蘇青青

(1.青海省體育科學研究所，青海 西寧 810000；2.青海省高原體育科學研究重點實驗室，青海 西寧 810000；3.國家體育總局 高原訓練研究重點實驗室，青海 西寧 810000)

低氧與人類健康密切相關。高原環(huán)境影響人體的主要因素是缺氧，平原人進入高原后，機體在神經和體液調節(jié)下發(fā)生代償適應性變化，以適應高原低氧環(huán)境。雖然低氧對機體造成損害，但一定程度的低氧適應可以對機體產生有利的影響。有研究認為[1]，在高原進行適應性的運動鍛煉，可以提高機體對高原環(huán)境的習服能力，有利于增強心肺功能，改善機體對氧的攝取、運輸和利用，提高機體最大有氧能力。因此，本研究進一步探討高原健身過程中人體低氧適應的分子及生理適應變化，這是高原醫(yī)學關注的熱點，也是本文主要的研究內容。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

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，無嚴重傷病史，無重大疾病如高血壓、心臟病、高血脂等，無傳染性疾病、無關節(jié)器質性疾病，近一年內有經常鍛煉的習慣(每周2次及以上，每次30min以上)。研究對象分為實驗組和對照組，其中實驗組包括高原組(青海西寧，海拔2 260m)和平原組(西安，海拔400m)，對照組：平原組(戶縣余下鎮(zhèn)，海拔400m)，見表1。

表1 研究對象情況

1.2 研究方法

組織所有研究對象進行3周健身運動，其中高原組和平原組進行高原低氧環(huán)境下體育運動，在海拔2 366 m的青海省湟中縣多巴鎮(zhèn)健身訓練2周后到達海拔3 500 m的青海省天俊縣繼續(xù)進行1周的健身運動，而對照組則進行平原常氧環(huán)境下體育運動，在海拔400 m的陜西省西安市余下地區(qū)進行3周的健身運動。3個組安排相同的健身活動運動量和運動強度，活動方式都以健身舞蹈、徒步快走等有氧運動為主。

1.3 指標檢測方法

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BioTek公司產Elx800通用酶標儀進行測定HIF-1α、EPO 、VEGF，分別使用進口試劑(武漢優(yōu)爾生科技股份有限公司)。高原組、平原組和對照組分別在各自居住地進行基礎值測試，其中高原組和平原組于高原健身運動第1周、第2周和第3周末在高原青海多巴進行檢測，對照組于3周健身運動結束后在平原陜西西安檢測；隨后于健身運動結束后2周的觀察期末，3個組分別在各自居住地進行測定。高原組和平原組共檢測5次、對照組共檢測3次。數(shù)據(jù)采用SPSS18.0統(tǒng)計，各指標的組內差異和組間差異進行T檢驗和方差分析。

2 研究結果

2.1 高原環(huán)境復合健身運動后高原和平原中年人缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)的變化

如表2所示，HIF-1α水平與基礎值比較，男子高原中年人在高原復合健身運動1～3周中，高原組呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢，平原組呈現(xiàn)下降趨勢，對照組在高原第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值，平原組變化不明顯；女子高平原中年人在高原復合健身運動1～3周和觀察末期高原組都表現(xiàn)為下降趨勢，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，觀察末期較高原第3周下降，對照組整體表現(xiàn)為下降趨勢。

表2 各組研究對象HIF-1α指標測定結果(Mean±SD)

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

2.2 高原環(huán)境復合健身運動后高原和平原中年人促紅細胞生成素(EPO)的變化

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

2.3 高原環(huán)境復合健身運動后高原和平原中年人血管內皮生長因子(VEGF)的變化

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

表3 各組研究對象EPO指標測定結果(Mean±SD)

表4 各組研究對象VEGF指標測定結果(Mean±SD)

3 分析與討論

低氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-I,HIF-1)是一種隨著細胞內氧濃度變化而調節(jié)基因表達的轉錄激活因子，是誘導低氧基因和修復細胞氧內環(huán)境的核心調節(jié)因子。在氧的張力、低氧反應基因的轉錄和慢性缺氧的生理適應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。低氧誘導因子-1可誘導血管內皮細胞生長因子(VEGF)、糖酵解酶、促紅細胞生成素(EPO)及一氧化氮合酶(NOS)等靶基因的轉錄而成為低氧應答時穩(wěn)定細胞內環(huán)境的調節(jié)中心。在低氧運動中，由于缺氧和能量的大量消耗及血液的重新分配，使機體的部分組織和細胞處于一種相對缺血和缺氧的狀態(tài)，低氧運動可以增加機體對暫時性氧缺乏的生理性適應，提高身體機能狀態(tài)。在本研究中，3周健身運動和觀察末期后，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動第2周后出現(xiàn)升高，女子平原組在高原健身運動第3周后出現(xiàn)升高，其余各組均有下降趨勢，可能與上高原1周后進行指標監(jiān)測有關，后期高原第2周和第3周下降可能與高原低氧環(huán)境的適應和出現(xiàn)疲勞有關。有研究表明[2-3]，進入高原缺氧環(huán)境組織中氧供給和利用沒有達到平衡之前，HIF-1α一直被表達，再給予更嚴重的低氧刺激后，HIF-1α水平又明顯增加。Gustafsson[4]通過對單腿伸膝訓練的研究發(fā)現(xiàn)，正常血流狀態(tài)和限制血流狀態(tài)下(大約低 15-20%)，以相同的絕對負荷訓練 45 min后發(fā)現(xiàn)，訓練能導致 HIF-1β mRNA 表達增加 340%，VEGF mRNA 表達增加 178%，但 HIF-1α則未見明顯增加，且限制血流和不限制血流組間沒有明顯差別，同時發(fā)現(xiàn)訓練引起 VGEF mRNA 表達增加與 HIF-1α和 HIF-1β mRNA的表達有關。低氧訓練導致 HIF-1亞基 mRNA上調增加，使肌紅蛋白、VEGF 和糖酵解酶 mRNA 水平增加，肌肉線粒體和毛細血管的密度增加，有利于運動成績的提高。

促紅細胞生成素(Erythropoietin,簡稱EPO)是由腎臟和肝臟分泌的一種激素樣物質，能夠促進紅細胞生成。在缺氧環(huán)境下，EPO生成增加，促進紅細胞增生。低氧調節(jié)EPO基因表達過程較復雜，機體血清 EPO濃度升高，通過血液循環(huán)抵達造血系統(tǒng)，與紅系祖細胞和原紅細胞等細胞膜上的EPO受體特異性結合，促進細胞增殖和分化，形成功能成熟的紅細胞；EPO還能促進紅細胞釋放進入血液，最終減輕低氧對機體的損傷。正常血漿中EPO約為10～30 mIU/mL，當缺氧和貧血時可上升100～1 000倍。低氧應激時，機體血漿內EPO濃度顯著上升，低氧環(huán)境30 min后血清EPO開始增加，缺氧4 h后血清EPO急劇上升，24 h達到最高峰。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著海拔高度的增加以及高原低氧時間的延長,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。EPO是反映骨髓造血系統(tǒng)功能的重要指標，研究結果顯示，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EPO水平增加，這是進入高原后進行健身運動機體為維護自身穩(wěn)定減少損傷而進行的自身防御措施。缺氧是導致EPO產生分泌的主要因素，是高原低氧復合健身運動下雙重缺氧刺激的結果。馮連世等研究發(fā)現(xiàn)，低壓氧艙暴露組和運動訓練組大鼠腎臟EPO基因表達水平較平原組高，模擬海拔2 000 m訓練組(1周組和2周組)較2 000 m對照組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，與運動訓練計劃和內容也有關系[4]。

血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，簡稱VEGF)，是一種高度特異性的促血管內皮細胞生長因子，具有促進血管通透性增加、細胞外基質變性、血管內皮細胞遷移、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，以及基質膠原酶、誘導組織因子等在內皮細胞的表達，激發(fā)V3因子從內皮細胞中釋放出來，從而改變細胞外基質，使其更易于血管生長[7-8]。余斌[1]等研究表明，在急性低氧復合適度運動的情況下，運動作為一個良性刺激因素,VEGF 影響局部微循環(huán)，提高骨骼肌的低氧適應能力，起到保護骨骼肌的作用。毛杉杉[9]等對大鼠進行高住低訓的研究中表明，高住低訓誘導的大鼠骨骼肌 HIF-1α、VEGF 基因表達較安靜對照組明顯升高，提示 HIF-1α 在調節(jié) VEGF 基因表達中可能發(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 的表達與VEGF、微血管密度(MVD)表達之間呈顯著正相關。Kreider[11]通過對未經訓練的健康人在低氧狀態(tài)下(相當于3 850 m)進行 6 周耐力訓練后，發(fā)現(xiàn)其骨骼肌 HIF-1α mRNA 出現(xiàn)明顯上調，并進一步導致 VEGF mRNA、肌紅蛋白mRNA 表達的增加，但在正常氧狀態(tài)下則沒有觀察到這個結果。VEGF是HIF-1α的下游基因，缺血缺氧可導致HIF-1α水平上調從而調節(jié)VEGF水平增加，提高微血管通透性，刺激血管內皮細胞增殖，促進新生血管生成。本研究結果顯示，VEGF水平男子高原組不同程度下降，平原組在高原健身運動第1周、對照組在高原健身運動第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動第1周上升24.1%,在高原健身運動第3周后上升8.2%，平原組在高原健身運動第3周后上升85.1%，對照組在高原健身運動第3周后上升56.5%。說明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表達變化趨勢基本一致，即在低氧或低氧訓練時，VGEF mRNA 水平的表達與 HIF-1α mRNA 水平具有同步變化的關系，這與以往研究結果相同[9]。

4 結論

(1)久居平原和高原地區(qū)44～55歲成年人在高原復合健身運動后，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。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合健身運動下的雙重負荷刺激起到了激活生理功能的作用，這對提高機體有氧能力，促進身體健康有積極作用。

(2)高原低氧環(huán)境復合健身運動后，VEGF水平高原和平原男女組表現(xiàn)了不同變化趨勢，即男子各組均表現(xiàn)為下降趨勢，女子組均表現(xiàn)為升高趨勢，其中女子平原組升高明顯，表明在高原適度缺氧下進行健身運動對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、物質代謝和運動能量等系統(tǒng)功能,對提高機體血液運氧及肌肉利用氧能力有積極效果，而男子組下降原因需進一步探討。

(3)高原低氧環(huán)境復合健身運動后，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，可能與上高原1周后進行HIF-1α指標檢測有關，后期高原第2周和第3周下降可能與機體對高原低氧環(huán)境的適應以及出現(xiàn)疲勞有關。

(4)男女對照組HIF-1α,EPO和VEGF水平變化不明顯，其與低氧、運動有關，且低氧更能影響其結果。而本實驗平原組在平原富氧環(huán)境下且為小負荷有氧健身運動，對上述低氧有關因子的指標影響不明顯。同時，男女高平原組EPO、VEGF水平增加雖然與以往研究一致，但無明顯統(tǒng)計學意義，可能與本次實驗樣本量較少有關。