高住低训过程中铁缺乏对国家短道速滑运动员有氧能力相关指标的影响

塔宇芹 夏宇馨 史继祖

(吉林体育学院，吉林 长春 130022)

高住低训(high living low training，HiLo)作为提高有氧耐力的有效方式之一被越来越多的运动队所采用，主要是因为它解决了传统高原训练中运动负荷与缺氧负荷同时存在的矛盾[1]，让运动员避开了持续性缺氧的种种负作用。铁是耐力运动员最重要的饮食矿物质，是血红蛋白和肌红蛋白的重要组成部分。运动员依然普遍存在运动性铁缺乏，女子运动员铁缺乏比例远远高于男子运动员[2]。若运动员铁缺乏，会导致蛋白质合成减少、血红蛋白携氧能力下降以及铁代谢紊乱，会发生运动性铁缺乏和红细胞破坏增多的现象，长期的运动会使铁的储量明显减少，血清铁蛋白水平下降，铁的营养储备情况直接影响到运动员的运动能力。因此，经常监测和评定运动员的铁储备状况，对于保护运动员健康和提高运动能力具有重要的意义。SF是反应体内铁储备最敏感的指标之一[3]，由于SF检测方法具有简单易行的操作方式，结果比较稳定，且具有较好的可重复性，因此在铁缺乏诊断过程中，血清铁蛋白检测已经逐渐取代骨髓铁染色检查方法[4]。国内外对HiLo过程中缺铁对有氧能力影响的研究很少，大多数是对指标单独进行研究。如：HiLo能有效提升运动员有氧代谢能力[5,6]，Hopkins WG等人认为HiLo能使运动员的最大摄氧量增加，提升运动员的运动成绩[7]。Stray Gundersen J等人认为中等海拔(2500米)暴露4周后，9名无铁补充、缺铁的跑步者红细胞体积并没有得到改善[8]。Ryan等人[9]报告说，模拟高原前运动员SF水平较低，9名非铁补充女性受试者暴露于5000m16天，其中有7人的Hb增强。目前还不清楚在长时间模拟低氧情况下，HiLo对缺铁运动员有氧能力相关指标的影响程度。为此，本文通过对缺铁运动员HiLo前后有氧能力相关指标的对比分析，旨在找出各项指标的变化特点，为运动员备战大赛期间进行HiLo提供参考意见。

1 研究对象与方法

根据世界卫生组织(World Health Organization，WHO)推荐的缺铁标准：血清铁蛋白(SF)<15ug/L[10]，把受试者分为正常组(normal group，NG)与缺铁组(iron deficient athlete，IDA)，实验前对我国81位女子短道速滑运动员进行了SF筛查，正常者50人，占61.7%，异常者31位，占38.3%。从正常者与异常者中分别选取8名中长距离运动员，运动等级为国家健将级及以上，基本信息见表1。实验前6个月内受试者均未到过高原或者模拟高原环境中，受试者均无呼吸道系统疾病，也未有过任何心肺功能疾病病史，所有受试者实验前均被告知实验的流程和测试所需指标，保持较好的运动状态并签署知情同意书。

表1 运动员基本信息

1.1 低氧安排

低氧实验设在世界及全国大赛结束后的调整期(非冰期)，实验为期8周，HiLo前1周、4周HiLo和HiLo后3周，选用天津森罗Hypoxic Tent System常压低氧舱系统(模拟海拔2300m，氧气浓度为15.9%)，每天21:00—7:00在低氧暴露10小时，不设休息日。

1.2 训练安排

常氧训练以公路自行车、实验室定点自行车、滑轮和跑步等运动方式为主，训练强度控制在血乳酸6mmol/L以下，其中血乳酸3mmol/L左右的训练占总训练时间的90%，并结合陆地的技术与力量练习，周训练方案见表2。

表2 运动员非冰期周训练方案

续表2

1.3 测试方法

1.3.1 血常规指标测试

运动员在晨起、安静、空腹状态下采指尖血20ul, 将血液放入稀释液4分钟后，利用pocH-100i全自动三分类血液分析仪进行测试。采用的指标为：红细胞(red blood cells，RBC)、血红蛋白(hemoglobin，Hb)、红细胞压积(hematocrit，Hct)、红细胞平均体积(mean corpuscular volume，MCV)。采集时间分别为进舱前1天,进舱后第7天、14天 、21天和28天及出舱后第7天、14天 、21天，共进行8次测试。

1.3.2 血清铁蛋白(serum ferritin，SF)、网织红细胞(reticulocyte，Ret)测试运动员在晨起、安静、空腹状态下的肘部静脉血约5mL，静置30min，3000r/min离心20 min，收集血清，利用Beckman Access2全自动分析仪测试SF；采集运动员晨起、安静、空腹状态下的肘部静脉血3mL，加入抗凝剂混匀后，利用深圳迈瑞公司生产的 BC-6900型血细胞分析仪检测Ret。各指标采集时间分别为进舱前1天,出舱后第1天，各指标共进行2次测试。

1.3.3 最大摄氧量(maximal oxygen uptake，VO2max)测试

1.3.3.1 测试方案

HiLo实验前、结束后一天分别进行一次最大摄氧量的测试，每次测试前一周内不安排高强度大负荷训练。在进行本研究的各项实验前，所有仪器设备均按照标准流程校准调试，以满足实验要求。

1.3.3.2 测试步骤

①测试前，运动员在定点自行车上以130b/min左右的心率(heart rate，HR)热身15min，休息10min后正式开始测试。

②在进行VO2max测试前工作人员根据德国便携式心肺功能测试仪(Cortex MetaMax 3B)标校步骤进行校准。分别对大气压强传感器、气体传感器、周围空气检测、气瓶(O2：15%，CO2：5%)、流量传感器依次进行校准。校准完毕后受试者佩戴Cortex MetaMax 3B在Monark839E功率自行车上进行递增负荷测试。起始负荷为75W，转速为90r/min,每3min负荷增加25W,直至力竭，测试结束。每级负荷结束后采集即刻血乳酸、心率。采集指尖血的血乳酸时，为保证血乳酸值不受酒精和汗液的干扰，第一滴血用干棉球擦净，使用第二滴血。

1.3.3.3 最大摄氧量判定标准

1)HR≥180b/min；2)呼吸商(RQ)≥1.10；3)Bla>8mmol/L；4)在递增负荷运动过程中,摄氧量不再因负荷增加而增加，达到最高点或平台后开始下降；5)受试者主观感觉达到力竭，经工作人员鼓励也不能维持既定转速。以上五点满足三点则判定受试者达到最大摄氧量[11]。

1.3.3.4 测试指标

VO2max绝对值、VO2max相对值、最大功率(maximal power，Pmax)、最高心率(maximal HR，HRmax)、无氧阈功率(anaerobic threshold power，PAT)、无氧阈心率(anaerobic threshold HR，HRAT)、血乳酸(blood lactic acid，Bla)。

1.4 数理统计法

各测试值用平均数±标准差来表示，用SPSS 25.0统计软件。采用双变量Pearson相关分析SF与Ret、RBC、Hb、Hct、MCV之间的相关性；采用重复测量方差分析方法对组内、间数据进行差异性分析，以P<0.05为显著性差异，P<0.01为非常显著性差异。

2 结果

表3将运动员依据WHO推荐的缺铁标准(SF)<15ug/L分为NG与IDA,对2组SF水平进行配对样本t检验，结果显示，2组SF水平较进舱前有所提高，均不具有显著性差异(P>0.05)，进舱前、后NG血清铁蛋白高于IDA，2组间SF水平具有非常显著性差异(P<0.01)。NG与IDA的Ret组内、组间对比无显著性差异(P>0.05)，但与进舱前相比分别提升20%和5%。

表3 NG与IDA高住低训前后个体SF、Ret水平比较

由表4可知，NG出舱后VO2max相对值、VO2max绝对值、Pmax与进舱前相比，分别增加7.8%、11.3%、9.5%，均有显著性增加(P<0.05)。IDA运动员出舱后VO2max相对值、VO2max绝对值、Pmax与进舱前相比，分别增加6.1%、4.6%、4.5%，但增加幅度有限，远远低于NG。

表4 受试者HiLo前后VO2max等相关指标的变化

由表5可知，NG进舱7天RBC、Hb、Hct、MCV高于或低于进舱前，均具有非常显著性差异(P<0.01)，NG进舱14天、出舱后7天RBC、Hb高于进舱前，具有显著性差异(P<0.05)，NG运动员出舱21天RBC高于进舱前，具有显著性差异(P<0.01),NG出舱后7天MCV低于进舱，具有显著性差异(P<0.05)；IDA运动员进舱14天RBC、Hb、Hct高于进舱前，具均具有显著性差异(P<0.05)；进舱前1天、出舱后7天NG运动员RBC、Hb、Hct、MCV高于IDA，均具有显著性差异(P<0.05)，进舱7天NG运动员的Hb、Hct高于IDA，均具有非常显著性差异(P<0.01)，出舱后14天NG运动员RBC、Hb、Hct高于IDA，均具有非常显著性差异(P<0.01)，出舱后21天NG运动员RBC、Hb、Hct高于IDA，均具有显著性差异(P<0.05)。

表5 NG与IDA 进舱前、后RBC、Hb、Hct、MCV的比较(x ±S)

表6Pearson相关分析结果显示，进舱前后运动员SF水平与Ret、RBC、Hb、Hct、MCV水平之间存在正相关性(P<0.05)，其中RBC、Hb、Hct与SF相关性较高(P<0.01)。

表6 进舱前后SF与RBC、Hb、Hct和Ret水平的相关性(r)

续表6

3 分析与讨论

3.1 HiLo过程中SF对Ret的影响

Ret是骨髓中造血干细胞发育为成熟RBC过程所经历的一个重要阶段。与成熟RBC参数相比，Ret更直接地反应了骨髓红系造血机能的盛衰, 能够更早期、更全面地反映低氧训练对于RBC生长发育的影响[12、13]。在本研究中，NG与IDA的Ret进舱后均高于进舱前，这是因为适宜的低氧刺激引起促红细胞生成素(EPO)生成增加[14]，刺激骨髓的造血功能，促进RBC的生成，导致Ret明显增高[15]。在 Dehnert 等人的对比性研究中,经过2周的高住低练, 实验组的Ret升高程度显著高于对照组，可以在很大程度上补偿大强度训练对RBC的破坏[16]。Phiel-Aulin等人对六名耐力运动员进行研究，他们在模拟海拔2000m高度上的每天生活12小时，其余时间在海平面进行训练，共训练10天，观察到Ret计数有所增加[17]。在本研究中，NG的Ret出舱后较进舱前提升20%，而IDA的Ret出舱后较进舱前仅提升5%，这是由于缺铁抑制了EPO 的生成，现已证实铁缺乏是导致EPO低反应性的主要原因，导致机体红细胞的有效生成障碍，所以IDA的Ret出舱后升高幅度明显低于NG。Salman Mallick[18]等的研究也发现血清铁蛋白与促红细胞生成素有关联，在贮存铁充足的情况下，有利于进一步增强促红细胞生成素的作用。许宏敏[19]等研究表明，铁缺乏是导致EPO低反应性的主要原因，EPO分泌减少，使骨髓制造红细胞功能出现障碍。

3.2 HiLo过程中SF对VO2max参数的影响

VO2max是评价有氧能力的经典指标，它的增加与运动员运动能力或运动成绩的提高是一致的[20,21]。研究结果表明，NG与IDA两组运动员的VO2max相对值、VO2max绝对值、Pmax、PAT与低氧实验前相比都有所升高。这与Bailey DM等人的研究相一致，低氧环境下可刺激人体肾脏释放促红细胞生成素(EPO)，增加Hb浓度和增强氧传送链的能力和骨骼肌的乳酸耐受能力，使组织细胞氧利用率增高，VO2max增加[22，23]。Brugniaux[24]等人对11名越野滑雪运动员，12名游泳运动员，18名跑步运动员进行HiLo后，所有运动员的VO2max都有所提高。但IDA组运动员VO2max相对值、VO2max绝对值、Pmax、PAT增加幅度远远低于NG，无统计学意义(P>0.05)，在HiLo过程中，促红细胞生成素的作用下，网织红细胞增多，Hb增高，这些有益变化的必备前提是机体要有充足的铁储备。从铁在体内的生物学作用可知，铁与蛋白质合成酶的活性及能量代谢等有直接关系，所以在缺铁达到贫血程度时，必然损害运动能力。多数学者证明由于缺铁导致蛋白质合成减少，使血红蛋白携氧能力下降，而血红蛋白水平与运动能力有关，当血红蛋白下降时，将削弱运动员的有氧能力；当血红蛋白水平不变时，铁缺乏不会影响氧的运输，相反，当贫血存在时，铁缺乏就会影响氧运输到各组织[25]。然而，非贫血的铁缺乏可以通过其它机制来削弱运动能力。例如在细胞水平上削弱依赖铁的代谢过程，如影响线粒体细胞色素的能量产生，进而减弱最大摄氧量(VO2max)和身体机能的表现[26,27]，说明运动员人体内铁不足，会影响运动员有氧能力的提升。Hinton P S[28]研究表明，在缺铁个体中，即使是少量的补铁也能改善或维持运动员的有氧能力。Brutsaert[29]等人发现轻度的贫血和中度缺铁对运动员最大摄氧能力有不利的影响。

3.3 HiLo过程中SF对氧转运指标的影响

HiLo前、后运动员SF与RBC、Hb、Hct、MCV之间存在正相关性，其中RBC、Hb、Hct与SF存在较高的相关性，表明SF的含量影响着运动员氧转运系统各指标的变化，郭洪海等人研究表明高原训练可以刺激RBC、Hb、Hct指标的显著性增加[30]，但运动员SF的高低，影响着RBC、Hb、Hct在HiLo后的升高幅度与维持度。

研究表明，HiLo前、中、后IDA运动员RBC、Hb、MCV、Hct低于NG运动员，尤其是进仓前与出舱后7天，均存在显著性差异(P<0.05)，进仓后7天与出舱后14天Hb、Hct存在非常显著性差异(P<0.01)，这是由于RBC内缺铁、血红蛋白合成障碍，大量原卟啉不能与铁结合，以游离原卟啉的形式堆积在RBC内，造成Hb生成减少，RBC胞质少、体积小，易发生缺铁性贫血[10]；组织缺铁，铁限制RBC生成[2],细胞中含铁酶和铁依赖酶的活性降低，进而影响人的精神、体力、免疫功能及生长发育，若运动员机体内缺少血清铁蛋白会造成运动员RBC、Hb、Hct相对降低[10]。

与HiLo前相比，NG与IDA运动员RBC、Hb、Hct水平总体处于上升的趋势,这主要是由于低氧刺激促进肾脏合成EPO增多,从而提高了机体RBC、Hb和Hct的水平[31]，研究表明模拟2300米的HiLo可促进运动员RBC、Hb的合成。LAURA A等人[32]研究表明HiLo可以刺激RBC、Hb、Hct指标的增加，Stray-Gundersen等人[33]研究表明，进行Hilo的精英运动员，RBC、Hb均有所增加。周志宏等人[34]研究表明，HiLo能提高血液中的Hb、RBC、Hct，有利于提高机体运氧和利用氧能力的指标。NG与IDA运动员MCV水平总体处于下降的趋势，这是因为红细胞是携带氧和运输氧的主要载体，P.Connes研究表明缺氧时MCV下降可能与红细胞内K+和Ca2+浓度提高以及红细胞内PH值的改变有关[35]。

分析发现，出舱后低氧效应仍对NG运动员机体产生影响，RBC、Hb在出舱后第三周产生峰值，但IDA运动员低氧效应消失很快，这与铁代谢的改变有密切关系。具体表现为，机体铁储备动用增加，IDA运动员存在铁缺乏,但是为了满足机体合成Hb的原料所需,机体的铁储备首先得到最大限度的动用,造成IDA血清铁蛋白高住低训后较高住低训前有所下降。再加上铁是红细胞生成最重要的营养因素，足够的铁储备是机体对低氧环境适应的必要条件，因此HiLo后IDA运动员RBC、Hb相比于高住低训期下降明显，而NG运动员RBC、Hb、Hct相比于HiLo期变化较小，且HiLo后NG运动员RBC、Hb、Hct与IDA组间对比存在显著性差异(P<0.05)，说明HiLo后缺铁性运动员RBC、Hb、Hct相比于高住低训前虽有所提高，但与NG运动员相比低氧后维持低氧效果差。

4 结论

低氧与训练对运动员的双重刺激，增强了骨髓造血的活跃性，有氧能力得到改善，但对于缺铁运动员高住低练后网织红细胞和最大摄氧量相关指标改善程度有限，说明缺铁使骨髓造血功能受到抑制，限制了有氧能力的提高。

进舱前后运动员SF水平与Ret、RBC、Hb、Hct、MCV水平之间存在正相关性，出舱后与进舱前相比RBC、Hb、Hct整体呈现升高趋势，但缺铁运动员指标改善有限，尤其是出舱后低氧效应消失速度快，若HiLo安排在大赛之前，可能不利于缺铁运动员最佳竞技状态的形成，后期还需要更多数据去证明。