短期重复超低温冷疗对单板滑雪运动员运动后机能状态恢复的影响
2022-12-28许毅枭高炳宏朱欢
许毅枭 高炳宏 朱欢,3
1 上海体育学院运动健康学院(上海 200438)
2 上海体育学院竞技运动学院(上海 200438)
3 湖北民族大学体育学院(湖北 恩施 445000)
单板滑雪是技术结合体能的运动项目[1],优秀单板滑雪运动员需具备良好的力量、平衡、灵敏素质,以及有氧和无氧能力[1,2]。单板滑雪运动员通常每天进行2次及以上训练,国际单板滑雪赛事赛程十分紧密,加快运动后机能状态恢复对于训练和比赛有重要意义。
冷疗被定义为用于治疗目的的身体冷却方法[3]。传统冷疗常使用冰袋或冷水浸泡。近年来,超低温冷疗(whole-body cryotherapy,WBC)已成为较新的冷疗方式。超低温冷疗是在2~4 min内暴露于-110℃至-160℃的干燥空气中[4],在暴露期间穿着较少的衣服,穿戴手套和干燥的棉鞋保护手脚以减少患感冒相关疾病的风险。通常WBC的干预效果不受性别的影响[5]。在医学领域,WBC 用于减轻与慢性病相关的疼痛和炎症症状[6]。而在运动医学领域,WBC 越来越多地被用作干预运动后肌肉酸痛,减轻疼痛等[7,8]。根据干预周期长短,超低温冷疗的周期分为短期(<7天)、中期(7~14天)和长期(≥15 天)[3,9,10]。单次超低温冷疗对运动表现和运动后机能状态恢复效果不佳,难以对运动后机能状态恢复产生有利影响[11,12],甚至可能产生负面影响[13,14]。因此,一些研究报道了短期重复超低温冷疗的作用。短期重复超低温冷疗是在训练周期的7 天内反复、有计划地进行超低温冷疗[15-17]。Ban的研究[18]报道,在连续5 天训练结束后,每天进行3 min,-110℃的WBC 干预后,橄榄球运动员的免疫学指标无显著变化。而另一篇文献报道连续5 天、每天进行3 min、-120℃的WBC 干预后,网球运动员肿瘤坏死因子减少,白细胞介素-6增加,促进了运动后机能状态恢复[8]。目前短期重复超低温冷疗剂量的效果还存在一定争议,有待进一步研究。
心率变异性(heart rate variability,HRV)[19],相较于传统常规的生理生化指标,HRV 在确定交感神经和副交感神经活性方面有很高的可靠性和敏感性[20,21],HRV已被用作自主神经系统活动的间接指标[22]。剧烈运动增加交感神经活动,导致心率增加和心率变异性降低。交感神经活动增加被认为对运动后恢复不利,而副交感神经再激活被认为是全身恢复的重要指标[23]。相邻RR 间期差值的均方根(root mean square of the successive differences,RMSSD)、高频范围内的功率(high-frequency power,HF)均能反映副交感神经活性[24]。此外,副交感神经活性与睡眠质量密切相关,较高的副交感神经活性反映较好的睡眠质量[25]。由于超低温冷疗的效果之一是能够提高睡眠质量,促进自主神经系统的恢复,且心率变异性是自主神经的敏感指标,因此本研究主要采用HRV指标评估超低温冷疗的干预效果。
本文旨在探究短期重复超低温冷疗对单板滑雪运动员运动后机能状态恢复的影响,为探索短期重复超低温冷疗的合适剂量提供参考,为运动员进行超低温冷疗提供理论依据和实践指导。
1 对象与方法
1.1 研究对象
以10 名国家单板滑雪队男性运动员(8 名一级运动员,2 名运动健将)为研究对象,随机分为2 组:对照组(control group,C 组,n=5)和超低温冷疗组(wholebody cryotherapy group,WBC组,n=5)。排除有心血管疾病、糖尿病、寒冷性荨麻疹、冷球蛋白血症、雷诺氏症,体重低于40 kg、身高低于1.5 m、有幽闭恐惧症、寒冷过敏症的运动员。运动员均无冷疗干预史。运动员基本情况见表1。运动员均已签署知情同意书,研究通过了上海体育学院伦理委员会的伦理认证。
表1 运动员基本信息
1.2 研究设计
队伍在训练周的周二和周四晚上有体能恢复再生训练课,超低温冷疗干预安排在1个训练周的周一、周三、周五训练结束后的19:00~20:00,WBC 组进行-110℃、3 min的超低温冷疗,对照组运动员同时间段不进行干预。在每次WBC 干预前测试血液肌酸激酶(creatine kinase,CK)、血尿素(blood urea,BU)、HRV、晨脉和血流灌注指数(perfusion index,PI)。WBC干预过程中使用Radical-7 脉搏碳氧血氧仪监控惯用手食指指尖的灌注指数和脉搏,WBC 干预结束后次日晨6:30~7:00使用Polar Team Pro心率表测试仰卧位安静状态下5 min 心率变异性和晨脉,随后测试CK 和BU(图1)。两组运动员在研究期间的训练时间、训练安排和训练内容均一致,鼓励运动员在研究期间保持正常的饮食结构。
图1 实验流程图
1.3 超低温冷疗
超低温冷疗设备为购自青岛世纪杰创医疗科技有限公司的标准式冷舱(CCYD-190/A1,Shandong Lead⁃ong Sports Rehab Technology Co.,Ltd,China),WBC组运动员先进入冷舱中调节高度使肩膀与冷舱的上边缘对齐,保证肩部以上在冷舱外以避免吸入氮气,随后运动员取下身上所有的金属物品,惯用手食指指尖佩戴Radical-7 脉搏碳氧血氧仪的红外探头,穿上一次性的棉鞋和手套。设置-110℃、300 s对冷舱进行预冷,预冷结束后设置-110℃、180 s,运动员进入冷舱开始干预,干预过程中保证头部在冷舱外以避免吸入氮气。Radical-7脉搏碳氧血氧仪持续对干预过程中运动员进行监控,若脉搏和血氧饱和度等生命体征指标出现异常则立即终止冷疗,避免发生意外。
1.4 指标测试
1.4.1 CK、BU、PI和脉搏
用罗氏干式生化分析仪(Reflotron®Plus,Roche,Ja⁃pan)测试CK 和BU,在每次WBC 干预前和干预结束后次日晨6:30~7:00,取80 μl指尖血进行测试。用脉搏碳氧血氧仪(Radical-7,Masimo,USA)测试PI 和脉搏,干预前在惯用手食指指尖佩戴好红外探头检测器,在干预过程中持续监控,记录干预结束后即刻的PI和脉搏。
1.4.2 HRV和晨脉
在每次WBC干预后次日晨6:30~7:00,运动员在安静状态下佩戴Polar 心率表(Polar,Team Pro,Finland)测量安静状态下仰卧位5 min HRV 和晨脉。采用时域(time domain)和频域(frequency domain)两种方法量化HRV,使用Kubios软件(Kubios,Standard,Finland)对HRV数据进行分析。HRV的时域指标包括NN间期的标准差(standard diviation of NN intervals,SDNN)和和RMSSD,频域指标包括低频范围内的功率(low frequency power,LF)、HF 和LF 与HF 的比值(the ra⁃tio of LF/HF,LF/HF)。
1.5 统计学方法
所有数据用SPSS25.0 软件进行分析,数据用平均值±标准差(±s)表示,采用双因素重复测量方差分析的统计方法分析两组不同时间点测得的数据,事后用Bonferroni 进行两两比较,P<0.05 为有显著性差异。效应量(effect size,ES)用G*Power 软件对η2直接计算得出,ES的标准如下:0.2~0.5为较小,0.5~0.8为中等,>0.8为大[26]。
2 结果
2.1 CK和BU
WBC 干预前,训练和时间的交互作用对CK 和BU的影响无统计学意义(P>0.05)。WBC 干预后次日晨,WBC 和时间的交互作用对CK 和BU 的影响无统计学意义(P>0.05),WBC 对CK 和BU 的主效应无统计学意义(P>0.05)。见表2。
表2 干预期间CK和BU的变化
2.2 HRV时域、频域指标和晨脉
WBC 和时间的交互作用对SDNN、RMSSD 的影响无统计学意义(P>0.05)。WBC 和时间的交互作用对LF、HF、LF/HF 的影响无统计学意义(P>0.05),WBC 的主效应对HF、LF/HF 有显著影响(P=0.006,P=0.001)。WBC 和时间的交互作用对晨脉的影响有统计学意义(P=0.03,ES=1.02)。见表3。
表3 每次干预后SDNN、RMSSD、LF、HF、LF/HF和晨脉结果
2.3 PI和脉搏
WBC 和时间的交互作用对PI 的影响有统计学意义(P=0.015,ES=2.04)。与对照组比较,每次WBC干预结束后即刻的PI 值显著下降(P=0.042,P=0.022,P=0.022)。WBC 和时间的交互作用对脉搏无显著影响(P=0.237)。见表4。
表4 每次干预结束后即刻的PI和脉搏
3 讨论
3.1 WBC对CK、BU的影响
本研究观察了5天3次的WBC对单板滑雪运动员CK 和BU 的影响,结果显示,在WBC 干预前,对照组C组和WBC组的CK、BU无显著差异。血液CK峰值浓度通常出现在训练后的12~48 h[27]。尽管CK 是在WBC干预前,即运动后约3 h 时被测试,此时运动员的CK可能未达到峰值,但在研究期间两组运动员是在相同时间段进行同样的训练,CK和BU测试时间点相同,训练结束后两组的BU 也无显著差异,BU 的峰值出现在运动后约2 h 左右,故基本可排除训练干扰WBC 的干预效果。
WBC 干预后次日晨两组运动员的CK 无显著差异,原因可能是在干预前两组的CK 值并不高,训练后肌肉损伤程度不明显,导致干预结束后次日晨的CK恢复程度相似。但与C组比较,WBC组运动员CK降幅约为25%,表明WBC有促进运动后机能恢复的趋势。本研究结果与Hausswirth[16]和Fonda[28]等的研究结果类似,均未发现进行3次或6次WBC暴露对CK有显著影响,但CK的降幅说明WBC对肌肉恢复可能有一定积极的影响。CK作为肌肉损伤的标志物,一些文献报道超低温冷疗对降低血液CK浓度的积极影响。Ziemann等[29]的研究中,与对照组相比,运动后连续5天、每天进行2次WBC,共暴露10次,成年健康男性血液CK浓度明显下降约30%。在Ziemann 等[8]的另一项研究中,运动后连续5 天、每天2 次-120℃的WBC,网球运动员CK 浓度显著降低约20%。同样,另一项研究表明,在为期5天的训练中,橄榄球运动员每天进行WBC 干预可使CK降低40%[30]。这些研究表明,短期重复WBC干预次数、温度对CK浓度有一定影响,但目前CK浓度与运动后进行WBC干预剂量的关系尚无明确结论,还需更多研究进行分析讨论。此外,Wozniak 等[31]的研究报道,与未经干预对照组相比,WBC 连续干预6 天后皮划艇运动员的CK浓度显著降低34%。Wozniak 等[32]在后续研究中观察到,赛艇运动员在每天进行2 次、持续6 天的WBC 干预后CK 下降了31%。而另一项研究表明,女子皮划艇运动员在连续10天WBC干预后CK浓度没有明显变化[33]。更长干预周期WBC的效果尚无一致结论,值得进一步研究探讨。本研究结果表明,短期重复超低温冷疗后BU 的变化无统计学意义,BU 未出现显著差异的原因可能是在干预前两组的BU值并不高,训练量未导致过量蛋白质分解,因此干预结束后次日晨的BU 恢复程度相似。BU 作为蛋白质代谢的终末产物,在运动中常被用作运动后恢复的指标。虽然本研究结果表明BU 的变化无统计学意义,但BU 降幅约为7%,表明短期重复超低温冷疗有促进运动后机能恢复的趋势。
3.2 WBC对心率变异性和晨脉的影响
本研究结果表明,5天3次、每次3 min、-110℃的超低温冷疗对HF 的主效应有统计学意义,WBC 组的HF显著升高,LF/HF显著降低,表明短期重复超低温冷疗能增强副交感神经活性。在Douzi等[34]的研究中,与对照组比较,大强度运动后进行3 min、-110℃的WBC干预,观察到HF 显著增加,LF、LF/HF 显著降低,而其他HRV 指标无显著差异,表明3 min、-110℃的WBC干预能够增强副交感神经的调节能力。另一项研究也证实,运动后进行3 min、-110℃的WBC 能够有效激活花样游泳运动员副交感神经活性[25]。以往研究自主神经调节对心血管功能的影响主要依靠心率和血压的变化,近些年的研究中HRV已被用作评估自主神经系统活动的间接指标。而国内鲜有关于WBC 干预后对HRV 影响的研究报道。自主神经系统调节心脏的活动,其两个分支调节心律的平衡,交感神经分支通过神经和体液途径加速心率,而副交感神经分支通过神经途径使心率减速。冷暴露导致运动后副交感神经活动增加,会升高中心血压和血压[35],刺激动脉和心肺压力感受器[36],从而减少交感神经活动。副交感神经活动增加与运动恢复和降低心血管疾病有关[37]。本研究中,短期重复超低温冷疗后次日晨观察到HF 显著增加,表明次日晨的副交感神经活性增强,有利于运动后机能状态恢复。
本研究另一发现是WBC 组的晨脉明显低于对照组。晨脉和HRV 被视为与睡眠阶段相关的生理指标[38]。Haddad 等[39]观察到优秀游泳运动员在正常训练一周内每天进行冷水浸泡会在早晨引起更大的副交感神经活动,提高睡眠质量。同样,Schaal等[40]发现,重复的WBC 暴露会降低训练后的交感神经活性,增强副交感神经活性,提高睡眠质量。在高强度或长时间耐力训练后短期重复使用WBC可以提高睡眠质量,增加副交感神经的活化,并改善疼痛、压力和炎症有关的激素反应[41]。本研究同样观察到副交感神经活性的增强,晨脉下降,表明短期重复的-110℃、3 min超低温冷疗能够提高睡眠质量,增强干预后次日晨的副交感神经活性,降低晨脉,有助于运动后机能状态恢复。
3.3 WBC对PI和脉搏的影响
本研究结果显示,与对照组相比,每次WBC 干预结束后即刻,运动员惯用手食指指尖的PI 显著低于对照组,提示超低温冷疗能够降低外周血液的灌注程度。Hohenauer 等[42]研究表明,超低温冷疗能够减少皮肤血流灌注。暴露于超低温的环境对于人体来说是一种极端的压力情况,在超低温暴露过程中机体会努力维持恒定的人体核心温度,因此超低温冷疗会引起一系列生理反应,外周血管的收缩是超低温冷疗引起的主要生理反应[43]。超低温冷疗期间,皮肤毛细血管收缩以减少毛细血管血流,导致皮肤血管的血流灌注减少,从而减少对流和传导热损失[28,44]。此外,全身超低温刺激是非常强烈的交感刺激,除了可导致静脉和血管收缩以防止热量流失外,还会增加大血管的中央血液流动[36],血液通过开放的动静脉瘘回到大静脉血管和心脏的右侧,这被称为反应性充血阶段;之后动静脉瘘关闭,从而促进组织血液供应增加,反应性充血在干预后可持续长达数小时[45]。短期重复超低温冷疗有助于运动后机能状态恢复的可能原因是皮肤血流灌注降低,外周血管收缩导致了反应性充血,促进了组织血液供应增加。本研究结果发现,WBC 干预后即刻的心率与对照组无显著差异,提示心输出量并未有明显变化,而外周干预后即刻的PI降低表明外周皮肤血液灌注减少,间接说明外周皮肤血流灌注的减少使中央血流的灌注增加,促进内部组织器官的血流灌注增加,有助于组织器官排出代谢废物。但内部组织器官的代谢废物最后需要通过皮肤等组织器官排出体外,在干预数小时后皮肤血流量是否增加以排出身体代谢废物还有待进一步研究,后续研究可以在WBC干预数小时后测量皮肤微循环的血流灌注量,观察WBC干预后续对心血管功能的影响。心血管功能对超低温冷疗发挥作用起到非常重要的作用,皮肤微循环被认为是具有代表性的血管功能指标,微循环在组织氧合和营养交换的生理过程中起着至关重要的作用[46,47],目前缺乏超低温冷疗对微循环影响的研究报道,未来可尝试研究超低温冷疗剂量对微循环相关指标的影响,丰富超低温冷疗生理机制的研究。
3.4 研究的局限及建议
首先,本研究的研究对象是10名国家单板滑雪男运动员,随机分为对照组5 人和实验组5 人,样本量较少。其次,本研究由于研究对象少,未设计2组及以上的超低温干预组,难以直接讨论短期重复超低温干预的更合适剂量。建议未来研究进一步扩大研究规模,将多组不同剂量的超低温冷疗与对照组同时研究,以更好地研究短期重复超低温冷疗的更优剂量。此外,超低温冷疗的生理学机制有待进一步研究,未来可尝试从微循环等角度对超低温冷疗的生理学机制进行分析探讨。
4 总结
5 天3 次、每次3 min、-110℃的超低温冷疗能增强单板滑雪运动员干预后次日晨副交感神经活性,降低次日晨脉,改善睡眠质量,有利于运动后机能状态恢复。超低温冷疗能减少皮肤血流灌注,提示外周皮肤血流灌注的减少可能增加中央血流的灌注量,有助于组织器官排出代谢废物。其更优剂量及生理学机制还有待更深入研究。