高原低氧环境复合健身运动对中年人血液HIF-1α、EPO、 VEGF水平变化的影响

苏青青

(1.青海省体育科学研究所，青海 西宁 810000；2.青海省高原体育科学研究重点实验室，青海 西宁 810000；3.国家体育总局 高原训练研究重点实验室，青海 西宁 810000)

低氧与人类健康密切相关。高原环境影响人体的主要因素是缺氧，平原人进入高原后，机体在神经和体液调节下发生代偿适应性变化，以适应高原低氧环境。虽然低氧对机体造成损害，但一定程度的低氧适应可以对机体产生有利的影响。有研究认为[1]，在高原进行适应性的运动锻炼，可以提高机体对高原环境的习服能力，有利于增强心肺功能，改善机体对氧的摄取、运输和利用，提高机体最大有氧能力。因此，本研究进一步探讨高原健身过程中人体低氧适应的分子及生理适应变化，这是高原医学关注的热点，也是本文主要的研究内容。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取世居或久居高原和平原45～55岁普通人群共86名。要求身体健康，无严重伤病史，无重大疾病如高血压、心脏病、高血脂等，无传染性疾病、无关节器质性疾病，近一年内有经常锻炼的习惯(每周2次及以上，每次30min以上)。研究对象分为实验组和对照组，其中实验组包括高原组(青海西宁，海拔2 260m)和平原组(西安，海拔400m)，对照组：平原组(户县余下镇，海拔400m)，见表1。

表1 研究对象情况

1.2 研究方法

组织所有研究对象进行3周健身运动，其中高原组和平原组进行高原低氧环境下体育运动，在海拔2 366 m的青海省湟中县多巴镇健身训练2周后到达海拔3 500 m的青海省天俊县继续进行1周的健身运动，而对照组则进行平原常氧环境下体育运动，在海拔400 m的陕西省西安市余下地区进行3周的健身运动。3个组安排相同的健身活动运动量和运动强度，活动方式都以健身舞蹈、徒步快走等有氧运动为主。

1.3 指标检测方法

晨起空腹安静状态下抽取肘静脉血5 mL，以3 000 r/min分离血清15 min，使用美国BioTek公司产Elx800通用酶标仪进行测定HIF-1α、EPO 、VEGF，分别使用进口试剂(武汉优尔生科技股份有限公司)。高原组、平原组和对照组分别在各自居住地进行基础值测试，其中高原组和平原组于高原健身运动第1周、第2周和第3周末在高原青海多巴进行检测，对照组于3周健身运动结束后在平原陕西西安检测；随后于健身运动结束后2周的观察期末，3个组分别在各自居住地进行测定。高原组和平原组共检测5次、对照组共检测3次。数据采用SPSS18.0统计，各指标的组内差异和组间差异进行T检验和方差分析。

2 研究结果

2.1 高原环境复合健身运动后高原和平原中年人缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的变化

如表2所示，HIF-1α水平与基础值比较，男子高原中年人在高原复合健身运动1～3周中，高原组呈现先下降后上升再下降的趋势，平原组呈现下降趋势，对照组在高原第3周下降。观察末期高原组较高原第3周有所升高，平原组较高原第3周略有升高但低于基础值，平原组变化不明显；女子高平原中年人在高原复合健身运动1～3周和观察末期高原组都表现为下降趋势，尤其在高原第2周和观察末期下降明显(P<0.05～0.01)，平原组表现为先上升后下降再上升的趋势，观察末期较高原第3周下降，对照组整体表现为下降趋势。

表2 各组研究对象HIF-1α指标测定结果(Mean±SD)

注:“*”表示与基础值比较差异显著P<0.05；“**”表示与基础值比较差异非常显著P<0.01，下同。

2.2 高原环境复合健身运动后高原和平原中年人促红细胞生成素(EPO)的变化

如表3所示，EPO水平与基础值比较，男子中年人在高原复合健身运动1～3周，高原组和平原组均表现为上升趋势，到观察末期都低于高原第3周但高于基础值，对照组观察末期也高于基础值；女子中年人在高原复合健身运动1～3周，高原组表现为上升趋势，平原组和对照组表现为下降趋势，到观察末期高原组和平原组较高原第3周升高，并高于基础值，对照组观察末期低于基础值。

2.3 高原环境复合健身运动后高原和平原中年人血管内皮生长因子(VEGF)的变化

如表4所示，VEGF水平与基础值比较，男子中年人在高原复合健身运动1～3周中，高原组、平原组和对照组都表现为下降趋势，尤其平原组在高原第1周和对照组高原第3周下降明显(P<0.05)，到观察末期3组均高于高原第3周但低于基础值；女子高平原中年人在高原复合健身运动1～3周中高原组表现为先升高再下降再升高趋势，平原组和对照组均表现为升高趋势，到观察末期3组均低于高原第3周和基础值。

表3 各组研究对象EPO指标测定结果(Mean±SD)

表4 各组研究对象VEGF指标测定结果(Mean±SD)

3 分析与讨论

低氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-I,HIF-1)是一种随着细胞内氧浓度变化而调节基因表达的转录激活因子，是诱导低氧基因和修复细胞氧内环境的核心调节因子。在氧的张力、低氧反应基因的转录和慢性缺氧的生理适应之间起重要的中介作用。在低氧环境下，确保血氧通畅，提高抗缺氧耐受能力。低氧诱导因子-1可诱导血管内皮细胞生长因子(VEGF)、糖酵解酶、促红细胞生成素(EPO)及一氧化氮合酶(NOS)等靶基因的转录而成为低氧应答时稳定细胞内环境的调节中心。在低氧运动中，由于缺氧和能量的大量消耗及血液的重新分配，使机体的部分组织和细胞处于一种相对缺血和缺氧的状态，低氧运动可以增加机体对暂时性氧缺乏的生理性适应，提高身体机能状态。在本研究中，3周健身运动和观察末期后，男子组和女子组HIF-1α水平总体均出现不同程度降低，但男子高原组在高原健身运动第2周后出现升高，女子平原组在高原健身运动第3周后出现升高，其余各组均有下降趋势，可能与上高原1周后进行指标监测有关，后期高原第2周和第3周下降可能与高原低氧环境的适应和出现疲劳有关。有研究表明[2-3]，进入高原缺氧环境组织中氧供给和利用没有达到平衡之前，HIF-1α一直被表达，再给予更严重的低氧刺激后，HIF-1α水平又明显增加。Gustafsson[4]通过对单腿伸膝训练的研究发现，正常血流状态和限制血流状态下(大约低 15-20%)，以相同的绝对负荷训练 45 min后发现，训练能导致 HIF-1β mRNA 表达增加 340%，VEGF mRNA 表达增加 178%，但 HIF-1α则未见明显增加，且限制血流和不限制血流组间没有明显差别，同时发现训练引起 VGEF mRNA 表达增加与 HIF-1α和 HIF-1β mRNA的表达有关。低氧训练导致 HIF-1亚基 mRNA上调增加，使肌红蛋白、VEGF 和糖酵解酶 mRNA 水平增加，肌肉线粒体和毛细血管的密度增加，有利于运动成绩的提高。

促红细胞生成素(Erythropoietin,简称EPO)是由肾脏和肝脏分泌的一种激素样物质，能够促进红细胞生成。在缺氧环境下，EPO生成增加，促进红细胞增生。低氧调节EPO基因表达过程较复杂，机体血清 EPO浓度升高，通过血液循环抵达造血系统，与红系祖细胞和原红细胞等细胞膜上的EPO受体特异性结合，促进细胞增殖和分化，形成功能成熟的红细胞；EPO还能促进红细胞释放进入血液，最终减轻低氧对机体的损伤。正常血浆中EPO约为10～30 mIU/mL，当缺氧和贫血时可上升100～1 000倍。低氧应激时，机体血浆内EPO浓度显著上升，低氧环境30 min后血清EPO开始增加，缺氧4 h后血清EPO急剧上升，24 h达到最高峰。本研究发现，随着海拔高度的增加以及高原低氧时间的延长,EPO水平除女子平原组持续下降以外，其余各组均表现为上升趋势。EPO是反映骨髓造血系统功能的重要指标，研究结果显示，除了女性平原组外其他各组高平原中年人上高原2 366m 2周、3 500m 1周时EPO水平增加，这是进入高原后进行健身运动机体为维护自身稳定减少损伤而进行的自身防御措施。缺氧是导致EPO产生分泌的主要因素，是高原低氧复合健身运动下双重缺氧刺激的结果。冯连世等研究发现，低压氧舱暴露组和运动训练组大鼠肾脏EPO基因表达水平较平原组高，模拟海拔2 000 m训练组(1周组和2周组)较2 000 m对照组EPO mRNA水平增加明显，其他模拟低氧组(3 000 m和4 000 m)EPO mRNA水平较对照组(3 000 m和4 000 m)均有不同程度下降[5]。本研究还发现女子平原组在上高原第1周后EPO水平出现不同程度降低，至第3周低于基础值水平。影响EPO水平的因素很多，在高原环境下，低氧是影响EPO水平的主要因素，海拔越高，缺氧程度越大，但与海拔高度并不是呈直线关系。有研究提出[6]，EPO受海拔高度的影响，一般适宜海拔为1 600～2 500 m。如果在海拔6 000 m的高原，EPO水平下降明显，可能是EPO受体饱和，抗体浓度上升和PH值降低造成的。因此，高原低氧环境下EPO水平除受低氧因素外，与运动训练计划和内容也有关系[4]。

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，简称VEGF)，是一种高度特异性的促血管内皮细胞生长因子，具有促进血管通透性增加、细胞外基质变性、血管内皮细胞迁移、增殖和血管形成等作用。在低氧环境下，VEGF可以诱导血浆蛋白溶酶原激活物和血浆溶酶原激活物抑制剂-1，以及基质胶原酶、诱导组织因子等在内皮细胞的表达，激发V3因子从内皮细胞中释放出来，从而改变细胞外基质，使其更易于血管生长[7-8]。余斌[1]等研究表明，在急性低氧复合适度运动的情况下，运动作为一个良性刺激因素,VEGF 影响局部微循环，提高骨骼肌的低氧适应能力，起到保护骨骼肌的作用。毛杉杉[9]等对大鼠进行高住低训的研究中表明，高住低训诱导的大鼠骨骼肌 HIF-1α、VEGF 基因表达较安静对照组明显升高，提示 HIF-1α 在调节 VEGF 基因表达中可能发挥了一定的作用。鲍永霞[10]等研究表明，10%低氧浓度下小鼠肺组织 HIF-1 的表达与VEGF、微血管密度(MVD)表达之间呈显著正相关。Kreider[11]通过对未经训练的健康人在低氧状态下(相当于3 850 m)进行 6 周耐力训练后，发现其骨骼肌 HIF-1α mRNA 出现明显上调，并进一步导致 VEGF mRNA、肌红蛋白mRNA 表达的增加，但在正常氧状态下则没有观察到这个结果。VEGF是HIF-1α的下游基因，缺血缺氧可导致HIF-1α水平上调从而调节VEGF水平增加，提高微血管通透性，刺激血管内皮细胞增殖，促进新生血管生成。本研究结果显示，VEGF水平男子高原组不同程度下降，平原组在高原健身运动第1周、对照组在高原健身运动第3周后下降明显(P<0.05)，均具有显著性差异；女子高原组在高原健身运动第1周上升24.1%,在高原健身运动第3周后上升8.2%，平原组在高原健身运动第3周后上升85.1%，对照组在高原健身运动第3周后上升56.5%。说明VEGF水平女子组较男子组增加明显，并发现女子组VEGF与HIF-1表达变化趋势基本一致，即在低氧或低氧训练时，VGEF mRNA 水平的表达与 HIF-1α mRNA 水平具有同步变化的关系，这与以往研究结果相同[9]。

4 结论

(1)久居平原和高原地区44～55岁成年人在高原复合健身运动后，EPO水平除平原女子组持续下降以外，其余各组均表现为上升趋势。EPO高低反映骨髓造血功能以及人体代谢有氧能力水平，本次研究显示EPO水平增加，表明高原低氧以及复合健身运动下的双重负荷刺激起到了激活生理功能的作用，这对提高机体有氧能力，促进身体健康有积极作用。

(2)高原低氧环境复合健身运动后，VEGF水平高原和平原男女组表现了不同变化趋势，即男子各组均表现为下降趋势，女子组均表现为升高趋势，其中女子平原组升高明显，表明在高原适度缺氧下进行健身运动对女子中年健康人群身体有积极影响，有利于改善心肺、抗氧化、物质代谢和运动能量等系统功能,对提高机体血液运氧及肌肉利用氧能力有积极效果，而男子组下降原因需进一步探讨。

(3)高原低氧环境复合健身运动后，HIF-1α水平除女子平原组在高原第3周上升外，其余各组均有下降趋势，可能与上高原1周后进行HIF-1α指标检测有关，后期高原第2周和第3周下降可能与机体对高原低氧环境的适应以及出现疲劳有关。

(4)男女对照组HIF-1α,EPO和VEGF水平变化不明显，其与低氧、运动有关，且低氧更能影响其结果。而本实验平原组在平原富氧环境下且为小负荷有氧健身运动，对上述低氧有关因子的指标影响不明显。同时，男女高平原组EPO、VEGF水平增加虽然与以往研究一致，但无明显统计学意义，可能与本次实验样本量较少有关。