIPC 通過增加MAOD 提高持拍類項目運動員的超大強度運動表現，糖酵解供能能力增強可能是運動表現改善的潛在中介。展望未來，RIPC可以緩解運動性酸中毒的機制還需進一步驗證，特別是需要對運動中血乳酸動力學的變化進行深入地探索。