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高原訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響機(jī)制探析
高原訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響機(jī)制探析 【內(nèi)容提要】隨著競(jìng)技體育的不斷發(fā)展和運(yùn)動(dòng)技術(shù)水平的迅猛提高，高原訓(xùn)練作為一種輔助手段會(huì)更加引起國(guó)內(nèi)外體育界的重視。高原訓(xùn)練的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)理論的研究得到了重視和完善，形成了較為豐富的理論和實(shí)踐體系。本文就高原訓(xùn)練對(duì)生理、生化機(jī)能的影響加以研究。
【摘 要 題】人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)
【關(guān) 鍵 詞】高原訓(xùn)練/運(yùn)動(dòng)能力/機(jī)制
高原訓(xùn)練是指有目的、有計(jì)劃地將運(yùn)動(dòng)員組織到具有適宜海拔高度的地區(qū)，進(jìn)行定期的專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的方法[1]。國(guó)內(nèi)外訓(xùn)練工作者在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始注意到，生活在高原地區(qū)的運(yùn)動(dòng)員具有較高的耐久力。因此高原訓(xùn)練得到國(guó)內(nèi)外體育界的普遍重視[2]，同時(shí)高原訓(xùn)練的方法也不斷改進(jìn)，并采取了一些新的訓(xùn)練手段及模擬訓(xùn)練方法（如：高住低練訓(xùn)練法、間歇性低氧訓(xùn)練、低壓氧倉(cāng)訓(xùn)練、呼吸低氧混合氣體、模擬高原訓(xùn)練場(chǎng)館、可調(diào)氧分壓式睡倉(cāng)等）。參與高原訓(xùn)練的項(xiàng)目已由原來(lái)的一些主要耐力運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，如中長(zhǎng)跑[3]、競(jìng)走[4]、自行車[5]等，發(fā)展到幾乎所有的奧運(yùn)會(huì)項(xiàng)目。因此，高原訓(xùn)練仍是目前體育科研中的一大研究熱點(diǎn)。
1 高原訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的影響機(jī)制
高原訓(xùn)練對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的生理反應(yīng)是極其復(fù)雜的，并且存在著不同的適應(yīng)規(guī)律。一般認(rèn)為，人在高原低氧條件下，紅細(xì)胞生成增多，呼吸循環(huán)功能增強(qiáng)是機(jī)體在該條件下進(jìn)行的生理性代償?shù)幕痉绞�，而循環(huán)功能的增強(qiáng)是這種代償反應(yīng)最重要的表現(xiàn)，機(jī)體通過(guò)神經(jīng)反射和高層次神經(jīng)中樞的調(diào)節(jié)、控制作用使心輸出量和循環(huán)血容量增加，補(bǔ)償細(xì)胞內(nèi)降低了的氧含量，從而提高耐受缺氧的能力，適應(yīng)惡劣的低氧環(huán)境，以維持正常的生命活動(dòng)[6]。
從目前的研究結(jié)果分析，高原訓(xùn)練對(duì)有氧代謝能力的提高有積極作用，其機(jī)制可能是高原訓(xùn)練可改善心臟功能及提高紅細(xì)胞和血紅蛋白水平，有利于氧的傳送；同時(shí)，紅細(xì)胞內(nèi)2,3-二磷酸甘油酸濃度增加及骨骼肌毛細(xì)血管數(shù)量和形態(tài)的改善，有利于氧的釋放和彌散，從而導(dǎo)致機(jī)體的V[,o[,2]max]增加。另外，高原訓(xùn)練可使骨骼肌線粒體氧化酶活性升高，導(dǎo)致機(jī)體利用氧的能力及氧化磷酸化能力增加。以上綜合作用使機(jī)體的有氧代謝能力得到提高[1]。
1.1 高原訓(xùn)練對(duì)紅細(xì)胞的影響機(jī)制
1.1.1 高原訓(xùn)練使機(jī)體出現(xiàn)一系列代償性反應(yīng)
由于高原自然環(huán)境相對(duì)缺氧，導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)一系列代償性反應(yīng)。首先缺氧較早的反應(yīng)是紅細(xì)胞生成素增加，刺激骨髓造血組織釋放大量的紅細(xì)胞，使血紅蛋白值增加，以便攜帶和運(yùn)送更多的氧氣到體內(nèi)各組織，適應(yīng)機(jī)體的需氧量，所以，高原訓(xùn)練期間最直接最重要的指標(biāo)是血紅蛋白。我國(guó)中長(zhǎng)跑、游泳、自行車、滑冰等項(xiàng)目多年來(lái)高原訓(xùn)練的實(shí)踐表明，高原訓(xùn)練期間，運(yùn)動(dòng)員晨脈下降，血紅蛋白增多，乳酸曲線右移值逐周遞減，筆者跟隨甘肅中長(zhǎng)跑、自行車隊(duì)高原訓(xùn)練期間對(duì)運(yùn)動(dòng)員主要生理指標(biāo)的探測(cè)也證明了這一點(diǎn)。血紅蛋白值的增加，并不是呈直線的，而是呈螺旋狀的，總的趨勢(shì)上升，但隨著強(qiáng)度的加大而間或下降[7]。
1.1.2 高原訓(xùn)練影響紅細(xì)胞的因素
研究表明，高原可導(dǎo)致機(jī)體紅細(xì)胞(RBC)和血紅蛋白(Hb)不同程度的增加。但關(guān)于高原訓(xùn)練期間促紅細(xì)胞生成素(EPO)的變化情況，研究結(jié)果并不一致[8]。馮連世[9]等通過(guò)系統(tǒng)觀察高原訓(xùn)練期間優(yōu)秀中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員血清EPO、RBC、Hb、網(wǎng)織紅細(xì)胞(RC)及血球壓(HCT)的變化規(guī)律，探討高原訓(xùn)練對(duì)紅細(xì)胞生成的作用，為科學(xué)地進(jìn)行高原訓(xùn)練提供參考依據(jù)。
1.1.2.1 高原訓(xùn)練缺氧與EPO EPO是一種調(diào)節(jié)紅系祖細(xì)胞生成的激素，其血清濃度隨血氧含量的變化而發(fā)生相應(yīng)的改變，以維持機(jī)體在低氧或高氧環(huán)境中正常的生理功能，但當(dāng)它的血氧濃度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，會(huì)引起紅細(xì)胞增多或紅細(xì)胞生成不足。研究表明，只要血氧濃度下降持續(xù)4小時(shí)以上，就會(huì)刺激體內(nèi)EPO合成的數(shù)量增加，繼之血液中EPO濃度增加，血紅蛋白濃度和血細(xì)胞壓積增高[10]。當(dāng)機(jī)體處于缺氧狀態(tài)下，血中EPO濃度會(huì)急劇上升，甚至超過(guò)正常基線1000倍以上，但這種變化只在缺氧時(shí)間超過(guò)4小時(shí)以上時(shí)才會(huì)發(fā)生。
1.1.2.2 高原環(huán)境與紅細(xì)胞生成 紅細(xì)胞生成增加，通過(guò)網(wǎng)織紅細(xì)胞(RC)數(shù)量的增加，血清鐵和鐵蛋白的減少得以表現(xiàn)[11]。與單純地在高原上不參加訓(xùn)練的安靜組相比，高原訓(xùn)練似乎更能促進(jìn)紅細(xì)胞的生成。研究發(fā)現(xiàn)，在中等海拔訓(xùn)練和久居高原上不參加訓(xùn)練的安靜組之間，前者的RC明顯增加。這表明缺氧和運(yùn)動(dòng)這兩種刺激是分別起作用的，紅細(xì)胞生成的促進(jìn)因素不僅只與缺氧程度有關(guān)。另外，在升到海拔4000m高度的過(guò)程中Hb濃度會(huì)直線上升，當(dāng)EPO的活性和血氧飽和度降到低于60%時(shí)，Hb濃度又顯著降低[12]。
1.1.3 高原訓(xùn)練與2,3-二磷酸甘油酸
高原訓(xùn)練可增加紅細(xì)胞的生成，從而提高紅細(xì)胞的更新率，使幼稚紅細(xì)胞的數(shù)量穩(wěn)定，由于幼稚紅細(xì)胞更易變形，運(yùn)氧到工作肌的效率比老細(xì)胞更高，所以運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力就會(huì)提高，這可部分地歸因于2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG)濃度在幼稚紅細(xì)胞中較高，它使收縮肌存在部分氧壓時(shí)，血紅蛋白對(duì)氧的吸引力下降，提高了血紅蛋白釋放氧的能力，從而使肌體獲得更多的氧。高原訓(xùn)練的主要目的之一就是要提高紅細(xì)胞中2,3-DPG水平，以彌補(bǔ)紅細(xì)胞的破壞對(duì)運(yùn)動(dòng)能力所產(chǎn)生的負(fù)面影響[9]。
1.2 高原訓(xùn)練與線粒體
1.2.1 低氧對(duì)線粒體的影響
低氧及在Ca[2+]存在的條件下，可激活黃嘌呤氧化酶作用于次黃嘌呤的反應(yīng)，分子氧單電子還原為超氧自由基，并引發(fā)線粒體膜過(guò)氧化反應(yīng)而損害呼吸氧化磷酸化[13]。研究指出[14]，長(zhǎng)期高原缺氧導(dǎo)致骨骼肌橫斷面和線粒體明顯下降。通過(guò)適宜的高原訓(xùn)練，促進(jìn)了氧運(yùn)輸系統(tǒng)的改善，增加毛細(xì)血管分布和線粒體的數(shù)量和體積，提高了氧化酶的活性等[9]。
1.2.2 高原訓(xùn)練與蘋果酸脫氧酶(MDH)
MDH是機(jī)體有氧代謝途徑中的催化酶之一，它是線粒體基質(zhì)的標(biāo)志酶。實(shí)驗(yàn)表明，有訓(xùn)練者M(jìn)DH活性的提高與SDH（琥珀酸脫氫酶）活性的提高是一致的，均表示有氧氧化能力的提高，所以選用MDH作為有氧氧化途徑中酶的代表，以反映機(jī)體有氧氧化能力。研究指出[15]，模擬不同海拔高度進(jìn)行1周耐力訓(xùn)練后，平原效應(yīng)期間，大鼠腓腸肌有氧代謝能力的變化趨為：第1周MDH活性下降，第2周顯著回升。其中，2000m組MDH活性變化較穩(wěn)定，且第2周MDH活性提高，并顯著高于平原訓(xùn)練的對(duì)照組，表明高原訓(xùn)練有利于提高線粒體的活性。
1.3 高原訓(xùn)練對(duì)心血管功能的影響
1.3.1 高原訓(xùn)練對(duì)心臟的影響
心電圖 對(duì)高原訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員心電圖的研究[5]發(fā)現(xiàn)，高原訓(xùn)練期間及返回平原后運(yùn)動(dòng)員左右心室電圖壓均較比上高原前顯著增加，可能是缺氧環(huán)境下訓(xùn)練負(fù)荷使心室容積負(fù)荷增加，是心臟代償適應(yīng)的結(jié)果。另外，經(jīng)高原訓(xùn)練后，運(yùn)動(dòng)員普遍呈竇性心動(dòng)過(guò)緩，這種傾向更為明顯[4]。
心率 李樺等對(duì)中日競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員在高原訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行一系列生理測(cè)試，結(jié)果表明：高原訓(xùn)練后期心率明顯低于高原訓(xùn)練前期。運(yùn)動(dòng)中的最高心率在高原及平原均達(dá)到通常公認(rèn)的極限下負(fù)荷（180次／分）的心率水平[4]。
血清CK、LDH及其同工酶 高原訓(xùn)練期間，血清LDH[,1]/LDH[,2]及CK-MB值升高，而CK-MM值卻有所下降，說(shuō)明高原訓(xùn)練對(duì)骨骼肌和心肌的刺激方式有所不同。高原訓(xùn)練可增加心臟的負(fù)擔(dān)，但可減輕骨骼肌的損傷程度[16]。
1.3.2 高原訓(xùn)練對(duì)呼吸功能的影響
低氧與肺血管結(jié)構(gòu)重建 肺血管結(jié)構(gòu)重建是指肺血管壁細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)因低氧、高血流剪切力和炎癥等損傷因子發(fā)生的血管結(jié)構(gòu)改變。肺血管壁的內(nèi)皮細(xì)胞(EC)、平滑肌細(xì)胞(SMC)和成纖維細(xì)胞(FIB)的增殖、分化和細(xì)胞外基質(zhì)合成增多與堆積等變化是肺血管結(jié)構(gòu)成分對(duì)缺氧刺激的反應(yīng)。膠原蛋白和彈性蛋白的合成增多、降解減少是肺動(dòng)脈壁增厚和順應(yīng)性降低的代償性反應(yīng)[17]。
肺通氣功能 劉海平[18]等通過(guò)對(duì)9名世居高原的運(yùn)動(dòng)員從高原下平原訓(xùn)練期間肺通氣功能的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在平原第9天左右，肺功能處于良好狀態(tài)，在通常指標(biāo)的變化圖上，出現(xiàn)了一個(gè)較高的峰值，表明肺通氣功能有所加強(qiáng)。
最大攝氧量 對(duì)高原的效應(yīng)許多學(xué)者眾說(shuō)紛紜，如Buskir E R[19]等認(rèn)為低氧訓(xùn)練可增加平原時(shí)最大吸氧量(V[,o[,2]max])，但Saltin B[20]等研究表明，自行車運(yùn)動(dòng)員在海拔2300米高原訓(xùn)練后V[,o[,2]max]卻下降。繆素坤等[5]研究發(fā)現(xiàn)，高原訓(xùn)練兩周后，V[,o[,2]max]絕對(duì)值和相對(duì)值較平原分別下降，返回平原2周后，V[,o[,2]max]較平原有不同程度的升高，且最大功率明顯提高。
緩沖系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)員初到高原，緩沖系統(tǒng)偏酸。到了后期脫離了偏酸狀態(tài)，說(shuō)明通過(guò)高原訓(xùn)練緩沖系統(tǒng)的能力有所提高[4]。
1.4 高原訓(xùn)練對(duì)血乳酸的影響
高原訓(xùn)練后期與前期相比，乳酸代謝明顯改善，血乳酸—速度曲線右移[4]。還表現(xiàn)在以相同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，高原的乳酸值明顯高于平原，以及高原訓(xùn)練后乳酸濃度下降，逐漸接近平原安靜值。推測(cè)原因可能是：(1)乳酸的生成延遲；(2)乳酸的消除能力增強(qiáng)；(3)緩沖系統(tǒng)功能提高[4]。
2 小結(jié)
高原訓(xùn)練的效果受運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練水平、運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)短等因素的綜合影響，有關(guān)高原訓(xùn)練的研究結(jié)果，會(huì)有許多分歧和爭(zhēng)議。在機(jī)體對(duì)高原訓(xùn)練的生理適應(yīng)研究中，EPO的變化規(guī)律及其適應(yīng)機(jī)制、紅細(xì)胞升高的機(jī)理、蛋白質(zhì)的代謝特點(diǎn)及激素的變化與調(diào)節(jié)，高原訓(xùn)練的營(yíng)養(yǎng)與恢復(fù)等問(wèn)題，仍將是今后研究的重點(diǎn)。
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