“高住低练”对运动员生理生化影响的综述①

庞立敏 张红品

(临沂大学 山东临沂 276000)

1991年Levine博士提出高住低练(高原居住、低处训练)(Living High,Training low,HiLo)的耐力训练法,即让运动员在较高的高度居住,充分调动机体适应高原缺氧环境,而在较低的高度上训练,可达到想要的训练量和强度,这一方法引起专家们的注意,美国、日本等国家在这方面进行基础研究与实际应用,并进行了大量的投入。这种方法的重点就是通过逐级进行递增氧负荷强度,使其达到一种最大限度地动员机体的抗氧适应能力的目的,从而让运动员的机能达到最大,使运动员常规运动训练负荷与缺氧负荷之间合理协调发展。目前,成为高原训练中新的研究热点的是HiLo训练法。

本文主要对目前国内外HiLo训练法对人体机能在生理学、生物化学层面的影响进行综述和探讨,为HiLo训练法的理论和实践提供科学的参考依据。

1 HiLo对运动员生理生化的影响

1.1 HiLo对血液成分的影响

高原低氧刺激下,血液指标比较容易受到影响,它是反映运动员身体机能变化较敏感的指标之一,其中血红蛋白(Hb)、红细胞计数及促红细胞生成素(EPO)是反映运动员有氧运动能力及训练效果最常用的指标。研究表明,运动员在进行低氧及HiLo训练过程中,血清EPO及Hb水平均增加明显,增加的程度和幅度与缺氧的程度及时间有关,刘文锋[1]认为这一作用必须在2周以上才明显。雷雨晨等[2]研究发现个体脉搏血氧饱和度(SpO2)和Hb的变化可能存有一定的关联性,提示可以将SpO2作为评价低氧适应的生理指标。周志宏等[3]研究发现血清转铁蛋白受体(sTfR)可反映血清EPO变化,但在时相上有差异,红细胞生成情况sTfR比HiLo过程中更能反映出来,因为在体内EPO分泌不增加,可骨髓造血细胞在不断增加,所以可不断生成红细胞。研究表现出,sTfR和体内铁有密切关系,但在HiLo过程中血清铁和转铁蛋白水平是否与sTfR的变化水平有关需要进一步研究。这提示HiLo可能影响铁的代谢。但HiLo是否会造成运动员铁的缺乏今后应选取更敏感的指标,以分子生物学的手段来进行深入观察与分析。

1.2 心血管功能所受HiLo的影响

1.2.1 心脏功能所受HiLo的影响

普遍认为对心脏功能产生有益影响的是HiLo训练法。侯晓晖研究发现HiLo大鼠的心肌/体重比值显著高于低住低练(LoLo)组,提示HiLo较LoLo显示出更有利于心脏功能的提高[4]。李超[5]的研究发现,HiLo第1天大鼠心肌形态显示损伤严重,第7天心肌仍然发生损伤,且还没有恢复。HiLo第28天心肌电镜显示形态正常,尤其是线粒体数量和峭增加明显,可以看出3500mHiLo对大鼠心肌的损伤是可逆的,并且随着对低氧运动的适应,心肌具有良好的抗缺氧和抗损伤能力,心肌功能增强。

引起有氧运动能力提高的重要原因是低氧训练,它可以促进心肌血管新生,但低氧运动能促进血管新生的原因还不清楚。研究前期证实,低氧训练后心肌组织呈现出丰富套叠式血管新生的形态学特征,成熟的血管由于内皮细胞的分裂、增殖能力有限,所以具推测可能具有分化为血管ECs功能的某些干细胞,如内皮祖细胞参与了作用。

1.2.2 HiLo对血管功能的影响

46KD的肝素结合糖蛋白称为血管内皮生长因子(VEGF),VEGF具有较强的促进血管(毛细血管和大血管)内皮细胞分裂的功能,能促进ECs的增殖、血管的生成和增加血管的通透性。缺血、缺氧具有强烈的诱导作用,血管生长的主要调节因子是生理条件下和病理生理适应过程中。血管内皮细胞VEGF mRNA的表达和蛋白分泌的上调都是缺氧所引起的,这种上调对提高机体适应低氧环境、大强度的运动具有重要意义。低氧调节VEGF基因和EPO基因表达的机制类似。翁锡全等[6]研究发现常压下14.5%氧含量(相当于海拔3000m)模拟HiLo能稳定VEGF的上调,而在常压下12.6%氧含量(相当于海拔4000m)模拟HiLo时VEGF mRNA基因表达量却减少。因此要想提高大鼠心肌VEGF mRNA的表达水平,只有选择在适宜的海拔高度进行高住和安排好运动训练持续时间才能有效。

1.3 HiLo对骨骼肌的影响

目前认为，高原训练会导致一系列副作用，如骨骼肌的蛋白质丢失，并随高度的升高而加剧。骨骼肌的合成降低对肌肉最大力量的发挥有所限制，这正是在传统高原训练，难以提高运动成绩其中的重要原因。而能克服高原训练对蛋白质代谢不良影响的是HiLo训练法。有研究表明，HiLo组大鼠腓肠肌重量的增长明显高于LoLo组[7]。赵鹏[8]的实验发现HiLo组大鼠某些血管凹入肌丝内以及发现了肌卫星细胞等现象，应该是骨骼肌对间歇低氧刺激的适应性变化。另外HiLo组核旁线粒体数量增多，线粒体嵴表面积增加，血管旁线粒体体积增加，这一系列改变对提高机体利用氧和氧化磷酸能力，进而提高机体运动能力有很大帮助。贺道远[9]认为HiLo调控骨骼肌生长的分子机制可能在于通过运动、低氧影响mTOR蛋白表达进而调控骨骼肌蛋白翻译过程。可能还有其它作用机制，有待进一步探讨。

1.4 HiLo对有氧和无氧运动能力的影响

1.4.1 HiLo对有氧运动能力的影响

HiLo模拟高原训练的本质特征:是在改善机体运氧、利用氧的时候,能保持训练强度是同平原状态下的一样,在机体系统适应后,达到提高运动能力、运动成绩和运动员的有氧耐力的目的。WehrlinJ P[10]对1名5000m长跑运动员和1名马拉松运动员进行26天的HiLo,发现5000m跑运动员成绩提高了24s,马拉松运动员成绩提高了9s。TownsendN E[11]对33名自行车运动员和三项全能运动员的HiLo研究中,发现运动员的次最大负荷下的肺通气量均上升,其运动成绩均有提高。Brugni-aux J V[12]将11名优秀中距离跑步运动员分为对照组(居住、训练高度均为1200m)和HiLo组(2500m高度居住6天,3000m高度居住12天,14h/天,训练高度为1200m),研究发现,HiLo组与对照组比较,VO2max、最大有氧输出功率增加;通气阈所对应的耗氧量和通气量上升;19km/h的10min跑心率下降,有氧运动能力提高。

1.4.2 HiLo对无氧运动能力的影响

HiLo对运动员的有氧能力的提高结论基本一致,但对是否能提高运动员无氧能力尚无统一结论。高颀等[13]研究结果表明,为期28天的模拟海拔2500m高度的HiLo能提高女子跆拳道运动员有氧运动能力,同时在一定程度上提高其无氧功和60s踢靶成绩。马国强等[14]观察了3周HiLo前后女子自行车运动员10s和60s无氧功的变化,发现运动员的10s无氧功测试中,最大功率、最大频率、平均功率、平均频率都没有出现明显的变化,说明骨骼肌磷酸原供能能力没有被HiLo产生影响。而60s无氧功测试中,最大功率并没有明显变化,但是平均功率有明显提高,60s内运动员的做功总量增加;同测试中各20s分段的平均功率都有明显提高,并表现出高速耐力有更大提高的趋势,提示运动员糖酵解的供能能力提高。

2 结语

综上所述,HiLo可能影响铁代谢,导致运动员缺铁;心肌血管新生能被HiLo有效促进,心脏有氧运动能力提高的重要原因可能是这种改变。HiLo较平原训练显示出更有利于心脏功能的提高;HiLo对运动员的有氧能力的提高结论基本一致,但对是否能提高运动员无氧能力尚无统一结论。因此从理论上,HiLo训练法与传统的高原训练相比HiLo训练法明显更优,而又能解决传统的高原训练所面临的许多困难。目前这方面做得比较多和积累了很多大量宝贵经验的是国外,而我国在这方面还不是很丰富,且主要集中于动物的研究上,建议今后加大加深对人的研究力度。

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