低氧环境、运动训练对红细胞免疫功能影响的研究进展

王 玺，高炳宏

自1981年Siegel等人首次提出“红细胞免疫”[1]的概念至今，红细胞免疫一直是研究的热点。红细胞不仅可以运输氧气，免疫粘附IC（免疫复合物），促进吞噬细胞对IC清除，而且红细胞表面含有多种天然免疫分子[CD35，CD44，CD55（补体衰变加速因子），CD59（膜反应性溶解抑制物），NK细胞增强因子[2]等] ,它们共同作用使红细胞作为重要的天然免疫细胞调节免疫反应，从而构成机体免疫系统[3]。

系统免疫学的研究不仅涉及白细胞免疫系统与其子系统 （NK细胞子系统与T淋巴细胞子系统等）之间的研究[4]，还包括红细胞免疫与其各个子系统之间的研究。因为白细胞总数少于血细胞的0.1%，其中只有68%的外周血白细胞是专业的吞噬细胞[5]，所以杀菌白细胞仅占所有血细胞的0.068%，而红细胞占所有血细胞的70%左右。红细胞接触细菌的机会比杀菌白细胞多1 200～1 500倍[6]。嗜中性粒细胞在吞噬少量病原体后死亡，其寿命13 h到5.4 d[7]，而红细胞循环100～120 d。白细胞并不能识别、捕捉和吞噬血流中的病原体，但是对于许多病原体来说，吞噬作用对于增殖和传播是不可缺少的[8]。这些数据都表明红细胞才是血液中具有吞噬病原体的最重要的细胞[9]。郭峰等人经过一系列的实验证明形成了“红细胞天然免疫主干道理论”即“血液免疫反应路线图”理论[10]：当致病原进入血循环后，激活补体系统，被补体系统调节的85%～90%致病原被红细胞表面CD35免疫粘附。同时，在其他免疫分子如CD55，CD59和ECKR的协助下，将致病原呈递给T细胞、B细胞、粒细胞和吞噬细胞等。红细胞天然免疫系统、血小板天然免疫系统、白细胞天然免疫系统、血浆补体天然免疫系统和淋巴细胞适应免疫系统共同构成了新的研究领域——系统血液固有免疫系统[11]。

红细胞免疫研究始于探索红细胞免疫资料积累、应用以及红细胞在血液免疫反应中的地位与作用，发展到如今由我国专家郭峰率先提出“自然与分离实验体系”[12]，探索和探讨系统免疫学体外实验研究，红细胞免疫系统一直是免疫学研究的热点。

1 低氧环境对红细胞免疫功能的影响

有证据表明，天然免疫细胞比适应性免疫细胞更能维持低氧条件下的生存能力和功能[13]。天然免疫细胞是古老的，在空气中氧气含量很少的情况下进化，已学会系统地应对缺氧环境，而适应性免疫的发展则发生在常氧环境[14]。因此，缺氧环境是天然免疫的发源地。天然免疫和适应性免疫系统的整合导致淋巴细胞抗原受体的精细特异性，用于识别和驱除病原体[15]。为了完成这一任务，天然免疫系统进化出了与发育中的淋巴细胞网络相互作用的能力，并应对常氧环境。红细胞免疫正是天然免疫系统的重要组成部分。

1.1 传统高原低氧环境对红细胞免疫功能的影响

长期居住在高原的人机体受到较强的辐射并产生过多的抗原以形成免疫复合物。而高原缺氧环境使红细胞代偿性提高，血流变慢，导致积累较多的免疫复合物[16]。已有专家研究表明，随着海拔高度的增加，健康成年人与儿童红细胞免疫功能下降明显[17,18]。 刘兰等对西宁（2 260 m）、刚察（3 300 m）和甘德（4 080 m）3个不同海拔高度地区健康成年人红细胞免疫功能检查时发现RBC-C3bRR（红细胞受体花环成功率）甘德＜刚察＜西宁（P＜0.01）[19]。高原低氧低压环境严重影响红细胞免疫功能，海拔越高，红细胞免疫功能越低。杜敏智等研究发现，高原地区不同年龄正常人红细胞免疫功能均低于平原人群，同时高原地区老年人RBC-C3bRR显著低于中青年人[20,21]。不同移居时间的成年人（移居高原10～40年不等），移居时间越长，RBC-C3bRR越低，揭示高原地区人群不同年龄段的红细胞免疫功能随着年龄增长，移居时间越长，红细胞免疫功能低下越为明显。

可以看出，长时间的高原环境暴露影响红细胞免疫功能，导致继发性红细胞免疫功能下降，那么短时间的高原暴露对红细胞免疫功能是否存在同样的影响呢？石贵泉通过对40名急进海拔3 600 m地区的工作人员研究发现，进入高原第2天RBC-C3bRR急剧下降，第30天红细胞免疫功能已恢复至世居高原人水平，这是机体适应高原低氧环境的表现，但仍低于平原水平[22]。司本辉等对急进高原战士的红细胞免疫研究得到相似的结果[23]。

无论是世居高原者还是急进高原者其红细胞免疫功能均显著低于平原水平，这可能是由于一方面高原环境强辐射导致机体产生大量自由基难以清除，血液中免疫复合物产生增加，另一方面低氧刺激造成红细胞代偿增加，形态改变，血流减慢，血中免疫复合物堆积。红细胞表面C3b受体数量与功能都下降导致红细胞免疫功能下降。

1.2 模拟低氧环境对红细胞免疫功能的影响

已有医学研究表明高压氧（HBO）治疗可以显著改善红细胞免疫功能，而潜水员由于低压缺氧，红细胞天然免疫功能下降[24]。陈勇锐在模拟常压失事潜艇环境中人血细胞表面CD55、CD59分布变化的研究中发现，红细胞表面CD55与低氧暴露时间呈正相关，CD59变化不明显；淋巴细胞表面CD55、CD59表达与氧分压（PO2）呈正相关，与二氧化碳氧分压（PCO2）呈负相关，揭示低氧环境可能诱导免疫细胞激活，从而影响红细胞免疫功能的变化[25]。

无论是高原低氧环境还是人工模拟低氧环境，都会对红细胞免疫产生一定的影响。长时间暴露在低氧环境下，红细胞免疫功能由降低逐渐趋于稳定。低氧环境是影响红细胞免疫功能的重要因素。

2 运动训练对红细胞免疫功能的影响

运动是调节机体免疫功能的一种应激方式。运动影响免疫功能的程度取决于运动强度、运动时间等因素。适量的有氧训练可以提高免疫功能，降低患病的风险，但大负荷高强度的运动训练可能会导致免疫功能受到抑制，并提高对疾病的易感性，从而影响运动员的健康水平和运动能力。

2.1 运动强度对红细胞免疫功能的影响

国外学者研究发现低强度的运动训练1 h前后，红细胞CD35与CIC（循环免疫复合物）无明显变化，当进行大强度的运动训练时，CIC升高且清除缓慢[26]。研究认为，机体进行剧烈运动，引起组织损伤，释放抗原，从而IC升高，吞噬细胞因为受体有限，不能完全清除IC，所以IC清除缓慢。而国内研究结果并不相同，胡琪琛等研究发现小强度运动（45%VO2max）和大强度运动 （85%VO2max）均可引起RBC-C3bRR和RBC-ICR（红细胞免疫复合物花环率）的下降和红细胞免疫功能下降，但不同强度结果无显著性差异[27]。裴新贞等对SD大鼠进行4～8周的大强度游泳训练后，发现其RBC-C3bRR和RBC-ICR变化一致，呈明显下降趋势，红细胞免疫功能降低[28]。姜振在不同负荷跑台训练对大鼠红细胞免疫功能变化研究中发现，大强度间歇性训练抑制红细胞免疫功能，但是中等强度的训练能够促进红细胞免疫功能[29]。

可以看出，国内研究一致认为大强度的运动训练会抑制红细胞免疫功能，但是对于训练强度的划分并无统一标准，这也可能是对于中小强度训练时，国内外研究结果不尽相同的原因之一。另一方面，国外研究多集中于CD35等红细胞表面分子的研究，而国内研究多集中于花环实验，存在一定的偏差。有研究认为短时间高强度运动可以增强红细胞免疫功能。叶路等发现小鼠急性运动2 h后RBC-C3bRR增加明显[30]。宋亚军发现小鼠在力竭运动后RBC-C3bRR显著增高[31]。其原因可能是急性运动可以有效增加循环血容量，RBC相对增多，红细胞免疫粘附能力自然增强。由此可以发现训练时间的长短同样是影响红细胞免疫功能的重要指标。

2.2 运动时间对红细胞免疫功能的影响

研究表明短时间 （10 min）中等强度跑步运动后，健康人RBC-C3bRR和RBC-ICR显著增高，红细胞免疫功能增强[32]。在长时间（100 min）跑步运动后，红细胞数目与红细胞免疫功能均增加，且二者呈显著正相关，揭示红细胞免疫功能增强的部分是由于红细胞数目的增加导致，而红细胞数目的增加可能与运动中耗氧量增加及血液相对浓度有关[33]。宋亚军等人在研究恒定功率下3种不同运动时间（15 min，30 min，45 min） 对红细胞免疫功能影响中发现，3种不同运动时间均会引起RBC-C3bRR显著降低，且下降程度与运动时间相关；45 min组运动后RBC-ICR显著增高[34]。裴新贞等将健康大鼠分组进行游泳训练（2周，4周，6周，8周）。研究发现，训练4周组大鼠RBC-C3bRR和RBC-ICR显著下降，训练8周组大鼠RBC-C3bRR和RBC-ICR较4周组显著下降，与对照组具有高度显著性差异[35]。动物和人体实验的结果均表明，不同运动持续时间会对红细胞免疫产生不同的影响，且随着运动时间的增加，影响越显著。

2.3 运动水平对红细胞免疫的影响

胡琪琛等研究发现，大强度运动（85%VO2max）引起RBC-C3bRR和RBC-ICR下降时，无训练经验者下降显著[27]。黄海等人研究发现体育系女生（经常参加运动）与医学系女生（不经常参加运动）在进行相同的跑台运动后即刻RBC-C3bRR均显著高于安静值，但两组无显著差异，恢复1 h后，医学组显著降低，体育组无明显降低[36]。运动后体育组即刻RBC-ICR显著降低，恢复1 h后升高。揭示长期运动训练经验对运动应激有良好的适应性，可以使红细胞表面SOD（超氧化物歧化酶）含量和活性增高，增强红细胞抵御自由基损伤的能力，保持细胞活性，增强免疫力。有专家认为长期训练的运动员红细胞免疫促进因子与普通人在安静状态下无差异，但是红细胞免疫抑制因子明显低于普通人[37]。在进行相同小负荷的定量运动后，运动员恢复期RBC-C3bRR下降斜率显著低于普通人，表明长期运动可以提高运动应激状态下红细胞免疫促进因子活性，从而增强红细胞免疫功能。

然而，国外研究与国内研究的结果并不相同。研究显示，自行车运动员与普通人安静时红细胞CR1与CIC无明显差异。经过1 h自行车运动（75%VO2max）后，CR1与CIC也无明显变化。国内外研究结果的不同可能与运动负荷、测定方法、测试指标等因素不同有关。譬如国内研究多采用花环实验，而国外则测试CD35等因子，具体情况有待进一步的研究。

3 低氧训练对红细胞免疫功能的影响

在我国，低氧训练被界定为利用人工低氧环境进行训练或刺激的辅助性训练方法[38]。低氧训练由传统高原训练和人工模拟低氧训练构成。人工模拟低氧训练由高住低训（HiLo）、高住高练低训（HiHiLo）、低住高训（LoHi）和间歇性低氧训练（IHT）构成。无论是传统的高原训练，还是模拟低氧训练都有其不可替代的优势，低氧训练可以在保持正常运动训练的条件下，通过暴露于低氧坏境，从而提高运动员机体运输氧气的能力。同样低氧训练也有着不可忽略的弱势。近年来越来越多的报道发现，在低氧训练过程中，患病风险增加，同时免疫力下降。Tiollier等人研究发现越野滑雪运动员在3周HiLo过程中，随着海拔高度的增加，sIgA持续下降（P＜0.05），且在Hi-Lo结束后的2周都尚未恢复至训练前水平[39]。短道速滑运动员在进行4周IHT训练后对疾病的抵抗力下降[40]，赛艇运动员在进行3周的HiHiLo的第一周即出现免疫抑制的现象[41]。有研究发现在低氧条件下训练比单纯的低氧环境或者单纯的运动训练对免疫功能的损伤更加严重，其中低氧为最主要的影响因素[42]。对于不同低氧训练模式下运动员各种身体机能状态与运动状态的研究越来越多，作为免疫系统重要组成部分的红细胞免疫，在低氧训练中的研究结果较少且多集中于HiLo和HiHiLo。

张缨等研究发现足球专项大学生在HiLo 10 h后，机体RBC-C3bRR、RBC-ICR显著升高，并伴随着免疫抑制因子活性升高、免疫促进因子活性降低的趋势[43]。揭示急性低氧暴露后，红细胞免疫功能处于亢进或者紊乱的状态。随着HiLo持续时间的增长，在4周训练结束后，周帆扬等发现RBC-C3bRR显著下降（P＜0.01），RBC-ICR 显著升高（P＜0.01），揭示长时间的HiLo导致红细胞免疫功能继发性降低[44]。赵永才等通过游泳运动员进行2周HiLo（2 800 m）后研究发现，RBC-C3bRR显著降低，揭示2周HiLo可以抑制红细胞免疫粘附功能[45]。

随着研究的不断深入与科学的不断进步，对于HiLo对红细胞免疫的影响也逐渐由花环实验的定性分析转入红细胞表面免疫因子的定量分析研究当中。罗琳等通过4周HiHiLo过程中足球运动员红细胞CD35数量及活性研究发现，CD35数量在实验过程中呈下降趋势，但对照组（常氧训练组）较实验组（HiHiLo）CD35下降更为明显[46]。研究认为低氧坏境导致机体促红细胞生成素（EPO）增多，红细胞数量增多，导致红细胞CD35数量增加。朱荣通过研究发现4周HiLo过程中足球运动员红细胞表面CD59表达水平先下降后升高[47]，而赵永才等人在2周HiLo过程中发现游泳运动员CD59呈现先上升后下降的趋势，且CD55与CD59变化一致，但是CD59上升快下降也快[45]，这与朱荣等人的研究结果并不相同。分析其原因，一方面，赵永才等人在HiLo开始后进行一次测试，而朱荣等人仅有两次测试点，所以二人测试时间的不同可能导致结果的不同；另一方面，二人HiLo的时间并不相同，且运动员专项训练的负荷也存在差异。王玺等人在对赛艇运动员进行3周HiLo过程中发现红细胞表面CD55与CD59呈现相似的变化趋势，均为先上升后下降，恢复期内再次升高且高于训练前水平，并且尝试分析在HiLo训练过程中红细胞免疫与免疫机能的联系[48]。研究发现在红细胞免疫与T淋巴细胞免疫变化出现了不同步性，在低氧训练开始阶段作为免疫第一道防线的红细胞免疫先于其他免疫系统作出反应，而随着低氧训练时间的增加及运动训练的双重刺激，在红细胞表面免疫分子的指引下，T淋巴细胞免疫开始发挥作用[48]。国外已有报道证明红细胞天然免疫主干道在系统血液快速固有免疫炎症反应中具有向淋巴细胞传递信息的重要作用[49]，尤其是红细胞表面CR1可与致病原形成CD35/CD58/CD2三联复合体，避免大量的免疫复合物封闭T淋巴细胞表面，促发TCR/CD3的形成，起到抗原呈递作用，有利于T细胞功能的发挥，从而调控T淋巴细胞等免疫细胞的功能[50]。

现阶段，低氧训练对红细胞免疫的影响多集中于HiLo，一方面低氧训练作为针对专业运动员进行训练的手段，对于科研人员进行研究的可控性较低，存在较多的不可控因素，另一方面，在对专业运动员进行研究时，受到训练等条件限制，对照组较少或者没有，并不能按照科研目的进行研究，多是作为辅助训练手段。李玉周等利用低氧舱模拟海拔4 000 m高原低氧环境观察SD大鼠经过4周不同低氧训练模式后，红细胞免疫调节因子及其免疫功能的变化规律[51]。研究发现高住对照组与低住对照组相比，红细胞免疫抑制显著提高，RBC-ICR显著性升高（P＜0.01）。研究者认为，单纯低氧因素对红细胞免疫抑制因子活性的影响最大，并总结4周低氧训练后红细胞免疫功能由强到弱大致规律为：低住对照组＞高住低练组＞高住对照组＞高住高练组[51]。

低氧训练受到低氧和运动的双重刺激。在低氧训练的初期，机体受到低氧坏境的影响EPO代偿性提高，红细胞免疫功能增强，之后随着低氧训练时间的增加，训练负荷对机体的刺激加重，红细胞免疫功能开始下降。大强度的运动训练导致红细胞免疫功能下降的原因可能是因为当运动负荷较大时，红细胞破裂畸变增多，红细胞异常情况增加，其结果是红细胞数量减少，血红蛋白含量减少，从而导致红细胞不能发挥正常的生理功能，进而导致红细胞的免疫功能下降。而红细胞免疫功能下降也影响了其他免疫细胞（如T淋巴细胞等）与细胞因子（IL2与IL6等）的激活，削弱了红细胞对其他免疫细胞的免疫增强作用，使调控失衡[52]，进而导致整个免疫系统受损，使整个免疫系统紊乱，机体机能状态下降。低氧环境对红细胞免疫的影响则主要是通过影响EPO来实现。EPO在调节红细胞免疫上起到重要的作用，它不仅可以改善贫血功能，促进红细胞分化，增加红细胞计数，而且可以抑制RBC-ICR的表达，促进RBC-C3BRR的生成。EPO可以增加SOD的表达，稳定红细胞膜，改善红细胞膜的蛋白质构象和增加膜脂流动性，维持红细胞膜内外的渗透压，从而使红细胞膜上的受体（CD35等）免疫粘附功能增强。

4 小结与未来展望

红细胞的免疫功能为我们提供了一个未被充分研究和潜在丰富的研究领域[53]。目前，低氧训练对红细胞免疫影响的研究多集中于HiLo，而对于像传统高原训练与LoHi以及IHT条件下红细胞免疫情况如何改变还没有研究报道。低氧训练对红细胞免疫影响的机制尚不清楚。医学上已有研究报道艾灸以及锌的补充可以从一定程度上改善红细胞免疫功能，调节T淋巴细胞免疫功能，以提高机体整体免疫功能[54,55]。这些手段是否适用于低氧训练过程中的运动员，尚待深入研究。