弱激光或单色光照射疗法在运动训练领域研究进展及展望

李方晖，李国军



弱激光或单色光照射疗法在运动训练领域研究进展及展望

李方晖1,2，李国军1

弱激光或单色光照射疗法作为一种临床辅助治疗手段，在运动损伤后的止痛、消炎和促进组织修复等方面具有良好的效果。尽管有证据支持LLLT对于改善活动肌的收缩机能、提高机体有氧工作能力、促进运动性疲劳消除和改善延迟性肌肉酸痛等具有积极的作用，但仍存在矛盾性的结论，尤其是LLLT的作用机制不清，导致其功效尚未完全得到运动训练领域的广泛认可，所以有进一步的研究价值和应用前景。在后续的研究中，要综合性考虑LLLT照射剂量、强度和光源波长等因素造成的作用效能间的差异；进一步引入研究技术和方法，深入探讨LLLT的作用机理；研究对象要注意不同项目的运动员选择；研究的试验设计要更为科学，以确保方法学上的质量控制。

弱激光或单色光疗法；运动训练；运动能力；研究进展

1 前言

弱激光或单色光照射疗法(low level laser or light therapy，LLLT)是一种可用于预防和治疗运动性损伤及其它疾病的物理因子。作为一种新型、绿色的理疗技术，LLLT用于治疗运动性损伤所造成的骨关节炎、肌肉疼痛、肿胀、功能障碍，也可以促进骨骼肌损伤后的肌肉再生[4]。在运动训练实践中，LLLT还能作为提高肌肉收缩机能和运动成绩的促力剂；已有研究证据也支持LLLT在消除机体和骨骼肌的运动性疲劳、改善延迟性肌肉酸痛(delayed onset muscle soreness，DOMS)等方面具有一定的疗效。2007年，田野教授团队首次将LLLT用于提高国家队女篮运动员的睡眠质量和训练效果[31]；近年来，巴西学者在赛前热身阶段通过对女子排球运动员股四头肌进行LLLT照射后发现运动员在巴西排球锦标赛的成绩得到明显提高[21]。此外，文献相继报道了LLLT对足球、柔道等项目的运动员也具有同样的促力作用，这充分说明LLLT已经引起了运动训练领域学者的广泛关注，并初步形成了激光运动医学独立的研究方向[2，3，21，31]。

有关LLLT真实价值的不确定性仍然存在，这与LLLT技术参数选择有关。LLLT的作用机制不清也是造成学界对其疗效褒贬不一的重要原因。本综述将围绕LLLT概述及其在运动训练领域的应用两个方面进行评述。

2 弱激光或单色光照射疗法概述

Maiman在1961年制造世界上第一台激光器之后，人们很快将其用于生物医学研究。半个多世纪以来，人们不断开发各种激光器的医学应用。作为新兴的交叉学科，学界将激光医学主要分为激光外科、LLLT和光动力疗法3个分支。其中，LLLT临床应用最为广泛，涉及再生医学、康复医学、运动医学等领域。弱激光或单色光照射生物系统后所产生的具有刺激或抑制生物系统功能的作用，业内称之为光生物调节作用[22]。人们研究LLLT普遍所采用的激光或单色光输出功率在0.001～0.1 w范围内，选用光源波长一般在300～1 060 nm。鉴于LLLT使用的照射功率较低，故不会造成生物系统不可逆的损伤[1]。

LLLT为提高运动员的运动能力、辅助心肺功能疾病患者的康复训练提供了新的理疗手段。1997年，Bruk等[9]在最大耐力测试前对大鼠的股四头肌进行LLLT预照射，结果发现照射组大鼠的有氧耐力显著提高，表征疲劳程度的血乳酸(lactic acid，LA)在运动后即刻明显减少。尽管是来自动物实验的初步研究，但该实验是人们将LLLT用于运动训练领域的首次成功尝试。近年来，国内、外学者将最新研制的各种波长发光二极管(light emitting diode，LED)并联形成多极管矩阵，对人体全身、局部组织和体外培养的细胞进行照射，进而研究LLLT的临床应用及其作用机制。田野课题组[31]对中国女篮运动员在每天训练后进行为期14天的红色LED照射，并于第15天对运动员进行睡眠质量、耐力水平和血清褪黑素测定后发现，LLLT能有效的缓解女篮运动员在大强度训练后导致的睡眠障碍和耐力水平下降；国外学者将氦氖激光、镓铝砷半导体激光、铟镓砷半导体激光等半导体激光和红光或红外光LED用于照射受试者的屈伸肘肌群(图1A)和屈伸膝肌群(图1B)，并引入运动生物力学和先进的医学技术手段来研究LLLT对工作肌收缩机能的影响。

图 1 LLLT照射人体肱二头肌(A)和股四头肌(B)相应位点示意图Figure 1. Number of LLLT Radiation Points Applied on Biceps Brachii (A)and Femoral Quadriceps(B) 注：引自Ferraresi等[20]，略作修改。

3 弱激光或单色光照射疗法在运动训练领域的应用

3.1 弱激光或单色光照射疗法对肘关节和膝关节肌肉力量、爆发力的影响

力量素质不仅是身体素质的重要组成部分，更是运动技能得以展现的基础保证。1次最大阻力测试值(one-repetition maximum，1RM)百分比常用于评价力量训练的负荷强度。研究表明[18]，LLLT预照射肱二头肌能增加受试者肘关节50%1RM负重屈肘的重复次数。说明LLLT能提高肘关节屈肌群的肌肉力量。为了揭示LLLT照射后工作肌肌力的增加与其生物力学特性改变有关，Leal等[23]采用等动测力系统，并在男子排球运动员肘关节75%最大随意收缩力(maximal voluntary contraction，MVC)测试前对其肱二头肌的2个位点(图1A)给予LLLT照射。结果发现，LLLT组受试者屈肘肌群最大功率输出和肱二头肌的峰力矩分别增加12.9%和15%，负荷持续时间延长11.6%；同时，LLLT组受试者在运动后即刻的LA(P=0.042)、肌酸激酶(creatine kinase，CK，P=0.035)、C-反应蛋白(P=0.03)均低于安慰剂组。需要指出的是，最大功率输出和峰力矩的力矩值(单位：Nm)能反映工作肌的爆发力和最大力矩输出。综上所述，LLLT能提高屈肘肌群的肌力和爆发力，同时也能延缓工作肌运动性疲劳和防止运动性损伤的发生。

Leal等[24]开展了下肢肌群的实验。他们在9名男子排球运动员和11名男子足球运动员进行30 s温盖特无氧功率测试(负荷为体重7.5%)前对其股四头肌LLLT照射。结果发现，LLLT组受试者的峰值功率显著高于安慰剂组。Baroni等[7]研究进一步表明，LLLT提高了受试者膝关节伸肌群的等长、等动向心收缩力和爆发力，并在一定程度上缓解了伸膝肌群重复做功后的疲劳感。鉴于等动肌力测试的主要供能方式为ATP-CP供能系统，推测LLLT提高伸膝肌群力量、爆发力与运动过程中肌细胞的磷酸原供能水平增强有关。Baroni等[7]研究也发现，与安慰剂组相比，LLLT组受试者股四头肌的MVC值在运动后即刻(P=0.01)、24 h(P=0.004)、48 h(P=0.001)均高于安慰剂组；LLLT组受试者CK、LA和酸痛视觉模拟评分值在运动后48 h也显著降低。值得指出的是，MVC是通过测定静态或动态肌肉活动条件下的肌肉最大抗阻能力来评价包括中枢和外周神经在内的全部神经肌肉系统状态的常用指标[7]。总之，LLLT能提高活动肌的磷酸原供能水平、减少LA和酸痛感，有利于降低中枢神经系统对外周肌肉活动的神经负反馈抑制作用，从而增加运动单位募集的数量、提升活动肌肌力和爆发力，延缓工作肌运动疲劳的发生。

基于表面肌电(surface electromyography，sEMG)的证据表明，LLLT能通过影响神经肌肉系统的生物电变化来增强活动肌的收缩机能。作为sEMG信号频域分析的特征性参数，平均功率频率(mean power frequecy，MPF)下降可作为评价局部肌肉收缩机能降低的重要指标[16]。Dos等[16]在男子足球运动员30 min抗阻运动前对其胫骨前肌LLLT照射后发现，LLLT预照射能减缓抗阻运动后胫骨前肌MPF下降的趋势；LLLT组受试者在运动后的LA也维持相对稳定。鉴于MPF的降低与骨骼肌在运动过程产生的LA堆积和酸中毒有关[16]，推测LLLT延缓工作肌MPF的降低可能与骨骼肌磷酸原供能水平提高、LA代谢加强有关，这与MVC评价指标所得的结论相一致。

LLLT能优化力量练习效果。Ferraresi等[19]将36名青年男子随机分为安慰剂组、力量练习组和力量练习联合LLLT组。结果发现，力量练习和力量练习联合LLLT组受试者的下肢1RM在12周练习后显著高于安慰剂组，但力量练习联合LLLT组受试者的下肢1RM和股四头肌峰力矩分别高于力量练习组29%和15%[19]。由于力量训练可通过刺激骨骼肌分泌胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factors，IGF-1)起到增肌作用，同时也促进了肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素-1(interleukin-1，IL-1)和白介素-6(interleukin-6，IL-6)等炎症因子的产生，这些炎症因子可以改变工作肌的力学特性甚至增加肌细胞凋亡，进而对力量练习带来负面影响[30]；动物实验证实，在力量训练后给予LLLT照射不仅对骨骼肌IGF-1蛋白表达产生了叠加效应，同时也抑制了TNF-α、IL-1和IL-6的蛋白表达[11]。遗憾的是，目前人们仅从骨骼肌细胞因子分泌的角度揭示了LLLT优化骨骼肌对力量练习的适应性机制，而其它机制仍需深入研究。

3.2 弱激光或单色光疗法对有氧工作能力的影响

3.3 弱激光或单色光疗法促进运动性疲劳消除

LLLT在促进运动性疲劳的消除方面取得一定的进展。运动前、中和运动后3个阶段给予LLLT均能促进运动性疲劳的消除。Dos等[15]将27名足球运动员随机分为2组：安慰剂组和运动后LLLT照射组。结果表明，LLLT能促进运动后肌细胞内LA转运，并加速机体对LA的清除速率和减少LA解离后生成的氢离子对肌肉收缩、神经细胞兴奋性的干扰，从而促进了骨骼肌和神经系统的疲劳恢复。Leal等[23]在男排运动员75%MVC前或后对其肱二头肌的进行LLLT照射，以期比较运动前LLLT照射和运动后LLLT照射对改善运动性疲劳作用的优劣。结果发现，运动前LLLT照射的受试者在运动后24 h 的LA显著低于安慰剂组，但运动后LLLT照射组LA却没有变化。提示，运动前LLLT照射对促进运动性疲劳的消除要明显优于LLLT运动后照射。关节活动范围(range of motion，ROM)下降可间接表征主动肌收缩机能下降和疲劳发生[8]。Borges等[8]将9名男子在30次100%MVC屈肘运动前对其肱二头肌进行LLLT照射，并于运动后24 h﹑48 h﹑72 h和96 h测定肘关节屈伸ROM、肱二头肌肌力及酸痛指数。结果发现，LLLT组受试者肱二头肌酸痛指数﹑ROM降幅从运动后24 h至96 h显著低于安慰剂组。Demura等[14]研究也表明，LLLT预照射肱二头肌也能提高30次100%MVC屈肘运动后肩关节屈伸的ROM。说明LLLT通过加速骨骼肌疲劳消除来提高ROM，但LLLT预照射肱二头肌后是如何提高肘关节和肩关节的ROM还有待研究揭示。

冷水浸浴疗法(cold water immersion therapy，CWIT)是临床上用于消除运动性疲劳的有效手段。为了明确LLLT促进运动疲劳消除的疗效，Leal等[25]比较LLLT和CWIT对足球运动员大强度训练后机能恢复的影响。CWIT组在自行车轮转运动后对受试者股四头肌给予CWIT(5℃，5 min)；LLLT组以660 nm和850 nm LED构成双二极管并联系统(照射30 s，剂量41.7 J)预照射受试者股四头肌。结果发现，与安慰剂组相比，LLLT和CWIT组LA和CK显著降低；同时，LLLT组LA和CK显著低于CWIT组。这一研究表明，LLLT消除机体运动性疲劳的效果优于传统的CWIT。Camargo等[10]通过动物实验比较了LLLT和CWIT机制。他们将32只大鼠分为安静组、急性100 min游泳运动组、CWIT组和LLLT组，共4组。CWIT组和LLLT组在游泳运动后分别对大鼠腓肠肌进行10℃冷水浸浴和LLLT照射(4 J/cm2)。结果显示，尽管LLLT和CWIT对急性运动后大鼠CK水平、腓肠肌损伤面积和炎症细胞浸润都具有类似的抑制作用，但LLLT组大鼠腓肠肌肌纤维损伤面积明显小于CWIT组，说明LLLT在维持活动肌结构和功能方面优于CWIT。值得指出的是，CWIT的作用机制主要来自于物理降温，通过收缩血管来降低炎性细胞浸润及其对周围组织的损伤；与CWIT不同，LLLT产生的调理作用不仅通过刺激血管平滑肌收缩和加速内皮细胞增殖来维持微血管结构功能，还可以调节骨骼肌细胞、炎性细胞及其它的靶细胞功能，最终实现对活动肌及周围组织和细胞的整体调节。

3.4 弱激光或单色光疗法对延迟性肌肉酸痛的调理作用

LLLT对DOMS是否具有积极的调理作用仍存在争议。DOMS指在人体从事不习惯运动后出现的肌肉疼痛感觉，如何减轻DOMS症状、缩短其恢复的时间对于提高训练效果具有重要现实意义。由于学界对DOMS发生机制尚不清楚，这也阻碍了临床上对DOMS防治。1999年，Craig等[12]对大强度运动后的48名运动员股四头肌给予172.8 J和345.6 J两个剂量的LLLT照射，但受试者的股四头肌疼痛感、触压痛以及ROM在运动后24 h没有得到缓解。随后，学术界似乎认同“LLLT对DOMS无积极效果”论断。直到2006年，Douris等[17]在大强度运动后对受试者肱二头肌肌腱的3个位点给予LLLT照射后发现，从第2天至第5天，McGill疼痛调查问卷值和视觉模拟评分值均显著降低，这也是人们首次获得的LLLT缓解DOMS的阳性结果。Douris等[17]的研究说明，在明确剂量的前提下，LLLT疗效与疗程密切相关。

人们在研究LLLT疗程的同时，也关注LLLT的剂量关系。Antonialli等[6]将905 nm激光、875 nm红外光和670 nm红光并联成多极管照射系统，在MVC前对24名男子股四头肌给予10 J/cm2、30 J/cm2和50 J/cm23种剂量照射，并在运动后即刻、1 min、1 h、24 h、48 h、72 h和96 h共7个时间点观测受试者的视觉模拟评分、McGill疼痛调查问卷和CK活性。结果发现，与安慰剂组相比，10 J/cm2和30 J/cm2剂量组受试者的MVC和CK从运动后即刻至96 h均得到改善，但30 J/cm2疗效优于10 J/cm2；然而，仅30 J/cm2剂量组受试者的视觉模拟评分值和McGill疼痛调查问卷值在运动后24 h至96 h低于安慰剂组。这一结果说明，合理的剂量是保证LLLT产生积极疗效的前提[6]。在后续的研究中，研究者认为应增加研究对象的数目(尤其注意对不同项目的运动员选择)、综合性考虑LLLT剂量、强度和光源波长等因素造成的作用效能间的差异，从多角度明确LLLT对DOMS的疗效。

4 小结与展望

弱激光或单色光照射疗法作为一种临床辅助治疗手段在运动实践中有着很好的运用前景，其使用简单、安全、便捷，以及在运动损伤后的止痛、消炎、消肿和加速损伤修复等方面具有良好的作用效果。围绕运动训练领域的研究显示，弱激光或单色光照射疗法对人体运动能力无负面影响，照射后无任何热效应和灼热感，对运动性疲劳具有明显的缓解作用，也能提高肌肉力量、爆发力、有氧工作能力以及关节活动范围；但对延迟性肌肉酸痛、关节伸展性等方面的影响仍存在着矛盾性的研究证据，尤其对灵敏素质、动态平衡能力的影响未见报道，有待进一步的探究。

因此，在后续的研究中需考虑以下几个方面：1)研究中要综合考虑弱激光或单色光照射疗法不同照射波长、剂量对人体产生的效能差异，要保证弱激光或单色光技术的稳定性，避免因照射参数上的不同而造成研究结果上的差异；2)限于研究方法和手段，弱激光或单色光照射疗法的作用机制尚不清楚，今后的研究需要引入更多的医学研究技术和方法，探求弱激光或单色光照射疗法的作用功效和机理；3)以往的研究中，多以普通健康人和运动相关疾病患者为研究对象，以专业运动员为研究对象的相关研究较少，今后在探讨弱激光或单色光照射疗法对运动能力影响的研究中，要考虑专业运动员的选择；4)从已有的研究方法学上分析，一些研究没有严格按照人体随机双盲对照试验设计，这也导致一些研究可信度降低，在今后的研究试验设计上要更为科学，以确保方法学上的质量控制。

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Reseach Advance and Prospects of Low Level Laser or Light Therapy in Sports Training

LI Fang-hui1,2，LI Guo-jun1

Low level laser or light therapy(LLLT) is a clinical adjunct treatment method.It has favorable effects on relieving pain,reducing inflammation and promoting tissue repair after sports injuries.The existing reseachs indicates that LLLT is effective to improve muscle strength and aerobic capacity,accelerating recovery of sports fatigue and relieving delayed onset muscle soreness.But there are still contradictory conclusions.Especially,the mechanism of LLLT is unclear which leading to its efficacy has no been widely recognized in sports training fields,so there are further research values and application prospect.In subsequent studies,the differents in effectiveness caused by the biphasic dose responses and intensity and wavelength apply in LLLT should be taken into integrated consideration.For exploring the efficacy and mechanism of LLLT,new techniques and methods in sport medical research will be introduced.Athlete groups should be selected in research object.Experimental design should be more scientific for ensuring the methodological quality control.

lowlevellaserorlighttherapy；sportstraining；performance；reseachadvance

1002-9826(2016)06-0069-05

10.16470/j.csst.201606011

2015-09-08；

2016-08-31

国家自然科学基金青年项目(31500961)；广东省省级科技计划项目(2014A020220015；2015A020219015)；广东省高等学校青年创新人才项目(2014KQNCX225)。

李方晖(1983-)，男，江苏连云港人，博士，主要研究方向为激光运动医学，E-mail:249924208@qq.com；李国军(1975-)，男，河南舞阳人，硕士，讲师，主要研究方向为运动训练，E-mail：491450964@qq.com。

1.肇庆学院 体育与健康学院，广东 肇庆 526061；2.上海交通大学 运动健康工程中心，上海 200240 1.Zhaoqing University,Zhaoqing 526061,China;2.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China.

G804.5

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