富氢水对人体运动期间身体、知觉和心脏反应的急性影响：一项RCT试验

饮用富氢水是最方便的氢气摄取方法，是不影响和改变生活方式的健康工具，也因为方便受到众多研究者的青睐。氢水对运动疲劳恢复的作用比较受到肯定，但氢水对运动能力的作用存在争议。突尼斯、土耳其和挪威学者最近通过观察对饮用500毫升氢水影响业余短跑运动员的运动能力的影响，发现饮用氢水30分钟后对运动能力有显著影响。特别值得注意的是，饮用氢水30分钟，理论上氢气几乎完全经过呼吸挥发，再考虑道运动能力检测需要一定时间，但仍然检测到效果，这只能说明氢气改善运动能力的作用非常强大。假如在运动过程中补充氢水，假如氢水的浓度提高，假如在运动中可以持续摄取氢气，例如通过氢片或吸入，则可以产生更可观的效果。总之，本研究结果提示，氢水是一种理想的运动伴侣，减少运动疲劳，提高运动成绩。

以上为本人根据研究内容的看法，以下为研究论文信息。

Frontiers | Acute effect of hydrogen-rich water on physical, perceptual and cardiac responses during aerobic and anaerobic exercises: a randomized, placebo-controlled, double-blinded cross-over trial (frontiersin.org)

作者单位：

1突尼斯Jendouba大学；

2突尼斯大学突尼斯医学院拉布塔医院；

3突尼斯加夫萨大学高等体育运动和体育学院；

4土耳其马拉蒂亚伊诺努大学医学院生物统计学和医学信息学系；

5突尼斯马努巴大学Ksar-Said高等体育学院；

6突尼斯研究实验室“运动表现优化”；

7挪威奥斯陆NLA大学学院教师教育系。

氢分子（H2）溶解在水中，产生富氢水。富氢水被认为是不同运动模式下的增效辅助工具。然而，关于运动员表现的急性运动前富氢水摄入效应尚不清楚。本研究旨在调查富氢水摄入对有氧和无氧运动表现的急性影响。22名男性业余中长跑运动员自愿参加这项研究。在一项随机、双盲研究设计中，所有参与者在测试开始前 30 分钟摄入 500 mL富氢水或安慰剂 （PLA） 补充剂。在 4 天内评估了 Vameval 试验 （MAS） 的最大有氧速度、MAS 的疲惫时间 （Tlim）、深蹲跳 （SJ）、反向运动跳跃 （CMJ） 和五次跳跃试验 （5JT）。此外，在有氧测试期间测量了感知运动率 （RPE） 和峰值心率 （HRpeak）。对于Vameval试验，与安慰剂条件相比，富氢水摄入改善了MAS、HRpeak和RPE。对于 Tlim 测试，富氢水摄入显示出耗尽时间、RPE 和 HRpeak 的改善。然而，在SJ、CMJ、5JT中，HW和安慰剂条件之间没有观察到显着变化。 500 mL富氢水可以显着改善 HRpeak、疲惫时间、RPE，对 MAS、业余耐力运动员的跳跃表现没有显着影响。

1 引言

氢原子由一个质子和一个电子组成，形成两个氢原子产生分子氢（H2)。饮用富氢水，吸入氢气气体，或通过氢水沐浴是施用氢气的典型策略。其中饮用富氢水仍然是最方便的氢气摄入方法。实际上，富氢水作为富氢电解水是一种用阴极和阳极施加水来分解氢分子（H2）和氧气（O2）。先前研究普遍推荐富氢水剂量 0.8 - 5.0 毫克或300-500 毫升不等剂量，富氢水于运动前 5-30 分钟或恢复期间摄入。

已知氢气可以清除有毒的活性氧，诱导许多抗氧化蛋白，并可能减少体育锻炼后氧化应激引起的肌肉疲劳。作为运动科学中的应用，富氢水已通过不同的运动模式（例如力量运动）被广泛提及、重复冲刺、无氧活动和耐力运动，受过训练和未经培训的个体。

但过去研究记录了关于富氢水对身体机能影响相互矛盾的结果。多数研究表明，在短期运动前摄入急性或重复的富氢水剂量未能提高力量、重复冲刺时间或跳跃表现。其他研究表明，补充富氢水可提高最大有氧速度下的跑步效率。此外，研究表明，在剧烈体育锻炼之前急性摄入富氢水会导致 RPE、乳酸浓度和前额叶皮层的刺激活动的降低。研究还表明，急性摄入富氢水会促进运动后的低乳酸效应并减少力量运动后的肌肉酸痛。

周等人最近的综述报告了补充氢气可能有助于疲劳影响的几个重要因素，例如受试者的素质、训练水平、氢气摄取时间以及运动类型。

迄今为止，富氢水是否会影响身体机能和生理结果尚未确定。因此，本研究的主要目的是检查富氢水对成年男性年轻男性有氧和无氧运动期间的身体、知觉和心脏反应的急性影响。基于先前的研究结果，我们假设与安慰剂条件相比，运动前 30 分钟摄入 500 mL富氢水无法改善身体机能或任何其他生理变量。

2 材料与方法

2.1 参与者

G*Power 用于估计样本量。通过学生对依赖均值的 t 检验进行的分析表明，在这种设计中，需要 22 名受试者证明 80% 的功效，显著性水平为 0.05，并检测效应大小 d = 0.55。因此，22 名业余活跃学生（年龄 21 ± 1 岁，体重 66.85 ± 9.51 公斤，身高 1.74 ± 0.10 米，BMI 21.89 ± 1.75）自愿参加本研究。受试者们完成了一份训练历史问卷，该问卷显示他们以前曾参与田径运动，特别是中长跑，时间为 4.18 ± 1.11 年。在参加比赛之前，受试者们在凯夫高等体育学院接受了体检。此外，在实验方案之前，没有受试者报告患有影响脚踝、膝盖或髋关节的神经肌肉或肌肉骨骼疾病。所有受试者都成功完成了这项研究（图1）。在提供参与的书面和知情同意书之前，受试者被告知潜在的风险、益处和研究的传播。体育运动和高等学院伦理委员会批准了这项研究（2019 年 9 月 19 日;UR22JS01/ISSEP-015-19），根据《赫尔辛基宣言》。所有受试者都必须提供书面知情同意书。

图1 试验流程图。

2.2 实验设计

在实验方案前一周，研究人员对所有测试程序、仪器和设备都已熟悉并投入实践。在人体测量和熟悉程序之后，受试者被要求以随机、安慰剂对照和双盲设计完成测试。受试者在 2 天内预先摄入了 500 毫升瓶装富氢水或安慰剂，测试日之间至少间隔 48 小时。第一天进行了深蹲跳跃试验、反向运动跳跃试验和Vameval试验。在第二天，进行了疲惫和跳跃测试的时间。经过 1 周的清除期后，每个受试者被转移到另一个补充组进行第二个调查期。

在每个测试日之前，受试者完成 10 分钟标准化热身运动，包括 4 分钟的慢跑、横向移动、动态拉伸，然后是 2 分钟的被动恢复。

所有测试均在一天中的同一时间（14 ± 1 小时）进行，以避免昼夜节律变化的任何影响。受试者在每个实验日前 24 小时遵循相同的食物日记和水量摄入方案。所有测试均在标准化条件下在户外进行。温度评估在24°C至26°C之间，相对空气湿度在50%以上，风速<2 米/秒。受试者被指示在每个测试日前 48 小时避免使用任何可能影响其表现的营养补充剂或性能辅助工具、酒精和剧烈体育锻炼。图 2 概述了随机化的时间安排、治疗计划和数据收集。

图2 随机化的时间安排、治疗计划和数据收集。

2.3 程序

以双盲方式，受试者使用相同的矿泉水（pH值：7.4）和相同的水温（12°C）随机摄入500毫升的富氢水（富氢水）或安慰剂水（PLA）。受试者在每次测试前 30 分钟喝水。受试者之间富氢水和 PLW 的口味没有明显差异。

该研究由一名未参与数据收集的独立研究人员随机分配和盲法，以确保双盲研究设计。使用拉丁方块模型和研究随机化器，受试者被随机分配到每个实验条。在实验方案期间，相同的研究人员进行了所有测量。此外，研究人员还对水物质（富氢水或PLA）不知情。

2.4 富氢水的使用

富氢水由 550 mL 容量的便携式瓶子（HEADROGEN HEALTH，澳大利亚）生产。使用该装置，在电解过程中，水在 3 分钟的时间内被分解成氢气和氧气。这种氢气注入水中，产生高浓度的氢气，同时去除其他气体，尤其是氯气。

还使用氢针传感器（DHS-001，ABLE，东京，日本）检测水中的氢浓度，以验证“HYDROGEN HEALTH”设备的运行情况。在饮用过程中，氢浓度保持在0.55 mmol和0.65 mmol之间。

富氢水对人体具有很高的安全性，并且没有副作用，并且该设备经过认证并符合欧盟商业市场（欧洲）和 FCC（北美）法规。

2.5 Vameval 测试和耗尽时间

一条 400 米长的室外跑道用于 Vameval 测试。作为标记，在轨道上每 20 米 放置 一个锥体。测试以 8.5 公里/小时的速度开始，然后每分钟增加 0.5 公里/小时，直到筋疲力尽。在20 米间隔内，受试者就会根据提示声调整跑步速度。当受试者连续两次无法保持音频哔哔声指示的所需运行速度时，测试结束。MAS表示最终完成的水平，并用于进一步分析。

使用熟悉试验期间收集的 22 名受试者的试点数据确定测试的可重复性（Vameval 测试：ICC = 0.994,95% CI：0.985-0.998;VO2max 时的疲惫时间：ICC = 0.983,95% CI：0.959-0.993）。

48 小时后，Vameval 的第二次测试调整为相当于 MAS 的 100% 的强度，开始与 MAS 比赛，直到自愿耗尽 （Tlim）。据报道，VO2max 的 Tlim 在受试者之间是可变的（3-8 分钟）。在测试期间，在两次测试期间，使用心率监测器评估了峰值心率 （HRpeak） 值。测试后，使用 Borg 的 RPE （6-20） 量表（Borg，1982）确定感知运动率 （RPE）。RPE 量表的 20 分，范围从 6（“非常非常容易”）到 20（“非常非常困难”），用于口头评价测试后的感知用力。每个受试者都回答了这个问题：“在测试过程中，你如何看待自己全身的劳累？先前的研究建议使用此量表来测量运动后的 RPE。

2.6 深蹲跳和反向跳跃测试

对于深蹲跳 （SJ），受试者从“深蹲”位置（膝盖屈曲角度 90°）进行垂直跳跃。在整个测试过程中，他们被指示双手环抱腰部，同时保持胸部直立，跳得尽可能高。受试者还被告知在着陆阶段要保持膝盖伸直。

受试者从站立位置进行垂直跳跃，并采用偏心向下和同心动作进行反向运动跳跃测试（CMJ）。在整个测试过程中，他们被指示用双手环腰跳得尽可能高，同时保持胸部直立。

腿部屈曲的角度由受试者自由选择。此外，还指示受试者在着陆阶段保持膝盖伸直。

使用与微型计算机接口的红外跳跃系统评估跳跃性能。计算了两个测试的跳跃高度。受试者可以自由选择腿部屈曲的角度。受试者还被告知在着陆阶段要保持膝盖伸直。在两次测试中没有提供口头鼓励。

在熟悉试验期间，使用在两个不同日期收集的 22 名受试者的试点数据（SJ：ICC = 0.958,95% CI：0.899-0.983;CMJ：ICC = 0.937,95% CI：0.853-0.974）。

2.7 五跳测试

五跳测试 （5JT） 包括 5 个连续跨步，在跳跃的开始和结束时双脚并拢。从起始位置双脚并拢开始，受试者用自己选择的一条腿直接向前跳跃，左右替2次，双脚并拢完成第五步。

用卷尺测量每个受试者在起始位置的脚的前缘和在结束位置的脚后缘，以确定他们的 5JT 表现。测试期间没有提供口头鼓励。

测试的可靠性是在熟悉试验期间使用在两个不同日期收集的 22 名受试者的试点数据确定的（5JT：ICC = 0.958,95% CI：0.899-0.983）。

2.8 统计分析

使用 Shapiro Wilk 检验测试并确认正态数据分布。因此，数据以均值和标准差（SD）的形式呈现。使用类内相关系数 （ICC） 和 95% 置信区间 （95%CI） 的 Cronbach 模型评估变量的重测信度。

对 MAS、Tlim、HRpeak、RPE、SJ、CMJ 和 5JT 进行了配对的 T-Student。作为效应量，计算 Cohen's d 以量化数据中的有意义的差异，分为平凡 （<0.2）、小 （0.2-0.59）、中 （0.60-1.19）、大 （1.2-1.99） 和非常大 （≥2.0;Chow，1988）。此外，我们使用以下公式绘制了每个参数中条件之间的百分比变化：Δ （%） = （[T2mean/T1 mean]-1） * 100。根据 95% 置信区间 （CI） 的下限，熟悉试验之间的 ICC 被解释为具有差 （<0.5）、中等 （0.5-0.75）、好 （0.75-0.9） 和优秀 （>0.9） 的信度。

统计学显著性先验被接受，p < 0.05。使用SPSS 22软件包分析数据。

3 结果

3.1 Vameval 测试和耗尽时间

对于Vameval试验，与安慰剂组相比，富氢水摄入显示出MAS（p = 0.04;∆ = 0.55%;d = 0.06）、HRpeak（p < 0.001;∆ = 1.01%;d = 0.21）和RPE（p < 0.001;∆ = 0.83%;d = 0.14）的显著改善（图3）。

图3富氢水对有氧运动表现的影响。

注：MAS：最大有氧速度;Tlim：在 MAS 筋疲力尽的时间;RPE：感知劳累率;HRpeak：峰值心率。

对于Tlim检验，与安慰剂组相比，富氢水摄入显示出耗尽时间（p < 0.001;∆ = 7.71%;d = 0.39）、RPE（p < 0.001;∆ = 6.65%;d = 0.77）和HRpeak（p < 0.001;∆ = 1.98%;d = 0.31）的显著改善。

3.2 跳跃测试

SJ（p = 0.120;∆ = 2.26%;d = 0.10）、CMJ（p = 0.382;∆ = 1.62%;d = 0.07）和5JT（p = 0.267;∆ = 0.57%;d = 0.04;表1）。

4 讨论

本研究的主要目的是评估食用 500 mL富氢水后的身体、生理和知觉反应。基于先前的研究，这些研究表明运动前食用富氢水具有抗疲劳作用，而对身体机能没有增效作用，我们假设运动前消耗富氢水不会对身体机能产生人体工程影响。与我们的假设相反，我们观察到富氢水对 MAS 和最大有氧速度运动期间的疲惫时间有显着有益的影响。然而，没有观察到富氢水对跳跃性能的显着影响。

目前的研究结果表明，运动前服用 500 mL富氢水可显著延长疲惫时间和 MAS。与本研究一致，Mikami 等人报告了耐力能力的改善，这是根据 500 mL 氢水饮用后估计的 VO2max 来判断的。然而过去研究表明，使用不同的富氢水对耗氧量最大值和次最大值都没有影响。例如，先前的研究得出结论，在跑步或骑自行车至筋疲力尽前 10 分钟急性剂量的富氢水（290 mL 或 2.0 mL/kg）并不能改善受过训练的运动员。

因此，有必要仔细研究富氢水不同特征的变化，例如剂量数，体积，浓度和摄入时刻。事实上，对于以前没有服用过氢气的受试者来说，运动前立即服用单剂量氢气与实施氢气的时间较长或多次氢气输入相比，可以更大程度地减少健康成年人的疲劳。一种可能的解释是，氢气似乎是一种神经保护剂，有助于新生儿神经元氧化损伤的恢复。也有报告认为，超过59%的氢气可以在服用氢气后的第一个小时内呼出。

作为本研究的一部分，这些因素得到了控制。此外，与以前的研究相比，我们的结果包含足够的样本量和高测量可靠性样本量，而过去没有发现富氢水运动增效作用样本量比较小，只有8-12 名参与者。

根据先前研究，在食用富氢水期间有氧能力的增加很难用其他研究来解释，因为很难将我们的结果与其他没有进行相同方法和相同剂量或浓度富氢水的研究进行比较。然而，富氢水预摄入对有氧表现有益的一种可能机制解释是氢气似乎是一种神经保护剂，有助于神经元氧化损伤的恢复。此外，氢水已被证明是天然抗氧化剂，可在剧烈体育锻炼期间减少和去除随着血乳酸和肌肉 pH 值降低而降低的羟基自由基反应改善肌肉功能，缓解肌肉疼痛感知。

氢气对代谢的可观效果也可能部分解释这些结果，因为氢气在脂质和糖原阶段维持较长时间。氢气的抗疲劳作用，通过增强代谢协调和免疫氧化还原平衡介导，特别是通过增加肝糖原储存、乳酸脱氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性、白细胞介素-6、白细胞介素-17 和肿瘤坏死因子-α的减少等途径。

虽然本研究没有评估氧化应激标志物，但我们必须提到这些假设是高度推测性的。因此，需要进一步的研究来检查急性富氢水对运动前后氧化应激标志物的影响。

关于心率变化，与 PLA 条件相比，摄入富氢水在 Vameval 和 Tlim 测试期间显着改善了 HRpeak。这些数据与之前对急性氢水的研究不一致。事实上，LeBaron等人在分级跑步机运动测试期间摄入5mg 富氢水至疲惫后，HRpeak没有显着变化。此外，Ooi 等人研究了摄入富氢水对耐力训练运动员最大跑步机跑步的影响。结果表明，290 mL富氢水对 HRpeak 没有显著差异。同时，运动前给予 1,260 mL富氢水对跑步者的 HRpeak 没有显着影响。我们的研究与其他研究之间最大运动期间 HRpeak 值的差异可以通过参与者类型（业余活跃学生、耐力训练的跑步者）、运动类型（Vameval 测试、增量跑步机跑步、自行车运动）、氢气剂量（1 剂 500 毫升、2 剂 290 毫升、20 分钟氢气吸入）的差异来解释。在这种情况下，尚不清楚富氢水是否会在最大运动期间增加 HRpeak。然而，在某些情况下，摄入富氢水可能会增加循环肾上腺素水平，从而增加最大心率。

在我们的研究中观察到的富氢水心率降低可能由心肌细胞中氢的抗炎和抗凋亡作用来解释。事实上，氢气通过抑制氧化损伤、细胞凋亡和细胞因子释放来发挥心肌保护作用，防止心脏病。

结果表明，与PLA条件相比，富氢水在Tlim测试中导致RPE值显著提高。这一发现本质上是合乎逻辑的，因为如果心血管系统更加努力地工作，参与者对努力的感知将是最大的。此外，这一结果可以解释为参与者很活跃，并且在筋疲力尽之前没有以最大强度进行过测试。

这些发现与 Botek 等人 之前的研究结果不一致，后者报告说，在摄入 600 mL富氢水后，在阶梯式增量运动中 RPE 较低。

综上所述，未来需要研究富氢水摄入后 RPE 与生理变量（心率、乳酸等）之间的关系。

在无氧运动方面，研究结果显示，SJ、CMJ和5JT的富氢水条件与PLA条件无显著差异。据我们所知，只有一项研究检查了富氢水摄入对垂直跳跃身体机能的影响。事实上，Dobashi 等人观察到，在运动前 3 天内摄入 500 mL富氢水在跳跃的身体表现上没有显着差异，这与我们的结果一致。然而，Dong 等人报告说，在 7 天内急性摄入富氢水（1.6 ppm） 是一种适当的补水方式，可有效改善龙舟运动期间的低功率表现。

此外，Timón 等人的研究表明，长期摄入 1 周的富氢水对无氧试验的表现有积极影响，峰值功率和平均功率增加，疲劳指数降低训练有素的自行车手在无氧试验期间的表现。因此，低爆炸威力缺乏明显效果的潜在原因可能是富氢水摄入特性（剂量数，浓度，体积，时间）。

这项研究有几个局限性。本研究仅涉及测试前对富氢水的急性影响。因此，结果不能用长期摄入富氢水的结果来概括。除此之外，在这项研究中，没有评估氧化应激标志物，这可能有助于更深入地了解富氢水如何改善性能反应。此外，尽管学生非常熟悉 RPE 量表 （6-20），但我们观察到最大运动后的 RPE 值并不能反映最大强度的工作 ，提出了活跃参与者中这种低值的原因问题。因此，未来的研究将需要持续评估运动期间 RPE 与心率变化的关系，然后评估运动后的血乳酸浓度。

5 结论

这项研究发现，运动前 30 分钟摄入 500 mL富氢水似乎是一种有效的补水策略，尽管 MAS、疲惫时间、峰值心率和 RPE 更大，而跳跃表现没有任何变化。