高氧訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響系統(tǒng)綜述

王文龍 張瀚月 米靖 韓奇，3 方子龍

1 北京體育大學(xué)運(yùn)動(dòng)與體質(zhì)健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京100084）

2 東北師范大學(xué)體育學(xué)院（長春130024）

3 國家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所運(yùn)動(dòng)營養(yǎng)研究中心（北京100029）

高氧（hyperoxia）又稱高濃度氧或富氧，是指混合氣體中吸入氧濃度（inspired oxygen fraction，F(xiàn)iO2）＞0.21，氧分壓介于21～101 kPa之間的氣體[1]。高氧暴露被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于治療休克、缺氧等疾病，而在訓(xùn)練和比賽中的應(yīng)用尚不廣泛，人們對暴露于高氧環(huán)境下的機(jī)體反應(yīng)，尤其是對長期反應(yīng)的了解較少。國外對不同氧環(huán)境暴露與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間的關(guān)系研究已有百余年，在運(yùn)動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域中開始應(yīng)用高氧始于20世紀(jì)初[2]，使用高氧改善身體機(jī)能的研究則可追溯到1937年[3]。近些年來，為提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)而進(jìn)行的高氧應(yīng)用研究引起了學(xué)者的日益關(guān)注，并進(jìn)行了多方面的探討。在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，主要有3 種高氧暴露方式：（1）在運(yùn)動(dòng)過程中或運(yùn)動(dòng)前進(jìn)行即刻高氧暴露；（2）為提升訓(xùn)練效果而長期進(jìn)行高氧暴露（即高氧訓(xùn)練）；（3）在兩次運(yùn)動(dòng)的間歇期進(jìn)行高氧暴露以促進(jìn)恢復(fù)[4]。對高氧的急性增能效應(yīng)已逐漸達(dá)成共識，即短時(shí)間適宜條件的高氧暴露能提高輸出功率，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[2，4]。高氧促進(jìn)恢復(fù)并提升隨后的表現(xiàn)方面的爭議也相對較小[5，6]。而對高氧作為訓(xùn)練手段的長期適應(yīng)的爭議較大，進(jìn)一步的研究和探討對運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文聚焦于高氧能否作為有效訓(xùn)練手段這一問題，對采用高氧訓(xùn)練（hyperoxic training）干預(yù)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)綜述，目的是加強(qiáng)對訓(xùn)練中高濃度氧氣暴露的理解，為后續(xù)研究提供參考，從而更好地服務(wù)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐。

1 資料與方法

1.1 檢索策略

使用以下數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索：（1）PubMed；（2）Web of Science；（3）ESBCO；（4）中國知網(wǎng)（CNKI）；（5）萬方數(shù)據(jù)庫。檢索范圍為從各數(shù)據(jù)庫建庫至2021 年12 月31日發(fā)表的文獻(xiàn)。中文以“高氧”、“高濃度氧”、“運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)”和“訓(xùn)練”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索。英文以TS=（“hyperoxia”or“oxygen supplementation”or“inspired oxygen”）and（“performance”or“training”）為主題詞進(jìn)行交叉檢索。中文文獻(xiàn)僅限于發(fā)表在核心期刊上的原創(chuàng)研究和綜述性研究，外文文獻(xiàn)僅限于發(fā)表在同行評議的英文期刊上的原創(chuàng)研究和綜述性研究。此外，對檢索到的綜述類文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)進(jìn)行人工檢索，增補(bǔ)檢索過程中漏檢的文獻(xiàn)。

1.2 文獻(xiàn)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為隨機(jī)對照試驗(yàn)（randomized controlled trial，RCT）或交叉試驗(yàn)（cross-over trial）；（2）研究對象為健康運(yùn)動(dòng)人群的研究；（3）干預(yù)組每周高氧暴露≥2 次，F(xiàn)iO2＞0.21，持續(xù)時(shí)間≥3 周；（4）干預(yù)組與對照組實(shí)行等量的常氧訓(xùn)練；（5）在常氧狀態(tài)下進(jìn)行前測和后測。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）未設(shè)常氧對照組以及訓(xùn)練前后未進(jìn)行生理測量；（2）高壓氧（hyperbaric oxygen，HBO）治療干預(yù)相關(guān)研究；（3）會(huì)議論文及摘要、學(xué)位論文、評論及書信、綜述類、方案類文獻(xiàn)，以及未發(fā)表的論文、信息不全的論文。

1.3 文獻(xiàn)篩選與資料提取

文獻(xiàn)的檢索和評估由兩名接受過系統(tǒng)性循證醫(yī)學(xué)方法培訓(xùn)的研究人員分別獨(dú)立進(jìn)行，按照納入和排除標(biāo)準(zhǔn)對文獻(xiàn)進(jìn)行篩選。如遇到意見不統(tǒng)一則進(jìn)行討論，由另一名高級研究人員協(xié)調(diào)并商定。通過題目和摘要對檢索結(jié)果進(jìn)行篩選。如果無法確定納入文獻(xiàn)，則對全文進(jìn)行篩查。此外，還對已確定文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)進(jìn)行人工篩查，以獲取其他適用研究。對符合納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)進(jìn)行資料提取，內(nèi)容包括：作者、發(fā)表時(shí)間、實(shí)驗(yàn)對象、FiO2、高氧訓(xùn)練干預(yù)方案、測試方法以及主要研究結(jié)果。

1.4 文獻(xiàn)偏倚風(fēng)險(xiǎn)評估

為確保評估的有效性，由兩名接受過系統(tǒng)性循證醫(yī)學(xué)方法培訓(xùn)的研究人員對文獻(xiàn)質(zhì)量進(jìn)行獨(dú)立評價(jià)。當(dāng)兩人意見不一致時(shí)，由另一名高級研究人員進(jìn)行仲裁或討論解決。采用Cochrane偏倚風(fēng)險(xiǎn)評估工具對納入的研究進(jìn)行方法學(xué)評價(jià)，內(nèi)容包括：（1）隨機(jī)序列產(chǎn)生是否正確；（2）分配方案是否隱藏；（3）研究者和受試者是否施盲；（4）研究結(jié)局是否用盲法評價(jià)；（5）結(jié)果數(shù)據(jù)是否完整；（6）是否選擇性報(bào)告研究結(jié)果；（7）是否存在其他類型偏倚來源。每個(gè)條目依據(jù)偏倚風(fēng)險(xiǎn)評估準(zhǔn)則作出“高風(fēng)險(xiǎn)偏倚”、“低風(fēng)險(xiǎn)偏倚”或“不清楚”的判斷。

1.5 數(shù)據(jù)提取與統(tǒng)計(jì)

提取納入文獻(xiàn)的結(jié)局指標(biāo)，并對部分核心指標(biāo)使用Cohen’s d效應(yīng)值進(jìn)行效應(yīng)評價(jià)。計(jì)算公式為：

其中，d=Cohen’s d值（標(biāo)準(zhǔn)化平均偏差），M1和M2分別為實(shí)驗(yàn)組和對照組的平均值，SD1和SD2分別為實(shí)驗(yàn)組和對照組的標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果

2.1 納入研究的數(shù)量

通過文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫初檢出相關(guān)文獻(xiàn)1895篇（中文59篇，英文1836篇）。使用Note Express軟件的查找重復(fù)題錄功能剔除重復(fù)文獻(xiàn)139篇；閱讀題目和摘要后，剔除明顯不符合納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)1728篇；通過閱讀全文剔除不符合納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)20篇；根據(jù)綜述類文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)補(bǔ)錄文獻(xiàn)2篇；最終納入文獻(xiàn)10篇，均為英文文獻(xiàn)（圖1）。

圖1 文獻(xiàn)檢索流程圖

2.2 納入研究的基本特征

納入的研究最早發(fā)表于1996 年[7]。納入的研究在FiO2、實(shí)驗(yàn)對象、干預(yù)方式和強(qiáng)度等方面存在較大差異。研究共納入152 名受試者，包括124 名男性和28名女性。其中5項(xiàng)研究僅針對男性展開[7，8，12，14，16]，僅有1項(xiàng)研究專門針對女性[13]。實(shí)驗(yàn)對象的身體訓(xùn)練狀態(tài)包括有訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)（well trained）、未經(jīng)訓(xùn)練（untrained）和業(yè)余訓(xùn)練（recreational）三種。高氧訓(xùn)練的FiO2范圍為0.26～1.00，干預(yù)周期為3～6周，每周2～5次，每次干預(yù)時(shí)間不固定，強(qiáng)度以中高強(qiáng)度為主。訓(xùn)練的方式為騎自行車（9項(xiàng)）和跑步（1項(xiàng)）。4項(xiàng)研究以高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（high-intensity interval training，HIIT）為主要訓(xùn)練方法[10-13]。大多數(shù)研究在海平面高度進(jìn)行，僅1項(xiàng)研究在中高海拔地區(qū)（1840 m）進(jìn)行[8]。測試手段以自行車遞增強(qiáng)度測試（graded exercise test，GXT）為主（6 項(xiàng)），此外還涉及計(jì)時(shí)賽（time trial，TT）、力竭時(shí)間測試（time to exhausted，TTE）、固定負(fù)荷運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)等。詳見表1。

表1 納入研究的具體特征

2.3 納入研究的偏倚風(fēng)險(xiǎn)評估

采用Cochrane偏倚風(fēng)險(xiǎn)評估工具對納入的研究進(jìn)行評價(jià)并進(jìn)行分級[17]。納入的10篇文獻(xiàn)的研究方法學(xué)質(zhì)量大多為中等（表2）。

表2 納入研究的偏倚風(fēng)險(xiǎn)評估

2.4 高氧訓(xùn)練的干預(yù)效果

2.4.1 高氧訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響

部分研究證明，高氧組在訓(xùn)練干預(yù)過程中有更高的輸出功率[7，12，15]。1項(xiàng)研究表明，高氧訓(xùn)練能顯著提升血乳酸拐點(diǎn)功率輸出（power at lactate deflection point，PTLA）和最大乳酸穩(wěn)態(tài)時(shí)功率輸出（power at maximal lactate steady-state，PMLSS）[8]。長期高氧訓(xùn)練可通過改善TT和GXT期間的功率輸出，或延長給定工作負(fù)荷下的運(yùn)動(dòng)耐力，適應(yīng)更大的訓(xùn)練負(fù)荷，從而提高在海平面的運(yùn)動(dòng)能力[7，9-11]。但也有研究表明，高氧訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提升效果不明顯[9，12，16]。Armstrong 等發(fā)現(xiàn)，與常氧組相比，高氧組每周的平均功率無顯著差異，耐力表現(xiàn)和肌肉功能也未顯著提高[9]。Kon等在為期3周的沖刺間歇訓(xùn)練（sprint interval training，SIT）期間發(fā)現(xiàn)，常氧組和高氧組的平均功率輸出無顯著差異，認(rèn)為高氧改善全力SIT訓(xùn)練下有氧運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，但降低了無氧運(yùn)動(dòng)能力[16]。Kilding等研究表明，在60 s全速試驗(yàn)期間，常氧組的平均相對功率有增加的趨勢，但高氧組卻無增加，而且高氧組大多數(shù)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)指標(biāo)不如常氧組，4 周的高氧暴露間歇訓(xùn)練對訓(xùn)練有素的自行車運(yùn)動(dòng)員的耐力表現(xiàn)無顯著改善[12]。

TTE/TT 測試與一些訓(xùn)練（如間歇訓(xùn)練）和比賽類似，因此這一指標(biāo)具有一定的代表性[18]。在納入的10項(xiàng)研究中，有6 項(xiàng)研究結(jié)局指標(biāo)涉及TTE/TT[8-12，15]。僅有2項(xiàng)研究表明，相比于常氧，高氧在TTE/TT方面的提升具有顯著效果[8，10]（表3）。高氧組和常氧組TTE/TT改變的平均Cohen’s d效應(yīng)量為0.42，總體平均效應(yīng)量僅為中等偏下（0.20為小的效應(yīng)，0.50為中等效應(yīng)，0.80為高的效應(yīng)[19]）。

表3 納入研究的TTE和TT的變化

2.4.2 高氧訓(xùn)練對生理反應(yīng)的影響

納入研究的生理結(jié)局指標(biāo)較多。5項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，高氧組與常氧組的VO2max并沒有差異[7，10-12，15]。從其他心肺功能指標(biāo)來看，以70%HRmax進(jìn)行5周訓(xùn)練后，高氧組與常氧對照組在每搏輸出量（stroke volume，SV）、心輸出量（cardiac output，Qc）和肺通氣量（pulmonary ventilation）、攝氧量（oxygen consumption，VO2）、心率（heart rate，HR）等參數(shù)上的差異并不顯著[7]。從骨骼肌酶活性來看，Perry等發(fā)現(xiàn)，高氧組和常氧組在檸檬酸合成酶（citrate synthase，CS）、β-羥酰輔酶A 脫氫酶（β-hydroxyacyl-coenzyme A dehydrogenase，?-HAD）和線粒體天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（mitochondrial aspartate aminotransferase，m-AsAT）等指標(biāo)產(chǎn)生了相似的改善，認(rèn)為高氧訓(xùn)練提供的額外訓(xùn)練刺激不足以使骨骼肌的有氧能力產(chǎn)生更大的提高[11]。缺乏良好表現(xiàn)效益的一個(gè)潛在原因是，90%最大攝氧量（maximal oxygen uptake，VO2max）高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可能比有氧運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)調(diào)無氧供能系統(tǒng)，從而導(dǎo)致常氧下對有氧能力的改善較少[2]。同樣，在常氧條件下進(jìn)行次最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可提高骨骼肌線粒體酶（mitochondrial enzymes）、檸檬酸激酶（citrate kinase）、3-羥基酰基輔酶A 脫氫酶（3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase，HCDH）、細(xì)胞色素C氧化酶（cytochrome C oxidase，COX）的活性，而高氧訓(xùn)練沒有引起這種變化，也表明高氧訓(xùn)練提供的代謝刺激可能較低[7]。Cardinale等研究顯示，高氧補(bǔ)充結(jié)合HIIT可使運(yùn)動(dòng)員的自行車運(yùn)動(dòng)成績略有提高，但在改善VO2max、血容量（blood volume）和血紅蛋白（hemoglobin，Hb）質(zhì)量方面并不優(yōu)于常規(guī)訓(xùn)練[15]。上述研究表明，高氧訓(xùn)練沒有誘導(dǎo)血液或肌肉氧化代謝能力發(fā)生變化，而氧化代謝能力提高是耐力運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提升的基本機(jī)制。

攝氧量峰值（peak oxygen uptake，VO2peak）是評價(jià)人體有氧工作能力的一個(gè)重要指標(biāo)[20]。在納入的10項(xiàng)研究中，有6項(xiàng)研究結(jié)果指標(biāo)中涉及VO2peak[9，11-14，16]。高氧訓(xùn)練后VO2peak均有所改善[9，11-14，16]；但僅1 項(xiàng)研究顯示，與常氧訓(xùn)練組相比，高氧組VO2peak有顯著提高[9]（表4）。高氧組和常氧組VO2peak改變的平均Cohen’s d 計(jì)算結(jié)果為0.67，平均效應(yīng)量處于中等偏上（0.20 為小的效應(yīng)，0.50為中等效應(yīng)，0.80為高的效應(yīng)[19]）。

表4 納入研究的VO2peak的變化

3 討論

3.1 高氧訓(xùn)練的FiO2

高氧與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)改善之間是否存在劑量-反應(yīng)關(guān)系是高氧應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。在納入的10 項(xiàng)研究中，最高的2項(xiàng)FiO2=1.00[13，14]，1項(xiàng)FiO2=0.80[9]，1項(xiàng)FiO2=0.70[7]，4項(xiàng)FiO2=0.60[10-12，16]，1項(xiàng)FiO2=0.30[15]，最低的1項(xiàng)FiO2=0.26[8]。其他研究中，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)高氧與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)改善之間存在正向的劑量-反應(yīng)關(guān)系。如Wilson 等發(fā)現(xiàn)，在跑臺(tái)跑步過程中，吸入的FiO2（FiO2=0.21、0.40、0.60、1.00）與疲勞時(shí)間之間存在正的線性關(guān)系，吸入FiO2=1.00的O2時(shí)跑步堅(jiān)持時(shí)間最長，且顯著高于FiO2=0.60 時(shí)的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[21]。Sperlich 等對11 個(gè)涉及自行車運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，即使是略高于常氧水平的FiO2（如0.30～0.40），也能有效地將自行車騎行功率提高2.4%～11.0%，隨O2濃度呈線性增加，輸出功率最大可提高17.0%[4]。Mallette 等通過meta 分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)iO2越高，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)（TT、TTE）改善越大[22]。Morris 等使用FiO2=0.26的O2干預(yù)時(shí)，TTE提升[8]；而之后的研究表明，F(xiàn)iO2=0.26 的高氧暴露時(shí)的TTE 卻沒有提升[11]。迄今為止，對長時(shí)間高氧暴露時(shí)最佳的FiO2水平尚未達(dá)成共識。本研究所納入的研究結(jié)果表明，高氧訓(xùn)練中FiO2的劑量效應(yīng)似乎并不明顯。此外，目前尚未發(fā)現(xiàn)高氧訓(xùn)練時(shí)針對不同F(xiàn)iO2水平的專門研究，也影響了對這一問題的探討。

3.2 干預(yù)對象的訓(xùn)練水平

納入的10 項(xiàng)研究中，5 項(xiàng)研究的干預(yù)對象受過系統(tǒng)訓(xùn)練[8，12-13，15-16]，4項(xiàng)研究的干預(yù)對象為未經(jīng)訓(xùn)練或業(yè)余訓(xùn)練者[7，10-11，14]，1 項(xiàng)研究的干預(yù)對象受過中等訓(xùn)練[9]。早期的研究大都是針對未經(jīng)訓(xùn)練或業(yè)余訓(xùn)練的個(gè)體進(jìn)行的[7，9-11]，而高氧暴露在耐力訓(xùn)練的作用機(jī)制可能在不同訓(xùn)練水平的個(gè)體中有所不同。對于訓(xùn)練水平較低的業(yè)余訓(xùn)練者，由高氧暴露提供的額外訓(xùn)練刺激可能不會(huì)明顯高于常氧[11]。有學(xué)者認(rèn)為，體質(zhì)較弱的個(gè)體對訓(xùn)練干預(yù)的反應(yīng)通常比較強(qiáng)烈，以致于提高成績的輔助手段對其生理適應(yīng)的影響有限，而未經(jīng)訓(xùn)練的個(gè)體通常會(huì)在訓(xùn)練后生理和表現(xiàn)參數(shù)方面表現(xiàn)出更大的改善，這與訓(xùn)練方案的有效性無關(guān)，這也導(dǎo)致對訓(xùn)練的應(yīng)激達(dá)到穩(wěn)定階段的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員，通過高氧訓(xùn)練可能更容易提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[23]。然而，從2項(xiàng)對受過系統(tǒng)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員的研究來看，其結(jié)果與之相反，高氧并沒有表現(xiàn)出潛在的生理反應(yīng)[12，15]。Kilding等發(fā)現(xiàn)，高氧訓(xùn)練可能會(huì)減弱訓(xùn)練有素的自行車運(yùn)動(dòng)員的攜氧能力以及正常的適應(yīng)性反應(yīng)[12]。目前，鑒于研究數(shù)量限制，優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員攜氧和利用氧的能力是否能從高氧訓(xùn)練中受益仍不清楚。

3.3 高氧訓(xùn)練的干預(yù)方案

3.3.1 干預(yù)的海拔高度

納入的10項(xiàng)研究中僅1項(xiàng)研究是在非海平面高度（1840 m）進(jìn)行的[8]。與在海平面的研究相比，中高海拔地區(qū)的應(yīng)用效果可能更為顯著。Morris等發(fā)現(xiàn)，在中等海拔高度（1840 m）進(jìn)行為期3 周的HIIT 后，與常氧組相比，高氧訓(xùn)練組的受試者能在更高百分比的乳酸拐點(diǎn)處進(jìn)行訓(xùn)練，并且在隨后模擬海平面條件下測試時(shí)，最大穩(wěn)態(tài)下的功率輸出和120 kJ 自行車騎行測試的完成時(shí)間也有明顯改善[8]。此研究的局限在于采用短時(shí)間（約5 min）測試作為衡量自行車運(yùn)動(dòng)員成績的指標(biāo)，針對性較弱。此外，從未納入本研究的2 篇非RCT研究看，Chick等在海拔1600 m的環(huán)境，讓訓(xùn)練者吸入O2含量在70%以上混合氣體，6周高氧訓(xùn)練后最大功率自行車測試時(shí)堅(jiān)持的總時(shí)間、85%最大負(fù)荷時(shí)的HR以及耐受時(shí)間都有顯著改善，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員在中等海拔地區(qū)達(dá)到“最大訓(xùn)練”后進(jìn)行高氧訓(xùn)練可提高運(yùn)動(dòng)能力[24]；Wilber 等發(fā)現(xiàn)，在中等海拔（1860 m）地區(qū)，受過訓(xùn)練的自行車運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行HIIT時(shí)，補(bǔ)充O2可顯著改善運(yùn)動(dòng)成績，而不會(huì)引起額外的氧化應(yīng)激反應(yīng)[25]。在高海拔地區(qū)，因?yàn)閿y氧能力的限制，高強(qiáng)度訓(xùn)練可能很難維持，而高氧暴露則能使運(yùn)動(dòng)員在高海拔的環(huán)境中進(jìn)行更高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，并減少了“高住低練”這一訓(xùn)練手段可能帶來的低氧應(yīng)激反應(yīng)[8]。

3.3.2 干預(yù)時(shí)間和訓(xùn)練強(qiáng)度

納入的研究的干預(yù)時(shí)間在3～6周，每周頻次為2～5次。其中2 項(xiàng)研究為3 周[16，18]，2 項(xiàng)研究為4 周[12，14]，2 項(xiàng)研究為5周[7，9]，4項(xiàng)研究為6周[10，11，13，15]。Przyklenk 等認(rèn)為，健康受試者在4周內(nèi)僅進(jìn)行6h的高氧訓(xùn)練，可能不足以達(dá)到持續(xù)的、訓(xùn)練誘導(dǎo)的適應(yīng)閾值，這也是細(xì)胞和生理指標(biāo)產(chǎn)生適應(yīng)反應(yīng)較低的原因[14]。但由于缺乏縱向研究，無法對訓(xùn)練強(qiáng)度的影響進(jìn)行更詳細(xì)的分組分析。訓(xùn)練強(qiáng)度過低也可能影響高氧的干預(yù)效果，如Ploutz-Snyder 等選擇的70%最大心率（maximum heart rate，HRmax）的訓(xùn)練強(qiáng)度可能無法引起組間動(dòng)脈血氧飽和度（arterial oxygen saturation，SaO2）或O2傳遞的差異[7]?？傊哐跤?xùn)練的生理適應(yīng)能力、最佳的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間仍有待闡明。

3.4 高氧訓(xùn)練提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的機(jī)制探討

高氧暴露耐力訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和訓(xùn)練適應(yīng)機(jī)制的影響還不十分清楚，尤其是在訓(xùn)練有素的耐力運(yùn)動(dòng)員中[15]。運(yùn)動(dòng)時(shí)急性暴露在高氧環(huán)境下，可改善氧的攝取，增加動(dòng)脈SaO2和動(dòng)脈氧分壓（arterial oxygen pressure，PaO2），引起心肺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)以及能量代謝系統(tǒng)的一系列反應(yīng)，從而有助于降低血乳酸（lactic acid，LA）水平和主觀疲勞感覺（rating of perceived exertion，RPE），提高功率輸出[2]（圖2）。

圖2 高氧暴露的急性反應(yīng)匯總[2]

高氧訓(xùn)練可能使運(yùn)動(dòng)員適應(yīng)更大的訓(xùn)練壓力，從而提高對耐力運(yùn)動(dòng)的耐受能力[15]。基于該假設(shè)，考慮到接近最大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí)的攜氧能力限制，肌肉線粒體的容量會(huì)超過最大O2運(yùn)輸[26]。有研究認(rèn)為，在相同的訓(xùn)練方案前提下，高氧訓(xùn)練可使運(yùn)動(dòng)員在更高的絕對負(fù)荷下進(jìn)行訓(xùn)練，肌肉獲得更強(qiáng)的訓(xùn)練刺激，從而增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[4，27]。還有研究認(rèn)為，高氧訓(xùn)練提供的額外刺激可能比常氧訓(xùn)練能更大程度地增加骨骼肌線粒體氧化能力，使骨骼肌代謝適應(yīng)性更強(qiáng)，從而增強(qiáng)有氧耐力運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[10]。

運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提升有中央機(jī)制和外周機(jī)制兩種解釋。由于在高氧和常氧條件下，心肺參數(shù)（中央機(jī)制）是相似的，因此有學(xué)者認(rèn)為可能是外周機(jī)制（即肌肉攝取和利用氧的能力）提高了運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[10]。Haseler 等報(bào)道，在60%最大功率下，運(yùn)動(dòng)期間高氧暴露減緩了肌肉中磷酸肌酸（phosphocreatine，PCr）含量的下降[28]。然而，Perry等通過高氧干預(yù)發(fā)現(xiàn)，骨骼肌中的酶活性與常氧狀態(tài)相同，認(rèn)為高氧不會(huì)引起骨骼肌更明顯的適應(yīng)[13]。不僅如此，在常氧狀態(tài)下進(jìn)行次最大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度（70%HRmax）訓(xùn)練后，線粒體氧化能力的適應(yīng)能力大于高氧狀態(tài)，表明高氧暴露的代謝刺激可能更小[7]。Cardinale等的研究則表明，高氧對耐力運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的有益影響并不能通過VO2max、血容量和Hb質(zhì)量、線粒體氧化磷酸化能力或線粒體含量標(biāo)記物的變化來解釋，這些標(biāo)記物在干預(yù)后未產(chǎn)生顯著變化[15]。這些矛盾結(jié)果阻礙了對高氧暴露增能機(jī)制的進(jìn)一步解釋。

此外，安慰劑效應(yīng)（placebo effect）也可能對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)造成影響。最近，Davies 等通過一系列特殊的氧欺騙試驗(yàn)（即欺騙受試者所吸入的FiO2看其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)）提示了安慰劑效應(yīng)的存在，認(rèn)為高氧暴露可能建立了騎自行車者的心理和生理信念，從而在隨后的常氧試驗(yàn)中繼續(xù)觀察到了運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的改善[29]。然而，在長時(shí)間的高氧訓(xùn)練中，安慰劑效應(yīng)是否存在尚未見報(bào)道。

3.5 高氧訓(xùn)練的安全性分析

高氧直接作用于人體，使用高氧對運(yùn)動(dòng)員而言是非常態(tài)環(huán)境下的機(jī)能改造，因此有學(xué)者對其安全性也進(jìn)行了探討，這是高氧應(yīng)用的前提與關(guān)鍵。氧是生命所必需的，但作為一種訓(xùn)練手段，它具有積極生物效益的同時(shí)也可能伴隨毒性效應(yīng)[4]。不少臨床和動(dòng)物研究都表明，長期暴露在常壓下的高濃度氧中可能增加活性氧物質(zhì)（reactive oxygen species，ROS）的生成而產(chǎn)生毒性作用[30，31]。ROS 很容易與周圍的生物組織發(fā)生反應(yīng)，損害脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，從而使抗氧化防御功能失效[30]。此外，ROS升高會(huì)導(dǎo)致肺泡內(nèi)發(fā)生高滲、凝血障礙、膠原沉積以及其他不可逆的變化[31]。有研究認(rèn)為，持續(xù)高氧暴露會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，對哺乳動(dòng)物心血管系統(tǒng)影響最大[31，32]。超過24 h暴露于高氧環(huán)境會(huì)導(dǎo)致類似于心臟炎癥的形態(tài)學(xué)變化[33]。嚙齒類動(dòng)物持續(xù)暴露于高氧環(huán)境（72 h）會(huì)導(dǎo)致心臟毒性，包括心律失常[34]。然而，上述研究都是基于高氧的持續(xù)暴露，而非周期性高氧暴露。Haffor 等發(fā)現(xiàn)，持續(xù)高氧暴露（hyperoxia，HP）（100%O2，48 h）的大鼠的心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)線粒體腫脹、嵴消失、內(nèi)外膜稀釋，且自由基（free radicals，F(xiàn)R）水平明顯升高；而周期性高氧暴露（periodic hyperoxia training，PHT）（3 周內(nèi)每天呼吸100%O2，每天3 次，每次30 min）的大鼠心臟組織樣本中的生物抗氧化電位（biological antioxidant potential，BAP）明顯高于對照組（常氧狀態(tài)）或HP 組，認(rèn)為PHT可能誘導(dǎo)心臟對潛在有害反應(yīng)代謝物的形成產(chǎn)生適應(yīng)性抵抗[35]。Wilber等發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練有素的自行車運(yùn)動(dòng)員，在高氧高強(qiáng)度訓(xùn)練后測得的血液中的ROS 和炎癥因子與正常條件下訓(xùn)練相比并沒有差異[25]。研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)iO2在0.26～0.60 之間，ROS 也沒有差異，說明高氧在此范圍內(nèi)的短期暴露使用是安全的[25]。綜上，高氧訓(xùn)練使用不當(dāng)可能產(chǎn)生FR和ROS積累，對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生危害。高強(qiáng)度和較長時(shí)間的高氧訓(xùn)練也會(huì)使訓(xùn)練負(fù)荷過高，如果恢復(fù)不及時(shí)，可能出現(xiàn)過度訓(xùn)練的風(fēng)險(xiǎn)[21]。因此，使用高氧時(shí)的安全監(jiān)測至關(guān)重要，在提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的同時(shí)，應(yīng)密切監(jiān)測氧化應(yīng)激損傷的指標(biāo)，如基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metallo proteinase，MMPs）、P38蛋白（p38MAPK）等[36]。

3.6 高氧訓(xùn)練的倫理審視

高氧訓(xùn)練可能會(huì)產(chǎn)生較為復(fù)雜的醫(yī)學(xué)倫理問題[4，15]。我國學(xué)者將判定競技體育中提高競賽表現(xiàn)技術(shù)能否應(yīng)用的倫理學(xué)依據(jù)歸結(jié)為：是否符合競技體育內(nèi)涵及競技體育精神，是否無害、有益或利大于弊，是否降低了運(yùn)動(dòng)員的自主性[37]。目前，高氧并未被列入世界反興奮劑機(jī)構(gòu)（World Anti-Doping Agency，WADA）的禁用清單（prohibited list）[38]。但興奮劑是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、變化的概念，會(huì)隨著體育科學(xué)、醫(yī)學(xué)、社會(huì)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展而變化。WADA在決定是否將某種物質(zhì)或方法列入禁用清單時(shí)，依據(jù)以下3 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：（1）使用該物質(zhì)或方法可能提高或能夠提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)；（2）使用該物質(zhì)或方法會(huì)對運(yùn)動(dòng)員的健康造成實(shí)際或潛在的危害；（3）使用該物質(zhì)或方法違背了體育精神。符合上述3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中的任何兩項(xiàng)即可被列為興奮劑[39]。目前還沒有足夠的證據(jù)來確定高氧訓(xùn)練是否能提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，高氧訓(xùn)練是否會(huì)損害運(yùn)動(dòng)員的健康也尚不清楚。但急性暴露于高氧環(huán)境下可提高暴露即刻的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[2，4]，也有證據(jù)表明長期高氧暴露可能損害健康[33]。因此，在訓(xùn)練和比賽中使用高氧暴露可能會(huì)引起嚴(yán)重的醫(yī)學(xué)倫理問題。因此，有關(guān)部門應(yīng)考慮開展高氧氣體應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員的相關(guān)應(yīng)對策略研究。

3.7 研究局限性

3.7.1 受納入的研究數(shù)量以及研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方案的差異（如FiO2、性別、參與者的訓(xùn)練水平、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和方式等變量）的制約，本研究沒有采用meta分析探究高氧訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提升效果，而是采用了半定量的系統(tǒng)綜述。

3.7.2 部分納入文獻(xiàn)的方法質(zhì)量控制有待提高，這可能限制了本研究結(jié)果的推廣。

3.7.3 盡管嚴(yán)格控制了文獻(xiàn)檢索程序并進(jìn)行了文獻(xiàn)追溯，但仍可能有相關(guān)文獻(xiàn)被遺漏。

4 結(jié)論、建議與展望

4.1 研究結(jié)論

與常氧訓(xùn)練相比，高氧訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的促進(jìn)作用比較有限，高氧訓(xùn)練僅在中等程度上提高了自行車和跑步項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)（TTE/TT），對部分生理指標(biāo)（VO2peak）具有積極影響。與在海平面的研究相比，在中高海拔地區(qū)高氧訓(xùn)練的應(yīng)用效果可能更為顯著。高氧訓(xùn)練對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提升效果有待進(jìn)一步的探討。

4.2 研究建議

長期暴露于高氧環(huán)境可能會(huì)因ROS水平升高導(dǎo)致細(xì)胞損傷或功能障礙而出現(xiàn)嚴(yán)重的健康問題，使用時(shí)應(yīng)在研究人員的指導(dǎo)下予以密切監(jiān)控。同時(shí)，鑒于在訓(xùn)練和比賽中補(bǔ)充高濃度O2可能面臨醫(yī)學(xué)倫理問題，有關(guān)部門應(yīng)考慮開展高氧暴露的相關(guān)應(yīng)對策略研究。

4.3 研究展望

高氧訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的相關(guān)研究數(shù)量較少，系列研究不足，研究空間仍很大。未來的研究可關(guān)注以下幾個(gè)方面。（1）劑量-效應(yīng)關(guān)系：確定FiO2與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)改善之間是否存在劑量-效應(yīng)關(guān)系；（2）訓(xùn)練水平：加強(qiáng)對優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員的實(shí)證研究。（3）性別：觀察高氧訓(xùn)練對女運(yùn)動(dòng)員的效果。（4）運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目：探討高氧訓(xùn)練對不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響。（5）干預(yù)方案：比較不同干預(yù)時(shí)間、干預(yù)頻率、干預(yù)強(qiáng)度對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)影響的差異，探索高氧訓(xùn)練的理想方案。此外，隨著更多RCT研究的開展，未來可以對高氧訓(xùn)練相關(guān)研究進(jìn)行meta 分析，以提升證據(jù)質(zhì)量。