高住低练对游泳运动员红细胞免疫黏附功能及白细胞计数的影响*

赵永才,高炳宏,吴格林,张久利

(1.唐山师范学院体育系,河北唐山 063000;2.上海体育科学研究所,上海 200030)

天然免疫和适应性免疫是人体两大免疫系统,构成机体完整的防御系统。运动免疫中关于适应性免疫的研究较多,天然免疫研究相对较少。事实上天然免疫系统在防御反应中位于第一道防线,可将进入机体的物质分解为无害物质,或者对有害病菌进行吞噬调理,以便于适应性免疫系统更好发挥作用,及时杀灭外来病菌,血液免疫中天然免疫功能包括红细胞的黏附、调理,各种白细胞的吞噬等功能等,因此运动医学研究领域有必要关注运动和天然免疫的关系。低氧训练是近年来我国竞技体育应用的新技术方法,有高住低练、低住高练等不同方式,运动免疫类研究虽多,但涉及低氧训练过程中人体免疫机能变化研究较少,尚未见关于天然免疫的报道。因此本文针对高住低练过程中运动员血液天然免疫变化进行研究,重点考察运动员红细胞黏附和白细胞计数的变化特点,了解运动员天然免疫功能对短周期高住低练的适应情况,为运动训练提供信息。

1 材料与方法

1.1 研究对象

上海市高水平女子游泳运动员6名,均为一级运动员,出生于华东地区,专业训练年限3～4年,身体健康并且无世居高原经历(表1)。

Tab.1 Characteristics of subjects(n=6)

1.2 研究方法

1.2.1 实验安排 低氧环境采用上海体育科学研究所低氧训练室。6名受试者进行连续2周高住低练,下午6∶30进入低氧实验室,晚间8∶00低氧区达到预定模拟高度,早上6∶00起床,每天晚上低氧睡眠区暴露10 h,模拟高度为2 500 m。白天在正常氧浓度下训练。

周一至周六训练,周日休息,白天训练按照计划进行,运动员在相同环境下进行训练,训练负荷相同,每天上午和下午分别进行1次训练,每次训练时间大约为2.5 h,以有氧训练强度为主。第1周每次训练完成5～6 km的运动量,第2周每次训练运动量调整为4～5 km,每周三、周五下午训练前进行大约1 h的瑞士球练习,游泳方式根据训练计划调整安排。

1.2.2 测试指标 前后总共取血4次,训练前一周1次,2周高住低练期内每周周末各取1次,高住低练结束1周后再取1次。每次肘部静脉抽血4 ml,2 ml用于检测红细胞C3b受体花环率(RBC-C3bRR)以及红细胞免疫复合物花环率(RBC-ICR)。RBCC3bRR和RBC-ICR的检测参考郭峰[1]等人建立的方法;另外2 ml血样用于检测白细胞计数,包括白细胞计数、淋巴细胞、单核细胞和粒细胞的计数(109cells/L)和百分比(%),同时计算这些指标在训练中相对训练前的变化率(%)。

1.2.3 测试仪器 LOWOXYGEN SYSTEMS(德国)低氧系统。全自动血球计数仪(SYSMEX KX-21型)。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 高住低练不同时期运动员红细胞免疫黏附功能的变化

高住低练1周后RBC-C3bRR从12.13%下降到7.84%,与训练前比较具有非常显著性的差异(P＜0.01);且高住低练2周后与训练前相比较仍然较低(P＜0.05);高住低练结束后1周RBC-C3bRR与训练前比较已无显著性差异(P＞0.05),与高住低练1周后比较有显著性差异,这表明经过1周的恢复,运动员红细胞CD35的黏附免疫复合物能力已经得到恢复。

反映红细胞黏附免疫复合物状态的RBC-ICR呈现相反的变化规律,高住低练1周后就开始呈升高趋势;高住低练2周后 RBC-ICR进一步升高到10.99%,与训练前比较具有显著性差异(P＜0.05);恢复期1周后RBC-ICR已下降到8.09%,虽然还是高于训练前,但与之比较已无显著性差异(P＞0.05,表 2,图 1)。

Tab.2 Changes of RBC-C3bRR and RBC-ICR in HiLo(%, ±s,n=6)

Tab.2 Changes of RBC-C3bRR and RBC-ICR in HiLo(%, ±s,n=6)

RBC-C3bRR:Red blood cell C3b receptor ring rate;RBC-ICR:Red blood cell immune complex matter ring rate;Pre-HiLo:Previous to HiLo;Post-HiLo:Posterior to HiLo*P＜0.05,**P＜0.01 vs Pre-HiLo;#P＜0.05,##P＜0.01 vs HiLo(1-week)

Marker RBC-C3bRR Change rate RBC-ICR Change rate Pre-HiLo 12.13±2.52 0 7.19±1.84 0 HiLo(1-week) 7.84±1.34** -0.35 10.10±2.51 0.40 HiLo(2-week) 9.33±0.43* -0.23 10.99±2.27* 0.53 Post-HiLo(1-week)11.22±0.69# -0.075 8.09±2.23 0.125

Fig.1 Change rate of RBC-C3bRR and RBC-ICR compared with pre-HiLo value

2.2 高住低练不同时期白细胞数量及百分比变化

在高住低练过程中,发现运动员不同白细胞总体上呈下降趋势。经过方差分析发现单核细胞计数在高住低练期间存在显著性变化(P＜0.05)。单核细胞计数在训练1周后下降,但与训练前比较无显著性差异(P＞0.05);训练2周后单核细胞计数升高到训练前水准;而恢复1周后计数又明显下降(P＜0.05)。单核细胞百分比在训练早期下降,训练2周后又迅速升高,恢复1周后百分比又明显低于训练2周后水平(P＜0.05)。

粒细胞计数在训练过程中不断下降,2周高住低练后达到最低,与训练前比较具有显著性差异(P＜0.05);恢复期1周后计数回升且与训练前比较无显著性差异(P＞0.05)。粒细胞百分比在整个训练过程比较稳定,与训练前比较无显著性差异(P＞0.05)。

淋巴细胞计数呈不断下降趋势,但变化未发现有显著性差异(P＞0.05),仅发现淋巴细胞百分比在恢复期有显著性下降(P＜0.05)。

粒细胞是白细胞的主要组成,因此发现白细胞总数变化同粒细胞相似(表3,图2)。

Tab.3 Changes of leukocyte cell count and percentage in HiLo(±s,n=6,count unit:109cells/L,change rate and percentage unit:%)

Tab.3 Changes of leukocyte cell count and percentage in HiLo(±s,n=6,count unit:109cells/L,change rate and percentage unit:%)

Pre-HiLo:Previous to HiLo;Post-HiLo:Posterior to HiLo*P＜0.05,**P＜0.01 vs Pre-HiLo;#P＜0.05,##P＜0.01 vs HiLo(1-week);△P＜0.05 vs HiLo(2-week)

Blood cell marker Pre-HiLo HiLo(1-week) HiLo(2-week) Post-HiLo(1-week)Monocyte count 0.52±0.08 0.43±0.05 0.52±0.08 0.38±0.10*△Change rate 0 -17.31 0 -26.10 Percentage 6.75±1.74 5.88±0.98 8.88±3.14# 5.56±1.38△Change rate 0 -12.89 31.55 -17.63 Granulocyte count 5.20±1.66 4.70±1.17 3.60±0.75* 4.50±0.79 Change rate 0 -9.62 -30.77 -13.46 Percentage 63.95±10.23 63.13±5.73 61.54±5.08 65.70±7.74 Change rate 0 -1.28 -3.77 2.74 Lymphocyte count 2.35±0.73 2.23±0.54 2.06±0.48 1.88±0.39 Change rate 0 -0.85 -12.34 -20 Percentage 32.20±8.86 32.00±5.92 37.33±11.02 28.11±5.88△Change rate 0 -0.62 15.93 -12.70 Leucocyte total count 8.03±1.72 7.38±1.43 5.85±1.00* 6.83±0.78 Change rate 0 -8.09 -27.15 -14.94

Fig.2 Change rate of count in different subsets of leucocyte compared with pre-HiLo value

3 讨论

3.1 高住低练不同时期红细胞免疫黏附功能的变化

红细胞和粒细胞等白细胞的免疫功能属于天然免疫功能的重要组成部分。天然免疫系统中,红细胞和白细胞中的吞噬细胞等具有相互协作的功能,红细胞结合抗原后可以将抗原上的C3b降解为iC3b,单核细胞和粒细胞上的CR3更容易与抗原上的iC3b结合,红细胞通过这种机制增强白细胞对抗原的吞噬调理。因此研究低氧训练中红细胞天然黏附功能和白细胞的变化对系统评价人体天然免疫能力具有重要意义,通常以红细胞C3b受体花环试验(测定红细胞CD35黏附活性)和红细胞免疫复合物花环试验(测定红细胞黏附的免疫复合物)评价红细胞免疫功能。

本研究发现高住低练1周后RBC-C3bRR明显低于训练前水平,红细胞CD35活性受抑制,黏附酵母菌能力明显降低,表明免疫黏附功能对高住低练较为敏感;高住低练2周后红细胞免疫黏附功能出现轻微恢复趋势;训练结束1周后RBC-C3bRR已经迅速恢复,与训练前比较无明显差异,表明红细胞黏附能力恢复较快;高住低练中运动员红细胞免疫黏附能力呈现的特点是降低较快,训练结束后恢复也快。

高住低练开始后RBC-ICR升高,训练2周后,RBC-ICR已经上升到较高水平并与训练前比较具有显著性差异(P＜0.05);而恢复1周RBC-ICR又迅速降低,虽然还是高于训练前水平,但与之比较已无显著性差异(P＞0.05)。训练期间,RBC-ICR不断升高并在训练2周后达到最高,表明此时机体产生的免疫复合物(IC)也比较多,大量的 IC与红细胞CD35结合位点结合,引起红细胞黏附能力下降。高住低练可引起IC增多,一次性大负荷运动也能产生这种效应,Dufaux[2]研究发现在3 h大负荷运动后IC的浓度1 h、3 h都明显高于运动前,2 d后基本恢复,表明IC在一次性大运动量运动后也能升高,不到2 d就能恢复。而本次研究对象在高住低练期间,RBC-ICR不断上升说明IC在不断累积,恢复1周后红细胞上的IC数量下降到正常水平。

本研究发现RBC-C3bRR下降的同时RBC-ICR上升,表明本次研究对象在高住低练过程中红细胞免疫能力下降属于继发性免疫功能低下,即大量IC占据过多的CD35结合位点,使得CD35活性下降。经过1周的恢复后,两种花环率均有不同程度恢复,与训练前比较无显著性差异(P＞0.05),表明运动员红细胞免疫黏附功能的调节是比较强的,对本次运动训练是适应的。

张缨[3]等人发现4周高住低练后,足球专项大学生RBC-C3bRR明显下降,而RBC-ICR显著性上升,表明较长时间的高住低练也能引起红细胞继发性免疫下降,本次研究结果也发现这样的变化,表明2周和4周高住低练都可抑制红细胞免疫黏附功能,而且变化趋势相似。

红细胞免疫受抑制目前认为与氧化应激有关。Pialoux[4]的研究表明6周低住高练能引起耐力跑受试者血浆晚期蛋白氧化产物(AOPP)和丙二醛(MDA)含量明显升高,维生素E水平明显下降,低氧暴露和运动对氧化应激具有累积效应。本研究受试者可能在训练期间血液里氧化应激增加,红细胞膜蛋白功能受影响而引起黏附能力的下降。

3.2 高住低练不同时期各类白细胞的变化

粒细胞可以结合并杀灭病菌。具体机制是粒细胞摄入病菌后呼吸爆发并释放髓过氧化物酶(MPO),MPO既能促进巨噬细胞的杀菌活性,又能促进次氯酸(HClO)的生成,次氯酸既可以杀菌,又能降低炎症反应强度。

而且粒细胞从红细胞表面CD35获得IC的速度比从溶液中获取快得多,具有与IC上C3b结合的竞争优势,致使IC从红细胞转向粒细胞,加速对其吞噬。

本研究表明2周高住低练能明显降低血液粒细胞的数量,对粒细胞参与血液中免疫吞噬功能产生负面影响,粒细胞数量的下降将加重红细胞黏附转运IC的负担,不利于血细胞发挥天然免疫功能。粒细胞数量下降是渐进的,训练2周后,粒细胞计数明显低于训练前(P＜0.05),恢复1周已经开始上升恢复;粒细胞占白细胞百分比训练前后变化并不显著,和白细胞总体变化趋势与粒细胞基本相同有关,而实验结果也验证了这一点,发现白细胞总数不断下降,训练2周后明显低于训练前水平(P＜0.05),白细胞下降曲线与粒细胞也极为相似。本研究与以往的研究结果不同,以往发现高住低练使女子赛艇运动员粒细胞计数上升,而负荷更大的高住高练低训才能使粒细胞数明显下降[5]。粒细胞变化应考虑运动和低氧两个因素,研究已经证明低氧诱导PMN对血管壁黏附增加,低氧程度不同也影响PMN的黏附,严重低氧诱导稳定黏附,轻度低氧只诱导滚动黏附[6],Figura[7]最近研究发现低氧刺激可以激活血管内皮细胞膜钾离子通道,引发血管壁变化使粒细胞更多游离到其它组织参与炎症反应,因此不管是粒细胞黏附增加或游离因素必然会引起外周血粒细胞数减少。另外运动能诱发参与炎症的中性粒细胞动员,运动后血液粒细胞增多在科研报道中常被发现。以前研究发现高住高练低训使女子赛艇运动员血液粒细胞数明显下降,可能高住高练低训属于严重低氧刺激,诱导了粒细胞的稳定黏附,粒细胞稳定黏附于管壁有利于进入血管外组织;而高住低练仅局限于低氧睡眠,粒细胞只发生轻度滚动黏附,更多的是运动诱发粒细胞上升,因此粒细胞数量增加。而本次研究与以前的研究相反,高住低练后游泳运动员粒细胞数下降,可能是由于本次研究中女运动员年龄较小,相对以前研究的女子赛艇运动员对高住低练的负荷更敏感,引起炎症也较多,大量粒细胞稳定黏附于血管壁后进入组织,引起粒细胞减少。

单核细胞可以转移到脾脏、肝脏等组织器官,发育为巨噬细胞,与红细胞共同消除IC。单核细胞还具有抗原递呈功能,促进T细胞活化并参与特异性免疫[8]。单核巨噬细胞夺取IC的能力强于红细胞,而且红细胞不如单核细胞容易变形,故IC在红细胞通过肝窦易脱落,因此IC易被吞噬细胞清除。即红细胞在清除IC时,起着固定、集中、运送及递交抗原给单核巨噬细胞的作用。

本研究发现高住低练1周后单核细胞数量下降,训练2周后计数又上升,而恢复1周后计数又明显低于训练前水平(P＜0.05),单核细胞总的变化趋势是下降,血液中的单核细胞同样具有粒细胞的吞噬作用,单核细胞的无论训练1周下降,还是恢复1周后明显降低都不利于血液中IC的清除。

单核细胞进入脾脏等组织,可发育为巨噬细胞,因此血液里单核细胞与组织中的巨噬细胞构成单核巨噬细胞系统,发挥防御功能。高住低练期间单核细胞减少的机制比较复杂,血液中的单核细胞可以发挥吞噬,调理作用,但其最终还要迁移到脾脏等器官发挥预防感染的作用。低氧对单核细胞迁移能力有明显的影响,Turner[9]发现低氧抑制单核巨噬细胞的迁移,而且这种抑制效应无特异性,并推测这种现象是由于低氧造成细胞呼吸链发生障碍,ATP的合成减少所致。还有研究表明低氧环境能使HPA轴激活,肾上腺皮质激素释放激素和糖皮质激素抑制单核细胞的发育,低氧时交感神经异常兴奋,体内激素如儿茶酚胺,乙酰胆碱的升高能够抑制单核细胞的DNA合成。

本研究过程中,可能第1周单核细胞合成抑制同时迁移抑制不明显,单核细胞从血液迁移到脾脏等器官继续发育,在脾脏与红细胞协同发挥更强的吞噬作用,计数减少;高住低练第2周后血液单核细胞上升可能是迁移开始发生障碍的结果,而且此时交感神经系统的兴奋也可能抑制了单核细胞的发育,使其在血液中的循环周期延长,导致数量上升;而恢复1周后低氧因素消除,迁移通畅,而且儿茶酚胺等一些抑制因素也消除,这些效应都有利于单核细胞迅速转移到全身组织继续发育为巨噬细胞,因而血液中单核细胞数减少,但为何显著性低于训练前还不清楚,具体机制有待研究。

淋巴细胞呈现持续性下降的趋势,虽然前后比较无显著性差异(P＞0.05),但其一直到恢复期还呈现平稳下降的变化和前面几类白细胞不同,淋巴细胞在发挥免疫调理,尤其是发挥特异杀伤排斥方面起重要作用,是细胞免疫和体液免疫的基础,高住低练期间淋巴细胞计数下降势必影响血液正常免疫排斥发挥。Wang[10]研究人体12%的氧浓度和1 h中等强度运动对白细胞的影响,发现运动中淋巴细胞计数上升,而运动后恢复期计数明显低于运动前,同时淋巴细胞凋亡率明显提高。研究结果和本次研究类似,表明一次性低氧运动和低氧训练都能引起淋巴细胞计数下降。血液循环的淋巴细胞数量减少可能与淋巴细胞凋亡有关,也可能与淋巴细胞的合成、释放、迁移有关系,而低氧训练能通过内分泌、氧化应激、神经体液调节等因素来影响淋巴细胞,具体机制比较复杂,需要进一步研究。

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[3]周帆扬,张 缨,胡 扬.4周高住低训对红细胞免疫功能的影响[J].体育科学,2003,23(6):132-134.

[4]Pialoux V,Mounier R,Ponsot E,et al.Effects of exercise and training in hypoxia on antioxidant/pro-oxidant balance[J].Eur J Clin Nutr,2006,60(12):1345-1354.

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[8]杨锡强.单核巨噬细胞活化在炎症性疾病发病机制中的作用[J].国际儿科学杂志,2006,33(3):361-363.

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[10]Wang J S,Lin C T.Systemic hypoxia promotes lymphocyte apoptosis induced by oxidative stress during moderate exercise[J].Eur J Appl Physiol,2010,108(2):371-382.