高溫高濕環(huán)境下遞增負荷大強度運動對人體血清白細胞介素12的影響

崔書強 賴麗麗 趙杰修

1 國家體育總局體育科學研究所（北京 100061）

2 北京市體育科學研究所 3 北京師范大學 4 江西教育學院體育系

白細胞介素12（interleukin-12，IL-12）是連接天然免疫和獲得性免疫的重要因子，也是一種促炎癥因子，它可以促進CD4 T細胞向Th1細胞分化， 有利于提高單核巨噬細胞活性， 增強CD8 T細胞和NK細胞的殺傷活性[1，2]。 樹突狀細胞（DC）和吞噬細胞等抗原呈遞細胞是IL-12分泌的主要來源，IL-12可以促進細胞毒性T細胞和LAK（活性殺傷性淋巴細胞）的產生，產生抗腫瘤作用[3，4]。 運動對IL-12的影響研究相對較少，Giraldo等[5]報道， 不經常運動的女性在一次急性運動后，IL-12會在24 h后升高。 Yeh 等[6]觀察糖尿病患者進行12周太極拳運動后發(fā)現，其血清IL-12明顯升高，說明殺傷性T細胞和NK細胞活性增強，機體免疫能力也相對提高。 IL-12作為連接天然免疫和獲得性免疫的重要因子， 其可反映機體免疫狀態(tài)變化[7]。高溫高濕環(huán)境存在于很多室外項目如足球、網球、田徑等，因此，研究高溫高濕環(huán)境下運動對人體的生理應激反應具有重要理論意義和實踐意義。 運動熱應激對機體免疫系統(tǒng)會產生何種影響尚不清楚。 本研究通過觀察高溫高濕環(huán)境下遞增負荷運動后血清IL-12和皮質醇的變化，探討高溫高濕環(huán)境下運動對機體免疫系統(tǒng)的影響。

1 對象與方法

1.1 研究對象與分組

北京體育大學20名男性受試者，健康狀況良好，無急、慢性病史，有一定運動背景（有足球、體操、游泳、排球等專項的訓練經歷）。 所有受試者實驗前一天無飲酒、藥物攝入、熬夜、大運動量等行為發(fā)生，均自愿報名參加實驗，并填寫知情同意書。 采用隨機數法將受試者隨機分為兩組：運動+高溫暴露組（以下稱運動組，n =10）和高溫暴露組（以下稱暴露組，n = 10）。具體信息見表1。

表1 受試者基本信息

1.2 實驗設計

運動組在溫度33℃、 相對濕度分別為40% ± 2%（RH40%）和80% ± 2%（RH80%）的環(huán)境下進行遞增負荷力竭跑臺運動，兩次不同濕度下運動間隔1周，實驗設計參照崔書強等的文獻[8]。 每次運動均在上午進行，實驗之前受試者熟悉測試環(huán)境適應跑臺，先進行5 min熱身，隨后進行遞增負荷跑臺運動。 跑臺跑速從8 km/h開始，每分鐘增加0.8 km/h，增加到16 km/h時速度不再增加，然后逐級遞增坡度，以0.5%為起始坡度，實驗過程中以受試者不能維持在相應跑速， 并自述不能堅持時終止運動。 與此同時，暴露組進行高溫暴露，兩組同時進出高溫環(huán)境房， 暴露組受試者進入高溫房后靜坐于椅子上直到運動組運動結束。 實驗通過天津市森羅科技有限公司生產的智能加熱和加濕裝置 調節(jié)室內溫度和濕度，同時配合除濕機（德業(yè)DY-650EB）控制濕度。 溫度變化控制在± 0.3℃，相對濕度變化控制在± 3%。

1.3 指標測試

分別于實驗前安靜時和實驗后即刻抽取靜脈血，置于4 ml真空管（BD）中，室溫靜置1小時后離心（4℃3000 r/min，10 min） 提取上清液，－80℃保存待測。 采用ELISA方法檢測血清IL-12、 血清皮質醇（由TPI公司提供），IL-12試劑盒由美國RB公司提供，靈敏度為1 pg/ml。嚴格按試劑盒說明書操作。

1.4 統(tǒng)計學分析

2 結果

2.1 各組實驗前后IL-12變化

運動組RH40%和RH80%環(huán)境下運動后IL-12均顯著性降低（P < 0.05）；暴露組IL-12在RH40%暴露后顯著性下降（P < 0.05），RH40%暴露后出現降低趨勢，但無顯著性差異。 見表2。

2.2 各組實驗前后血清皮質醇變化

運動組RH40%和RH80%環(huán)境下運動后血清皮質醇均顯著升高（P < 0.01，P < 0.05），RH40%運動后升高更明顯； 暴露組血清皮質醇RH40%暴露前后無顯著性差異，RH80%暴露后顯著性降低（P < 0.01）。 見表3。

表2 各組實驗前后IL-12比較（pg/ml）

表3 各組實驗前后血清皮質醇比較（ng/ml）

3 討論

本研究結果顯示，高溫環(huán)境下無論相對濕度高低，遞增負荷急性大強度運動后血清IL-12均顯著降低，而Akimoto等[7]對6名男性受試者在常溫環(huán)境下進行溫蓋特測試發(fā)現，運動后即刻IL-12明顯增加，運動后30 min血清IL-12濃度低于運動前， 其溫蓋特測試是10 s全力蹬車50 s間歇，這種運動模式與本研究的遞增負荷運動有較大差別。Giraldo等[5]對不經常運動的女性分別進行55%VO2max和70%VO2max的蹬車運動后發(fā)現， 中等強度（55%VO2max）組運動后IL-12稍有增加，但與運動前相比不具有顯著性差異，而在中高強度（70%VO2max）運動后，IL-12沒有增加， 而是在運動結束24 h后與運動后即刻相比顯著增加。Yeh等[6]觀察糖尿病患者進行12周的太極拳運動后發(fā)現，其血清IL-12明顯升高。Cox等[9]發(fā)現30min和60min中等強度（65%VO2max）的跑臺運動和6次3min的大強度運動（90%VO2max）均可引起運動后IL-12的降低，其中大強度運動組降低明顯。 根據以上研究，我們推測血清IL-12分泌可能受到運動強度的影響，運動強度大，運動后IL-12水平即使即刻升高，也會很快降低；而中等強度或太極拳等強度較低的運動能促使運動后血清IL-12升高。 關于高溫對運動后血清IL-12的研究還相對較少。 本研究中發(fā)現在高溫高濕（RH80%）的環(huán)境下單純熱暴露可引起IL-12的顯著性降低， 而在相對濕度40%條件下沒有引起顯著性降低；Rhind等[10]發(fā)現10名男性在39℃環(huán)境下進行40min、65% VO2max的功率自行車運動，發(fā)現在運動后40min，IL-12達到最高，并指出機體核心溫度的升高促進了循環(huán)血中細胞因子的增加。 IL-12的升高可能受到運動強度、采血時間的影響。

大強度運動后血清IL-12比中低強度運動后低，可能與大強度運動引起機體應激激素如糖皮質激素等明顯升高而對促炎癥因子產生抑制有關。 運動后皮質醇的升高可能抑制機體的免疫功能， 研究已經證實皮質醇可以抑制NK細胞功能[11]。高溫環(huán)境下運動后可以刺激皮質醇升高更加明顯，Laing等[12]通過讓受試者在36℃水中進行深水跑 （約58%VO2max）2個小時來模擬運動熱應激的效果，發(fā)現運動后即刻血漿皮質醇明顯升高，運動后1小時仍然顯著高于安靜時水平，38℃溫水中被動受熱組血漿皮質醇也明顯升高。 有研究指出皮質醇等應激激素的升高， 抑制了促炎癥因子如IL-12、TNFalpha以及INF-gamma的產生， 促進抗炎癥因子如IL-10、IL-4以及TGF-beta的產生， 激活重要的負反饋機制， 可以保護機體器官免受促炎癥因子過量釋放的影響以及巨噬細胞激活產物對組織的潛在損傷[13]。Kawabe等[14]最近研究指出，IL-12可以保護T細胞免于糖皮質激素引起的細胞凋亡， 糖皮質激素引起的細胞凋亡發(fā)生在生理和病理條件下以及治療條件下，而IL-12實際上參與了多種炎癥和免疫反應。 因此從免疫的角度來看，進行中低強度運動促使IL-12的升高在一定程度上抑制了一些疾病的發(fā)病進程， 這可能是運動對機體產生了良好的免疫促進作用。

本研究結果表明， 高溫引起機體的熱應激反應也對血清IL-12水平產生影響，在相對濕度較低的條件下熱暴露后血清IL-12出現降低但不具有顯著性差異，而在相對濕度較高的條件下熱暴露后血清IL-12出現了顯著性降低，但目前對于高溫環(huán)境對IL-12的影響研究相對較少，還有待進一步研究。

4 總結

高溫環(huán)境下，無論相對濕度高低，進行遞增負荷大強度運動后血清IL-12均降低，可能由血清皮質醇的顯著性升高對IL-12產生了抑制作用所引起。 高溫環(huán)境下運動引起免疫抑制的機制有待進一步研究。

[1] Del Vecchio M，Bajetta E，Canova S，et al. Interleukin-12：biological properties and clinical application. Clin Cancer Res，2007，13（16）：4677-85.

[2] 高曉明.免疫學教程.北京：高等教育出版社，2006：119-120.

[3] Trinchieri G. Interleukin -12：A Proinflammatory Cytokine with Immunoregulatory Functions that Bridge Innate Resistance and Antigen-Specific Adaptive Immunity. Annu Rev Immunol，1995，13：251-76.

[4] Trinchieri G.Interleukin -12 and the regulation of innate resistance and adaptive immunity. Nat Rev Immunol，2003，3（2）：133-46.

[5] Giraldo E，Garcia JJ，Hinchado MD. Exercise intensity -dependent changes in the inflammatory response in sedentary women：role of neuroendocrine parameters in the neutrophil phagocytic process and the pro-/anti-inflammatory cytokine balance. Neuroimmunomodulation，2009，16（4）：237-44.

[6] Yeh SH，Chuang H，Lin LW，et al.Regular Tai Chi Chuan exercise improves T cell helper function of patients with type 2 diabetes mellitus with an increase in T-bet transcription factor and IL-12 production. Br J Sports Med， 2009，43（11）：845-50.

[7] Akimoto T，Akama T，Tatsuno M，et al.Effect of brief maximal exercise on circulating levels of interleukin-12. Eur J Appl Physiol，2000，81（6）：510-2.

[8] 崔書強，賴麗麗，趙杰修，等.不同濕度高溫環(huán)境下急性大強度運動應激前后人體血漿游離HSP72濃度變化. 中國運動醫(yī)學雜志，2013，32（1）：20-23，49.

[9] Cox AJ, Pyne DB, Saunders PU,et al.Cytokine responses to treadmill running in healthy and illness-prone athletes. Med Sci Sports Exerc，2007，39(11):1918-26.

[10] Rhind SG，Gannon GA，Shephard RJ，et al.Cytokine induction during exertional hyperthermia is abolished by core temperature clamping：neuroendocrine regulatory mechanisms.Int J Hyperthermia， 2004，20（5）：503-16.

[11] Vitale C, Chiossone L, Cantoni C, et al.The corticosteroidinduced inhibitory effect on NK cell function reflects downregulation and/or dysfunction of triggering receptors involved in natural cytotoxicity. Eur J Immunol，2004，34(11):3028-38.

[12] Laing SJ，Jackson AR，Walters R，et al. Human blood neutrophil responses to prolonged exercise with and without a thermal clamp. J Appl Physiol，2008，104（1）：20-6.

[13] Elenkov IJ，Chrousos GP. Stress hormones，proinflammatory and antiinflammatory cytokines，and autoimmunity. Ann N Y Acad Sci，2002，966：290-303.

[14] Kawabe K，Lindsay D，Braitch M，et al. IL -12 inhibits glucocorticoid-induced T cell apoptosis by inducing GMEB1 and activating PI3K/Akt pathway. Immunobiology，2012，217（1）：118-23.