急性低氧暴露與低氧運(yùn)動(dòng)習(xí)服的血液學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)*

周文婷， 胡 揚(yáng)， 徐 飛

(1. 遵義師范學(xué)院體育學(xué)院， 貴州 遵義 563000； 2. 北京體育大學(xué)， 北京 100084； 3. 杭州師范大學(xué)， 杭州 310036)

隨著進(jìn)出高原人數(shù)日漸增多，急性高山病(acute mountain sickness, AMS)成為高發(fā)疾病。高原缺氧是AMS的根本誘因[1]，低氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力、耐受力下降和多種不適反應(yīng)出現(xiàn)，加重AMS癥狀[2]，而短期適當(dāng)劑量的低氧暴露結(jié)合訓(xùn)練可加快高原習(xí)服的進(jìn)程，顯著降低急進(jìn)高原時(shí)AMS的發(fā)生率及嚴(yán)重程度[3]。

通過(guò)多次試驗(yàn)，本試驗(yàn)室先后利用模擬低氧環(huán)境建立AMS模型，對(duì)世居平原北方漢族男性施以3周漸進(jìn)式低氧訓(xùn)練，觀察AMS低氧習(xí)服效果，測(cè)試低氧暴露及3周低氧訓(xùn)練階段的血液學(xué)指標(biāo)(血清血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin converting enzyme, ACE)、血管緊張素II(anglotensinogen II, AngII)[3]、抗利尿激素(antidiuretic hormone, ADH)和醛固酮(aldosterone, ALD)[4])和心肺功能指標(biāo)(心率、動(dòng)態(tài)血壓、SpO2等)[5]的變化，并篩選與低氧暴露和低氧運(yùn)動(dòng)習(xí)服效果相關(guān)的遺傳位點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血清ACE 活性和AngⅡ水平不是AMS的敏感指標(biāo)[3]。內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)基因的4a/4b位點(diǎn)是AMS發(fā)生及低氧運(yùn)動(dòng)習(xí)服的預(yù)測(cè)分子標(biāo)記[6]，HIF-1基因的G-217A位點(diǎn)和AGT基因的G-217A位點(diǎn)與低氧習(xí)服相關(guān)[4,5]，其他基因位點(diǎn)則與AMS發(fā)生及低氧運(yùn)動(dòng)習(xí)服無(wú)關(guān)[3,6,7]。一氧化氮(NO)、內(nèi)皮素-1(endothelin-1, ET-1)及心納素(atrial natriuretic peptide, ANP)是一組舒、縮血管的血管活性物質(zhì)，對(duì)低氧敏感，低氧下它們的合成與分泌異常會(huì)引發(fā)的缺氧性肺動(dòng)脈高壓(hypoxia pulmonary hypertension, HPH)，是除腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)和ADH外另一AMS的潛在病理生理基礎(chǔ)[2,8]，故本文也測(cè)試AMS發(fā)生和低氧習(xí)服中血清ANP、ET-1及eNOS的水平，以探索上述血液學(xué)指標(biāo)作為AMS發(fā)生及低氧運(yùn)動(dòng)習(xí)服效果敏感指標(biāo)的可行性，從而為急性高原反應(yīng)的診斷及低氧習(xí)服效果的評(píng)價(jià)提供血液學(xué)指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

61名健康男性大學(xué)生(20.6±1.4歲)參與Phase 1研究，后13人因個(gè)人原因在低氧訓(xùn)練期間流失，故Phase 2研究對(duì)象48人(20.8±1.4歲)。受試者無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)、心肺、心血管系統(tǒng)疾病及吸煙史；均為北方漢族世居平原者(海拔<800 m)。試驗(yàn)前6個(gè)月未經(jīng)高原和/或低氧暴露(海拔≥1 500 m)。試驗(yàn)前簽署知情同意書，并熟悉測(cè)試儀器和試驗(yàn)流程。

1.2 試驗(yàn)流程

Phase 1：受試者于常壓低氧艙(模擬海拔4 800 m，溫度20℃～24℃，相對(duì)濕度46%～67%)中暴露6 h：進(jìn)艙后休息30 min，然后進(jìn)行30 min的運(yùn)動(dòng)測(cè)試：在臥式功率車上仰臥休息5 min后，以恒定負(fù)荷(80 W, 60 rPm)蹬車20 min，恢復(fù)5 min。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后繼續(xù)靜息暴露至6 h。以LLS量表評(píng)價(jià)AMS[9]，運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后即刻、低氧暴露4 h和6 h結(jié)束時(shí)記錄AMS評(píng)分，將6 h結(jié)束時(shí)AMS評(píng)分≥3且有頭痛者定為AMS。Phase 2：恢復(fù)1周后，受試者進(jìn)行3 周 (2 h/d, 4 d/周)間歇性低氧暴露輔以運(yùn)動(dòng)，在模擬海拔2 500 m、3 500 m和4 800 m 各1周?？刂七\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，使受試者在上述低氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)的SpO2分別為90%～92%、<88%和<75%水平(以Nonin 3100 型血氧飽和度儀測(cè)試 SpO2，傳感器統(tǒng)一夾在左手食指，等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后讀數(shù)并記錄)，跑步、蹬車可選?；謴?fù)1周，重復(fù)Phase1，LLS量表評(píng)價(jià)AMS。

1.3 血液學(xué)指標(biāo)測(cè)試

受試者分別于Phase1階段的常氧安靜(Normoxia I, NMI)、低氧暴露結(jié)束(Hypoxia I, HYI)、3周 低氧訓(xùn)練后重復(fù)Phase1的常氧安靜(Normoxia II, NMII)和低氧暴露結(jié)束(Hypoxia II, HYII)時(shí)取8 ml靜脈血，分裝后分離血漿，-20℃保存。測(cè)試前樣本復(fù)融，4℃ 3 000 r/min 離心5 min，取上清，RIA法測(cè)定血清ANP、ET-1及eNOS(北京華英生物技術(shù)研究所進(jìn)口分裝試劑)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 急性低氧暴露對(duì)AMS與血液學(xué)指標(biāo)的影響

6 h低氧暴露后，AMS與非AMS組的評(píng)分分別為4.3± 1.7和1.1±0.9，AMS發(fā)生率為49.2%，評(píng)分值介于0～10。AMS與非AMS組在HYI時(shí)的ANP及eNOS均下降非常顯著，ET-1均輕微上升，兩組間各指標(biāo)變化量△1差異不顯著(表1)。

GroupnNMIHYI△1(HY-NM)ANP( pg/ml)AMS 30247.1±97.6165.4±36.0??-81.3±98.8Non AMS 31255.5±95.9170.5±27.9??-85.0±106.9ET-1( pg/ml)AMS30123.0±27.8128.5±29.95.5±34.2Non AMS31128.5±23.9131.5±28.53.0±37.8eNOS( μmol/L)AMS3066.5±14.958.2±11.5??-8.3±14.7Non AMS3166.2±13.754.7±7.4??-12.0±15.2

ANP: Atrial natriuretic peptide; ET-1: Endothelin-1; eNOS: Endothelial nitric oxide synthase; AMS: Acute mountain sickness; NMI: Normoxia Ⅰ; HYI: Hypoxia Ⅰ

**P<0.01vsNMI

2.2 3周低氧訓(xùn)練對(duì)AMS與血液學(xué)指標(biāo)的影響

低氧訓(xùn)練后，受試者AMS評(píng)分為1.4±1.6，AMS發(fā)生率為18.7%，評(píng)分值區(qū)間為0-6，60.4%的受試者AMS評(píng)分下降，定為低氧習(xí)服組(AMS-A)，其他為未習(xí)服組(AMS-NA)。

NMII時(shí)，AMS-A與AMS-NA組的ANP水平均比NMI時(shí)顯著上升，組間的ANP變化量差異顯著，而ET-1和eNOS水平下降不顯著。與NMII時(shí)相比，兩組HYII時(shí)的ANP水平均顯著下降，且ANP變化量在第二次低氧暴露后與初次低氧暴露相比均顯著下降，但組間差異不顯著。HYII時(shí)兩組的eNOS水平分別上升和下降，eNOS變化量均比初次低氧暴露時(shí)上升，在AMS-A組中差異非常顯著，組間的差異也非常顯著。兩組的ET-1水平在各個(gè)時(shí)段均無(wú)顯著性變化(表2)。

3 討論

3.1 低氧暴露劑量及3周漸進(jìn)式低氧訓(xùn)練方案的確定

本研究預(yù)期將AMS發(fā)生率控制在～50%，評(píng)分控制在～10，使設(shè)計(jì)達(dá)到均衡，較好地控制數(shù)據(jù)偏倚、統(tǒng)計(jì)效力及AMS癥狀的嚴(yán)重程度。最終以模擬海拔4 800 m暴露6 h的低氧劑量，輔以30 min的恒定負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，成功構(gòu)建適于AMS研究的急性低氧暴露模型，獲得預(yù)期的AMS發(fā)生率及AMS嚴(yán)重程度，表明本研究的低氧暴露劑量合理。此外，以往研究發(fā)現(xiàn)階梯習(xí)服及短期多次重復(fù)低氧暴露結(jié)合訓(xùn)練均可促進(jìn)低氧習(xí)服[3,10]，5 d的低氧預(yù)適應(yīng)即可顯著降低進(jìn)駐4 300 m海拔高原新兵的AMS發(fā)生率，且可保持5 d[11]，但階梯習(xí)服若不施加運(yùn)動(dòng)，單純依靠低氧刺激，習(xí)服時(shí)間往往較長(zhǎng)；多次重復(fù)低氧暴露結(jié)合訓(xùn)練則由于模擬高度恒定，易出現(xiàn)暴露早期受試者身體不適或暴露后期低氧劑量不足，故推測(cè)結(jié)合兩種方法更利于低氧習(xí)服。本研究采用3周漸進(jìn)式低氧訓(xùn)練方案，通過(guò)SpO2水平控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，最終AMS發(fā)生率顯著降至18.7%，AMS評(píng)分區(qū)間降為0-6，60.4%的受試者表現(xiàn)低氧習(xí)服，故可用于世居平原人的高原預(yù)適應(yīng)及AMS的預(yù)適應(yīng)和控制。

Tab. 2 The serum levels of ANP, ET-1 and eNOS in the AMS-A group and the AMS-NA group under the second acute hypoxic exposure after 3 weeks hypoxia

ANP: Atrial natriuretic peptide; ET-1: Endothelin-1; eNOS: Endothelial nitric oxide synthase; AMS: Acute mountain sickness; NMⅠ: Normoxia Ⅰ; NMⅡ: Normoxia Ⅱ; HYⅠ: Hypoxia Ⅰ; HYⅡ: Hypoxia Ⅱ

**P<0.01vsNMI;##P<0.01vsNMII

3.2 AMS發(fā)生與低氧習(xí)服中的血液學(xué)指標(biāo)變化

急進(jìn)高原人群中AMS的發(fā)生率約為30%～80%，其防治成為重要研究課題[7]。因AMS發(fā)病機(jī)制不明，其診斷和習(xí)服效果均采用LLS和ESQ等量表進(jìn)行評(píng)價(jià)，當(dāng)LLS評(píng)分≥3且出現(xiàn)頭疼時(shí)即認(rèn)為發(fā)生AMS，并由評(píng)分高低決定其嚴(yán)重程度，習(xí)服效果則根據(jù)習(xí)服后LLS和ESQ等量表評(píng)分的變化來(lái)表示。由于量表評(píng)價(jià)依賴個(gè)體主觀感覺(jué)，存在主觀性較強(qiáng)、某些個(gè)體難以準(zhǔn)確認(rèn)知相應(yīng)癥狀的缺點(diǎn)，因此長(zhǎng)期以來(lái)始終缺乏可靠指標(biāo)用于AMS及其習(xí)服效果的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，故探索以血液學(xué)指標(biāo)、生理學(xué)指標(biāo)或功能型遺傳標(biāo)記來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)AMS的發(fā)生及其習(xí)服效果對(duì)AMS的防治具有重大的現(xiàn)實(shí)意義、應(yīng)用前景和價(jià)值[12]。NO、ET-1及ANP是一組對(duì)低氧敏感的血管活性物質(zhì)[13-15]，當(dāng)?shù)脱醮碳ぱ軆?nèi)皮細(xì)胞時(shí)，ET-1與NO的合成分泌會(huì)分別增加和減少，加劇血管收縮造成HPH，而ANP作為低氧下機(jī)體的一種保護(hù)性代償機(jī)制，在HPH出現(xiàn)時(shí)總表現(xiàn)為分泌增加，從而在尿鈉排泄中發(fā)揮關(guān)鍵作用[16]。本研究中，受試者低氧暴露后的血清ET-1水平輕微上升，但eNOS和ANP水平下降均非常顯著，表明二者水平的變化與低氧耐受能力及心肺功能的下降有關(guān)，故可將二者視為急性低氧暴露的敏感指標(biāo)，而其他血液學(xué)指標(biāo)RAAS與ADH在急性低氧暴露中的作用(即鈉、水潴留在何種程度上影響AMS的發(fā)生)仍需進(jìn)一步加以明確[2-4]。但因AMS與非AMS組間差異不顯著，故并非AMS的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)，推測(cè)可能與本研究的低氧劑量較低有關(guān)。海拔高度越高、暴露時(shí)間越長(zhǎng)，AMS癥狀就越嚴(yán)重[2]。本研究中急性低氧暴露時(shí)間為6 h，雖然AMS發(fā)生率接近50%，但均較輕微，而多數(shù)發(fā)現(xiàn)ET-1、ANP或eNOS顯著變化的研究，其研究對(duì)象的AMS癥狀都較嚴(yán)重，有些甚至確診高原肺水腫[17]，故AMS的血液學(xué)預(yù)測(cè)指標(biāo)仍需進(jìn)一步探索。

研究發(fā)現(xiàn)，比初次低氧暴露相比，3周低氧訓(xùn)練后受試者的ANP水平在再次低氧暴露前后均非常顯著性升高，組間ANP變化量差異也非常顯著，而ET-1和eNOS水平有改善，但變化不顯著，表明3周低氧訓(xùn)練對(duì)機(jī)體的血液學(xué)指標(biāo)有正面影響，且該影響可能與AMS低氧習(xí)服效果相關(guān)，但ANP的影響最顯著，表現(xiàn)更好的舒血管能力和低氧適應(yīng)能力。此外，受試者再次低氧暴露前后的血液學(xué)指標(biāo)變化均比初次暴露時(shí)有改善，表明機(jī)體對(duì)低氧訓(xùn)練產(chǎn)生較好的應(yīng)激，從而提高受試者的低氧適應(yīng)能力，但這種改善主要體現(xiàn)在ANP和eNOS上，而eNOS水平變化量的差異則體現(xiàn)為AMS-A組與AMS-NA組的低氧習(xí)服差異，可作為習(xí)服效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)：即低氧訓(xùn)練后AMS-A組的eNOS提高幅度顯著，故低氧習(xí)服效果更好，而AMS-NA組提高幅度不顯著，低氧習(xí)服效果較差，與此前研究結(jié)果相一致[18,19]。

綜上所述，血清ANP和eNOS水平是急性低氧暴露的敏感指標(biāo)，ANP變化量與低氧運(yùn)動(dòng)習(xí)服效果有關(guān)。3周低氧訓(xùn)練后，AMS-A與AMS-NA組的eNOS水平在低氧暴露后變化趨勢(shì)不同，造成兩組低氧習(xí)服效果迥異，eNOS變化量可作為低氧習(xí)服效果的輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)。