Improving Endurance Exercise Performance at High Altitude: Traditional and Nontraditional Approaches

Roy M. Salgado, Benjamin J. Ryan, Afton D. Seeley, and Nisha Charkoudian US Army Research Institute of Environmental Medicine, Thermal and Mountain Medicine Division, Natick, MA

刊登于《Exercise and Sport Sciences Reviews》——2024年

与海平面相比，急性暴露于陆地高海拔环境（低压缺氧）会导致耐力表现下降。海拔高度适应一直能部分缓解这些下降，但由于后勤方面的挑战，海拔高度适应并不容易实施。我们讨论了其他非适应性干预措施对提高耐力表现的机制和影响（或缺乏影响），并对未来的研究方向提出了建议。

要点

适应海拔高度是目前部分缓解缺氧条件下耐力性能下降的最有效方法。

从加热到缺氧的交叉适应、外源性碳水化合物补充和缺血预处理并不会持续改变生理反应，从而在缺氧条件下产生酵素生成效益。

在缺氧情况下，呼吸肌训练可能会带来增效作用，但这种作用的生理机制尚不清楚。

结合干预措施来改变多个生理系统提供了一个新的研究领域，但目前还缺乏这方面的研究。

引言

众所周知，与海平面相比，在陆地海拔高度进行耐力运动时，运动成绩会受到影响。随着海拔的升高，气压降低，导致氧分压（PO2）下降（即低压缺氧；(1)）。急性高原反应会导致动脉血氧压力（PaO2）和氧气饱和度（SaO2）下降，从而导致动脉血氧含量（CaO2）随着缺氧严重程度的增加而逐渐减少。分钟通气量（VE）随缺氧剂量增加而增加，但这一反应并不能使动脉血氧饱和度完全恢复到海平面值（2）。因此，在高海拔地区，最大氧原输送量减少，耐力表现下降，其幅度取决于低氧血症的严重程度（3）。高海拔引起的耐力下降已得到充分证实（3,4），在海拔较高和持续时间较长的任务中，耐力下降幅度最大（3,4）。例如，随着海拔的急剧上升，在海拔 2100 米和 4300 米处，3 公里跑步计时赛的成绩分别下降约 10%和 40%（5,6）。持续暴露于高海拔环境中的高海拔适应性训练是最有效的传统方法，可帮助个体为适应高海拔环境做好准备（7）。

此外，多篇文笔优美、内容翔实的评论文章研究了各种预适应策略的生理机制及其对耐力表现的影响（8-11）。然而，高原适应和预适应策略对于那些前往高原的旅行者来说，实施起来可能成本高昂且具有后勤挑战性。因此，不需要暴露于低氧环境，因而在后勤上更容易实施的干预措施就显得尤为重要。人们已经投入了大量精力，通过实验测试其他干预措施对增强人体生理机能的功效，目的是（部分地）减轻高海拔地区的成绩下降（12-14）。我们在这篇观点综述中的目标是简要回顾几种干预措施背后的生理机制，详细说明其对耐力表现的影响（或缺乏影响），并为未来的研究方向找出文献中的空白。我们重点研究了不需要暴露于低氧环境（即常压或低压低氧）的干预措施，这些干预措施的生理机制是改变生理机能，而不是通过最大氧输送本身来提高低氧环境下的耐力表现。因此，我们选择了热缺氧交叉适应、呼吸肌训练、外源性碳水化合物补充和等化学预处理，其中包括针对心血管、呼吸、骨骼肌、血液和代谢适应的干预措施。在本综述中，我们将这些干预措施定义为非传统方法。首先，我们将简要回顾高海拔适应，然后简要介绍非传统方法的生理机制以及对耐力表现的影响。

我们感谢其他人在其他干预措施方面完成的重要工作，这些工作未纳入本综述，读者可参阅这些手稿（15,16）。本综述的范围不包括迄今为止为减轻缺氧时耐力表现下降而研究的所有干预措施。我们重点研究了海平面居民在急性（即 <24 小时）暴露于高海拔地区时的耐力表现。耐力表现被视为时间试验，即在规定时间内完成固定距离/功（千焦耳）或总功（千焦耳）的时间，以及在给定的固定次最大强度下达到力竭的时间。VO2 峰测试的耗竭时间不在考虑之列，因为这与特定的干预研究无关（17）。地面海拔与缺氧同义，必要时使用低压缺氧和常压缺氧。

海拔适应和对耐力表现的影响

虽然急性高原反应会立即影响运动表现（18），但高原适应可使运动表现下降 8%-37%（19-24）。高原适应会导致许多生理适应，可部分缓解急性缺氧时耐力表现的下降，部分原因是最大供氧量增加（3,25,26）。最大供氧量增加的两种典型生理适应包括血红蛋白浓度（Hb）和容氧量（VE）的增加，而最大心输出量通常在适应过程中保持不变（26）。Hb 的增加最初是由于肿瘤介导的液体从血管内向血管外转移所导致的血浆容量收缩（27）（28）。急性高纬度暴露会导致血浆促红细胞生成素浓度升高（29）。促红细胞生成素的增加被认为是缺氧诱导因子信号传导增加的结果（30）。随着时间的推移（至少一周，取决于升高的程度），总血红蛋白量的增加也会导致高海拔血红蛋白的增加（27,31）。当 PaO2 低于 60 mm Hg 时（32），肾小球化学感受器会检测到低氧血症并刺激通气（低氧通气反应）。几天内，通气适应就会实现（33），这主要是通过外周化学感受器的敏化来实现的。这种生理-病理反应导致在长时间暴露于高海拔地区时，静息通气和运动通气都会增加，从而提高 PaO2、SaO2 和 CaO2（34）。

虽然最大供氧量的增加可能是适应性介导耐力表现改善的主要机制，但其他机制也可能起作用。适应性运动可改善男性和女性的碳水化合物代谢（35,36）。有人认为，在运动过程中增加对碳水化合物的依赖可能对驯化有利，因为碳水化合物是一种比脂质或蛋白质更有效的氧气燃料（即碳水化合物每消耗一升氧气可提供更多能量）（35）。然而，并非所有研究都观察到在适应过程中碳水化合物的利用率增加（37-39）。低氧诱导因子信号的增加所驱动的分子适应也被认为有助于提高适应后的表现（40）。例如，低氧诱导因子信号可促进血管内皮生长因子的表达，从而改善毛细血管和组织的氧气输送（41）。然而，据报道，在高海拔适应过程中，骨骼肌中的血管内皮生长因子丰度和毛细血管密度并没有改变（42）。据我们所知，目前还缺乏将分子适应与高海拔地区成绩提高联系起来的直接证据。

交叉适应：热缺氧及其对耐力表现的影响

综合生理学的一个显著现象是，当暴露于完全不同的环境应激源时，一种环境应激源所诱导的适应能力会给系统带来益处，如最初在动物模型中观察到的交叉适应（43,44）。在过去的 10 年中，人们对确定热适应所诱导的适应是否会在缺氧环境中产生益处越来越感兴趣（12,13,45）。热适应可诱导多种生理适应，包括心血管、骨骼肌和血液适应，从而提高在热环境中的表现（46,47）。Heled 等人 al(48)报告了一项为期 12 天的运动前热适应实验，实验结果表明，在常压缺氧（FIO2：0.156）条件下，实验者的认知功能得到改善，血乳酸右移，SaO2 升高，但没有提供耐力表现的测量指标。迄今为止，只有三项从高温到低氧的研究专门测量了低氧条件下的耐力表现（49-51），其中两项报告称耐力表现没有改善（49,51），一项报告称耐力表现有所改善（50）（表 1）。

热适应可改善低氧条件下的耐力表现的机制包括血浆容量扩张（12）、改善运动经济性（55）、糖原疏松（47）和改变乳酸阈值（56）。血浆容量扩张可增加每搏量和心输出量，但会降低 CaO2（即血液稀释）。因此，血浆容量扩张对 VO2 峰值和表现的影响可能会受到心输出量增加与 CaO2 降低的相对幅度的影响。关于热适应诱导的血浆容量扩张是否会增加缺氧时的VO2 峰值和耐力表现，有相互矛盾的数据。有研究表明，热适应可使血浆容量增加 +1.9%，但在低压缺氧条件下，VO2峰或 16 公里自行车计时赛的成绩没有变化（49）。在低压缺氧（495 毫米汞柱）条件下，血浆容积的更大变化+8.4% 也没有改善 15 分钟的自行车计时（51）。与此相反，其他人观察到，在常压缺氧（FIO2 = 0.14）条件下，血浆容量变化+3%，16 公里自行车计时赛成绩提高约 7%（3.5 分钟），而亚最大每搏量或心输出量没有变化（50）。

这些数据相互矛盾的原因尚不清楚。血浆容量扩容 200-300 毫升（即 +7.3%）已被证明可在海平面条件下提供运动效益（57,58），尽管情况并非总是如此（59）。有趣的是，在交叉适应研究中，血浆容量的变化为 +8.4%（51），但在低压缺氧条件下并没有提高成绩。相反，血浆容量的较小变化（+3%）确实提高了在常压缺氧条件下的时间试验成绩（50）。有确凿证据表明，血浆容量扩容可增加每搏量和心输出量（57,60）；然而，对于血浆容量扩容是否可转化为海平面 VO2 峰值或耐力表现的提高（57-61），目前还存在争议。

有趣的是，一项研究报告称，在常压低氧条件下，经过热适应后，在计时赛前的亚极限运动中，SaO2 有所改善（+2 个百分单位）（50）。这些作者的理由是，较低的热速率和血浆体积膨胀降低了血液粘度，使得红细胞肺转运时间延长，从而改善了 SaO2（50）。急性高血容量（与心率降低无关）已被证明会减慢肺转运时间（62）。然而，与此相反，转运时间的延长并没有改善 SaO2（62）。其他研究尽管没有观察到低压缺氧条件下运动时心率降低的情况，但即使血浆容量发生较大变化，SaO2 也没有得到改善（）（51）。目前尚不清楚是否需要降低心率和扩大血浆容量才能改善 SaO2。

在缺氧条件下提高成绩的另一个潜在机制是提高运动经济性（在给定的工作速率下降低氧气消耗）。有人提出，热适应可通过提高肌肉效率来降低新陈代谢（55）。热应激（40°C）24 小时的 C2C12 肌细胞的解偶联蛋白 3mRNA 较低（63）。此外，热应激细胞每个线粒体的氧气消耗量较低，表明线粒体效率得到提高（63）。然而，在一些研究（50,63）而非所有研究（51）中，人体在给定固定工作速率下的全身氧气消耗量是不变的。运动经济性的变化是名义上的 2.1%（或-0.035 L-min-1 VO2），对高海拔地区的计时赛成绩没有好处（51）。

热适应对缺氧条件下肌肉代谢和运动表现的影响相对而言尚未得到研究。事实证明，热适应会改变骨骼肌的新陈代谢（55）。例如，在相同的给定工作速率下，热适应会降低血液中的乳酸（64,65）。此外，乳酸阈值的提高至少部分解释了热适应后在凉爽环境中耐力表现的改善（56）。然而，Lee 等人（50）发现，热适应后，在常压缺氧条件下进行亚极限运动时，血乳酸较低，尽管在统计学上没有显著意义。热适应后，运动后的肌糖原利用率降低了 47%-50%（66,67），这导致了肌糖原稀释（66）。这种适应性可减少在高温下运动时对碳水化合物的依赖，并节省肌肉糖原，从而延缓肌肉疲劳（65），提高运动表现。然而，值得注意的是，肌糖原利用的减少并不能完全被脂质氧化的增加所抵消（67）。尽管如此，目前还不清楚热适应诱导的肌糖原节约是否对缺氧时的表现有好处，因为没有研究专门讨论过这一潜在机制。在缺氧情况下，外源性葡萄糖的利用会受到抑制（68），机体必须依赖内源性底物来源，因此这种适应可能非常重要。

关于从高温到低氧的交叉适应对运动表现的影响，现有数据均来自男性（49-51）。因此，尚不清楚女性在缺氧环境中进行运动时，热适应是有积极影响还是消极影响。目前的数据表明，男性和女性对热的适应性相似（69-73）。其特点是，从热适应前到热适应后，两性的心率和核心体温变化相似。然而，这一点并没有被一致地观察到，因为一些研究报告称，与男性相比，女性在热适应前到热适应后的核心温度（74,75）和心率变化更大（因此适应幅度更大）。只有一项研究评估了热适应后男性和女性血浆容量的变化（70）。在该研究中，男性和女性完成了为期 3 周的正常运动，加上运动后约 30 分钟的桑拿浴（38.3°C-42.2°C），作者没有发现男性和女性在血浆容量或 VO2 峰值变化方面存在任何差异。鉴于这些数据，可以推测热适应不会改变女性在缺氧中的表现。然而，由于男女之间没有直接的比较，因此研究女性在缺氧情况下的热适应和运动反应的影响非常重要。目前关于男性和女性热适应性比较的研究受到热适应方案类型（固定工作率与控制性高热）的限制，因为热适应方案可能会引起不同的热负荷、体能水平差异、体表质量比和月经周期。未来的研究应控制这些因素，以更好地了解热适应的影响和女性对缺氧的运动反应。

对未来研究的建议

总之，就缺氧条件下耐力表现的益处而言，现有数据并不支持从高温到缺氧的交叉适应。不过，文献中的一些空白为今后的研究提供了方向。首先，热适应对肌肉代谢和低氧运动表现的影响尚不明确。在许多情况下，人们必须同时进行长时间的亚极限和高强度运动，这可能会耗尽内源性葡萄糖和肌糖原储存，从而影响缺氧状态下的运动表现。未来的研究应探讨热适应诱导的糖原储备是否能延缓肌肉疲劳并改善缺氧情况下剧烈运动的表现。考虑到急性高原反应会抑制运动过程中外源性葡萄糖的利用（将在下文讨论），这一点尤为重要。其次，了解热适应是否存在性别差异，以及这些差异是否会在缺氧运动中体现出来也很重要。研究人员应考虑使用单位体重（即 W-kg-1）产生相同热量的热适应方案，以控制体表质量比和体能水平的差异（76），并考虑月经周期。

呼吸肌训练与耐力表现

暴露在缺氧环境中会导致通气反应增加，因此在给定的工作速率下，高海拔地区的VE 比海平面地区更高（77）。VE 增加会导致呼吸肌呼吸功增加（78），从而增加呼吸的氧气成本（79），导致呼吸肌疲劳（80,81）和耐力表现受损（78）。

VE 增加导致肌肉疲劳的机制很复杂，但很可能归因于呼吸肌代谢反射（82,83）。高通气需求和呼吸功的增加导致代谢物在呼吸肌中积聚，刺激 IV 型传入纤维（84,85）。其结果是交感神经血管收缩活动增加，使呼吸肌的血流量增加，而运动肌的血流量减少，导致疲劳，从而影响运动表现（86,87）。呼吸肌具有高度可塑性，能够适应运动训练刺激。在这种情况下，呼吸肌训练是改善缺氧时耐力表现的一种拟议策略，其作用机制是减弱呼吸代谢反射。事实上，在海平面上，呼吸肌训练可减弱呼吸代谢反射，这表现在吸气肌训练前后心率和平均动脉压降低（88）以及运动肢体的血流量增加（89）。呼吸肌训练一词同时用于吸气肌训练和自愿性等压过度呼吸。最近有一篇综述探讨了呼吸肌训练对提高缺氧情况下耐力表现的作用（14）。此后，又有相关论文发表。迄今为止，已有七项研究调查了呼吸肌训练对低氧状态下耐力表现的影响，其中四项研究报告称呼吸肌训练改善了耐力表现（90-93），三项研究报告称呼吸肌训练没有改善耐力表现（94-96）（表 2）。

Downey 及其同事在常压缺氧（FIO2：0.14）条件下使用吸气口压峰值评估了吸气肌训练对呼吸肌疲劳的影响（94）。在为期 4 周的吸气肌训练方案后，对照组的吸气口腔压力峰值从训练前到训练后没有变化，而吸气肌训练组的吸气口腔压力峰值显著增加了 +7.5%，表明呼吸肌疲劳减轻。吸气肌训练组的膈肌厚度和吸气肌力量也有所增加。虽然训练似乎减轻了呼吸肌疲劳并增加了吸气肌力量，但吸气肌训练组和对照组在跑步机上85% VO2peak的耗竭时间并无差异，这表明训练并没有提高耐力表现。

Wheelock 等人（93）比较了阻力呼吸肌训练和耐力呼吸肌训练对低压缺氧（3657 米，483 毫米汞柱）条件下耐力表现的影响。阻力呼吸肌训练和耐力呼吸肌训练都能将55% VO2 峰值下的循环耗竭时间显著延长21%。Hursh 等人（92）也报告说，为期 6 周的吸气肌肉训练（6 周，每周 3×流阻力训练）增强了呼吸肌的力量和耐力，从而在常压缺氧（FIO2：0.160）条件下，使 20 公里自行车计时赛成绩有了微小（1.4%）但显著的提高。同样，Chambault等人观察到，在常压缺氧条件下（FIO2：0.135），经过 4 周的自主吸气过度呼吸训练（5 天-一周-1 30 分钟-一天-1），10 公里自行车计时赛成绩提高了16%（90）。与此形成对比的是，Salazar-Martinez 报告称，为期 6 周的吸气肌肉训练（30 次最大吸气，每天 2×，持续 5 天）使训练组的吸气口腔压力峰值增加了 28%，而对照组没有变化，但两组在10 分钟循环时间试验中没有差异。

评估缺氧情况下呼吸肌训练后呼吸肌代谢反射反应变化的数据有限。作为呼吸代谢反射的一部分，呼吸困难和努力感提供了机制反馈（82）。呼吸肌训练可减少 VE 值，降低努力感和呼吸困难，但并不能提高成绩（94）。然而，在提高成绩的研究中，观察到更高的 VE（+11%-50%）（91,92），而感知到的努力或呼吸困难没有变化（92）。这些研究结果表明，个人可以在不改变呼吸感知的情况下达到并维持更高的VE 率。作者认为，在特定 VE 下呼吸困难的减轻可能是呼吸肌力量增强的结果。

在剧烈运动时，血液中乳酸等代谢物的增加和积累被认为会启动再呼吸代谢反射反应。在海平面条件下，呼吸肌训练后可观察到乳酸减少（97,98），这归因于乳酸清除率提高（98）。较低的循环血乳酸会导致较少的累积，这可能会减弱反射性血管收缩反应，从而维持运动肌肉的血流量。与海平面相比，在急性海拔高度暴露期间，运动时的血乳酸更高（68）。因此，呼吸肌训练可降低血乳酸，减弱呼吸代谢反射。然而，只有一项研究测量了血液乳酸，并观察到对照组和吸气肌训练组在训练前后没有变化（94）。

对未来研究的建议

总之，尽管并不完全清楚，但数据表明呼吸肌训练可能通过减弱呼吸代谢反射而部分减轻缺氧时的成绩下降。然而，现有研究缺乏呼吸肌疲劳的测量指标和呼吸代谢反射的生理标志物（即心率或血压、代谢物），因此无法提供机理方面的见解。报告改善情况的呼吸肌训练研究使用了吸气肌训练和自愿等压过度呼吸，并报告了呼吸肌力量和耐力表现的改善情况。

到高海拔地区旅行的人通常会在胸腔和肩膀上背负一个负重背包作为外部负荷。之前的评论详细阐述了负重对运动的生理-逻辑影响（99,100），以及在海平面使用再呼吸肌训练来减弱这些反应（99）。简而言之，外部负荷会导致胸壁受限，阻碍通气（100,101）。因此，负荷搬运会减少肺容量（102），导致通气受限，从而进一步增加呼吸功和呼吸肌疲劳，降低运动能力（103）。负荷搬运加上高海拔地区的过度换气会进一步增加呼吸功和呼吸肌疲劳。然而，据我们所知，还没有研究评估呼吸肌训练是否能减弱呼吸代谢反射对低氧条件下负重耐力表现的影响。

与身高相匹配的男性相比，女性的生命容量和气道直径较小，因此女性的平均呼气流量限制更大（104）。因此，与男性相比，女性的呼吸功更大（104），在缺氧时可能更容易出现呼吸肌疲劳（105）。由于女性的呼吸肌疲劳程度更高，因此与男性相比，呼吸肌训练可能会更有效地改善缺氧时的表现。迄今为止，只有一项研究专门调查了呼吸肌训练对常压缺氧（FIO2：0.135）条件下耐力表现的性别特异性影响（90）。Chambault 及其同事让 7 名男性和 7 名女性完成了为期 4 周的自愿等压高呼吸训练。与男性相比，女性在训练后的 10 公里自行车计时赛中表现出更大的进步。不过，两组的基线体力活动水平并不匹配（男性：154 分钟-周-1 对女性：80 分钟-周-1），这表明女性可能经历了更大的训练效果。未来的研究应包括训练状况相似的男性和女性。此外，骑自行车和跑步的通气模式不同，因此应评估运动模式的潜在差异。

外源性碳水化合物与耐力表现

与海平面相比（38,106），在给定绝对工作率的情况下，高海拔（急性）运动对碳水化合物氧化的依赖更大。代谢需求的增加加上对内源性碳水化合物的更大依赖，意味着在高海拔地区锻炼的人更有可能提前出现疲劳，从而因内源性葡萄糖耗竭而导致耐力表现下降。关于外源性碳水化合物可改善海平面（107）和低氧状态（108）下运动表现的详细机制，我们已在前文中进行了回顾。简而言之，外源性碳水化合物可通过维持血糖、碳水化合物氧化和备用糖原储备来提高运动表现（109）。然而，有证据表明，补充外源性碳水化合物并不能为低氧环境下的耐力运动带来益处（19,52-54）。

Caris 等人研究了在常压缺氧（FIO2：0.135）条件下，以 70% VO2 峰值计算跑步机耗竭时间时补充碳水化合物（麦芽糊精，8% 溶液，每 20 分钟加入 200 毫升）的效果（52）。安慰剂组（27.6 分钟）和汽车-碳水化合物组（29.2 分钟）的耗竭时间没有差异。Liao 及其同事评估了在常压缺氧（FIO2：0.163）条件下补充（葡萄糖，6% 溶液 2 毫升/公斤/15 分钟）和不补充（安慰剂）碳水化合物的 40 公里自行车计时赛成绩（54）。与海平面试验相比，碳水化合物组和安慰剂组的计时试验时间减少百分比（约3.5%）和平均功率输出（约 200瓦）没有差异。在Bradbury 等人的研究中，志愿者首先在海平面和海拔高度下以相同的绝对工作率完成了 80 分钟的稳态运动，随后在低压缺氧（460 毫米汞柱）条件下进行了 3.2 公里的跑步机计时赛（19）。在进行亚极限运动时，摄入果糖+葡萄糖（65.25 克果糖+79.75 克葡萄糖）的组合为 1.8 克/分钟-1（19,68），以最大限度地提高外源性碳水化合物的氧化率（110）。即使使用果糖+葡萄糖来优化外源性碳水化合物氧化，3.2 公里计时赛成绩在碳水化合物组和安慰剂组之间也没有差异。最近，Griffths等人让志愿者在海平面和海拔高度（50% VO2 峰值）以相同的相对强度运动 90 分钟，然后在常压缺氧（FIO2：0.117）条件下进行 3 公里跑步机计时赛。在次极限运动期间，以 1.2 克/分钟-1 的速度摄入葡萄糖（108 克），但安慰剂组和碳水化合物组的计时赛成绩没有差异。

目前还不清楚为什么外源性碳水化合物不能改善缺氧状态下的运动表现。摄入外源性碳水化合物后，血浆葡萄糖含量更高（53,68），碳水化合物总氧化量也更高（68），但只是在空腹状态下高于进食状态（53）。外源性碳水化合物组和安慰剂组之间的肌糖原氧化作用没有差异（53）。这些研究中的成绩测试持续时间和/或强度可能不够长（19,52-54），因此外源性碳水化合物可能没有优势。除了一项研究通过 70% VO2 峰值下的力竭时间（29.2 分钟才达到力竭）来衡量运动表现外（52），其他研究通过 3 公里和 3.2 公里跑步机计时赛以及 40 公里自行车计时赛来评估运动表现（19,53,54）。Liao 等人只报告了 40 公里计时赛相对于海平面的百分比变化，但指出志愿者的个人最好成绩为61.8 分钟（54）。使用 3 公里和 3.2 公里计时赛的两项研究分别让志愿者先进行 90 分钟（50% VO2 峰值）和 80 分钟（约 60% VO2 峰值）的亚极限前运动（19,53）。在这些研究中，尚不清楚志愿者进行计时赛时的VO2 峰百分比。在海平面上，身体健康但未受过训练的人群进行 3.2 公里计时赛时的平均强度为 81% VO2peak，峰值达到 95% VO2peak（111）。比赛持续时间从约 29 分钟到约 126 分钟不等（次极限+计时赛），强度潜能值大于 70% VO2peak。至少在海平面上，外源性碳水化合物可提高 90 分钟计时赛的成绩（112）。

另一个可能的解释是，与海平面相比，海拔高度抑制了外源性碳水化合物氧化（68,113），因此对总能量产生的贡献较小（68,113）。虽然其他研究评估了外源性葡萄糖氧化与安慰剂组（无差异）的比较，但没有进行海平面试验（53）。因此，这项研究无法解释海拔高度是否会抑制外源性碳水化合物氧化。然而，外源性碳水化合物氧化受到抑制的原因是海拔高度引起的胰岛素抵抗，其特点是与海平面相比，海拔高度的血浆葡萄糖和胰岛素较高，代谢清除率较低（113）。这种反应可能解释了为什么在高海拔地区摄入外源性碳水化合物并不能带来增效作用。不过，值得注意的是，外源性碳水化合物和安慰剂的运动表现在海平面（即没有高海拔引起的胰岛素抵抗）和在高海拔地区 22 天后并无不同，因为适应高海拔会减轻外源性碳水化合物氧化的抑制作用（19,68）。然而，胰岛素增敏剂Pi-oglitazone 最近被用作一种干预措施，通过潜在地减轻高海拔引起的胰岛素抵抗来增强外源性葡萄糖氧化（114）。然而，使用或不使用吡格列酮，血浆葡萄糖、胰岛素和代谢清除率都是一样的。这些作者认为，可能是不同的机制导致了缺氧诱导的胰岛素抵抗（114）。另外，Margolis 等人提出，低氧血症（高原暴露）引起的外周化学感受器和颈动脉体激活（114）刺激交感神经系统可能会导致胰岛素抵抗（114,115），因为交感神经抑制（通过氯尼丁，一种减少肾上腺素和去甲肾上腺素释放的药物）可减轻低氧时的胰岛素抵抗（115）。

关于外源性碳水化合物是否能提高高海拔地区运动表现的研究只包括男性。因此，对于女性而言，尚不清楚在低氧环境下这种内源性干预是否会带来运动机能方面的益处。尽管数据有限，但目前的数据表明，与海平面相比，女性在高海拔地区的胰岛素敏感性也会下降（36）。然而，与男性相比，女性在海拔高度引起的胰岛素抵抗的程度尚不清楚，因为没有研究直接评估是否存在性别差异以及对运动表现的潜在影响。在海平面上，女性的胰岛素敏感性优于男性（116）。目前还不清楚这种生理-病理反应是否会延续到低氧环境中。

对未来研究的建议

总之，在低氧环境下进行运动时摄入的外源性碳水化合物似乎并不能为高海拔地区的耐力表现带来益处。原因尚不清楚，但可能归因于两个因素。首先，测试持续时间和/或运动强度可能不够长，不足以扰乱新陈代谢，从而需要外源性碳水化合物。未来的研究应使用更长的持续时间和/或更高的强度。其次，虽然胰岛素增敏剂无法减轻这种反应，但急性高原反应引起的胰岛素抵抗可能限制了外源性碳水化合物的摄入，从而限制了氧化作用。相比之下，即使外源性碳水化合物氧化没有受到抑制（即在海平面或高海拔适应后），成绩也不会比安慰剂有所提高。我们需要更好地了解高海拔引起的胰岛素抵抗对运动表现的影响。为此，还需要其他干预措施来减轻高海拔引起的胰岛素抵抗，一些数据表明，交感神经系统可能是缺氧时胰岛素抵抗的介导因素。未来有必要对交感神经系统的激活和抑制、外源性碳水化合物代谢和运动表现反应之间的。在有关碳水化合物摄入量影响的科学研究中，以及在海平面和缺氧条件下与男性的比较中，明显缺乏女性代表（117）。在海平面上，男性更依赖碳水化合物，而女性则依赖脂质作为能量基质（118）。今后的工作应重点关注急性缺氧暴露期间外源性碳水化合物（及其他底物利用）的性别差异，以及海拔高度诱导的胰岛素抵抗可能产生的作用。

缺血预处理与缺氧条件下的耐力表现

缺血预处理包括在运动前反复进行近端肢体闭塞，引起缺血和局部组织缺氧，然后再进行再灌注和充血。急性缺血预处理通常包括在静息状态下 3-4 个周期、5 分钟的收缩期上段闭塞和 5 分钟的再灌注，而有些研究则要求在 5-7 天内每天重复使用这种急性缺血预处理。在海平面上，急性缺血预处理与运动表现的改善有关，改善幅度从 ~1% 到 3% 不等（119），包括 100 米游泳时间（120）、5 公里跑步表现（121）、5 公里自行车计时赛（122）、375 千焦自行车计时赛（123）和自行车耗竭时间表现（124）的改善。这些改善的生理学作用机制包括局部血液输送的潜在增加（125）和/或氧气提取的增强（126）。关于缺血预处理在缺氧条件下提高耐力表现的生理意义，读者可参考 Billaut（127）的研究成果（表 3）。

缺氧严重限制了肺泡和/或运动肌肉微血管的氧气扩散（132）。缺血预处理的早期工作重点是减少急性登山病症状的发生（129,130），以及利用海平面氧合和氧利用的优势来提高运动表现。在上升到陆地高度（约4342 米）和暴露于常压缺氧环境（1200米，FIO2:0.180 和 2400 米，FIO2:0.154）之前，分别进行 5 天缺血预处理（130）和单次缺血预处理（131），都有利于提高耐力运动成绩。Foster 等人（130）进行了为期 5 天、每次 4× 5 分钟的单大腿闭气（200 毫米汞柱），将 12.8 公里的跑步时间（从 3560 米上升到 4342 米）缩短了约 7%。由于在高海拔地区收集数据存在困难，研究人员无法评估运动过程中的SaO2；但是，在海拔 4342 米处运动后，SaO2 似乎增加了约 5%。这一增加归因于肺动脉收缩压和平均肺动脉压的降低。Paradis-Deschenes等人的研究还表明，在海平面进行缺血预处理后，常压缺氧条件下的 5 公里自行车计时赛成绩有所提高至 1200 米（-5.2 秒），在 2400 米（-7.3 秒）时效果更大，这些海拔高度尤其适合体育比赛（131）。特别是在 2400 米处，在 3× 5 分钟的双大腿急性缺血预处理暴露后，计时赛后半段的功率输出提高了 4.6%，同时伴随着 SaO2 的升高、组织饱和度 in-dex 的降低（这是肌肉氧合的一种测量方法）以及感觉用力的减少。

尽管很有希望，但假设在前往高海拔地区之前在海平面进行缺血预处理显然是不切实际的（133）。随后进行的研究利用了在运动表现前进行急性缺血预处理并叠加常压低氧的方法，但在模拟海拔约 2500 米的常压低氧条件下进行的单次5 公里自行车计时赛中，研究人员未能证明该方法有促进运动的作用（122,128）。(128）研究表明，在常压低氧环境下（FIO2：0.16），急性双大腿低氧缺血预处理（3× 5，220 毫米汞柱）可减轻连续两次计时赛之间 5 公里自行车计时赛成绩的下降，同时运动侧阔肌的测量血容量和脱氧程度更高。在海拔 2500 米进行中等强度的次极限运动时（15% 低气体交换阈值），脱氧血红蛋白/肌红蛋白也出现了类似的增加，这表明在海平面上缺血预处理所带来的氧萃取益处在某种程度上似乎可以扩展到常压缺氧条件下。不过，还需要更多的研究来了解运动强度和/或低氧血症的程度是否会影响急性缺血预处理对运动能力的影响。

为了改善缺氧条件下的运动表现，连续数天服用肢体缺血预处理药物的研究迄今为止还很少。在相当于约 5750 米的常压缺氧条件下，在连续斜坡测试中，δ效率提高了约 5%，在缺氧运动开始时，肌肉氧气输送-利用匹配似乎得到了增强，在 100 瓦的稳态自行车运动中，腓肠肌氧气萃取减少了（134）。双大腿缺血预处理 7 天后，在较轻的常压缺氧条件下（约 3200 米）进行稳态自行车运动时，也会引起阔肌组织饱和度指数降低（135）。总之，这些结果表明，与急性缺血预处理相比，反复暴露于缺血预处理可能会对线粒体氧利用产生不同的影响。更具体地说，重复缺血预处理诱导的线粒体效率改善可能是由血管内皮生长/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶 3/过氧化物酶体增殖激活受体γ辅助激活剂 1-α（136,137）或活性氧激活 AMP 激活蛋白激酶途径（138）介导的。

对未来研究的建议

有必要开展进一步研究，以具体评估每天重复进行缺血预处理对缺氧条件下耐力运动表现的潜在影响。缺血预处理暴露的 "剂量 "或应用缺血预处理的天数只是众多变量中的一个，这些变量包括闭塞压力、缺血预处理周期数、给药与开始运动之间的延迟，以及缺血预处理在常氧与缺氧状态下的给药情况，这些变量可能会导致难以确定最稳定的增强耐力的缺血预处理程序。最后，值得注意的是，每项以耐力表现为重点的缺血预处理研究都主要使用了男性志愿者，这表明我们对缺血预处理作为女性高海拔表现提升策略的认识还存在很大的科学差距（图 1）。

促进进步的观点

综合干预措施

为尽量减少高海拔地区耐力表现下降而进行的研究通常采用单一干预方法。这种方法可以研究特定干预措施对高海拔人群生理学和耐力表现的影响，并控制干扰因素。在这种情况下，疗效有限的独立干预措施与一种或多种干预措施相结合，可能会产生有益的效果。临床医学中的一个例子是，在治疗高血压的过程中，通过联合用药来达到治疗目的（139）。

高海拔适应过程中会出现许多生理反应和适应，使人类能够在高海拔地区发挥作用，其中VE和Hb的增加发挥了关键作用。因此，将干预措施结合起来是有意义的，因为这样可以全面针对人体生理的综合机制，诱发表型结果。例如，研究人员使用甲氮唑胺（一种碳酸酐酶抑制剂，可通过增加通气量改善高海拔地区的 SaO2 和 PaO2）与氨茶碱（一种支气管扩张剂，其作用机制为非选择性磷酸二酯酶抑制剂和腺苷受体拮抗剂）相结合，以减轻缺氧时的成绩下降。然而，有关运动表现的结果却相互矛盾（140,141）。同样，联合干预应针对增加通气和方法，正如最近的一项病例研究（142）所报告的那样，从而增加氧气输送。在单一干预方法可能效果不佳的情况下，联合干预可能会为减轻海拔引起的成绩下降提供一个未来的方向。

低压缺氧与常压缺氧及干预研究

陆地海拔高度带来了独特的生理压力，即气压降低和低压缺氧。然而，由于低压缺氧研究带来的后勤和成本负担，通常需要进行常压缺氧研究。在常压缺氧情况下，降低 FIO2 而不改变气压，就能产生与特定海拔相同的 PO2。在过去十年中，人们一直在争论（143-146）低压缺氧和常压缺氧是否会引起相同的生理反应和适应。虽然两种缺氧压力下运动时的生理反应各不相同（147,148），但耐力表现数据明确表明，相对于海平面，低压缺氧下耐力表现的下降幅度（33%-65%）大于常压缺氧下的下降幅度（24%-36%）（147,148）。

如果耐力表现的下降在常压和低压缺氧条件下确实不同，那么一个合理的问题是，特定干预措施的效果在两种条件下是否不同。在这种情况下，我们认识到所有缺氧研究的价值和重要性，以及常压和低压缺氧研究在后勤方面所面临的挑战。然而，实际上，当军人、救援人员、运动员等人群前往山区时，他们会经历低压缺氧。因此，了解在不同的缺氧环境中，干预措施是否具有不同的功效至关重要。最后，我们感谢在本综述中进行重要研究的同行们，并期待着未来就提高高海拔地区运动表现的最佳方法展开讨论和辩论。

表1.关于从高温到缺氧的交叉适应以及外源碳水化合物对缺氧条件下耐力表现的研究。

表2.有关缺氧条件下呼吸肌训练和耐力表现的研究。

表3.有关缺血预处理和缺氧条件下耐力表现的研究。

图1.高海拔适应（AA）、热适应（HA）、呼吸肌训练（RMT）、外源性碳水化合物补充和缺血预处理（IPC）可减轻高海拔引起的耐力表现下降的机制示意图。AA可诱导通气适应并增加红细胞，最终改善最大氧输送。HA 可增加肺活量和心输出量，被认为可提高峰值摄氧量（VO2peak），改善血氧饱和度（SaO2）和肌肉血流量。RMT可减少呼吸功（WOB），从而减弱呼吸代谢反射反应。补充外源性碳水化合物可节省内源性碳水化合物的供应，从而延缓疲劳。IPC可增加局部供血量，提高氧气汲取率。黑色箭头表示其作用机制似乎可减轻高海拔引起的耐力表现下降。黄色箭头表示缺乏证据证明该机制可减轻高海拔引起的耐力下降。红色箭头表示该机制似乎不能缓解海拔引起的耐力表现下降。缩写：缩写：EPO，促红细胞生成素；O2，氧气；PASP，肺动脉收缩压；PV，血浆容量；RBC，红细胞；RPE，体力消耗等级。(图使用BioRender 绘制）。