《大众科学》奥运会作弊指南

编者注（2018年2月8日）：《大众科学》重新发布以下文章，该文章最初发表于2016年8月5日，以纪念2018年2月9日在韩国平昌开幕的冬季奥运会。

当2016年夏季奥运会在里约热内卢开幕时，有一群运动员将明显缺席：俄罗斯田径和举重队。他们的缺席将会被感受到：在2012年伦敦奥运会上，该队共获得了82枚奖牌。但他们不太可能会被怀念。

俄罗斯运动员是去年曝光的国家支持的兴奋剂计划的核心。调查人员发现了一个庞大而复杂的作弊系统，其中心位于莫斯科的一个实验室，该实验室负责对居住在俄罗斯并参加比赛的运动员进行药物检测。阳性检测结果被实验室工作人员掩盖，使用违禁兴奋剂（PED）的运动员的血液和尿液样本在国家情报机构的帮助下被秘密替换为“干净”的样本。

关于支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章，请考虑支持我们屡获殊荣的新闻报道，方式是 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。

该计划涉及从摔跤到帆船等不同运动项目的运动员，对他们所有人来说，主要成分都是相同的：一种字面意义上的类固醇“鸡尾酒”，用芝华士苏格兰威士忌冲服，以减少被发现的机会（女性则用味美思）。令经验丰富的观察员最惊讶的是他们选择的药物。鸡尾酒的关键成分是一种叫做口服脱氢氯甲基睾酮的东西，这是一种强效的睾酮衍生物，事实证明，它已经拥有自己悠久的奥运历史。

口服脱氢氯甲基睾酮是上一次已知的国家支持的奥运兴奋剂计划中的关键成分，该计划推动东德运动员在1970年代和1980年代获得金牌。从那时起，体育运动中的药物检测变得更加普遍和精确，对数百种特定化合物进行了测试。为了参加比赛，运动员必须放弃隐私，每天都要通知官员他们的行踪，以便他们可以接受世界反兴奋剂机构（WADA）监督的现场、赛外测试。像口服脱氢氯甲基睾酮这样有效且臭名昭著的东西应该早就被清除掉了。然而，它却像红牛一样被那些在索契冬季奥运会上赢得多个奖牌的运动员吞下。

有理由问：我们在打击体育运动中的兴奋剂方面取得了任何进展吗？

好吧，是的，而且……不完全是。一方面，WADA认可的实验室在2014年处理了惊人的186,073个血液和尿液样本，这是有数据的最近一年。略低于1％的样本出现“不良”或“非典型”结果，这是阳性或可疑结果的术语。这转化为大量的阳性检测结果——但请将这个数字与在研究人员承诺匿名的情况下，承认使用PED的国际大赛中29％的运动员进行对比。显然，有很多作弊者逍遥法外。

原因之一是兴奋剂使用者仍然领先检测人员约5到10年。以重组促红细胞生成素（EPO）为例，这是一种能提高红细胞计数（从而提高有氧耐力）的有效激素。该药物在2000年悉尼奥运会推出可靠的测试之前已经使用了十多年。然而，很明显，测试并没有阻止它的使用。根据WADA的数据，2014年有57名运动员的EPO检测呈阳性。然而，轶事证据表明，它可能更为普遍；因为这种药物在运动员体内只能停留几个小时，因此很难检测到低剂量。

可悲的事实是，运动员继续对他们历史上一直使用的许多相同的东西进行阳性检测：1950年代开始流行的安非他命和其他兴奋剂；1970年代和1980年代的合成类固醇；1990年代至今的EPO和人类生长激素。合成代谢剂仍然是迄今为止最广泛的类别，2014年所有运动项目中有超过1,400例阳性。这个数字包括76名运动员的检测结果，他们对使用40年的备用品口服脱氢氯甲基睾酮呈阳性——该药物已从市场上撤下，但像许多其他兴奋剂一样，只需在互联网上点击几下即可获得。

在某种程度上，尽管这看起来像是坏消息——即使在频繁的随机药物检测时代，运动员仍然使用容易检测到的物质——但也有一丝好消息。十年前，口服脱氢氯甲基睾酮只能在摄入后五到七天内检测到。现在检测窗口更像是五到六个月。药物检测已全面改进，使其比以往任何时候都更难作弊——这就是为什么俄罗斯人似乎认为他们需要这样一个系统性的、官方认可的作弊计划。因此，俄罗斯兴奋剂丑闻表明，与表面现象相反，药物检测至少在一定程度上取得了成功：现在要作弊，就需要整个国家运营的药物检测实验室的同谋。其他国家是否效仿俄罗斯的例子是一个悬而未决的问题；令人不安的是，负责里约奥运会的药物检测实验室在奥运会开幕前夕被重新批准之前，于今年早些时候失去了WADA的认证。

在本奥运会兴奋剂指南中，我们分解了最常用的兴奋剂方法，解释了它们的工作原理，分析了它们的检测难易程度，并揭示了哪些方法有利于提高成绩，哪些方法对提高成绩几乎没有证据。（例如：人类生长激素。）我们还调查了运动员像以往一样突破界限并采用新的和“改进的”作弊方法的方式。

不同之处在于，现在，与前几十年不同，检测人员并没有落后太多——正如我们在1月份看到的那样，网球巨星玛丽亚·莎拉波娃对一种叫做米屈肼的物质的检测呈阳性，这是一种心脏衰竭药物，刚刚被添加到违禁物质清单中。（顺便说一句，对于这种药物，没有任何证据表明它有任何提高成绩的作用。）再举一个例子，WADA宣布，它已经开发出一种基因兴奋剂测试，运动员可以在其中注射特定的基因来改善肌肉或耐力——尽管迄今为止，还没有已知成功使用基因兴奋剂技术的案例。

科隆预防兴奋剂研究中心的法医化学家马里奥·西维斯说：“检测方法已经变得更加全面和灵敏，使我们能够比20至30年前的化验更快、更长时间地监测和检测此类化合物。另一方面，正在开发的药物种类繁多，因此我们至少必须考虑这样一种情况，即今天或明天的挑战不是一两个新的药物类别和兴奋剂方法，而是额外的10到20个。”

合成代谢类固醇

合成代谢类固醇是帮助增加肌肉质量和力量的激素。它们包括睾酮及其合成衍生物，如诺龙、司坦唑醇和氧甲氢龙，这些衍生物经过调整，以增强其促合成代谢作用（与雄激素作用相反）。

结果
类固醇增加肌肉质量和力量，它们还有助于加速恢复，从而实现更强的训练强度。举重运动员使用类固醇周期，结合高强度训练来增强肌肉；它们在短跑运动员和跳跃运动员中也很受欢迎。但合成代谢类固醇在整个奥运会运动项目中都非常受欢迎（更快、更高、更强）。人们在从自行车运动员和橄榄球运动员到击剑运动员和飞碟射击运动员的运动员中发现了它们。

检测
根据WADA的数据，合成代谢类固醇是迄今为止在运动员中发现的最常见的违禁物质，在2014年几乎占所有阳性检测的一半。另有13％的阳性结果是利尿剂或其他掩蔽剂，旨在将药物从运动员体内冲洗掉。传统的尿液检测会寻找正常类固醇谱的变化，例如睾酮与表睾酮的比率。这些检测已被更先进的碳同位素测试所补充，该测试能够区分内源性类固醇和外源性类固醇。不幸的是，类固醇的作用持续时间比药物本身长得多，因此最新一代的测试侧重于检测合成代谢剂的长期代谢物（LTM）。

演变
称为选择性雄激素受体调节剂或SARM的小肽可以提高肌肉细胞对天然类固醇激素的敏感性——与传统的类固醇相比，副作用更少。尽管尚未批准用于人体，但SARM在互联网上很容易获得。

血液兴奋剂（又称氧载体兴奋剂）

包括重组促红细胞生成素（EPO）在内的激素以及增加红细胞计数的输血

结果
更多的肌肉氧气等于更多的力量，更少的疲劳和更快的表现。举一个例子，兰斯·阿姆斯特朗依靠EPO和输血七次赢得了环法自行车赛。血液兴奋剂和EPO都非常有效，因此它们很受欢迎，尤其是在跑步运动员和自行车运动员等耐力运动员中。血液兴奋剂也被怀疑在足球等运动项目中普遍存在。

掩蔽和检测
2000年悉尼奥运会引入了直接尿液检测促红细胞生成素（EPO）的方法。此后，许多运动员又转而采用较旧的输血血液兴奋剂方法，这种方法仍然无法检测。另一些人则尝试使用“微剂量”的EPO，注射少量药物，这些药物在几个小时内就会从体内清除，使得检测的可能性降低，同时仍然能够带来一些性能上的好处。（由于重组EPO的半衰期只有几个小时，因此阳性检测的“窗口”很短。）

目前正在开发更灵敏的新型EPO检测方法；一种有前景的新方法是寻找运动员体内药物消失后仍会长期存在的RNA变化。同源输血（即来自他人的输血）可以通过DNA筛查检测到，但目前还没有可靠的自体输血检测方法。研究人员正在研究可能辨别因冷冻血液而导致的细胞结构变化的方法。

另一种检测血液兴奋剂的方法是通过世界反兴奋剂机构（WADA）在2009年采用的“生物护照”，该方法以纵向方式跟踪血细胞比容和血红蛋白等血液参数，寻找可能表明兴奋剂使用的变化。特别能说明问题的是“离分值”，即血红蛋白与网织红细胞（或未成熟红细胞）的比率；当血液被抽出和输注时，该比率会增加，使得血液兴奋剂更容易被间接检测到。

演变
近年来，包括自行车运动员在内的运动员开始使用一种称为HIF（低氧诱导因子）稳定剂的药物，这是一种新兴的肾脏疾病药物，它通过激活表达EPO的基因来刺激身体自身产生EPO。许多HIF稳定剂，如氩气和氙气，可以在血液测试中检测到，但氯化钴的作用相同，而且更难检测。

兴奋剂

最古老的兴奋剂方法，如苯丙胺（安非他命）等兴奋剂，早在1936年奥运会就已出现。该类别还包括低等级兴奋剂，如麻黄碱，甚至咖啡因，咖啡因在2003年之前都在禁用物质清单上。运动员现在可以享用他们的三倍浓缩咖啡，但含有伪麻黄碱的感冒药在超过一定浓度后仍然是被禁止的。

结果
服用兴奋剂的运动员感觉自己更有活力和警觉性。它们有助于加快反应时间，这就是为什么它们一直受到棒球运动员以及自行车运动员和跑步运动员的青睐。但是兴奋剂也会干扰人体自身的体温调节系统，并且与少数职业自行车运动员在非常炎热的天气中死亡有关。

掩盖和检测
传统的安非他命相对容易检测，因为它们已经使用了很长时间，并且测试已经很成熟。一些运动员因体内存在少量伪麻黄碱而被处罚，他们坚称这些伪麻黄碱来自感冒药。

演变
莫达非尼是一种用于治疗嗜睡症和其他嗜睡障碍的药物，它很受运动员的欢迎；各种“设计师”兴奋剂也同样如此，这些兴奋剂在测试中更难被发现。

生长因子

其中包括人生长激素（hGH），以及胰岛素样生长因子（IGF-1）和其他生长因子。

结果
有限的证据表明hGH可以直接提高运动成绩，但它似乎确实有助于降低体脂百分比，并且也被运动员和其他人用来帮助从伤病中恢复，特别是肌腱和韧带的伤病。

检测和规避
2004年引入了HGH的血液检测，但该测试费用昂贵且灵敏度不高；此外，注射的hGH在体内持续时间不超过20小时。2014年，WADA认可的实验室在数千个样本中总共只返回了一个HGH阳性样本。

演变
口服GH“促分泌剂”是小的肽，可以通过垂体刺激人生长激素的自然产生。最近，一位俄罗斯科学家开发了一种名为“全尺寸MGF”的药物，它是IGF-1的近亲，既有效又无法检测。

糖皮质激素和β2激动剂

这是主要由哮喘患者使用的两类药物。糖皮质激素是一类皮质类固醇，包括泼尼松龙、可的松和地塞米松；它们与合成类固醇不同，更像是消炎药。β2激动剂包括沙美特罗（以Advair销售）、福莫特罗和沙丁胺醇等化合物。

结果
尽管这两类药物都被禁用，但它们对提高运动表现的益处仍存在争议。自20世纪30年代以来，糖皮质激素就被认为可以提高肌肉耐力，这就是它们被禁用的原因。它们也用于恢复，使运动员能够维持更大容量和强度的训练。至于β2激动剂，一项对26项研究的分析发现，对运动员没有显着的好处，但竞争者仍然广泛使用它们（因此阳性测试的数量很多）。口服和注射形式的这两种药物也被认为有助于增加肌肉质量，类似于合成代谢类固醇，因此在比赛中和比赛外都被禁用。然而，（更常见的）吸入形式对于许多已证明需要它们并已获得治疗用途豁免（TUE）的运动员来说是被允许的。你困惑了吗？

可检测性
通过尿液测试相对容易检测到——但考虑到已经有如此多的运动员为这两种药物获得了TUE，因此很难确定他们使用这些药物是为了合法目的还是为了提高表现。WADA为每个类别中的许多不同药物设定了每日使用阈值，但限制相当高，并且很难区分全身形式和吸入形式的药物。

演变
越来越多的耐力运动运动员正在获得这些药物的使用豁免，声称他们患有哮喘。令人惊讶的是，许多人都有合法理由：一些研究表明，长期的有氧训练，如跑步或骑自行车，实际上可能会加重甚至诱发哮喘症状。

机械兴奋剂

机械兴奋剂（使用隐藏的马达来辅助自行车运动员）的存在已经传闻多年，在1月份，荷兰赛车手Femke van den Driessche在越野自行车世界锦标赛上骑行的自行车管内发现了一个马达，从而证实了它的存在。

结果
轻巧、几乎无声的马达可以增加60到250瓦的额外功率，这足以在陡峭的爬坡上产生影响。

可检测性
当官员看到从她的自行车上垂下来的电线而产生怀疑时，通过电磁共振发现了 Van den Driessche的马达。自行车比赛官员还在比赛路线上的秘密地点使用了红外摄像机。在2016年环法自行车赛期间没有发现马达，但法国和意大利记者使用热成像进行的调查表明，一些车手仍在继续使用未被发现的马达。 Van den Driessche被禁止参加比赛六年，并最终退出了这项运动。

演变
据说，一些自行车运动员没有使用马达，而是尝试使用电磁轮，碳纤维轮辋内隐藏着磁铁，这能够产生60瓦的推力——考虑到环法自行车赛的竞争者在艰难的阿尔卑斯山攀登中平均需要350到400瓦，这已经很不错了。