富氧水对高原人体耐缺氧抗疲劳作用机制的探讨
作者：崔建华，高亮，张西洲，哈振德，马广全，王宏运,，李彬，王伟，马勇
【摘要】 目的 探讨富氧水对高原人体血液流变学的影响。方法 （1）在海拔3 700 m 选择10名已习服半年的男性士兵，在海拔5 380 m 选择10名已习服2个月的男性士兵，均采用口服富氧水前后的自身对比运动负荷双盲实验。第一次运动口服5%葡萄糖注射液，第二次运动口服5%葡萄糖注射液制成的富氧水，每次均500 ml，2次/d。运动结束后检测血中超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)，乳酸（BLA），尿素氮（BUN），一氧化氮（NO）及其合酶（NOS）的含量。（2）对首次进驻海拔5 200 m 的36名男性青年，自海拔1 400 m 驻地乘汽车2 d 到达海拔3 700 m 当日随机分实验组（18人，口服富氧水）和对照组（18人，口服5%葡萄糖注射液），口服富氧水，方法同前。直至进入海拔5 200 m 某哨卡第6天，共服9 d，检测血液生化指标。结果 （1）海拔3 700 m和5 380 m 负荷运动，口服富氧水后较未服富氧水时SOD，NO和NOS增高（P<0.01或0.05）； MDA，BLA，BUN降低（P<0.01或0.05）。（2）进驻海拔5 200 m 的青年，实验组较对照组NO增高（P<0.01）；SOD，NOS也增高（P<0.05）；MDA，BLA降低（P<0.01）；BUN无统计学意义（P>0.05）。结论 富氧水可增加组织对氧的利用，具有耐缺氧、抗疲劳的作用，对预防急性高原病有重要意义。
【关键词】 高海拔；富氧水；运动；疲劳；自由基代谢
当今，高原军事训练后的恢复越来越受到重视，因此如何探讨高原训练引起的运动性疲劳机制和采取恢复手段已成为高原医学工作者研究的重点。运动疲劳的产生与机体自由基有着密切的关系。大强度运动后，机体的自由基的浓度显著增加，因而运动医学界在抗疲劳研究中，对提高免疫机能和纠正自由基代谢失衡给予了较大的关注。因此，如何探讨运动后机体自由基的恢复，成为运动疲劳研究的一个热点。既往对于抗疲劳的研究多着重于补充营养物质和多种中药提取物或混合制剂抗缺氧、抗疲劳、增强体质等方面[1~2]，尚无通过饮用富氧水提高缺氧耐受功能、缓解体力疲劳的研究报道。为此，本研究探讨口服富氧水对高原移居青年的抗缺氧、耐疲劳及预防急性高原病的作用，旨在为高原运动性疲劳的恢复和预防高原缺氧损伤提供新的依据，为高原供氧开辟一条新的途径。
1 材料和方法
1.1 对象 在海拔3 700 m， 选择10名已习服半年的男性士兵，年龄18~20岁。 在海拔5 380 m， 选择10名已习服2个月的男性士兵， 年龄18~21岁。 选择首次进驻海拔5 200 m 的36名男性青年，年龄18~24岁。以上受试者上高原前体检确认健康，均自愿参加本次试验。
1.2 实验方法 均采用双盲实验方法（除实验设计者外，检测者和受试者均不知口服的是何种液体）。
1.2.1 在海拔3 700 m 每位受试者进行2次自行车功量递增负荷运动。用岳阳产EGM?Ⅱ型踏车式心脏功量机，受试者于10:00~14:00在室内（室温18 ℃）进行第1次渐增负荷运动。试验前受试者静坐在自行车上进入安静状态后开始运动，运动负荷从50 W(60 r/min)起，每3 min递增50 W，到200 W为止。踏车运动终止，静息5 min 采肘部静脉血5 ml，检测超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、乳酸（BLA）、尿素氮（BUN）、一氧化氮（NO）及其合酶（NOS）的含量，试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。所有标本的处理及检测均由专人负责。第1次踏车运动试验结束，休息1周后，口服富氧水，2次/d，每次500 ml，连服3 d，进行第2次自行车渐增负荷运动实验（实验组），方法和时间与第1次相同。
1.2.2 在海拔5 380 m 的受试者进行2次踏阶运动负荷试验。受试者于10:00~14:00在室内（室温18 ℃）进行第1次踏阶运动负荷试验，阶高0.40 m，踏阶速度25次/min。踏阶速度用节拍器控制。每次踏阶运动5 min。运动终止静息5 min 采肘部静脉血检测SOD，MDA，BLA，BUN，NO和NOS的含量。1周后，口服富氧水，2次/d，每次500 ml，连服3 d，进行第2次踏阶运动负荷试验，方法和时间与第1次相同。
1.2.3 对首次进驻海拔5 200 m 的受试者自海拔1 400 m 驻地乘汽车2 d 到达海拔3 700 m，当日随机分为两组，实验组和对照组（各18人），翌日进入双盲实验。实验组口服富氧水，对照组口服5%葡萄糖注射液，均每次500 m，2次/d，连服3 d，第4天历时1 d 乘车进驻海拔5 200 m 某边防哨卡，又连服5 d，共服富氧水9 d。然后清晨空腹采静脉血检测SOD，MDA，BLA，BUN，NO和NOS的含量。
1.3 富氧水制作 以5%葡萄糖注射液250 ml 为基液，用西安高氧医疗设备有限公司生产的高氧医用液体仪（专利号：922412936）进行溶氧活化处理，操作过程严格按仪器使用说明进行，选用氧流量为3 L/min，溶氧时间为8 min，制成氧分压>80~95 kPa的富氧水。经检测富氧水保质期为3个月以上。
1.4 统计学方法 数据以均数±标准差(±s)表示，两组间比较采用独立样本的t检验；采用SPSS 11.0统计软件处理，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2．1 海拔3 700 m 和5 380 m 负荷运动，口服富氧水后较未服富氧水时SOD，NO和NOS增高（P<0.01或0.05）； MDA，BLA，BUN降低（P<0.01或0.05）。见表1，2。
表1 海拔3 700 m 10名青年未服富氧水和服富氧水后运动各指标的变化比较（略）
表2 海拔5 380 m 10名青年口服富氧水前后运动各指标的变化比较（略）
2．2 进驻海拔5 200 m 的青年，实验组较对照组NO增高（P<0.01）；SOD，NOS也增高（P<0.05）；MDA，BLA降低（P<0.01）；BUN无统计学意义（P>0.05）。见表3。
表3 进驻海拔5 200 m 第5天各指标的变化（略）
3 讨论
1915年Mosoo提出疲劳发生的机制，运动性疲劳是机体生理过程不能维持其机能在一特定水平上和（或）不能维持预定的运动强度[3]。运动后机体处于缺氧状态，体内蓄积大量的致疲劳物质，主要是乳酸、血氨和血尿素氮[4]。这三种物质的消除能使机体迅速恢复体能，消除不适感。高原强度运动中有大比例的无氧运动。氧量的不足对于抑制中枢神经系统和运动器官活动具有作用。正是氧气对机体的重要性，近年来，运用运动吸氧的方法来加快运动后疲劳的恢复，减轻训练负荷引起了研究者的注意[5]。富氧水是经高氧液仪溶氧活化葡萄糖液制备而成的含有高浓度溶解氧（O2）且有高氧分压的液体。其特征为：(1)高氧分压，溶氧后能使基液中的PO2由21 kPa 上升到80~100 kPa；(2)高浓度溶解氧，500 ml 富氧水中含有物理溶解氧170 ml，是正常医用液体的5~7倍；(3)血氧弥散半径大，是正常动脉血的2倍，近似于2个大气压时高压氧舱中动脉血的氧弥散半径，易于进入缺血缺氧组织；(4)含有一定浓度的活性氧（O3），O3在液体中的溶解度较氧分子高约13倍，O3又可转变为O2，使液体中的氧含量增高。富氧液制备简单，无毒副作用，易于在边防连队推广应用。富氧水可部分代替肺的功能，向组织供氧，对急慢性缺氧有一定的预防和治疗作用，成为人体“第二供氧通道”[6~7]。本研究的目的是从生活饮用水的角度，研究富氧水在高原耐缺氧、抗疲劳功能。乳酸和尿素氮含量不仅是评价运动负荷强度和量的重要指标，同时也是评价运动性疲劳的敏感指标。本研究证实口服富氧水可使海拔3 700 m 和5 380 m 高原青年负荷运动及首次急进海拔5 200 m 高原青年血中血乳酸和尿素氮明显降低，这可能是富氧水增加组织和器官的氧供，增强有氧代谢，减少糖酵解；加强了糖原、脂肪在运动中的供能，相对减少了肌肉中蛋白质参与供能的比例，维持肌肉中能量平衡以使机体对负荷的适应性增强，疲劳消除加快。乳酸是糖解的最终产物，也是导致疲劳发生的重要原因，乳酸含量的降低，表明富氧水具有抗疲劳的作用。随着自由基生物医学的，自由基与疾病和疲劳的关系受到广泛的重视。在人体生命活动过程中，体内不断产生、也不断地自动清除自由基，使自由基产生与清除维持动态平衡。高原大强度运动训练导致机体免疫机能降低和自由基代谢失衡，被认为是引起运动性疲劳的诸多因素之一。丙二醛是机体内脂质过氧化的主要代谢产物，是造成细胞损伤的物质基础，血清丙二醛作为脂质过氧化的代谢产物也可间接反应机体内自由基产生与清除自由基能力的情况。一氧化氮是内皮细胞分泌的一种活性物质，它具有扩张血管、防止血小板聚集、激活，防止白细胞和血小板黏附于血管内皮细胞等作用[8]。人体内一氧化氮代谢及氧化抗氧化系统功能状态与健康密切相关，一旦一氧化氮代谢异常及氧化抗氧化系统的动态平衡发生紊乱或破坏，就会导致体内自由基浓度过高及一系列自由基反应病理性加剧，造成生命反应异常。在高原或高原运动时，体内氧自由基增多，使人体内SOD消耗性下降。富氧水中含有活性氧成分，在细胞外给予活性氧可提高细胞的抗氧化能力，并提高SOD的活性显著降低MDA含量，说明富氧水具有抗氧化的作用。抗氧化能力的高低直接反映机体的健康程度，抗氧化能力通过3个途径来实现[9]：（1）消除自由基，以免发生脂质过氧化；（2）分解过氧化物等，阻断过氧化链；（3）除去起催化作用的金属离子。本研究表明，服用富氧水对进驻高原人体和高原负荷运动后NO，SOD，NOS活性明显增强，MDA显著降低，说明富氧水有利于运动耐力的提高，减少有氧代谢产物的生成，从而降低体内能源物资的消耗，延缓疲劳的发生。使细胞的代谢能力提高，同时提高了应激能力，增加了抵抗不利因素的潜能，降低急性高原病的发病率和缓解高原缺氧症状。在维持机体健康，提高机体防御体系进而防止运动对机体损伤方面有良好的效果，增强了机体对疲劳的耐受性。富氧水饮用后，经胃和小肠的吸收使氧气直接通过血液输送到全身，被各脏器、组织、器官、细胞充分吸收。饮用水含氧量的提高，对减轻呼吸系统的负担、增强人体器官的机能起到了显著的作用。通过消化道给氧，在饮水的同时也解决了供氧问题，为大部队进驻高原提供简便可行的供氧途径。作为保健饮用水，富氧水进入胃肠道，通过什么途径作用于组织细胞，血中氧含量变化如何，还有待于进一步深入研究。
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