蹼泳运动中短期饮用富氢水的效果研究

 摘要

蹼泳是一项高速水上运动，运动员可在水面或水下使用不同硬度的单蹼或双蹼完成动作。单蹼项目的推进力主要来自下肢运动与躯干的波浪式摆动，全程通过呼吸管换气。正式蹼泳比赛通常采用上午预赛、下午决赛的赛制，与传统游泳赛事结构一致。运动员往往需要在一天内参加多场预赛，因此高效的赛后恢复策略对重复发挥运动表现至关重要。

蹼泳同时依赖无氧与有氧供能系统，随着比赛距离增加（200–1500米水面蹼泳），有氧代谢的占比显著上升，且有氧供能比例存在性别差异。剧烈运动如蹼泳会导致血乳酸堆积，这与肌肉疲劳及部分情况下的运动表现下降间接相关。高强度运动可提升活性氧与活性氮类物质的生成，可能超出机体抗氧化防御能力，进而引发氧化应激。高水平活性氧与活性氮与肌肉功能受损、恢复延迟密切相关。为促进运动后恢复并优化重复运动表现，学界已采用多种干预手段，包括营养补充、补水、低温疗法、水中浸泡、按摩与主动恢复等；此外，肌酸、β-丙氨酸、咖啡因、碳酸氢钠等运动营养补剂也被广泛推荐。

Hydrogen-Rich Water as a Performance-Enhancing Aid in National-Level Finswimmers: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Crossover Study in: International Journal of Sports Physiology and Performance - Ahead of print

近年来，分子氢（H₂）成为一种具有潜力的运动营养补剂，有望提升运动表现、缓解疲劳、促进运动后恢复。分子氢分子体积小、扩散性强，可快速穿透生物膜进入线粒体，有助于维持氧化还原稳态、增强氧化磷酸化作用。同时，分子氢可选择性清除羟基自由基、过氧亚硝酸盐等有害活性氧与活性氮，同时保留过氧化氢、超氧阴离子等关键信号分子。另有研究表明，分子氢可改善运动及运动后乳酸清除、减轻炎症、调节博格自觉用力程度评分（RPE）所反映的主观疲劳感。但相关研究结论并不一致，部分研究显示其对生理指标与运动表现无显著影响，也有研究证实其有益效果。对运动员而言，饮用富氢水（HRW）是安全的分子氢补充方式，且分子氢未被列入2025年世界反兴奋剂机构禁用清单。

400米水面蹼泳项目中，有氧代谢对三磷酸腺苷（ATP）再合成的贡献占比极高。基于分子氢可改善线粒体功能、促进乳酸代谢的证据，短期补充分子氢理论上可提升400米水面蹼泳表现。因此，本研究的主要目的是探讨饮用富氢水能否提升国家级蹼泳运动员的400米水面蹼泳成绩；次要目的是评估富氢水对血乳酸水平、自觉用力程度评分及氧化应激标志物的影响。

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方法

受试者

依据运动水平分级，本研究招募14名捷克国家级单蹼蹼泳运动员。1名运动员在富氢水/安慰剂组洗脱期后因伤退出，1名运动员在安慰剂/富氢水组洗脱期后因病退出，最终有效样本为12人（女性8人、男性4人）。纳入标准：非吸烟者，长期系统训练并参加国际蹼泳赛事，无心血管、肺部及代谢疾病；测试前3周及整个测试期间未使用任何膳食补充剂；测试前24小时避免剧烈运动、饮酒与摄入咖啡因。出现急性健康问题或未遵守要求者被排除。受试者基本特征见表1。人体测量数据采用Soehnle 7307体重秤与BC-418 MA生物电阻抗仪测定。本研究经帕拉茨基大学体育学院伦理委员会批准（批准号11/2023），遵循《赫尔辛基宣言》，所有受试者签署书面知情同意书。受试者在首次测试前、两次测试之间均执行相同训练微周期，全程保持一致饮食。

表1 国家级男女蹼泳运动员基本特征

 实验方案

实验方案（图1）已在ClinicalTrials.gov注册（NCT05799911）。基线评估于早7点开始，上午9–11点进行蹼泳测试，包含3组高强度间歇训练，每组为4次50米水面蹼泳冲刺，每次冲刺含休息共1分钟；组间及最后一组结束后完成300米主动恢复，总放松时间12分钟。下午5–6点进行400米水面蹼泳计时赛，赛后完成300米主动恢复。每次训练前进行1400米热身。同时设置4×50米冲刺与400米计时赛，可分别评估富氢水在训练（高强度间歇）与比赛（400米项目）场景下的效果。两次测试间隔1周洗脱期，与既往研究一致。

 富氢水与安慰剂干预

富氢水（Aquastamina‑R）与安慰剂水（Aquastamina‑H₂ free，Nutristamina）均为420 mL密封铝塑包装。水质指标：富氢水/安慰剂pH值7.9/7.7，氧化还原电位−652/+170 mV，温度20/20℃，溶解氢浓度0.9/0.0 ppm。分子氢无色无味，受试者无法区分富氢水与安慰剂，包装仅以不同批号区分，实验结束前制造商对批号信息保密。干预方案：测试前3天每日饮用1260 mL，分早、中、晚3次，每次420 mL；测试当天，上午训练前饮用420 mL，每组冲刺间、放松后共饮用820 mL；下午训练前即刻及训练后1小时各饮用420 mL；睡前1小时饮用最后420 mL。采用随机数字生成器将受试者随机分为富氢水→安慰剂组或安慰剂→富氢水组。

 蹼泳表现评估

依据蹼泳竞赛规则，以计时成绩评定运动表现。使用卡西欧HS‑80TW‑1EF秒表计时：50米冲刺由3名合格计时员记录，取中位数；400米由2名计时员记录，取较慢成绩。

 血乳酸、自觉用力程度评分与氧化应激检测

血乳酸浓度采用Lactate Scout+分析仪测定5μL毛细血管血样。运动后即刻采用改良博格量表（1分=完全无疲劳，10分=极度疲劳）记录自觉用力程度评分。

氧化应激水平以血浆蛋白羰基含量为标志物。前臂静脉采血5mL，室温下2000×g离心10分钟分离血浆。采用2,4‑二硝基苯肼显色法结合商业试剂盒（MAK094，Merck）测定蛋白羰基含量：20μL样本与80μL水、100μL显色剂混匀，室温孵育10分钟；加入30μL 87%三氯乙酸，冰浴5分钟；12000×g离心2分钟，沉淀用冷丙酮重悬，超声30秒、−20℃孵育5分钟，再次离心；沉淀用6M盐酸胍溶解，采用Infinite 200 Pro酶标仪在375nm处测定吸光度。样本总蛋白含量采用二喹啉甲酸法测定。

 统计学分析

数据以均值±标准差表示，富氢水组与安慰剂组的成绩变化以百分比呈现。以0.4%作为竞技游泳表现有实质意义的最小有意义变化值（SWC，即比赛间变异系数的1/2）。采用夏皮罗‑威尔克检验验证正态性，双因素重复测量方差分析（干预×阶段）评估组间差异，球形度检验不满足时采用格林豪斯‑基塞尔校正，事后检验采用费舍尔检验，效应量采用科恩d值（0.0–0.24=极小，0.25–0.49=小，0.5–1.0=中等，≥1.0=大）。使用MATLAB R2024b分析，P<0.05为差异有统计学意义。

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 结果

所有指标均符合正态分布（所有P≥0.063）；除蛋白羰基外，其余指标球形度检验均不满足（所有P≤0.038），采用格林豪斯‑基塞尔校正。

 富氢水对蹼泳表现的影响

50米水面冲刺成绩在富氢水组与安慰剂组间无显著差异，干预主效应（P=0.12）、交互效应（P=0.89）均不显著，仅阶段主效应显著（P<0.001）。合并12次冲刺成绩后，富氢水组平均提升0.5%（−0.2%~1.1%），接近最小有意义变化值，但差异不显著（P=0.12）。

表2 富氢水组与安慰剂组蹼泳表现及生理指标变化

富氢水使400米水面蹼泳成绩显著提升0.6%（0.2%~0.9%，P=0.003），为最小有意义变化值的1.5倍。个体反应显示，8名运动员（女5、男3）对富氢水呈阳性反应（成绩提升≥最小有意义变化值），4名运动员（女3、男1）无反应。

 富氢水对血乳酸、自觉用力程度评分及蛋白羰基的影响

与安慰剂组相比，富氢水组血乳酸、自觉用力程度评分、血浆蛋白羰基水平均无显著差异（所有P≥0.12），效应量均为小量级（所有|d|≤0.49）。血乳酸仅阶段主效应显著（P<0.001），干预主效应（P=0.16）、交互效应（P=0.66）不显著；自觉用力程度评分仅阶段主效应显著（P=0.003），干预主效应（P=0.61）、交互效应（P=0.69）不显著；血浆蛋白羰基的干预、阶段、交互效应均不显著（P均>0.05）。

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 讨论

本研究探讨短期补充富氢水对国家级蹼泳运动员运动表现、生理及主观指标的影响，核心发现：（1）4天富氢水补充显著提升400米水面蹼泳成绩；（2）富氢水对重复高强度冲刺无明显抗疲劳效果；（3）富氢水对运动后血乳酸、自觉用力程度评分及氧化应激标志物无显著影响。400米成绩的提升对运动员与教练具有实际应用价值，但富氢水的作用机制与广泛生理效应仍需深入探究。

部分研究显示，富氢水可提升训练人群的峰值力矩、纵跳成绩、重复冲刺能力等表现相关指标，但针对高水平运动员专项运动表现的证据仍不足。本研究首次证实，富氢水可显著提升国家级运动员的专项运动表现：4天累计饮用5460 mL富氢水，使400米水面蹼泳成绩提升0.6%。代谢层面，4–5分钟的高强度蹼泳（如400米项目）有氧供能占比达60%–70%，女性有氧占比高于男性。体外研究表明，分子氢可提升电子传递链效率、增加线粒体耗氧量、增强氧化磷酸化与ATP合成。尽管富氢水组400米成绩更好，但血乳酸水平与安慰剂组无差异，提示成绩提升可能源于分子氢介导的抗疲劳效应，即通过增强有氧ATP合成实现，且未伴随乳酸、氢离子等无氧代谢产物的增加或清除效率提升。

下午400米成绩提升可能与连续4天富氢水干预的预处理效应有关。分子氢被视为模拟运动的生物活性气体，对细胞氧化还原平衡具有双重调节作用。既往研究表明，分子氢可改善线粒体功能、诱导轻度氧化应激，进而激活核因子E2相关因子2，启动适应性抗氧化反应。高强度间歇训练中过量活性氧与活性氮生成、运动性肌肉损伤可引发氧化应激，损伤线粒体效率与细胞结构，降低肌肉表现。因此，分子氢的预处理效应可能上调内源性抗氧化通路，增强机体对运动性氧化应激的耐受，促进上午高强度训练后的恢复，进而提升下午比赛表现。

与400米项目不同，富氢水对上午重复50米冲刺无显著提升效果。推测分子氢的潜在抗疲劳效应被磷酸肌酸耗竭、代谢产物堆积、肌浆网钙离子释放障碍等主导性疲劳机制抵消。高强度运动中ATP大量水解引发的上述变化，在本研究中体现为高强度间歇后血乳酸浓度升至13–14 mmol·L⁻¹及氢离子介导的酸中毒。另有研究显示，富氢水对完成30分钟间歇骑行的训练自行车运动员无明显运动表现提升效果。

富氢水对自觉用力程度评分无显著影响。分子氢可穿透血脑屏障、选择性清除活性氧与活性氮，保护神经元完整性并提升脑内线粒体效率。本团队既往研究发现，富氢水可降低高强度骑行（8分钟，4 W·kg⁻¹）的自觉用力程度评分，但低强度下无差异；吸入分子氢缓解运动疲劳的效应与前额叶皮层激活增加相关。因此，分子氢可能在高强度运动中维持主观疲劳感稳定，与400米成绩提升无关。

两次蹼泳测试后，富氢水组与安慰剂组血浆蛋白羰基水平（氧化蛋白损伤标志物）无显著差异。尽管每日完成2次高强度训练，但总运动负荷未破坏氧化还原稳态；运动诱导的氧化应激水平较低，也可能与相同训练方案下运动性肌肉损伤减轻相关，这同样反映氧化应激水平降低。高水平游泳运动员完成高强度间歇训练后，关键抗氧化标志物谷胱甘肽保持稳定。高强度运动的氧化应激反应受个体抗氧化能力、应激强度、训练水平、运动项目适应程度等多重因素影响，分子氢仅能有限降低运动诱导的低水平活性氧与活性氮，这与既往观点一致：分子氢主要在内源性抗氧化系统被过量自由基急性超载时发挥抗氧化作用。

本研究存在局限性：运动成绩采用秒表人工计时，精度低于正式比赛电子计时，研究期间无电子计时设备；无法全程监控受试者饮食、睡眠等依从性，上述因素可能产生未知影响，但并非研究核心关注内容。

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 实际应用

连续至少4天饮用富氢水可显著提升国家级运动员400米水面蹼泳成绩，尤其适用于单日多场次高强度运动的比赛场景（如上午预赛、下午决赛）。富氢水可通过改善线粒体功能、维持氧化还原稳态促进恢复，对中距离游泳、跑步、骑行、赛艇等耐力项目具有应用价值。富氢水安全性高、使用便捷，兼具抗疲劳潜力，可作为运动员恢复方案的有效补充。但本结论仅针对高水平蹼泳运动员，不同项目、不同场景的最佳补充方案仍需进一步研究。

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 结论

短期补充富氢水可使中距离蹼泳（尤其是400米计时赛）成绩小幅但显著提升0.6%（0.2%~0.9%）；对重复冲刺表现、血乳酸、自觉用力程度及氧化应激的影响有限。