低氧/高原训练对免疫机能和炎症反应影响的研究进展

杨 健，康 伟，周炜娟

高原环境最显著的特点是其较高的海拔高度。随着海拔高度的升高大气压力降低，氧分压下降，进而呼吸入肺交换的氧分压降低，血液中的氧含量下降，这将导致一系列神经内分泌功能的改变。世居平原人初上高原后，由于高原环境的应激作用，表现出种种不适应均与此有关。

高原训练是一种特殊环境下的训练，当前已有越来越多的项目将高原训练应用到训练实践中来，特别是游泳、赛艇、自行车等体能为主导的竞技体育项目。研究与实践均表明，如训练负荷安排恰当，高原训练对于改善运动能力，提高运动成绩具有积极作用。模拟低氧训练是在平原上通过低氧发生系统，模拟高原环境的一种训练方式，包括“高住低练、低住高练、高住高练低练”等几种组合模式。实践表明，这三种低氧训练方式中，“高住高练低练”对于有氧能力的改善效果最好，这可能与该手段给予机体更为深刻的低氧刺激有关。然而，高原训练也是把双刃剑，不少队伍高原训练效果并不理想，失败案例也屡见不鲜。其中，高原训练过程中常伴有腹泻、感冒及上呼吸道感染等疾病的发生，且其恢复过程缓慢，严重阻碍了训练计划的实施，使高原训练的效果大打折扣。

不论是高原训练还是低氧训练，在低氧和运动负荷双重因素作用下势必会导致机体产生较强的应激反应，引起一系列生理变化和适应。模拟低氧训练过程中免疫系统如何应答？检索相关文献发现，目前，高原及模拟低氧训练过程中运动员免疫功能变化情况的研究仍不多见。系统测量评价高原训练和模拟低氧训练过程中运动员各方面免疫机能的变化情况，对于防伤防病，提高高原/低氧训练效果，有着重要的实践意义。

1 急性高原或低氧暴露对炎症反应及免疫功能的影响

运动员从平原进入高原初始，机体将发生一系列应激性变化。入高原初4至6小时后，由于高原低氧环境的刺激，肾上腺释放的肾上腺素增加，循环血中皮质醇浓度短暂升高，组织特异性交感神经兴奋性提高，这些改变使肺通气量、心输出量增加，血流量重新分布，从而保证人体重要的组织器官有充足的血液和能源物质供应。去甲肾上腺素主要由交感神经系统（SNS）释放，通过α-肾上腺素能受体发挥其生理作用，如调节局部组织的血流量，调节血管紧张程度，调节血压，调节基础代谢率。故血液中去甲肾上腺素的浓度可反应SNS的兴奋程度。高原暴露初期，去甲肾上腺素水平的变化与肾上腺素的变化存在较大的不同。通常，去甲肾上腺素浓度在高原暴露4-6小时内或稍长时间内均保持在平原水平，但随着高原暴露时间的延长逐渐升高，至上高原后的4-6天达到最高水平。目前的研究认为，应激反应的强弱与高原的海拔高度有关，海拔越高反应越大；高原初期的应激反应主要受交感-肾上腺系统调控，其中β-肾上腺能受体在该调控过程中起着核心作用。一段时间后，若机体适应良好，动脉氧饱和度会逐渐升高，肾上腺素水平逐渐下降至平原水平。

正常机体中各淋巴细胞亚群相互作用，维持着机体的正常免疫功能。不同淋巴细胞亚群的数量和功能发生异常，可导致免疫系统紊乱并发生一系列的病理变化。T淋巴细胞亚群在某些临床疾病，如自身免疫性疾病、免疫缺陷性疾病、变态反应性疾病、病毒感染、恶性肿瘤等均有异常改变。目前，最为快速和准确的T细胞亚群的检测方法是流式细胞术荧光标记法，即用抗人T细胞表面分化抗原的单克隆抗体进行免疫荧光标记，通过流式细胞仪检测T淋巴细胞各亚群的百分率或绝对计数。其中CD3+是成熟T淋巴细胞的标志；CD3+CD4+是T辅助细胞的标志；CD3+CD8+是T抑制细胞的标志；CD25+是白介素2受体的标志，即激活的T淋巴细胞。健康人外周血T淋巴细胞亚群的参考范围为：CD3+占61～85%，CD3+CD4+占28～58%，CD3+CD8+占19%～48%，CD4+/CD8+约为0.9～2.0。成熟的B淋巴细胞表明表达CD19抗原，正常情况下占外周血淋巴细胞总数的6.4～22.6%。成熟的NK淋巴细胞表面表达CD16和CD56两种抗原，正常情况下占外周血淋巴细胞总数的5～15%。

T细胞属于白细胞家族中淋巴细胞的一员，在细胞调节的免疫发生过程中起着核心作用。T细胞前体由骨髓释放进入胸腺，在胸腺中分化成熟成为抗原特异性的T细胞，之后释放进入外周组织。在T细胞表面有特异性受体，可识别特异性MHC分子抗原。47名受试者从低海拔地区到达3200m-3800m的高原后的第5天，淋巴细胞对PHA刺激的反应显著降低，但到第25天恢复至实验前水平[1]。另一项研究对比患急性高山病（acute mountain sickness，AMS）和未患病者上高原后T淋巴细胞的变化后发现，25名未患病者在上高原后第3天PHA刺激的淋巴细胞增殖反应减弱，ConA刺激的淋巴细胞反应无变化；但是32名患者PHA和ConA刺激的淋巴细胞增殖反应能力均大幅降低，至第30天仍未恢复[2]。该学者的另一项研究也证实急性高原暴露后T淋巴细胞数量减少，PHA刺激的淋巴细胞增殖反应减弱，同时发现离体条件下辅助T细胞百分比降低而抑制T细胞百分比增加[3]。模拟2438m低压低氧环境10小时暴露后第1天，Wilder-Smith等发现志愿者的淋巴细胞增殖反应减弱，CD69和CD14分化增加，HLA-DR下降[4]。13名健康女性在5050m海拔高度的Nepal居住后，研究发现不论是急性还是逐渐适应后：（1）T淋巴细胞数量显著降低，T淋巴细胞总数显著降低主要是由CD4+减少所致；（2）B淋巴细胞数量无显著变化；（3）NK细胞数量显著增加；（4）循环血T细胞中由Th1细胞分泌的INF-γ显著降低，IL-4无显著变化；（5）分裂原刺激的T细胞增殖分化能力显著下降；（6）尽管NK细胞数量增加，但NK毒性并未受高原暴露的影响[5]。Ermolao等研究发现，高原暴露后的第1天和第21天尿中去甲肾上腺素和皮质醇均显著升高，肾上腺素无显著变化，但循环血中INF-γ均显著降低；高原1天后CD3+和CD4+T淋巴细胞均显著减少，高原21天后CD16+CD56+均显著增加；并发现高原第1天时的T淋巴细胞亚群如CD4+、CD19+与肾上腺素呈显著正相关，INF-γ与去甲肾上腺素呈显著负相关[6]。以上结果提示急性高原暴露后Th1/Th2调节的免疫平衡被打破，T淋巴细胞数量减少，免疫功能受损，而交感-肾上腺轴在高原暴露引起的免疫功能适应方面发挥重要的调节作用。

B细胞也是由骨髓淋巴样前体细胞分化而来，其表面有高特异性抗原分子，在遭受感染时可分泌抗体，从而形成获得性免疫。B细胞分泌的抗体主要有IgG、IgM、IgE、IgD、IgA五种类型。人体中IgG占比最大。免疫球蛋白分子在补体介导的细胞杀伤及递呈抗原过程中起着核心作用。急性高原或低氧暴露对B细胞功能的研究较少见到。3-5天的高原暴露后B细胞数量和比例升高，IgG降低，IgM和IgA无显著变化[2，7]。Facco、Mazzeo等研究则显示高原暴露对B细胞无显著影响[5，8]。

NK细胞是一种大型的颗粒状淋巴细胞，细胞表面表达CD16和CD56两种抗原，正常情况下占外周血淋巴细胞总数的5%-15%。NK细胞可直接作用于病原靶细胞，也可通过分泌抗体作用于靶细胞而杀伤病原微生物，是参与非特异性免疫功能调节的一种重要细胞。研究发现急性低氧暴露后NK细胞数量和活性均显著增加，但随着暴露时间的延长NK细胞数量和活性逐渐恢复至正常水平[8-10]。但也有研究指出高原第21天CD16+CD56+仍显著增加[6]。Pederson等证实急性高原暴露时，若注射肾上腺素和β-肾上腺能受体阻断剂，NK细胞数量增加幅度降低[11]，提示交感-肾上腺轴在调节高原低氧暴露引起的NK细胞数量变化中起着发挥重要作用。

炎症因子的低氧反应近来越来越多地受到关注。短期高原低氧暴露会引起循环血中IL-6、IL-1ra、CPR升高[12]。从目前的研究来看IL-6对于低氧应激的反应具有特异性，并且独立于运动应激。人工培养的小鼠内皮细胞急性低氧暴露后，IL-6的表达显著增加[13]。新生大鼠心肌细胞培养后经4h低氧暴露也发现IL-6表达显著提高[14]。在体研究发现经急性低氧暴露后人血清中IL-6显著升高，而其他炎症因子无显著变化[15]。登山运动员抵达4300m的Pikes峰初期以及居住数周后安静状态下IL-6水平均显著升高[16]。肾上腺素注射后血浆中的IL-6水平随之显著升高，并表现出剂量依赖效应；在注射β-肾上腺素能受体阻断剂后，肾上腺素诱导的IL-6升高现象被抑制[17]。一项大鼠研究发现，注射β-肾上腺素能受体激动剂后血浆IL-6大幅升高[18]。上述结果提示，β-肾上腺素能受体在调节血浆IL-6水平过程中起着重要的调节作用。急性高原暴露后，交感-肾上腺素轴被激活是IL-6水平显著升高的原因之一。但肾上腺素在上高原后4-6天即恢复至平原水平，而IL-6即使数周后仍维持在较高水平，提示可能存在促进IL-6分泌的其他调节途径。

2 高原及模拟低氧训练对炎症反应及免疫功能的影响

对人体而言，不同形式的运动、高原环境以及模拟低氧环境都是不同的应激源。运动对免疫功能影响已有较多研究进行了报道，运动强度、运动持续时间和个体运动能力水平都会对运动引起的免疫应答产生影响。运动训练与高原环境或模拟低氧环境的协同作用下，机体免疫功能会发生如何变化？随着高原训练在国内外越来越多的应用于竞技体育项目训练实践中，这一领域俞来俞多地受到研究人员的关注。但从文献检索的情况看，在高原或模拟低氧环境下进行训练对运动员免疫功能影响的研究还不多见，关注高原训练过程中免疫功能变化的报道尤为鲜见。Klokker等研究表明NK细胞对低氧训练的反应较常氧训练更大，诱导了更为深刻的免疫应激反应[10]。相似运动强度下，与平原上的运动比较，在高原上的运动刺激导致循环血中IL-6、肾上腺素升高幅度更大，交感神经表现出更高的兴奋性[19]。急性低氧暴露和慢性低氧暴露环境下，亚极量负荷运动时循环血中IL-6均表现出显著提高[20]。上述研究结果提示，高原训练给机体带来了更为深刻的免疫功能变化。

运动员进行高原训练时机体免疫功能的变化外文文献较少见到报道，而国内学者的研究主要集中在白细胞计数水平，鲜见其他方面免疫功能的研究。国家游泳队4周高原冬训期间伴随着训练强度的升高，高原训练中连续2周（第2、3周）白细胞升高，即便高原第4周作了训练的调整，白细胞计数仍持续升高[21]。国家举重队800m亚高原训练1周后WBC下降，第2周有所回升，但仍低于平原训练组，亚高原训练对运动员免疫能力表现出有一定抑制作用[22]。游泳运动员为期25天的高原训练过程中，白细胞计数持续高于抵达高原第一天的水平，高原训练的第25天仍升高了17%[23]。国家皮划艇队以陆上能力为主导的高原训练过程中，WBC有持续下降的趋势[24]。优秀自行车选手大强度高原训练过程中，WBC前四周处于持续降低的趋势，调整周有所恢复，下高原后则回升至高原前水平[25]。高欢等研究发现周2周低氧预适应后的4周赛前高原训练过程中，低氧第1周WBC计数升高，低氧第2周至高原第2周均表现为持续下降，但在高原第3、4周回升[26]。青海湖高原自行车拉力赛过程中WBC未发生显著改变，但有下降的趋势[27]。

Wang等研究发现，普通人经四周、每周5次每次30min50%最大强度的低氧训练（15%O2）后NK细胞上的激活分子和毒性颗粒蛋白表达上调，抗NPC毒性能力提高[28]。Wang等在另一项报道中指出4周的低氧训练使衰老的T淋巴细胞亚群减少，外周血IFN-γ浓度升高、IL-6下降，氧化应激反应减弱。应该来说，Wang的两项研究仅是在每周5天在低氧环境下进行30分钟左右的训练，低氧总暴露时间短，低氧+训练的应激小，属于间歇性低氧训练。经过4周后久坐人群NK细胞、T细胞免疫功能得到改善，氧化应激反应减弱。“高住低练”即HiLo是目前竞技运动员采用较多的一种模拟高原环境的低氧训练模式，运动员在较高海拔环境下睡眠，训练仍在常氧环境中，国内以“常压低氧”的居多。其突出优势是，训练可保持平原的强度，但睡眠期间机体受低氧的刺激，有利于进一步提高血液系统、骨骼肌组织氧运输氧利用能力。Tiollier等研究指出，越野滑雪运动员经11天的“高住低练”（高住高度2500m、3000m、3500m）后唾液中的IgA浓度显著下降，提示“高住低练”可能导致黏膜免疫功能下调[29]。Pyne等指出澳大利亚国家游泳队经过21天的2100m海拔下高原训练后，淋巴细胞数和ConA诱导的淋巴母细胞转化能力较平原时分别下降38%、32%[30]。Zhang Y等表明，与对照组比较，HiLo训练的第14天和第28天足球运动员CD4+/CD8+大幅度下降，低氧对运动引起的T淋巴细胞亚群改变有放大作用[31]，服用灵芝胶囊后，HiLo引起的CD4+/CD8+下降得到改善[32]。上述文献分析提示，低氧训练可能会抑制黏膜免疫功能和T淋巴细胞免疫功能。

3 结论

低氧暴露和高原训练均对免疫系统造成了深刻影响，表现为白细胞计数的下降，炎症反应的增加，细胞免疫和体液免疫抑制。高原训练时训练强度越大，对免疫系统的影响越大，免疫抑制现象可能加剧。