這篇文獻於2024年7月份發表於美國國立衛生研究院國家醫學中心的生物醫學和生命科學期刊(PMC)，探討了吸入氫氣(氫分子)（Hydrogen-Rich Gas, HRG）對於飛輪健身車功率計上進行的短時間高強度衝刺測試（Wingate test）的增強效果及其背後的代謝機制。
Wingate測試是一種評估無氧能力的經典測試方法，通常在飛輪的功率計上進行，特別適用於測量運動員在極短時間內的最大功率輸出和耐力。
文獻研究背景：
高強度運動會產生大量的活性氧（ROS），超過了身體的抗氧化能力，導致氧化壓力並影響運動表現。氫氣具有選擇性清除有害自由基的特性，已有研究顯示飲用氫水或吸入氫氣體可以減輕氧化壓力和運動引起的疲勞。本研究作者在探討利用氫氣機吸入氫氣（氫分子）對於運動表現的具體影響，特別是在短時間高強度衝刺測試中的效果。
研究方法：
參與者：10名健康的成年男性參加了這項隨機交叉設計的研究。他們分別在兩次實驗中吸入氫氣體和安慰劑氣體（標準空氣），這意味著參與者不知自己是否吸入氫分子，避免心理作用。每次實驗之間有至少7天的洗脫期。
吸入條件：每次實驗中，參與者通過鼻導管持續吸入60分鐘的氫氣體。氣體由氫呼吸氫氧機器產生，氫氣和氧氣的比例為2:1，估計吸入體內的氫氣濃度約為4.08%。
測試過程：在吸入完成後，參與者立即進行Wingate測試。每位參與者需要在自行車功率計上進行四次30秒的全力衝刺騎行，每次衝刺之間有4.5分鐘的間隔恢復時間。測試中記錄了平均功率、峰值功率、疲勞指數和峰值時間等關鍵指標。
作者展示了這項研究中的實驗流程和程序，具體包括以下幾個主要步驟：
氣體吸入前（Pre-gas）：這是在參與者吸入氫氣或安慰劑氣體之前的階段。從參與者的靜脈中抽取血液樣本，標記為「Pre-gas」樣本。
氣體吸入（Gas Inhalation）：參與者接下來會吸入氫氣體或安慰劑氣體（標準空氣）60分鐘。這個過程是雙盲的，即參與者和研究者都不知道當次吸入的是富氫氣體還是安慰劑。
氣體吸入後（Post-gas）：在參與者完成60分鐘的氣體吸入後，立即再次抽取血液樣本，標記為「Post-gas」樣本。
短時間高強度衝刺測試（Sprint-Interval Test, SIT）：參與者隨後進行四次Wingate測試，這是一種30秒的高強度飛輪健康車衝刺騎行，每次測試之間有4.5分鐘的間隔。評估參與者在高強度運動中的表現。
測試後（Post-SIT）：當參與者完成所有四次Wingate測試後，立即進行第三次血液樣本的抽取，標記為「Post-SIT」樣本，這些樣本將與之前的樣本一起進行代謝組學分析，以比較和分析氫氣吸入對代謝物的影響。
平均功率（Mean Power, MP）：平均功率輸出，反映了持續輸出的能力。 峰值功率（Peak Power, PP）：最高功率輸出，通常在測試開始的幾秒鐘內達到。 疲勞指數（Fatigue Index, FI）：功率差/ 最大功率 ，反映了運動過程中的功率衰減情況。 峰值時間（Time to Peak, TTP）：反映了運動員快速達到最大輸出的能力。
洗脫期（Washout Period）：臨床研究和實驗設計中常用的術語，指的是在兩次不同處理之間設置的一段休息時間。在這段時間內，參與者不接受任何實驗性處理，以確保先前的處理對後續測試不再產生影響。在這項研究中，洗脫期至少7天，這意味著參與者在第一次吸入富氫氣體或安慰劑後，會有7天的間隔期，然後再進行下一次的實驗測試。這樣做可以確保第一次實驗的效果完全消失，不會影響到第二次實驗的結果。
研究結果：
受測者吸入氫氣後，在第四次衝刺中的平均功率顯著提高，疲勞指數和峰值時間也有顯著改善。相比於安慰劑(未吸入氫氣)，吸入氫氣能更好地維持運動表現，減少疲勞的發生。
代謝組學分析顯示，吸入氫氣後，乙酰肉鹼（acetylcarnitine）和丙酰-L-肉鹼（propionyl-L-carnitine）顯著上調，而4-甲基苯辛酸酯顯著下調，這表明富氫氣體可能通過增強脂肪代謝來提高能量補充。
目標代謝物及其生理意義：
代謝物名稱 | 意義 |
Creatine (肌酸) | 肌酸是肌肉中的關鍵分子，與ATP再生成相關，支持短時間高強度運動中的快速能量供應。 |
Creatinine (肌酸酐) | 肌酸酐是肌酸分解的產物，常用作腎功能的指標，反映肌肉代謝狀況。 |
L(-)-Carnitine (L(-)-肉鹼) | 肉鹼在脂肪酸代謝中至關重要，負責將脂肪酸運輸到線粒體中進行氧化以生成能量。 |
D-Carnitine (D-肉鹼) | D-肉鹼是L-肉鹼的異構體，其功能尚未完全研究清楚，但可能影響肉鹼相關代謝途徑。 |
D-Pantothenic acid (D-泛酸) | 泛酸是輔酶A的前體，參與脂肪酸代謝和能量生成，在脂質代謝中具有重要作用。 |
Hydrocortisone (氫化可的松) | 氫化可的松是一種糖皮質激素，與應激反應和抗炎作用相關，運動後的變化反映身體的應激反應。 |
Xanthine (黃嘌呤) | 黃嘌呤是嘌呤代謝的中間產物，運動引起的高強度活動會增加其濃度，反映ATP的代謝情況。 |
Hypoxanthine (次黃嘌呤) | 次黃嘌呤是ATP分解的產物，濃度與運動強度成正比，反映細胞能量消耗和再生過程。 |
L-Histidine (L-組氨酸) | L-組氨酸是必需氨基酸，參與蛋白質合成及免疫系統和神經系統的功能，是組胺的前體，與炎症反應相關。 |
L-Isoleucine (L-異亮氨酸) | L-異亮氨酸是支鏈氨基酸之一，對肌肉蛋白質合成和恢復重要，並在能量代謝中扮演關鍵角色。 |
D-Glutamic acid (D-谷氨酸) | D-谷氨酸是谷氨酸的異構體，功能尚未被廣泛研究，但可能在某些代謝途徑中具有特定功能。 |
L-Serine (L-絲氨酸) | L-絲氨酸是合成蛋白質、脂質和神經遞質的重要氨基酸，在多種代謝過程中起重要作用。 |
L-Threonine (L-蘇氨酸) | L-蘇氨酸是一種必需氨基酸，在蛋白質合成、免疫功能和脂肪代謝中起關鍵作用。 |
L-Valine (L-纈氨酸) | L-纈氨酸是支鏈氨基酸，對肌肉修復和能量供應重要，在運動後的恢復和蛋白質合成中扮演重要角色。 |
β-Hydroxybutyric acid (β-羥基丁酸) | β-羥基丁酸是酮體之一，在低碳水化合物飲食或飢餓狀態下作為替代能源，尤其在長時間運動或禁食期間，提供能量。 |
分析表格：
測試條件 | 指標類別 | 氫氣組(HG) | 安慰劑組(PG) | p值 |
S4 | 平均功率 (MP, W/kg) | 6.32 ± 0.74 | 5.73 ± 0.77 | 0.029 |
峰值功率 (PP, W/kg) | 8.69 ± 1.19 | 7.92 ± 1.28 | 0.064 | |
疲勞指數 (FI, %) | 65.3 ± 12.3 | 75.2 ± 14.4 | 0.001 | |
峰值時間 (TTP, S) | 4.72 ± 2.62 | 9.10 ± 4.00 | 0.005 | |
ΔS4-S1 | 平均功率變化 (MP, W/kg) | -2.02 ± 0.97 | -2.77 ± 1.00 | 0.006 |
峰值功率變化 (PP, W/kg) | -2.41 ± 1.58 | -3.87 ± 1.84 | 0.001 | |
疲勞指數變化 (FI, %) | 13.2 ± 10.3 | 11.9 ± 17.1 | 0.820 | |
峰值時間變化 (TTP, S) | 2.09 ± 2.52 | 6.82 ± 4.04 | 0.003 |
S4（第四次衝刺）：
平均功率 (MP, W/kg)：氫氣組的平均功率顯著高於安慰劑組，表明吸入氫氣體有助於維持較高的功率輸出。
峰值功率 (PP, W/kg)：雖然氫氣組的峰值功率高於安慰劑組，但差異未達顯著性。
疲勞指數 (FI, %)：氫氣組的疲勞指數顯著低於安慰劑組，顯示出吸入富氫氣體能減少疲勞的發生。
峰值時間 (TTP, S)：氫氣體組達到峰值功率所需的時間顯著短於安慰劑組，顯示出吸入富氫氣體能加快達到最大功率輸出的速度。
ΔS4-S1（第一次與第四次衝刺之間的變化）：
平均功率變化 (MP, W/kg) 和 峰值功率變化 (PP, W/kg)：氫氣組的功率衰減幅度較安慰劑組小，顯示出氫氣體有助於減少隨著衝刺次數增加而帶來的運動性能衰減。
疲勞指數變化 (FI, %)：兩組之間的疲勞指數變化差異不顯著，表明在衝刺間隔中的疲勞衰減程度在兩組之間沒有顯著差異。
峰值時間變化 (TTP, S)：氫氣組在衝刺間隔中達到峰值功率所需時間的增長幅度較小，顯示出其更好的疲勞抵抗能力。
上圖展示了在富氫氣體組（HG）中與差異代謝物相關的前20個顯著富集的代謝途徑。這些代謝途徑是通過代謝組學分析後，使用資料庫進行比對和分析而得出的。顯示哪些代謝途徑在吸入氫氣後發生了顯著的變化，並可能與改善運動表現有關。
富集因子 RichFactor-X軸：
這是一個比值，代表在某一代謝途徑中差異代謝物的數量與該途徑中總共辨識出的代謝物數量之比。RichFactor的值越高，說明差異代謝物在該代謝途徑中的富集程度越高，表示這些代謝物在富氫氣體的影響下可能發揮了更顯著的作用。
代謝途徑-Y軸：
Y軸顯示了每一個顯著富集的代謝途徑名稱，例如「膽鹼代謝」、「甘油磷脂代謝」等。這些途徑與細胞能量代謝、脂質代謝、以及其他與運動相關的代謝過程密切相關。
Number（差異代謝物數量）：
每個圓點的大小表示該代謝途徑中差異代謝物的數量，圓點越大，表示該途徑中包含的差異代謝物越多。
p值：
p值反映了富集檢驗的統計顯著性。p值越小，表示該代謝途徑的差異代謝物富集具有更高的統計顯著性和可靠性。圖中顯示的顏色漸變（從紅色到黃色）代表了p值的大小，紅色表示更顯著。
顯示了吸入氫氣後，特定代謝途徑中的代謝物發生了顯著變化，這些變化可能是氫氣增強運動表現的潛在機制。特別是脂質代謝相關的途徑，如甘油磷脂代謝和輔酶A生物合成，顯示出在氫氣影響下的顯著富集，這可能表明氫氣通過增強脂肪氧化和能量生成來改善運動表現。
研究結論：
吸入氫氣能在飛輪健康機的功率計上的短時間高強度衝刺測試中提高無氧衝刺能力並減輕疲勞。代謝組學分析顯示，富氫氣體可能通過加速脂肪氧化和減少氧化損傷來增強ATP的恢復，為後期衝刺提供更多的能量。這項研究為理解富氫氣體在改善運動表現中的作用機制提供了新的見解，也為未來相關研究奠定了基礎。
參考文獻：
如果您對於氫分子尚未了解：請參考「氫分子常見提問FAQ」，除了氫氣之外關於氫水改善運動表現的文獻還有以下幾篇研究。這些文獻為氫水改善運動表現提供了一定的支持和機制探討，並顯示出氫水在減少運動引起的氧化壓力和肌肉疲勞方面的潛力。
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Aoki, K., Nakao, A., Adachi, T., Matsui, Y., Miyakawa, S. (2012). "Pilot study: Effects of drinking hydrogen-rich water on muscle fatigue caused by acute exercise in elite athletes." Medical Gas Research.研究調查了氫水對於精英運動員在急性運動後肌肉疲勞的影響，結果顯示飲用氫水可以顯著減少運動後的肌肉疲勞，這表明氫水有助於加快恢復並可能提升運動表現。
Ostojic, S.M., Stojanovic, M.D., Calleja-Gonzalez, J., et al. (2011). "Hydrogen-rich water affects blood alkalinity in physically active men." Research in Sports Medicine.氫水對運動員血液酸鹼平衡的影響，發現氫水可以增加血液的鹼度，可能有助於運動後的恢復和減少酸性代謝產物的積累。
LeBaron, T.W., Laher, I., Kura, B., Slezak, J., & Valko, M. (2019). "Hydrogen gas: From clinical medicine to an emerging ergogenic molecule for sports athletes." Canadian Journal of Physiology and Pharmacology.綜合了氫氣和氫水作為運動增效劑的潛在機制，探討了氫分子如何通過減少氧化壓力和改善細胞代謝來提升運動表現。
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