远隔缺血预适应对持拍类项目运动员最大累积氧亏的影响

杨俊超 燕书婷 陈名桂 陈雨扬 邱俊强，2

1 北京体育大学（北京 100084）

2 运动营养北京市高等学校工程研究中心（北京 100084）

网球、羽毛球和乒乓球是主要的持拍类运动[1]，运动员在比赛中反复变相冲刺、奋力跳跃和快速击球等，对其无氧代谢系统供能能力的需求较高[2]。例如，乒乓球的单个回合时间约为3～5 s[3]，整场比赛无氧供能占比4%左右[4]；网球运动员击球和发球速度可达210 km/h，多数得分回合时间低于10 s[5]，无氧供能占比约3.2%[6]；典型的羽毛球比赛特征是7秒相持15秒休息[7]，无氧乳酸和无氧无乳酸供能占比分别为1.4%和4.2%[8]。此外，Zagatto等[9]研究表明，乒乓球运动员比赛击球率与最大累积氧亏（maximal accumulated oxygen deficit，MAOD）显著相关（r=0.58），其中MAOD是综合评价无氧能力的金标准[10，11]。因此，提高持拍类项目运动员无氧能力是比赛过程中促进运动表现和保障技战术有效发挥的关键所在。

远隔缺血预适应（remote ischemic preconditioning，RIPC）是一种新型无创的可以提高运动表现的赛前预适应策略，指在某器官或组织缺血事件发生之前，于肢体等局部组织给予缺血刺激，诱导机体产生缺血耐受，以预防缺血性损伤或减轻损伤程度[12]。前期研究表明，RIPC 可以通过提高短跑[13]和中跑[14]运动员的MAOD 增加超大强度运动（110% VO2max）力竭时间。然而，持拍类项目与短跑或中跑项目的运动能量代谢特征不同[15]，运动员的无氧能力大小也存在差异，如Wingate 测试的平均功率和最大功率[16]，有必要对持拍类项目运动员是否为RIPC反应者[17]进行研究。

除此以外，RIPC 提升运动表现的无氧代谢途径依旧不太明确，研究未证实RIPC 是通过无氧乳酸（lactic anaerobic metabolism）还是无氧无乳酸（alactic anaerobic metabolism）供能部分延长运动时间，或者是通过两者发挥作用。Paull 等[14]基于RIPC 提高MAOD 以及降低静息（运动前）血乳酸，认为RIPC提高力竭时间是通过糖酵解代谢途径发挥作用。但Chen 等[13]发现，RIPC可以提高MAOD，不能改变超大强度运动后即刻和运动中累积血乳酸。同时，有研究证实，RIPC 可以改善机体缓冲能力从而减弱运动性酸中毒[18]，且多数研究也表明RIPC对以ATP-CP供能系统为主（＜10 s）的运动表现没有增益作用[19-22]。上述关于RIPC干预效果的争议性结论提示，不同时间点血乳酸水平可能并不适合于作为评定运动员糖酵解供能能力变化的指标。

仅用一次超大强度运动无氧乳酸和无氧无乳酸两部分之和（MAODALT）代替MAOD 具有良好的一致性[23-26]，为本研究解决RIPC 对无氧代谢系统影响的争议提供了方法学基础。本研究进行RIPC 干预的随机交叉对照试验，设置安慰剂组和对照组，令持拍类项目运动员进行3 次超大强度运动测试，旨在验证以下假设：（1）RIPC 可以提高超大强度运动力竭时间和MAOD；（2）RIPC不能改善MAODALT、超大强度运动后过量氧耗的快速成分（fast component of excess post-exercise oxygen consumption，EPOCFAST）和运动中累积血乳酸；（3）RIPC干预后，运动员的MAOD比MAODALT高。

1 对象与方法

1.1 研究对象

24名持拍类项目运动员，包括乒乓球、羽毛球和网球运动员各8 名，其中有10 名二级运动员和14 名1 级运动员。研究对象基本信息如表1所示：年龄22.2±2.0 岁，身高174±9 cm，体重67.1±12.4 kg，骨骼肌质量51.0±10.8 kg，身体质量指数（body mass index，BMI）为22.3±2.4（kg/m2），体脂百分比21.2%±3.9%。在研究期间，所有受试者均只进行恢复性运动。受试者在实验前由实验负责人告知实验流程、测试风险和测试要求等，并签署知情同意书。本实验得到了北京体育大学伦理审查委员会对人体受试者进行实验的批准。

表1 受试对象基本信息

1.2 实验设计

本研究为单盲（评估者在统计期间采用盲法）随机交叉对照试验。随机化序列通过SPSS 21.0软件生成，并封存于不透光的、按顺序排放的信封进行分配隐藏。按照上述方式，受试者随机分为RIPC 组、安慰剂组和对照组，洗脱期为72 小时[27]。受试者共进行5 次运动实验：（1）首先，所有受试者参与递增负荷运动测试测定最大摄氧量；（2）其次，受试者根据最大摄氧量强度进行5级恒定负荷运动测试（40%、50%、60%、70%和80% VO2max），每级间隔时间约20 min；（3）最后，随机进行3 次超大强度力竭运动测试（110% VO2max）。所有试验均在实验室跑步机上（Stratos med，H/p/cosmos，Traunstein，Germany）进行，倾斜度为1%。每2次运动测试之间至少间隔72小时。实验室温度范围为20℃～24℃，并且测试至少在受试者餐后2小时进行。要求受试者在整个实验期间避免高强度运动和酒精等的摄入[28]。

受试者身体成分采用数字化双能量X 线检测仪（iDxa，General Electric Company，Fairfield，United States）测定。递增负荷测试、恒定负荷测试和超大强度测试过程中的代谢气体采用气体代谢分析仪（MetaMax 3B，Cortex Biophysic，Leipzig，Germany）收集。测试前按照仪器使用要求进行气压、气体（标准气体浓度O2为15.00%，CO2为5.00%）和气量（气筒容积为3 L）校准。采集受试者递增负荷测试结束后即刻，以及超大强度运动前和运动后3、5、7 min 的指尖血，使用血乳酸分析仪（Biosen S-line lab ，EKF Diagnostic，Barleben，Germany）分析。

1.3 RIPC干预措施

RIPC 组采用双上肢、5 个循环、5 min 缺血（220 mmHg）和5 min再灌注（0 mmHg）方案；安慰剂组采用双上肢、5个循环、5 min缺血（60 mmHg）和5 min再灌注（0 mmHg）方案；对照组不进行任何干预[12，27]。按照上述方案在干预仪器（IPC-906，宣医通缺血预适应训练仪，泰州，中国）中进行设置，并对显示IPC参数的仪器显示屏进行遮挡。要求运动员在按摩床上处于仰卧位接受RIPC干预。RIPC干预结束后再经历30 min的窗口期[13，14]进行超大强度测试。运动员处于第一窗口期内时，前5 min 在跑台上进行热身（8 km/h），第5～15 min 进行反复冲刺、高抬腿和收腹抱膝跳热身，第15～20 min拉伸，第20～25 min佩戴测试气体代谢分析仪，第25～30 min于跑台站立静息，窗口期内允许运动员适当补水。

1.4 递增负荷运动测试

受试者在实验室的跑台上进行测试，以8 km/h 的速度热身5 min 后进行拉伸。递增负荷测试方案：受试者以10 km/h 开始，每2 min 增加1 km/h，运动至无法坚持后停止[29]。递增负荷测试过程中跑台坡度设置为1%[30]，受试者佩戴便携式气体代谢分析仪。受试者测试结果需满足任意3个标准方可判断为达到力竭[31]：（1）摄氧量的上升值≤2.1 ml/kg/min；（2）运动后血乳酸≥8.0 mmol/L；（3）呼吸交换率≥1.10；（4）最大心率≥100% HRmax（220－年龄）。

1.5 恒定负荷运动测试

受试者到达实验室，休息5 min 后，佩戴便携式气体代谢分析仪测定坐姿安静VO2[32]。根据递增负荷测试的最大摄氧量强度，受试者完成5 级恒定负荷测试（40%、50%、60%、70%和80% VO2max），每级持续10 min，跑台坡度设置为1%[30]。每完成一级负荷后，主动休息约20 min 后，直到VO2恢复至与上级运动前VO2差值在3 ml/kg/min 以内，才令受试者进行下一级恒定负荷测试[33]。取每级负荷的8～10 min VO2的均值与其对应的负荷强度（速度）进行线性拟合。

1.6 超大强度运动测试

要求运动员尽力发挥最佳成绩，除标准化热身程序外，运动员可增加部分热身动作。气体代谢分析仪在受试者正式测试前5～10 min 佩戴，运动停止后15 min取下。采集受试者运动前，运动后3、5、7 min指尖血[24]，运动中累积血乳酸为运动后3个采集点的血乳酸峰值与运动前血乳酸的差值。

1.7 无氧能力特征指标计算

1.7.1 最大累积氧亏

理论摄氧量是由摄氧量-输出功率（VO2-PO）预测方程推算而来，实际摄氧量则是受试者在超大强度运动中的VO2。本研究采用5级负荷方法拟合Y=aX + b方程（VO2-PO方程），其中a为回归方程线的斜率，参数b 为截距。本研究利用拟合方程外推超大强度（110% VO2max）的理论需氧量，MAOD 则为超大强度时的理论摄氧量与运动中实际摄氧量的差值。

1.7.2 无氧乳酸和无氧无乳酸

超大强度运动中MAODALT由无氧乳酸和无氧无乳酸供能部分组成，其中无氧乳酸部分（ml/kg）[15]为运动中累积血乳酸量（mmol/l）与氧气-乳酸换算系数（3.0 ml/kg/mmol·l[34]）的乘积，无氧无乳酸部分（ml/kg）根据运动后过量氧耗（excess post-exercise oxygen consumption，EPOC）的快速部分[35，36]（EPOCFAST）计算，将breath × breath的气体代谢数据按每1秒导出，代入公式进行拟合：

VO2（b）为基线值，A1和A2分别为快速和慢速阶段对应的渐进幅度，td 为延迟时间，τ1和τ2分别为快速和慢速阶段对应的时间常数，A1×e（-（t-td）/τ1）和A2×e（-（t-td）/τ2）分别代表运动后VO2快速和慢速部分，EPCr为无氧无乳酸供能。

1.8 数据统计与分析

本研究利用SPSS 21.0软件对数据进行统计处理，线性和非线性曲线采用GraphPad Prism 8 进行拟合[37]，结果以平均数±标准差表示（±s）。采用Shapiro-Wilk 检验数据是否为正态分布。采用单因素重复测量方差分析判断各组间差异，Bonferroni post hoc test方法进行两两比较。采用配对样本t检验判断MAOD与MAODALT的差异；组内相关系数（intraclass correlation efficient，ICC）评价MAOD 与MAODALT的一致性。采用Pearson相关系数评价指标间的相关性，如运动时间改变值与MAOD、MAODALT、无氧乳酸或无氧无乳酸改变值的相关性。统计的显著性水平设置为0.05。

2 结果

2.1 递增负荷测试

递增负荷测试结果显示，所有受试者均满足标准，VO2max为48±7 ml/kg/min，对应的强度为15±1 km/h，最大心率为198±4 beats/min，乳酸12.68±2.04 mmol/L。

2.2 超大强度测试

2.2.1 力竭时间

如表2所示，RIPC 干预可提高超大强度运动时间（P＝0.019）。与对照组相比，RIPC 组提高40.63±29.03 s（P=0.040），提高百分比为24%；与安慰剂组相比，RIPC 组提高39.63±32.78 s（P=0.046），提高百分比为22%。安慰剂组与对照组相比，差异无统计学意义（P=1.000）。

表2 超大强度运动测试结果

2.2.2 MAOD

如表2所示，RIPC 干预可以提高超大强度运动MAOD（P＝0.017）。与对照组相比，RIPC 组提高11.36±8.00 ml/kg（P=0.036），提高百分比为21%；与安慰剂组相比，RIPC 组提高11.01±6.66 ml/kg（P=0.044），提高百分比为20%。安慰剂组与对照组相比，差异无统计学意义（P=1.000）。

2.2.3 MAODALT、无氧乳酸和无氧无乳酸

如表2所示，RIPC 组、安慰剂组和对照组之间的MAODALT、无氧乳酸或无氧无乳酸，差异无统计学意义（P>0.05）。

如表3所示，RIPC组、安慰组和对照组之间的EPOC动力学模型参数，差异无统计学意义（P>0.05）。

表3 超大强度运动EPOC动力学模型各参数拟合结果

2.2.4 MAOD与MAODALT比较

如表2 和表4所示，RIPC 组MAOD 比MAODALT高12.28±18.23 ml/kg（P=0.004），ICC 值为0.08（P>0.05）。安慰剂组MAOD 与MAODALT，差异无统计学意义（P=0.647），ICC 值为0.77（P<0.05）；对照组MAOD 与MAODALT，差异无统计学意义（P=0.987），ICC 值为0.70（P<0.05）；安慰剂组和对照组的MAOD 与MAODALT具有一致性。

表4 各组MAOD与MAODALT一致性结果

2.3 力竭时间和MAOD变化值之间的相关性

如图1所示，RIPC干预后，运动时间变化值随MAOD 变化值的增加而增加（TimeRIPC-Control与MAODRIPC-Con-trol，r=0.669，P<0.001;TimeRIPC-Placebo与MAODRIPC-Placebo，r=0.599，P=0.002）；但运动时间变化值与MAODALT、无氧乳酸或无氧无乳酸的变化值相关性无统计学意义（P>0.05）。

图1 Time与MAOD变化值间的相关关系

3 讨论

本研究探讨了急性远隔缺血预适应对最大累积氧亏的影响，为持拍类项目运动员提高无氧能力提供了一种无创技术手段，也为RIPC的作用机制提供了参考依据，即通过提高糖酵解供能和乳酸消除能力对运动表现产生增益作用。

本研究结果显示，RIPC 能够延长超大强度运动时间和MAOD，与Paull 等[14]和Chen 等[13]的研究结果一致。本研究的运动模式是在跑台上进行恒定负荷（110% VO2max）运动，也是基于磷酸原和糖酵解系统组成的无氧代谢系统供能为主的运动。相关研究数据表明，RIPC可以对与本研究相似模式运动的运动表现产生积极效果，如30 s 温盖特测试无氧功率输出[38]、100米游泳成绩[39]、3 min全力蹬车临界功率[40]和4 km自行车计时赛成绩[41]等。本研究选用金标准MAOD 评价无氧能力，有研究表明，超大强度运动持续时间超过2分钟时，MAOD 变化趋于平稳[11]。但本研究发现RIPC 干预后，运动时间随着MAOD 的提高而提高，这与Paull等[14]和Chen 等[13]的研究结果一致。以往研究者常采用MAOD评价无氧能力[10]，本研究结果也提示研究者在对受试者进行MAOD 测试时，应令受试者避免进行可以诱导组织缺血的高强度运动[39，42]，以可靠地评价运动员的无氧能力。

本研究结果显示，RIPC 对磷酸原系统供能能力无作用。一项meta 分析[19]的结果也表明，RIPC 不能改善爆发力和冲刺运动表现（<10 s），如10 米或20 米短跑成绩[20]、30 米短跑成绩[21]、无氧无乳酸功率[22]。有研究表明，RIPC可以提高无氧能力的机制是减少能源物质消耗的“ATP节约效应”[43，44]。本研究结果显示，运动中累积血乳酸未发生变化，不支持这一结论。而之前也有通过RIPC 提高无氧能力的研究未发现运动后血乳酸浓度的显著变化[45，46]，甚至有运动后血乳酸降低现象[47]。

RIPC 干预后，运动中血乳酸累积未发生变化并不代表其运动中糖酵解供能能力未发生改变，因为本研究结果显示，RIPC 组MAOD 提高并且无氧无乳酸供能量不变。推测是RIPC改善了机体对乳酸的缓冲能力，减少了运动性酸中毒的有害影响[18]。有研究表明，RIPC 干预导致质子（protons）产量减少和/或质子缓冲能力提高，使运动前pH 值较高和运动期间pH 值下降减弱[48]。MAOD 和MAODALT具有良好的一致性[23-26]，RIPC 干预后无氧无乳酸和无氧乳酸供能其中之一或两者都应随之增加。如前所述，本研究结果显示，RIPC不能改变超大强度运动中无氧无乳酸供能，因此本研究推测RIPC增强了运动中无氧乳酸供能，即通过糖酵解供能系统产生更多的ATP[49]。但是RIPC同时改善了机体的缓冲能力和运动诱导代谢性酸中毒的耐受性[39]，因而减少了累积血乳酸生成[50]。但有研究表明，RIPC可以提高50米游泳累积血乳酸[51]，一种可能合理的解释是，超大强度运动时间长使机体有足够的时间摄取氧气进行糖异生过程[52]，还有一种猜测是由于乳酸采集时间点的选取是固定的，因而无法观察到RIPC对运动后乳酸代谢动力学的敏感改变[53]，然而该研究忽略了测量运动中的乳酸代谢动力学变化才是最直接的证据。

有趣的是，上述结果说明“仅采用一次超大强度测试预测MAOD方法（MAODALT）”[23，24]在实际应用方面存在限制，即不适合于作为乳酸消除能力改善干预研究的结局指标。MAOD只可以评定运动的无氧代谢部分[10]。但如果按照Bertuzzi 等[23]的假设，MAODALT则可以确定运动中无氧乳酸和无氧无乳酸的具体组成。例如急性补充咖啡因可以提高运动员约10%的MAOD，不能改变运动中累积血乳酸（无氧乳酸）[54]，此时采用MAODALT方法可以进一步判断无氧无乳酸组成部分是否发生变化。然而，如果咖啡因恰好是通过改善乳酸消除或缓冲能力改善无氧能力，这时累积血乳酸也可能不变，但是无氧能力（MAOD）却在真实提高，则不能采用MAODALT替代MAOD作为结局指标。

除此以外，RIPC 对运动表现和无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。个体差异会影响运动员对RIPC 干预的反应[17]。本研究、Paull 等[14]和Chen 等[13]的研究人群均为大学生运动员，但运动项目、竞技能力、运动等级、性别和样本量均有所不同；（2）RIPC 剂量。尽管提升无氧能力的最佳方案并未明确，但以往研究表明存在RIPC的剂量效应[55]，例如有研究表明双侧上肢4×5 min的方案对于自行车耐力运动表现最佳[56]；另一项研究发现，与安慰剂组相比，双侧上肢4×5 min 而非单侧上肢RIPC 提高了自行车反复冲刺的运动表现[38]。Paull 等[14]采用了单侧右肢4×5 min，Chen 等[13]采用双侧交替上肢4×5 min，而本研究则参考临床上防治缺血性脑血管病患者的中国专家共识方案，即双侧上肢5×5 min[12]。

本研究最大的局限是由于压力明显不同，无法完全对受试者实施盲法，这也是RIPC干预的困境。为减少偏倚，我们在实验过程中隐藏了受试者的信息，并尽可能口头鼓励受试者尽最大努力完成超大强度运动，并对数据评估者实施盲法。另外，在拟合EPOC动力学曲线时，尽管双指数模型的初始值猜测基于单指数模型拟合结果，但无法排除单指数模型初始值设定的主观性。最后，本研究未探讨性别对RIPC干预效果的影响，未来可扩大样本进行探讨。尽管本研究存在限制，但RIPC 仍是一种帮助运动员取得最佳运动表现的潜在预处理策略[57]，例如在比赛当天的额外窗口期、正式比赛热身前、板凳席上等待替换上场或节间休息时实施RIPC，当然还需要考虑进一步优化RIPC 方案以及RIPC设备的便携性。

4 结论与展望

RIPC 通过增加MAOD 提高持拍类项目运动员的超大强度运动表现，糖酵解供能能力增强可能是运动表现改善的潜在中介。展望未来，RIPC可以缓解运动性酸中毒的机制还需进一步验证，特别是需要对运动中血乳酸动力学的变化进行深入地探索。