高原低氧環(huán)境復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)對(duì)中年人血液HIF-1α、EPO、 VEGF水平變化的影響

蘇青青

(1.青海省體育科學(xué)研究所，青海 西寧 810000；2.青海省高原體育科學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810000；3.國(guó)家體育總局 高原訓(xùn)練研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810000)

低氧與人類健康密切相關(guān)。高原環(huán)境影響人體的主要因素是缺氧，平原人進(jìn)入高原后，機(jī)體在神經(jīng)和體液調(diào)節(jié)下發(fā)生代償適應(yīng)性變化，以適應(yīng)高原低氧環(huán)境。雖然低氧對(duì)機(jī)體造成損害，但一定程度的低氧適應(yīng)可以對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有利的影響。有研究認(rèn)為[1]，在高原進(jìn)行適應(yīng)性的運(yùn)動(dòng)鍛煉，可以提高機(jī)體對(duì)高原環(huán)境的習(xí)服能力，有利于增強(qiáng)心肺功能，改善機(jī)體對(duì)氧的攝取、運(yùn)輸和利用，提高機(jī)體最大有氧能力。因此，本研究進(jìn)一步探討高原健身過(guò)程中人體低氧適應(yīng)的分子及生理適應(yīng)變化，這是高原醫(yī)學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)，也是本文主要的研究?jī)?nèi)容。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取世居或久居高原和平原45～55歲普通人群共86名。要求身體健康，無(wú)嚴(yán)重傷病史，無(wú)重大疾病如高血壓、心臟病、高血脂等，無(wú)傳染性疾病、無(wú)關(guān)節(jié)器質(zhì)性疾病，近一年內(nèi)有經(jīng)常鍛煉的習(xí)慣(每周2次及以上，每次30min以上)。研究對(duì)象分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，其中實(shí)驗(yàn)組包括高原組(青海西寧，海拔2 260m)和平原組(西安，海拔400m)，對(duì)照組：平原組(戶縣余下鎮(zhèn)，海拔400m)，見(jiàn)表1。

表1 研究對(duì)象情況

1.2 研究方法

組織所有研究對(duì)象進(jìn)行3周健身運(yùn)動(dòng)，其中高原組和平原組進(jìn)行高原低氧環(huán)境下體育運(yùn)動(dòng)，在海拔2 366 m的青海省湟中縣多巴鎮(zhèn)健身訓(xùn)練2周后到達(dá)海拔3 500 m的青海省天俊縣繼續(xù)進(jìn)行1周的健身運(yùn)動(dòng)，而對(duì)照組則進(jìn)行平原常氧環(huán)境下體育運(yùn)動(dòng)，在海拔400 m的陜西省西安市余下地區(qū)進(jìn)行3周的健身運(yùn)動(dòng)。3個(gè)組安排相同的健身活動(dòng)運(yùn)動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，活動(dòng)方式都以健身舞蹈、徒步快走等有氧運(yùn)動(dòng)為主。

1.3 指標(biāo)檢測(cè)方法

晨起空腹安靜狀態(tài)下抽取肘靜脈血5 mL，以3 000 r/min分離血清15 min，使用美國(guó)BioTek公司產(chǎn)Elx800通用酶標(biāo)儀進(jìn)行測(cè)定HIF-1α、EPO 、VEGF，分別使用進(jìn)口試劑(武漢優(yōu)爾生科技股份有限公司)。高原組、平原組和對(duì)照組分別在各自居住地進(jìn)行基礎(chǔ)值測(cè)試，其中高原組和平原組于高原健身運(yùn)動(dòng)第1周、第2周和第3周末在高原青海多巴進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)照組于3周健身運(yùn)動(dòng)結(jié)束后在平原陜西西安檢測(cè)；隨后于健身運(yùn)動(dòng)結(jié)束后2周的觀察期末，3個(gè)組分別在各自居住地進(jìn)行測(cè)定。高原組和平原組共檢測(cè)5次、對(duì)照組共檢測(cè)3次。數(shù)據(jù)采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)，各指標(biāo)的組內(nèi)差異和組間差異進(jìn)行T檢驗(yàn)和方差分析。

2 研究結(jié)果

2.1 高原環(huán)境復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)后高原和平原中年人缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)的變化

如表2所示，HIF-1α水平與基礎(chǔ)值比較，男子高原中年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)1～3周中，高原組呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì)，平原組呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，對(duì)照組在高原第3周下降。觀察末期高原組較高原第3周有所升高，平原組較高原第3周略有升高但低于基礎(chǔ)值，平原組變化不明顯；女子高平原中年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)1～3周和觀察末期高原組都表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，尤其在高原第2周和觀察末期下降明顯(P<0.05～0.01)，平原組表現(xiàn)為先上升后下降再上升的趨勢(shì)，觀察末期較高原第3周下降，對(duì)照組整體表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。

表2 各組研究對(duì)象HIF-1α指標(biāo)測(cè)定結(jié)果(Mean±SD)

注:“*”表示與基礎(chǔ)值比較差異顯著P<0.05；“**”表示與基礎(chǔ)值比較差異非常顯著P<0.01，下同。

2.2 高原環(huán)境復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)后高原和平原中年人促紅細(xì)胞生成素(EPO)的變化

如表3所示，EPO水平與基礎(chǔ)值比較，男子中年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)1～3周，高原組和平原組均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，到觀察末期都低于高原第3周但高于基礎(chǔ)值，對(duì)照組觀察末期也高于基礎(chǔ)值；女子中年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)1～3周，高原組表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，平原組和對(duì)照組表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，到觀察末期高原組和平原組較高原第3周升高，并高于基礎(chǔ)值，對(duì)照組觀察末期低于基礎(chǔ)值。

2.3 高原環(huán)境復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)后高原和平原中年人血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的變化

如表4所示，VEGF水平與基礎(chǔ)值比較，男子中年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)1～3周中，高原組、平原組和對(duì)照組都表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，尤其平原組在高原第1周和對(duì)照組高原第3周下降明顯(P<0.05)，到觀察末期3組均高于高原第3周但低于基礎(chǔ)值；女子高平原中年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)1～3周中高原組表現(xiàn)為先升高再下降再升高趨勢(shì)，平原組和對(duì)照組均表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，到觀察末期3組均低于高原第3周和基礎(chǔ)值。

表3 各組研究對(duì)象EPO指標(biāo)測(cè)定結(jié)果(Mean±SD)

表4 各組研究對(duì)象VEGF指標(biāo)測(cè)定結(jié)果(Mean±SD)

3 分析與討論

低氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor-I,HIF-1)是一種隨著細(xì)胞內(nèi)氧濃度變化而調(diào)節(jié)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄激活因子，是誘導(dǎo)低氧基因和修復(fù)細(xì)胞氧內(nèi)環(huán)境的核心調(diào)節(jié)因子。在氧的張力、低氧反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄和慢性缺氧的生理適應(yīng)之間起重要的中介作用。在低氧環(huán)境下，確保血氧通暢，提高抗缺氧耐受能力。低氧誘導(dǎo)因子-1可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)、糖酵解酶、促紅細(xì)胞生成素(EPO)及一氧化氮合酶(NOS)等靶基因的轉(zhuǎn)錄而成為低氧應(yīng)答時(shí)穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)中心。在低氧運(yùn)動(dòng)中，由于缺氧和能量的大量消耗及血液的重新分配，使機(jī)體的部分組織和細(xì)胞處于一種相對(duì)缺血和缺氧的狀態(tài)，低氧運(yùn)動(dòng)可以增加機(jī)體對(duì)暫時(shí)性氧缺乏的生理性適應(yīng)，提高身體機(jī)能狀態(tài)。在本研究中，3周健身運(yùn)動(dòng)和觀察末期后，男子組和女子組HIF-1α水平總體均出現(xiàn)不同程度降低，但男子高原組在高原健身運(yùn)動(dòng)第2周后出現(xiàn)升高，女子平原組在高原健身運(yùn)動(dòng)第3周后出現(xiàn)升高，其余各組均有下降趨勢(shì)，可能與上高原1周后進(jìn)行指標(biāo)監(jiān)測(cè)有關(guān)，后期高原第2周和第3周下降可能與高原低氧環(huán)境的適應(yīng)和出現(xiàn)疲勞有關(guān)。有研究表明[2-3]，進(jìn)入高原缺氧環(huán)境組織中氧供給和利用沒(méi)有達(dá)到平衡之前，HIF-1α一直被表達(dá)，再給予更嚴(yán)重的低氧刺激后，HIF-1α水平又明顯增加。Gustafsson[4]通過(guò)對(duì)單腿伸膝訓(xùn)練的研究發(fā)現(xiàn)，正常血流狀態(tài)和限制血流狀態(tài)下(大約低 15-20%)，以相同的絕對(duì)負(fù)荷訓(xùn)練 45 min后發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練能導(dǎo)致 HIF-1β mRNA 表達(dá)增加 340%，VEGF mRNA 表達(dá)增加 178%，但 HIF-1α則未見(jiàn)明顯增加，且限制血流和不限制血流組間沒(méi)有明顯差別，同時(shí)發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練引起 VGEF mRNA 表達(dá)增加與 HIF-1α和 HIF-1β mRNA的表達(dá)有關(guān)。低氧訓(xùn)練導(dǎo)致 HIF-1亞基 mRNA上調(diào)增加，使肌紅蛋白、VEGF 和糖酵解酶 mRNA 水平增加，肌肉線粒體和毛細(xì)血管的密度增加，有利于運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高。

促紅細(xì)胞生成素(Erythropoietin,簡(jiǎn)稱EPO)是由腎臟和肝臟分泌的一種激素樣物質(zhì)，能夠促進(jìn)紅細(xì)胞生成。在缺氧環(huán)境下，EPO生成增加，促進(jìn)紅細(xì)胞增生。低氧調(diào)節(jié)EPO基因表達(dá)過(guò)程較復(fù)雜，機(jī)體血清 EPO濃度升高，通過(guò)血液循環(huán)抵達(dá)造血系統(tǒng)，與紅系祖細(xì)胞和原紅細(xì)胞等細(xì)胞膜上的EPO受體特異性結(jié)合，促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，形成功能成熟的紅細(xì)胞；EPO還能促進(jìn)紅細(xì)胞釋放進(jìn)入血液，最終減輕低氧對(duì)機(jī)體的損傷。正常血漿中EPO約為10～30 mIU/mL，當(dāng)缺氧和貧血時(shí)可上升100～1 000倍。低氧應(yīng)激時(shí)，機(jī)體血漿內(nèi)EPO濃度顯著上升，低氧環(huán)境30 min后血清EPO開(kāi)始增加，缺氧4 h后血清EPO急劇上升，24 h達(dá)到最高峰。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著海拔高度的增加以及高原低氧時(shí)間的延長(zhǎng),EPO水平除女子平原組持續(xù)下降以外，其余各組均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。EPO是反映骨髓造血系統(tǒng)功能的重要指標(biāo)，研究結(jié)果顯示，除了女性平原組外其他各組高平原中年人上高原2 366m 2周、3 500m 1周時(shí)EPO水平增加，這是進(jìn)入高原后進(jìn)行健身運(yùn)動(dòng)機(jī)體為維護(hù)自身穩(wěn)定減少損傷而進(jìn)行的自身防御措施。缺氧是導(dǎo)致EPO產(chǎn)生分泌的主要因素，是高原低氧復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)下雙重缺氧刺激的結(jié)果。馮連世等研究發(fā)現(xiàn)，低壓氧艙暴露組和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練組大鼠腎臟EPO基因表達(dá)水平較平原組高，模擬海拔2 000 m訓(xùn)練組(1周組和2周組)較2 000 m對(duì)照組EPO mRNA水平增加明顯，其他模擬低氧組(3 000 m和4 000 m)EPO mRNA水平較對(duì)照組(3 000 m和4 000 m)均有不同程度下降[5]。本研究還發(fā)現(xiàn)女子平原組在上高原第1周后EPO水平出現(xiàn)不同程度降低，至第3周低于基礎(chǔ)值水平。影響EPO水平的因素很多，在高原環(huán)境下，低氧是影響EPO水平的主要因素，海拔越高，缺氧程度越大，但與海拔高度并不是呈直線關(guān)系。有研究提出[6]，EPO受海拔高度的影響，一般適宜海拔為1 600～2 500 m。如果在海拔6 000 m的高原，EPO水平下降明顯，可能是EPO受體飽和，抗體濃度上升和PH值降低造成的。因此，高原低氧環(huán)境下EPO水平除受低氧因素外，與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃和內(nèi)容也有關(guān)系[4]。

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，簡(jiǎn)稱VEGF)，是一種高度特異性的促血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子，具有促進(jìn)血管通透性增加、細(xì)胞外基質(zhì)變性、血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖和血管形成等作用。在低氧環(huán)境下，VEGF可以誘導(dǎo)血漿蛋白溶酶原激活物和血漿溶酶原激活物抑制劑-1，以及基質(zhì)膠原酶、誘導(dǎo)組織因子等在內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)，激發(fā)V3因子從內(nèi)皮細(xì)胞中釋放出來(lái)，從而改變細(xì)胞外基質(zhì)，使其更易于血管生長(zhǎng)[7-8]。余斌[1]等研究表明，在急性低氧復(fù)合適度運(yùn)動(dòng)的情況下，運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)良性刺激因素,VEGF 影響局部微循環(huán)，提高骨骼肌的低氧適應(yīng)能力，起到保護(hù)骨骼肌的作用。毛杉杉[9]等對(duì)大鼠進(jìn)行高住低訓(xùn)的研究中表明，高住低訓(xùn)誘導(dǎo)的大鼠骨骼肌 HIF-1α、VEGF 基因表達(dá)較安靜對(duì)照組明顯升高，提示 HIF-1α 在調(diào)節(jié) VEGF 基因表達(dá)中可能發(fā)揮了一定的作用。鮑永霞[10]等研究表明，10%低氧濃度下小鼠肺組織 HIF-1 的表達(dá)與VEGF、微血管密度(MVD)表達(dá)之間呈顯著正相關(guān)。Kreider[11]通過(guò)對(duì)未經(jīng)訓(xùn)練的健康人在低氧狀態(tài)下(相當(dāng)于3 850 m)進(jìn)行 6 周耐力訓(xùn)練后，發(fā)現(xiàn)其骨骼肌 HIF-1α mRNA 出現(xiàn)明顯上調(diào)，并進(jìn)一步導(dǎo)致 VEGF mRNA、肌紅蛋白mRNA 表達(dá)的增加，但在正常氧狀態(tài)下則沒(méi)有觀察到這個(gè)結(jié)果。VEGF是HIF-1α的下游基因，缺血缺氧可導(dǎo)致HIF-1α水平上調(diào)從而調(diào)節(jié)VEGF水平增加，提高微血管通透性，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，促進(jìn)新生血管生成。本研究結(jié)果顯示，VEGF水平男子高原組不同程度下降，平原組在高原健身運(yùn)動(dòng)第1周、對(duì)照組在高原健身運(yùn)動(dòng)第3周后下降明顯(P<0.05)，均具有顯著性差異；女子高原組在高原健身運(yùn)動(dòng)第1周上升24.1%,在高原健身運(yùn)動(dòng)第3周后上升8.2%，平原組在高原健身運(yùn)動(dòng)第3周后上升85.1%，對(duì)照組在高原健身運(yùn)動(dòng)第3周后上升56.5%。說(shuō)明VEGF水平女子組較男子組增加明顯，并發(fā)現(xiàn)女子組VEGF與HIF-1表達(dá)變化趨勢(shì)基本一致，即在低氧或低氧訓(xùn)練時(shí)，VGEF mRNA 水平的表達(dá)與 HIF-1α mRNA 水平具有同步變化的關(guān)系，這與以往研究結(jié)果相同[9]。

4 結(jié)論

(1)久居平原和高原地區(qū)44～55歲成年人在高原復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)后，EPO水平除平原女子組持續(xù)下降以外，其余各組均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。EPO高低反映骨髓造血功能以及人體代謝有氧能力水平，本次研究顯示EPO水平增加，表明高原低氧以及復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)下的雙重負(fù)荷刺激起到了激活生理功能的作用，這對(duì)提高機(jī)體有氧能力，促進(jìn)身體健康有積極作用。

(2)高原低氧環(huán)境復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)后，VEGF水平高原和平原男女組表現(xiàn)了不同變化趨勢(shì)，即男子各組均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，女子組均表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，其中女子平原組升高明顯，表明在高原適度缺氧下進(jìn)行健身運(yùn)動(dòng)對(duì)女子中年健康人群身體有積極影響，有利于改善心肺、抗氧化、物質(zhì)代謝和運(yùn)動(dòng)能量等系統(tǒng)功能,對(duì)提高機(jī)體血液運(yùn)氧及肌肉利用氧能力有積極效果，而男子組下降原因需進(jìn)一步探討。

(3)高原低氧環(huán)境復(fù)合健身運(yùn)動(dòng)后，HIF-1α水平除女子平原組在高原第3周上升外，其余各組均有下降趨勢(shì)，可能與上高原1周后進(jìn)行HIF-1α指標(biāo)檢測(cè)有關(guān)，后期高原第2周和第3周下降可能與機(jī)體對(duì)高原低氧環(huán)境的適應(yīng)以及出現(xiàn)疲勞有關(guān)。

(4)男女對(duì)照組HIF-1α,EPO和VEGF水平變化不明顯，其與低氧、運(yùn)動(dòng)有關(guān)，且低氧更能影響其結(jié)果。而本實(shí)驗(yàn)平原組在平原富氧環(huán)境下且為小負(fù)荷有氧健身運(yùn)動(dòng)，對(duì)上述低氧有關(guān)因子的指標(biāo)影響不明顯。同時(shí)，男女高平原組EPO、VEGF水平增加雖然與以往研究一致，但無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與本次實(shí)驗(yàn)樣本量較少有關(guān)。