冷冻疗法在运动领域中的研究进展

檀志宗，刘新宇，李 男，任 雪

竞技运动能力的提高离不开大强度的超负荷训练，超负荷训练会诱导机体出现过度的能源物质消耗、过热、机械性肌肉损伤、氧化应激反应、炎症和神经系统疲劳等，因此，机体有效恢复是提高运动能力的关键。通过采取合理的恢复措施降低训练后的肌肉痉挛，抑制局部肿胀，加速机体恢复，可以使运动员在较短的时间内获得较佳的竞技状态。传统的恢复措施有很多，如按摩、各种理疗、拉伸放松、合理营养和充足的睡眠等，对运动员的疲劳恢复和预防伤病发挥着重要作用。近些年来，冷冻疗法（简称冷疗）作为一种新颖的恢复措施，受到广泛关注，常常作为运动员大运动量或高强度训练后的重要恢复手段。本文将就冷疗的种类、影响冷疗效果的因素、以及对系统功能影响的若干热点问题进行系统性回顾与分析，探讨其在运动实践中的应用效果。

1 冷疗的分类及简介

冷疗常见的形式包括全身冷冻疗法（whole body cryotherapy，WBC）、冷水浸泡（cold water immersion，CWI）和冰敷、冰按摩等。

1.1 WBC

WBC是一种空气冷冻方法，让人暴露在特定温度的控制室内，室内空气温度通常为-110～140℃，暴露时间一般为2～3 min。冷疗者在进行冷疗之前，要把身上的汗水擦干，着装较少，以运动短裤和短袖T恤为佳，要求戴好帽子、手套、口罩，穿好袜子，以免末端冻伤。刚开始要进入-60℃准备室内适应30～60 s，然后才进入控制室内，并保持一定运动状态。

最初研究者主要采用WBC来减轻患者的各种机能紊乱症状，尤其与风湿病相关的疼痛及炎症，如关节炎、纤维组织病和强直性脊柱炎等。近些年来，WBC作为一种肌肉损伤的恢复措施开始被应用于运动领域，目的是减轻软组织急性损伤的症状，预防过度训练，加强心血管系统的功能，促进肌肉激活，抑制运动诱发的红细胞溶血，发挥潜在的抗炎作用等。

1.2 CWI

CWI一般指人体特定部分浸泡在温度低于15℃的冷水中，利用水温的落差对机体产生冷刺激，引起神经肌肉的生理学改变。鉴于CWI方法简单易行，温度能够有效控制，对运动员相对比较安全，常常作为运动员大运动量训练和比赛之后的重要恢复措施，被广泛应用。

近来，关于CWI对机体的影响成为运动医学领域的研究热点。学者们更加关注CWI对运动员疲劳的恢复作用，以及是否存在对机体的不利影响。逐渐开展了CWI与其它恢复措施的对比研究，如作为恢复措施与理疗恢复、温水浸泡、被动休息的对比分析，有助于进一步探索冷疗与恢复疲劳和提高运动能力之间的内在关系。

1.3 冰敷和冰按摩

利用冰袋和冰疗仪器对人体的局部进行挤压与按摩，可以降低局部的组织温度，降低急性损伤的炎症反应，减少局部组织液的渗出，降低疼痛感。医生常常采用不同形式的冷疗来作为急性和慢性损伤急性发作期的治疗方法。冷疗，特别是冰袋，被广泛用于控制炎症、疼痛和肿胀、减少局部的痉挛和促进活动。

冰敷在竞技体育中应用非常广泛，是急性运动性损伤的紧急处理方法之一。尽管冷刺激会造成局部血管收缩，起到止血止痛的作用，但是长时间冰敷会影响到局部神经肌肉的功能，因此，在利用冰敷处理急性损伤时，通常时间不超过20 min，以免冰敷造成随后机体代谢水平的下降，造成继发缺氧性损伤，影响到神经肌肉的功能。通常人们会看到比赛过程中，医生会采用制冷喷雾剂或短暂的冰敷来处理运动员的急性损伤，因为短时的冷敷既不会影响到运动员的运动能力，又能减轻伤病带来的痛苦。

2 影响冷疗效果的因素

2.1 温度

根据介质不同，所需的温度也有所不同，当采用水作为介质时，通常温度为0～15℃，因为通常人们认为15℃为人体冷痛感的起始温度，其中CWI的温度通常建议为10～14℃。主要是利用水温的落差对机体产生冷刺激，引起机体产生适应性生理学改变。若采用空气作为介质时，温度可以达到-140℃，可以在一个冷冻室内进行全身冷冻疗法。即使同样采用水作为介质，不同的温度对人体产生的影响也不同。有研究[2]比较了不同水温作为恢复措施对机体的影响，如采用36℃温水和10℃冷水浸泡对运动员间歇性力竭运动后机体恢复的短期影响，结果显示CWI能够更快的恢复自主最大收缩能力和无氧能力。

2.2 作用部位的选择

根据以往的研究，以及运动形式的不同，通常，在运动后进行冷疗恢复时，冷疗作用的部位会有所不同，有采用身体的某个特定部位进行CWI或冰敷，如面部、单一关节等；也可以采用较大面积的CWI，如大腿以下、或髂骨以下、或肚脐以下或锁骨以下进行冷水浸泡，或WBC。由于冷疗的作用部位和面积不同，对机体的冷刺激强度也有所不同，机体产生相应的生理性适应性也不同，因此，冷疗要考虑急性损伤部位和运动项目的特点，如踝关节急性扭伤，仅采用脚踝CWI或冰敷就可以了；对于自行车运动员，可以进行髂骨以下的CWI，而排球项目的运动员，最好采用锁骨以下的CWI或WBC。

2.3 作用时间不同的影响

冷疗效果与作用时间直接相关，有关研究对冷疗作用时间的选择从20 s到45 min不等，目前有关运动员冷疗时间的选择一般为3～15 min。Fischer等[3]比较了冰敷3 min和冰敷10 min对腘绳肌功能影响，冰敷10 min对即刻折返跑和垂直跳的能力造成了不利影响，甚至在20 min后对折返跑的不利影响依然存在，而3 min冰敷对折返跑和垂直跳没有不利影响。同样Cros等[4]和Richendollar 等[5]也分别报道进行20 min冰水浸泡小腿或股四头肌会增加折返跑的时间。当然，随着冷疗的时间延长，如15～45 min，均会影响到自行车运动员的最大输出功率[6-7]。另外Douris等[8]比较5 min和20 min冷疗对握力的影响，发现均导致等长握力的下降，甚至在冷疗后15 min时，握力还没有恢复到冷疗前水平。不过，5 min与20 min冷疗相比，5 min冷疗后握力恢复较快。

因此，从现有的研究结果来看，若运动前冷疗,即使时间较短都会对神经肌肉的功能产生不利影响，表现为即刻的灵敏性、力量、速度和爆发力的下降。不过，冷疗时间的长短对神经肌肉功能影响的程度会不同，较长的冷疗时间如超过15 min，不仅会引起皮下和肌肉组织内温度的下降，也会降低核心温度，从而增加能量的消耗，影响到神经肌肉的传导速度，导致运动能力的下降等，这种不利影响会持续较长时间，甚至会超过4 h，而短时的冷疗如少于5 min，其不利影响将在随后20～30 min内得到恢复[8]。

2.4 冷疗的应用时机

对于运动员而言，冷疗时机的选择可以在训练或比赛前、中和之后。一些研究结果表明训练或比赛前使用冷疗方法会对运动员机能产生不利影响，如Garcia-Manso等[9]研究冷疗对股四头肌功能的影响，发现在运动前进行冷疗，会明显的影响到足球运动员的股四头肌功能，表现为肌肉反应速度和收缩速度均下降，甚至会产生形态改变，即硬度增加。同样在训练前进行45 min的CWI会影响到运动员的下肢爆发力，表现为垂直纵跳能力下降了23%[7]。

有些运动员在一天里要参加多项比赛，项目间休息时间较短，如2008年北京奥运会，200 m混合泳和200 m仰泳决赛时间仅差31 min，在较短的恢复时间里，若采用冷疗会不会加快机体的恢复呢？于是有研究在两次100 m自由泳冲刺之间间隔仅为30 min，期间采用在14℃的冷水里浸泡5 min，与对照组相比较，结果显示冷疗组第二次游泳冲刺能力明显下降，表现为最大心率下降，乳酸清除率没有变化，说明在连续训练比赛的短暂间歇里采用冷疗的方法对机体恢复没有益处[10]。不过，对于耐力性项目，如马拉松，尤其在热天进行训练和比赛期间，可以采用短时的头颈部冷疗，有助于降低机体的热应力作用，减缓运动能力的下降[11]。

而冷疗作为训练比赛后的一项重要的恢复措施，近期成为研究热点。Nardi等[12]针对青年足球联赛期间，在比赛后分别冷水浸泡或温水浸泡5 min，发现冷水浸泡明显缓解隔天比赛中的下肢肌肉酸痛和疲劳感，并且比赛中跑步能力得到了一定的改善。同样有研究分析了冷疗对力竭运动后的短期影响，发现冷疗能够恢复力竭运动后1 h的肌肉自主收缩能力和下肢的爆发力，并且抑制力竭运动后1 h时的炎症反应，恢复无氧能力[13]。对于运动员在热天环境下运动，在运动后采用20 min CWI，会明显改善热天短跑冲刺所引起的核心温度和心率升高，避免过度热应力作用，同时也会加快恢复肌肉的最大自主收缩能力[14]。

由上可见，在不同的时期采用冷疗对运动员机能的影响不同，既要考虑训练比赛因素，也要考虑两次大运动量训练比赛之间的间隔时间，还要考虑所处的环境、气候。

3 冷疗对机体功能影响的若干热点问题

3.1 冷疗对神经系统功能的影响

3.1.1 冷疗对本体感觉的影响

本体感觉主要是指肌肉、肌腱、韧带及关节的位置感觉、运动感觉、用力感觉等。本体感觉敏感性是指在肢体运动过程中能够区别关节位置、运动状态和用力程度的一种能力。本体感觉感受器分布于关节囊、肌肉、肌腱和皮肤，能够感知疼痛、压力、触及和运动等刺激。

冷疗通过温度、接触面积和作用时间的改变，会对本体感觉的敏感性产生一定的影响，如Costello 和Donnelly[15]采用负重或不负重关节位置重置，以及SD摄像分析系统来探讨冷水浸泡对健康成年人膝关节位置觉的影响，发现CWI没有对健康人群关节位置觉产生影响；而Hopper等[16]对健康人进行15 min CWI，发现踝关节位置觉角度平均下降了0.5°，同样Uchio等[17]和Olivera等[18]也采用15 min冷疗发现膝关节位置觉角度分别平均下降了1.7°和2.2°，并且发现冰敷的部位无论是股四头肌还是膝关节，位置觉均下降，说明股四头肌的肌梭和关节内的机械感受器均与膝关节的位置觉有关。

尽管以上研究对象为非运动员，且研究结果也存在一定的争议性，但是至少说明长时间的冷疗可能会影响到本体感觉，因此，通常在运动前不建议进行冷疗，因为本体感觉的改变是运动能力下降的因素之一。不过，为了消除运动前冷疗对本体感觉的影响，可以通过动态准备活动来降低冷疗的不利影响，对于在高温下运动的运动员来说，如长跑运动员，在运动前和之中，可以采用短时的冷疗刺激，来改善机体内的热应力反应，又不至于影响到运动员的本体感觉能力[19]。

3.1.2 冷疗对神经传导速度的影响

冷疗具有散热和降低组织温度的作用，组织温度的下降会改变神经的传导速度，从而减轻疼痛感。Herrera[20]等通过对比CWI、冰袋、冰按摩3种形式对运动和感觉神经传导的影响，发现3种冷疗形式均降低了神经传导速度，其中CWI更明显，可能由于CWI的作用面积较大，会较快的启动体温调节机制，从而引起较少的皮肤温度的下降，而组织温度的下降会改变突触膜结构和NA-K通道对压力传导的敏感性，降低神经膜电流，从而延长刺激后的恢复期过程，导致神经动作电位周期延长，神经冲动频率下降。神经动作电位的幅度代表了被激活的神经纤维数量，而冷疗抑制了神经纤维的激活。又如Algafly和Georage[21]采用冰袋冷敷26 min，皮肤温度会降为10℃，跖感觉神经传导速度下降了33%。同样McMeeden等[22]采用冰敷15 min，皮肤温度降为5.6℃，尺神经传导速度降低了13%。由于感觉神经位置表浅，更容易受到冷疗的影响。

综上所述，冷疗作用到一定时间，就会降低组织温度，甚至会降低核心温度，此时会影响到神经的传导速度，短时的冷疗更能降低感觉神经的传导速度，而较长时间的冷疗甚至会影响到运动神经的传导速度。有资料显示[20]每降低皮肤温度1℃，感觉神经传导速度会下降1.4-2.6m/s，而运动神经传导速度下降1.1～1.5 m/s。因此，不提倡运动员在运动前采用冷疗，尤其长时间的冷疗更能降低神经传导速度，损害运动员的运动能力。

3.1.3 冷疗对植物性神经的影响

超负荷训练原则是提高运动员心肺功能和运动能力的有效途径，但同时也会干扰机体的内在自稳态，削弱心脏的自我保护能力，尤其在热天运动，可能会诱发缺血性心脏病或突发猝死。有研究显示在超负荷重复冲刺练习之后的10 min内，表现为极低的迷走神经相关的心率变异指数（Heart Rate Variability,HRV）水平[23]。而HRV指数是心脏副交感神经调控能力的定性指标，能够间接评价心脏的自主神经功能。

冷疗能够诱发副交感神经型心脏自我控制，如面部冷疗会引起潜水反射性心动过缓，外周血管收缩，并降低心输出量[24]。 Buchheit[25]在自行车运动员超负荷训练后采用5 min 14℃的CWI，没有发现明显的心率异常，推测原因可能与静水压升高，对胸廓挤压刺激到中央压力感受器，导致交感神经活动下降，而副交感神经活动增强所致。由于在超负荷训练后进行短时的冷疗，不会明显的降低核心温度，也未出现寒颤现象，而是恢复了副交感神经的调节作用，包括温度调节和维持心血管内在稳态。通过平衡交感副交感神经之间的交互调节作用，暂时提高了心脏的自我保护能力。同样Parouty[10]的研究结果也表明短时冷疗会提高自感用力度，可能也与副交感神经神经活性得到改善有关。

总之，从现有的研究文献来看，采用短时（如5 min）冷疗会改善大强度训练后心脏的自我保护能力，主要通过平衡副交感神经和交感神经之间的调节功能来实现，无论是温度效应还是静水压作用，都会提高副交感神经活性，达到抑制运动诱导的交感神经的过度应激。

3.2 冷疗对运动能力的影响

3.2.1 运动前冷疗对运动能力的影响

众所周知，在寒冷的环境下进行运动，会改变肌肉的血流、代谢水平和主动肌拮抗肌之间的平衡，从而会损害到运动员的运动能力。有研究[6]对优秀的自行车运动员在10℃的冷水中浸泡15 min，会造成短时的输出功率和心率的显著下降。功率输出的下降可能是由于冷疗造成肌肉温度下降所致，如Beelen等[7]发现双腿站立浸泡在12℃冷水中45 min可以使股四头肌3cm深处的温度从36.4℃降低到30.58℃。肌肉温度的下降会延长横桥偶联时间，会影响到肌肉的收缩舒张周期，也可能在短期内损害到运动单位的激活。温度降低会增加肌肉的硬度和机械性阻力，也会降低肌肉内酶的活性，导致ATP生成下降，尤其会影响无氧ATP的生成，因为短时最大输出功率的运动主要是无氧运动，最终会影响到肌肉的最大输出功率和运动能力。这些结果同Sargeant[26]的发现一致，其研究显示4名受试者在45 min 12℃的CWI后，在等速仪器上进行20 min最大冲刺运动，发现最大力量和功率输出下降了21%。虽然不同研究结果显示最大输出功率下降的幅度不同，这可能与冷疗时间不同以及测试方法不同有关。

不过，在热环境下或长时间的有氧运动如长跑，在运动前进行5～15 min冷疗，会降低肌肉的温度，甚至降低核心温度，从而降低了过热应激带来的不利影响，在一定程度上会提高随后的跑步能力和骑车能力[27-28]。

3.2.2 运动后冷疗对运动能力的影响

运动后冷疗对运动能力的影响，涉及肌肉力量、速度、耐力和爆发力等方面。Ingram[29]最近研究表明在模拟80 min团体项目训练后使用冷疗恢复措施，发现冷水浸泡明显改善了短距离冲刺能力和肌肉的最大自主收缩能力。Bailey等[30]也有相似结论，与被动恢复相比，大运动量运动后采用冷疗恢复，在恢复后的24 h和48 h时的屈膝最大自主收缩能力下降幅度明显减缓。同样 Pointon等[14]通过对橄榄球运动员模拟在热天对抗性运动训练后进行20 min CWI，之后记录肌肉最大自主收缩力量，发现冷疗能够更快恢复肌肉的最大自主收缩能力，其原因可能是冷疗降低了机体的核心温度、能量消耗和心血管负担，快速激活了中枢调节机制。Montgomery等[31]发现在比赛后采用冷水浸泡能有效的减缓3 d篮球比赛中运动员20 m冲刺和场地底线突破能力的下降；同样Rowsell等[12]在足球联赛期间比赛后采用5 min的冷疗恢复，发现运动员在随后的比赛中，能减缓比赛中总的跑步距离的下降，维持中等强度跑步时间，有利于连续比赛中运动能力的恢复。Leeder[32]通过荟萃分析认为在大强度运动后采用冷疗会加快肌肉爆发力的恢复效果，并且在冷疗之后，进行短时的动态热身运动，能明显的提高下肢的爆发力。

现有的研究表明，在剧烈运动之后进行短暂的冷疗，会降低机体的能量消耗，会降低皮肤、肌肉或核心温度，启动中枢调节机制降低热应力反应，能够减缓剧烈运动后出现的最大力量和爆发力的下降，从而在一定的程度上改善了运动能力。

3.3 冷疗对物质代谢的影响

3.3.1 冷疗对训练后肌肉酸痛的影响

剧烈运动包括离心训练和高强度训练均会引起肌肉延迟痛（Delayed onset muscle soreness,DOMS)。有关运动后出现DOMS的原因可能与肌肉微细损伤、代谢产生的乳酸堆积或神经调节改变导致肌肉痉挛有关，尤其不习惯的运动形式如离心训练更容易产生DOMS。运动后出现DOMS会影响到随后的运动训练或比赛中运动员的正常发挥。

冷疗作为运动员训练后的一种恢复措施，能够有效抑制急性软组织损伤所带来的炎症反应，包括疼痛和肿胀。冷疗能够改善主观肌肉酸度程度，如Leeder等[32]通过荟萃分析，发现冷疗减轻了训练后24 h、48 h、72 h和96 h的DOMS症状，其中离心训练引起的DOMS在CWI后48小时得到缓解。近期有报道在足球锦标赛、篮球比赛或自行车计时赛之后采用冷疗作为恢复措施，发现CWO之后能够减轻机体的主观疲劳感和下肢腿部肌肉的酸痛度,并且能延缓随后比赛中的运动能力的下降[13,28,31]。同样Sellwood[13]在橄榄球运动员模拟对抗性运动训练后进行20 min CWI，测量下肢肌肉的酸痛程度，发现冷疗能够加快肌肉酸痛的恢复。以上研究显示冷疗能改善肌肉的酸痛，均基于主观测量，相反，Parouty[10]通过研究冷疗对运动后血乳酸的影响，发现短时的冷疗如5 min CWI没有改善血乳酸清除率，反而，在CWI后立即进行第二次游泳冲刺会出现乳酸的聚集趋势，即使进行适当的再热身之后，也会导致训练中出现较低的心率和较慢的游泳冲刺速度。同样，自行车运动后进行15 min CWI对乳酸消除没有短期效果，不过，较长恢复时间之后的运动中乳酸堆积程度出现明显下降趋势[28]。

由此可见，虽然冷疗能够改善运动后主观的肌肉酸痛程度和整个机体的疲劳程度，但是，在短时间内，没有明显的加速机体内乳酸的消除，表明冷疗未能改变运动诱发的肌肉损伤或乳酸的堆积。不过，冷疗能够通过降低肌肉的温度，引起血管收缩，降低细胞膜、淋巴管和毛细血管的渗透性，减少组织液的渗出，降低炎性反应。而减轻炎性反应程度和渗出液的渗出，会缓解对伤害感受器的刺激，降低传入神经疼痛信号的传递，最终改变了肌肉酸痛的阈值，故有人推测冷疗对肌肉酸痛的影响可能起到的是安慰作用[31]。但是由于这方面的研究还不够系统，其机制还有待进一步的研究。

3.3.2 冷疗与自由基

有研究认为短时间冷疗与氧化应激程度，以及自由基的形成增加有关。自由基是细胞在有氧系统中的代谢副产品，或来自不同的外环境刺激物。当自由基生产超过机体保护和修复能力时，会对大分子造成损害，如蛋白质、脂质和DNA。在提高机体的新陈代谢过程中氧化应激的风险会增加，包括激烈的运动和暴露在寒冷环境里。冷疗后自由基的产生机制还不清楚。不过，有证据表明寒颤式温度调节与自由基生成有关[33]。寒颤是无意识的，重复而有节律性的肌肉收缩，引起代谢性热量的大量产生。不过，通常寒颤出现在冷疗的开始阶段，尤其对于不习惯冷疗的人，会更加明显，如Lubkowska等[34]对健康人进行一次WBC，发现过氧化物在冷疗后30 min出现下降，24 h保持较低水平，而总的抗氧化水平在冷疗后立即增加，并持续到24 h之后，表明WBC引起了氧化应激反应。同样Siems和Brenke[35]发现急性冷刺激如冬泳会引起血浆总的抗氧化水平的下降，而脂质过氧化物浓度的增加。说明对于不习惯冷疗的人而言，冷疗会引起寒颤或代谢性的氧化应激反应，而对于健康人来讲影响程度较低[36]。

不过对于经常进行冷疗的运动员而言，重复多次进行冷疗会产生抗氧化状态的适应性变化，如Wozniak[37-38]研究冷疗对优秀皮划艇运动员和健康成年人的影响，发现重复多次在训练后采用冷疗的方法，会出现氧化-抗氧化系统的平衡调节，产生较低的氧自由基，这是冷疗引起的机体适应性变化，避免细胞和组织被氧化破坏。又如对于习惯冬泳者出现寒颤的时间会延迟到40 min[39]，同样说明经常进行冷刺激机体会产生适应性。

总之，大运动量或高强度训练会导致机体产生氧化应激反应，大量自由基的产生会影响机体疲劳的恢复，而在运动后经常进行冷疗，会避免非自主性寒颤的生热作用，启动机体氧化-抗氧化系统的均衡调节，有利于降低机体能源物质的消耗，加速机体的恢复。

4 小结

由于冷疗的效果受到冷疗方式、持续时间、使用频率、温度和作用时机的影响，故研究结果不尽相同，将来的研究需要进一步统一实验方法和检验标准。现有文献证明冷疗能够不同程度的降低组织温度，引起血管收缩，降低神经传导速度，甚至会在短期内影响到运动能力。不过，冷疗作为运动后的恢复手段能够抑制局部肿胀、减轻炎性反应和应激反应，主观上能够恢复运动员的肌肉酸痛，从而延缓运动能力的下降。但其机制还有待进一步研究。

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