全身超低温冷冻对专业运动员高强度训练后肌肉功能恢复的影响

2018-06-27王世涛杨贤罡

东北师大学报（自然科学版） 2018年2期

王世涛，杨贤罡，李静

(1.吉林体育学院，吉林长春 130022； 2.河北省体育科学研究所，河北石家庄 050011)

0 前言

高强度训练和比赛后最常见的损伤之一是延迟性肌肉酸痛，与运动导致的骨骼肌损伤相关联.伴随肌肉出现疼痛或酸胀等不适症状，肌肉力量和活动范围下降，会暂时性地损害人体的运动能力，最长可持续至运动后数天.[1]为使肌肉的功能在短时间内快速恢复至最佳状态，冷冻疗法作为常用的恢复措施被广泛应用，如冰水浴和冰敷等.Meta[2]分析发现冰水浴可以有效地减少不同运动课后的延迟性肌肉酸痛.

目前，国际上针对运动员推出一种新形式的冷冻治疗方法——全身超低温冷冻(whole-body cryotherapy，WBC)[3].WBC治疗要求运动员穿尽可能少的衣服，将其全身或绝大部分暴露于超低温度(-110℃ ～-195℃)的空气中，持续时间为2～4 min.运动医学领域关于WBC对普通健康人群和运动员影响的研究报道在21世纪初才开始出现，近年内有所增加，目前仅局限于来自德国、波兰等少数国家，但WBC治疗已在欧洲足球超级联赛和美国职业篮球联赛等国际高水平职业赛事中进行实践应用.关于WBC有助于促进人体运动能力恢复的观点是基于现有它对血液学参数、抗氧化系统、免疫系统、脂代谢水平等的益处，提示它可以作为一种强有效的促进运动后恢复的手段.[3-4]但是WBC是否可以有效促进肌肉功能恢复的研究还极少[5]，现有研究主要针对的是非运动员群体，且多是阴性结果，使得对WBC可以加速运动员在高强度训练后肌肉运动能力恢复这一观点存在争议.

因此，本研究旨在观察运动训练实践过程中，单次WBC治疗是否可以加速高强度专项训练课后肌肉损伤程度的修复过程和促进肌肉运动能力的快速恢复，以期为WBC在国内体坛的实践应用提供更多的理论和实践依据.

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

挑选出体型接近的17名男子专业田径运动员[6]，专项涉及200 m、400 m、800 m、1 500 m、3 000 m障碍、跳高、跳远和三级跳远项目，其中国际健将2人，健将4人，一级水平11人.运动员基本情况如下：年龄为(18.90±1.90)岁，体重为(69.30±5.97)kg，身高为(183.24±5.67)cm，BMI为(20.77±1.34)kg/m2.

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计和流程

正式试验前进行WBC不适应症的相关筛查[7]，详细告知运动员试验的目的、流程、可能的风险和益处，并签署知情同意书.试验期间要求运动员保持正常的补液和膳食习惯，未采用其他的恢复措施，未服用其他药物和营养补充剂.

选择在备战全国锦标赛赛前训练阶段其中的两周时间，该两周的训练计划基本相同，主要体现在训练手段和专项负荷强度完成的要求上，核心训练单元的负荷量由经验丰富的教练员进行微调.试验均安排在周三、周四开始，周三上午训练内容为高强度专项训练，由经验丰富的教练员进行指导.在充分的热身、牵拉和主要肌肉群激活后，以3～4组，4～6次/组主项或翼项的中等到大强度训练进行充分调动，次间或组间均给予充足的休息时间，然后进入核心单元——2～4次的主项最大强度训练，要求尽可能达到甚至超过比赛强度，如果运动员在前半阶段完成的情况超越比赛强度，教练员会相应减少该单元的负荷量，最后进行放松和整理，周三下午安排休息调整.

采取随机对照交叉设计.运动员于训练前(8:30—9:00)接受第1次运动能力测试，然后开始高强度专项训练(9:00—11:00)，训练后4h(约15:00，该时间点为正常训练课的开始时间)开始依次接受WBC治疗或者室温主动休息.于次日训练前(8:30—9:00)接受第2次运动能力测试.WBC治疗和室温对照处理的整个试验流程完全相同，两次试验之间间隔1周.第1周通过随机数字表决定运动员首先接受WBC治疗或者室温对照休息(室温为21℃ ～22℃，持续时间与WBC治疗相同)，1周后运动员则交叉接受另一种处理条件.

1.2.2 WBC治疗过程

采用韩国Nexen公司NCT-0001A型开放式冷疗舱进行治疗，制冷方式为液氮驱动.运动员进入舱体前，务必保持体表干燥，穿着棉质内裤、袜子和拖鞋，以保护肢体末端.进入舱体后，站立于舱体中心位置，头部露出舱外，手搭在舱体上沿处，确保皮肤未直接贴近舱体内金属表面，关闭舱门.WBC治疗过程中，指导运动员在舱体内环绕走动，避免屏息和过度低头呼吸.温度为-100℃ ～-120℃，持续时间为3 min[2]，1人/次.

1.2.3 标本收集和指标测试

(1) 体表温度：在WBC治疗和室温休息前、后即刻测试皮肤温度.采用美国Fluke公司62型非接触式红外体温计垂直定位于大腿前侧中线，髌骨上缘和腹股沟线中线交叉的区域，尽可能贴近皮肤但不接触皮肤进行测试.

(2) 血液生化指标：于周三训练前(基础值，T0)，WBC治疗或室温对照处理前(T1)，处理后即刻(T2)和周四训练前(T3)这四个时间点分别采集静脉血样5 mL，分离血清，置-20℃保存待测.采用美国Beckman Coulter Unicel DxC 600型全自动生化分析仪测试血清尿素氮(BUN)、肌酸激酶(CK)、乳酸脱氢酶(LDH)和天冬氨酸转氨酶(AST)水平.

(3) 运动能力指标：于T0和T3时间点分别采用日本功率POWERMAX-II型功率自行车进行30 s的Wingate无氧功率测试，阻力为7.5%×体重，记录最大功率和平均功率.

(4) 肌肉疼痛感：采用Mattacola等研制的自主疼痛测量量表[8]进行测试.

1.2.4 统计方法

所有结果均采用平均数±标准差表示.Shapiro-Wilk检验分析各指标数据是否呈正态分布.各指标的差异采用多因素重复方差检验进行分析，多因素包括处理条件(WBC治疗或室温对照)，测试点(T0—T3)和处理顺序(先接受WBC治疗或先接受室温对照).如多因素重复方差检验存在显著性，再采用Tukey方差检验分析各指标其余测试点水平较基础值，以及两种处理条件之间是否存在显著差异.将显著性水平定为P<0.05，所有分析采用SPSS 13.0统计学软件进行处理.

2 研究结果

各项指标的基础值(T0)在WBC治疗与室温对照条件之间均无显著差异，且均呈正态分布.

WBC治疗后的皮肤温度显著下降，分别为(33.3±0.4)℃和(18.7±3.1)℃，P<0.001.室温对照前、后则无显著变化，分别为(33.2±0.7)℃和(33.5±0.6)℃.

血液生化指标方面，各指标在T1的水平较T0均显著升高(P<0.01，P<0.01，P<0.01).WBC治疗使得T3的CK、LDH和AST水平均显著低于室温对照条件(P=0.021，P=0.043，P=0.011)，但T2时的水平WBC治疗与室温对照之间均无显著差异.

疼痛感在T1时显著高于T0时水平(P<0.01).WBC治疗后即刻水平(T2)显著低于室温对照条件(P=0.009)，但T3时的水平WBC治疗与室温对照间无显著差异，详见表1.

表1 试验过程中不同时间点血液生化指标和疼痛感的变化

注：*表示WBC治疗与室温对照之间存在显著差异，P<0.05，**表示P<0.01.

运动能力方面，与基础值比较，两种情况下次日训练前的各项指标无显著变化.WBC治疗使得次日训练前的最大功率和最大功率/体重均显著高于室温对照条件(P=0.024，P=0.021)，但对平均功率无显著影响，详见表2.

表2 试验过程中不同时间运动能力相关指标的变化

注：*表示WBC治疗与室温对照条件之间存在显著差异，P<0.05.

3 分析与讨论

冷冻疗法作为高强度训练后有效的恢复手段已经获得运动医学领域广泛的认可[3-9].冷冻导致机体组织温度降低，刺激皮肤感受器，使交感神经肾上腺素能产生兴奋，引起局部小动、静脉的收缩，导致肿胀减轻和代谢率下降，减轻炎症反应，降低血管通透性和组织血肿的形成[10]；减少细胞坏死和嗜中性粒细胞迁移，减慢细胞代谢和神经传导速度，减少再损伤的发生[11].WBC作为一种新兴的冷冻方法，由于它的超低温度在近年内获得了广泛的关注.前期研究发现，WBC能够加速运动能力的恢复速度，减轻损伤性运动后的疼痛感[2]，但目前针对WBC能够促进运动能力恢复的研究证据仍非常有限.

3.1 WBC治疗对肌肉运动能力恢复的影响

部分研究结果表明，WBC治疗可以加速运动能力的恢复.Fonda等[12]观察到连续5 d，1次/d的WBC治疗显著提高了单次急性损伤性运动后力矩的恢复速率.Hausswirth等[13]发现在单次损伤性跑步运动后的即刻、24 h和48 h各接受1次WBC能够显著增强运动后1h的肌肉力量.Ziemann等[5]发现精英级网球运动员在为期5 d的训练过程中，接受2次/d的WBC治疗显著提高了击球的准确性.但上述研究结果未采用盲法设计进行评估，使得研究结果可能受到检出偏倚的影响.Schaal等[14]发现与被动恢复对照组比较，单次WBC治疗增强了多次剧烈游泳后主观疲劳感和代谢水平的恢复.运动后接受WBC治疗可以通过促进骨骼肌的血管收缩和抗炎性因子(如IL-10和IL-6等)的释放，阻断促炎性因子(IL-2，IL-8和前列腺素E2等)的释放，发挥免疫保护效应，缩短再生重建过程，增强骨骼肌的恢复和避免再损伤.[15]相反的，Costello等[16]发现离心运动后24 h给予单次WBC治疗对膝关节的力量和做功并无显著影响.该研究采用了随机对照和分配隐藏的试验设计，对试验结果采用了盲法评估，不易出现选择和报告偏倚等.Vieira等[17]观察向心-离心运动后即刻接受单次WBC治疗同样不能改善运动后30 min运动能力的恢复，需要指出该研究中仅对右侧腿施加了损伤性运动干预，但对运动能力的测试采用的是双侧腿均参与的跳跃运动.

出现不一致结果的原因可能与肌肉损伤性运动方案、WBC治疗的时间点、运动能力恢复效果的评估有关.此外，WBC设备可能也是重要的影响因素之一，目前主要采用冷冻舱[12-18]和冷冻室这两种设备进行治疗，以后者居多[13，15-16，19-20].两者的主要差别在于暴露方式和温度，冷冻舱为开放式，密闭性不如冷冻室，但温度更低(-140℃ ～-195 ℃，-110℃ ～-140 ℃).但是设备显示的温度来自在对内壁温度的测量，而非皮肤表面的温度，因此研究有必要测试受试者在接受治疗过程中的温度变化.本研究结果显示受试者的体表温度在接受WBC治疗后显著下降(P<0.001).由于WBC降低肌肉温度的效果可持续至少1h以上[21]，会促进诸如细胞代谢率下降，改善毛细血管功能紊乱及相关酶活性等一系列生理反应，有助于保持肌肉功能和减少肌肉损伤症状[22].但同时，冷冻治疗可能会暂时性地破坏肌肉功能，同样可以持续到治疗后1h左右.[23]WBC治疗后短时间内的益处可能被其对肌肉功能的负面效果所掩盖，使得治疗后短期内的运动能力甚至下降，特别是高强度和爆发性运动能力[24]，因此本研究并未选择在WBC治疗后即刻或短时间(1 h)内进行运动能力的测试，选择在次日训练前进行测试更符合运动训练实践的安排.

本研究发现，相比较室温对照条件，WBC治疗显著提高了次日训练课前最大无氧功率的相对值和绝对值(P<0.05，P<0.05)，表明WBC可以有效地促进肌肉功能的恢复.与以往研究主要针对普通受试者在进行急性损伤性运动方案(以离心收缩为主)后的恢复过程不同，本研究针对的是专业运动员在高强度专项训练课后恢复过程的干预，训练后肌肉损伤的程度和肌肉功能的恢复速率上的差异可以一定程度上解释不同研究结果之间的差异.但本研究同时未观察到WBC对平均功率存在显著影响，除了WBC治疗主要促进爆发性做功能力的恢复外，可能还与交叉试验设计易受到重复效应的影响.[25]本研究通过将处理顺序作为影响因素纳入统计分析，发现部分指标确实存在明显的重复效应，未来的研究需要考虑采用受试者间的差异比较设计来减少重复效应的影响.

3.2 WBC治疗对肌肉损伤程度和疼痛感的影响

尽管WBC对高强度训练后短时间内的肌肉运动能力恢复可能无效，但是不能排除它在缓解疼痛、治疗和预防肌肉损伤等方面可能具有积极效果.运动训练实践中运动员普遍采用冷冻手段作为止痛手段，最主要的原因可能是冷冻具有减少炎症反应和后续肌肉损伤的潜在作用，可以降低运动后的肌肉疼痛感.Fonda和Hausswirth等的研究观察到在单次急性损伤性运动后不同时间段内给予连续多次的WBC治疗可以显著降低疼痛感[12-13]，但也存在阴性结果[16].本研究结果发现WBC显著降低了治疗后即刻的疼痛感.疼痛感是评价肌肉损伤中最常用的测试指标，但最常用的自主疼痛测量量表是一种主观性很强的自我评估方法，研究中不同受试者之间进行比较时该方法的可靠性不足，需要结合其他相关指标综合分析.

BUN、CK、LDH和AST是反映机体蛋白质代谢水平和肌肉损伤程度最常用的血液生化指标.部分前期研究中，普通男性接受单次WBC治疗后的CK活性显著下降了约30%[19].橄榄球运动员在未改变训练负荷的情况下，接受1次/d，连续5 d的WBC治疗使CK和LDH水平显著降低.[20]男子赛艇运动员在正常训练过程中接受3次/d，共10 d的WBC治疗，在第6天后的CK水平较单纯训练者显著降低了34%[19]，而女子赛艇运动员接受2次/d，共10 d的WBC后的CK水平较对照组则无显著变化[26].同样，WBC治疗未能显著降低肌肉损伤性运动后恢复期间[12]、剧烈跑步运动后恢复期[13]和5 d中等强度网球训练期间[5]的CK、LDH和AST水平.我们前期的研究也发现田径运动员在接受急性WBC治疗后即刻的CK水平较治疗前无显著下降[18].

研究结果不一致的原因除了在试验设计，WBC治疗方式、时间和剂量，治疗效果的评价等方面存在差异外，本研究认为可能还存在下列两个主要的影响因素：(1)受试者的训练状态.相比较普通健康受试者，专业运动员在剧烈运动后的CK水平变化过程有所不同，而且运动后的CK活性存在很大的个体间差异[12].(2)受试者在项目能量代谢特点的异质性.由于WBC导致受试者皮肤温度下降的幅度与BMI存在关联[6]，本研究在选取运动员时充分考虑和控制了这一影响因素，但受试者主项能量代谢特点存在的异质性，使得研究结论存在一定的局限性.虽然已有研究并未观察到能量代谢特点是影响WBC治疗效果的主要因素，但该因素会造成WBC治疗后即刻各项指标并无显著变化这一结果存在假阳性的可能.此外，CK水平的变异系数很高，各时间点均>50%，Warren甚至认为不宜采用血液生化指标和疼痛感对运动导致的肌肉损伤程度及功能损害程度进行定量分析[27].本研究结果发现WBC治疗显著降低了次日训练前的CK、LDH和AST水平(P<0.05，P<0.05，P<0.05)，表明WBC可以加速肌肉损伤程度的恢复.从田径项目运动训练的实践角度出发，保证赛前训练的系统性和连续性，使运动员在两次高强度专项训练课之间需要得到充分的恢复，肌肉损伤程度和运动能力恢复到理想的状态，两次课的间隔时间大多安排在至少24 h.因此，本研究结果对于WBC在运动训练实践中的应用具有很高的价值.

综上所述，本研究进一步支持了WBC是专业运动员剧烈训练后有效的恢复手段这一观点，可以迅速降低疼痛感，加速肌肉损伤程度和运动功能的恢复.尽管WBC通常被认为是最佳的冷冻方式，但目前并没有足够的研究证据表明它比其他冷冻方法或恢复手段具有更明显的优势.冰水浴和冰敷等冷冻手段同样可以降低组织温度和发挥重要的生理作用.与其他恢复手段比较，WBC治疗未能加速多次剧烈运动后主观疲劳感和代谢水平的恢复.[14]由于WBC比其他冷冻方法的成本高得悬殊，未来研究迫切需要比较WBC与其他冷冻方法在促进肌肉功能恢复方面的效果[4].

4 结论

对比被动休息，WBC治疗快速地缓解了专业运动员在高强度训练后的肌肉疼痛感，通过减少肌细胞膜的通透性缓解和降低了后续潜在的肌肉微损伤，有效地促进了爆发性做功能力的快速恢复，有利于保证赛前阶段连续高强度专项训练的高质量和连续性，对竞技体育运动训练的实践具有很高的应用价值.WBC促进爆发性运动能力快速恢复的机制及其相比较其他主动恢复手段，特别是其他冷冻手段的优越性需要深入研究.

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