一、研究背景与目的
背景：高海拔训练已广泛应用，但运动员返回低地后最佳竞技时间点仍存争议（10天至1个月不等），且其机制（如非血液学机制、对大脑运动皮层及神经回路影响）尚未明确。现有动物模型（如LHTL、IHE）无法模拟人类“高住高练”（LHTH）模式，且缺乏行为测试、训练方案等综合评估及评估时间点共识。

- 目的：建立模拟LHTH模式的缺氧训练小鼠模型，确定小鼠低地最佳耐力表现时间点，同时探究缺氧训练对小鼠运动能力、认知功能及身体成分的影响。

厦门大学张家兴，张然团队合作在《scientific reports》发表文章“A preliminary exploration of establishing a mice model of hypoxic training”，为我们证明缺氧训练的作用：可提升小鼠耐力，缓解缺氧导致的认知障碍（空间记忆）、焦虑抑郁情绪、肌肉流失及脂肪堆积，但对2D/3D视觉能力无显著保护作用，且对肌肉力量提升无明显效果。

二、研究方法

（一）实验动物与分组

- 动物选择：选用4-6周龄雄性C57BL/6小鼠（40只）和BALB/c小鼠（120只），均来自厦门大学实验动物中心，饲养于标准环境（22±1°C、50-60%湿度、12h光暗循环，自由饮食饮水）。

- 分组情况：经1周跑步机适应性训练（10m/min 10min+20m/min 10min）及Maximal Aerobic Speed（MAS）筛选后，随机分为4组：缺氧训练组（HT）、常氧训练组（NT）、缺氧组（H）、常氧组（N），每组6只/笼，实验周期6周。

（二）干预方案

- 缺氧环境：HT和H组置于常压低氧舱，维持16% O₂和84% N₂（模拟2300米海拔）；NT和N组处于常氧环境。

- 训练方案：HT和NT组每周训练6次，持续2周，强度基于初始MAS平均值设定：

- 第1周：32%MAS/10min→48%MAS/10min→64%MAS/10min；

- 第2周：40%MAS/10min→56%MAS/10min→72%MAS/10min；

- 训练中用0.2mA低压刺激促使小鼠跑步。

- 测试时间点：训练前（Test 1）、训练后第2周（Test 2）、第3周（Test 3）、第4周（Test 4）、第6周（Test 5），均在常氧条件下测试。

实验方法：

对所有小鼠进行了为期一周的跑步机适应性训练，以提升它们的运动能力至运动员水平。随后，从中挑选出表现优异的小鼠进行进一步的实验。这些小鼠在跑步机上(南京卡尔文 KW-PT，中国)进行总时长20分钟的跑步，初始速度为10米/分钟，持续10分钟后逐渐提升至20米/分钟，再持续10分钟。之后，对这些小鼠进行了评估(Testl)，评估内容包括最大有氧速度(MAS)、旋转杆测试、握力测试、开放场测试、Y迷宫测试以及视觉悬崖测试等。 未达到MAS标准的鼠只被排除在研究之外。之后，进行了分组和干预措施的实施。

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（三）检测指标与方法

1. 运动能力测试

- MAS测试：8cm/s热身5min，之后每1min提速1m/min至力竭（小鼠在跑步机电网停留2秒或累计100次电击），记录最大有氧速度。

- 转棒实验（Rota-rod）：测试前以5r/min让小鼠适应90秒，正式实验10min内从5r/min加速至80r/min并维持10min，记录小鼠在棒上停留时间，评估平衡与耐力。

- 握力测试：用握力仪（Ugo 47200）测试小鼠前肢握力，重复3次，间隔30秒，排除无效数据（如小鼠猛拉横杆）。

2. 认知与情绪测试

- 旷场实验（Open Field）：在40cm×40cm×40cm箱子中，记录小鼠5分钟内中心区域穿越时间、移动距离占比及平均速度，评估自主探索行为、焦虑和抑郁。

- 视觉悬崖实验（Visual Cliff）：玻璃箱分“悬崖区”（棋盘格在玻璃下）和“格子区”（棋盘格在箱底），记录小鼠5分钟内在悬崖区停留时间，评估2D/3D视觉空间感知。

- Y迷宫实验：3臂（50cm×18cm×35cm，夹角120°），记录小鼠探索完3臂的时间及错误次数，评估空间记忆。

3. 生理指标检测

- 身体成分：用EchoMRI-100H分析仪测体脂率、肌肉率，计算脂肪/体重比、肌肉/体重比；每周测试前测体重。

- 乳酸耐受性：每次MAS测试后5分钟内尾动脉取血，用Blood Lactate Kit和酶标仪（Varioskan Flash）测血清乳酸浓度。

（四）统计方法

- 用SPSS 20.0和GraphPad Prism 8.0分析数据，Shapiro-Wilk检验正态性，Levene检验方差齐性；

- 组间差异用重复测量双因素方差分析（two-way ANOVA repeated measure），组内差异用单因素方差分析（one-way ANOVA）结合Fisher LSD和Bonferroni校正；

- 数据以“均值±标准误（SEM）”表示，P<0.05为差异有统计学意义。

三、研究结果

（一）最优小鼠品系筛选

- 训练完成度：C57BL/6小鼠多不愿跑步、常停留电网，BALB/c小鼠对电击更敏感，完成2周训练的比例更高。

- 运动能力：MAS测试中两品系无显著差异，但BALB/c小鼠初始MAS更高（Test 1：BALB/c 39.1±0.8m/min vs C57BL/6 33.6±0.8m/min）；转棒实验中BALB/c小鼠的HT组与N组差异显著（P=0.017），故确定BALB/c小鼠为最优模型品系。

（二）运动能力结果

1. 转棒实验：HT组在Test 3的停留时间显著高于Test 1、2、4、5（P=0.021、0.033、0.004、0.010）；Test 3时HT组与H、N组差异显著（P<0.05），与NT组有差异趋势（未达显著）；双因素ANOVA显示，训练对停留时间影响显著（F=12.620，P=0.001），环境影响不显著（F=0.818，P=0.369）。

2. 有效训练小鼠分析：HT组11/18只、NT组9/18只为有效训练小鼠（Test 2/3转棒成绩较Test 1提升），HT组Test 3成绩显著高于H、N组（P<0.001），与NT组经LSD检验差异显著（P=0.034），Bonferroni校正后不显著（P=0.203）；双因素ANOVA显示训练（F=21.101，P<0.001）和环境（F=5.090，P=0.028）影响均显著。

3. MAS与握力：各组间最大有氧速度、前肢握力无显著差异。

（三）认知与情绪结果

1. 旷场实验：H组中心区域平均速度、 Bout频率、停留时间显著低于N组（P=0.014、0.006、0.009），HT组与N组无显著差异；双因素ANOVA显示，缺氧环境对上述指标影响显著（P<0.05），训练可缓解缺氧导致的焦虑、抑郁。

2. 视觉悬崖实验：各组在悬崖区停留时间无显著差异，但H组有延长趋势（P>0.05），提示缺氧可能轻微影响空间视觉能力，训练无显著改善。

3. Y迷宫实验：Test 2时H组完成时间显著长于N、NT组（P=0.017、P<0.001），HT组与N组无差异；双因素ANOVA显示训练（F=6.140，P=0.016）和环境（F=9.144，P=0.004）影响显著，说明缺氧损害空间记忆，训练可缓解。

（四）生理指标结果

1. 体重：重复测量双因素ANOVA显示分组与测试时间有交互效应（F=2.971，P=0.001）；Test 2时HT组体重显著低于H、N组（P=0.011、P<0.001），NT组低于N组（P=0.004）；有效训练小鼠中，Test 2时HT组体重显著低于N组（P=0.010）。

2. 身体成分：

- 体脂率：分组与测试时间有交互效应（F=2.971，P=0.001）；Test 2时H组体脂率显著高于HT、N、NT组（P=0.034、0.047、0.037）；双因素ANOVA显示训练（F=7.983，P=0.007）和环境（F=6.999，P=0.011）影响显著。

- 肌肉率：分组与测试时间无交互效应（F=0.829，P=0.621），但Test 2时H组肌肉率显著低于N、NT组（P=0.039、0.009）；双因素ANOVA显示环境影响显著（F=8.259，P=0.006），训练影响不显著。

3. 乳酸耐受性：各组无显著差异，但NT组在Test 2乳酸耐力最高，HT组在Test 3达峰值，趋势与转棒实验一致。

四、研究结论

1. 模型建立：成功建立BALB/c小鼠“高住高练”（LHTH）缺氧训练模型，转棒实验可作为核心评估指标；16% O₂缺氧训练2周后，小鼠在常氧环境中第7天（Test 3）运动能力达峰值，适合作为耐力竞赛时间点。

2. 缺氧训练的作用：可提升小鼠耐力，缓解缺氧导致的认知障碍（空间记忆）、焦虑抑郁情绪、肌肉流失及脂肪堆积，但对2D/3D视觉能力无显著保护作用，且对肌肉力量提升无明显效果。

3. 指标适用性：长期训练后小鼠对电击产生耐受性，MAS测试可能无法准确反映耐力；转棒实验不受耐受性影响，更适合评估训练效果。

五、研究局限性

1. 长期电击训练使小鼠产生电击耐受性，可能导致MAS测试结果失真，未来可考虑食物奖励等替代刺激方式。

2. 视觉悬崖实验仅记录小鼠在悬崖区停留时间，指标单一，需增加更多维度评估视觉能力。

3. 未深入探究缺氧训练影响运动与认知功能的分子机制（如HIF-1α、BDNF等通路），且样本量较小，可能影响结果稳定性。