不同氧气浓度间歇性高氧训练对训练有素雄性小鼠耐力能力的影响

《Physiological Reports》：Effects of different oxygen concentrations during intermittent hyperoxic training on endurance capacity in well-trained male mice

　　

虽然间歇性高氧（INT）训练能增强耐力能力，但特定氧气浓度的影响仍不清楚。本研究在训练有素雄性小鼠中比较了50% O₂（INT50）和75% O₂（INT75），这些小鼠通过7周自愿跑轮方案使最大做功值增加了7.7倍，随后进行4周跑台方案。结果显示，与常氧训练（ET）组相比，INT75（而非INT50）显著改善了耐力能力（贝叶斯因子，BF ≥3）。INT75组运动能力的增强与膈肌中代谢酶（柠檬酸合酶、3-羟基酰基辅酶A脱氢酶、肉碱棕榈酰转移酶-2和磷酸果糖激酶）水平升高以及腓肠肌红区（Gr）和跖肌（PL）中丙酮酸脱氢酶复合体活性增加有关（BF ≥3）。INT75组PL肌肉中谷胱甘肽过氧化物酶-1蛋白水平显著降低（对比ET组，0.76倍，BF ≥3）。此外，INT75小鼠左心室中PGC1α水平升高，尽管细胞色素c氧化酶活性降低。相比之下，INT50组在Gr中表现出向快肌纤维的转变。总之，间歇性高氧的促体能效应取决于氧气浓度。75% O₂的间歇性高氧训练通过优化骨骼肌和呼吸肌中代谢酶活性，显著增强了训练有素小鼠的耐力能力。

**论文解读：不同氧气浓度间歇性高氧训练对训练有素雄性小鼠耐力能力的影响**

**一、研究背景与问题**
耐力运动能力是运动表现的关键决定因素，但传统有氧训练常使运动员达到生理平台期，难以进一步提升。为突破这一限制，研究者探索了多种补充策略，包括操控吸入氧分数，如低氧、高压高氧或常压高氧。高氧训练（吸入O₂浓度>21%）的理论基础在于提高动脉血氧分压（PO₂），增强氧气向工作肌的输送。然而，持续高氧训练并未显著改善运动能力或肌肉代谢特性。近年发现，间歇性高氧暴露（反复短时高氧后常氧）可能通过“高氧-低氧悖论”稳定低氧诱导因子1α（HIF1α），触发独特的分子和酶学变化。但氧气浓度与耐力适应之间的剂量-反应关系仍不明确，特别是在已训练有素的个体中——他们对标准训练刺激的敏感性降低，高氧的“附加效应”尚待验证。本研究旨在探究间歇性高氧训练（50%或75% O₂）的益处是否取决于氧气浓度，并分析后肢肌肉、膈肌和心脏中代谢特征、毛细血管、纤维类型及抗氧化蛋白的适应性变化。该论文发表在《Physiological Reports》。

**二、关键技术方法**
研究人员采用雄性MCH(ICR)/jcl小鼠（购自Clea Japan，日本），先进行7周自愿跑轮训练建立训练有素模型（最大做功值提升7.7倍），随后随机分为常氧训练组（ET）、50% O₂间歇高氧训练组（INT50）和75% O₂间歇高氧训练组（INT75），进行4周混合训练（耐力跑+间歇跑）。间歇高氧方案：3个循环，每循环15分钟高氧（50%或75% O₂）后10分钟常氧。主要方法包括：酶活性测定（柠檬酸合酶[CS]、3-羟基酰基辅酶A脱氢酶[HAD]、肉碱棕榈酰转移酶-2[CPT2]、丙酮酸脱氢酶复合体[PDHc]、磷酸果糖激酶[PFK]、细胞色素c氧化酶[COX]、乳酸脱氢酶[LDH]），蛋白质印迹（超氧化物歧化酶1[SOD1]、过氧化氢酶[CAT]、谷胱甘肽过氧化物酶1[GPX1]、PGC1α），以及组织学分析（肌肉纤维类型和毛细血管化）。

**三、研究结果**
**3.1 自愿轮跑训练**：7周自愿跑轮使每日跑步距离逐渐增加，第6周显著下降，但第7周恢复至第3-4周水平，推测与补充跑台训练有关。
**3.2 体重与最大运动能力**：4周混合训练后，ET组总做功无显著增加（0.97倍），而INT50（1.15倍）和INT75（1.17倍）均显著增加；INT75组总做功显著高于ET组（1.22倍，BF=9.1），INT50组则无显著差异。
**3.3 酶活性**：INT75组膈肌中CS、CPT2、HAD、PFK活性显著高于ET组（BF≥3.0），且这些酶活性与总做功呈正相关（r=0.37-0.53，p<0.05）；Gr和PL中PDHc活性显著高于ET组（2.9倍和1.2倍，BF≥8.1）；左心室（LV）中COX活性显著低于其他三组（BF≥3.0），但PDHc活性升高；INT50组Gr中COX活性高于ET组（15%，BF=17.9），但LV中HAD活性降低。
**3.4 蛋白水平**：INT75组PL中GPX1蛋白水平显著低于ET组（0.76倍，CI: 0.66-0.87）；LV中PGC1α蛋白水平显著高于ET组（1.5倍，BF=4.2）；INT50组Gr中SOD1蛋白水平升高，LV中降低。
**3.5 肌肉纤维类型组成**：INT75组GrM中I型纤维比例显著高于SED和INT50组（BF≥3.0），II型纤维比例显著降低；INT50组GrM中IIA型纤维比例升高，但I型纤维比例未增加，与ET组无差异。
**3.6 毛细血管化**：INT75组PL中毛细血管-纤维比（C/F）显著高于ET组（1.1倍，CI: 1.01-1.16），SOL中毛细血管密度（CD）显著高于INT50组（1.1倍，CI: 1.04-1.24）；INT50组PL中CD亦显著高于SED组。

**四、讨论与结论**
讨论部分指出：INT75训练通过提高膈肌中脂肪酸氧化酶（HAD、CPT2）和糖酵解酶（PFK、CS）活性，增强呼吸肌的燃料利用，从而促进耐力能力；同时上调Gr和PL中PDHc活性，有利于高强度运动。INT50未改善耐力，可能与其在Gr中降低I型纤维比例、增加II型纤维，以及减少Gw中乳酸生成能力（LDH-PL活性降低）有关。心脏中INT75组COX活性降低而PGC1α升高，后者可能为代偿性反应以恢复线粒体生物合成，但过高O₂浓度长期训练可能带来风险。PL中GPX1蛋白降低可能加剧氧化应激，抑制COX表达。毛细血管方面，INT75仅对PL产生微弱促进效应。
结论翻译：在本研究中，雄性小鼠经过7周自愿跑轮训练，耐力运动能力提升7.7倍。随后训练有素小鼠参与INT训练（结合运动与短时间歇高氧干预，50%或75% O₂）4周。INT75为改善耐力能力提供了额外益处，而INT50则未实现。INT75训练增强了脂肪酸代谢（膈肌中HAD和CPT2活性升高）以及糖代谢（CS和PFK活性升高），从而促进呼吸肌燃料利用，提升耐力能力。INT50训练适度增强高氧化组织中的氧化代谢，但减少糖酵解肌中的乳酸生成，并改变氧化肌纤维类型（降低I型、增加II型），这些变化解释了为何INT50未能改善耐力能力。尽管精确机制尚不明确，但这些发现强调INT训练的效果在训练有素小鼠中取决于所用氧气水平。