改良CO吸入法測試血紅蛋白總量對最大攝氧量的影響及其恢復(fù)的實驗研究

汪軍張鋒張翔胡揚

1北京體育大學(xué)（北京 100084）2山東泰安第一中學(xué) 3浙江越秀外國語學(xué)院

改良CO吸入法測試血紅蛋白總量對最大攝氧量的影響及其恢復(fù)的實驗研究

汪軍1張鋒2張翔3胡揚1

1北京體育大學(xué)（北京 100084）2山東泰安第一中學(xué) 3浙江越秀外國語學(xué)院

目的：對受試者進行改良CO吸入法測試血紅蛋白總量（tHb）后，在不同時間點測試最大攝氧量（VO2max）和無氧閾（AT），分析其變化趨勢，并對CO在體內(nèi)的代謝情況進行研究。方法：10名網(wǎng)球?qū)ｍ棿髮W(xué)生，19～21歲，肘靜脈取血測試血紅蛋白（Hb）等基礎(chǔ)值，直接測試法測試VO2max；連續(xù)3周對所有受試者進行CO吸入法測試tHb后，在不同時間點（第1周即刻、第2周6小時和第3周12小時）測試受試者VO2max和AT，觀察這些指標(biāo)隨時間的變化曲線；第4周，在10名受試者吸入少量CO后的6 min、3 h、6 h、9 h、12 h測試受試者呼出氣CO和血液中碳氧血紅蛋白（HbCO）的濃度變化曲線，其中5名受試者在吸入CO后進行2小時網(wǎng)球運動，另外5名受試者安靜休息。結(jié)果：在CO吸入法測試tHb后，所有受試者VO2max和AT顯著下降達9.4%左右（P＜0.01），在第2周的6 h時間點開始恢復(fù)，但仍然低于基礎(chǔ)值（P＞0.05），在第3周的12 h時間點才完全恢復(fù)。呼出氣CO和血液中HbCO濃度在CO吸入后即顯著升高，在6 min達到最高點后即開始下降，直到6 h時間點才基本恢復(fù)正常，其中運動組CO在體內(nèi)的恢復(fù)速度要快于安靜組。結(jié)論：CO的吸入會在短時間內(nèi)（6 h）顯著降低受試者的VO2max和AT等反應(yīng)有氧工作能力的指標(biāo)，在6 h之后開始逐漸恢復(fù)；CO吸入后，呼出氣CO濃度和血液中HbCO濃度的上升會經(jīng)過正常代謝而排出體外，適當(dāng)運動有助于體內(nèi)CO代謝速度的提高。

CO吸入；血紅蛋白總量；最大攝氧量；恢復(fù)

血液興奮劑是自行車運動員、長跑等有氧項目經(jīng)常使用的一類興奮劑[1]，其檢測手段也主要使用運動員生物護照（ABP）[2-5]。但生物護照使用的指標(biāo)有些受到血漿量的影響[6]，而CO吸入法（optimised CO-rebreath?ing procedure）測試全身血紅蛋白總量（total haemo?globin，tHb）是由德國運動科學(xué)家Schmidt&Prommer[7]于2005年建立，可以測試全身tHb，而不受到人體血漿量多少的影響。該方法主要測試原理是根據(jù)人體在攝入少量CO前后，呼吸氣CO濃度和血漿中碳氧血紅蛋白（HbCO）濃度變化差值來計算人體tHb。該測試方法也隨后被進一步改良、細化，最終該測試方法以及測試結(jié)果得到了大家的認同，在興奮劑檢測領(lǐng)域也有初步使用[8]。

測試方法需要受試者攝入一定量的CO，而影響運動員的運動能力。本人前期研究結(jié)果認為該測試方法可以降低最大攝氧量（VO2max）5%左右，但對反復(fù)沖刺能力（RSA）沒有影響[9]。但該測試方法究竟對VO2max影響多長時間，以及CO在體內(nèi)的代謝速度如何？對該問題的解答是興奮劑檢測領(lǐng)域急需要解決的。本研究測試了受試者在tHb測試過程中，對VO2max和無氧閾（AT）的影響以及恢復(fù)情況，CO吸入后在體內(nèi)的代謝情況等，希望該方法為血液生物護照的使用提供一定的實踐依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 實驗對象

10名健康青年男性，北京體育大學(xué)教育學(xué)院網(wǎng)球?qū)ｍ棇W(xué)生，無吸煙、飲酒等不良嗜好，自愿參加本實驗。所有受試對象有規(guī)律運動鍛煉習(xí)慣，至少每周5次網(wǎng)球?qū)ｍ椨?xùn)練。所有受試對象基本情況如下：年齡20.5±0.5歲，身高179±3 cm，體重72.1±4.9 kg，BMI 22.5±1.3 kg/m2。本研究方案獲得學(xué)校倫理委員會批準(zhǔn)，并與所有受試對象簽訂知情同意書。

1.2 實驗方案

基礎(chǔ)指標(biāo)測試：在兩周內(nèi)分別測試所有受試者VO2max和AT兩次，取兩次結(jié)果平均值為VO2max和AT基礎(chǔ)值。兩次測試間隔一周而且都是在下午5～8點完成，防止人體生物周期因素的影響。肘靜脈取血測試受試者血液常規(guī)指標(biāo)，包括血紅蛋白（Hb）濃度和紅細胞壓積（Hct）等。

CO吸入后VO2max的影響及恢復(fù)：該實驗分3周完成。第1周所有受試者下午進行CO吸入法測試tHb后，即刻測試VO2max為即刻組；第2周所有受試者在上午進行CO吸入法測試tHb后，在下午（間隔6小時）測試VO2max為6小時組；第3周所有受試者在早晨進行CO吸入法測試tHb后，在下午（間隔12小時）測試VO2max為12小時組。其中受試者tHb和其他血液指標(biāo)如人體全身血液量（BV）、紅細胞總量（ECV）和血漿總量（PV）基礎(chǔ)值取這3周測試結(jié)果平均值。

CO代謝實驗：第4周所有受試者在早晨吸入少量CO（1 m l/kg體重）后，在接下來的不同時間點測試所有受試者呼出氣CO濃度和血液HbCO濃度（6 min、3 h、6 h、9 h、12 h），而且隨機選取5名受試對象在CO吸入后進行2小時的網(wǎng)球訓(xùn)練，而另5名受試對象不進行任何運動訓(xùn)練，分析運動對CO代謝的影響。

1.3 實驗具體操作方法

1.3.1 tHb測試方法

改良CO吸入法測試tHb：首先測試受試者呼出氣CO濃度（Fluke CO-220）和手指末梢血HbCO濃度（Ra?diometer ABL 725），接著令受試者吸入少量CO（1 ml/kg體重）和3 L氧氣的混合氣體2分鐘，當(dāng)CO氣體在體內(nèi)與血紅蛋白和肌紅蛋白充分結(jié)合后，4分鐘時測試受試者呼出氣CO濃度，8分鐘時采取手指末梢血測試HbCO濃度。根據(jù)受試者在CO混合氣體吸入前后呼出氣CO濃度和血液中HbCO的濃度差，考慮周圍氣壓、溫度等和人體身高體重等基本參數(shù)，利用公式計算人體血液tHb、BV、ECV和PV。具體測試程序和計算公式參考Durussel[8]測試方法。在整個測試過程中，還要密切注意受試者CO中毒情況，如頭暈、頭痛、惡心、嘔吐等癥狀。

1.3.2 VO2max和AT測試方法

VO2max采用氣體代謝儀（metalyzer 3B）和電動跑臺測試，整個測試程序嚴格按照最大攝氧量直接測試法完成。受試者采用逐漸遞增負荷的方式，先進行5 km/h的速度熱身3分鐘，然后開始正式實驗。跑臺坡度為0°，起始跑臺速度為9 km/h，然后每分鐘增加1 km/h，直至受試者力竭或達到最大攝氧量評價標(biāo)準(zhǔn)。測試結(jié)束后，受試者以5 km/h的速度繼續(xù)整理活動休息5分鐘，然后結(jié)束測試。其中無氧閾（AT）采用V-slope方式判斷。

1.3.3 血液基礎(chǔ)指標(biāo)測試

血液血紅蛋白濃度（Hb）和紅細胞壓積（Hct%）等采用肘靜脈取血，血細胞計數(shù)儀測試。人體BV、ECV和PV在測試tHb過程中通過公式推算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，統(tǒng)計軟件用SPSS17.0進行配對樣本t檢驗，其中P＜0.05表示差異有顯著性，P＜0.01表示差異有非常顯著性。

2 結(jié)果

2.1 受試者基礎(chǔ)最大攝氧量和無氧閾測試結(jié)果

所有受試者在正式實驗前進行VO2max和AT的測試，其中最大攝氧量絕對值VO2max（l·min-1）為4.13±0.50，相對值VO2max（m l·kg-1·min-1）為57.17±5.78；無氧閾絕對值A(chǔ)T（l·min-1）為3.08 ± 0.48，無氧閾相對值A(chǔ)T（m l·kg-1·min-1）為 42.67 ± 5.75。達到無氧閾時最大攝氧量百分比AT（%VO2max）為75.0±12.3。從結(jié)果可以看出，受試者身體健康狀況良好，有氧工作能力處于較好的水平。

2.2 受試者tHb以及其它相關(guān)血液指標(biāo)測試結(jié)果

改良CO吸入法測試所有受試者血紅蛋白總量、血液量、血紅細胞量和血漿量（相對值為絕對值/體重）；血細胞計數(shù)儀測試血紅蛋白濃度和紅細胞壓積，其結(jié)果如下表1所示。

表1 受試者tHb及其它血液指標(biāo)測試結(jié)果

2.3 CO吸入后不同時間段VO2max和AT測試結(jié)果

CO吸入法測試tHb后不同時間段，測試VO2max及其相關(guān)無氧閾指標(biāo)（即刻、6小時和12小時）。發(fā)現(xiàn)CO吸入后即刻會顯著降低最大攝氧量，其中最大攝氧量絕對值下降約9.4%，相對值下降約9.3%；而在6小時之后，最大攝氧量絕對值和相對值都有適當(dāng)回升，稍微低于基礎(chǔ)值，但差異沒有顯著性（P＞0.05）；通氣無氧閾也在CO吸入后即刻顯著下降，而在6小時組雖然有適當(dāng)回升，但仍低于基礎(chǔ)值，在12小時組，無氧閾指標(biāo)又有不同程度下降（P＜0.05）；達到無氧閾時的最大攝氧量百分比雖有不同程度下降，但與基礎(chǔ)指標(biāo)相比差異沒有顯著性（P＞0.05）。不同時間段相關(guān)指標(biāo)的影響如下表2所示。

表2 受試者tHb測試后不同時間段VO2max和AT等指標(biāo)測試結(jié)果表

2.4 運動對體內(nèi)CO代謝的影響

表3示機體在CO攝入前后及不同時間段血液Hb?CO濃度及呼出氣CO濃度，其中在CO攝入前，血液Hb?CO%為1.1，呼出氣CO為14.5 ppm，當(dāng)CO攝入后6 min，血液和呼出氣中CO濃度及顯著上升（P＜0.01），在3 h和6 h時間點，血液中HbCO和呼出氣中CO濃度及開始顯著下降（但仍高于初始值），在9 h和12 h才開始慢慢恢復(fù)到正常水平。表4示CO攝入后，即進行正常網(wǎng)球訓(xùn)練2小時，發(fā)現(xiàn)受試者血液中HbCO和呼出氣中CO濃度下降更加快速，在3 h和6 h組下降比無運動干擾組明顯，雖然較CO吸入前的值要高，但統(tǒng)計無顯著性差異（P＞0.05）在9 h和12 h組下降已經(jīng)接近初始濃度。

表3 tHb測試后受試者機體CO正常代謝

表4 tHb測試后運動對機體CO代謝的影響

3 討論

3.1 受試者tHb及其它血液指標(biāo)

CO吸入法測試全身血紅蛋白總量，避免了血紅蛋白濃度測試會受到血漿量的影響，在血液興奮劑檢測領(lǐng)域以及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有較大的實踐應(yīng)用價值。該測試方法的主要原理是利用CO作為一種標(biāo)記物，與血液中的Hb結(jié)合，在吸入一定量的CO后，其與Hb結(jié)合的濃度百分比差值可以計算血液中Hb的總量，但是CO不是全部與Hb結(jié)合，還需要考慮與肌肉肌紅蛋白結(jié)合的量和肺內(nèi)殘余的氣量，因此該測試方法需要大量的推理計算，要考慮受試者的身高、體重、年齡和性別等，有一定的誤差。但經(jīng)過不斷改良，測試誤差已經(jīng)非常低。除了血紅蛋白總量外，還可以通過公式計算全身血液量、血紅細胞量和血漿量等。在本該研究中，測試了所有受試者tHb和血液量、血紅細胞量和血漿量等，測試結(jié)果與Heinicke等[10]對休閑運動愛好者測試結(jié)果類似。其中tHb為956 g和13.2 g/kg體重，處于中等偏上的水平，其它指標(biāo)如血液量、血紅細胞量和血漿量等結(jié)果類似。這些指標(biāo)的測試由于利用了CO與Hb的高度親和力，測試設(shè)備和程序比較簡單，測試結(jié)果誤差較小，是一種較好的血液總指標(biāo)測試方法。

3.2 CO吸入后受試者VO2max和AT變化及其恢復(fù)

CO吸入后與受試者血紅蛋白和骨骼肌中的肌紅蛋白結(jié)合，影響了血液O2的運輸和肌肉中O2的儲存和利用，因此與有氧能力有關(guān)的測試指標(biāo)會受到影響。本實驗測試了CO吸入后不同時間段（即刻、6小時和12小時）受試者VO2max和AT等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)在不同時間段有不同程度的變化。在CO攝入后即刻，VO2max和AT（絕對值和相對值）都有顯著下降；而到了6小時的時間點，兩個指標(biāo)都出現(xiàn)不同程度的恢復(fù)，雖然比基礎(chǔ)值結(jié)果稍低，但差異無顯著性；到12小時，VO2max指標(biāo)幾乎恢復(fù)到基礎(chǔ)水平，而AT出現(xiàn)再次下降現(xiàn)象。達到AT時的VO2max百分比雖然有適當(dāng)程度的下降，但差異沒有顯著性。VO2max和AT都是反映機體有氧工作能力，但VO2max主要反映受試者心肺功能，而AT則與受試者骨骼肌功能高度相關(guān)。AT結(jié)果與受試者快肌產(chǎn)生乳酸的速度和慢肌代謝乳酸的速度有關(guān)，如果受試者慢肌利用和清除乳酸的速度較快，在相同有氧能力情況下，受試者AT比較高。本研究中出現(xiàn)VO2max在6小時后完全恢復(fù)，可能與呼吸氣和血液中的CO代謝完全有關(guān)，而肌肉中肌紅蛋白與CO結(jié)合后對骨骼肌利用O2的能力影響時間較長，可能是導(dǎo)致AT恢復(fù)較慢的原因之一。

3.3 CO吸入后受試者有氧能力指標(biāo)變化分析

本研究還對受試者在CO吸入后機體CO的代謝情況進行了研究。按照每公斤體重1 ml的CO吸入后，受試者體內(nèi)CO濃度顯著增加（包括呼吸氣CO濃度和血液中CO與Hb結(jié)合HbCO的濃度），接著選取部分受試者進行2小時的網(wǎng)球訓(xùn)練，其余受試者安靜休息，測試了兩組受試者不同時間段體內(nèi)CO濃度。發(fā)現(xiàn)兩組受試者在6 min后，其呼吸氣CO濃度和血液HbCO濃度都開始出現(xiàn)顯著下降，在3 h和6 h時間點，其濃度指標(biāo)還顯著高于初始CO濃度，到9 h之后幾乎恢復(fù)到正常值水平。CO在體內(nèi)代謝一半所需要的時間大概在3小時左右。但是運動組，其體內(nèi)的CO水平下降速度顯著比安靜組快，可能對身體以及運動能力的影響也比較小。CO進入體內(nèi)后主要通過HbCO的解離和呼吸氣的排出而代謝，運動干預(yù)組由于呼吸頻率和深度的增加，通氣量增加可以增加CO的排出。Gerald等[11]測試了不同性別受試者CO在體內(nèi)的代謝情況及其半衰期，他們將男女受試者暴露于1000 ppm左右的CO環(huán)境中，然后每5分鐘取血測試受試者HbCO的濃度，作者得出的結(jié)果較本研究CO代謝速度稍慢，可能與實驗控制不同有關(guān)。本實驗要求受試者吸入CO（1 m l/kg體重）4分鐘，而Gerald是使受試者暴露在CO環(huán)境中30～60分鐘，可能使CO在體內(nèi)充分與Hb和肌紅蛋白結(jié)合有關(guān)，具體原因還需要進一步實驗。

4 結(jié)論

CO吸入法可以比較準(zhǔn)確而快速地測試受試者全身血紅蛋白總量和全身血液量、血漿量和血細胞量等；但CO的吸入會在短時間內(nèi)（6 h）顯著降低受試者的VO2max和AT等反映有氧工作能力的指標(biāo)，在6 h之后開始逐漸恢復(fù)；CO吸入后，呼出氣CO濃度和血液中Hb?CO濃度的上升會經(jīng)過正常代謝而排出體外，適當(dāng)運動有助于體內(nèi)CO代謝速度的提高。

[1] Jelkmann W，Lundby C.Blood doping and its detection[J].Blood，2011，118（9）：2395-404.

[2] WADA.WADA Athlete Biological Passport Operating Guidelines，version 2.1，2010.

[3] Schumacher YO，Onofrio G.Scientific expertise and the Athlete Biological Passport：3 years of experience[J].Clin Chem，2012，58（6）：979-985.

[4] Schumacher YO，Saugy M，Pottgiesser T，et al.Detection of EPO doping and blood doping：the haematological module of the Athlete Biological Passport[J].Drug Test Anal，2012，4（11）：846-853.

[5] Zorzoli M，Rossi F.Case studies on ESA-doping as re?vealed by the Biological Passport[J]. Drug Test Anal，2012，4（11）：854-858.

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

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

[8] Jér?me D，Ramzy R，Prithvi RK，et al.Precision of the optimized carbon monoxide rebreathing method to deter?mine total haemoglobin mass and blood volume[J].Eur J Sport Sci，2013，13（1）：68-77.

[9] 汪軍，胡揚，Yannis Pitsiladis.改良CO吸入法測試血紅蛋白總量對最大攝氧量和反復(fù)沖刺能力的影響[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2016，35（1）：41-45.

[10]Heinicke K，Wolfarth B，Biermann P，et al.Blood volume and hemoglobin mass in elite athlete of different disci?plines[J].Int J Sports Med，2001，22：504-512.

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

2016.05.15

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項（編號2016RB013）；國家體育總局科研課題資助（編號：2014B009）

汪軍，Email：w j430079@126.com