低氧/高原訓練對免疫機能和炎癥反應影響的研究進展

楊 健，康 偉，周煒娟

高原環(huán)境最顯著的特點是其較高的海拔高度。隨著海拔高度的升高大氣壓力降低，氧分壓下降，進而呼吸入肺交換的氧分壓降低，血液中的氧含量下降，這將導致一系列神經(jīng)內(nèi)分泌功能的改變。世居平原人初上高原后，由于高原環(huán)境的應激作用，表現(xiàn)出種種不適應均與此有關(guān)。

高原訓練是一種特殊環(huán)境下的訓練，當前已有越來越多的項目將高原訓練應用到訓練實踐中來，特別是游泳、賽艇、自行車等體能為主導的競技體育項目。研究與實踐均表明，如訓練負荷安排恰當，高原訓練對于改善運動能力，提高運動成績具有積極作用。模擬低氧訓練是在平原上通過低氧發(fā)生系統(tǒng)，模擬高原環(huán)境的一種訓練方式，包括“高住低練、低住高練、高住高練低練”等幾種組合模式。實踐表明，這三種低氧訓練方式中，“高住高練低練”對于有氧能力的改善效果最好，這可能與該手段給予機體更為深刻的低氧刺激有關(guān)。然而，高原訓練也是把雙刃劍，不少隊伍高原訓練效果并不理想，失敗案例也屢見不鮮。其中，高原訓練過程中常伴有腹瀉、感冒及上呼吸道感染等疾病的發(fā)生，且其恢復過程緩慢，嚴重阻礙了訓練計劃的實施，使高原訓練的效果大打折扣。

不論是高原訓練還是低氧訓練，在低氧和運動負荷雙重因素作用下勢必會導致機體產(chǎn)生較強的應激反應，引起一系列生理變化和適應。模擬低氧訓練過程中免疫系統(tǒng)如何應答？檢索相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，目前，高原及模擬低氧訓練過程中運動員免疫功能變化情況的研究仍不多見。系統(tǒng)測量評價高原訓練和模擬低氧訓練過程中運動員各方面免疫機能的變化情況，對于防傷防病，提高高原/低氧訓練效果，有著重要的實踐意義。

1 急性高原或低氧暴露對炎癥反應及免疫功能的影響

運動員從平原進入高原初始，機體將發(fā)生一系列應激性變化。入高原初4至6小時后，由于高原低氧環(huán)境的刺激，腎上腺釋放的腎上腺素增加，循環(huán)血中皮質(zhì)醇濃度短暫升高，組織特異性交感神經(jīng)興奮性提高，這些改變使肺通氣量、心輸出量增加，血流量重新分布，從而保證人體重要的組織器官有充足的血液和能源物質(zhì)供應。去甲腎上腺素主要由交感神經(jīng)系統(tǒng)（SNS）釋放，通過α-腎上腺素能受體發(fā)揮其生理作用，如調(diào)節(jié)局部組織的血流量，調(diào)節(jié)血管緊張程度，調(diào)節(jié)血壓，調(diào)節(jié)基礎代謝率。故血液中去甲腎上腺素的濃度可反應SNS的興奮程度。高原暴露初期，去甲腎上腺素水平的變化與腎上腺素的變化存在較大的不同。通常，去甲腎上腺素濃度在高原暴露4-6小時內(nèi)或稍長時間內(nèi)均保持在平原水平，但隨著高原暴露時間的延長逐漸升高，至上高原后的4-6天達到最高水平。目前的研究認為，應激反應的強弱與高原的海拔高度有關(guān)，海拔越高反應越大；高原初期的應激反應主要受交感-腎上腺系統(tǒng)調(diào)控，其中β-腎上腺能受體在該調(diào)控過程中起著核心作用。一段時間后，若機體適應良好，動脈氧飽和度會逐漸升高，腎上腺素水平逐漸下降至平原水平。

正常機體中各淋巴細胞亞群相互作用，維持著機體的正常免疫功能。不同淋巴細胞亞群的數(shù)量和功能發(fā)生異常，可導致免疫系統(tǒng)紊亂并發(fā)生一系列的病理變化。T淋巴細胞亞群在某些臨床疾病，如自身免疫性疾病、免疫缺陷性疾病、變態(tài)反應性疾病、病毒感染、惡性腫瘤等均有異常改變。目前，最為快速和準確的T細胞亞群的檢測方法是流式細胞術(shù)熒光標記法，即用抗人T細胞表面分化抗原的單克隆抗體進行免疫熒光標記，通過流式細胞儀檢測T淋巴細胞各亞群的百分率或絕對計數(shù)。其中CD3+是成熟T淋巴細胞的標志；CD3+CD4+是T輔助細胞的標志；CD3+CD8+是T抑制細胞的標志；CD25+是白介素2受體的標志，即激活的T淋巴細胞。健康人外周血T淋巴細胞亞群的參考范圍為：CD3+占61～85%，CD3+CD4+占28～58%，CD3+CD8+占19%～48%，CD4+/CD8+約為0.9～2.0。成熟的B淋巴細胞表明表達CD19抗原，正常情況下占外周血淋巴細胞總數(shù)的6.4～22.6%。成熟的NK淋巴細胞表面表達CD16和CD56兩種抗原，正常情況下占外周血淋巴細胞總數(shù)的5～15%。

T細胞屬于白細胞家族中淋巴細胞的一員，在細胞調(diào)節(jié)的免疫發(fā)生過程中起著核心作用。T細胞前體由骨髓釋放進入胸腺，在胸腺中分化成熟成為抗原特異性的T細胞，之后釋放進入外周組織。在T細胞表面有特異性受體，可識別特異性MHC分子抗原。47名受試者從低海拔地區(qū)到達3200m-3800m的高原后的第5天，淋巴細胞對PHA刺激的反應顯著降低，但到第25天恢復至實驗前水平[1]。另一項研究對比患急性高山?。╝cute mountain sickness，AMS）和未患病者上高原后T淋巴細胞的變化后發(fā)現(xiàn)，25名未患病者在上高原后第3天PHA刺激的淋巴細胞增殖反應減弱，ConA刺激的淋巴細胞反應無變化；但是32名患者PHA和ConA刺激的淋巴細胞增殖反應能力均大幅降低，至第30天仍未恢復[2]。該學者的另一項研究也證實急性高原暴露后T淋巴細胞數(shù)量減少，PHA刺激的淋巴細胞增殖反應減弱，同時發(fā)現(xiàn)離體條件下輔助T細胞百分比降低而抑制T細胞百分比增加[3]。模擬2438m低壓低氧環(huán)境10小時暴露后第1天，Wilder-Smith等發(fā)現(xiàn)志愿者的淋巴細胞增殖反應減弱，CD69和CD14分化增加，HLA-DR下降[4]。13名健康女性在5050m海拔高度的Nepal居住后，研究發(fā)現(xiàn)不論是急性還是逐漸適應后：（1）T淋巴細胞數(shù)量顯著降低，T淋巴細胞總數(shù)顯著降低主要是由CD4+減少所致；（2）B淋巴細胞數(shù)量無顯著變化；（3）NK細胞數(shù)量顯著增加；（4）循環(huán)血T細胞中由Th1細胞分泌的INF-γ顯著降低，IL-4無顯著變化；（5）分裂原刺激的T細胞增殖分化能力顯著下降；（6）盡管NK細胞數(shù)量增加，但NK毒性并未受高原暴露的影響[5]。Ermolao等研究發(fā)現(xiàn)，高原暴露后的第1天和第21天尿中去甲腎上腺素和皮質(zhì)醇均顯著升高，腎上腺素無顯著變化，但循環(huán)血中INF-γ均顯著降低；高原1天后CD3+和CD4+T淋巴細胞均顯著減少，高原21天后CD16+CD56+均顯著增加；并發(fā)現(xiàn)高原第1天時的T淋巴細胞亞群如CD4+、CD19+與腎上腺素呈顯著正相關(guān)，INF-γ與去甲腎上腺素呈顯著負相關(guān)[6]。以上結(jié)果提示急性高原暴露后Th1/Th2調(diào)節(jié)的免疫平衡被打破，T淋巴細胞數(shù)量減少，免疫功能受損，而交感-腎上腺軸在高原暴露引起的免疫功能適應方面發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

B細胞也是由骨髓淋巴樣前體細胞分化而來，其表面有高特異性抗原分子，在遭受感染時可分泌抗體，從而形成獲得性免疫。B細胞分泌的抗體主要有IgG、IgM、IgE、IgD、IgA五種類型。人體中IgG占比最大。免疫球蛋白分子在補體介導的細胞殺傷及遞呈抗原過程中起著核心作用。急性高原或低氧暴露對B細胞功能的研究較少見到。3-5天的高原暴露后B細胞數(shù)量和比例升高，IgG降低，IgM和IgA無顯著變化[2，7]。Facco、Mazzeo等研究則顯示高原暴露對B細胞無顯著影響[5，8]。

NK細胞是一種大型的顆粒狀淋巴細胞，細胞表面表達CD16和CD56兩種抗原，正常情況下占外周血淋巴細胞總數(shù)的5%-15%。NK細胞可直接作用于病原靶細胞，也可通過分泌抗體作用于靶細胞而殺傷病原微生物，是參與非特異性免疫功能調(diào)節(jié)的一種重要細胞。研究發(fā)現(xiàn)急性低氧暴露后NK細胞數(shù)量和活性均顯著增加，但隨著暴露時間的延長NK細胞數(shù)量和活性逐漸恢復至正常水平[8-10]。但也有研究指出高原第21天CD16+CD56+仍顯著增加[6]。Pederson等證實急性高原暴露時，若注射腎上腺素和β-腎上腺能受體阻斷劑，NK細胞數(shù)量增加幅度降低[11]，提示交感-腎上腺軸在調(diào)節(jié)高原低氧暴露引起的NK細胞數(shù)量變化中起著發(fā)揮重要作用。

炎癥因子的低氧反應近來越來越多地受到關(guān)注。短期高原低氧暴露會引起循環(huán)血中IL-6、IL-1ra、CPR升高[12]。從目前的研究來看IL-6對于低氧應激的反應具有特異性，并且獨立于運動應激。人工培養(yǎng)的小鼠內(nèi)皮細胞急性低氧暴露后，IL-6的表達顯著增加[13]。新生大鼠心肌細胞培養(yǎng)后經(jīng)4h低氧暴露也發(fā)現(xiàn)IL-6表達顯著提高[14]。在體研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)急性低氧暴露后人血清中IL-6顯著升高，而其他炎癥因子無顯著變化[15]。登山運動員抵達4300m的Pikes峰初期以及居住數(shù)周后安靜狀態(tài)下IL-6水平均顯著升高[16]。腎上腺素注射后血漿中的IL-6水平隨之顯著升高，并表現(xiàn)出劑量依賴效應；在注射β-腎上腺素能受體阻斷劑后，腎上腺素誘導的IL-6升高現(xiàn)象被抑制[17]。一項大鼠研究發(fā)現(xiàn)，注射β-腎上腺素能受體激動劑后血漿IL-6大幅升高[18]。上述結(jié)果提示，β-腎上腺素能受體在調(diào)節(jié)血漿IL-6水平過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。急性高原暴露后，交感-腎上腺素軸被激活是IL-6水平顯著升高的原因之一。但腎上腺素在上高原后4-6天即恢復至平原水平，而IL-6即使數(shù)周后仍維持在較高水平，提示可能存在促進IL-6分泌的其他調(diào)節(jié)途徑。

2 高原及模擬低氧訓練對炎癥反應及免疫功能的影響

對人體而言，不同形式的運動、高原環(huán)境以及模擬低氧環(huán)境都是不同的應激源。運動對免疫功能影響已有較多研究進行了報道，運動強度、運動持續(xù)時間和個體運動能力水平都會對運動引起的免疫應答產(chǎn)生影響。運動訓練與高原環(huán)境或模擬低氧環(huán)境的協(xié)同作用下，機體免疫功能會發(fā)生如何變化？隨著高原訓練在國內(nèi)外越來越多的應用于競技體育項目訓練實踐中，這一領(lǐng)域俞來俞多地受到研究人員的關(guān)注。但從文獻檢索的情況看，在高原或模擬低氧環(huán)境下進行訓練對運動員免疫功能影響的研究還不多見，關(guān)注高原訓練過程中免疫功能變化的報道尤為鮮見。Klokker等研究表明NK細胞對低氧訓練的反應較常氧訓練更大，誘導了更為深刻的免疫應激反應[10]。相似運動強度下，與平原上的運動比較，在高原上的運動刺激導致循環(huán)血中IL-6、腎上腺素升高幅度更大，交感神經(jīng)表現(xiàn)出更高的興奮性[19]。急性低氧暴露和慢性低氧暴露環(huán)境下，亞極量負荷運動時循環(huán)血中IL-6均表現(xiàn)出顯著提高[20]。上述研究結(jié)果提示，高原訓練給機體帶來了更為深刻的免疫功能變化。

運動員進行高原訓練時機體免疫功能的變化外文文獻較少見到報道，而國內(nèi)學者的研究主要集中在白細胞計數(shù)水平，鮮見其他方面免疫功能的研究。國家游泳隊4周高原冬訓期間伴隨著訓練強度的升高，高原訓練中連續(xù)2周（第2、3周）白細胞升高，即便高原第4周作了訓練的調(diào)整，白細胞計數(shù)仍持續(xù)升高[21]。國家舉重隊800m亞高原訓練1周后WBC下降，第2周有所回升，但仍低于平原訓練組，亞高原訓練對運動員免疫能力表現(xiàn)出有一定抑制作用[22]。游泳運動員為期25天的高原訓練過程中，白細胞計數(shù)持續(xù)高于抵達高原第一天的水平，高原訓練的第25天仍升高了17%[23]。國家皮劃艇隊以陸上能力為主導的高原訓練過程中，WBC有持續(xù)下降的趨勢[24]。優(yōu)秀自行車選手大強度高原訓練過程中，WBC前四周處于持續(xù)降低的趨勢，調(diào)整周有所恢復，下高原后則回升至高原前水平[25]。高歡等研究發(fā)現(xiàn)周2周低氧預適應后的4周賽前高原訓練過程中，低氧第1周WBC計數(shù)升高，低氧第2周至高原第2周均表現(xiàn)為持續(xù)下降，但在高原第3、4周回升[26]。青海湖高原自行車拉力賽過程中WBC未發(fā)生顯著改變，但有下降的趨勢[27]。

Wang等研究發(fā)現(xiàn)，普通人經(jīng)四周、每周5次每次30min50%最大強度的低氧訓練（15%O2）后NK細胞上的激活分子和毒性顆粒蛋白表達上調(diào)，抗NPC毒性能力提高[28]。Wang等在另一項報道中指出4周的低氧訓練使衰老的T淋巴細胞亞群減少，外周血IFN-γ濃度升高、IL-6下降，氧化應激反應減弱。應該來說，Wang的兩項研究僅是在每周5天在低氧環(huán)境下進行30分鐘左右的訓練，低氧總暴露時間短，低氧+訓練的應激小，屬于間歇性低氧訓練。經(jīng)過4周后久坐人群NK細胞、T細胞免疫功能得到改善，氧化應激反應減弱?！案咦〉途殹奔碒iLo是目前競技運動員采用較多的一種模擬高原環(huán)境的低氧訓練模式，運動員在較高海拔環(huán)境下睡眠，訓練仍在常氧環(huán)境中，國內(nèi)以“常壓低氧”的居多。其突出優(yōu)勢是，訓練可保持平原的強度，但睡眠期間機體受低氧的刺激，有利于進一步提高血液系統(tǒng)、骨骼肌組織氧運輸氧利用能力。Tiollier等研究指出，越野滑雪運動員經(jīng)11天的“高住低練”（高住高度2500m、3000m、3500m）后唾液中的IgA濃度顯著下降，提示“高住低練”可能導致黏膜免疫功能下調(diào)[29]。Pyne等指出澳大利亞國家游泳隊經(jīng)過21天的2100m海拔下高原訓練后，淋巴細胞數(shù)和ConA誘導的淋巴母細胞轉(zhuǎn)化能力較平原時分別下降38%、32%[30]。Zhang Y等表明，與對照組比較，HiLo訓練的第14天和第28天足球運動員CD4+/CD8+大幅度下降，低氧對運動引起的T淋巴細胞亞群改變有放大作用[31]，服用靈芝膠囊后，HiLo引起的CD4+/CD8+下降得到改善[32]。上述文獻分析提示，低氧訓練可能會抑制黏膜免疫功能和T淋巴細胞免疫功能。

3 結(jié)論

低氧暴露和高原訓練均對免疫系統(tǒng)造成了深刻影響，表現(xiàn)為白細胞計數(shù)的下降，炎癥反應的增加，細胞免疫和體液免疫抑制。高原訓練時訓練強度越大，對免疫系統(tǒng)的影響越大，免疫抑制現(xiàn)象可能加劇。