新型递增式屏气技术的急性和慢性应用可提高健康男性和男性军人的耐力运动表现

《Physiological Reports》：Acute and chronic application of novel incremental breath-hold technique increases endurance exercise performance in healthy men and male military personnel

　　

研究人员评估了一种新型屏气技术（BHT）方案对军事人员运动表现的急性（研究A）和慢性（研究B）影响。在研究A中，11名健康男性参与者完成休息或40分钟BHT，然后进行15分钟稳态（SS）自行车运动（80% V^·O₂max）和5分钟计时赛（TT）。BHT急性增加了V^·O₂（200.3%，p=0.005），使血红蛋白（Hb）显著升高（3%，p=0.030），并改变了呼气末氧（ETO₂；2.99%，p=0.054）和降低了呼气末二氧化碳（ETCO₂；12.1%，p=0.065），反映了屏气暴露后静息期间肺气体交换的变化。在SS期间，BHT组血乳酸较低（-12.2%，p=0.051；子样本n=3）。BHT后TT总功更大（84.4±12.8 kJ vs. 78±13.4 kJ；p=0.019）。在研究B中，48名美国海军陆战队军官候选人完成3周训练期间的BHT，通过3英里跑步时间评估表现。两组跑步成绩均有改善（BHT组7.2%；CON组4.9%）。BHT组Hb浓度增加（4.3%；p=0.037），而CON组下降（-6.6%）。BHT组测试前动脉血氧饱和度（SPO₂）更高（97.7%±0.9% vs. 96.9%±1.6%；p=0.03），而作为全身气体交换状态指标的估计动脉血氧分压（PaO₂）和二氧化碳分压（PaCO₂）在两组间相似。这些发现表明，BHT的急性反应在重复时可能转化为适应性，支持BHT作为耐力训练的辅助手段，并需要进行更大规模的机制试验。

**研究背景与问题**
耐力运动表现是体育运动和军事行动中的关键能力，研究人员不断探索新型训练方法以提升耐力并延缓疲劳。重复屏气技术因能模拟高原训练对血液气体和循环血红蛋白（Hb）的影响而受到关注，但既往研究显示，急性屏气干预的心肺和血液学效应通常在10分钟内消散，且多数慢性屏气训练未观察到运动表现的显著改善。例如，Zoreti?等人（2014）发现8周屏气训练可提高Hb和最大摄氧量（V?O₂max），但未直接测量运动表现；而Bouten等人（2022）报告每日5次最大屏气持续6周后，Hb质量、V?O₂峰值或3公里自行车计时赛表现无改善。研究人员认为，这可能与屏气期间产生的低氧-高碳酸刺激不足或不够持久有关。为此，研究人员开发了一种新型递增式屏气技术（BHT），由15次屏气组成，每次屏气时间从30秒递增10秒至2分50秒，间隔1分钟休息，旨在增强低氧-高碳酸刺激。前期研究（Burley等人，2022）已证实该技术可引发急性红细胞压积（Hct）增加6.4%、Hb浓度增加9.2%以及呼气末氧（ETO₂）增加8.1%。本研究旨在探讨单次BHT能否改善运动表现，以及每日BHT训练3周能否导致慢性心肺和血液学适应并提升运动表现。研究在精英军事人员中进行，以在高标准化的军事训练环境中评估其生态效度，该论文发表在《Physiological Reports》。

**研究人员开展的研究与主要结论**
研究人员进行了两项实验：研究A（急性效应）采用随机交叉设计，11名健康男性完成40分钟BHT或对照休息，随后进行15分钟稳态（SS）自行车运动（80% V?O₂max）和5分钟计时赛（TT）；研究B（慢性效应）采用平行设计，48名美国海军陆战队军官候选人在3周内每周进行5次BHT训练，通过3英里跑步时间评估表现。主要结论：急性BHT使TT总功提高8.2%（84.4±12.8 kJ vs. 78.0±13.4 kJ，p=0.019），并伴有Hb浓度升高3%和静息期V?O₂增加；慢性BHT使3英里跑步时间改善7.2%（对照组4.9%），最大屏气时间（MBH）增加129%，Hb浓度升高4.3%（对照组下降6.6%），且测试前动脉血氧饱和度（SPO₂）更高（97.7% vs. 96.9%）。这些发现表明BHT的急性效应在重复后可转化为慢性适应，支持BHT作为耐力训练的辅助手段。

**主要关键技术方法**
研究A在实验室中进行，采用递增式BHT协议（15次屏气，从30秒增至2分50秒，间隔1分钟休息），通过气体分析仪（Metalyzer? 3B）逐次测量V?O₂和V?CO₂，使用动脉化静脉血样（加热手背静脉）分析Hb（HemoCue Hb 201+）、血乳酸等，并估算PaO₂（肺泡气体方程）和PaCO₂。研究B整合到美国海军陆战队军官候选人培训中，BHT在宿舍内进行，使用手机应用（STAmina）指导；运动表现通过3英里跑步时间（计时门和秒表）评估，MBH在跑步后1天测量，Hb通过指尖血样（HemoCue）分析，SPO₂、PaO₂和PaCO₂使用血氧分析仪（ABL9）测量。样本队列来源：研究A为健康男性，研究B为美国海军陆战队军官候选人。

**研究结果**
**3.1 研究A总功**：通过配对t检验，BHT组在TT中总功显著高于对照组（8.2%，p=0.019），表明急性BHT可提高运动表现。
**3.2 研究A心肺变量**：通过重复测量ANOVA，静息期BHT组V?O₂逐渐升高（至40分钟时17.6±10.5 mL/kg/min，p=0.005），V?CO₂持续升高（p=0.003），PaO₂升高（峰值115.5 mmHg，p<0.001），PaCO₂降低（28.3 vs. 35.3 mmHg，p=0.023），心率升高（77 vs. 66 bpm，p=0.005），Hb浓度升高3%（149.6 vs. 145.4 g/L，p=0.030），血乳酸在SS期较低（7.8 vs. 8.9 mmol/L，p=0.051），ETO₂升高（p=0.054），ETCO₂降低（p=0.065）。运动期间，BHT组心率在SS期较低（p=0.020），TT期V?CO₂更高（46.6 vs. 41.8 mL/kg/min，p=0.033），PaO₂下降幅度较小（105.4 vs. 103.2 mmHg，p=0.051），但PaCO₂下降更多（23.9 vs. 25.3 mmHg，p=0.045）。
**3.3 研究B**
**3.3.1 3英里跑步时间**：通过重复测量ANOVA，BHT组跑步时间改善幅度更大（7.2% vs. 4.9%，p=0.022），表明慢性BHT可提升跑步表现。
**3.3.2 最大屏气时间（MBH）**：BHT组MBH增加129%（124.8±27.7 s vs. 85.1±31.4 s，p<0.001），反映屏气能力增强。
**3.3.3 血红蛋白（Hb）**：BHT组即时Hb浓度更高（163.8±22.1 g/L vs. 148.7±15.3 g/L，p=0.037），提示慢性血液学适应。
**3.3.4 血液学反应（跑步前2天）**：BHT组Hct显著高于对照组（47.4% vs. 43.1%，p<0.001），但Hb无显著差异；最终跑步前Hb和Hct均升高，但对照组Hb增加更多，BHT组Hct增加更多。
**3.3.5 心肺反应（跑步前2天）**：BHT组SPO₂显著高于对照组（97.7% vs. 96.9%，p=0.03），PaO₂和PaCO₂无显著差异。

**总结讨论与结论**
讨论部分指出，BHT的急性效应（如Hb升高、低氧-高碳酸刺激）可能通过重复训练累积为慢性适应，从而改善运动表现。研究A的急性表现提升（8.2%）与Hb升高和血乳酸降低相关，而研究B的慢性表现提升（7.2%）伴随Hb和SPO₂升高。与既往研究对比，BHT的递增式设计产生了更强的低氧-高碳酸负荷，可能解释了优于其他屏气协议的效果。研究结论翻译如下：
总之，一种新型屏气技术，在急性应用和3周慢性应用后，均显著提升了精英军人的运动表现，表现为做功增加、3英里跑步时间改善、最大屏气时间延长、乳酸产生减少（n=3）以及血红蛋白浓度急性（研究A）和慢性（研究B）升高。该屏气技术提供了一种低成本、可及性的训练方法，可增强即时和长期体能表现，表明其在军事及其他高需求职业中的潜在应用价值。然而，仍需剂量-反应指南和机制研究（如脾脏成像、促红细胞生成素/Hb质量）以优化方案并确定适应的持久性和范围。