背景：体力活动会显著增加体内活性氧的产生。分子氢已被证明对运动员具有安全有效的抗氧化特性。然而，针对精英运动员的相关研究却较为匮乏。  

方法：本研究开展了一项随机、双盲、安慰剂对照试验，共有22名参与手球和俯式冰橇运动的女子精英运动员参与。第一组服用富氢水（HRW）生成片，第二组则摄入在视觉和感官上与之相似的安慰剂。在摄入富氢水期间，研究人员进行了各项评估，包括人体测量和生化指标检测、压力与恢复参数评估，以及生物力学测试。  

结果：摄入富氢水可使肌肉量增加，脂肪量减少（p < 0.05）。不过，通过“运动恢复-压力问卷”评估发现，富氢水对压力或恢复率并无显著影响。但富氢水组的扭矩显著增加，尤其是在高强度运动测试后（p < 0.05）。此外，与基线水平相比，摄入富氢水会导致总肌酸激酶、维生素C和β-胡萝卜素含量降低（p < 0.05），而维生素E和白细胞介素-10水平则有所升高（p < 0.05）。  

结论：研究发现，参与者对富氢水生成片的耐受性良好，且未出现安全问题。这些药片通过降低体脂百分比、增加肌肉质量百分比、提高最大扭矩、减少肌肉损伤，以及对运动引起的炎症和抗氧化反应进行积极调节，发挥了增强运动能力的作用。尽管富氢水的作用机制尚不清楚，但观察到的这些效果表明，其在高性能运动领域具有广泛的应用潜力。

Hydrogen-Rich Water Decreases Muscle Damage and Improves Power Endurance in Elite Athletes: A Randomized, Double-Blinded, Placebo-Controlled Trial

引言  

体力活动是运动训练和竞赛的核心组成部分，但其同时也是体内活性氧（ROS）生成的重要诱因[1]。运动过程中，由于耗氧量和代谢活动增加，机体产生包括自由基和活性氧中间体在内的ROS，进而引发氧化应激[2]。尽管ROS在细胞信号传导和运动适应中发挥关键作用，但过量生成会超过内源性抗氧化防御能力，导致蛋白质、脂质和DNA等细胞大分子遭受氧化损伤[3]。  

近年来，氢气作为一种具有潜在抗氧化、抗炎和抗凋亡作用的治疗剂崭露头角[4]。分子氢（H₂）可选择性中和羟基自由基（•OH）和过氧亚硝酸盐（ONOO⁻）等高反应性ROS，同时不影响超氧阴离子（O₂•⁻）和过氧化氢（H₂O₂）等对细胞信号传导至关重要的低反应性物质[5,6]。H₂这种选择性清除有害ROS并保留有益信号分子的能力，使其成为缓解运动员氧化应激及其相关不良影响的理想候选物质[7]。  

目前，将H₂输送至人体的方法包括吸入、注射和摄入富氢水（HRW）[8]。其中，HRW因使用便捷而在运动场景中广受欢迎[9]。HRW可通过电解法将氢气溶解于水中，或利用镁与水反应生成氢气[10]，所得水溶液含过饱和浓度的溶解态分子氢，可直接作为饮品摄入[11]。  

尽管已有多项研究探讨HRW对运动表现和恢复的影响，但大多聚焦于普通或业余运动员，针对精英运动员的研究极为有限[12]。精英运动员作为具有独特生理和运动特征的群体，专门评估HRW在该人群中的有效性和安全性至关重要[12]。手球和俯式冰橇等项目的运动员面临特殊生理负荷，使其成为研究HRW潜在益处的理想对象：手球需要持续高于无氧阈值的运动，导致ROS生成激增并引发氧化应激，若抗氧化防御不足以抵消促氧化负荷，可能诱发脂质过氧化；俯式冰橇则涉及高速无氧运动，对机体造成显著氧化和炎症应激。这些特征使这类精英运动员成为评估HRW缓解运动诱导氧化应激、支持运动表现和恢复能力的理想模型。  

本研究旨在填补这一研究空白，探讨HRW摄入对参与手球和俯式冰橇运动的女子精英运动员各项生理、生化和运动表现参数的影响。研究采用随机双盲安慰剂对照试验，评估HRW对肌肉质量、身体成分、压力与恢复参数及生物力学表现的影响，并检测氧化应激、炎症和抗氧化状态的生化标志物，以阐明HRW作用的潜在机制。  

这项可行性和探索性研究的结果有望为HRW作为运动医学中生物活性补充剂的作用提供有价值的见解，对优化运动表现、促进恢复及最小化高强度训练和竞赛相关氧化应激的负面影响具有重要意义。此外，研究结果可指导制定循证策略，将HRW补充纳入精英运动员的训练和恢复方案，从而最大化其竞技潜力和整体健康。  

材料与方法  

本研究为随机双盲安慰剂对照试验，纳入22名提供知情同意的国际级女子运动员。研究方案经联邦运动医学与康复研究临床中心伦理委员会批准（协议2，日期：2022年10月24日），所有受试者入组时均签署知情同意书。其中16名为手球运动员，6名为俯式冰橇运动员，中位年龄24.5（20；28）岁。研究开始时，所有运动员均处于以速度和力量发展为核心的专项训练阶段。  

采用简单固定随机化方法（计算机生成随机数）将运动员随机分配至两组，确保每位参与者进入任意一组的概率均为50%。为维持盲法，安慰剂片在视觉和感官（包括泡腾效果和味道）上与HRW片完全一致，参与数据收集和分析的研究人员及受试者均不知晓分组情况，以最大限度减少偏倚。此外，所有运动员均处于相同备赛阶段，维持常规补充剂摄入模式，唯一新干预措施为HRW或安慰剂。  

第一组（n=10）服用加拿大新威斯敏斯特Natural Health Products公司生产的生物活性产氢补充剂“Drink HRW”。该片剂含作为质子供体（H⁺）的有机酸和非离子零价金属镁，溶于水后与酸（H⁺）反应生成氢气，反应式为：Mg + 2H⁺ → Mg2⁺ + H₂（g）。受试者需将1片溶于500 mL室温水中，约3分钟内饮毕，每日2次，每日总摄氢量约8 mg。第二组（n=12）服用美国NuEra Nutraceutical公司生产的氧化镁安慰剂，其理化和感官特性与HRW片相似，泡腾效果由有机酸与碳酸氢盐反应生成CO₂实现。两组补充周期均为28天。  

研究开始和结束时，对运动员进行人体测量指标检测及身体成分分析。采用验证的俄语版《运动员恢复-压力问卷》（RESTQ-76 Sport）[13]评估压力水平和运动后恢复效果。  

此外，运动员接受生物力学测试，通过膝关节屈曲评估大腿后肌群的等长峰值力量和耐力。具体流程为：热身前，运动员进行5次3秒最大自主收缩尝试，每次间隔5秒休息，取最高峰值扭矩作为最大扭矩，5次尝试的平均扭矩用于评估峰值力附近的肌肉耐力。随后，运动员在跑步机上跑步7-10分钟进行热身，直至心率达到年龄预测最大心率的80%，之后按热身前流程重新测试等长峰值和平均扭矩。补充安慰剂或HRW 28天后，重复上述测试流程。  

研究还对所有参与者进行全面实验室检测，在三个时间点采集生物样本：基线、补充安慰剂或HRW 28天后、干预结束后1周。血液样本于早晨空腹采集，检测以下生物标志物：肿瘤坏死因子-α、白细胞介素6（IL-6）、8（IL-8）、10（IL-10）、肌酸激酶（CK）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）、谷胱甘肽还原酶（GR）、辅酶Q10、维生素C和E、β-胡萝卜素、谷胱甘肽、丙二醛（MDA），以评估细胞因子谱、抗氧化状态和氧化应激标志物。图1展示了生物标志物的研究设计和时间线。  

数据统计分析使用IBM SPSS Statistics 27.0软件包。通过Shapiro-Wilk检验和Kolmogorov-Smirnov检验（含Lilliefors校正）检测变量分布的正态性，以确定参数检验方法的适用性。若变量值分布偏离正态，则采用非参数统计方法。定量数据以中位数和四分位数表示，定性特征以绝对和相对频率及其相应置信区间描述。组间比较采用非参数Mann-Whitney U检验，组内分析采用非参数Friedman检验。观察期间参数差异的统计显著性通过非参数Wilcoxon检验（两时间点比较）和Bonferroni-Holm校正（三时间点多重比较）确定。

结果  

在这项安慰剂对照研究中，所有观察到的运动员均未报告任何可归因于摄入富氢水（HRW）的副作用，也未出现运动耐量下降的情况。这表明在年度训练周期的各个阶段，将其纳入医疗和生物支持方案中没有显著限制。  

1. 摄入HRW前后人体测量指标评估  

经过28天的干预后，安慰剂组的身体成分未观察到统计学上的显著变化。然而，HRW组在28天后，相对百分比和绝对体脂含量均出现统计学显著下降，同时肌肉质量的百分比和绝对含量均有所增加（表1）。  

2. 摄入HRW前后压力和恢复水平评估  

为了分析HRW对压力反应和训练负荷后恢复过程有效性（速度）的潜在影响，仅使用了RESTQ-Sport问卷中反映“特定运动压力”、“特定运动恢复”、“一般压力”和“一般恢复”的参数（图2）。  

在HRW组和安慰剂组的参与者动态观察中，均未发现统计学显著差异（p > 0.05）。  

3. 摄入HRW前后生化指标评估  

与基线值相比，HRW摄入28天后，肌酸激酶（CK）、维生素C和β-胡萝卜素水平出现统计学显著下降。相反，HRW摄入导致维生素E和白细胞介素-10（IL-10）水平升高（表2）。  

安慰剂组仅在两个参数中观察到显著但相反的变化趋势：维生素C水平下降和IL-10水平升高（表2），表明两组的含量变化存在相似性。  

干预结束后一周，HRW组的CK和维生素E水平与HRW摄入的最后一天保持一致。相比之下，安慰剂组在同一时间段内这些参数略有下降。  

表2中报告的所有统计学显著变化均在图3中详细展示，该图显示了HRW或安慰剂组在不同比较时间段内参数的两两比较结果。  

4. 摄入HRW 28天前后腘绳肌生物力学参数评估  

HRW摄入28天后，热身前的最大扭矩值未出现显著变化，但热身后的最大扭矩值显著增加了约12.6%（p = 0.018）（图4A）。然而，HRW组内平均扭矩值的比较未观察到统计学显著变化（图4B）。  

同样，安慰剂组的最大或平均扭矩值均无统计学显著差异（p > 0.05）（图4C、4D）。  

讨论  

文献中讨论了HRW的积极作用是否存在，主要涉及其抗氧化特性[7]。在我们的研究中，HRW具有良好的耐受性，没有任何运动员报告不良反应或意外结果。在本研究中，补充前后的体重指数（BMI）与腰臀比之间未发现统计学显著相关性。尽管这与先前的研究结果[14]相矛盾，但之前发现HRW改变BMI动态的报告涉及代谢综合征患者，而非精英运动员。Sim等人[15]也报告称，在健康受试者中，接受HRW和安慰剂的患者之间BMI没有差异。然而，重要的是，我们的研究确实报告了体脂百分比的降低和肌肉质量的增加，这与其他研究[16]一致。身体成分的这些改善表明HRW在管理糖尿病等代谢性疾病方面具有潜在应用，临床研究已显示其在这些疾病中具有前景[17]。这些作用可能部分由分子氢调节成纤维细胞生长因子21表达的潜力所解释[18]。这种激素调节脂质代谢，增加能量消耗，并促进白色脂肪组织的褐变。通过诱导这种激素，H₂可能通过改善代谢效率以及抗炎和抗氧化作用，有助于减少体脂量和增加肌肉质量。身体成分的改善还表明HRW对糖尿病患者具有潜在用途，临床已显示其改善作用。  

我们还评估了HRW对各种恢复标志物的影响。尽管我们未检测到任何统计学显著变化，但这并不排除HRW的潜在益处。缺乏统计学显著变化可能归因于这些运动员的基线压力水平相对较低。因此，HRW进一步降低压力的可能性不大，甚至可能不受欢迎，因为压力已经处于最佳的 hormetic/eustress范围内[7]。相比之下，如果施加的压力水平超出hormesis的有益稳态范围，HRW可能对氧化应激具有减压作用。其他研究表明，HRW确实可以帮助减少运动中的心理疲劳[19]，改善女运动员的心脏恢复[20]，以及降低健康受试者的整体焦虑[21]。此外，在使用广泛的问卷时可能存在某些不准确之处，或者未经验证的俄语版RESTQ-Sport问卷的有效性可能存在问题。  

我们还观察到，与安慰剂相比，HRW导致血液总CK水平显著下降。这可能表明高强度运动诱导的肌肉纤维损伤（运动诱导的肌肉酸痛）减少。这反过来可能有助于减轻延迟性肌肉酸痛的强度，并在高强度锻炼后更快恢复，从而改善运动耐量[22,23]。事实上，几项关于HRW的研究也显示肌肉酸痛减少和恢复改善[24,25]。  

我们的研究还评估了HRW的潜在抗氧化作用。正如先前的研究[14-16,19,26-28]所报道的，我们未观察到谷胱甘肽、GPx、GR、SOD和MDA的任何显著变化。然而，这是一群健康的精英运动员，正如RESTQ运动问卷所指出的，他们没有经历过度的压力水平，也没有升高的氧化应激水平，因为所有标志物都在正常范围内。通常，HRW仅在自由基水平过高时才会降低氧化应激[7]。  

此外，众所周知，ROS在介导运动益处方面发挥关键信号作用[3]。这可能解释了为什么抗氧化剂补充剂会阻碍运动训练适应。因此，重要的是要认识到，HRW在中和有益ROS或损害训练适应方面不存在与传统抗氧化剂相同的风险[2]。与此同时，一项关于氢与运动的荟萃分析表明，分子氢可能对运动中的抗氧化/氧化状态产生有利的调节作用[29]。  

此外，我们研究中观察到的血清维生素E（α-生育酚）含量增加可能表明在摄入HRW期间对其直接抗氧化作用的需求减少。或者，维生素E水平的升高可能表明维生素C的氧化还原循环改善，已知维生素C可恢复维生素E的氧化形式。维生素E已知在稳定细胞膜（最重要的是线粒体）中发挥积极作用，这与能量效率相关[30-32]。本研究中HRW组内维生素E和C的多向变化可能代表摄入HRW增强运动能力的关键中介机制[33]。  

值得注意的是，研究人员多次报告了维生素E的免疫调节特性[31,34,35]。尽管这种作用的确切机制尚未完全了解，但可以合理推测，摄入HRW期间血清维生素E水平的升高也可能影响免疫反应的有效性，而精英运动员由于高强度训练负荷，免疫反应通常会减弱[36-38]。  

我们还监测了干预期间HRW对各种炎症标志物的影响。与ROS一样，炎症在运动训练中也具有双重作用，适量的炎症会激活重要的信号级联反应，介导对运动的有益适应[39]。相反，过量会导致肌肉损伤和恢复时间延长。重要的是，HRW并未抑制运动诱导的IL-6升高[39]。然而，HRW确实导致具有抗炎作用的IL-10轻度增加。这突出了分子氢对炎症反应的调节作用，这对运动适应很重要[7]。  

HRW补充28天后，在单一生物力学测试程序中进行运动热身后的扭矩显著增加，支持了氢具有增强运动能力作用的日益增长的假设。这种现象可能归因于HRW诱导的肌肉疲劳减少[7,9,40]。  

HRW的作用可能部分归因于其调节Nrf2/Keap1通路的能力，该通路是细胞抗氧化防御的关键调节因子[41]。H₂通过短暂增加ROS水平产生轻度氧化应激，通过破坏Nrf2与其胞质抑制剂Keap1的相互作用来激活Nrf2，Keap1促进Nrf2的降解[41]。一旦释放，Nrf2转移到细胞核并促进编码抗氧化酶（如SOD、GPx和血红素加氧酶-1）的基因表达。这种 hormetic机制使细胞做好准备，改善氧化还原稳态和对氧化挑战的适应能力。此外，H₂介导的线粒体功能调节可能增强线粒体自噬和生物发生，改善线粒体质量控制。这些线粒体 hormetic效应不仅减轻氧化损伤，还通过维持细胞能量效率和减少炎症信号（如本研究中观察到的抗炎细胞因子IL-10水平升高所反映的）来支持运动恢复。  

本研究在解释结果时应考虑几个局限性。尽管我们观察到各种参数的几个统计学显著变化，但样本量小、仅纳入两项运动（俯式冰橇和手球）的运动员以及仅女性运动员参与可能限制我们研究结果的普遍性。此外，相对较短的观察期和缺乏长期随访数据妨碍了对HRW补充剂持续效果的结论。该研究还在单一中心进行，这可能降低其对更广泛人群的适用性。样本量有限也排除了亚组分析，例如比较手球和俯式冰橇运动员之间的效果，或探索基于训练量或强度的变化，这些本可以提供额外的见解。此外，尽管我们对受试者进行了随机分组，但我们未收集月经周期数据，这可能成为混杂变量。  

尽管存在这些局限性，研究期间获得的数据提出了具体问题，将指导未来的研究设计。例如，氢作为一种生物活性补充剂，能否引起整体临床显著变化？实现长期效果的最佳给药持续时间应该是多少？交替间歇疗程是否不仅在准备期，而且在比赛期都是最佳的？HRW补充的最佳剂量、频率和持续时间是多少？遵循这些设计的研究将深入了解氢在应对高强度训练和比赛压力源时触发的生理机制[12]。  

本研究的结果表明，HRW可能具有有益和增强运动能力的作用，表现为体脂百分比降低、肌肉质量百分比增加以及热身后最大扭矩改善。从机制上讲，这伴随着肌肉损伤（CK）的减少以及抗氧化和炎症反应的调节。此外，精英运动员中没有任何副作用证实了在运动中使用这种膳食补充剂的安全性。遗憾的是，目前无法对HRW的作用机制做出明确解释，需要进一步研究。然而，基于对生产HRW的片剂在国家级和国际级女子精英运动员中的有效性和安全性的综合评估，其积极作用已得到确立。因此，建议将生产HRW的片剂用于运动员的医疗、生物和运动能力支持。