不同方式急性运动对男子篮球运动员炎症因子和代谢反应的影响*

汤　静

(河南工程学院 体育部,河南 郑州　451191)



不同方式急性运动对男子篮球运动员炎症因子和代谢反应的影响*

汤静

(河南工程学院 体育部,河南 郑州451191)

目的：探讨总运动量相配匹的一次高强度间歇运动(HIT)和中等强度持续运动(MCT)对男子篮球运动员炎症因子和代谢反应的影响。方法：20名男子篮球运动员在电动跑台上分别进行一次HIT(1:1 min，100% sVO2peak)和一次MCT(70% sVO2peak)，完成的运动量均为5 km。于安静时、运动后即刻、运动后30 min和运动后60 min测定血糖、非酯化脂肪酸(NEFA)、尿酸、乳酸、皮质醇和细胞因子(IL-6、IL-10和TNF-α)含量。结果：血乳酸：HIT组和MCT组在运动后即刻和运动后30 min较安静时升高(P<0.05)，但HIT组高于MCT组(P<0.05)。血浆NEFA：MCT组运动后即刻较安静时升高(P<0.05)，且高于HIT组(P<0.05)。血糖和血尿酸：HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)。血浆皮质醇和IL-10：HIT组和MCT组运动后各时间点均较安静时升高(P<0.05)，但组间无显著性差异(P>0.05)。血浆IL-6：HIT组和MCT组运动后即刻和运动后30 min较安静时升高(P<0.05)，组间无显著性差异(P>0.05)，而HIT组IL-6曲线下面积(AUC)高于MCT组(P<0.05)。血浆TNF-α：HIT组和MCT组运动后即刻较安静时升高(P<0.05)，组间无显著性差异(P>0.05)，而HIT组AUC(TNF-α)低于MCT组(P<0.05)。血浆IL-10/TNF-α比值：HIT组和MCT组运动后30 min和60 min较安静时升高(P<0.05)，但组间无显著性差异(P>0.05)。结论：总运动量相匹配的不同方式(HIT和MCT)急性运动能够诱导相似的炎症反应和抗炎反应状态，而代谢反应则存在运动方式依赖性，即HIT诱导的生理应激明显高于MCT。

高强度间歇运动；中等强度持续运动；炎症因子；代谢反应；能量消耗

代谢性疾病的发病率逐年增加，严重影响人类的身心健康和生存质量[1]。研究发现[2]，代谢性疾病患者长期处于慢性低度炎症反应状态，其主要原因与体力活动不足以及食物摄入不均衡有关。有证据显示，一次急性运动即可降低慢性病的危险因素，降低发病率、改善健康水平和生活质量[3]；而长期运动则可通过增加组织细胞(特别是骨骼肌)的能量消耗和氧化能力进而有效改善代谢过程(如降低总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白并增加高密度脂蛋白)并降低体脂百分比[4]。此外，运动还能够诱导机体发生炎症反应[5]，其中骨骼肌可大量合成并分泌白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)和IL-10，后者作为白细胞介素1受体拮抗物(interleukin 1 receptor antagonist，IL-1ra)可降低炎症因子如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)、IL-1β以及IL-2等的水平。

规律运动诱导的代谢和炎症变化依赖于运动持续时间、强度以及总运动量等因素。最近的研究提示[6,7]，高强度间歇运动(high-intensity interval training，HIT)，即以较高甚至最高强度进行多次持续时间为数秒到数分钟的运动，且每两次运动之间安排使参训者不足以完全恢复的静息或低强度运动的训练方法，整个过程可认为是被不足以完全恢复的间歇期分隔的多次重复运动。研究证实，与传统的中等强度持续运动(moderate-intensity continuous training，MCT)相比，HIT完成的时间短、总运动量小，且可产生相似的健康促进效应，如改善最大有氧能力、降低脂肪含量、控制体重等，因此HIT是一种省时有效的运动模式[6]。

值得注意的是，影响炎症反应最主要的因素是总运动量(运动负荷)，而后者则是运动时间和运动强度的总和[8]。不同研究中的运动方案往往只强调运动强度，而运动时间和运动量并不一致[9-11]，特别是在以探讨不同运动方式对代谢反应和炎症反应影响差异的研究中，运动时间和运动量是必须考虑的因素。运动量未严格控制与匹配，这在一定程度上存在方法学缺陷，可导致对不同运动方式干预效果的解释造成影响。因此，本研究的目的旨在探讨总运动量相配匹的MCT和 HIT对男子篮球运动员炎症反应(炎症因子和抗炎症因子)和代谢反应(运动时糖、脂肪以及调节激素等的物质代谢以及总的能量代谢)的影响，对比不同运动方式的健康效应。

1　研究对象和方法

1.1研究对象

20名男子篮球运动员(国家二级水平)自愿参加本实验。受试者身体健康，无代谢性疾病、心脑血管疾病以及运动系统疾病，近期无运动性伤病、无服用药物与营养补剂。测试前告知实验目的以及相关风险并签订知情同意书。

1.2测试程序

受试者共完成3次测试，每次间隔72h～96h。第1次：身体形态学参数测定，利用递增负荷跑台运动实验测定峰值摄氧量(peak oxygen uptake，VO2peak)和峰值摄氧量跑速(speed at VO2peak，sVO2peak)。第2～3次：受试者分别进行一次HIT和一次MCT，测试顺序采用随机交叉原则，每名受试者测试时间保持一致。测试前至少24 h避免剧烈运动、饮酒、吸烟，保证至少8 h充足睡眠。测试程序见图1。

注：△为取血时间点；R(rest)，安静状态；W(warm up)，热身运动；IP(immediately after exercise)，运动后即刻；30 min、60 min：运动后30 min、运动后60 min(下同)图1　整体实验设计

1.3身体形态学参数测定

测量身高、体重并计算身体质量指数(body mass index，BMI)。利用生物电阻抗法测定受试者的身体成分，仪器为身体成分分析仪(Inbody 720，韩国)。受试者测试前保持空腹状态并排空大小便，于软件界面输入年龄、身高和体重后，受试者赤足站在仪器的金属踏板上，手持把手。测试指标包括脂肪含量(fat mass，FM)、去脂体重(fat free mass，FFM)和体脂百分比(percentage of body fat，PBF)。所有测试均由同一名实验人员操作完成以减少测量误差。

1.4递增负荷运动心肺实验

受试者进行一次递增负荷力竭运动跑台实验，起始负荷为8 km/h，随后每2 min递增1 km/h，运动过程中给予口头鼓励。利用气体代谢分析系统(Quark PFT Cosmed，意大利)测定通气指标并将最后30 s的平均摄氧量作为VO2peak并记录sVO2peak。利用遥测心率表(Polar FS1，芬兰)记录心率(heart rate，HR)，嘱受试者根据主观感觉疲劳量表(rating of perceived exertion，RPE)(6～20级)读出RPE值。符合以下5个标准中的3个即终止实验：(1)出现VO2平台(即相邻两级负荷VO2之差≤ 150 mL/min)；(2)达到年龄预测最大心率(maximal heart rate，HRmax)；(3)RPE值≥ 18；(4)呼吸交换律(respiratory exchange ratio，RER)≥ 1.10；(5)受试者力竭。

1.5一次HIT实验

受试者进行5 min热身运动(即在电动跑台上以50% sVO2peak跑步)后休息2 min，随后开始正式实验：以100% sVO2peak跑步1 min后消极性休息1 min(即处于安静状态)，如此反复直至完成5 km距离。见图1。

1.6一次MCT实验

热身部分同1.5。正式实验时，以70% sVO2peak持续跑步，直至完成5 km距离。见图1。

1.7运动能量消耗测定

评估运动能量消耗时，需分别考虑三个能量系统(有氧氧化系统、无氧乳酸系统、无氧非乳酸系统)的供能比例，其中有氧代谢系统供能用运动中的VO2估测，无氧乳酸系统供能用血乳酸的变化值估计，无氧非乳酸系统供能用运动后过量氧耗的快时相部分估计。 运动过程中以及运动后60 min，连续监测VO2，有氧氧化系统供能为运动中的VO2与安静VO2之差。运动后1、3、5、7 min取指血测定血乳酸含量。将安静时的血乳酸值记作[La]rest，血乳酸的最高值记作[La]peak，血乳酸的变化值(△[La])为血乳酸最高值与安静值之差，即△[La]=[La]peak-[La]rest。血乳酸值每变化1 mmol/L相当于消耗3 ml/kg O2[12]，将△[La]对应的VO2换算为无氧乳酸系统供能。运动后过量氧耗的快时相部分用改良的双指数函数进行拟合，无氧非乳酸供能为拟合曲线振幅与τ值的乘积[13]。运动总能量消耗为三个能量系统供能之和，单位为kcal。

1.8血液指标测定

分别于安静时、运动后即刻、运动后30 min和运动后60 min取肘正中静脉血5 mL，EDTA抗凝，4℃离心(3 000 转/min)15 min取血浆，﹣20℃低温冰箱冻存待测。IL-6、IL-10和TNF-α用酶联免疫吸附试验(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA)测定，仪器为美国产BIO-RAD Model 680型酶标仪。血糖、尿酸和乳酸用酶法测定，非酯化脂肪酸(Non-ester fatty acid，NEFA)用比色法测定，仪器为美国产MD-100半自动生化分析仪。血浆皮质醇用放免法测定，仪器为美国产FMQ-9013C型γ放免分析仪。试剂盒均购自南京建成生物工程研究所，严格按照说明书进行。

1.9统计学处理

所有数据均以“均数±标准差”表示。先用Shapiro-Wilk检验数据正态性分布；各指标的时程变化比较使用重复测量的方差分析，多重比较使用LSD检验；同一指标组间(HIT vs. MCT)比较使用独立样本t检验。P<0.05为差异具有统计学意义。

2　结果

2.1受试者一般特征

受试者人口统计学参数(样本量、年龄、训练年限)、身体形态学参数(身高、体重、身体成分)以及运动能力参数(VO2peak)等一般特征见表1。

表1　受试者一般特征

2.2HIT组与MCT组负荷特征的比较

HIT组与MCT组负荷特征的比较见表2。HIT组运动持续时间、跑速、能量消耗、HRmax和[La]peak均高于MCT组(P<0.05)。

表2　HIT与MCT运动负荷、能量消耗以及生理反应的比较

注：#P<0.05 vs. MCT组

2.3HIT组与MCT组代谢反应的比较

血糖：组内与安静时比较，HIT组与MCT组运动后即刻、运动后30 min和60 min均无显著性变化(P>0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)。见图2。

血乳酸：组内与安静时比较，HIT组在运动后即刻升高(P<0.05)，30 min下降但仍高于安静时(P<0.05)，60 min恢复(P>0.05)，MCT组变化规律与HIT组一致；组间比较，运动后即刻和运动后30 min时HIT组高于MCT组(P<0.05)。见图3。

图2　血糖的时程变化

注：*P<0.05 vs. 安静时；#P<0.05 vs. MCT组图3　血乳酸的时程变化

血浆NEFA：组内与安静时比较，HIT组运动后即刻、运动后30 min和60 min均无显著性差异(P>0.05)，MCT组运动后即刻升高(P<0.05)，30 min恢复(P>0.05)；组间比较，运动后即刻MCT组高于HIT组(P<0.05)。见图4。

血浆皮质醇：组内与安静时比较，HIT组和MCT组运动后即刻、运动后30 min和60 min均升高(P<0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)。见图5。

血尿酸：组内与安静时比较，HIT与MCT运动后即刻、运动后30 min和60 min均无显著性变化(P>0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)。见图6。

注：*P<0.05 vs. 安静时；#P<0.05 vs. MCT组

注：*P<0.05 vs. 安静时

注：*P<0.05 vs. 安静时

2.4HIT组与MCT组炎症因子的比较

血浆IL-6：组内与安静时比较，HIT组和MCT组运动后即刻和运动后30 min均升高(P<0.05)，60 min恢复(P>0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)，而HIT组AUC(IL-6)高于MCT组(P<0.05)。见图7～8。

血浆TNF-α：组内与安静时比较，HIT组和MCT组运动后即刻升高(P<0.05)，60 min恢复(P>0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)，而HIT组AUC(TNF-α)低于MCT组(P<0.05)。见图9～10。

血浆IL-10：组内与安静时比较，HIT组和MCT组运动后即刻、运动后30 min和60 min均升高(P<0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)。见图11。 血浆IL-10/TNF-α比值：组内与安静时比较，HIT组和MCT组运动后30 min和60 min均升高(P<0.05)；组间比较，HIT组与MCT组在各时间点均无显著性差异(P>0.05)。见图12。

注：*P<0.05 vs. 安静时图7　血浆IL-6的时程变化

注：#P<0.05 vs. MCT组；AUC，area under curve，曲线下面积图8　HIT组和MCT组血浆AUC(IL-6)的比较

注：*P<0.05 vs. 安静时

注：#P<0.05 vs. MCT组；AUC，area under curve，曲线下面积

注：*P<0.05 vs. 安静时

注：*P<0.05 vs. 安静时

3　讨论

本研究发现，即使总运动量相匹配，HIT组与MCT组的总运动能量消耗亦存在显著差异。在运动方案设计上，HIT组能量消耗较MCT组高18.6%，总运动时间是MCT组的1.37倍，但除去间歇期HIT组实际运动时间只有21 min，明显低于MCT组的30.8 min。最近的一项研究指出[14]，尽管HIT组(1:1 min，90%HRmax强度蹬车，间歇期以50 W负荷进行积极性休息，共完成10组)运动时的能量消耗低于MCT组(70%HRmax强度持续蹬车50 min)(352 ± 34 vs. 547 ± 65 kcal)，但24 h后两种运动方式的总能量消耗并无显著性差异。上述研究提示，相对于MCT，一次HIT可对机体造成更为深刻的生理应激。由于急性运动能够上调多种激素水平(如皮质醇)，其主要作用是参与脂解(脂肪组织)和糖原分解(骨骼肌和肝脏)、促进能源底物(主要是NEFA和葡萄糖)在骨骼肌的利用[15]，因此本研究中两种运动方式能量消耗的差异可能与激素的变化有关。本研究中两种方式运动后血浆皮质醇含量均持续升高，HIT组血乳酸峰值显著高于MCT组，而血浆NEFA峰值明显低于MCT组，提示HIT时的能量主要依赖于无氧代谢，MCT则更多依赖有氧代谢供能。此外，本研究还发现血浆皮质醇在两种运动方式间并无显著性差异，然而运动后1 h内HIT能量消耗较MCT高出20.1%(646.7±52.3 vs. 538.4±49.5 kcal)。本研究中不同运动方式能量消耗差异可能是运动方案设计造成的，同时也提示，在完成相同运动量时，HIT的能量消耗明显高于MCT。

在本研究中，运动后即刻MCT组血浆NEFA水平显著性升高，而HIT组则无显著性改变。在定量负荷持续运动中，脂质的利用率明显高于间歇运动。此外，Jeppense等[16]的研究指出，运动分解脂质的效率依赖于乙酰辅酶A/辅酶A含量比值、肉碱的利用度以及氢离子浓度。由于HIT以无氧代谢为主，氢离子浓度较高，因此抑制了脂肪分解代谢途径，其具体机制尚需进一步证实。此外，运动后HIT组血浆NEFA无变化的原因还可能与运动/间歇过程中骨骼肌对脂肪酸的高摄取率有关。研究认为[16]，HIT间歇期脂肪酸的清除效果较高，因此HIT运动模式可能在刺激脂解作用中扮演重要角色，同时也提示HIT过程中有氧代谢亦参与供能，其供能比例随运动时间的延长而增加。有研究发现[4]，短期(2周)HIT(反复Wingate实验)即能够改善骨骼肌氧化能力，若持续数周则可诱导机体产生生理适应，如降低运动中糖原利用率和乳酸堆积，增强骨骼肌和全身脂质氧化能力。最新的一项研究显示[17]，低运动量HIT方案(30 s Wingate实验，间歇3 min，完成4组，即运动时间只有2 min)完成最后1组后血浆NEFA即显著性升高。血浆NEFA升高是由于机体脂解作用加强、对可利用的能量底物需求增加以维持运动时骨骼肌收缩之缘故；但若运动时间过短，骨骼肌对NEFA摄取减少，从而造成血循环中NEFA含量升高。结合本研究的结果，我们认为，由于HIT运动量较大(5 km)、运动时间较长，骨骼肌大量摄取脂肪酸，因此运动后循环中NEFA含量变化不明显。

另一方面，我们观察到，运动诱导机体产生了广泛的炎症应答反应，即多种炎症因子在运动中和运动后表达显著上调。骨骼肌是某些炎症因子的主要来源组织，其上调幅度依赖于运动持续时间、运动强度与总运动量[18]。运动诱导的细胞因子具有多种功能，如IL-6和TNF-α能够发挥抗炎效应并促进糖脂代谢，刺激脂解作用和糖原分解以保证运动中和运动后骨骼肌与其他组织充足的能量供应，因此在调节能量代谢中起重要作用[19]。本研究中，MCT组血浆TNF-α(AUC)和皮质醇含量同步升高，这种免疫-内分泌模式的变化有利于促进脂肪分解，从而使运动后血浆NEFA水平上调。Castellani等[20]观察到，急性力竭运动可诱导脂肪组织发生促炎症反应，即脂肪组织中IL-6 和TNF-α基因表达显著上调，有利于脂解作用和脂肪酸动员，后者作为底物为运动中和运动后骨骼肌及其他组织供能。另一方面，HIT组血浆IL-6(AUC)和皮质醇含量同时升高，有助于糖原分解以及骨骼肌对葡萄糖的利用。上述结果提示，运动诱导的炎症因子动力学变化并不依赖于运动方式，具体机制尚不明确。此外，本研究中HIT和MCT组血浆IL-10含量和IL-10/TNF-α比值均显著升高，表明运动具有抗炎作用。运动可诱导骨骼肌分泌肌源性IL-6增多，运动后IL-1ra和IL-10水平上调[21]，因此运动能够促使机体处于抗炎状态。IL-10升高与高水平IL-6和TNF-α有关，其主要作用在于抑制促炎反应加剧，避免机体处于持续的炎症反应状态[22]。不同运动方式均通过上调IL-10/TNF-α比值发挥抗炎作用，提示HIT和MCT可作为不同人群如肥胖、糖尿病、高血压、血脂紊乱等的运动康复策略。

需要提及的是，本研究中不同运动方式的运动量(外部负荷)虽然基本一致，但HIT总做功和能量消耗较高、生理应激(内部负荷)较大。今后的研究应探讨能量消耗相匹配的HIT和MCT对炎症因子和代谢反应的影响差异，以进一步阐明不同运动方式的健康效应与相关机制。

4　结论

总运动量相匹配的不同运动方式(HIT和MCT)能够诱导相似的炎症反应和抗炎反应状态，而代谢反应则存在运动方式依赖性。由于HIT组血乳酸峰值高于MCT组，而NEFA低于MCT组，因此HIT时的能量主要依赖于无氧代谢，即HIT诱导的生理应激明显高于MCT。

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Effects of Different Acute Exercise Mode on Inflammatory Factor and Metabolic Response in Male Basketball Athletes

TANG Jing

(Dept. of Physical Education,Henan Institute of Engineering,Zhengzhou 451191, China)

Objective: The purpose of this study was to compare the effect of a bout of high-intensity interval exercise (HIT) versus volume matched moderate-intensity continuous exercise (MCT) on inflammatory factors and metabolic responses. Methods: Twenty male basketball athletes completed two experimental sessions, a 5-km run on a treadmill either HIT (1:1 min at 100% sVO2peak) or MCT (70% sVO2peak). Blood samples were collected at rest, immediately, 30 and 60 minutes after exercise session for glucose, non-ester fatty acid (NEFA), uric acid, lactate, cortisol, and cytokines (IL-6, IL-10 and TNF-α) levels. Results: The blood lactate levels exhibited higher values immediately and 30 min post-exercise than at rest (P<0.05), but HIT promoted higher values than MCT (P<0.05). Plasma NEFA levels were higher immediately post-exercise than at rest only in MCT group (P<0.05), yet, MCT promoted higher values than HIT immediately after exercise (P<0.05). Glucose and uric acid levels did not show changes under the different conditions (P>0.05). Plasma cortisol and IL-10 showed higher in all time points post-exercise than at rest (P<0.05), but no significantly different existed between groups (P>0.05). Plasma IL-6 exhibited higher immediately and 30 min post-exercise than at rest (P<0.05), but no significantly different existed between groups (P>0.05), however area under the curve (AUC) of IL-6 in the HIT group was higher than that of MCT (P<0.05). Plasma TNF-α showed higher values immediately post-exercise than at rest (P<0.05), but no significantly different existed between groups (P>0.05), however AUC (TNF-α) in the HIT group was lower than that of MCT (P<0.05). Plasma IL-10/TNF-α ratio was higher 30 min and 60 min post-exercise than at rest (P<0.05), but no significantly different existed between groups (P>0.05). Conclusion: Both exercise protocols (HIT and MCT), when total volume is matched, could induce similar inflammatory response and anti-inflammatory status, however the metabolic response is dependent on exercise modalities，where there is more physiological stress induced by HIT than MCT.

high-intensity interval exercise； moderate-intensity continuous exercise； inflammation factor； metabolic response； energy expenditure

2016-07-12

汤静(1976- )，女，回族，河南淮阳人， 硕士，副教授

河南省重点科技攻关项目(152102310117)。

G804.2

A

1007-323X(2016)05-0098-07

研究方向：运动人体健康