低氧力竭運動對血漿心鈉素和內(nèi)皮素濃度的影響

李建輝

LI Jian-hui

低氧力竭運動對血漿心鈉素和內(nèi)皮素濃度的影響

李建輝

LI Jian-hui

目的 探討低氧條件下力竭運動對心血管調(diào)節(jié)激素血漿心鈉素（ANP）、內(nèi)皮素（ET-1）濃度變化的影響。方法 選取8名體育學(xué)院男生進(jìn)行直立蹬自行車運動試驗，分別進(jìn)行常氧運動（N）和低氧運動（H），測定運動至力竭的時間以及運動前（靜坐10min）、運動后即刻、運動后3min、運動后30min受試者心率、血壓、血漿滲透壓和血漿ANP、ET-1濃度的變化。結(jié)果 ①運動后即刻，N組血漿ANP、ET-1濃度顯著升高（P<0.05），H組血漿ANP、ET-1濃度非常顯著性升高（P<0.01），兩組間血漿ANP和ET-1升高幅度具有顯著性差異（P<0.05）；②運動后即刻，N組和H組血漿滲透壓均顯著升高（P<0.05）；③與H組相比，N組運動至力竭時間顯著較長（P<0.05）；④運動后30min，兩組血漿滲透壓仍顯著高于安靜時（P<0.05）。⑤運動后即刻，兩組心率較安靜時均顯著升高（P<0.001），至運動后30min，心率雖然都有一定恢復(fù)，但仍顯著高于安靜狀態(tài)（P<0.05）。結(jié)論 低氧力竭運動可使心血管組織合成釋放ANP、ET-1適度增加，對機體產(chǎn)生有益的影響。

低氧；力竭運動；血漿心鈉素；血漿內(nèi)皮素；血漿滲透壓；心率

心鈉素（atrial natriuretic peptide，ANP）主要由心肌細(xì)胞合成和分泌，具有強大的利尿、排鈉、擴張血管、降低血壓等作用。內(nèi)皮素（Endothelin，ET）是日本學(xué)者Yanagisawa等從培養(yǎng)的豬主動脈內(nèi)皮細(xì)胞中分離純化出一種由21個氨基酸殘基組成的血管活性多肽，對維持基礎(chǔ)血管張力與心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)起重要作用。ET有3個同分異構(gòu)體家族即ET-1，ET-2，ET-3，其差別在于個別氨基酸的殘基，對于心血管起主要作用的是ET-1，它是迄今所知的體內(nèi)縮血管作用最強，作用時間最久的活性物質(zhì)，ET-1和ANP之間存在著一種反饋調(diào)節(jié)機制，ET+-1能促進(jìn)心房肌細(xì)胞合成和釋放ANP，而增多的ANP又能反過來抑制ET-1水平的增高，同時拮抗其生物學(xué)效應(yīng)［1］。二者相互作用，在多種生理和病理生理過程中扮演了重要角色，令人矚目。近幾年來，低氧訓(xùn)練以其獨特的訓(xùn)練效果越來越受到重視，有關(guān)低氧訓(xùn)練的研究已有不少，但截至目前，有關(guān)低氧運動對心血管調(diào)節(jié)激素血漿ANP、ET-1濃度及其相關(guān)性的影響鮮見報道。本研究旨在通過觀察常氧和低氧環(huán)境下 （模擬2 500m海拔，氧濃度為15.4%）70%VO2max功率自行車運動至力竭時及運動后30min心率、血壓、血漿滲透壓以及血漿ANP、ET-1濃度變化，探討機體在低氧運動時心血管系統(tǒng)的內(nèi)分泌功能變化，以期為進(jìn)一步完善低氧訓(xùn)練理論提供實驗參考。

1 實驗方法

1.1 實驗對象及試驗條件

8名華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院男生，年齡 （24.9±1.3）歲，身高（173.4±4.5）cm，體重（67.43±8.04）kg，最大吸氧（44.2±3.9）mL/（kg.min），受試者身體健康，無心血管疾病，自愿參加試驗。試驗運動模型采用直立蹬自行車運動，根據(jù)試驗條件，每名受試者分別進(jìn)行2次力竭運動，即常氧運動（N）和低氧運動（H）。2次運動時間間隔1周，先常氧運動后低氧運動，實驗過程在上午08∶30-11∶30之間進(jìn)行。低氧氧分壓為15.4%，相當(dāng)于海拔2 500m高度，大氣壓為常壓，低氧組運動時采用PM-8000便攜式多參數(shù)監(jiān)護儀進(jìn)行血氧飽和度的監(jiān)測，實驗期間溫度控制在（20±2）℃，濕度控制在（60±5）%。

1.2 實驗步驟與方法

1）最大吸氧量（VO2max）測定。

正式實驗前1周呼吸代謝法測定測試受試者VO2max。測試前在功率自行車上進(jìn)行2min熱身運動，使心率達(dá)到110次/min左右，休息2min后以80W為起始負(fù)荷，60r/min的頻率蹬車，每10W/min遞增負(fù)荷運動至力竭。VO2max的判定標(biāo)準(zhǔn)為：以下5種情況任何3種同時出現(xiàn)：①體力達(dá)到力竭，受試者不能保持規(guī)定的速度進(jìn)行運動；②呼吸商大于1.10；③心率大于180次/min；④攝氧量不再增加而出現(xiàn)平臺；⑤血乳酸大于8mmol/L。

2）運動方式及指標(biāo)測試

受試者運動前3d不進(jìn)行大強度運動，不攝入酒及咖啡因飲料，在每次實驗前一晚22:00后禁食禁水。正式實驗前先做5min熱身運動，使心率達(dá)到110次/min左右，休息2min后在功率自行車上以本人70%VO2max，60r/min蹬速運動至力竭，記錄運動過程中每5min的心率變化和運動至力竭的時間，并分別在運動前（靜坐10min）、運動后即刻、運動后3min、運動后30min測受試者心率、血壓和血漿滲透壓，取肘靜脈血4mL（除運動后3min）平均注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%EDTA-Na30 uL和抑酞酶40uL的兩個試管中，混勻，室溫靜置30min后放入4℃3 000r/min離心機離心15min，分離血漿放-80℃冰箱保存，1個月內(nèi)用放射免疫法測定血清ET-1和ANP。

3）主要儀器設(shè)備

Monark 839（瑞典）立位多功能功率自行車；LOWOXYGEN SYSTEMS低氧系統(tǒng)（德國）；DFM-96型多管放射免疫計數(shù)器 （眾城機電技術(shù)公司）；SENSORMEDICS 2900心肺和能量代謝測定儀。

4）數(shù)據(jù)處理

用SPSS14.0軟件包對所獲指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組內(nèi)顯著性差異采用T檢驗，以方差分析檢驗組間差異顯著性，并對ANP和ET-1相關(guān)性進(jìn)行分析，顯著性水平為P<0.05，非常顯著性水平為P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同環(huán)境下運動血漿心鈉素質(zhì)量濃度變化

如表1所示，運動后即刻，N組血漿ANP質(zhì)量濃度顯著升高（P<0.05），H組血漿ANP濃度非常顯著性升高（P<0.01），組間血漿ANP升高幅度具有顯著性差異 （P<0.05）。運動后30min，N組和H組血漿ANP均恢復(fù)到運動前水平（P>0.05），但H組仍高于安靜狀態(tài)18.3%。

表1 運動前后血漿ANP質(zhì)量濃度變化

表1 運動前后血漿ANP質(zhì)量濃度變化

1）組內(nèi)與安靜時比較，P<0.05，2）P<0.01；3）與常氧運動比較P<0.05

實驗 安靜 運動后即刻-安靜常氧（N）低氧（H）115.4±20.8 131.9±17.9 144.8±19.61）197.0±20.92）運動后即刻 運動后30min 113.0±19.3 156.1±23.7 29.45±30.02 66.82±10.123）

2.2 不同環(huán)境下運動血漿內(nèi)皮素質(zhì)量濃度變化

如表2所示，運動后即刻，N組血漿ET-1的質(zhì)量濃度顯著升高（P<0.05），H組血漿ET-1的質(zhì)量濃度非常顯著性升高（P<0.01），組間血漿ET-1質(zhì)量濃度具有顯著性差異 （P<0.05），運動后30min，N組和H組血漿ET-1質(zhì)量濃度都基本恢復(fù)到運動前水平，提示，H組血漿ET-1恢復(fù)較快。

表2 運動前后血漿ET-1質(zhì)量濃度變化

表2 運動前后血漿ET-1質(zhì)量濃度變化

1）與安靜比較P<0.05；2）與常氧運動比較P<0.05

實驗 安靜 運動后即刻 運動后30min常氧（N）低氧（H）68.1±8.5 68.8±7.8 77.2±9.51）87.8±12.61）2）69.9±4.8 68.8±12.5

2.3 不同環(huán)境下運動總時間和運動前后RANP-ET比較

如表3所示，N組運動至力竭時間為 （84.7±12.87）min，H組運動至力竭時間為 （66.17±9.94）min，N組運動時間顯著較長（P<0.05）；兩次運動前后血漿ANP、ET-1的相關(guān)系數(shù)均發(fā)生一定變化，但和安靜時比較，組內(nèi)差異均不具有顯著性（P>0.05），提示：70%VO2max常氧運動和低氧運動對血漿RANPET的影響較為均衡。

表3 運動時間及運動前后血漿RANP-ET變化

表3 運動時間及運動前后血漿RANP-ET變化

實驗 安靜常氧（N）低氧（H）0.033-0.11運動后即刻 運動后30min 0.51-0.08 0.27 0.09運動時間（min）84.7±12.9 66.17±10.01）

1）與常氧運動比較P<0.05

2.4 不同環(huán)境下運動心率變化

如表4所示，運動后即刻，兩次運動的心率較安靜均顯著升高（P<0.001），至運動后30min，心率雖然都有一定恢復(fù)，但仍顯著高于安靜狀態(tài)（P<0.05）；和N組比較，運動后到運動后30min，H組心率恢復(fù)較快，但組間無顯著性差異（P>0.05）。運動中，N組和H組平均心率分別為 （154.79±9.25）次/min和（155.14±10.00）次/min，差異也無顯著性（P>0.05）。 運動過程中，H組心率增加較快，其心率—時間變化曲線較N組左移（見圖 1）。

表4 運動前后心率變化

表4 運動前后心率變化

1）組內(nèi)與安靜比較 P<0.05，2）P<0.001

實驗 安靜 運動后即刻 運動后30min常氧（N）低氧（H）61.4±8.3 59.4±7.6 162.9±11.02）167.1±10.92）86.7±8.21）81.7±9.41）

圖1 運動中心率變化圖

2.5 不同環(huán)境下運動前后血漿滲透壓的變化

運動后即刻，N組和H組血漿滲透壓均顯著性升高 （P<0.05），運動后30min，兩組血漿滲透壓仍顯著高于安靜時水平（P<0.05），但組間并無顯著性差異（P>0.05）。

表5 運動前后血漿滲透壓變化

表5 運動前后血漿滲透壓變化

1）組內(nèi)與安靜比較P<0.05

實驗 安靜 運動后即刻 運動后30min常氧（N）低氧（H）290.87±2.06 290.37±3.76 298.37±3.171）298.66±4.191）296.56±1.091）296.07±3.451）

3 討論

3.1 低氧力竭運動對血漿ANP的影響

心鈉素又稱心房肽，是一種具有舒血管及利鈉利尿效應(yīng)的激素，其產(chǎn)生與釋放受到神經(jīng)體液及血液動力學(xué)因素影響，如心房擴張、心房壓的改變、滲透壓的改變、交感神經(jīng)活動等的調(diào)節(jié)，其中心房擴張和心房壓增高是刺激運動中ANP分泌與釋放增加的主要因素。研究表明，運動引起血漿ANP升高的幅度與運動強度和持續(xù)時間成正比，并主要與強度有關(guān)［2］，低壓低氧能使血漿ANP的分泌增加［3］，本實驗結(jié)果顯示，N組運動時血漿ANP質(zhì)量濃度顯著升高 （P<0.05），H組運動至力竭時血漿ANP質(zhì)量濃度非常顯著性升高（P<0.01），組間血漿ANP濃度具有顯著性差異（P<0.05），提示低氧運動能從促進(jìn)血漿ANP的分泌，與前人研究結(jié)果基本相符。運動后30min，兩組血漿ANP均恢復(fù)到運動前的水平 （P>0.05）（見表1），但H組血漿ANP濃度仍高于運動前18.3%，分析可能與H組血漿ANP升高幅度相對較高有關(guān)。低氧條件下運動導(dǎo)致肺泡氣和動脈血氧分壓的降低，從而引起低氧性肺血管強烈收縮而導(dǎo)致較高的肺動脈壓，而肺動脈壓增高和缺氧是刺激心鈉素釋放的主要因素［4］，而本實驗中兩次運動的血漿滲透壓變化基本相同，而組間ANP則具有顯著性差異，提示，血漿ANP與血漿滲透壓的變化關(guān)系不大，ANP的大量釋放，可以減輕機體缺氧條件下的血管收縮和過量的水鈉潴留，從而有利于維持身體內(nèi)、外液的平衡，同時還能對抗ET、ANGⅡ等縮血管物質(zhì)過度升高導(dǎo)致的不良作用，降低心臟前后負(fù)荷，增加心肌有氧能力，增加心臟與運動肌肉的供血，促進(jìn)代謝。

3.2 低氧力竭運動對血漿ET-1的影響

ET-1是由血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的一種強烈而持久的血管收縮肽，對維持基礎(chǔ)血管張力與心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)起重要作用。研究表明，長期有氧耐力訓(xùn)練能顯著降低人體或者大鼠血漿ET-1 水平［5-6］，而 Starkoff B 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，6 周的中等強度運動和高強度間歇運動受試者血漿ET-1水平均無顯著變化，但高強度間歇運動組ET-1下降相對較為明顯，Mehrabi A等［8］研究發(fā)現(xiàn)，8周的低強度（30-40%最大心率）有氧運動不能改變冠狀動脈疾?。–AD）的病人和健康受試者血漿ET-1濃度，而長期間歇性單純的低氧刺激可引起大鼠血漿ET-1表達(dá)增加，大鼠血壓持續(xù)性升高［9］，提示血漿ET-1的變化與運動強度有關(guān)，低氧刺激能引起血漿ET-1的釋放。本實驗結(jié)果顯示，70%VO2max常氧和低氧力竭運動時，血漿ET-1質(zhì)量濃度均顯著升高，H組血漿ET-1濃度升高幅度顯著高于N組 （P<0.05），提示，低氧運動更能顯著刺激血漿ET-1的分泌和釋放，與上述研究結(jié)果基本相符。運動后30min，兩組血漿ET-1均恢復(fù)到運動前的水平（P>0.05）（見表 2），提示，低氧運動后血漿ET-1的恢復(fù)也相對較快，有利于心血管功能的調(diào)節(jié)。低氧下機體劇烈運動時，交感腎上腺系統(tǒng)興奮性增加，刺激了腎上腺分泌增加，血液兒茶酚胺水平增高，導(dǎo)致運動中BP升高和HR增快（見圖1）。缺氧一定程度上激了ET-1基因轉(zhuǎn)錄，提高了動脈對ET-1的敏感性，此外，缺氧是導(dǎo)致機體自由基增加的重要因素［10-11］，低氧運動組由于低氧和運動導(dǎo)致的雙重缺氧刺激，導(dǎo)致體內(nèi)自由基增加相對較多，而增加的自由基引起氧化型低密度脂蛋白增多，氧化型低密度脂蛋白可影響內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)和功能，從而引起ET-mRNA表達(dá)和釋放ET［12］。

3.3 低氧力竭運動對血漿ANP、ET-1相關(guān)性的影響

ET-1和ANP之間存在著一種反饋調(diào)節(jié)機制，ET-1能促進(jìn)心房肌細(xì)胞合成和釋放ANP，而增多的ANP又能反過來抑制ET-1水平的增高，同時拮抗其生物學(xué)效應(yīng)［1］。近年來，通過對眾多臨床心血管系統(tǒng)疾病患者內(nèi)分泌活性物質(zhì)的檢測發(fā)現(xiàn)，患者血漿活性物質(zhì)含量均較正常對照者發(fā)生不同程度的改變，因此眾多學(xué)者提出兩類內(nèi)分泌物質(zhì)的分泌失衡，可能是一系列疾病，尤其是心血管疾病發(fā)生發(fā)展的病理學(xué)基礎(chǔ)［13-14］。本實驗中ANP和ET-1具有同步變化趨勢，無論是運動后即刻還是運動后30min，血漿ANP、ET-1的相關(guān)系數(shù)雖發(fā)生一定變化，但和運動前比較，均無顯著性差異（P>0.05），提示，70%VO2max運動對血漿ANP和ET-1的影響較為均衡。由此，可以認(rèn)為70%VO2max功率自行車低氧力竭運動ANP、ET-1分泌的適度增加是機體對低氧應(yīng)激狀態(tài)下的一種保護性反應(yīng)，二者相互制約，協(xié)同調(diào)控，對缺氧條件下心血管系統(tǒng)功能及神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)具有重要意義。本實驗是一次性長時間低氧力竭運動所得結(jié)果，那么長期的恒定負(fù)荷低氧力竭運動對心血管調(diào)節(jié)激素的影響是怎樣的，是否有利于心血管內(nèi)分泌功能調(diào)節(jié)值得我們進(jìn)一步研究探討。

［1］ 朱大年.生理學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，2010:119-123.

［2］ 朱 磊，劉洪珍.有氧運動對力竭過程中大鼠心血管調(diào)節(jié)因子綜合效應(yīng)及冠狀動脈內(nèi)皮的影響［J］.北京體育大學(xué)學(xué)報，2013，36（2）:60-64.

［3］ Bocqueraz O，Koulmann N，Guigas B.Fluid-regulatory hormone responses during cycling exercise in acute hypobaric hypoxia［J］.Med Sci Sports Exerc，2004，36（10）:1730-1736.

［4］ Allemann Y，Stuber T，de Marchi SF，etal.Pulmonary artery pressure and cardiac function in children and adolescents after rapid ascent to 3450m ［J］.American Journal of Physiology Heart&Circulatory Physiology，2012，302（12）:2646-2653.

［5］ 田 雷，陳 鋼.自發(fā)性高血壓大鼠主動脈TGF-β1的變化及在運動降壓中的作用［J］.沈陽體育學(xué)院學(xué)報，2013，32（2）:83-85.

［6］ Wan A L，Cheng D K.Three months of Tai Chi Chuan exercise can reduce serum triglyceride and endothelin-1 in the elderly［J］.Complementary Therapies in Clinical Practice，2013，19（4）:204-208

［7］ Starkoff B，Eneli IU，Bonny AE，etal.Endothelin-1 and Exercise Intensity in Sedentary Adolescents with Obesity ［J］.International Journal of Kinesiology&Sports，2015，3（1）:1-8.

［8］ Mehrabi A，Daryanoosh F，Amirazodi M，etal.Effect of eight weeks low intensity aerobic exercise on endothelin-1 plasma level，blood pressure and heart rate in healthy people and patients with coronary artery disease［J］.Report of Health Care，2015，1（3）：109-113.

［9］ 殷 忠，許如意，李田昌，等.長期間歇性低氧對大鼠血壓及心血管內(nèi)皮系統(tǒng)的影響［J］.中華老年心腦血管病雜志，2013，15（11）:1189-1191.

［10］ Hielscher A， Gerecht S.Hypoxia and free radicals:Role in tumor progression and the use of engineering-based platforms to address these relationships［J］.Free Radical Biology and Medicine，2015，79（2）:281-291.

［11］ Heimlich J B， Speed J S， Bloom C J， et al．ET-1 increases reactive oxygen species following hypoxia and high-salt diet in the mouse glomerulus［J］.Acta Physiologica，2014，213（3）：722-730.

［12］ Mitra S，Deshmukh A，Sachdeva R，et al.Oxidized low-density lipoprotein and atherosclerosis implications in antioxidant therapy［J］ .Am J Med Sci，2011，342 （2）:135-142.

［13］ Xing D G，Zhang DY，Wang Z F，etal.Correlations of ANP Genetic Polymorphisms and Serum Levels with Ischemic Stroke Risk:A Meta-Analysis［J］.GeneticTesting&MolecularBiomarkers，2014，18（5）：349-356.

［14］ Yao AM，Hao YP，Zhang J，etal.Changes in plasma levels of atrial natriuretic peptide，endothelin-1 and von Willebrand factor among newborns with persistent pulmonary hypertension［J］.Chinese Journal of Contemporary Pediatrics，2013，15（9）：718-722.

Effect of Hypoxia Exhaustive Exercise on Plasma ANP and ET-1 Concentration

ObjectiveToexploretheeffectsofexhaustiveexerciseonthelevelsofcardiovascularregulatoryhormones plasma atrial natriuretic peptide （ANP） and endothelin （ET-1） in hypoxia condition.Methods Eight male college students were selected to perform aerobic exercise （N）or hypoxia exercise （H）upright bicycle riding test.The time of exercise to exhaustion，and the changes in heart rate，blood pressure， plasma osmotic pressure and plasma ANP and ET-1 concentrations were measured before （after sitting in 10mins） exercise， immediately after exercise， 3mins and 30mins after exercise.Results 1） immediately after exercise， plasma ANP and ET-1 concentration was significantly increased in N group （P<0.05） and was obvious significantly increased in H group （P<0.01）； 2） plasma osmotic pressure of both group was increased significanly after exercise immediately（P<0.05）；3）compared with group H，the time of exhaustive exercise in group N was significantly longer （P<0.05）； 4） 30mins after exercise， the plasma osmotic pressure of the two groups was significantly higher than that before exercise （P<0.05）； 5） two groups'heart rate was significantly increased compared with their quiet period （P<0.001）， and after exercise， although heart rate was restored， but was still significantly higher than that of 30 mins （P<0.05）.Conclusion Hypoxia exhaustive exercise can make cardiovascular tissue synthesis release， ANP and ET-1 moderate increase， and have beneficial effects on the organism.

Hypoxia； Exhaustive exercise； Plasma atrial natriuretic peptide； Plasma Endothelin； Plasma osmotic pressure；Heart rate

G80-05

A

1003-983X（2017）09-0775-04

2017-07-11

李建輝（1979～），男，廣東四會人，碩士，講師，研究方向：運動人體科學(xué).

廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院體育教研室，廣東 廣州，511442 Teaching and Research Section ofPhysicalEducation.Guangzhou Vocational College of Technology&Business，Guangzhou 511442，China