补充维生素D对减少游泳运动员上呼吸道感染发病次数的效果观察及免疫学检测
2015-03-07万月红郭建军
万月红,郭建军
补充维生素D对减少游泳运动员上呼吸道感染发病次数的效果观察及免疫学检测
万月红1,郭建军2
目的:研究补充维生素D对于游泳运动员上呼吸道感染发病次数的影响并探讨其免疫学机制。方法:研究对象:16名专业游泳运动员,随机分为两组:维生素D胶囊补充组和空白对照组,每组8人。在饮食和作息时间基本一致的情况下,补充组口服维生素D胶囊,对照组不补充,观察两组运动员生理机能的变化情况。结果:1)两组在实验前血清中25-(OH)D3含量都低于健康标准,补充组口服维生素D胶囊3个月后血清中25-(OH)D3升至正常值,对照组仍偏低;2)补充组外周血淋巴细胞Th/Ts比值和NK细胞数高于对照组,有显著性差异(P<0.05);3)补充组外周血IgA水平高于对照组,有显著性差异(P<0.05);4)补充组冬训期间感冒次数显著少于对照组,有显著性差异(P<0.05)。结论:补充维生素D对于降低冬训期间游泳运动员上呼吸道感染发病次数有良好的效果,在正常范围内提高Th/Ts比值,NK细胞数以及IgA水平可能是其作用机理,有待进一步的实验证明。
维生素D;游泳运动员;免疫功能
游泳运动员冬训期间上呼吸道感染发病率总是居高不下,严重干扰了正常训练。游泳运动员的大部分训练都是在室内游泳池完成的。在冬训期间,由于日照时间短,阳光弱,运动员不愿意室外活动,即使偶尔在室外,也因为穿着多,无法接受日光照射,而人体内所需的维生素D大于90%均来源于经日光照射后皮肤生成,仅有小部分来源于食物(<10%)[10]。此外,运动员由于训练强度、训练量都大,钙代谢活跃。综上两个方面,推测游泳运动员容易出现维生素D的缺乏,认为25羟维生素D3[25-(OH)D3]<75 nmol/L就可以认为是维生素D缺乏[17]。
维生素D是维持人体生命所必须的营养素,摄入体内的维生素D最终被转化成有较强活性的1,25(OH)2D3,经血液循环输送到各个靶器官发挥作用[9]。1,25(OH)2D3,是体内生物活性最强的维生素 D代谢物。维生素D缺乏是个非常普遍的现象[2]。日光照射不足仍是世界各地维生素D缺乏的主要原因[34]。
维生素D缺乏与很多疾病有密切关系[21,22,25,32]。目前,有关维生素D新功能的研究在国际上很受重视。维生素D的经典生理功能是维持体内钙磷平衡,它也和免疫系统细胞的增殖与分化都有重要的关系[7,14,34],对免疫功能有多种且广泛的调节作用[8,13,14,23,26]。维生素D对细胞的增长、分化和免疫功能具有重要作用,且影响神经、肌肉、造血、免疫等组织器官功能。研究表明,维生素D缺乏与免疫功能低下、反复上呼吸道感染具有相关性[12,20]。
维生素D对机体免疫功能的重要影响是维生素D新发现的功能之一。维生素 D与免疫系统关系的研究,积累了丰富的文献,已有许多综述[24,27,28,36],美国《时代》杂志2007年底评选出的“2007年世界医学研究十大突破性发现”,其中就包括维生素D新功能的发现[1,18]。国内冯连世、衡德芳等研究学者的报告也显示,维生素D的营养状态直接影响身体的免疫功能,维生素D的缺乏会导致免疫功能的明显下降[3,5]。这可能是游泳运动员冬训期间上呼吸道感染发病率增高的重要原因之一。
运动性免疫功能下降是竞技体育中长期困扰教练员、运动员的一个棘手问题,运动员在大强度、大量训练中以及高度紧张的比赛中,上呼吸道感染发生率会显著增加,不但会影响运动能力和训练效果,甚至会导致训练终止或退出比赛。因此,运动员早期发现免疫机能的变化,并针对性采取措施,可以防患于未然。目前,检测淋巴细胞亚群的变化是评价运动员免疫机能变化的一个重要手段。运动员常用的免疫功能测试指标,还包括白细胞数的测定和免疫球蛋白的测定[3]。
本研究目的是通过给冬训期间的游泳运动员补充维生素D,观察对免疫功能以及上呼吸道感染发病次数的影响,初步探索找出一个提高游泳运动员免疫功能、增强冬训期间免疫力的新方法。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
省级游泳队16名专业游泳运动员,年龄:16.6±1.09岁,随机分为两组:维生素D口服胶囊补充组和对照组,每组8人,均为男3人,女5人。
要求运动员实验期间以及实验前3个月内,除正常饮食外没有特别补充过鱼肝油、含维生素D的钙片、维生素D胶囊、片剂或口服液等制剂。实验期间,饮食中也没有维生素D强化食品(包括奶制品)。实验开始及结束时,没有上呼吸道以及其他身体部位的感染和发热。
1.2 研究方法
冬训期间,补充组运动员在正常饮食外进行维生素D口服胶囊的补充,对照组运动员饮食与补充组基本一致,但没有口服维生素D胶囊。在实验前、后进行维生素D血液水平、免疫功能和其他生化指标的测试,并进行问卷调查,了解平时户外日照时间、上呼吸道感染发病情况。所有营养品种类均不告知运动员,由教练对运动员单独发放,避免营养品种类的不同对运动员产生心理影响。
实验期间维生素D的补充方法:采用美国puritan’s pride牌的维生素D-400,有效成分是维生素D3,含量是每粒400 IU。每天补充3粒,即每天1 200 IU。连续补充90天。
实验采血:实验前采一次,实验进行90天后再采一次。采血时距离上一次训练间隔至少36 h,且在小量周调整时进行,尽量避免训练对免疫功能的影响。早晨空腹静脉采血。
1.3 测试指标
研究采用实验室测试研究结合问卷调查两种方法进行。
1.3.1 实验室测试方法
采用美国BECKMAN COULTER公司产EPICS XL流式细胞计数仪、白细胞分化抗原(CD)鼠抗人单克隆抗体进行淋巴细胞Th/Ts比值、NK细胞总数测定。血清25-(OH)D3测定采用酶联免疫吸附法(英国IDS公司)。其余指标按医院临床检验指南进行检测。
1.3.2 问卷调查
问卷调查内容包括:每日室外什么时间?活动多长时间?日照时身体暴露面积、冬训期间上呼吸道感染发生情况。上呼吸道感染参照临床诊疗标准[21],以临床医生诊断为标准。
1.4 数据统计分析
2 研究结果
2.1 补充维生素D对血液常规指标的影响
组间以及组内对比,P>0.05。由表1可以看出,两组运动员白细胞总数和淋巴细胞百分比在实验前、后无显著性差异,而且组内对比实验前、后也没有显著差别,说明机体没有感染,血红蛋白水平实验前、后也没有明显差别。
表 1 本研究补充维生素D对血常规的影响一览表
2.2 补充维生素D对血运动生化指标的影响
组间以及组内对比,P均>0.05。由表2可以看出,补充组和对照组运动员实验前、后代表着身体疲劳生化指数的血运动生化指标BUN和CK都没有显著差别。
2.3 补充维生素D对机体维生素D营养水平的影响及其他影响因素
由表3可以看出,实验前、后运动员阳光暴露时间没有显著差别。两组血清25-(OH)D3水平在实验前无显著性差别,都属于30~50 nmol/L范围之间的轻度缺乏维生素D症状,但口服维生素D胶囊后,补充组运动员血清25-(OH)D3达到了50 nmol/L以上的正常值,显著高于对照组,说明口服维生素D胶囊达到了提高、改善维生素D营养水平的目的。
表 2 本研究补充维生素D对血运动生化指标的影响一览表
2.4 补充维生素D对机体细胞免疫功能的影响
由表4可以看出,实验前Th/Ts值和NK细胞比例两组间没有显著差异,补充维生素D 3个月后,对照组两个参数变化不大,而补充组Th/Ts值和NK细胞比例均升高,非常显著的高于对照组(P<0.01)。
表 3 本研究血清维生素D水平的影响因素分析一览表
注:**表示补充组与对照组相比有非常显著性差异,P<0.05。
表 4 本研究补充维生素D对细胞免疫功能的影响一览表
注:**补充组与对照组相比有非常显著性差异,P<0.01。
2.5 补充维生素D对机体体液免疫功能的影响
由表5可以看出,实验前、后两组间以及两组内免疫球蛋白IgG、IgM水平都没有显著差异。补充维生素D 3个月后,补充组IgA水平比实验前显著提高,对照组IgA水平下降,补充组显著的高于对照组(P<0.05)。
表 5 本研究补充维生素D对血液免疫球蛋白水平的影响一览表
注:*表示补充组与对照组相比有显著性差异,P<0.05。
2.6 补充维生素D对机体免疫系统补体水平的影响
由表6可以看出,实验前、后补充组与对照组血液补体水平都没有显著性差异(P>0.05)。
2.7 运动员冬训期间上呼吸道感染发生频数
由表7可以看出,补充维生素D组冬训期间感冒次数显著少于对照组,有非常显著差异(P<0.01)。
表 6 本研究补充维生素D对血液补体水平的影响一览表
表 7 本研究运动员冬训期间人均上呼吸道感染发生频数一览表
注:**补充组与对照组相比有非常显著性差异,P<0.01。
3 讨论
3.1 维生素D影响免疫功能的机制
维生素D除在钙内稳态及骨新陈代谢中具有重要作用外[19],也可通过影响多条免疫信号通路来对机体的免疫功能发挥干预效应。Camargo指出[23],维生素D可促进粘膜防御的网络状效应,并可同步抑制机体内的炎症反应。如前所述,维生素D可通过饮食和皮肤组织合成来获得,随后其通过两步修饰反应生成具有生物活性的维生素D形式:1)在CYP27A1的作用下通过肝源性羟基化修饰转化为25D;2)25D在CYP27B1的作用下转化为具有生物活性维生素D形式1,25D。上述反应生成的具有生物活性的1,25D可与配体激活转录因子,即维生素D受体结合,最终发挥其生物学功能,影响机体的免疫功能,维生素D的大多数生物学功能均是由维生素D受体来完成,它是一种基因表达的调节介导者,维生素D受体激活后通过调节基因表达,可对多种蛋白质的转录和翻译产生影响,鉴于机体内多种抗体IgA、IgM、IgG也是一种蛋白质。本研究结果表明,补充维生素D可增加游泳运动员体内IgA水平,但对IgM和IgG没有显著性影响,这可能是维生素D受体激活后特异性调节不同免疫球蛋白的基因表达来实现的。此外,维生素D也可通过增加其他杀菌蛋白质的合成来改善机体的免疫功能。Gombart指出[26],维生素D可增加抗菌肽LL-37的基因转录和表达,LL-37是一种具有重要杀菌能力的活性蛋白质,对包括肺结核菌和流感病毒在内的多种细菌及病毒均具有显著的杀伤作用[18,31]。由此可见,维生素D与抗菌肽形成的生物学通路在感染的呼吸道组织可能被激活,从而增强宿主的防御性免疫反应,这可能是补充维生素D减少游泳运动员呼吸道感染次数的重要机制之一。
维生素D可控制T细胞抗原受体信号及人类T细胞的激活,先天性人类T细胞可表达少量的维生素D受体。当具有生物活性的维生素D与其结合后可导致其核移位,促进PLC-γ1蛋白基因表达,翻译后聚集于致敏T细胞的胞质,PLC-γ1蛋白进而可诱导T细胞激活。在体外1,25D3可诱导激活的T细胞表达CCR10[33],而CCR10可介导淋巴细胞由真皮向表皮发生迁移。这表明,维生素D对淋巴细胞的迁移过程中具有重要作用,但维生素D似乎对机体免疫功能也具有一定的消极影响,维生素D受体在大多数适应性免疫系统的大多数细胞中均有所表达。1,25D3在体外可直接抑制T淋巴细胞增殖、细胞因子分泌并影响细胞周期的进程,1,25D3可降低T淋巴细胞γ型干扰素及白细胞介素2的分泌,同时,可增加白细胞介素4的分泌,这表明,1,25D3可促进T淋巴细胞由Th1型向Th2型转换,1,25D3也能够抑制单核细胞向树突细胞的分化,并阻碍树突细胞转化为抗原呈递细胞[20]。
总之,尽管维生素D可能在机体免疫功能局部信号具有一定的消极作用,但无可否认的是,其仍然是增强机体免疫功能的有效化合物,一定程度上可降低游泳运动员呼吸道感染的频率。
3.2 补充维生素D对游泳运动员免疫功能下降诱导的呼吸道感染的干预效应
根据相关文献,评价机体维生素D营养水平,应该监测血25(OH)D3水平[6]。本研究采用空腹静脉采血,酶联免疫吸附法(英国IDS公司)测试血清25-(OH)D3含量。在实验前测试的结果显示,两组运动员血清25-(OH)D3含量都低于50 nmol/L,属于轻度缺乏维生素D,这与预先的推测十分一致。冬季气温较冷,运动员长期在室内训练,很少在室外运动,冬季日照时间也有所缩短,食物中吸收的营养不经过足够的紫外线照射,难以转化为维生素D,从而导致运动员维生素D缺乏。
维生素D的推荐量:美国国家科学院(1997年)制定≤50岁为日200 IU。我国营养学会的推荐量为≤50岁和>50岁者分别为日200 IU和600 IU。美国学者已对1997年制定的推荐量提出质疑,认为随着对维生素D缺少的普遍性和严重性及对维生素D功能认识的不断加深,应该再考虑推荐量。研究显示,维生素D的适宜补充量远远大于官方推荐的RDA值[30,31]。考虑到维生素D对身体的多种益处,很快会有新的维生素D的补充建议量。补充实验有的补充到每天4 000 IU,大部分建议每天1 300 IU[29]。本次实验采用美国puritan's pride牌的维生素D-400,有效成分是维生素D3,含量是每粒400 IU。每天补充3粒,即每天1 200 IU,属于合理范围。
维生素D能否改善游泳运动员上呼吸道感染的状况,如何改善,这是本课题的研究目的。根据相关文献,了解维生素D缺乏能够导致免疫缺陷,那么,需要观测到补充维生素D是否可以改善运动员的免疫机能。目前,检测淋巴细胞亚群的变化是评价运动员免疫机能变化的一个重要手段[3,11,15,35]。运动员常用的免疫功能测试指标,还包括白细胞数的测定和免疫球蛋白的测定[3,11]。大负荷训练会导致淋巴细胞CD4/CD8比值的下降与自然杀伤细胞数量的下降,表明运动员免疫功能发生紊乱[3,15]。T淋巴细胞亚群指标用于评价运动员免疫功能的变化适用于所有竞技项目[3]。本研究测试了各个免疫功能指标。
本次实验两次采血时间,都安排在训练调整时期,且距离上一次训练的时间都在36 h以上,从而排除大强度、大运动量训练对免疫功能的即时效应影响。从测试结果来看,两次测试反映训练强度的血清肌酸激酶水平和反映训练疲劳积累的血尿素氮水平没有显著差异,处于比较低的水平,也证实确实基本排除了训练对免疫功能指标的影响。
另外,两次血常规白细胞总数和淋巴细胞百分比检测都没有显著差异,排除了机体感染对免疫功能指标的影响。血色素两次没有显著性差异,推测排除了营养对免疫功能的影响。控制维生素D强化食品、营养补剂的摄入,排除了食物对机体维生素D营养水平的影响。两组运动员室外活动时间没有显著性差异,排除了日光照射对机体维生素D水平的影响。
整个冬训期间,补充维生素D组运动员上呼吸道感染发病次数显著少于对照组,证实了补充维生素D可以显著减少上呼吸道感染发病次数。衡德芳等人的报道指出,补充维生素D预防治疗儿童上呼吸道感染有效率在75%以上[5]。维生素 D缺乏性佝偻病患儿存在细胞免疫及体液免疫功能低下 ,表现为T淋巴细胞亚群减少及免疫球蛋白G、免疫球蛋白A降低 ,容易导致呼吸道感染性疾病[4]。杨月亮等人[16]检测了33例反复呼吸道感染患儿 ,血Ca2+、P3-、碱性磷酸酶较正常儿童无明显差异,其血25-(OH)D3及T淋巴细胞亚群和免疫球蛋白G显著降低 ,表明维生素D在反复呼吸道感染发生机制中有重要意义。本研究结果与文献报道一致。维生素D改善上呼吸道感染的作用机制,可能是提高机体免疫功能水平,在本次实验已排除运动身体感染的情况下,3个月连续补充维生素D组的运动员机体自然杀伤细胞总数,免疫调节指标Th/Ts比值以及机体血清IgA水平都在正常范围内有所升高,并且都高于对照组,且有显著性差异。根据本研究结果,初步推论补充维生素D对于改善冬训期间室内训练运动员免疫功能水平有良好的效果。
4 结论
通过本研究,初步推测补充维生素D有助于改善冬训期间室内训练运动员免疫功能状态,对于降低上呼吸道感染发病率有良好的效果,为下一步制定运动员维生素D营养推荐摄入量提供实验依据。
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Effect Observation and Immunology Test of Vitamin D Supplements on Reducing the Number of Swimmers Upper Respiratory Tract Infection
WAN Yue-hong1,GUO Jian-jun2
Objective:To study the effect of Vtiamin D supplements on number of swimmers upper respiratory tract infection and discuss its immunological mechanism.Methods:16 professional swimmers were randomly divided into two groups:Vitamin D capsules supplement group and control group,each group of 8 people.In the case of diet and daily routine are basically the same,supplement group took Vitamin D capsules,control groups did’t add,observing two groups of athletes’ physiological function change.Results:1) the 25-(OH) D3content in serum of two groups is below health standard before experiment,the 25-(OH) D3in serum for supplement Vitamin D capsule group increases to normal level after three months,while the the 25-(OH) D3in serum of control group is still lower.2) The ratio of Th/Ts and NK lymphocytes in peripheral blood cell number for supplement group is higher than control group,there is significant difference (P<0.05).3) The level of IgA in peripheral blood cell for supplement group is higher than that of control group, there was significant difference (P<0.05); 4) The frequency of catching cold for supplement group during the winter training is significantly less than that in the control group.There is a significant difference (P<0.05).Conclusion:There is good effect to supple Vitamin D for reducing the number of swimmers upper respiratory tract infection during winter training.The mechanism is to increase the ratio of Th/Ts,NK cell and IgA level in the normal range,but needs further tested.
VitaminD;swimmer;immunefunction
1002-9826(2015)02-0084-05
2013-07-24;
2015-01-28
国家体育总局体育科学研究所基本科研业务费资助项目(基本06-23)。
万月红(1983-),女,江西人,研究方向为运动训练,Tel:(0791)88120400,E-mail:wanyuehong2013@163.com;郭建军(1968-),男,副研究员,博士,E-mail:guojianjun@ciss.cn。
1.江西师范大学,江西 南昌 330022;2.国家体育总局体育科学研究所,北京 100061 1.Jiangxi Normal University,Nanchang 330022,China;2.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China.
G861.104.5
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