改良CO吸入法测试血红蛋白总量对最大摄氧量的影响及其恢复的实验研究

汪军张锋张翔胡扬

1北京体育大学（北京 100084）2山东泰安第一中学 3浙江越秀外国语学院

改良CO吸入法测试血红蛋白总量对最大摄氧量的影响及其恢复的实验研究

汪军1张锋2张翔3胡扬1

1北京体育大学（北京 100084）2山东泰安第一中学 3浙江越秀外国语学院

目的：对受试者进行改良CO吸入法测试血红蛋白总量（tHb）后，在不同时间点测试最大摄氧量（VO2max）和无氧阈（AT），分析其变化趋势，并对CO在体内的代谢情况进行研究。方法：10名网球专项大学生，19～21岁，肘静脉取血测试血红蛋白（Hb）等基础值，直接测试法测试VO2max；连续3周对所有受试者进行CO吸入法测试tHb后，在不同时间点（第1周即刻、第2周6小时和第3周12小时）测试受试者VO2max和AT，观察这些指标随时间的变化曲线；第4周，在10名受试者吸入少量CO后的6 min、3 h、6 h、9 h、12 h测试受试者呼出气CO和血液中碳氧血红蛋白（HbCO）的浓度变化曲线，其中5名受试者在吸入CO后进行2小时网球运动，另外5名受试者安静休息。结果：在CO吸入法测试tHb后，所有受试者VO2max和AT显著下降达9.4%左右（P＜0.01），在第2周的6 h时间点开始恢复，但仍然低于基础值（P＞0.05），在第3周的12 h时间点才完全恢复。呼出气CO和血液中HbCO浓度在CO吸入后即显著升高，在6 min达到最高点后即开始下降，直到6 h时间点才基本恢复正常，其中运动组CO在体内的恢复速度要快于安静组。结论：CO的吸入会在短时间内（6 h）显著降低受试者的VO2max和AT等反应有氧工作能力的指标，在6 h之后开始逐渐恢复；CO吸入后，呼出气CO浓度和血液中HbCO浓度的上升会经过正常代谢而排出体外，适当运动有助于体内CO代谢速度的提高。

CO吸入；血红蛋白总量；最大摄氧量；恢复

血液兴奋剂是自行车运动员、长跑等有氧项目经常使用的一类兴奋剂[1]，其检测手段也主要使用运动员生物护照（ABP）[2-5]。但生物护照使用的指标有些受到血浆量的影响[6]，而CO吸入法（optimised CO-rebreath⁃ing procedure）测试全身血红蛋白总量（total haemo⁃globin，tHb）是由德国运动科学家Schmidt&Prommer[7]于2005年建立，可以测试全身tHb，而不受到人体血浆量多少的影响。该方法主要测试原理是根据人体在摄入少量CO前后，呼吸气CO浓度和血浆中碳氧血红蛋白（HbCO）浓度变化差值来计算人体tHb。该测试方法也随后被进一步改良、细化，最终该测试方法以及测试结果得到了大家的认同，在兴奋剂检测领域也有初步使用[8]。

测试方法需要受试者摄入一定量的CO，而影响运动员的运动能力。本人前期研究结果认为该测试方法可以降低最大摄氧量（VO2max）5%左右，但对反复冲刺能力（RSA）没有影响[9]。但该测试方法究竟对VO2max影响多长时间，以及CO在体内的代谢速度如何？对该问题的解答是兴奋剂检测领域急需要解决的。本研究测试了受试者在tHb测试过程中，对VO2max和无氧阈（AT）的影响以及恢复情况，CO吸入后在体内的代谢情况等，希望该方法为血液生物护照的使用提供一定的实践依据。

1 对象与方法

1.1 实验对象

10名健康青年男性，北京体育大学教育学院网球专项学生，无吸烟、饮酒等不良嗜好，自愿参加本实验。所有受试对象有规律运动锻炼习惯，至少每周5次网球专项训练。所有受试对象基本情况如下：年龄20.5±0.5岁，身高179±3 cm，体重72.1±4.9 kg，BMI 22.5±1.3 kg/m2。本研究方案获得学校伦理委员会批准，并与所有受试对象签订知情同意书。

1.2 实验方案

基础指标测试：在两周内分别测试所有受试者VO2max和AT两次，取两次结果平均值为VO2max和AT基础值。两次测试间隔一周而且都是在下午5～8点完成，防止人体生物周期因素的影响。肘静脉取血测试受试者血液常规指标，包括血红蛋白（Hb）浓度和红细胞压积（Hct）等。

CO吸入后VO2max的影响及恢复：该实验分3周完成。第1周所有受试者下午进行CO吸入法测试tHb后，即刻测试VO2max为即刻组；第2周所有受试者在上午进行CO吸入法测试tHb后，在下午（间隔6小时）测试VO2max为6小时组；第3周所有受试者在早晨进行CO吸入法测试tHb后，在下午（间隔12小时）测试VO2max为12小时组。其中受试者tHb和其他血液指标如人体全身血液量（BV）、红细胞总量（ECV）和血浆总量（PV）基础值取这3周测试结果平均值。

CO代谢实验：第4周所有受试者在早晨吸入少量CO（1 m l/kg体重）后，在接下来的不同时间点测试所有受试者呼出气CO浓度和血液HbCO浓度（6 min、3 h、6 h、9 h、12 h），而且随机选取5名受试对象在CO吸入后进行2小时的网球训练，而另5名受试对象不进行任何运动训练，分析运动对CO代谢的影响。

1.3 实验具体操作方法

1.3.1 tHb测试方法

改良CO吸入法测试tHb：首先测试受试者呼出气CO浓度（Fluke CO-220）和手指末梢血HbCO浓度（Ra⁃diometer ABL 725），接着令受试者吸入少量CO（1 ml/kg体重）和3 L氧气的混合气体2分钟，当CO气体在体内与血红蛋白和肌红蛋白充分结合后，4分钟时测试受试者呼出气CO浓度，8分钟时采取手指末梢血测试HbCO浓度。根据受试者在CO混合气体吸入前后呼出气CO浓度和血液中HbCO的浓度差，考虑周围气压、温度等和人体身高体重等基本参数，利用公式计算人体血液tHb、BV、ECV和PV。具体测试程序和计算公式参考Durussel[8]测试方法。在整个测试过程中，还要密切注意受试者CO中毒情况，如头晕、头痛、恶心、呕吐等症状。

1.3.2 VO2max和AT测试方法

VO2max采用气体代谢仪（metalyzer 3B）和电动跑台测试，整个测试程序严格按照最大摄氧量直接测试法完成。受试者采用逐渐递增负荷的方式，先进行5 km/h的速度热身3分钟，然后开始正式实验。跑台坡度为0°，起始跑台速度为9 km/h，然后每分钟增加1 km/h，直至受试者力竭或达到最大摄氧量评价标准。测试结束后，受试者以5 km/h的速度继续整理活动休息5分钟，然后结束测试。其中无氧阈（AT）采用V-slope方式判断。

1.3.3 血液基础指标测试

血液血红蛋白浓度（Hb）和红细胞压积（Hct%）等采用肘静脉取血，血细胞计数仪测试。人体BV、ECV和PV在测试tHb过程中通过公式推算。

1.4 数据统计分析

所有数据采用平均数±标准差表示，统计软件用SPSS17.0进行配对样本t检验，其中P＜0.05表示差异有显著性，P＜0.01表示差异有非常显著性。

2 结果

2.1 受试者基础最大摄氧量和无氧阈测试结果

所有受试者在正式实验前进行VO2max和AT的测试，其中最大摄氧量绝对值VO2max（l·min-1）为4.13±0.50，相对值VO2max（m l·kg-1·min-1）为57.17±5.78；无氧阈绝对值AT（l·min-1）为3.08 ± 0.48，无氧阈相对值AT（m l·kg-1·min-1）为 42.67 ± 5.75。达到无氧阈时最大摄氧量百分比AT（%VO2max）为75.0±12.3。从结果可以看出，受试者身体健康状况良好，有氧工作能力处于较好的水平。

2.2 受试者tHb以及其它相关血液指标测试结果

改良CO吸入法测试所有受试者血红蛋白总量、血液量、血红细胞量和血浆量（相对值为绝对值/体重）；血细胞计数仪测试血红蛋白浓度和红细胞压积，其结果如下表1所示。

表1 受试者tHb及其它血液指标测试结果

2.3 CO吸入后不同时间段VO2max和AT测试结果

CO吸入法测试tHb后不同时间段，测试VO2max及其相关无氧阈指标（即刻、6小时和12小时）。发现CO吸入后即刻会显著降低最大摄氧量，其中最大摄氧量绝对值下降约9.4%，相对值下降约9.3%；而在6小时之后，最大摄氧量绝对值和相对值都有适当回升，稍微低于基础值，但差异没有显著性（P＞0.05）；通气无氧阈也在CO吸入后即刻显著下降，而在6小时组虽然有适当回升，但仍低于基础值，在12小时组，无氧阈指标又有不同程度下降（P＜0.05）；达到无氧阈时的最大摄氧量百分比虽有不同程度下降，但与基础指标相比差异没有显著性（P＞0.05）。不同时间段相关指标的影响如下表2所示。

表2 受试者tHb测试后不同时间段VO2max和AT等指标测试结果表

2.4 运动对体内CO代谢的影响

表3示机体在CO摄入前后及不同时间段血液Hb⁃CO浓度及呼出气CO浓度，其中在CO摄入前，血液Hb⁃CO%为1.1，呼出气CO为14.5 ppm，当CO摄入后6 min，血液和呼出气中CO浓度及显著上升（P＜0.01），在3 h和6 h时间点，血液中HbCO和呼出气中CO浓度及开始显著下降（但仍高于初始值），在9 h和12 h才开始慢慢恢复到正常水平。表4示CO摄入后，即进行正常网球训练2小时，发现受试者血液中HbCO和呼出气中CO浓度下降更加快速，在3 h和6 h组下降比无运动干扰组明显，虽然较CO吸入前的值要高，但统计无显著性差异（P＞0.05）在9 h和12 h组下降已经接近初始浓度。

表3 tHb测试后受试者机体CO正常代谢

表4 tHb测试后运动对机体CO代谢的影响

3 讨论

3.1 受试者tHb及其它血液指标

CO吸入法测试全身血红蛋白总量，避免了血红蛋白浓度测试会受到血浆量的影响，在血液兴奋剂检测领域以及在医学领域有较大的实践应用价值。该测试方法的主要原理是利用CO作为一种标记物，与血液中的Hb结合，在吸入一定量的CO后，其与Hb结合的浓度百分比差值可以计算血液中Hb的总量，但是CO不是全部与Hb结合，还需要考虑与肌肉肌红蛋白结合的量和肺内残余的气量，因此该测试方法需要大量的推理计算，要考虑受试者的身高、体重、年龄和性别等，有一定的误差。但经过不断改良，测试误差已经非常低。除了血红蛋白总量外，还可以通过公式计算全身血液量、血红细胞量和血浆量等。在本该研究中，测试了所有受试者tHb和血液量、血红细胞量和血浆量等，测试结果与Heinicke等[10]对休闲运动爱好者测试结果类似。其中tHb为956 g和13.2 g/kg体重，处于中等偏上的水平，其它指标如血液量、血红细胞量和血浆量等结果类似。这些指标的测试由于利用了CO与Hb的高度亲和力，测试设备和程序比较简单，测试结果误差较小，是一种较好的血液总指标测试方法。

3.2 CO吸入后受试者VO2max和AT变化及其恢复

CO吸入后与受试者血红蛋白和骨骼肌中的肌红蛋白结合，影响了血液O2的运输和肌肉中O2的储存和利用，因此与有氧能力有关的测试指标会受到影响。本实验测试了CO吸入后不同时间段（即刻、6小时和12小时）受试者VO2max和AT等指标，发现在不同时间段有不同程度的变化。在CO摄入后即刻，VO2max和AT（绝对值和相对值）都有显著下降；而到了6小时的时间点，两个指标都出现不同程度的恢复，虽然比基础值结果稍低，但差异无显著性；到12小时，VO2max指标几乎恢复到基础水平，而AT出现再次下降现象。达到AT时的VO2max百分比虽然有适当程度的下降，但差异没有显著性。VO2max和AT都是反映机体有氧工作能力，但VO2max主要反映受试者心肺功能，而AT则与受试者骨骼肌功能高度相关。AT结果与受试者快肌产生乳酸的速度和慢肌代谢乳酸的速度有关，如果受试者慢肌利用和清除乳酸的速度较快，在相同有氧能力情况下，受试者AT比较高。本研究中出现VO2max在6小时后完全恢复，可能与呼吸气和血液中的CO代谢完全有关，而肌肉中肌红蛋白与CO结合后对骨骼肌利用O2的能力影响时间较长，可能是导致AT恢复较慢的原因之一。

3.3 CO吸入后受试者有氧能力指标变化分析

本研究还对受试者在CO吸入后机体CO的代谢情况进行了研究。按照每公斤体重1 ml的CO吸入后，受试者体内CO浓度显著增加（包括呼吸气CO浓度和血液中CO与Hb结合HbCO的浓度），接着选取部分受试者进行2小时的网球训练，其余受试者安静休息，测试了两组受试者不同时间段体内CO浓度。发现两组受试者在6 min后，其呼吸气CO浓度和血液HbCO浓度都开始出现显著下降，在3 h和6 h时间点，其浓度指标还显著高于初始CO浓度，到9 h之后几乎恢复到正常值水平。CO在体内代谢一半所需要的时间大概在3小时左右。但是运动组，其体内的CO水平下降速度显著比安静组快，可能对身体以及运动能力的影响也比较小。CO进入体内后主要通过HbCO的解离和呼吸气的排出而代谢，运动干预组由于呼吸频率和深度的增加，通气量增加可以增加CO的排出。Gerald等[11]测试了不同性别受试者CO在体内的代谢情况及其半衰期，他们将男女受试者暴露于1000 ppm左右的CO环境中，然后每5分钟取血测试受试者HbCO的浓度，作者得出的结果较本研究CO代谢速度稍慢，可能与实验控制不同有关。本实验要求受试者吸入CO（1 m l/kg体重）4分钟，而Gerald是使受试者暴露在CO环境中30～60分钟，可能使CO在体内充分与Hb和肌红蛋白结合有关，具体原因还需要进一步实验。

4 结论

CO吸入法可以比较准确而快速地测试受试者全身血红蛋白总量和全身血液量、血浆量和血细胞量等；但CO的吸入会在短时间内（6 h）显著降低受试者的VO2max和AT等反映有氧工作能力的指标，在6 h之后开始逐渐恢复；CO吸入后，呼出气CO浓度和血液中Hb⁃CO浓度的上升会经过正常代谢而排出体外，适当运动有助于体内CO代谢速度的提高。

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2016.05.15

中央高校基本科研业务费专项（编号2016RB013）；国家体育总局科研课题资助（编号：2014B009）

汪军，Email：w j430079@126.com