大强度间歇训练与一般有氧训练对男子皮艇运动员神经-免疫应答特征的比较

王玉新，施田佳媛

近年来， 运动对神经系统和免疫系统功能的影响受到越来越多的关注。 自主神经系统（Autonomic Nervous System, ANS） 是决定机体对运动反应和适应的重要因素，ANS 通过应答反应来维持由运动应激引起的机体内稳态的变化。 心率变异性（Heart Rate Variability, HRV） 作为反映自主神经活性及交感与副交感神经平衡状态的经典指标， 被广泛应用于评定运动员机能状态及疲劳诊断[1-2]。HRV 通过测量连续R-R 间期变化的变异， 反映心率变化程度，这种变化和波动可精确地反映ANS 对心血管系统的调控及应答。儿茶酚胺是人体内重要的神经递质，是反映交感神经活性的主要指标， 在机体心血管和神经内分泌调节中发挥重要作用， 主要包括肾上腺素（Adrenaline, ADR）、去甲肾上腺素（Noradrenaline,NE）和多巴胺（Dopamine, DA）[3-4]。 研究发现免疫细胞内有儿茶酚胺受体， 自身也能合成儿茶酚胺[5-6]。免疫系统是人体抵御病原体入侵的主要防御系统，如果免疫系统功能下降，机体患病率将大幅升高[7]。有研究表明，中、小强度运动能改善机体免疫系统的功能，对提高人体免疫能力起到积极作用[8-9]。 而强度较大的运动则会对机体免疫功能造成损伤从而形成免疫抑制，出现免疫开窗期[10-11]。

一般有氧训练（Aerobic Training, AT）和高强度间歇训练（High Intensity Interval Training, HIIT）常被皮划艇、赛艇、自行车等作为提高运动能力的常用训练手段应用在不同训练阶段[12]。 HIIT 被定义为接近“最大”努力，通常是训练强度≥80%VO2max（85%～95%）时的最大心率， 且每两次练习之间安排使练习者不足以完全恢复静息或低强度练习的训练方法[13]。 AT 大多设定在50%～75%VO2max对应的心率[14]。 目前国内外研究表明，经过8 周长时间有氧递增负荷训练后，运动员ANS 功能情况得到改善，表现为安静状态下迷走神经和交感迷走神经综合调节得到提高[15]。 对高水平运动员，HIIT 可显著提高糖氧化供能效率、脂肪氧化率以及骨骼肌缓冲能力， 对提高运动成绩具有重要的作用[16]，但针对HIIT 后高水平运动员的神经和免疫研究较少。鉴于此，本研究探讨皮划艇运动员HIIT 和AT 训练后神经和免疫的应答特征，在提高运动成绩的同时关注运动员神经和免疫方面的变化，更进一步丰富皮划艇机能监控指标体系。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以上海男子皮艇队8 名一线运动员为研究对象，年龄（17.75±2.05）岁，身高（182.86±4.16）cm，体重 （79.36±13.26）kg， 身体健康且无任何心血管疾病。教练员和运动员均清楚本研究内容，且自愿参与本试验。

1.2 主要训练内容

对受试者进行逐级递增负荷实验测定VO2max，并以50%～60%VO2max、80%～95%VO2max对应的心率，制定训练方案。 AT 和HIIT 分别进行2 周，每周9 节训练课， 每周平均训练量保持在60～80 km；AT 以水上60 min 长划为主要训练手段，速度为50%～60%VO2max对应心率，2 周AT 后继续保持一定的训练量， 以达到身体机能稳定状态，6 周后再进行2 周HIIT 训练；HIIT 以水上100 m×20 次或1 min×10 次为主要训练手段， 速度要求为80%～95%VO2max对应的心率。 受试者均按照试验要求完成训练。

1.3 测试指标及方法

分别在HIIT 和AT 前后次日晨6：30（为减少生物节律的影响，测试为同一时间，安静环境，无日间活动影响，室温在20～25℃，湿度45%～50%）进行安静状态下仰卧位短时程5 min HRV 测试，并保证运动员在测试前一天有充足的睡眠，为保证HRV 与儿茶酚胺指标的同步性，运动员在HRV 测试结束即刻空腹安静状态下取肘静脉血， 用于淋巴细胞亚群和血浆儿茶酚胺的测量。 HRV 指标包括时域指标：反映HRV 变化的R-R 间期标准差 （Standard Deviation of the NN Interval, SDNN）、反映副交感神经活动的相邻R-R 间期差值均方根 （Root Mean Square Successive Difference, RMSSD）、反映副交感神经调节能力的相邻间期的差值标准差 （Adjacent Normal RR Interval of the Difference Between the Standard Deviation, SDSD）；频域指标：总功 率（Total Power, TP）、反映副交感神经调节能力的高频功率 （High Frequency, HF）、 反映交感神经活性为主的低频功率（Low Frequency, LF）及其比值。 以Omega wave 运动员实时机能状态综合诊断系统进行HRV 测试。

分别在HIIT 和AT 前后测试HRV 后即刻空腹状态下取肘静脉血，其中，以2 mL 乙二胺四乙酸二钾抗凝，测量T 淋巴细胞（T%）、B 淋巴细胞（B%）、NK 细胞百分比（NK%）及CD4+淋巴细胞（CD4+%）、CD8+淋巴细胞（CD8+%）和儿茶酚胺类指标，ADR 和NA，以酶联免疫吸附法测量，试剂盒采购自上海卡努生物科技有限公司。 所有指标的测试均采用双管测试，结果取平均值。 为了保证数据准确性，各指标均使用同一批次试剂盒， 由同一人在同一时间段完成所有指标的测试工作。

1.4 统计分析

采用SPSS21.0 进行数据分析。 所有结果以平均数±标 准 差 表 示， 呈 负 偏 态 分 布 的TP、HF、LF 和RMSSD 经自然对数变换后进行分析。以重复测量方差分析比较HIIT 和AT 两种训练组间各指标变化的差异，以配对样本T 检验比较每次训练前后各指标的差异。 显著性水平为P＜0.05,极显著性水平为P＜0.01。

2 研究结果

2.1 HIIT 和AT 前、后HRV 变化

如表1 所示，2 周训练后，AT 组运动员时域指标SDNN、RMSSD 有不同幅度下降，HIIT 组运动员SDNN 升高，RMSSD、SDSD 有不同幅度下降， 但以上变化均无显著差异；AT 组运动员频域指标TP、LF、HF/LF 均 有 不 同 幅 度 下 降，HF 升 高；HIIT 组 运动员TP、HF、LF 和HF/LF 有不同幅度下降， 但均无显著差异。且AT 组和HIIT 组运动员间TP、HF、LF、HF/LF、SDNN、RMSSD、SDSD 的变化均无显著交互效应。

表1 HIIT 和AT 前、后SDNN、RMSSD 的变化Table1 Changes of SDNN and RMSSD before and after HIIT and AT

2.2 HIIT 和AT 前、后淋巴细胞亚群的变化

如表2 所示，2 周训练后，AT 组运动员B%、CD8+%有不同幅度下降，T%、NK%、CD4+%、CD4+/CD8+有不同幅度升高，且T%、CD8+%有统计学上显著差异；HIIT 组运动员T%、CD4+%、CD4+/CD8+有不同幅度下降，B%、NK%、CD8+%有不同幅度升高，B%、CD4+%、CD4+/CD8+表现出统计学上的显著差异；且AT 组与HIIT 组运动员B%、CD4+%、CD8+%、CD4+/CD8+有显著交互效应。

表2 AT 与HIIT 训练前、后T%、B%、NK%的变化Table2 Changes of T%, B%, and NK% before and after AT and HIIT training

2.3 HIIT 和AT 前、后儿茶酚胺指标的变化

如表3 所示，2 周训练后，AT 组运动员ADR、NE 均有不同幅度下降，HIIT 组运动员ADR、NE 均有不同幅度上升，无统计差异；AT 组与HIIT 组组间NE 有显著交互效应。

表3 AT 与HIIT 训练前、后ADR、NE 变化Table3 Changes of ADR and NE before and after AT and HIIT training

3 分析与讨论

本研究发现， 经过2 周训练后，AT 对运动员神经和免疫系统功能影响较小，但在HIIT 后ADR、NE升高，特别是与AT 相比较，NE 存在较大差异。 AT和HIIT 两种训练方法对运动员HRV 影响较小，但HIIT 训练对运动员免疫系统B%、CD4+%、CD8+%和NE 产生应答反应。

3.1 AT 和HIIT 对运动员ANS 的影响

HIIT 作为提高有氧运动能力的一种特殊训练手段被应用于训练中，HIIT 的特点是短时间的剧烈运动，期间穿插休息或低强度的积极恢复间歇。有研究表明，以2 min 90%VO2peak强度，间歇1 min，进行为期4 周HIIT 训练是提高短距离皮划艇运动成绩的有效训练手段， 中等强度训练可以提高皮划艇中长距离成绩和有氧运动能力[12]。正常情况下，下丘脑自主神经中枢通过交感和副交感实现了对周围血管和心脑控制的平衡[17]。 有研究表明，8 周有氧递增训练后， 运动员安静状态下迷走神经系统对心血管系统的调节得到增强， 交感迷走神经综合调节作用得到 增 强[15]。 Calegari 等[18]研 究 发 现，以55%VO2max强度持续跑步60 min 也能改善小鼠交感神经系统。 当训练负荷较大时，HRV 总体水平会降低， 反映交感神经指标的LF 升高，反映迷走神经的HF 降低[19]。本研究中2 周训练后，AT 组运动员HRV 指标LF 和LF/HF 升高，这提示运动员交感神经和HRV 总体水平提高，ANS 对心血管系统的调节作用增强，HIIT组运动员副交感神经和心率变异性水平总体下降，这也与前人的研究结果较为一致。

3.2 AT 和HIIT 对运动员儿茶酚胺的影响

儿茶酚胺是一类以邻苯二酚为基本结构的胺类，这类神经递质主要由ADR 和NA 组成。 交感神经节后纤维也合成NA， 其释放的去甲肾上腺素是循环血中去甲肾上腺素的主要来源。研究表明，当运动强度过大时，运动员儿茶酚胺浓度会明显升高，这一表现与心率增加、血压上升、血糖升高及调动免疫系统密切相关， 通过动员各器官系统的功能去适应当前运动的需求。 当机体应激状态结束或机能状态较好时，血儿茶酚胺的浓度变化减小[20-21]。 有研究指出，机体儿茶酚胺分泌增加引起细胞能量的耗竭、乳酸等代谢产物的累积以及蛋白质分解过度[22]。 本研究中， 在2 周HIIT 后运动员血浆ADR 和NA 升高较多，这表明HIIT 后运动员交感神经和中枢兴奋性明显偏高，机体对训练负荷刺激的应激反映增强，提示运动员在HIIT 后机体产生应答反应。 且AT 组和HIIT 组间NA 有显著交互效应， 出现该现象的原因是运动员在受到HIIT 的刺激， 使机体心率增加、血压上升、肌肉中乳酸等代谢产物堆积，从而引起血儿茶酚胺浓度升高，细胞能量耗竭，中枢神经系统的兴奋性增强。 相反，AT 组血浆儿茶酚胺的分泌量增加， 主要表现为血浆ADR 和NA 浓度快速降低，表明运动员在进行AT 时， 交感神经和中枢神经的兴奋性明显偏低，机体对训练负荷的应激反应减弱。这一结果提示AT 对运动员机体造成的刺激较小，交感神经兴奋性降低，减少心肌耗氧量，降低心脏工作负荷。 而HIIT 后儿茶酚胺表现出明显的应答反应，机体需逐渐适应大强度训练而引起的机体应激。

3.3 AT 和HIIT 对运动员淋巴细胞亚群的影响

中、小强度有氧运动可以提高机体免疫功能，降低感染疾病的风险， 而剧烈运动或超负荷训练则会暂时抑制免疫功能， 导致运动性免疫抑制发生[23-24]。研究发现，高强度剧烈运动可诱导淋巴细胞凋亡，并造成外周淋巴细胞数量降低。 高强度运动能够产生高浓度乳酸，诱导反应和氧化应激，激活下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴促进肾上腺皮质释放皮质醇而引起机体应激反应[25]。 中等或者适当运动强度可提高T 淋巴细胞表现出积极的免疫应答[26-27]，大强度或力竭运动可导致T 淋巴细胞亚群总数下降，CD4+/CD8+降低，机体免疫机能下降[28-29]。陈思宇等[30]指出，中等强度运动能够增强免疫系统的功能，60%VO2max以上强度的运动可抑制免疫系统功能。 Tuan 等[31]的研究表明，男子长跑运动员以85%VO2max强度，每次运动30 min， 持续3 d 后， 淋巴细胞凋亡率显著性升高。中等强度运动能够改善免疫功能[9,32]，但大强度运动后，对机体免疫功能造成损伤并形成免疫抑制，出现免疫开窗期[9-10]。 强度较大的训练造成运动员免疫能力下降， 不仅会导致高水平运动员呼吸道疾病患病率显著上升[33]，也会提高消化道症状的发生风险[24]。大强度运动可能造成细胞损伤和运动器官损伤，进而引发炎症反应[34]。 本研究2 周训练后，AT 组T%、CD8+显著下降，NK、CD4+、CD4+/CD8+有不同幅度上升；而HIIT 组CD4+、CD4+/CD8+显著下降，且B%、CD4+、CD8+、CD4+/CD8+有 显 著 交 互 效 应，2 周AT后，T 细胞增殖能力显著上升，提示机体免疫系统有改善。 HIIT 后因消耗体内大量糖原，导致中性粒细胞对糖原的需求不能被完全满足， 从而对免疫系统造成抑制。 基于以上研究结果，可知AT 能够使免疫系统功能增强，随着运动训练强度的增加，免疫系统因运动强度过大而受到损伤， 造成运动性免疫抑制刺激程度加深。

3.4 小结与建议

本研究结果发现，2 周AT 和HIIT 对运动员神经系统影响较小，但HIIT 对机体免疫系统会产生应答反应，说明机体反应快，机能变化迅速，需要提早进行干预，以免机体过早出现开窗期。Liugan 等[35]发现， 富含有维生素C 的水果能够提高免疫系统功能， 每天摄入至少200 mg 维生素C 可降低呼吸道感染的风险。 Prasertsri 等[36]研究发现，连续4 周摄入腰果梨汁3.5 mL/kg/d 能使以85%VO2max强度运动后的白细胞和中性粒细胞计数增加。 益生菌已被证实可通过上调吞噬细胞和自然杀伤细胞活性来增强免疫，并通过改善T 淋巴细胞和B 淋巴细胞的功能来增强获得性免疫[37]。Zahorec[38]研究发现，全身超低温冷疗可将抗炎细胞因子IL-10 的浓度增加至基线水平的2 倍， 对照组无变化；IL-1β 浓度下降了80%，而对照组只下降了50%。 单次和多次超低温冷冻治疗干预可提高部分淋巴细胞和免疫球蛋白的活性，改善因大强度训练而造成的机体免疫抑制、 免疫失衡状况；还可以激活部分细胞因子的表达，在抵抗、减轻肌肉炎症等方面有良好的效果， 提高机体的免疫功能[39]。 综上所述，运动员在进行HIIT 后要及时采用饮食、营养品和超低温全身冷冻治疗等方式进行干预，尽量避免机体长时间处于免疫抑制状态，在提高运动水平的同时能够减少运动免疫抑制的发生。

4 结论

与AT 相比，HIIT 对免疫系统产生影响更大，但两者对神经系统影响均较小。 在竞技体育训练过程中，运动员进行高强度间歇训练后，建议及时通过饮食、营养品等手段进行干预，避免运动员出现免疫功能下降的现象。