改良CO吸入法测试血红蛋白总量对最大摄氧量和反复冲刺能力的影响

汪军胡扬Yannis Pitsiladis

1北京体育大学（北京100084）

2 University of Brighton，Eastbourne，BN20 7SR，United Kingdom

改良CO吸入法测试血红蛋白总量对最大摄氧量和反复冲刺能力的影响

汪军1，2胡扬1Yannis Pitsiladis2

1北京体育大学（北京100084）

2 University of Brighton，Eastbourne，BN20 7SR，United Kingdom

目的：探讨全身血红蛋白总量（tHb）测试方法中，少量CO吸入对最大摄氧量（VO2max）和自行车反复冲刺能力（RSA）的影响。方法：11名健康青年男性，采用随机单盲法测试受试者在tHb测试中CO或空气吸入后对VO2max和RSA的影响。其中VO2max使用气体代谢仪直接测试法测试，RSA采用10× 10 s，间歇50 s的自行车反复冲刺方法测试。在测试中监控心率和部分血液基本参数。结果：少量CO吸入后，末梢血COHb%增加4.8%，而VO2max下降了4.8%（49.6 ml·kg-1·min-1vs.47.2 ml·kg-1·min-1）（P＜0. 05），无氧阈显著下降达5%；而RSA测试中，最大输出功率、平均功率、最小功率和疲劳指数几乎没有明显变化。血液基础参数如红细胞容积、血红蛋白浓度和网织红细胞等没有明显变化。结论：在tHb测试中，CO的少量吸入可以降低VO2max和无氧阈，而对无氧能力RSA没有影响。

CO吸入；血红蛋白总量；最大摄氧量；反复冲刺能力

运动员生物护照（ABP）在运动员血液兴奋剂检测方面有明显效果，但也存在许多弊端。其中因为这些参考指标大多基于血浆中的浓度来判定，因此有些运动员为了躲避兴奋剂检测，而使用血浆膨胀剂如甘油等使血浆量同时增加，以掩盖血浆中有关化学物质浓度的上升。因此，甘油、静脉输入白蛋白、右旋糖酐、羟乙基淀粉和甘露醇等被世界反兴奋剂组织（WADA）列为兴奋剂而禁用［1］。全身血红蛋白总量（total haemoglobin，tHb）的测试可以不受人体血浆量多少的影响，但该测试方法一直以来是一个难题，直到德国运动科学家Schmidt和Prommer于2005年建立了CO吸入法（optimised CO-rebreathing procedure）测试tHb方法［2］。该方法主要测试原理是根据人体在摄入少量CO前后，呼吸气CO浓度和血浆中HbCO浓度变化差值来确定有多少CO被人体Hb总量结合，以此来计算人体tHb。该测试方法随后被进一步改良、细化，最终该测试方法以及测试结果得到了大家的认同，在兴奋剂检测领域也有初步使用［3-5］。

但是该方法需要运动员摄入一定量的CO，而CO与Hb的结合会影响人体O2的运输，这样可能会影响运动员的运动能力。但究竟该方法中CO的少量吸入是否会影响运动员的运动能力，以及影响哪一种运动能力，影响程度有多大？对这些问题的回答有助于该方法在血液兴奋剂检测方法中的推广应用。鉴于此，本研究探讨采用该方法测试tHb过程中，对最大摄氧量和反复冲刺能力以及少量血液基本参数的影响。

1　实验方法

1.1实验对象

11名健康青年男性，无吸烟等不良嗜好，自愿参加本实验。受试者基本情况如表1所示。所有受试对象有规律运动锻炼习惯，至少每周3次有氧运动。该研究方案获得学校伦理委员会批准，并与所有受试对象签订知情同意书。

表1　受试者基本情况

1.2实验方案

所有受试对象采用随机单盲测试，11名受试者随机使用少量CO吸入（1ml/kg体重）或者等量空气吸入（空白对照）测试受试者tHb，在12分钟内分别进行VO2max或自行车反复冲刺能力（RSA）测试。所有受试对象测试5次，其中前两次测试受试者VO2max（分别CO吸入和空气吸入），第三次让受试者适应RSA测试（无气体吸入），最后两次进行正式RSA测试（分别CO吸入和空气吸入）。其中VO2max使用气体代谢仪直接测试法测试，RSA采用10×10 s、间歇50 s的自行车反复冲刺方法测试，血液参数采用血细胞计数仪测试。所有测试间隔最少48 h，而且在测试天的同一个时间段进行，以减小上次测试对本次测试的影响。在测试前24 h，受试者不进行运动锻炼，2 h前不进食或者饮酒、咖啡等。

1.3CO吸入法测试tHb

血红蛋白总量（tHb）测试采用改良CO吸入法。测试大致程序如下：首先测试受试者呼出气CO浓度（Fluke CO-220）和手指末梢血HbCO浓度（Radiometer ABL 725），接着令受试者吸入少量CO（或者等量空气作为空白对照）2分钟，然后在4分钟时测试受试者呼出气CO浓度，8分钟时采取手指末梢血测试HbCO浓度。根据受试者在气体吸入前后呼出气CO浓度和血液中HbCO的浓度差，考虑周围气压、温度等和人体身高体重等基本参数，利用公式计算人体血液血红蛋白总量。具体测试程序和计算公式参考Durussel等［5］测试方法。注意在测试过程中，要密切观察受试者CO吸入后的反应，如头晕、头痛、恶心等症状。

1.4VO2max直接测试

VO2max采用气体代谢仪（Quark，Cosmed，Italy）功率自行车直接测试法测试，整个测试程序严格按照最大摄氧量的直接测试法完成。受试者采用逐渐递增负荷的方式，起始负荷为20 W，然后以每分钟25 W速度递增直到受试者力竭。测试前，调整好自行车座椅高度、把手高度和倾斜角度等，让受试者充分热身3分钟；测试中，自行车保持70～80圈/分钟的速度，功率负荷逐级递增直至达到摄氧量最大值或者受试者筋疲力尽；测试结束后，受试者以50 W的功率负荷继续蹬车休息5分钟作为整理活动，然后结束测试。其中无氧阈采用V-slope方式判断。

1.5RSA测试

受试者反复冲刺能力的测试采用功率自行车进行。受试者首先在功率自行车上以100 W负荷、60～70 rpm速度充分热身3分钟，然后全力蹬车5秒以适应最大速度蹬车的感觉；接下来在功率车上安静休息3分钟后正式开始测试。测试时需要受试者最快速度蹬车10秒，休息50秒，然后再次蹬车10秒，休息50秒，共10次反复冲刺测试，其中功率车的阻力负荷为0.8 N/kg体重。测试结束后，受试者以50 W负荷、50～60 rpm速度在自行车上主动恢复10分钟。计算受试者最大功率、最小功率、平均功率和功率递减率。

1.6统计分析

所有数据采用平均数±标准差表示，统计软件用SPSS17.0进行独立样本t检验，其中P＜0.05表示有显著性差异，P＜0.01表示有非常显著性差异。

2　实验结果

2.1血红蛋白总量和HbCO浓度变化

通过改良CO吸入法测试，所有受试者tHb绝对值平均为979.8±86.9 g，相对值为13.3±1.3 g·kg-1，该测试值处在健身爱好者的正常范围之内。而平均HbCO浓度在测试tHb的过程中升高了4.8%±0.5%，结果见表1。其他血液参数如红细胞比容、血红蛋白浓度和网织红细胞等无明显变化。

2.2VO2max和无氧阈变化

VO2max测试结果CO吸入组显著低于空气吸入组（47.2±5.3 vs 49.6±5.5 ml·kg-1·min-1，P=0.002））；达到最大摄氧量时的最高功率CO吸入组显著低于空气吸入组（321±49 vs 334±48 W，P＜0.05）；运动达到力竭的时间CO吸入组显著低于空气吸入组（719± 118 vs 748±126 s）；达到无氧阈时的功率和摄氧量CO吸入组较空气吸入组分别下降2.3%（236±46 vs 242±49 W，P＜0.05）和4.8%（36.8±5.4 vs 38.6±4.7 ml·kg-1·min-1，P＜0.05））。VO2max绝对值和tHb高度相关（r=0.77，P＜0.05），但是其相对值与tHb未见明显相关（r=0.51，P＞0.05）。在整个测试过程中，两组最大心率和RPE等级值几乎没有明显差别。部分测试结果见表2和图1。

表2　VO2max和无氧阈测试结果

图1　逐渐递增负荷测试中，不同条件（空气吸入placebo和CO吸入）下VO2max和AT测试结果

2.3自行车反复冲刺能力测试

在自行车反复冲刺能力测试中，两组间各指标比较差异均无统计学意义。空气吸入组与CO吸入组比较，平均功率9.0±1.1 vs 8.9±1.1 W·kg-1（P＞0.05），最大功率11.2±1.3 vs 11.6±1.3 W·kg-1（P＞0.05），最小功率6.6±1.2 vs 6.3±1.5 W·kg-1（P＞0.05），疲劳指数42.4%±6.7%vs 45.5%±11.4%（P＞0.05）。后面6次冲刺功率均显著低于第1次冲刺的功率。具体见图2。

图2　自行车反复冲刺测试过程中，不同条件（空气吸入、CO吸入）下最大功率、平均功率、最小功率测试结果

3　分析讨论

改良CO吸入法除了可以测试tHb外，还可以根据相关公式计算全身血液总量、血浆总量和血细胞总量，在医学和体育科学领域有比较广阔的应用前景。如受试者因为运动或者其他原因大量丢失汗液而补充不足，或大量输液等，都会导致血浆量减少或增加，在测试血常规时会出现血红蛋白浓度有一定出入。在运动实践领域，长期耐力专项训练运动员出现的假性贫血的判断、运动能力与血红蛋白总量的研究、高原训练效果的判断、血液兴奋剂中血浆量影响因素的排除以及运动员选材等等都可以利用血红蛋白总量和其它相关指标。

该方法最近经过改良后在国际上广泛使用。但是，该方法需要受试者吸入少量CO，而CO与Hb的结合会妨碍体内O2的运输。尽管该方法对受试者身体没有明显影响，但是在短时间内是否影响运动员的运动能力，这直接影响该测试方法在兴奋剂检测领域的正常使用。

3.1受试者CO吸入后主观感觉

在整个实验过程中，密切关注受试者在少量CO（1 ml/kg体重）吸入后神经精神症状，没有发现受试者有头痛、头昏、心悸、恶心、呕吐、神志恍惚、全身无力、意识模糊、嗜睡或突然昏倒、面色潮红等CO中毒症状。HbCO浓度在测试tHb的过程中升高了4.8%，表明CO的少量吸入没有明显影响受试者血液氧气的运输，对受试者主观感觉和精神状态没有明显影响，安全可靠，可以用于实验室测试用气。CO在体内与Hb结合后，主要的代谢方式是通过与Hb解离，而由呼吸系统排出。CO对身体的毒性作用在于CO与Hb结合的浓度，以及CO在体内的半衰期，也就是CO在体内的代谢速度。Gerald［6］选取17名受试者（9男8女），让受试者在1100 ppm浓度的CO气体中暴露31分钟，至HbCO浓度达到10%，观察所有受试者HbCO浓度的变化及其与性别相关性。结果显示CO半衰期与受试者肺泡通气量呈负相关关系；女性CO半衰期较短，当用全血tHb校准时，CO半衰期与性别没有差异，表明CO半衰期受到全身tHb总量的影响。当tHb总量高时，其半衰期长，是因为高的全身tHb可以大量结合CO，而影响其排出。

3.2少量CO吸入对VO2max和无氧阈的影响

VO2max和无氧阈都是用来评价人体有氧工作能力，与人体呼吸系统肺的通气和换气功能有关，也与血液氧气运输和心血管系统功能有关，还与人体肌肉组织利用氧气的能力有关。血液中O2的运输主要是靠与Hb形成HbO2化合物来进行，因此全身血液Hb总量决定了O2的运输量，从而决定了最大摄氧量的大小。如果与O2结合的Hb总量减少，则会显著降低最大摄氧量。Hb总量可以被认为是有氧运动能力的一个重要标志物，其与VO2max的绝对值和相对值高度相关（r= 0.97和r=0.81）［7，8］。而本实验测试中，VO2max的绝对值与tHb高度相关，而相对值与tHb没有明显相关性，其原因需要进一步探讨。

在本实验中，与空气吸入对照组比较，CO吸入组在tHb测试过程中，其VO2max和无氧阈都有不同程度下降（4.8%）。该试验中由于需要吸入少量CO气体，而且该气体与血液中Hb的结合能力非常强，CO与Hb的结合量比CO呼吸前浓度增加了4.8%，而该结合又影响了Hb对氧气的运输，因而反映有氧工作能力的VO2max和无氧阈都有不同程度下降。其对应的功率、达到疲劳的时间等都有下降。表明tHb测试过程中，少量CO的吸入会导致有氧工作能力的下降，因此该测试方法在正式比赛前的使用是有一定限制的。但该测试方法究竟会影响有氧工作能力多长时间，还需要后续研究。

3.3少量CO吸入对自行车反复冲刺能力的影响

间隔50秒、冲刺10秒的能力在一些需要短时间、爆发力的运动项目中占有较重要的地位。譬如足球比赛中的前锋短时间冲刺、抢断和射门，羽毛球运动中的跳跃和扣杀，拳击散打运动员的短时间冲击和间歇恢复等，这种能力往往是决定比赛成功的关键因素。爆发冲刺时供能主要以磷酸原系统供能为主，供能时间比较短，只有8～10秒，但需要反复使用。短时间的恢复能力决定了爆发冲刺能力，也往往决定了其专项运动成绩。其主要能源物质磷酸肌酸的恢复需要靠糖无氧或者有氧供能来恢复。而在该实验tHb的测试过程中，由于Hb被少量CO结合而导致Hb运输O2的能力下降，其有氧供能能力也下降。有氧能力的下降是否会影响磷酸肌酸的恢复，从而影响反复冲刺能力？本实验中，CO吸入组和空气对照组在10秒快速冲刺运动中，其最大功率、平均功率、最小功率和疲劳指数等都没有明显下降，表明该测试对有氧能力的影响并没有明显降低反复冲刺能力，可能是因为有氧能力的轻微下降没有影响到磷酸肌酸的恢复。

4　结论

在tHb测试中，CO的少量吸入可以在一段时间降低VO2max和无氧阈，从而影响有氧运动能力。因此该测试方法在运动员赛前兴奋剂检测中有一定局限性，但该测试方法究竟能影响有氧运动能力多长时间还需要进一步实验验证。该测试方法可能不会影响磷酸肌酸的恢复，因而对无氧冲刺能力RSA没有影响。

［1］https：//wada-main-prod.s3.amazonaws.com/resources/files/ WADA-Revised-2014-Prohibited-List-EN.PDF

［2］Schmidt W，Prommer N.The optimised CO-rebreathing method：A new tool to determine total haemoglobin mass routinely.Eur J Appl Physiol，2005，95（5-6）：486-495.

［3］Prommer N，Sottas PE，Schoch C，et al.Total hemoglobin mass—A new parameter to detect blood doping？Med Sci Sports Exerc，2008，40（12）：2112-218.

［4］Steiner T，Wehrlin JP.Comparability of haemoglobin mass measured with different carbon monoxide-based rebreathing procedures and calculations.Scand J Clin Lab Invest，2011，71（1）：19-29.

［5］Jérome D，Ramzy R，Prithvi RK，et al.Precision of the optimized carbon monoxide rebreathing method to determine total haemoglobin mass and blood volume.European Journal of Sport Science，2013，13（1）：68-77.

［6］Gerald SZ，Janet T，Joshua R，et al.Rates of carbon monoxide elimination in males and females.Physiol Rep，2014，2（12），e12237，doi：10.14814/phy2.12237

［7］Jacobs RA，Rasmussen P，Siebenmann C，et al.Determinants of time trial performance and maximal incremental exercise in highly trained endurance athletes.J Appl Physiol，2011，111（5），1422-1430.

［8］SchmidtW，PrommerN.Impactofalterationsintotal hemoglobin mass on VO2max.Exerc Sport Sci Rev，2010，38（2），68-75.

The Influence of CO Inhalation on the VO2max and Repeated Sprint Ability of Young Men

Wang Jun1，2，Hu Yang1，Yannis Pitsiladis2
1 Beijing Sport University，Beijing，China 100084
2 University of Brighton，Eastbourne，BN20 7SR，United Kingdom

Wang Jun，Email：wj430079@126.com

Objective The study examined the influence of small amount carbon monoxide（CO）inhalation（in the process of determination of total haemoglobin）on VO2max and repeated sprint ability（RSA）of young men.Methods Eleven healthy young active men underwent incremental test and 10×10s maximal cycling sprints with an interval of 50s shortly after inhalation of CO or placebo gas，and their VO2max and RSA were determined at the same time.The mean and peak powers and their declining rate，fatigue index，heart rate，and blood parameters were measured during and after the maximal repeated sprint.Results HbCO%increased by 4.8%，VO2max and anaerobic threshold decreased respectively by 4.8%and 5%after inhalation of CO（P＜0. 05）.No differences in mean power and peak power，fatigue index，and blood parameters was found after inhalation of CO or placebo gas（P＞0.05）.Conclusions Inhalation of small amount CO reduces the VO2max and anaerobic threshold，while does not affect the repeated sprint ability of young men.

CO inhalation，total haemoglobin，VO2max，repeated sprint ability

2015.04.30

中央高校基本科研业务费专项；北京体育大学校管课题（编号2015YB008）

汪军，Email：wj430079@126.com