运动员免疫能力的影响因素与增强方法

林文弢, 吴庆悦, 杨 玲

(1.珠海科技学院,广东 珠海 519041; 2.广州体育学院,广东 广州 510500; 3.韶关学院,广东 韶关 512000)

免疫系统是机体内结构复杂且分工精细的重要系统,参与机体免疫应答及免疫调节。免疫系统主要通过清除引起内环境波动的因素,包括清除机体外部入侵的抗原性异物(如病原微生物等)和体内的有害细胞(如衰老、肿瘤、病变细胞等),维持机体内外环境稳定。大量研究表明,中等强度的规律性运动能够增强机体免疫力,改善机体免疫功能。然而,长期处于高强度运动训练和紧张比赛条件下的运动员能源物质消耗大,机体的能源摄入与消耗不平衡,导致机体的免疫系统功能较为脆弱,甚至出现暂时性免疫抑制状态,容易被病毒入侵,影响正常训练与比赛。因此,日常训练和比赛中可通过合理的方法与手段提升运动员的免疫能力,达到维持身体机能、提高运动能力的效果。

1 机体免疫力对运动能力的影响

运动能力是身体形态、身体素质、身体机能、技术技能及心理素质的综合能力。从生物化学的角度出发,运动能力的高低取决于运动时能量的供给、转化、利用的能力。运动能力是运动员取得优异竞技成绩的基础,运动员的免疫力对身体机能和运动能力有显著影响。樊晋华等[1]在健脾增免中药对小鼠免疫机能及力竭性游泳运动能力的影响中发现,服用健脾增免中药4周后,小鼠体内淋巴细胞的增殖反应能力明显提高,机体免疫力增强,血清睾酮水平随之提高,进而增强小鼠的抗疲劳能力,延长小鼠力竭性游泳时间。王晓慧等[2]研究表明,大鼠过度训练导致免疫机能下降,服用蒺藜能改善其免疫机能,延长运动时间。与过度训练组相比,补充蒺藜组能逆转过度训练所致的CD8+T增加、CD4+/CD8+T降低、NK细胞减少,以及部分逆转CD3+减少。如果蒺藜配合过度训练,大鼠的外周血睾酮水平显著增加,一次力竭运动时间显著提高。

线粒体是糖类、脂肪和氨基酸最终氧化释放能量的场所,是人体各项活动的动力来源,为运动员日常训练和比赛提供所需能量。同时,线粒体是先天性免疫的关键调控者,可通过释放多种线粒体损伤相关分子模式(DAMPs)来诱发先天性免疫应答,如线粒体 DNA(mtDNA)、线粒体转录因子A(TFAM)、线粒体 N-甲酰肽(F-MITs)、ATP等。运动作为一种独特的应激方式影响机体内环境稳态。运动会使机体氧耗及ATP需求增加,引起自身结构与功能发生相应变化[3],这对细胞、组织乃至机体内与之相关的先天性免疫通路起调控作用。

此外,下丘脑-肾上腺轴(HPA)和sympatheticoadrenal-medullary(SAM)轴与免疫功能高度相关,通过控制肾上腺激素的分泌,调节免疫功能。HPA轴通过肾上腺皮质调节糖皮质激素和皮质醇的产生,SAM轴通过肾上腺髓质调节儿茶酚胺(肾上腺素和去甲肾上腺素)的产生[4]。

2 提高运动员免疫能力的机制

2.1 肌肉损伤与免疫抑制

长时间大强度运动会导致肌肉损伤,其中离心运动最为显著。炎症在骨骼肌内稳态中具有广泛作用。骨骼肌作为运动器官,是能量代谢中心,作为分泌器官,通过自分泌方式分泌的促炎因子白介素-6(IL-6)、TNF-α、白介素-8(IL-8)在骨骼肌损伤修复过程中具有重要作用,以旁分泌方式分泌的胰岛素生长因子-1(IGF-1)、瘦素(leptin)、内源性配体(apelin)等与糖、脂肪、蛋白质代谢密切相关[5]。过度训练后机体中性粒细胞功能、自然杀伤细胞数量及各免疫细胞毒性活性降低,促成运动员体内发生慢性炎症,增加肌肉损伤风险。Chisari等[6]在免疫系统与肌腱愈合作用的研究中提出,炎症会抑制肌肉肌腱恢复过程。免疫细胞在肌腱稳态和肌腱修复中具有重要作用,其中,巨噬细胞是在炎症和肌肉损伤过程中起主要作用的免疫细胞。

2.2 与免疫相关的炎症因子

免疫系统由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成。胸腺和脾脏是人体主要的免疫器官,淋巴细胞和免疫球蛋白对机体免疫系统功能的发挥有重要作用。研究[7]表明,急性运动后机体的胸腺、脾脏等免疫器官会发生形态和功能的改变,脾脏萎缩会损坏骨髓结构的变化,使淋巴细胞增殖能力降低。运动后即刻外周淋巴细胞会升高,如NK细胞、CD4+细胞和CD8+细胞增多等。这主要由细胞毒性、炎症等引起。炎症对机体免疫功能具有重要的调节作用,局部炎症可能影响效应 T 细胞与巨噬细胞的活化,进而影响细胞免疫与体液免疫的激活[8]。急性大负荷运动会下调淋巴细胞内质网网膜钙通道基因的表达,从而抑制胞内钙离子释放及胞内 Ca2+信号转导过程,降低淋巴细胞的增殖能力。同时,在恢复期运动员机体内会出现淋巴细胞减少的现象,可能是由淋巴细胞在淋巴和非淋巴器官之间的重新分布所致[9]。

2.3 运动可通过线粒体相关免疫通路引发炎症反应

线粒体氧化应激反应与免疫系统和炎症密切相关。李省天等[10]在运动与线粒体相关先天性免疫研究中表明,规律运动对线粒体具有保护作用,可降低血液中线粒体DNA(mtDNA)含量,避免游离mtDNA的产生,抑制先天性免疫通路,在抗炎方面起积极作用。急性大强度运动造成线粒体应激或损伤,促使游离mtDNA含量升高,激活先天性免疫通路,引发炎症反应。因此,当机体损伤或内环境紊乱时,可通过释放 mtDNA和甲酰肽激活先天性免疫反应发挥促炎效应。此外,线粒体基因组与细菌基因组具有明显的相似性,如DNA形状与结构,mRNA、rRNA的沉降系数,具有自身的DNA聚合酶及RNA聚合酶等。线粒体分裂方式与细菌具有相似性。线粒体DNA(mtDNA)可被中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞膜上的TLR9受体识别,进而促进局部炎症反应的发生[11]。

总之,线粒体因其特殊的结构和作用在免疫调控中起重要作用。当机体处于应激状态时,线粒体受损,游离线粒体DNA(mtDNA)含量增加,进而影响体内的炎症状态,限制运动员各组织之间的调动,降低运动能力。

3 运动员免疫能力下降的原因

免疫力对运动员的健康和运动成绩的提高具有至关重要的作用。很多人认为运动员具有强健的体魄,免疫系统功能比普通人好,实际并非如此。运动员常年进行高强度训练、参加激烈的比赛,身体处于高负荷状态,若不及时进行恢复,大部分运动员会出现免疫抑制现象,增加上呼吸道感染、组织损伤的风险。面对激烈的训练比赛,运动员通过激活下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经系统以及由此产生的免疫调节激素,影响免疫功能。先天性免疫和后天性免疫在剧烈运动后会出现暂时性下降,尤其是在运动员加大训练量的增量期、恢复训练的早期均会出现。2021年突如其来的新型冠状病毒席卷全球,有许多运动员感染,包括东京奥运会参赛运动员。其原因:一方面是运动员流动大,四处比赛增加了感染风险;另一方面是运动员长期参加高强度、高密度的训练和比赛,身体因过度消耗而处于一种不平衡状态,若不及时恢复将导致免疫力下降。运动员免疫力下降主要表现为机能下降、无法迅速动员、机体无法达到最佳竞技状态,更严重的是运动员无法继续参加训练和比赛,大大缩短了运动寿命。

4 运动员易出现的免疫性疾病

4.1 心律失常

心律失常是运动员的一种常见症状。长期进行高强度运动,使心脏出现结构性变化,导致心脏肥厚、变大,心脏肥厚会影响传导系统和供血系统进而造成心肌缺血,严重者会出现晕厥甚至猝死。运动员进行大强度训练会导致机体免疫力下降并引发体内炎症,这是心律失常的机制之一。

4.2 呼吸道感染

运动强度与上呼吸道感染率之间存在J 型曲线关系[12],说明适当强度的运动可以增强机体的抗感染能力,而大强度运动会使免疫系统功能遭到破坏。长时间高强度耐力训练会导致上皮损伤和呼吸道炎症反应,优秀运动员在夏季和冬季训练期哮喘等呼吸道疾病的易感性增大[13]。

4.3 肌肉肌腱损伤

肌纤维损伤与线粒体氧化应激和炎症反应密切相关。训练后机体出现的延迟性肌肉酸痛是炎症的一种表现,骨骼肌结构和功能异常是运动员竞技能力降低、运动寿命缩短的重要原因之一。运动会造成骨骼肌损伤,损伤的肌细胞释放线粒体相关DAMPs,包括甲酰肽和线粒体DNA(mtDNA)。甲酰肽被中性粒细胞膜上的甲酰肽相关受体识别,而mtDNA可被中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞膜上的TLR9受体识别,进而促进局部炎症反应的发生[11]。同时,免疫系统在肌腱受伤后的愈合中也扮演主要角色。免疫细胞分泌的细胞因子包括促炎因子和抗炎因子,影响伤口愈合及炎症反应[6]。

5 提高运动员免疫能力的方法

5.1 做好训练负荷监控,及时促进机体恢复

过度训练主要出现在高水平运动员密集训练过程中,会导致过度训练综合征,主要体现为机体神经内分泌紊乱,比赛表现不佳,无法维持训练负荷,持续疲劳,儿茶酚胺排泄减少,经常生病,睡眠紊乱和情绪状态改变等[14]。训练监控对运动员运动能力的提升及身体机能的评定有着不可忽视的作用。做好训练负荷监控,避免过度训练,及时促进机体恢复及运动疲劳的消除。训练中和恢复期可通过生理生化指标对负荷进行严格监控,如血乳酸、血尿素、血清睾酮/皮质醇比值(T/C)、尿蛋白等。

运动员训练和比赛后,机体长期处于高压状态且能量消耗较大,会产生疲劳。疲劳未及时消除会对运动员的免疫系统造成威胁。消除疲劳的方式多种多样,包括积极性恢复、整理活动、睡眠、物理学手段、营养学手段等。加快机体代谢产物的清除,减少堆积,可改善肌肉血液循环[15]。

5.2 注意营养均衡及能量摄入

免疫系统清除病毒、细菌及其他病原体的能力主要依赖于充足的能量供应,这些能量物质包括葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等。除此之外,还需核苷酸来合成DNA、RNA及氨基酸蛋白质。氨基酸的充足供应也需要蛋白质,如免疫球蛋白、细胞因子和急性期蛋白[16]。同时,微量营养元素在核苷酸与核酸合成(如铁、锌和镁)、限制组织损伤的抗氧化防御(如维生素C和E)中发挥重要作用。当氧化应激增加时,维生素C等具有抗氧化作用的微量元素在剧烈运动和感染期具有特别作用。维生素D等微量营养素可通过调节基因表达直接影响免疫细胞功能。此外,有许多中药对脾脏具有较好的保护作用,可提高免疫能力。

6 小 结

长期处于高强度训练下的运动员会出现免疫力低下的情况,增加运动员组织损伤和呼吸道感染的概率,对运动员的身体机能和运动能力的影响较大,教练员应重视运动员免疫力的提升,为取得良好的运动成绩奠定基础。在日常训练中,可通过生理生化指标监控运动员的训练强度及恢复情况,根据运动员的身体情况及时调整训练计划。运动员比普通人消耗更多的能量,应科学饮食,注意大强度训练期间的膳食营养搭配,特别是增加蛋白质及各种微量元素的摄入。总之,提高运动员的免疫力是发挥良好竞技状态、取得优异运动成绩的重要前提条件之一。