富氢水对大学生运动员耐力表现、身体水合生物标志物以及与健康相关的生活质量的影响
摘要
背景：在过去二十年中，富氢水（HIW）因其潜在的健康益处而备受关注。然而，其对运动表现和水合生物标志物的影响尚未得到充分研究，尤其是在像大学生运动员这样的体育活跃人群中。本研究旨在调查中期补充富氢水对大学生运动员跑步表现、水合生物标志物以及与健康相关的生活质量的影响。方法：对十二名大学生运动员（年龄：25.1 ± 3.5岁，6名女性）进行了一项随机、双盲、安慰剂对照的交叉试验。参与者每天饮用660毫升富氢水（含300微摩尔/升的氢气，本人注：大约0.7ppm）或对照水（含0微摩尔/升的氢气），为期四周，两次干预之间设置两周的洗脱期。使用逐次呼吸代谢系统进行递增跑步至力竭测试来评估运动表现。采用多频生物电阻抗分析测量水合生物标志物，并使用SF-36调查评估与健康相关的生活质量。该试验已在ClinicalTrials.gov注册（NCT06788015）。结果：与对照水相比，补充富氢水显著提高了最大跑步速度和无氧阈值速度（P < 0.05）。补充富氢水后，SF-36调查中的精神健康和总体健康得分显著更高（分别为P = 0.05和P = 0.03）。饮用富氢水后，细胞内水和身体矿物质有增加的趋势（P < 0.20）。在整个研究过程中未报告不良反应。结论：我们的研究结果表明，富氢水是一种安全且可能有效的干预措施，可提高运动个体的身体表现和整体健康水平。需要更大规模的研究来证实这些发现并阐明其潜在机制。
引言
分子氢（氢气）作为一种有前景的医用气体，在人体生理学和生物医学的各个方面具有潜在应用，已获得认可。在其众多研究领域中，氢气已被探索作为一种潜在的性能增强剂，适用于各种人群，包括职业和业余运动员、普通人群、临床患者和老年人。氢气通常以富氢水（HIW）的形式作为营养性的运动增强剂，已被证明可以提高肌肉力量和耐力、有氧和无氧运动能力、运动后恢复能力以及运动耐受力。然而，并非所有试验都报告了有益效果。有趣的是，关于富氢水对身体成分的影响，特别是在水合作用和电解质状态的生物标志物方面的证据有限。研究身体水合生物标志物是一种新颖的方法，有助于理解富氢水对液体分布、电解质平衡和整体水合状态的影响，而这些是影响运动表现和恢复的关键因素。为了解决这一空白，本试验的主要目的是评估中期补充富氢水对健康大学生运动员运动表现和身体水合生物标志物的影响。
方法
参与者：十二名健康的年轻人（年龄：25.1 ± 3.5岁，身高：172.7 ± 10.8厘米，体重：65.8 ± 12.3千克；六名女性）自愿提供书面知情同意书，参与这项随机安慰剂对照交叉临床试验。参与者符合特定的纳入标准，包括年龄在18.0至29.9岁之间，体重指数（BMI）在18.5至24.9千克/平方米之间，作为大学生运动员至少有三年的训练经验，每周至少进行五小时的运动。排除标准包括存在重大慢性疾病或急性疾病、近期使用膳食补充剂（例如，在研究前四周内）、不愿意参与后续评估以及同时参与其他临床试验。所有参与者在入组前都接受了全面的参与前健康筛查。本研究已获得诺维萨德大学机构审查委员会的伦理批准（#50-10-18/2024-3）。本研究的进行符合《赫尔辛基宣言》（第七版）和国际人用药品技术要求协调会（https://www.ich.org/）概述的伦理原则（NCT06788015）。
实验干预：采用双盲交叉设计，将参与者分配接受富氢水（每升含300微摩尔氢气）或对照水（不含氢气）。氢气浓度在认证实验室（H2 Analytics，拉斯维加斯，北美）使用气相色谱系统进行测量。每种干预每天给药两次（每份330毫升），为期四周，两次干预之间有两周的洗脱期。两种干预在外观、质地和感官特征上相同，由荷兰鹿特丹的The Hydrogen Innovation Company提供。在研究期间，使用水合追踪器监测总水摄入量，并通过计算未使用的罐装水数量来评估依从性。参与者被指示在整个研究过程中避免使用任何其他膳食补充剂和改变水合状态的药物，并保持一致的饮食和身体活动模式。
研究结果：在参与者隔夜禁食且在之前24小时内避免摄入咖啡因、酒精和进行力竭运动后，于08:00至12:00之间进行实验室评估。在两个时间点进行测量：基线（给药前）和四周随访（给药后）。运动结果包括心肺耐力指标，如力竭时间、最大摄氧量（VO2max）、最大心率（HRmax）、峰值速度（vmax）、无氧阈值摄氧量（VO2ANT）、无氧阈值心率（HRANT）、无氧阈值速度（vANT）和心率恢复（HRrec）。使用逐次呼吸代谢系统（Quark CPET，COSMED，意大利罗马）进行递增跑步至力竭测试来评估这些参数。使用多频生物电阻抗分析（Maltron Bioscan 920，英国瑞利）评估身体成分，提供关于总体水含量、细胞外水、细胞内水、组织间液、血浆、矿物质质量、总体钙含量和总体钾含量的数据。使用36项简短健康调查问卷（SF-36）（Lins和Carvalho，2016）评估与健康相关的生活质量，该问卷评估子领域，如活力、身体功能、身体疼痛、总体健康感知以及情感、社会和身体角色功能。SF-36项目的评分为0至100分，分数越高表示结果越好。参与者还被指示使用开放式问卷报告干预的任何不良反应，包括胃肠道不适（例如，胃部不适、便秘、腹泻、恶心、呕吐）或全身症状（例如，头痛、心悸）。出现严重副作用或与干预无关的显著健康变化的参与者将退出研究。所有参与者在基线评估前都熟悉了测试程序，评估在同一天按照标准化的测试顺序进行。
统计分析：使用G*Power 3.1（德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）确定最小所需样本量（n = 10），基于效应量为0.50、α错误概率为0.05、统计功效为0.80、两组和三次测量。主要结局定义为从基线到干预后的力竭时间变化。为了减轻参与者流失的风险，样本量增加了20%。对于符合正态性和方差齐性假设的数据，使用重复测量的双向方差分析来分析时间和干预之间的交互效应。对于方差不齐的数据，应用Friedman双向秩和方差分析。所有统计分析的显著性水平设定为P ≤ 0.05。
结果
所有参与者都成功完成了研究，且未出现任何妨碍他们参与试验的不良反应。两组参与者在接受干预后都报告了膀胱充盈感增加。此外，两名参与者（16.7%）注意到对照水有明显的味道。富氢水和对照水的依从性都很高，依从率分别为99.0 ± 2.0%和98.5 ± 3.2%（P = 0.66）。在整个研究期间，两组的每日总液体摄入量相当（2.3 ± 0.9升对比2.5 ± 0.9升；P = 0.70）。研究结果的变化见表1。
表1：试验期间研究结果的变化（n = 12）。数值为平均值 ± 标准差。
从基线到四周随访，对照水增加了力竭时间、VO2max、vmax和HRANT（P < 0.05）。富氢水在四周随访时增加了力竭时间、VO2max、vmax、VO2ANT和vANT（P < 0.05）。然而，Friedman双向秩和方差分析显示vmax（P = 0.01）和vANT（P = 0.04）存在显著的交互效应，在四周随访时，富氢水在这两个值上优于对照水。在四周随访时，对照水和富氢水对身体水合结果均无显著影响。重复测量的双向方差分析表明，时间和干预之间无显著的交互效应。然而，富氢水显示出强烈但不显著的趋势（P < 0.20），表明细胞内水、总体钙和总体钾可能增加，而对照水在四周随访时这些参数有所下降。从基线到四周随访，对照水显著提高了能量/活力得分（P = 0.01）；富氢水干预后，SF-36各领域未观察到显著变化（P > 0.05）。值得注意的是，Friedman双向秩和方差分析确定精神健康得分（P = 0.05）和总体健康得分（P = 0.03）存在显著的交互效应，表明在四周随访时，富氢水在提升这两个参数方面优于对照水。
讨论
我们的试验证明了短期饮用富氢水对年轻、体育活跃成年人的运动表现和与健康相关的生活质量的有益影响。具体而言，四周的富氢水摄入在递增跑步至力竭测试中，在提高跑步速度以及改善参与者报告的精神和总体健康得分方面优于对照水。此外，富氢水表现出增加细胞内水合作用以及总体钙和钾水平的趋势，表明对身体成分有潜在的积极影响。重要的是，在整个研究过程中未报告不良反应。这些发现表明，富氢水是一种安全且可能有效的干预措施，可提高该人群的身体表现和整体健康水平。然而，需要进一步的研究来在更大、更多样化的队列中验证这些效果，并阐明潜在的生理机制。
通过直接注入加压氢气、水电解或与金属镁发生化学反应产生的富氢水，作为一种潜在的运动增强剂，受到了越来越多的关注。有限数量的人体试验研究了富氢水对跑步等耐力活动的影响，结果不一。一些研究报告了富氢水对跑步表现中的生理、代谢和心脏反应的有益影响。在男性业余中长跑运动员、健康男性、新冠康复患者和职业足球运动员中观察到了积极的结果。然而，其他研究发现效果可忽略不计。例如，Botek等人（2020）报告称，富氢水对上坡跑步表现，包括比赛时间、心率和感知运动强度，影响微不足道。同样，Valenta等人（2022）发现，急性运动前摄入富氢水未能提高训练有素的田径运动员的最大有氧速度下的跑步表现。此外，Oii等人（2020）证明，耐力训练的运动员急性摄入富氢水未能改善递增跑步机跑步表现。这些研究结果的差异可能归因于几个因素：（1）不同研究中的剂量方案和干预持续时间不同；（2）参与者人群的差异，从临床患者到职业运动员；（3）所采用的跑步方案的可变性。导致结果不一致的另一个潜在因素是商业富氢水产品中的氢气含量。许多市售配方含有的氢气很少，或水平低于引发生物效应所需的阈值。我们的发现与先前的试验一致，这些试验证明了富氢水对健康成年男女的性能增强作用，进一步扩展了现有证据。本研究利用含有生物学相关氢气浓度的产品，增进了对氢气对身体水合作用和与健康相关的生活质量影响的理解。
我们发现，富氢水在提高最大跑步速度和有氧阈值速度方面优于对照水，这表明饮用试验饮料后运动耐受力更好。饮用富氢水的参与者在次最大和最大运动中都能达到更高的跑步速度。这种改善可能归因于氢气对几种增强跑步表现的生理机制的有利影响。这些机制包括减少氧化应激、改善线粒体功能、增强肌肉抗疲劳能力、改善血流和氧气输送以及降低努力感知。每个合理机制的个体贡献需要进一步研究，以充分了解它们的具体作用和相互作用。未来的研究应旨在更详细地分离和检查这些机制，以便更全面地理解每个因素对观察到的效果的贡献。此外，我们发现富氢水干预与精神和总体健康的改善相关，表明对该人群的健康相关生活质量有有益影响。先前的研究已经证明了氢气在各种临床人群中改善生活质量的潜力，如接受肝癌放疗的患者、健康的中年成年人、中重度过敏性鼻炎患者、癌症患者和患有经前综合征的女性。我们的研究将这些发现扩展到健康的年轻人，这可能是由于氢气广泛的有益生物医学效应（详细综述见Meng等人，2025）。有趣的是，我们观察到富氢水对身体水合指数有强烈的积极影响趋势，特别是改善细胞内水合作用和电解质平衡。虽然这种效应的确切机制尚未确定，但我们假设富氢水可能通过减少氧化应激和炎症来改善细胞保水能力，氧化应激和炎症会损害细胞膜和水转运通道（例如水通道蛋白）。或者，富氢水可能通过减少肠道炎症和氧化应激对肠道健康产生有益影响，这可能改善营养和液体吸收，从而进一步有助于更好的全身水合作用。这些潜在机制突出了富氢水除了其运动增强作用外，还可以通过多种方式支持水合作用和整体健康。我们的发现表明，富氢水可以作为水合作用和恢复策略的有价值补充，特别是对于参与高强度或长时间跑步活动的个体。富氢水在增强运动表现和促进更好的整体水合作用方面的潜在益处，使其成为运动员和运动个体优化耐力和运动表现的有效工具。需要进一步研究以在不同人群和运动方式中确认这些效果。
尽管本研究有前景的发现，但在解释结果时应考虑几个局限性。首先，相对较小的样本量限制了研究结果对更广泛或更多样化人群的推广性，包括富氢水潜在的性别特异性效应。虽然通过将样本量增加20%确保了统计功效，但有限的参与者群体可能影响了某些结果的稳健性。此外，该研究仅涉及健康的年轻人，可能无法完全代表更广泛的人群，包括不同年龄组、健康状况或训练水平的个体。干预的短期持续时间（四周）和缺乏长期随访使我们无法得出关于富氢水长期持续效果的结论。此外，该研究专注于特定的运动参数和水合指标，可能无法完全捕捉富氢水在其他运动形式或水合生物标志物方面的潜在益处。最后，富氢水对运动表现、水合作用和与健康相关的生活质量的观察效果的精确机制仍然不清楚，需要进一步研究以阐明涉及的生理过程。未来的研究应通过纳入更大、更多样化的样本、延长干预持续时间以及探索其他结果来解决这些局限性，以便更全面地了解富氢水的潜在益处。
结论
本研究提供了初步证据，支持中期补充富氢水对健康年轻成年人运动表现和与健康相关的生活质量的有益影响。饮用四周富氢水显著改善了最大跑步速度和无氧阈值速度，表明运动耐受力增强。此外，富氢水摄入与精神和总体健康得分的积极变化相关，以及细胞内水合作用和电解质平衡的潜在改善。这些发现表明，富氢水补充可能影响除运动表现之外的生理功能，包括水合作用和细胞健康。虽然现有研究支持其潜力，但需要进一步的大规模、长期研究来确定最佳剂量方案，并在不同人群中验证其有效性。
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