引言快速进入高海拔环境对人体维持动脉血氧含量提出了严峻挑战。为应对氧含量下降，人体会启动一系列生理反应与调整，即习服过程。短期内，这些反应包括通气量和心率增加，以及通过尿液排出增多导致的血浆容量（PV）下降（即血液浓缩）。随着习服进程推进，PV在数周内恢复至登山前水平，而血红蛋白质量（Hbmass）逐渐增加。高海拔暴露会导致有氧运动能力下降，但随着习服过程中动脉血氧含量（CaO2）的改善，运动表现可部分恢复。CaO2的提升源于Hbmass增加、通气量持续提高以及氧饱和度（SaO2）的改善。尽管存在多种改善高原表现的方法，但诸如使用低氧帐篷或生活在高原环境附近等条件对许多人存在实际障碍。因此，药物干预，如使用促红细胞生成素（EPO）或高剂量静脉铁剂以通过增加Hbmass来提升高原表现，虽在体育领域被禁用，却受到军方和应急响应团队等群体的关注，因其任务成功常依赖于人员快速进入高海拔后的健康与表现。高原暴露还可能引发急性高山病（AMS），常见于快速升至2000–2500米以上海拔的人群，尤其是在进行体力活动者中。AMS的主要症状是头痛，其他包括失眠、疲劳、头晕和恶心。尽管缓慢登山是预防AMS的主要建议，但这对于需快速进入高原的群体并不总是可行。因此，研究转向药物预防，如使用乙酰唑胺或地塞米松。近年来，静脉铁剂作为AMS的潜在预防措施受到关注。铁是红细胞生成所必需的，增加铁可用性可能增强低氧暴露下血红蛋白的快速生成，从而提高血液携氧能力。此外，静脉铁剂还被证明可显著提高高原条件下的SaO2，可能通过减弱低氧性肺血管收缩（HPV）和降低肺血管阻力（PVR）来改善氧扩散。另一种预防AMS的潜在措施是在登山前数周施用外源性EPO。外源性EPO已被证明可增加血红蛋白浓度和质量，并改善平原地区的峰值有氧能力（V?O2peak）和表现。然而，目前少有研究探讨EPO对高原V?O2peak下降的改善效果。在海拔高于4000米处，外源性EPO似乎未能改善V?O2peak，尽管它提高了动脉氧含量和血红蛋白浓度。但在中等海拔（1500至3000米），EPO确实带来了V?O2peak的显著改善（约14%–17%）。此外，EPO及其相关的Hbmass增加对降低AMS发生率的潜在益处也引起了兴趣，但相关研究尚不充分，需更深入探索。方法伦理批准、筛查与纳入/排除标准所有基线平原测试在俄勒冈州尤金的俄勒冈大学（130米）进行，研究经大学研究合规服务部门批准，并注册为临床试验（NCT05734716）。共110名参与者提供了书面知情同意并完成了初步筛查。在初步筛查和平原测试期间，68名参与者因不符合纳入标准或自愿退出而未能继续。纳入标准包括年龄18-35岁、非吸烟者、无低血压、贫血、镰状细胞特质或疾病、糖尿病、无头部外伤或偏头痛史，以及无高原肺水肿或脑水肿病史。最终，42名参与者成功完成了平原和高原测试阶段，但3人在高原阶段因疾病（COVID-19）或受伤退出，因此39名参与者（27男，12女）完成了所有研究内容。基线平原测试（俄勒冈州尤金；130米）在首次访问中，所有参与者接受了医师的医学筛查，包括体格检查和基线抽血。经医学 clearance 后，参与者完成了一系列基线测试，包括修改版的陆军体能测试（APFT）、肺功能测试（PFTs）和峰值耗氧量测试（V?O2peak）。修改版APFT包括2分钟内最大俯卧撑数、2分钟内最大仰卧起坐数以及5公里（3.1英里）越野跑。基线PFTs包括测量用力肺活量（FVC）、第一秒用力呼气容积（FEV1）和慢肺活量（SVC），使用计算机化肺功能系统（UltimaPFX）按照美国胸科学会/欧洲呼吸学会标准进行。参与者还完成了增量运动测试至力竭，以测量峰值耗氧量（V?O2peak）和最大骑行功率输出。在平原测试期间，参与者还熟悉了AMS问卷，包括路易斯湖问卷（LLQ）和环境症状问卷（ESQ-c）。血红蛋白质量测量为量化基线Hbmass（药物干预前），所有参与者使用Siebenmann等人描述的10分钟一氧化碳再呼吸协议进行了重复测量。测量前，女性参与者需进行尿妊娠测试。参与者仰卧于检查台，腿部抬高20厘米，休息20分钟。在此期间，通过22号针导管在肘前静脉放置静脉（IV）导管。休息后，参与者佩戴鼻夹完全闭塞鼻孔。开始Hbmass测量时，参与者通过封闭非再呼吸回路呼吸100% O2 4分钟。然后，抽取3 mL静脉血样，分析碳氧血红蛋白（HbCO%）、总血红蛋白浓度（Hb, g/dL）和氧合血红蛋白百分比（HbO2）。参与者随后呼气至残气量（RV），并切换到再呼吸回路（预充100% O2），并指示正常呼吸。一旦参与者开始在再呼吸回路上呼吸（ within one breath），注射一氧化碳（CO） bolus（男性1 mL/kg体重，女性0.8 mL/kg体重）。女性接受较低剂量CO以考虑性别差异 in Hbmass，并确保其HbCO不会过高。参与者在再呼吸回路上呼吸总共10分钟，期间根据需要定期添加O2以维持再呼吸袋的通畅。再呼吸期结束时，从IV导管抽取另一份3 mL静脉血样并进行相同分析。参与者然后呼气至RV，再呼吸回路被关闭。参与者离开回路后，测量再呼吸回路中的气体体积（3-L注射器，Hans Rudolph）和CO浓度（Fluke CO-220）。Hbmass测量在平原进行重复以量化测试-再测试误差，本研究中的误差百分比为0.58?±?0.48%。药物干预平原测试完成后，参与者被分配到三个治疗组之一，采用最小化组间基线差异的方法。药物干预为双盲安慰剂对照，参与者接受安慰剂（生理盐水）、铁剂或EPO治疗。为确保参与者对干预不知情，所有参与者遵循相同的干预日程，接受静脉铁输注、皮下EPO注射或安慰剂输注/注射。安慰剂组遵循与铁剂和EPO组相同的给药日程，但他们在铁剂给药日接受生理盐水输注，在EPO给药日接受生理盐水皮下注射，以对参与者隐瞒其治疗组别。铁剂组参与者在高原暴露前接受两次静脉输注Fe(III)-羟基蔗糖（200 mg；Venofer, Luitpold Pharmaceuticals Inc.），一次在约4周前，一次在前往高原前几天。铁剂在15分钟内输注完毕，随后观察15分钟以确保无不良反应。输注期间，志愿者的手臂用布遮盖以对输注颜色不知情。铁剂剂量与先前研究相同，该剂量显示在4340米海拔可导致AMS评分较小增幅，并在10天 trek between ～1400 and 5800米降低肺动脉血管阻力，以及在6小时低氧暴露（ eliciting an end-tidal O2 of 55 mmHg）中降低肺动脉收缩压。安慰剂和EPO组以相同方式给药，通过IV输注生理盐水安慰剂对参与者隐瞒其治疗组别。EPO治疗组参与者接受皮下注射epoetin alfa（Retacrit, Pfizer Inc.）。这些注射在高原暴露前连续三周每周三次（50 IU/kg）给予。剂量和时间匹配Heo等人的AMS预防研究协议（4130米）。安慰剂和铁剂组以相同方式通过皮下注射生理盐水安慰剂对参与者隐瞒其未在EPO组的事实。高原测试（科罗拉多州莱德维尔；3094米）在高原D1早晨，参与者从俄勒冈州尤金飞往科罗拉多州丹佛（1611米），然后立即驱车前往科罗拉多州莱德维尔（约2小时车程），在那里停留14天（海拔范围3094至3993米）。抵达莱德维尔后，参与者完成5公里越野跑（2.5公里往返）。5公里跑完成后，参与者休息至少1小时，然后完成AMS问卷和氧饱和度（SpO2）测量。对于LLQ，如果参与者总分≥3且伴有头痛，则被认为患有AMS（AMS+）。如果参与者在高原暴露期间任何时间点ESQ-c评分≥0.7，则被确定为AMS+。为确定Hbmass从平原的变化，在D1晚上进行单次Hbmass测量。D2早晨，进行AMS和SpO2测量，然后完成上坡徒步（从3417米至4021米）背负 weighted rucksack（15.9公斤）。D2晚上再次测量AMS和SpO2。5公里跑、AMS评分和Hbmass测量（按此顺序每日）也在D7和D13进行。D14早晨，参与者完成第二次徒步，然后被送回平原。返回平原48小时内，参与者完成返回平原后的5公里跑。统计分析所有统计分析使用GraphPad Prism统计软件（v. 10.2.1）进行。计算所有变量的描述性统计（均值和标准差）。使用单因素ANOVA分析基线人体测量和性能数据以评估组间匹配。使用双向重复测量方差分析（混合效应模型）评估每个结果测量的时间和治疗主效应， except for AMS scores, which were analyzed by nonparametric Kruskal–Wallis tests to evaluate differences between treatments only. 一名安慰剂组参与者因测量误差被排除在D1 Hbmass分析外，两名铁剂组参与者（2/14）因IV放置困难在D1和/或D13缺少Hbmass数据，因此仅36名参与者纳入Hbmass分析（每组n=12）。由于受伤或无法（因AMS症状/疲劳）完成负重行军，仅11名铁剂组和10名EPO组参与者纳入负重行军分析（n=36）。所有参与者完成了平原、D1、D7和D13的5公里跑，但五名参与者未完成返回平原后的5公里跑（1安慰剂，2铁剂，2 EPO）， due to scheduling conflicts or no longer wishing to participate in the study. 先验事后分析设置为将每个治疗与安慰剂比较以最小化比较次数，并调整多重测试以控制I类错误（α=0.05）。所有统计检验的显著性先验设定为P<0.05。计算动脉氧含量（CaO2）使用以下方程估算： CaO2 = 1.34 mL O2/g Hb × [Hb] × (SaO2/100).附加相关研究本报告是作为更大项目一部分进行的生理学研究，该项目旨在创建血库存储样本以供后续分析高原习服期间发生的基因组变化，由清洁竞争伙伴关系资助。结果人体测量学研究由总共39名参与者完成，分布如下：安慰剂组13人，铁剂组14人，EPO组12人。基线人体测量学数据记录在表2中，治疗组间任何这些变量均无统计学差异。此外，治疗组间在体能表现测量上无统计学差异，包括俯卧撑、仰卧起坐、5公里跑时间、最大骑行功率输出和V?O2peak。所有参与者符合正常肺功能标准（>80%预测值）和健康 fit 个体在平原的正常血液铁状态。血液变量：血红蛋白质量、血浆容量、血红蛋白浓度、血细胞比容和动脉氧含量任何时间点绝对Hbmass治疗组间无差异。随着习服，时间效应显著，绝对Hbmass在高原D13高于平原和D1。血浆容量在D1较平原显著下降，并在D13继续下降（vs. 平原和D1）在所有组中。血红蛋白浓度（[Hb]）存在显著交互效应（时间×治疗），EPO组在D1和D13的[Hb]高于安慰剂组。血细胞比容存在显著交互效应（时间×治疗），但事后分析显示治疗组间无显著差异。对于CaO2，存在显著交互效应（时间×治疗），仅EPO组在D13有CaO2增加。五公里跑和徒步表现任何时间点5公里跑表现治疗组间无差异；但在所有组中，高原5公里跑时间（D1、7、13）显著慢于平原，且从D1到D13高原5公里跑时间无改善。此外，平原和返回平原后5公里跑时间任何组无差异。对于徒步，无交互效应（时间×治疗），治疗组间完成时间无差异，但参与者在高原D14完成徒步快于D2。急性高山病高原习服伴随静息心率从D1到D13逐渐下降和静息SpO2从D1到D13增加。然而，整个习服期间心率或SpO2无显著治疗差异。治疗组间在高原任何一天的AMS评分（LLQ和ESQ-c）无差异。根据LLQ，在D1，31%参与者报告症状被分类为AMS（AMS+）。在D3，8%参与者为AMS+，到D7，无参与者为AMS+。对于ESQ-c，在D1，18%和在D3，3%参与者为AMS+。与LLQ类似，使用ESQ-c无参与者在D7报告AMS症状。讨论本研究旨在确定高原暴露前EPO或静脉铁剂治疗是否会 leading to increases in Hbmass, improved exercise performance, and decreased symptoms of AMS at high altitude in a nonlaboratory setting. 我们发现对绝对Hbmass、运动表现或AMS无显著治疗 effects.正如预期，随着急性高原暴露和习服过程，我们在许多变量上看到了显著的时间效应。在整个组中，绝对Hbmass在D13高于平原和D1，徒步表现随时间改善，完成时间从D2到D14减少。5公里跑表现在所有高原时间点慢于平原，但有趣的是在14天高原暴露期间无改善。EPO对AMS评分、血红蛋白质量和表现的影响研究EPO效应的 rationale 基于一项初步研究，该研究显示预防性EPO治疗有效降低 trekker ascending to ～4115米 in the Himalayas的AMS发生率和严重程度。该研究使用高剂量EPO， specifically 10000 IU/wk for 4 wk, administered before departure. 作者假设对AMS的影响 likely attributed to the substantial 12.6% increase in hemoglobin concentration. 然而，该研究的发现因在高原同时施用西地那以 mitigate pulmonary hypertension risks而复杂化，使得难以 isolate the specific effects of EPO alone on AMS scores.在本研究中，我们使用较低剂量EPO，50 IU/kg, 3 times/wk for 3 wk. 尽管使用低剂量，该剂量已被证明在最终治疗后1-2周内产生类似7%–12%的血红蛋白浓度增加， similar to the increase shown by higher doses of EPO. 然而，该剂量EPO如何影响高原Hbmass尚不清楚。尽管Hbmass增加组间无显著差异，EPO组观察到的绝对Hbmass 10.8%增加 versus 安慰剂组3.4%增加可能支持在平原给予EPO输注的 intended effect. 值得注意的是，个体反应 exhibited substantial variation, likely influenced by the baseline absolute Hbmass status of each participant. 未来研究可能需要探索个性化给药建议以考虑此类 variability.我们还发现EPO（50 IU/kg, 3 times/wk for 3 wk）对3094米高原5公里表现无影响。EPO对表现缺乏影响 likely due to the fact that our dosing regimen did not lead to significant increases in Hbmass in the EPO group. 然而，先前研究表明，尽管使用旨在增强氧运输能力的药物治疗成功增加了Hbmass，这在～4267米海拔未必 yield performance improvements, despite improving performance at SL. 这些结果得到研究自体输血增加氧运输能力效应的 further corroborated, which similarly fail to demonstrate performance enhancements at altitudes of ～4267米. 这些 collective findings have prompted speculation regarding the existence of a potential altitude threshold. Beyond this threshold, performance decrements may not primarily result from limitations in O2 transport but could instead be attributed to factors related to reduced central motor drive.有趣的是，习服期间5公里跑表现无改善。然而，我们的发现表明在 longer sustained effort of the uphill hike有 substantial improvement, where performance improved by ～7% in all groups. 相反， shorter, higher-intensity 5-km run无改善。这一观察表明，习服带来的主要益处可能在亚极限耐力任务中 rather than efforts closer to or exceeding V?O2max. 关于EPO治疗最有利效应的 similar conclusions have been drawn. 未来研究 thus consider incorporating longer tests into study designs to capture potentially important changes in submaximal exercise performance.尽管我们研究中EPO对AMS发生率或严重程度无 discernible impact may appear to contradict earlier findings, work from comparable altitudes suggests that our findings align well with prior work. 上述研究在～3200米海拔 assessed AMS scores in Deurali, Nepal. 在该地点，作者未观察到EPO和安慰剂组间AMS发生率或严重程度的显著差异，这与我们在3094米的发现 parallels.铁剂对AMS评分、血红蛋白质量和运动表现的影响研究铁剂效应的决定 motivated by a handful of small yet compelling studies. 这些研究表明，单次静脉注射200 mg Fe(III)-羟基蔗糖可 modulate the hypoxia-inducible factor pathway and, in turn, mitigate the increase in pulmonary artery pressure in hypoxic conditions. 在这些研究中，铁剂在低氧刺激前不同时间点给药，从立即到43天。最初，这些研究在模拟高原条件的受控环境中进行。随后，在秘鲁 Cerro de Pasco 4267米海拔的真实世界场景中成功 replicated了受控条件下的结果。following these findings, the same research group investigated the impact of intravenous iron on symptoms of AMS at the same high-altitude location. 他们的 findings indicated positive outcomes, as individuals who received prophylactic iron treatment exhibited milder AMS symptoms compared with those who received a placebo (saline). 然而， several limitations must be acknowledged. 例如，关于绝对AMS评分未达到统计学显著性。显著变化仅在专注于相对于平原基线AMS评分变化的二次分析中观察到，该测量因铁剂组内异常高的旅行前值而复杂化。此外，作者未检测到铁剂和安慰剂组间AMS总发生率的显著差异。因此，作者 emphasized the need for further research to enhance our understanding of this phenomenon. 我们的研究旨在 address this critical research gap.据我们所知，本研究是首项调查静脉铁剂对高原体力表现和Hbmass影响的研究。先前研究主要 centered on evaluating the impact of iron treatments on the erythropoietic response during high-altitude exposure, with the underlying assumption that any improvement in O2 transport capacity could potentially enhance performance upon returning to SL. 我们 thought that iron may improve performance at altitude 的次要机制是通过增加运动期间的SaO2（通过减弱HPV和改善通气灌注匹配）。然而，由于研究性质和我们进行的是实地研究，我们未在运动任务中测量SaO2。无论如何，我们未见铁剂组表现与安慰剂组有差异；因此，也可能铁剂治疗未通过降低HPV改善高原表现，因为所选海拔不是足够强的HPV刺激。铁剂对更高海拔表现的影响， where HPV is more likely to occur, warrants additional investigation.与先前工作类似，我们的数据表明，使用LLQ评估，AMS评分和AMS发生率在习服期间较D1下降。然而，EPO或铁剂组的AMS症状评分与安慰剂组无差异。这些发现得到ESQ-c收集数据的支持，其 exhibited no discernible difference between the iron and placebo treatments. 因此，我们的研究提供了关于铁对AMS影响的 alternative perspective, one that aligns more closely with a lesser-known investigation that reported no significant effect of intravenous iron on AMS scores at 4267米 in the Himalayas.局限性本研究的一个主要局限性是样本量。我们最初目标是完成100名参与者的数据收集；然而，由于若干挑战， mainly related to recruitment during the COVID-19 pandemic, we were unable to meet our target for sample size. 较低样本量可能限制了我們检测显著治疗×时间交互作用的能力。然而，我们已在表中提供了按时间分组的均值和标准差数据，以便未来研究使用我们的结果进行先验功效计算（见补充数据）。例如，基于D1的Hbmass数据，约33名受试者/组的样本量可能足以检测安慰剂和EPO之间的统计学差异（0.05显著性水平下70%功效）。AMS评分较低以及随后干预对减轻AMS评分缺乏影响可能 due to the altitude chosen for this study. 然而，为与作战任务相关性对齐并使用与军事行动相关的海拔，我们的参与者居住在3094米，并 required to undertake strenuous excursions at elevations reaching up to 3993米. 在我们的数据集中，疲劳 emerged as the most common symptom（可能是低氧和高强度运动 combined effects的结果），相对 few participants reporting anything more than a mild headache. AMS发生率降低 likely affected the statistical power required to detect a substantial change, assuming one existed. 为额外增加功效，更大样本量将有益于在较低海拔进行组间比较。结论本研究中使用的铁剂和EPO剂量未导致在3094米14天暴露期间治疗组间在Hbmass、运动表现或AMS评分上的差异。可能需要更大或更频繁的EPO或铁剂给药方案以足够增加Hbmass，从而对高原运动表现产生 benefit。数据可用性数据将在合理请求下提供。补充材料补充表S1–S5：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.29581910致谢作者感谢所有志愿者的时间和对研究的承诺。作者 also thank Mohini Bryant-Ekstrand, Carolyn Hayes, Emma Matsell, Margaret Grivette, Kissy Sendrijas, Hannah Friedmier, Garrett Clark, Ryan Rojas, and Prakrunya Subhasree Badrinarayan for assistance with data collection.资助本研究由清洁竞争伙伴关系、国防部（Grant No. H924051900013）和科罗拉多大学安舒茨医学校区高原研究中心资助。K.E.B.由科学、数学和研究转型奖学金计划（SMART）和大学科学家成就奖励基金会-俄勒冈分会（ARCS）资助。免责声明此处包含的意见或断言是作者的私人观点，不应被解释为官方或反映陆军或国防部的观点。本报告中对商业组织和商品名的任何引用不构成陆军部对这些组织产品或服务的官方认可或批准。批准公开发布；分发无限制。利益冲突作者声明不存在任何经济或非经济利益冲突。作者贡献K.E.B., E.A.G., K.A.D., T.K., J.W.D., R.C.R., and A.W.S. conceived and designed research; K.E.B., E.A.G., M.N.B., A.W.B., K.A.D., K.G.D., C.D.H., T.K., M.T.M., M.B.P., W.E.Q., J.A.R., M.R.S., D.J.L., J.W.D., and A.W.S. performed experiments; K.E.B., E.A.G., M.N.B., and A.W.S. analyzed data; K.E.B., E.A.G., J.W.D., R.C.R., and A.W.S. interpreted results of experiments; K.E.B., E.A.G., and A.W.S. prepared figures; K.E.B., E.A.G., and A.W.S. drafted manuscript; K.E.B., E.A.G., M.N.B., A.W.B., K.A.D., K.G.D., C.D.H., T.K., M.T.M., M.B.P., W.E.Q., J.A.R., M.R.S., D.J.L., J.W.D., R.C.R., and A.W.S. edited and revised manuscript; K.E.B., E.A.G., M.N.B., A.W.B., K.A.D., K.G.D., C.D.H., T.K., M.T.M., M.B.P., W.E.Q., J.A.R., M.R.S., D.J.L., J.W.D., R.C.R., and A.W.S. approved final version of manuscript.作者注
?K.E.B. and E.A.G. contributed equally to this work.
?Correspondence: A. W. Subudhi (asubudhi@uccs.edu).
