弱激光或單色光照射療法在運動訓練領域研究進展及展望

李方暉，李國軍

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弱激光或單色光照射療法在運動訓練領域研究進展及展望

李方暉1,2，李國軍1

弱激光或單色光照射療法作為一種臨床輔助治療手段，在運動損傷后的止痛、消炎和促進組織修復等方面具有良好的效果。盡管有證據支持LLLT對于改善活動肌的收縮機能、提高機體有氧工作能力、促進運動性疲勞消除和改善延遲性肌肉酸痛等具有積極的作用，但仍存在矛盾性的結論，尤其是LLLT的作用機制不清，導致其功效尚未完全得到運動訓練領域的廣泛認可，所以有進一步的研究價值和應用前景。在后續的研究中，要綜合性考慮LLLT照射劑量、強度和光源波長等因素造成的作用效能間的差異；進一步引入研究技術和方法，深入探討LLLT的作用機理；研究對象要注意不同項目的運動員選擇；研究的試驗設計要更為科學，以確保方法學上的質量控制。

弱激光或單色光療法；運動訓練；運動能力；研究進展

1 前言

弱激光或單色光照射療法(low level laser or light therapy，LLLT)是一種可用于預防和治療運動性損傷及其它疾病的物理因子。作為一種新型、綠色的理療技術，LLLT用于治療運動性損傷所造成的骨關節炎、肌肉疼痛、腫脹、功能障礙，也可以促進骨骼肌損傷后的肌肉再生[4]。在運動訓練實踐中，LLLT還能作為提高肌肉收縮機能和運動成績的促力劑；已有研究證據也支持LLLT在消除機體和骨骼肌的運動性疲勞、改善延遲性肌肉酸痛(delayed onset muscle soreness，DOMS)等方面具有一定的療效。2007年，田野教授團隊首次將LLLT用于提高國家隊女籃運動員的睡眠質量和訓練效果[31]；近年來，巴西學者在賽前熱身階段通過對女子排球運動員股四頭肌進行LLLT照射后發現運動員在巴西排球錦標賽的成績得到明顯提高[21]。此外，文獻相繼報道了LLLT對足球、柔道等項目的運動員也具有同樣的促力作用，這充分說明LLLT已經引起了運動訓練領域學者的廣泛關注，并初步形成了激光運動醫學獨立的研究方向[2，3，21，31]。

有關LLLT真實價值的不確定性仍然存在，這與LLLT技術參數選擇有關。LLLT的作用機制不清也是造成學界對其療效褒貶不一的重要原因。本綜述將圍繞LLLT概述及其在運動訓練領域的應用兩個方面進行評述。

2 弱激光或單色光照射療法概述

Maiman在1961年制造世界上第一臺激光器之后，人們很快將其用于生物醫學研究。半個多世紀以來，人們不斷開發各種激光器的醫學應用。作為新興的交叉學科，學界將激光醫學主要分為激光外科、LLLT和光動力療法3個分支。其中，LLLT臨床應用最為廣泛，涉及再生醫學、康復醫學、運動醫學等領域。弱激光或單色光照射生物系統后所產生的具有刺激或抑制生物系統功能的作用，業內稱之為光生物調節作用[22]。人們研究LLLT普遍所采用的激光或單色光輸出功率在0.001～0.1 w范圍內，選用光源波長一般在300～1 060 nm。鑒于LLLT使用的照射功率較低，故不會造成生物系統不可逆的損傷[1]。

LLLT為提高運動員的運動能力、輔助心肺功能疾病患者的康復訓練提供了新的理療手段。1997年，Bruk等[9]在最大耐力測試前對大鼠的股四頭肌進行LLLT預照射，結果發現照射組大鼠的有氧耐力顯著提高，表征疲勞程度的血乳酸(lactic acid，LA)在運動后即刻明顯減少。盡管是來自動物實驗的初步研究，但該實驗是人們將LLLT用于運動訓練領域的首次成功嘗試。近年來，國內、外學者將最新研制的各種波長發光二極管(light emitting diode，LED)并聯形成多極管矩陣，對人體全身、局部組織和體外培養的細胞進行照射，進而研究LLLT的臨床應用及其作用機制。田野課題組[31]對中國女籃運動員在每天訓練后進行為期14天的紅色LED照射，并于第15天對運動員進行睡眠質量、耐力水平和血清褪黑素測定后發現，LLLT能有效的緩解女籃運動員在大強度訓練后導致的睡眠障礙和耐力水平下降；國外學者將氦氖激光、鎵鋁砷半導體激光、銦鎵砷半導體激光等半導體激光和紅光或紅外光LED用于照射受試者的屈伸肘肌群(圖1A)和屈伸膝肌群(圖1B)，并引入運動生物力學和先進的醫學技術手段來研究LLLT對工作肌收縮機能的影響。

圖 1 LLLT照射人體肱二頭肌(A)和股四頭肌(B)相應位點示意圖Figure 1. Number of LLLT Radiation Points Applied on Biceps Brachii (A)and Femoral Quadriceps(B) 注：引自Ferraresi等[20]，略作修改。

3 弱激光或單色光照射療法在運動訓練領域的應用

3.1 弱激光或單色光照射療法對肘關節和膝關節肌肉力量、爆發力的影響

力量素質不僅是身體素質的重要組成部分，更是運動技能得以展現的基礎保證。1次最大阻力測試值(one-repetition maximum，1RM)百分比常用于評價力量訓練的負荷強度。研究表明[18]，LLLT預照射肱二頭肌能增加受試者肘關節50%1RM負重屈肘的重復次數。說明LLLT能提高肘關節屈肌群的肌肉力量。為了揭示LLLT照射后工作肌肌力的增加與其生物力學特性改變有關，Leal等[23]采用等動測力系統，并在男子排球運動員肘關節75%最大隨意收縮力(maximal voluntary contraction，MVC)測試前對其肱二頭肌的2個位點(圖1A)給予LLLT照射。結果發現，LLLT組受試者屈肘肌群最大功率輸出和肱二頭肌的峰力矩分別增加12.9%和15%，負荷持續時間延長11.6%；同時，LLLT組受試者在運動后即刻的LA(P=0.042)、肌酸激酶(creatine kinase，CK，P=0.035)、C-反應蛋白(P=0.03)均低于安慰劑組。需要指出的是，最大功率輸出和峰力矩的力矩值(單位：Nm)能反映工作肌的爆發力和最大力矩輸出。綜上所述，LLLT能提高屈肘肌群的肌力和爆發力，同時也能延緩工作肌運動性疲勞和防止運動性損傷的發生。

Leal等[24]開展了下肢肌群的實驗。他們在9名男子排球運動員和11名男子足球運動員進行30 s溫蓋特無氧功率測試(負荷為體重7.5%)前對其股四頭肌LLLT照射。結果發現，LLLT組受試者的峰值功率顯著高于安慰劑組。Baroni等[7]研究進一步表明，LLLT提高了受試者膝關節伸肌群的等長、等動向心收縮力和爆發力，并在一定程度上緩解了伸膝肌群重復做功后的疲勞感。鑒于等動肌力測試的主要供能方式為ATP-CP供能系統，推測LLLT提高伸膝肌群力量、爆發力與運動過程中肌細胞的磷酸原供能水平增強有關。Baroni等[7]研究也發現，與安慰劑組相比，LLLT組受試者股四頭肌的MVC值在運動后即刻(P=0.01)、24 h(P=0.004)、48 h(P=0.001)均高于安慰劑組；LLLT組受試者CK、LA和酸痛視覺模擬評分值在運動后48 h也顯著降低。值得指出的是，MVC是通過測定靜態或動態肌肉活動條件下的肌肉最大抗阻能力來評價包括中樞和外周神經在內的全部神經肌肉系統狀態的常用指標[7]。總之，LLLT能提高活動肌的磷酸原供能水平、減少LA和酸痛感，有利于降低中樞神經系統對外周肌肉活動的神經負反饋抑制作用，從而增加運動單位募集的數量、提升活動肌肌力和爆發力，延緩工作肌運動疲勞的發生。

基于表面肌電(surface electromyography，sEMG)的證據表明，LLLT能通過影響神經肌肉系統的生物電變化來增強活動肌的收縮機能。作為sEMG信號頻域分析的特征性參數，平均功率頻率(mean power frequecy，MPF)下降可作為評價局部肌肉收縮機能降低的重要指標[16]。Dos等[16]在男子足球運動員30 min抗阻運動前對其脛骨前肌LLLT照射后發現，LLLT預照射能減緩抗阻運動后脛骨前肌MPF下降的趨勢；LLLT組受試者在運動后的LA也維持相對穩定。鑒于MPF的降低與骨骼肌在運動過程產生的LA堆積和酸中毒有關[16]，推測LLLT延緩工作肌MPF的降低可能與骨骼肌磷酸原供能水平提高、LA代謝加強有關，這與MVC評價指標所得的結論相一致。

LLLT能優化力量練習效果。Ferraresi等[19]將36名青年男子隨機分為安慰劑組、力量練習組和力量練習聯合LLLT組。結果發現，力量練習和力量練習聯合LLLT組受試者的下肢1RM在12周練習后顯著高于安慰劑組，但力量練習聯合LLLT組受試者的下肢1RM和股四頭肌峰力矩分別高于力量練習組29%和15%[19]。由于力量訓練可通過刺激骨骼肌分泌胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors，IGF-1)起到增肌作用，同時也促進了腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素-1(interleukin-1，IL-1)和白介素-6(interleukin-6，IL-6)等炎癥因子的產生，這些炎癥因子可以改變工作肌的力學特性甚至增加肌細胞凋亡，進而對力量練習帶來負面影響[30]；動物實驗證實，在力量訓練后給予LLLT照射不僅對骨骼肌IGF-1蛋白表達產生了疊加效應，同時也抑制了TNF-α、IL-1和IL-6的蛋白表達[11]。遺憾的是，目前人們僅從骨骼肌細胞因子分泌的角度揭示了LLLT優化骨骼肌對力量練習的適應性機制，而其它機制仍需深入研究。

3.2 弱激光或單色光療法對有氧工作能力的影響

3.3 弱激光或單色光療法促進運動性疲勞消除

LLLT在促進運動性疲勞的消除方面取得一定的進展。運動前、中和運動后3個階段給予LLLT均能促進運動性疲勞的消除。Dos等[15]將27名足球運動員隨機分為2組：安慰劑組和運動后LLLT照射組。結果表明，LLLT能促進運動后肌細胞內LA轉運，并加速機體對LA的清除速率和減少LA解離后生成的氫離子對肌肉收縮、神經細胞興奮性的干擾，從而促進了骨骼肌和神經系統的疲勞恢復。Leal等[23]在男排運動員75%MVC前或后對其肱二頭肌的進行LLLT照射，以期比較運動前LLLT照射和運動后LLLT照射對改善運動性疲勞作用的優劣。結果發現，運動前LLLT照射的受試者在運動后24 h 的LA顯著低于安慰劑組，但運動后LLLT照射組LA卻沒有變化。提示，運動前LLLT照射對促進運動性疲勞的消除要明顯優于LLLT運動后照射。關節活動范圍(range of motion，ROM)下降可間接表征主動肌收縮機能下降和疲勞發生[8]。Borges等[8]將9名男子在30次100%MVC屈肘運動前對其肱二頭肌進行LLLT照射，并于運動后24 h﹑48 h﹑72 h和96 h測定肘關節屈伸ROM、肱二頭肌肌力及酸痛指數。結果發現，LLLT組受試者肱二頭肌酸痛指數﹑ROM降幅從運動后24 h至96 h顯著低于安慰劑組。Demura等[14]研究也表明，LLLT預照射肱二頭肌也能提高30次100%MVC屈肘運動后肩關節屈伸的ROM。說明LLLT通過加速骨骼肌疲勞消除來提高ROM，但LLLT預照射肱二頭肌后是如何提高肘關節和肩關節的ROM還有待研究揭示。

冷水浸浴療法(cold water immersion therapy，CWIT)是臨床上用于消除運動性疲勞的有效手段。為了明確LLLT促進運動疲勞消除的療效，Leal等[25]比較LLLT和CWIT對足球運動員大強度訓練后機能恢復的影響。CWIT組在自行車輪轉運動后對受試者股四頭肌給予CWIT(5℃，5 min)；LLLT組以660 nm和850 nm LED構成雙二極管并聯系統(照射30 s，劑量41.7 J)預照射受試者股四頭肌。結果發現，與安慰劑組相比，LLLT和CWIT組LA和CK顯著降低；同時，LLLT組LA和CK顯著低于CWIT組。這一研究表明，LLLT消除機體運動性疲勞的效果優于傳統的CWIT。Camargo等[10]通過動物實驗比較了LLLT和CWIT機制。他們將32只大鼠分為安靜組、急性100 min游泳運動組、CWIT組和LLLT組，共4組。CWIT組和LLLT組在游泳運動后分別對大鼠腓腸肌進行10℃冷水浸浴和LLLT照射(4 J/cm2)。結果顯示，盡管LLLT和CWIT對急性運動后大鼠CK水平、腓腸肌損傷面積和炎癥細胞浸潤都具有類似的抑制作用，但LLLT組大鼠腓腸肌肌纖維損傷面積明顯小于CWIT組，說明LLLT在維持活動肌結構和功能方面優于CWIT。值得指出的是，CWIT的作用機制主要來自于物理降溫，通過收縮血管來降低炎性細胞浸潤及其對周圍組織的損傷；與CWIT不同，LLLT產生的調理作用不僅通過刺激血管平滑肌收縮和加速內皮細胞增殖來維持微血管結構功能，還可以調節骨骼肌細胞、炎性細胞及其它的靶細胞功能，最終實現對活動肌及周圍組織和細胞的整體調節。

3.4 弱激光或單色光療法對延遲性肌肉酸痛的調理作用

LLLT對DOMS是否具有積極的調理作用仍存在爭議。DOMS指在人體從事不習慣運動后出現的肌肉疼痛感覺，如何減輕DOMS癥狀、縮短其恢復的時間對于提高訓練效果具有重要現實意義。由于學界對DOMS發生機制尚不清楚，這也阻礙了臨床上對DOMS防治。1999年，Craig等[12]對大強度運動后的48名運動員股四頭肌給予172.8 J和345.6 J兩個劑量的LLLT照射，但受試者的股四頭肌疼痛感、觸壓痛以及ROM在運動后24 h沒有得到緩解。隨后，學術界似乎認同“LLLT對DOMS無積極效果”論斷。直到2006年，Douris等[17]在大強度運動后對受試者肱二頭肌肌腱的3個位點給予LLLT照射后發現，從第2天至第5天，McGill疼痛調查問卷值和視覺模擬評分值均顯著降低，這也是人們首次獲得的LLLT緩解DOMS的陽性結果。Douris等[17]的研究說明，在明確劑量的前提下，LLLT療效與療程密切相關。

人們在研究LLLT療程的同時，也關注LLLT的劑量關系。Antonialli等[6]將905 nm激光、875 nm紅外光和670 nm紅光并聯成多極管照射系統，在MVC前對24名男子股四頭肌給予10 J/cm2、30 J/cm2和50 J/cm23種劑量照射，并在運動后即刻、1 min、1 h、24 h、48 h、72 h和96 h共7個時間點觀測受試者的視覺模擬評分、McGill疼痛調查問卷和CK活性。結果發現，與安慰劑組相比，10 J/cm2和30 J/cm2劑量組受試者的MVC和CK從運動后即刻至96 h均得到改善，但30 J/cm2療效優于10 J/cm2；然而，僅30 J/cm2劑量組受試者的視覺模擬評分值和McGill疼痛調查問卷值在運動后24 h至96 h低于安慰劑組。這一結果說明，合理的劑量是保證LLLT產生積極療效的前提[6]。在后續的研究中，研究者認為應增加研究對象的數目(尤其注意對不同項目的運動員選擇)、綜合性考慮LLLT劑量、強度和光源波長等因素造成的作用效能間的差異，從多角度明確LLLT對DOMS的療效。

4 小結與展望

弱激光或單色光照射療法作為一種臨床輔助治療手段在運動實踐中有著很好的運用前景，其使用簡單、安全、便捷，以及在運動損傷后的止痛、消炎、消腫和加速損傷修復等方面具有良好的作用效果。圍繞運動訓練領域的研究顯示，弱激光或單色光照射療法對人體運動能力無負面影響，照射后無任何熱效應和灼熱感，對運動性疲勞具有明顯的緩解作用，也能提高肌肉力量、爆發力、有氧工作能力以及關節活動范圍；但對延遲性肌肉酸痛、關節伸展性等方面的影響仍存在著矛盾性的研究證據，尤其對靈敏素質、動態平衡能力的影響未見報道，有待進一步的探究。

因此，在后續的研究中需考慮以下幾個方面：1)研究中要綜合考慮弱激光或單色光照射療法不同照射波長、劑量對人體產生的效能差異，要保證弱激光或單色光技術的穩定性，避免因照射參數上的不同而造成研究結果上的差異；2)限于研究方法和手段，弱激光或單色光照射療法的作用機制尚不清楚，今后的研究需要引入更多的醫學研究技術和方法，探求弱激光或單色光照射療法的作用功效和機理；3)以往的研究中，多以普通健康人和運動相關疾病患者為研究對象，以專業運動員為研究對象的相關研究較少，今后在探討弱激光或單色光照射療法對運動能力影響的研究中，要考慮專業運動員的選擇；4)從已有的研究方法學上分析，一些研究沒有嚴格按照人體隨機雙盲對照試驗設計，這也導致一些研究可信度降低，在今后的研究試驗設計上要更為科學，以確保方法學上的質量控制。

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Reseach Advance and Prospects of Low Level Laser or Light Therapy in Sports Training

LI Fang-hui1,2，LI Guo-jun1

Low level laser or light therapy(LLLT) is a clinical adjunct treatment method.It has favorable effects on relieving pain,reducing inflammation and promoting tissue repair after sports injuries.The existing reseachs indicates that LLLT is effective to improve muscle strength and aerobic capacity,accelerating recovery of sports fatigue and relieving delayed onset muscle soreness.But there are still contradictory conclusions.Especially,the mechanism of LLLT is unclear which leading to its efficacy has no been widely recognized in sports training fields,so there are further research values and application prospect.In subsequent studies,the differents in effectiveness caused by the biphasic dose responses and intensity and wavelength apply in LLLT should be taken into integrated consideration.For exploring the efficacy and mechanism of LLLT,new techniques and methods in sport medical research will be introduced.Athlete groups should be selected in research object.Experimental design should be more scientific for ensuring the methodological quality control.

lowlevellaserorlighttherapy；sportstraining；performance；reseachadvance

1002-9826(2016)06-0069-05

10.16470/j.csst.201606011

2015-09-08；

2016-08-31

國家自然科學基金青年項目(31500961)；廣東省省級科技計劃項目(2014A020220015；2015A020219015)；廣東省高等學校青年創新人才項目(2014KQNCX225)。

李方暉(1983-)，男，江蘇連云港人，博士，主要研究方向為激光運動醫學，E-mail:249924208@qq.com；李國軍(1975-)，男，河南舞陽人，碩士，講師，主要研究方向為運動訓練，E-mail：491450964@qq.com。

1.肇慶學院 體育與健康學院，廣東 肇慶 526061；2.上海交通大學 運動健康工程中心，上海 200240 1.Zhaoqing University,Zhaoqing 526061,China;2.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China.

G804.5

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