终身高海拔缺氧不阻碍安第斯本土自行车运动员的有氧训练可塑性：外周血单个核细胞线粒体Complex IV呼吸与骨骼肌氧合反应

《Antioxidants》：Lifelong High-Altitude Hypoxia Does Not Prevent Aerobic Trainability in Native Andean Cyclists

　　

终身暴露于高海拔缺氧对有氧代谢构成持续挑战，然而本土高海拔运动员进一步提升有氧运动表现的能力尚缺乏充分表征。研究人员在12名永久居住在玻利维亚拉巴斯3600 m的安第斯本土自行车运动员（6名女性、6名男性）中，研究了为期六周监督下高强度间歇训练（HIIT）期间有氧运动表现、骨骼肌氧合、血液学与生化指标以及外周血单个核细胞（PBMCs）线粒体呼吸的个体内变化。最大摄氧量（VO₂max）增加15.9%，经多重比较校正后血液学或生化参数无统计学显著变化。高分辨率呼吸测定法显示PBMCs中Complex IV支持的线粒体呼吸增加，Complex I+II/Complex IV呼吸比值降低。近红外光谱（NIRS）检测到肌肉脱氧血红蛋白与肌红蛋白信号及肌肉氧饱和度显著增加，未见显著的性别×训练交互作用。综上，这些发现表明安第斯本土运动员具有显著的有氧反应性，并伴随可测量的循环细胞线粒体呼吸和局部骨骼肌氧合变化。尽管缺乏非干预对照组使这些变化无法完全归因于HIIT，且缺乏匹配的海平面对照妨碍了跨海拔人群训练反应性的比较，但这两项局限均不能否定该高海拔队列内所记录的纵向改善。研究结果确立：暴露于终身高海拔缺氧的运动员有氧运动表现仍可提高。

**研究背景与问题提出**

高海拔环境通过降低氧化磷酸化可利用氧而对有氧代谢构成持续挑战。居住在高原的人群表现出支持慢性低压缺氧下氧运输与利用的生理特征，但这些特征并不必然说明终生在高海拔生活和训练的运动员如何应对额外的生理需求。因此，一个尚待回答的重要问题是：已经受训的本土高海拔运动员能否在结构化运动训练期间进一步提升其有氧运动表现。安第斯、青藏高原和埃塞俄比亚高原人群具有与慢性缺氧相关的不同生理特征；在安第斯人群中常可观察到血红蛋白浓度和血细胞比容升高，但个体间血液学反应存在差异。然而，有氧运动表现不仅取决于血液携氧能力。依据Fick原理，全身氧摄取反映心输出量与外周氧摄取的整合贡献，而线粒体氧化磷酸化在代谢活跃组织中消耗氧。因此，表征高海拔居民的運動相关生理变化，宜考察氧运输与利用的互补层面，而非仅依赖血液学测量。HIIT是改善有氧运动表现并诱导心血管和骨骼肌适应（包括线粒体含量与氧化能力变化）的成熟刺激。此前在玻利维亚拉巴斯开展的研究表明，既往未受训的本土高海拔居民在慢性缺氧下进行六周耐力训练后可提高有氧能力并出现骨骼肌适应；然而，结构化HIIT期间纵向生理与线粒体呼吸反应在已规律进行耐力训练的本土高海拔运动员中仍缺乏充分表征。研究该人群为记录其在惯常生活与训练环境条件下的进一步有氧反应性提供了机会。线粒体呼吸提供了运动生理学的互补细胞维度，因为氧化磷酸化最终依赖电子传递至分子氧。细胞色素c氧化酶（Complex IV）作为线粒体电子传递链的末端酶，催化氧还原，对氧化代谢至关重要。尽管骨骼肌线粒体功能与运动表现直接相关，循环外周血单个核细胞（PBMCs）为纵向评估细胞呼吸功能提供了可及的组织区间；循环血细胞线粒体生物能量学表征的可行性此前已被证实，而高分辨率呼吸测定法为评估人细胞中不同线粒体呼吸状态提供了成熟方法学途径。重要的是，不能假定PBMC线粒体呼吸变化反映骨骼肌线粒体适应或解释全身有氧运动表现的变化。同样，近红外光谱（NIRS）提供局部骨骼肌氧合信息，而不直接测量线粒体氧耗。这些方法共同允许在互补层面考察生理与细胞反应，而不暗示其间的直接机制关系。因此，研究人员调查了永久居住在海拔3600 m的安第斯本土自行车运动员在六周监督HIIT前后有氧运动表现、骨骼肌氧合、血液学与生化参数以及PBMC线粒体呼吸的变化。研究假设：这些运动员尽管终身暴露于低压缺氧，仍会表现有氧运动表现改善，并伴随可测量的细胞线粒体呼吸功能变化。采用单组PRE–POST设计，旨在表征该高海拔队列内的纵向反应，而非比较不同海拔人群间的训练反应性；该方法允许记录训练期内的生理与细胞变化，同时认识到将其因果归因于HIIT需要适当的非干预对照组。

**主要关键技术方法**

研究采用前瞻性单组PRE–POST干预设计，纳入12名出生于并长期居住在拉巴斯（3600 m）的健康安第斯本土自行车运动员（男女各6名，高海拔居住家族史至少三代，入组前惯常骑行训练≥10 h·周^?1）。实施为期六周、每周2次（共12次）的监督HIIT（15 min热身＋4×4 min强度为基线递增负荷试验峰值功率输出80%的高强度间歇，间歇5 min主动恢复）。评估包括：递增骑行试验测定VO₂max、最大通气量、最大有氧功率及血乳酸4 mmol·L^?1对应功率（P4）；双波长NIRS监测右侧股外侧肌氧合；自动血液分析仪测定血常规；酶学与比色法测定血清生化谱；基线ELISA测定EPO与sEPOR；Histopaque–Ficoll密度梯度离心分离PBMCs，Oroboros O2k高分辨率呼吸测定法结合底物–抑制剂顺序滴定方案评估线粒体呼吸。统计采用双尾配对Student t检验，并以Holm–?ídák法在校正多重比较。

**研究结果**

3.1 高海拔HIIT前后有氧运动表现：在3600 m居住的安第斯本土自行车运动员中，六周监督HIIT后相对VO₂max由41.17增至47.73 mL·kg^?1·min^?1，平均配对增加6.57 mL·kg^?1·min^?1（95% CI 4.518–8.615；Cohen's d_z=2.04；校正p=0.0109），相当于较基线组均值增加15.95%；男性由45.52增至53.93 mL·kg^?1·min^?1（平均增加8.42，校正p=0.0012），女性由36.82增至41.53 mL·kg^?1·min^?1（平均增加4.72，校正p=0.2173）。最大通气量（E_max）无统计学显著变化（校正p=0.9025）；最大有氧功率呈小幅数值增加但未达统计学显著（校正p=0.7764）；P4数值增加（平均20.75 W，名义p=0.0288），但经多重比较校正后均未保持统计学显著（校正p=0.2313、0.2882、0.8723）。

3.2 HIIT后血液学参数无统计学显著变化：为确定有氧运动表现改善是否伴随全身携氧能力决定因素的变化，评估六周HIIT前后血液学参数；红细胞计数、血红蛋白浓度、血细胞比容（校正p分别为0.9999、0.9992、0.9392）及红细胞指数（校正p均>0.99）、总白细胞计数及分类与血小板计数（校正p均>0.98）均无统计学显著变化，表明VO₂max增加发生于所测血液学参数经Holm–?ídák校正后无显著变化的情况下。

3.3 HIIT后全身生化参数无统计学显著变化：为确定VO₂max增加是否伴随全身生化参数变化，评估六周HIIT前后综合血清生化谱；经Holm–?ídák校正后所测生化参数均无统计学显著差异。空腹血糖数值降低（85.66±5.97 vs. 81.75±6.30 mg/dL，校正p=0.2891），血尿酸（校正p=0.2683）、碱性磷酸酶（校正p=0.2085）与直接胆红素（校正p=0.2683）数值升高；肌酐、AST、ALT、总胆红素、总胆固醇、甘油三酯及肌损伤循环标志物（CK、CK-MB）均无统计学显著差异（校正p均>0.05），表明VO₂max改善未伴随所测全身生化谱的显著变化。

3.4 HIIT后循环PBMCs中Complex IV支持呼吸增加：为确定有氧运动表现改善是否伴随循环PBMCs线粒体呼吸变化，采用高分辨率呼吸测定法评估六周HIIT前后线粒体呼吸功能，通过顺序底物–抑制剂滴定方案测定LEAK呼吸、NADH链接氧化磷酸化（CI）、NADH与琥珀酸联合链接氧化磷酸化（CI+II）、琥珀酸支持呼吸（CII）及分离的细胞色素c氧化酶（Complex IV，CIV）活性。HIIT后，合并队列中LEAK呼吸、CI支持OXPHOS、CI+II支持OXPHOS与CII支持呼吸经多重比较校正后均无统计学显著差异（校正p均≥0.0665）；相反，分离CIV活性显著增加（平均配对差61.68，95% CI 50.30–73.06，校正p=0.0018）。以上游呼吸状态对CIV支持呼吸归一化后，合并队列（n=10）CI+II/CIV比值显著降低（平均配对差?0.3216，95% CI ?0.4972至?0.1461，校正p=0.0369），其余CIV归一化呼吸比值经校正后均无统计学显著差异（校正p均≥0.0680）；双因素分析未显示绝对或CIV归一化呼吸状态存在显著训练×性别交互作用（名义p均≥0.0535）。综上，六周训练伴随合并队列循环PBMCs中分离CIV活性增加与CI+II/CIV呼吸比值降低，未检测到显著训练×性别交互作用。

3.5 训练前后递增运动期间骨骼肌氧合反应：采用NIRS在3名男性和3名女性中评估六周HIIT前后局部骨骼肌氧合；以热身参考值表示，在每位受试者递增运动试验时长20%、40%、60%、80%和100%的五个归一化时间点评估ΔOxy[Hb+Mb]、ΔDeoxy[Hb+Mb]、ΔTotal[Hb+Mb]与ΔSmO₂，并计算每位受试者五个时间点的POST–PRE差异。合并队列（n=6）中ΔDeoxy[Hb+Mb]（平均+1214.18，95% CI 687.70–1741.00，校正p=0.0215）与ΔSmO₂（平均+4.64个百分点，95% CI 3.68–5.61，校正p=0.0022）显著增加，而ΔOxy[Hb+Mb]（校正p=0.3348）与ΔTotal[Hb+Mb]（校正p=0.0761）经校正后无统计学显著变化。性别内比较显示男性ΔTotal[Hb+Mb]降低（校正p=0.0127）、ΔSmO₂增加7.69个百分点（校正p=0.0022），女性ΔSmO₂平均增加1.60个百分点；ΔOxy[Hb+Mb]、ΔDeoxy[Hb+Mb]、ΔTotal[Hb+Mb]与ΔSmO₂的性别×训练交互作用均无统计学显著性（p分别为0.5260、0.2914、0.6077、0.2370）；保留五个归一化时间点的重复测量分析未发现显著训练×时间点交互（p均≥0.3575）或性别×训练×时间点交互（p均≥0.2386）。因此，分析识别出ΔDeoxy[Hb+Mb]与ΔSmO₂的总体PRE–POST增加，但证据不足以表明变化在性别间或归一化运动时间点间存在差异；鉴于样本量小，这些探索性发现应谨慎解释。

**讨论与结论**

讨论部分指出，居住在3600 m的安第斯本土自行车运动员在六周训练后有氧运动表现显著改善，VO₂max增加15.9%，尽管终身暴露于低压缺氧且惯常进行耐力运动；该改善伴随合并队列循环PBMCs中Complex IV支持线粒体呼吸增加与CI+II/CIV呼吸比值降低，而血液学与全身生化参数无统计学显著变化；NIRS进一步显示递增运动期间脱氧血红蛋白与肌红蛋白信号及肌肉氧饱和度显著增加。终身缺氧条件下有氧运动表现的可改善能力提出了高海拔适应与生理可塑性关系的重要问题。高海拔居住相关生理特征反映进化历史、发育暴露与个体习服间的相互作用；高海拔居民的有氧训练可塑性此前已被证实，Desplanches等报道拉巴斯本土居民六周耐力训练后有氧能力约增加14%，并伴随骨骼肌毛细血管化和氧化能力适应，但其受试者干预前未系统接受耐力训练；本研究结果将该证据扩展至惯常受训的安第斯自行车运动员（含男女），其接受含监督HIIT的方案，表明终身低氧居住与持续有氧反应性相容，即使在已规律进行耐力运动的个体中亦然；高海拔 ancestry 是否影响该反应的幅度或机制仍未解决。VO₂max增加未伴随所测血液学参数的统计学显著变化；依据Fick原理，全身氧摄取取决于心输出量与动静脉氧差，整合全身氧输送与外周氧摄取，因此血红蛋白浓度或血细胞比容无显著变化并不排除心血管功能、血容量或外周氧利用的适应；P4数值亦增加，但经多重比较校正后未保持统计学显著，且P4代表固定乳酸浓度下的功率输出而非个体化确定的第二乳酸阈。细胞层面，训练期后Complex IV支持线粒体呼吸增加，合并队列CI+II/CIV呼吸比值显著降低；作为电子传递链末端酶，Complex IV催化电子传递至分子氧并贡献支持氧化磷酸化的质子梯度。相反，绝对上游呼吸状态或其他CIV归一化呼吸比值未检测到统计学显著变化；这些发现表明CIV支持呼吸增加未伴随测定条件下CI+II支持氧化磷酸化的成比例增加，但该模式并不确立电子传递链重塑或线粒体效率改善的具体机制；此外，CIV支持氧耗增加不能区分线粒体丰度变化与内在呼吸功能改变；由于循环血细胞群体具有不同生物能量学特征，所分析PBMC样本的细胞组成亦与解释这些测量相关；重要的是，不能假定PBMC线粒体呼吸变化反映运动骨骼肌适应或解释所观察到的VO₂max增加。线粒体呼吸功能与细胞氧化还原调控密切相关，尤其在氧可利用性受限条件下；呼吸链电子传递影响线粒体电子载体还原状态及活性氧（ROS）生成条件；在此背景下，循环PBMCs中CIV支持呼吸增加与CI+II/CIV呼吸比值降低提示训练期线粒体呼吸能力变化可能对慢性缺氧下线粒体氧化还原调控具有意义；然而这些测量并未确立体内电子流、ROS产生、氧化应激或抗氧化防御的变化，且CIV支持呼吸增加未必意味着ROS生成减少或抗氧化能力改善；因此研究结果识别出一种可能与线粒体氧化还原生物学相关的生物能量学反应，为未来整合高分辨率呼吸测定与ROS产生、氧化损伤及抗氧化反应直接测量的研究提供依据。NIRS提供递增运动期间骨骼肌氧合的互补信息；合并队列中ΔDeoxy[Hb+Mb]与ΔSmO₂显著PRE–POST增加，而氧合与总血红蛋白–肌红蛋白信号变化经校正后无统计学显著；这些反应在递增运动试验全程归一化时间点评估，对应逐渐增加的工作负荷；NIRS衍生测量反映局部氧输送与利用间的动态平衡，但不能独立区分肌肉灌注、氧摄取或线粒体呼吸的变化；重要的是，ΔDeoxy[Hb+Mb]与ΔSmO₂的同时增加不应被解释为氧摄取改善或线粒体效率的直接证据，因为这些信号反映局部肌肉氧合的不同方面并依赖各自参考值；NIRS样本小（n=6）及缺乏显著训练×性别交互作用进一步限制关于性别特异性反应的结论。结论部分指出，本研究证明居住在3600 m的安第斯本土自行车运动员尽管终身暴露于高海拔缺氧，仍保留显著的有氧训练可塑性；含HIIT的六周训练改善VO₂max，并伴随循环PBMCs中线粒体Complex IV支持呼吸增加及骨骼肌氧合反应变化；这些发现表明慢性高海拔暴露并不排除有氧能力改善，并提示线粒体与外周氧利用适应可能贡献于训练的生理反应；需要进一步研究阐明潜在机制并确定这些反应是否与海平面观察到的不同。局限性包括：小队列（n=12），线粒体（n=10）与NIRS（n=6）测量参与者更少，限制统计效力尤其性别特异性分析；缺乏非训练对照组使观察到的反应无法因果归因于HIIT；参与者继续未系统监测的额外骑行活动，无法将监督干预与总体训练暴露分离；缺乏海平面对照组或遗传分析，无法确定有氧改善幅度是否特异于高海拔居住或受进化适应影响；未直接评估总血红蛋白量、血浆容量、心输出量与外周氧摄取；线粒体呼吸在循环PBMCs而非骨骼肌中测量，缺乏线粒体含量、Complex IV丰度与ATP产生的独立标志物；未直接评估ROS产生、氧化损伤与抗氧化防御，因此观察到的线粒体呼吸能力变化不能解释为氧化还原稳态改变或抗氧化适应的证据；NIRS测量不能独立区分局部氧输送、氧摄取或线粒体氧利用的变化；近期运动、饮食与水合状态标准化不完整可能引入PRE–POST比较变异；此外，本研究环境条件下氧摄取测量的准确性值得考虑，未在3600 m进行独立验证与重测信度评估，研究海拔超过仪器标称工作限值3048 m，制造商报告的传感器精度不能确立该海拔下VO₂max测量的总体准确性，常规校准因此不能确立特定测试条件下的测量准确性；尽管PRE与POST评估在同一海拔进行，测量变异或系统偏倚对估计VO₂max变化的影响程度无法量化，所观察到的增加应谨慎解释，尤其关于其精确幅度。