3 200 m HiHiLo免疫和炎症反应应答特征及其对有氧运动能力的影响

高 欢，李 涛，高炳宏，王 玺，张昊楠，梁世雷



3 200 m HiHiLo免疫和炎症反应应答特征及其对有氧运动能力的影响

高 欢1，李 涛1，高炳宏2，王 玺1，张昊楠1，梁世雷1

1.上海体育科学研究所, 上海 200030; 2.上海体育学院, 上海 200438.

目的：探讨较高海拔高度下高住高练低练（living high-training high-training low, HiHiLo）这一模拟低氧训练方式对运动员免疫机能、炎症反应和运动能力的影响。方法：以12名女子公开级赛艇运动员为研究对象，持续3 200 m HiHiLo训练3周，每周7天均在低氧环境中睡眠；分别在每周二、周五下午安排有低氧环境（3 200 m）中有氧耐力训练各1 h，靶心率范围140～160 bpm。1周训练结束调整后次日晨空腹采肘静脉血测量各指标；以多级递增负荷测试评价运动员有氧运动能力的变化。以重复测量方差分析比较各时间点免疫机能及炎症反应相关指标的变化差异。以配对检验比较各指标两个时间点间的差异。结果：1）3周3 200 m HiHiLo过程中WBC计数各时间点存在显著差异（=0.01）；与HiHiLo前比较，HiHiLo第1周WBC计数显著降低（＜0.05）；GR%、MO%、LY各时间点均无显著性差异；2）HiHiLo过程中T%、NK%在HiHiLo各时间点上存在显著差异（=0.046、0.048）；其中，HiHiLo第1周T%显著高于HiHiLo前（＜0.05），NK%则显著低于HiHiLo前（＜0.05）；HiHiLo第2、3周T%、NK%维持在HiHiLo第1周水平，出低氧后1周恢复；3）CD4+、CD8+T淋巴细胞亚群百分比在HiHiLo过程中各个时间点均无显著性差异；CD4+/CD8+逐渐升高，HiHiLo第3周显著高于HiHiLo结束后第1周（＜0.05）；4）HiHiLo过程中各时间点B%、IgA、IgM、IgG浓度均未表现出显著性差异；5）HiHiLo期间CPR均处于正常范围，但各个时间点血浆CPR浓度存在显著差异；其中，HiHiLo第3周CRP浓度显著低于第1、2周和出低氧后第1周；血浆IL-6、TNF-α浓度在整个HiHiLo过程中均未发生显著改变；6）3周HiHiLo后，多级递增负荷测试中120 W、160 W对应的即刻血乳酸浓度显著降低（=0.001、0.047），各级负荷对应的即刻心率均显著下降（＜0.01）。结论：持续3周以中低强度有氧训练为主要训练内容的3 200 m HiHiLo有助于女子赛艇运动员有氧运动能力的改善。但HiHiLo第1周可能出现一定程度免疫应激，第2周、第3周免疫应激反应逐渐缓解。HiHiLo过程中炎症反应未见显著加强。出低氧后第1周免疫功能可能转向抑制。

低氧训练；免疫应答；炎症反应；有氧运动能力

高原与低氧训练越来越多地被赛艇、游泳、自行车、中长跑等体能类项目的运动员所采用，一些运动员借助高原或低氧训练提高了运动能力，甚至获得了奥运金牌[1,4,9,42]。研究表明，高原或低氧训练可通过增加骨骼肌毛细血管密度和线粒体数量[33,52]，提高骨骼肌缓冲乳酸能力[28]、脂肪酸氧化能力[44]、运动时能量利用效率[37]，增加血容量和总血红蛋白质量[32]等途径改善运动员的有氧能力。目前，在训练实践中应用的低氧训练模式主要有高住低练（living high-training low，HiLo）、低住高练（living low-training high，LoHi）、高住高练低练（living high-training high-training low, HiHiLo）等[7]。HiHiLo是指晚间在模拟高原环境下睡眠，白天多在平原环境中训练，同时每周穿插2～3次低氧环境下的训练。有研究认为，HiHiLo这一低氧训练模式对于改善运动员运动能力的效果最佳[7]。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

女子公开级赛艇运动员12名，身体健康，无心血管疾病史，之前均无高原训练和低氧训练经历。其中，国家一级运动员4名，国家二级运动员8名（表1）。

表1 本研究运动员基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 主要训练内容

本次低氧训练采用HiHiLo模式，共持续3周，以中低强度有氧训练为主。每周7天均在低氧环境中睡眠；分别在每周二、周五下午安排低氧环境中有氧耐力训练各1 h，训练内容包括划船测功仪30 min、跑步15 min、功率自行车 15 min，低氧训练过程中监测心率，靶心率范围140～160 bpm。低氧睡眠和低氧环境的有氧耐力训练模拟海拔高度均为3 200 m（德国World Link Lowoxygen Systems），所形成的低氧环境为常压低氧。HiHiLo前、HiHiLo 3周过程中和HiHiLo结束后1周每周训练内容安排如表2所示，期间每周力量训练2次，持续约2 h。

表2 HiHiLo期间每周训练负荷分布

1.2.2 测试指标与方法

分别在HiHiLo开始前后以及HiHiLo过程中每周训练结束调整后次日晨空腹采肘静脉血，其中EDTA抗凝血1.5 mL测量白细胞及其三分类计数（Beckman AC T2）、淋巴细胞亚群及其分类计数（BD FACSCalibur流式细胞仪）。肝素钠抗凝血5 mL，3 500转/min离心15 min，-70℃保存血浆，测量免疫球蛋白A、G、M（日立7100全自动生化分析仪）；以Elisa法（Thermo Scientific Multiskan GO）测量血浆C反应蛋白（C reaction protein，CRP）、白介素6（interleukin 6，IL6），试剂盒由上海卡努生物科技有限公司提供。

分别在HiHiLo开始前、结束后1周调整结束后以赛艇测功仪（Concept 2）三级递增负荷测试评价有氧运动能力的变化。正式开始测试前，先进行15 min慢跑、拉伸等热身活动。各级负荷分别为120 W、160 W、200 W，每级持续 4 min，对应的桨频分别为18桨/分、20桨/分、22桨/分。在每级负荷完成后即刻耳垂取血20 μl测量血乳酸（blood lactate，BLA；EKF C-line台式乳酸仪），测试过程中佩戴心率带（heart rate，HR；Polar TEAM2）以测量即刻心率。

1.3 数据统计

以重复测量方差分析比较HiHiLo过程中免疫机能和炎症反应相关指标各时间点的整体差异。以配对检验比较两周间各指标的差异。所有结果以“M±SD”表示，显著性水平为＜0.05，0.05＜＜0.1为存在显著差异的趋势。统计软件为SPSS 17.0。

2 研究结果

2.1 3 200 m HiHiLo前后运动能力的变化

如表3所示，3周3 200 m HiHiLo后120 W、160 W强度下即刻BLA均显著下降，200 W强度下BLA无显著变化。3种强度下即刻HR均显著下降（＜0.01）。

表3 3 200 m HiHiLo前后运动能力的变化

注：HiHiLo前后BLA和HR以配对检验分析比较；▲表示与HiHiLo前比较＜0.05。

2.2 3 200 m HiHiLo期间白细胞及其亚群细胞数量的变化

如表4所示，HiHiLo前后及过程中WBC各时间点存在显著差异（=0.01）。与HiHiLo前比较，HiHiLo第1周白细胞（white blood cell，WBC）计数显著降低（＜0.05）；HiHiLo第2、3周WBC计数逐渐回升，至第3周均已显著高于HiHiLo第1周。中性粒细胞（granulocyte，GR）、淋巴细胞（lymphocyte，LY）和单核细胞（monocyte，MO）百分比在HiHiLo前后及过程中均未发生显著改变。

表4 3 200 m HiHiLo期间外周血白细胞及其亚群变化

注：a表示与HiHiLo前比较＜0.05；b表示与HiHiLo第1周比较＜0.05；c表示与HiHiLo第2周比较＜0.05；d表示与HiHiLo第3周比较＜0.05；e表示与HiHiLo结束后比较＜0.05，下同。

2.3 3 200 m HiHiLo期间T细胞、B细胞及NK细胞的变化

如表5所示，T淋巴细胞和自然杀伤细胞（nature killer，NK）百分比在HiHiLo各时间点上存在显著差异 （=0.046、0.048），其中HiHiLo第1周T%显著高于HiHiLo前，NK%则显著低于HiHiLo前；HiHiLo第2、3周T%仍维持在高于HiHiLo前水平，而NK%仍维持在低于HiHiLo前水平；出低氧后1周T%、NK%恢复至接近HiHiLo前水平。B淋巴细胞百分比在HiHiLo过程中未发生显著改变。

表5 3 200 m HiHiLo期间外周血T细胞、B细胞及NK细胞变化

注：（c）表示与HiHiLo第2周比较0.05＜＜0.1；（e）表示与HiHiLo结束后比较0.05＜＜0.1。

CD4+%、CD8+%及CD4+/CD8+在HiHiLo过程中各个时间点均无显著性差异。CD4+/CD8+在整个低氧训练过程中逐渐升高，出低氧后1周即下降至显著低于HiHiLo第3周水平。

2.4 3 200 m HiHiLo期间血浆IgA、IgM、IgG的变化

如表6所示，HiHiLo过程中各时间点IgA、IgM、IgG浓度均未表现出显著性差异。

表6 3 200 m HiHiLo期间血浆IgA、IgM及IgG变化

注：免疫球蛋白：immunoglobulin，Ig。

2.5 3 200 m HiHiLo期间血浆CRP、IL-6、TNF-α的变化

整个HiHiLo期间CPR均处于正常范围，但各个时间点血浆CPR浓度存在显著差异；其中，HiHiLo第3周CRP浓度显著低于第1、2周和HiHiLo后第1周；血浆IL-6、TNF-α浓度在整个HiHiLo过程中和出低氧后1周均未发生显著改变。

表7 3 200 m HiHiLo期间血浆CRP、IL-6及TNF-α变化

3 分析与讨论

本研究表明，持续3周、以中低强度有氧训练为主的 3 200 m HiHiLo有助于赛艇运动员低强度有氧运动能力的改善，但第1周出现一定程度免疫应激，表现为WBC计数显著降低、T%显著升高、NK%显著下降。出低氧后第1周CD4+减少、CD8+增加，CD4+/CD8+显著下降，提示3 200 m HiHiLo结束后第1周可能出现免疫抑制。3 200 m HiHiLo对B细胞及免疫球蛋白的分泌无显著影响。与B细胞比较，T细胞、NK细胞对3 200 m HiHiLo刺激较为敏感，表现为第1周T%显著升高而NK%显著减少，出低氧后1周即快速恢复。HiHiLo过程中CPR、IL6均处于正常偏低水平，TNF-α亦未发生显著变化，提示3 200 m HiHiLo并未导致炎症反应加强。

多年以来，模拟高原环境的低氧训练被寄予厚望用以提高高水平运动员的运动能力。早期研究多以采用HiLo（living high-training low）模式居多，多项研究表明，2～4周中等海拔高度下（1 900～2 500 m）的HiLo有助于改善个人项目运动员的有氧能力[19,22,39,49,56]。而新近研究中模拟的海拔高度趋向于更高，也应用至团体项目中。研究表明，模拟3 000 m的HiLo不仅有助于团体项目如足球、曲棍球运动员总Hbmass的提高，对大强度重复运动能力也表现出较好的改善作用[16,27,34]；与HiLo比较，HiHiLo——即HiLo过程中穿插部分3 000 m低氧环境下多组短距离疾跑训练，更有助于改善大强度重复运动能力，且出低氧后运动能力保持时间也更长[16]。以上研究提示，HiHiLo和HiLo这两种低氧训练方式不仅有助于有氧运动能力的提高，也有助于改善团体项目运动员的大强度重复运动能力，模拟低氧环境下的训练内容似乎与运动能力的改善有关。本研究中日常训练的主要训练内容以中低强度有氧训练为主，无氧阈强度的训练课次较少；每周2次模拟3 200 m低氧环境下的测功仪训练时的靶心率控制在140～160 bpm，属有氧训练范畴。因而，120 W和160 W的低强度有氧运动时的即刻HR和BLA下降幅度较大；强度稍高的200 W运动时即刻BLA未发生显著改变，但即刻HR也显著下降。另外，在此次低氧训练结束2个月后的全国性比赛中，以这12名运动员为班底组成的女子四单和八单均进入前3名，其中，女子四单获得金牌，可谓成绩优异。总的来看，本次模拟低氧训练后，运动员中低强度有氧运动能力得到了改善。

运动和低氧环境是两个独立应激源，对免疫系统均有较大影响。一般来说，每周中等负荷下规律性的运动，特别是有氧运动，对免疫系统和机体抗炎能力的改善是有益的，而急性运动或大强度运动则会造成一定损害[21,38,48,53]。低氧暴露可快速激活交感-肾上腺系统调节免疫细胞活性和相关细胞因子的分泌[40,55]；较长时间的低氧暴露还可经低氧诱导因子信号通路调控免疫细胞的增殖分化[51]，从而影响免疫系统。已有研究证实，高原低氧暴露后T淋巴细胞增殖能力和NK细胞活性受抑制[25,57]，循环血中性粒细胞活性增加使炎症损伤加剧[20]。理论上运动员进行高原训练或低氧训练时机体缺氧程度会加重，再叠加训练强度、训练量的多重作用，对免疫系统会造成更为复杂的影响。国内外学者也对此开展了多项研究。

高原训练实践中的研究表明，持续3～6周强度较大的高原训练或者海拔较高的高原环境比赛[8,10,15]，WBC、LY计数一般在高原训练1周后开始下降，且持续2～3周不能恢复；游泳项目高原训练中强度课比例相对较高，高原训练后淋巴细胞总数显著减少，CD4+%增加，T胞增殖反应减弱[43]。而强度稍低的高原冬训过程中，WBC计数基本仅在高原训练初期下降；随着对高原训练的适应会逐渐回升[2,11]，较长时间的高原训练可能会抑制淋巴细胞分化[6]。模拟高原环境的低氧训练越来越多的应用到训练实践中来。自行车和游泳运动员中等海拔高度下的LoHi第1周WBC、LY、GR显著升高，之后的2周下降至LoHi前水平[5,14]。而中等海拔HiLo第1周WBC计数显著升高，第2～3周则连续下降至低于低氧前水平，GR%连续3周持续升高[3]。HiLo和LoHi的第1周CD4+%、CD8+%未发生显著变化[3,13,14]；第2、4周CD4+%显著升高，CD8+%未发生显著变化，CD4+/CD8+显著升高[3]。5周2 500 m HiHiLo过程中，T%、CD4+%、CD8+%第1周升高后回落[12]。低氧训练第1周NK%多表现为显著下降，之后2～3周基本维持在第1周时的水平[3,12,13]。张缨等的研究表明，HiLo第14天、第28天低氧运动组CD4+/CD8+大幅度下降，HiLo可引起免疫失衡且对这一改变有放大作用[58,59]。以上研究中低氧训练所采取的方式多样，低氧训练第1周WBC及其亚群计数多出现应激性升高；而CD4+%逐渐升高或无显著变化，CD8+%多无显著改变，对CD4+/CD8+的影响结果不一；低氧训练初期NK%显著降低，至结束时恢复。本研究部分结果与之相近。

专业运动员是一个较特殊的群体，他们与未系统训练的普通人相比，能更轻松地面对大负荷运动带来的氧化应激压力，维持氧化还原平衡[41]。这一能力还可能与运动水平有关。研究表明，高水平运动员中大强度运动后脂质过氧化水平和DNA氧化损伤均未显著增加[23,35]，即便是高原环境中大强度训练课后也无显著改变[18]，而青少年运动员在中等强度运动后脂质过氧化和DNA氧化损伤即显著增加[36,50]。过度的氧化应激会造成淋巴细胞损伤，诱发免疫机能紊乱[40,54]。新近研究发现，α-生育酚、辅酶Q10等非酶抗氧化物分泌能力较强，从而可以有效缓解氧化应激加剧带来的损伤，这可能是高水平运动员即使在高原上发生大强度运动后脂质过氧化水平、淋巴细胞损伤未发生显著变化的原因之一[18]。高水平运动员历经多年的专业训练，身体各组织器官的应激反应及其适应调节能力较一般运动员和普通人强。面对新环境下的训练如高原/低氧训练，可能会在训练初期呈现出不同程度的应激反应，表现为免疫细胞各亚群数量发生较大变化，免疫平衡改变。但免疫系统的这一应激性改变并不一定意味着免疫机能低下。考虑到运动员的个体差异，发生免疫机能紊乱还可能与运动员的运动水平有关。运动员高原/低氧训练过程中，怎样合理应用相关指标对免疫系统功能变化进行监测评估以防伤防病，提高高原/低氧训练质量，需要更深入的研究。

本研究中运动员赛艇专项训练（平均4.1年）和非专项训练总年限约6～8年，有着较好的训练基础，他们之前无高原训练经历，也是第一次进行低氧训练。本研究结果显示，3 200 m HiHiLo第1周WBC计数和NK%显著下降、T%显著升高，表现出一定的应激反应，但之后均慢慢恢复，CD4+/CD8+也逐渐升高；从日常训练的表现来看，低氧训练期间，运动员均未发生上呼吸道感染、感冒、发烧等易感性疾病，提示运动员对此次低氧训练适应良好，上述指标的变化有着积极的意义。此次低氧训练为赛季基础训练阶段，主要内容为中低强度有氧训练，每周穿插无氧阈强度训练课总时间约30 min、最大摄氧量及以上强度的训练课次总时间不超过10 min，周训练量不到180 km。虽模拟的海拔高度相对较高，但训练强度较低，训练量适中，运动员对训练负荷和低氧的综合应激较易适应。故在HiHiLo第1周表现出一定程度应激性反应之后能逐渐恢复；整个低氧训练过程中炎症反应亦未见显著加强；中低强度有氧运动能力亦有所改善。3 200 m HiHiLo结束后的第1周出现CD4+/CD8+显著降低的原因尚不清楚，但这一结果也提示运动员出低氧后的1周需要慎重安排训练内容，训练强度不宜过大。

4 结论

持续3周以中低强度有氧训练为主要训练内容的3 200 m HiHiLo可有效改善女子赛艇运动员有氧运动能力。HiHiLo第1周可能出现一定程度免疫应激，第2周、第3周应激反应逐渐缓解。B细胞和免疫球蛋白对3 200 m HiHiLo不敏感。HiHiLo过程中炎症反应未见显著加强。出低氧后第1周免疫功能可能转向抑制。

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The Immune, Inflammation and Aerobic Capacity Response to Living High-Training High-Training Low under Simulated 3 200 m Normobaric Hypoxia

GAO Huan1, LI Tao1, GAO Bing-hong2, WANG Xi1, ZHANG Hao-nan1, LIANG Shi-lei1

1. Shanghai Research Institute of Sports Science, Shanghai 200030, China; 2. Shanghai University of Sport, Shanghai 200438, China.

Objective: This study was to explore the characteristics of immune response to living high-training high-training low (HiHiLo) under simulated 3 200 m hypoxia. Method: Twelve female rowers slept in simulated 3 200 m normbaric hypoxia at least eight hours a day and trained under 3200 m hypoxia two times per week for three weeks. The target heart rate of hypoxic training was 140~160 bpm. After 1 day rest every week, blood was taken from cubital veins to measure different kinds of variables. Repeated measures analysis of variance was used to test differences in different time point. Paired T test was employed to compare the difference between two weeks. Results: 1) During HiHiLo period, WBC count show a significant time effect (=0.01). Compared with pre-HiHiLo, WBC count decreased significantly in the 1st week of HiHiLo. GR%, LY% and MO% had no obvious change. 2) There were a significant time effect both in T% and NK%（=0.046、0.048）. In the 1st week of HiHiLo, T% elevated and NK% decreased significantly compared with pre-HiHiLo（＜0.05）. 3) No significant time effect was observed both in the CD4+ and CD8+. But the ratio of CD4+ to CD8+ decreased obviously in the 1st week after 3-week HiHiLo（＜0.05）. 4) No significant time effects were observed in B%, IgA, IgM and IgG during HiHiLo. 5) Plasma CRP kept in a normal range and show an obvious time effect. Compared with the 1st, 2nd and post-1st week of HiHiLo, plasma CRP of the 3rd week was obviously lower. No significant time effect of plasma IL-6 and TNF-α was observed. 6) After 3-week HiHiLo, the blood lactate reduced significantly in 120W and 160W （=0.001, 0.047）and the heart rate decreased significantly in all three steps（all＜0.01）. Conclusion: 3-week living high-training high-training low under simulated 3200 m normobaric hypoxia in low to middle aerobic intensity training period could improve aerobic capacity of female rowers. But it may lead to immunological stress in the first week. This stress will be alleviated gradually in the next two weeks. During HiHiLo, the inflammation response didn’t show significant change. In the first week after HiHiLo completed, the immune function may shift toward suppression.

1000-677X(2018)04-0054-07

10.16469/j.css.201804006

G808

A

2017-10-03；

2018-04-10

上海备战重大比赛重点项目运动员竞技能力提升关键技术研究(15dz1208001);

高欢,男,副研究员,主要研究方向为优秀运动员训练监控与机能评定,E-mail:gaohuanecnu@126.com。