低水平激光疗法促进力竭性运动疲劳的恢复：随机、双盲、安慰剂对照交叉试验

李方晖 刘延莹 肖琳 黄思敏 陈玉婧 黄银祺 余绍宜

1南京师范大学体育科学学院（江苏南京 210046）

2肇庆学院体育与健康学院（广东肇庆 526061）

运动性疲劳是机体运动持续一段时间后不能维持原强度工作，如果保持原强度继续运动，随着疲劳进一步发展，机体将出现运动性力竭[1]。过度训练导致的运动性疲劳和运动性力竭不仅对提高运动成绩不利，甚至将增加运动损伤的风险[2]。已有多种治疗手段被广泛用于促进运动疲劳恢复，包括按摩疗法[3]、冷冻疗法[4]、积极拉伸[5]、低水平激光疗法（low level laser thera⁃py，LLLT）[6，7]等。

作为一种新型、绿色的理疗技术，LLLT广泛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[8]。在运动训练实践中，LLLT还能提高肌肉收缩机能和运动表现[9,10]、促进运动疲劳消除、改善延迟性肌肉酸痛[11]。研究表明，LLLT促进疲劳恢复与照射时机有关。Leal等[12]研究表明，运动前或运动过程中进行LLLT干预不仅能提高受试者运动成绩，同时也能防止运动疲劳后骨骼肌炎症反应和肌肉微损伤。dos Reis等[13]研究表明，在下肢力量训练导致的力竭性疲劳即刻对受试者股四头肌进行LLLT照射能降低力竭后10 min和15 min血乳酸（blood lactate，BL）水平，但对力竭后15 min测定膝关节50%单次最大阻力测试（one-repetition maximum，1RM）负重屈肘的重复次数的影响没有显著差异。Fritsch等[14]研究进一步发现，拉伸训练导致的力竭性疲劳即刻对受试者股四头肌进行LLLT照射能缓解肌肉疲劳和酸痛，但同样不能缓解训练后1～3天下肢力量的衰减。总之，力竭性疲劳后给予LLLT治疗性照射是否能促进运动性疲劳恢复尚存在争议。基于此，本研究选用BL、心率（heart rate,HR）、血糖（blood glucose,BG）、Wingate测试、主观感觉等级（rated per⁃ceived exertion，RPE）和视觉模拟评分值（visual ana⁃logue scale，VAS）等生理心理指标来探究力竭性疲劳后LLLT照射对力竭性运动疲劳恢复的影响。

1 对象和方法

1.1 实验对象

随机选取18名健康的体育教育专业男性大学生作为受试对象，所有受试者无饮酒和吸烟等嗜好。实验前2周内无急慢性呼吸道感染、运动损伤等情况，未服用药物和饮用任何运动饮料。实验开始前，所有实验对象均要求签订知情协议书，并要求受试者在实验期间停止专项训练，禁止剧烈运动。实验实施过程中，共有2名受试者因感冒和其它原因退出实验，最终纳入的实验对象共16名（表1）。

表1受试者基本情况（x ± s，n=16）

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计

受试者分6次进入实验室进行相关测试，每次测试之间至少间隔1周。测试前，嘱受试者在实验前2天清淡饮食，要求受试者在测试当天提前半个小时进入实验室进行热身。此外，为了降低生物节律对受试者测试数据的干扰，每次实验均在下午2点开始，每名受试者每次实验均在同一时间进行。第1次测试：熟悉自行车功率计、Borg’s 6-20 RPE等级量表[15]和VAS等使用方法，并通过顺利完成3次预实验熟悉实验流程；第2次测试：完成受试者基线特征测试，包括身高、体重、体成分（身体成分分析仪，韩国Inbody520）、HR（遥测心率表，Polar S800，芬兰）、BL、BG、30秒Wingate测试；第3次至第6次测试为正式实验。完整的一次正式实验包括以下3个阶段，第1阶段：包括4个观测时间点：力竭运动前、力竭运动后即刻、力竭运动后10 min、力竭运动后20 min；第2阶段：力竭运动后20 min随即进行Wingate测试（第1次Wingate测试），包括即刻、Wingate测试后5 min、Wingate测试后30 min，共计3个时间点；在上述7个时间点对受试者HR、BL、BG、VAS和RPE 5个指标进行检测；第3阶段（第2次Wing⁃ate测试）：第1次Wingate测试后40 min进行，包括即刻、Wingate测试后5 min、Wingate测试后30 min，共计3个时间点。第2次Wingate测试后不再对上述5个指标进行检测。

本研究采取随机、双盲、两阶段交叉、安慰对照试验设计。受试者根据LLLT-1、LLLT-3、LLLT-5和安慰剂组分为A、B、C和D 4个组，并对16名受试者按照英文字母顺序录入Excel软件。实验分为4次，每次由Ex⁃cel软件从4个组中随机选取4名受试者进行实验，每次选取的每个组的受试者均不重复，每次实验时间间隔不少于1周，整个实验周期为24周。LLLT照射在力竭性运动后即刻开始，照射的部位为股直肌肌腹。为保证实验过程双盲，LLLT照射过程由第3方在单独实验室完成，照射过程中给受试者佩戴黑色眼罩，实验阶段嘱第3方不与受试者、实验操作者交流；全部试验结束后解盲，本实验设计通过广东省医学实验中心伦理委员会的鉴定并接受其监督。

1.2.2 运动方案

受试者在功率自行车（Powermax VII,Japan）上进行100 W负荷热身5 min后，进行2 min拉伸运动。随后以50 W起始负荷、50 W/30 s负荷进行递增运动至力竭，要求受试者踏车节奏始终保持60 rpm左右，每次递增间歇30 s。力竭运动后直至第1次Wingate测试前的20 min这个阶段均要求受试者保持仰卧于按摩床上。

1.2.3 低水平激光疗法

采用国产KX-350-1B低强度氦氖（helium–neon，He-Ne）激光治疗仪（KX-350-1B，中国桂林康兴医疗器械有限公司）。本研究通过固定照射时间，设置输出功率为1 mW、3 mW 和5 mW，光斑直径为2.5 cm，根据公式[9]：剂量（J/cm2）=强度（W/cm2）×时间（s），每个激光束的照射强度分别为0.2 mW·cm-2、0.6 mW·cm-2和1.0 mW·cm-2，相应的照射剂量分别为0.06 J·cm-2、0.18 J·cm-2和0.3 J·cm-2（表2）；LLLT照射在力竭性运动即刻开始，两条激光束直接对股直肌的肌腹部位进行照射[11]，激光探头距离以刚好不接触皮肤表面为限（图1），每次照射300 s。为了保证能准确照射股直肌相同肌腹部位，实验前对受试者照射位点进行标记笔标识。安慰剂组照射时，对激光探头标签纸封闭。

表2低水平激光疗法的技术参数

1.2.4 心率、血乳酸和血糖测试

BL与BG的测定：由校医院4名医护人员在实验规定的时间内迅速取指尖血30 μL，取血后再由同一名测试人员在同一部德国产Lactate Scout便携式血乳酸测试仪（SensLab GmbH,Germany）和血糖仪上分别进行BL和BG测试。HR测定采用芬兰产RS800型（RS800,Polar Electro,Finland）遥测HR表进行。

1.2.5 主观感觉等级（RPE RPE）和视觉模拟评分（VAS VAS）值

RPE是指人在进行激烈运动时，个体对自身疲劳度的整体感受做出的主观性评价。本实验RPE选择改良Borg’s 6-20 RPE等级量表[15]。VAS方法：使用一条长约10 cm游动标尺，一面标有10个刻度，两端分别为 0分端 和 10分端，0分表示无痛，10分代表难以忍受最剧烈疼痛。将有刻度的一面背向受试者，让受试者在直尺上标出能代表自己疼痛程度的相应位置，测试人员根据受试者标出的位置为其评出分值。

图1低水平激光疗法的照射位置实物图和示意图

1.2.6 Wingate ngate无氧功率测试

采用无氧功率自行车（Powermax VII,Japan）进行30 s Wingate功率测试。2～3 s内加到预定阻力，阻力负荷系数为0.08 N/kg（阻力/体重的比值）。嘱受试者全力蹬车，测试时间为30 s。测定指标包括峰值功率和平均功率。

1.2.7 统计学方法

使用统计软件SPSS21.0，采用两因素重复测量方差分析，观察组别、时间及组别×时间因素对运动前后BL、BG、HR、RPE和VAS的效应，随后对两两比较采用配对t检验，采用单因素方差分析平均功率和峰值功率；数据以均值（Mean）± 标准差（SD）表示，P＜0.05表示具有显著性差异，P＜0.01表示具有非常显著性差异。

2 结果

2.1 力竭运动前后心率的变化

采用整体分析（两因素重复测量方差分析）分析LLLT、运动后恢复时间对心率的康复效应（表3、图2）。组内检验结果显示，时间因素有统计学意义[F（6，54）=205.7，P＜0.001]；组间检验结果显示，LLLT干预因素有统计学意义[F（3，27）=3.187，P＜0.04]；时间因素×LLLT干预因素的交互作用具有统计学意义[F（18，162）=1.968，P=0.014]；精细比较（配对t检验）发现，LLLT-1组分别在力竭运动后10 min（P＜0.05）和Wing⁃ate测试即刻（P＜0.01）均显著低于同时间点的Placebo组，LLLT-3组（P＜0.01）和LLLT-5组（P＜0.01）受试者的心率分别在Wingate测试即刻和Wingate测试后5 min显著低于同时间点的Placebo组受试者。

图2 LLLT对力竭运动前和力竭运动后恢复阶段心率的影响

表3各组受试者心率的变化（M ean±SD；n=16）

2.2 力竭运动前后血糖和血乳酸的变化

采用整体分析（两因素重复测量方差分析）分析LLLT、时间对BL和BG的恢复效应（表4）。组内检验结果显示，时间因素有统计学意义[BL：F（6，54）=83.77，P＜0.001；BG：F（6，66）=26.98，P＜0.001]；组间检验结果显示，LLLT干预因素均无统计学意义[BL：F（3，27）=1.104，P＞0.05；BG：F（3，33）=0.627，P＞0.05]；时间因素×LLLT干预因素的交互作用也均无统计学意义[BL：F（18，162）=1.404，P＞0.05；BG：F（18，198）=0.787，P＞0.05]；BL精细比较（配对t检验）发现，LLLT-1（P＜0.05）、LLLT-3（P＜0.01）和LLLT-5（P＜0.05）组在力竭运动后10 min均显著低于Placebo组，LLLT-5组（P＜0.04）在Wingate测试后30 min显著低于Placebo组（P＜0.05），各个LLLT组在运动后的各个时间点与力竭运动前比较均有统计学意义（P＜0.001）；BG精细比较（配对t检验）发现LLLT-5组受试者的BG在Wingate测试后即刻显著高于Placebo组受试者（P＜0.05），LLLT组在运动后的各个时间点与力竭运动前比较均有统计学意义（P＜0.001）。

表4 各组受试者血乳酸（mmol·L-1）和血糖（mmol·L-1）变化（Mean ± SD；n=16）

2.3 力竭运动前后RPE RPE和VAS VAS变化

采用整体分析（两因素重复测量方差分析）分析LLLT、力竭运动后的恢复时间对RPE和VAS的积极效应（表5）。组内检验结果显示，时间因素有统计学意义[RPE：F（6，66）=49.9，P＜0.001；VAS：F（6，66）=76.5，P＜0.001]；组间检验结果显示，LLLT干预因素均无统计学意义[RPE：F（3，33）=0.27，P＞0.05；VAS：F（3，33）=1.19，P＞0.05]；时间因素×LLLT干预因素的交互作用也均无统计学意义[RPE：F（18，198）=1.17，P＞0.05；VAS：F（18，198）=0.51，P＞0.05]；对RPE和VAS配对t检验发现，3个LLLT剂量组在运动后的各个时间点与力竭运动前比较均有统计学意义（P＜0.001），然而，3个LLLT在运动后的各个时间点与力竭运动前比较均无统计学意义。

2.4 平均功率和峰值功率的变化

图3为2次Wingate测试的平均功率和峰值功率变化。结果显示，与Placebo组相比，LLLT-3显著增加第1次Wingate测试的平均功率值（P=0.048），同时也显著增加第2次Wingate测试的平均功率值（P=0.022）和峰值功率值（P=0.006）。

表5各组受试者RPE和VAS比较（M ean±SD;n=16）

图3低水平激光疗法对力竭运动后的2次W ingate测试的平均功率和峰值功率的影响

3 讨论

刘承宜等[7]研究认为，LLLT能通过调节线粒体功能促进运动性疲劳消除，且该过程可能与细胞膜受体介导的协调光信号转导有关。尤其线粒体外膜上的光敏物质细胞色素C氧化酶（cytochrome c oxidase，COX）对LLLT照射十分敏感[7,16]。研究认为[7,16]，COX对光子进行选择性吸收，并趋使线粒体电子传递链的耦合传递加强、线粒体膜电位和ATP合成增加，进而提高细胞内cAMP（cyclic adenosine monophosphate）和内源性活性氧水平，从而维持胞内钙离子稳态和氧化-抗氧化稳态、启动运动代谢适应的信号通路及基因表达，进而有利于提高骨骼肌收缩机能和抗疲劳能力。业已证实，运动前给予LLLT预照射能提高抗疲劳能力和运动成绩[6,17]。然而，运动后进行LLLT治疗性照射是否也能促进运动性疲劳恢复目前仍存在争议。dos Reis等[13]将24名受试者随机分为安慰剂组和LLLT照射组，两组受试者完成膝关节75%最大负荷屈伸训练，直至力竭。LLLT组采用波长830 nm砷化镓激光二极管（gallium–aluminum arsenide laser）对受试者股四头肌进行照射，结果发现，力竭运动后10 min和15 min BL水平在LLLT组显著降低。本研究发现，力竭运动后10 min的BL在LLLT-1、LLLT-3和LLLT-5 3个组均显著降低；同时，LLLT-5组BL在Wingate测试后30min也低于Placebo组（表4）。尽管本研究使用的LLLT光源波长与dos Reis等[13]不同，但对促进力竭性疲劳后的BL清除作用相似。这说明力竭性疲劳后LLLT照射促进机体的BL清除非依赖于光源的波长。值得指出的是，Leal等[6,16]研究也证实，运动前进行LLLT预照射降低力竭性疲劳后的肌酸激酶和BL水平同样与光源波长无关。de Brito Vieira等[18]机制研究表明，LLLT能抑制骨骼肌细胞的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase,LDH）活性。LDH是一种糖酵解酶，是催化丙酮酸生成乳酸的关键酶。此外，Paolillo等[19]研究也认为，LLLT能促进骨骼肌毛细血管舒张和改善机体微循环，从而加速工作肌内乳酸的转移和清除。

HR是评价血液循环系统功能的重要指标，是表征心脏迷走-交感神经反射弧活性的间接指标[20-22]。然而，国内外仅1篇文献研究了LLLT对运动后疲劳恢复过程中HR的影响[23]。Paolillo等[23]对绝经后妇女进行为期6个月的高强度耐力训练，每次训练后对受试者股四头肌给予LLLT照射，并在6个月后检测力竭性疲劳后即刻的HR。结果发现，与安慰剂组相比，LLLT组受试者HR显著降低，HR恢复时间更短。该研究说明在每次训练后给予LLLT照射有利于提高心血管系统对高强度耐力训练的适应性。本实验首次研究了LLLT对一次性力竭运动后HR恢复的影响。表3显示，LLLT-1组受试者的HR分别在力竭运动后10min和Wingate测试后即刻显著低于同时间点的力竭运动前，LLLT-3组和LLLT-5组的HR分别在Wingate测试即刻和Wingate测试后5min低于同时间点力竭运动前。研究表明，交感神经反射弧参与了肾上腺素对HR的调控[24]。Nagao等[21]研究表明，LLLT照射蛙的星状神经节交感神经能降低HR。Shubaeva等[25]研究证实，LLLT也能调节高血压大鼠交感神经反射弧功能紊乱和肾上腺素受体反应。总之，LLLT可能通过降低肾上腺素活性来调节交感神经功能，进而促进力竭性疲劳后HR恢复。当然，需要进一步实验证实。

文献表明，LLLT预照射肱二头肌和股四头肌能提高运动时肘关节和膝关节伸肌群的等长以及等动向心收缩力和爆发力[6]。Wingate无氧功率测试的峰值功率可代表下肢的最大功率输出，表征下肢爆发力；平均功率可表示30 s全力运动时功率输出的均值，表征下肢肌耐力；二者综合反映下肢无氧供能系统的效率。Leal等[6]在9名男子排球运动员和11名男子足球运动员进行Wingate（阻力负荷系数为0.075 N/kg）测试前对其股四头肌进行LLLT照射。结果表明，LLLT组受试者的峰值功率高于安慰剂组，提示LLLT预照射股四头肌能提高下肢爆发力。付德荣等[26]研究显示，力竭运动导致的疲劳与骨骼肌微损伤有关，后者又与骨骼肌蛋白质分解代谢增加有关；动物实验发现[27]，来自He-Ne激光的LLLT能通过调节骨骼肌抗氧化酶活性和炎症反应促进力竭运动后大鼠损伤骨骼肌的恢复。本研究通过对力竭运动后20 min（第1次）和60 min（第2次）两个时间点进行30 s Wingate测试，来论证LLLT对力竭性运动疲劳后下肢肌无氧功率恢复的影响。图3结果显示，LLLT-3显著增加第1次Wingate测试平均功率值，同时也增加第2次Wingate测试的平均功率值和峰值功率值。这提示LLLT-3明显提高下肢肌耐力和爆发力。然而，矛盾的是，dos Reis等[13]在力竭性疲劳即刻对受试者肘关节给予LLLT干预却不能增加肘关节50%1RM负重屈肘的重复次数。Fritsch等[14]在最大随意收缩力（maximal voluntary contraction，MVC）诱导下肢肌运动疲劳后对股四头肌给予LLLT照射，通过检测下肢峰值功率和股四头肌峰力矩来评价下肢肌的恢复情况。结果也发现，运动疲劳后24 h峰值功率和股四头肌峰力矩均没有显著差异。由于dos Reis等[13]在力竭性疲劳后15 min检测50%1RM负重屈肘的重复次数，而Fritsch等[14]在运动疲劳后24 h测定受试者峰值功率和股四头肌峰力矩，值得强调的是，LLLT照射生物系统后产生的刺激或抑制作用存在最佳“响应时间-效应”关系，即LLLT对生物系统刺激或抑制效应依赖于光子与生物系统的响应时间[28]。故推测，dos Reis等[13]和Fritsch等[14]并未发现阳性结果可能与检测时间点选择有关。

业已证实，LLLT的疗效与技术参数的选择有关，包括光源波长、功率、光照剂量、照射时间、照射部位、实验对象的初始状态、观测的技术指标选择等。其中，LLLT的剂量关系研究是当前激光运动医学的研究热点。研究表明，LLLT的量效关系满足经典剂量关系定律——“安－舒二氏”（Arndt-Schulz）定律[29]，即随着LLLT剂量持续增大，生物功能兴奋响应逐渐增强，经过峰值后兴奋作用逐渐减弱。Gomes等[30]和Toma等[31]采用同样光源波长和照射强度，选择4 J/cm2、6 J/cm2和8 J/cm23个剂量，研究LLLT对下肢等动练习后股四头肌峰值力矩下降影响的量效关系。结果表明，剂量6 J/cm2是缓解肌肉收缩力下降的最佳剂量。本研究通过固定照射时间，设置输出功率为1 mW、3 mW和5 mW，每个激光束的强度分别为0.2 mW·cm-2、0.6 mW·cm-2和1.0 mW·cm-2，相应的剂量分别为0.06 J·cm-2、0.18 J·cm-2和0.3 J·cm-2，研究光源来自氦氖激光的LLLT量效关系。图3显示，仅LLLT-3增加第1次和第2次Wingate测试的平均功率及第2次Wingate测试的峰值功率，说明LLLT-3在力竭性疲劳后提高下肢肌无氧供能水平优于LLLT-5和LLLT-1。尽管本研究选择的光源与Gomes等[30]和Toma等[31]不同，但从下肢肌无氧供能的效率变化可以看出，LLLT量效关系也满足“Arndt-Schulz”定律。此外，表3结果也显示，LLLT-3和LLLT-5促进力竭性疲劳后HR快速恢复要优于LLLT-1组；表4的BL和BG结果表明，LLLT-5促进力竭运动后BG恢复和BL消除的效果优于LLLT-3和LLLT-1组。Antonialli等[32]在100%MVC前对受试者的股四头肌给予LLLT（剂量包括10 J/cm2、30 J/cm2和50 J/cm2）预照射，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MVC、肌酸激酶、VAS和RPE。结果表明，30 J/cm2是提高MVC和降低肌酸激酶的最佳剂量；但对于VAS和RPE这两个心理指标而言，50 J/cm2才是最佳剂量[9]。本研究也对VAS和RPE进行了测试，然而，3个剂量的LLLT对力竭运动后受试者的VAS和RPE均没有明显改善（表5）。结合Antonialli等[29]研究推测，LLLT对机体的生理心理功能调节作用存在剂量特异性的特点。

4 小结

力竭性疲劳后LLLT照射对疲劳恢复过程有积极效应，LLLT光照剂量0.18 J·cm-2对促进力竭性运动疲劳恢复的效果最佳。