高溫不同濕度環(huán)境下運動對機(jī)體免疫球蛋白和補(bǔ)體系統(tǒng)的影響

摘要：【目的】研究高溫不同濕度環(huán)境下運動對人體免疫球蛋白和補(bǔ)體系統(tǒng)的影響，為在高溫不同濕度環(huán)境下比賽或訓(xùn)練的運動員機(jī)能監(jiān)控提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒?b>】選取北京體育大學(xué)游泳專項男生12名。在室內(nèi)溫度為33℃，空氣相對濕度為20%、50%和80%的環(huán)境下，讓受試者靜息暴露或以65%VO₂max強(qiáng)度跑臺運動20分鐘，每次測試前后采集靜脈血，每兩次測試時間間隔不少于1周?！窘Y(jié)果】在80%相對濕度環(huán)境下，運動后比運動前的血清免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）水平有顯著升高，運動后比靜息后血清免疫球蛋白A（IgA）水平顯著下降。在50%相對濕度環(huán)境下，運動后比靜息后血清IgG水平顯著升高?！窘Y(jié)論】血清IgG、IgM水平可作為高溫高濕環(huán)境下運動員比賽或訓(xùn)練時機(jī)能監(jiān)控有效的免疫指標(biāo)。補(bǔ)體活性不能作為高溫環(huán)境下運動的有效機(jī)能監(jiān)控指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高溫；環(huán)境濕度；免疫球蛋白；補(bǔ)體

許多大型競技體育賽事都會在夏季舉行，而比賽地點往往伴隨著高溫環(huán)境，如剛剛承辦過第32屆奧運會的東京。高溫是常見的應(yīng)激源，高溫應(yīng)激時，人體免疫系統(tǒng)會出現(xiàn)一系列的生理性改變，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體疲勞和運動能力的下降，嚴(yán)重時影響健康甚至危及生命^[1]。除了高溫因素，空氣濕度也會對機(jī)體產(chǎn)生影響，如在高濕環(huán)境下汗液難以蒸發(fā)，機(jī)體的散熱機(jī)制起不到良好的效果，這會與高溫因素疊加影響機(jī)免疫系統(tǒng)，進(jìn)而影響運動員訓(xùn)練效果以及比賽水平的發(fā)揮。但學(xué)者們對高溫不同濕度環(huán)境下運動的機(jī)能監(jiān)控尤其是免疫監(jiān)控方面研究不多，因此本研究測定高溫不同濕度環(huán)境下靜息暴露及運動前后免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白M（IgM）、免疫球蛋白G（IgG）、補(bǔ)體3（C3）、補(bǔ)體4（C4）及總補(bǔ)體（CH50）等指標(biāo)，從而探究高溫不同濕度環(huán)境下運動對機(jī)體免疫球蛋白及補(bǔ)體系統(tǒng)的影響，形成運動員在高溫環(huán)境下比賽或訓(xùn)練時更加細(xì)化的免疫監(jiān)控指標(biāo)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本實驗受試者選取來自北京體育大學(xué)體育教育學(xué)院本科男生12名，均為游泳專項，具備一定訓(xùn)練年限，最短4年，最長7年，平日每周有6小時以上的中等強(qiáng)度訓(xùn)練，未經(jīng)高溫環(huán)境習(xí)服。經(jīng)健康檢查和身體詢問健康狀況良好，均無呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等疾病。所有受試者在實驗前要填寫知情同意書，均系自愿參加本項實驗研究。在正式實驗期間受試者未進(jìn)行其他任何運動和服用任何會影響本實驗結(jié)果的藥物。受試者基本情況如表1。

1.2"研究方法

1.2.1 測試要求

測試前24小時不能進(jìn)行大強(qiáng)度運動，不能攝入酒精、咖啡和藥物。每次測試在早餐2小時后進(jìn)行，測試期間不被允許補(bǔ)充液體。受試者統(tǒng)一著裝T恤和運動短褲。

1.2.2 測試流程

本實驗采用交叉自身對照方法。正式測試前1周用跑臺對受試者進(jìn)行最大攝氧量（VO₂max）的測試。正式測試環(huán)境溫度均設(shè)置為33℃，空氣相對濕度分別設(shè)定為20%、50%和80%，變化范圍控制在±0.3℃和±3%RH。每種相對濕度條件下進(jìn)行20分鐘的靜息暴露和60%VO₂max強(qiáng)度跑臺測試，共計6次正式測試，每兩次測試間隔時間不得少于1周，每次測試前有5分鐘的熱身準(zhǔn)備活動。測試前后采集靜脈血，所取血樣放于室溫環(huán)境下1小時，3000轉(zhuǎn)/分離心20分鐘分離血清并分裝于EP管，留取部分血清后，其余-80℃冰箱保存。

1.2.3 主要測試指標(biāo)及儀器設(shè)備

身高測試采用鑫東華騰GJ-II身高測試儀；體重測試采用OMRON HBF-356電子體重計；體成分測試采用Lunar雙能X射線全身骨密度儀；血清IgA、IgM、IgG及補(bǔ)體C3、C4水平測定采用免疫比濁法，儀器為日本產(chǎn)的Hitachi7180；CH50活性的測定采用50%溶血法，儀器為721分光光度計；實驗室溫濕度控制采用天津森羅科技發(fā)展有限公司（CNRO）生產(chǎn)的溫濕度自動控制系統(tǒng)。

1.2.4 統(tǒng)計方法

所得實驗數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件進(jìn)行處理分析，所得結(jié)果均用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。同一次測試靜息前后和運動前后的對比采用配對樣本t檢驗；相同環(huán)境條件下運動后與靜息后的對比，將靜息前和運動前的數(shù)值作為協(xié)變量，進(jìn)行協(xié)方差分析。Plt;0.05表示具有顯著性差異。

2 研究結(jié)果

2.1"高溫不同濕度環(huán)境下運動對免疫球蛋白的影響

表2為高溫不同濕度環(huán)境下運動前后免疫球蛋白水平變化情況。由表2可以看出在80%相對濕度環(huán)境下，運動后比運動前的血清IgG和IgM水平有顯著升高，運動后比靜息后血清IgA水平顯著下降。在50%相對濕度環(huán)境下，運動后比靜息后血清IgG水平顯著升高。

2.2 高溫不同濕度環(huán)境下運動對補(bǔ)體系統(tǒng)的影響

在本實驗中，每次測試前后、相同溫濕度環(huán)境下的運動后與靜息后相比，血清C3、C4水平及CH50活性均無顯著性變化。詳見表3。

3 分析與討論

3.1 高溫不同濕度環(huán)境下運動對免疫球蛋白的影響

根據(jù)環(huán)境溫度與人體熱平衡之間的關(guān)系，通常把35°C以上的生活環(huán)境以及32°C以上的訓(xùn)練環(huán)境視為高溫環(huán)境^[2]。空氣濕度是衡量空氣中水汽多少的指標(biāo)，即空氣干濕的程度，通常以相對濕度來表示。在低溫環(huán)境下，濕度對人體影響很小。但是在溫度較高時，空氣濕度對機(jī)體會產(chǎn)生較大影響，因為空氣濕度大時，汗液蒸發(fā)困難，妨礙機(jī)體的散熱過程。一般來說，將相對濕度在60%以上的環(huán)境稱為高濕環(huán)境。

免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）指具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似，抗體免疫球蛋白有兩個主要特征即特異性和多樣性，五類Ig（IgA、IgG、IgM、IgD、IgE）的理化和生物學(xué)特征各不相同。因IgA、IgM、IgG在Ig中占比很大，日常運動員機(jī)能監(jiān)控常選用IgA、IgM、IgG這三項指標(biāo)進(jìn)行測試。IgA分血清型和分泌型兩種，血清型IgA占血清免疫球蛋白總量的10%～15%，IgA是機(jī)體粘膜抗感染免疫的重要因素，黏膜免疫系統(tǒng)是阻擋病原體入侵人體的第一道防線^[3]。IgM是最大的免疫球蛋白，能夠激活補(bǔ)體，是人體抗菌和抗病毒感染的高效抗體，在早期防御中起著重要的作用，主要分布于血管內(nèi)。IgM半衰期短，因而如果在血清中檢出IgM類抗體，說明近期有感染，這也是監(jiān)控運動員免疫情況常用指標(biāo)。Nieman研究表明大強(qiáng)度運動會造成細(xì)胞損傷甚至炎癥反應(yīng)，而IgM能夠幫助巨噬細(xì)胞處理掉破碎的肌細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)體疲勞的快速恢復(fù)^[4]。IgG是血清免疫球蛋白的主要成分，在體內(nèi)含量多，占全部免疫球蛋白的75%左右。IgG也是種類最為豐富的一種抗體，有4個亞類，幾乎存在于所有體液中并參與所有免疫反應(yīng)。IgG在體內(nèi)維持時間長，具有抗菌、抗病毒和中和毒素的作用，能激活補(bǔ)體發(fā)揮抗感染和調(diào)理吞噬作用，是機(jī)體體液性抗感染免疫的主要因素。關(guān)于運動對Ig的影響研究較多，大多數(shù)研究認(rèn)為規(guī)律的中等強(qiáng)度運動能提高血清IgA、IgM、IgG水平，改善機(jī)體免疫力，降低感染疾病的風(fēng)險^{[5，6，7]}。

但國內(nèi)外就高溫不同濕度環(huán)境下運動對Ig的影響研究較少，且結(jié)果并未達(dá)成一致。崔書強(qiáng)認(rèn)為高溫環(huán)境下運動時相對濕度的大小，嚴(yán)重影響了機(jī)體的散熱，相對濕度越高或相對濕度越低，都會對機(jī)體產(chǎn)生較大的熱休克反應(yīng)，高溫環(huán)境下，在相對濕度20%-60%之間可能存在一個適合人體運動的理想環(huán)境^[8]。郝戰(zhàn)軍等人對經(jīng)常從事運動鍛煉的8名健康男性大學(xué)生進(jìn)行研究，結(jié)果表明環(huán)境溫度為38℃，相對濕度為48%條件下運動后與常溫同等強(qiáng)度運動相比，血清IgA、IgG的含量無明顯變化，這可能與其選擇的運動強(qiáng)度較低，還不足以刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)發(fā)生顯著變化有關(guān)^[9]。Young等人研究表明耐力運動員在35℃環(huán)境溫度，50%相對濕度，60%VO₂max強(qiáng)度跑2小時，IgA、IgG明顯升高，IgM無明顯變化^[10]。Silva等人讓9名健康男性受試者分別在40℃和22℃環(huán)境下進(jìn)行遞增負(fù)荷力竭運動，兩次測試濕度均保持在40%-50%之間，兩種溫度環(huán)境下測試后的唾液IgA濃度均較測試前有顯著性升高（p＜0.05），但兩次測試后的IgA濃度相比無顯著性差異^[11]。

本研究中在80%相對濕度環(huán)境下，運動后比運動前的血清IgG和IgM水平有顯著升高，運動后比靜息后血清IgA水平顯著下降。這說明高溫高濕環(huán)境下運動后的確會讓血清IgG和IgM的水平升高，但運動后與靜息后相比IgA水平是顯著下降的，這也與tarkie等人的研究結(jié)果一致，即在高溫環(huán)境下運動，人體的免疫細(xì)胞如白細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等會受到明顯的影響，高溫高濕環(huán)境下運動后機(jī)體免疫力較低^[12]。IgA在阻擋病原體的人體第一道防線的黏膜免疫系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，對免疫抑制的敏感性更高，IgG和IgM多存在于體液中，相較于粘膜而言，體液對濕度的敏感性較低，這可能是高溫高濕環(huán)境下，與單純的靜息暴露后相比，運動后只有IgA濃度顯著下降的原因。本實驗另一個研究結(jié)果，即在50%相對濕度環(huán)境下，運動后比靜息后只有血清IgG水平顯著升高，表明在高溫中等濕度環(huán)境下進(jìn)行中等強(qiáng)度運動對總體Ig水平的影響并不明顯，而IgG是對高溫中高等濕度環(huán)境下運動的較為敏感的指標(biāo)，這提示我們在今后的相關(guān)研究中，應(yīng)著重觀察這一指標(biāo)的變化情況。本研究在20%相對濕度環(huán)境下均未發(fā)現(xiàn)Ig水平存在顯著性差異。綜上，在對高溫環(huán)境下運動訓(xùn)練或比賽的運動員進(jìn)行免疫系統(tǒng)的機(jī)能監(jiān)控時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的濕度環(huán)境制定更加細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 高溫不同濕度環(huán)境下運動對補(bǔ)體系統(tǒng)的影響

補(bǔ)體（complement，C）是人體體液中正常存在的一組與免疫有關(guān)并具有酶活性的蛋白質(zhì)，因是輔助特異性抗體發(fā)揮溶菌、溶細(xì)胞作用的必要補(bǔ)充成分，故被稱為補(bǔ)體。血清中補(bǔ)體成分約占血清球蛋白總量的10%，含量相對穩(wěn)定，是抗體分子的輔助或增強(qiáng)因子，具有獨立的生物學(xué)活性和自我調(diào)節(jié)作用，對機(jī)體的防御功能，免疫系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用。補(bǔ)體系統(tǒng)有20多種成分，本研究選取了在血清含量中最高的C3、C4作為補(bǔ)體系統(tǒng)的代表性指標(biāo)，且C3、C4生物學(xué)作用最突出，在補(bǔ)體兩條途徑中起到關(guān)鍵作用。補(bǔ)體與Ig關(guān)系密切，IgA能夠通過旁路途徑活化C3，IgG、IgM能夠通過經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)，產(chǎn)生多種免疫效應(yīng)，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。矯瑋等人的研究表明大量運動后與運動前相比血清補(bǔ)體C3、C4水平均有顯著升高，提示大運動量訓(xùn)練可能會激活補(bǔ)體系統(tǒng)^[13]。

血清總補(bǔ)體（CH50）活性測定主要反映補(bǔ)體（C1～C9）經(jīng)傳統(tǒng)途徑活化后的活性，是對補(bǔ)體活性的一個最簡單的篩查方法^[14]。張河水等人認(rèn)為運動后血清補(bǔ)體系統(tǒng)水平的下降與血清Ig水平的降低有關(guān)^[15]。黃祁平等人研究認(rèn)為堅持太極拳有氧運動，能夠增強(qiáng)機(jī)體CH50活性，進(jìn)而增強(qiáng)免疫應(yīng)答水平^[16]。李秋平等人研究認(rèn)為，堅持中等強(qiáng)度的有氧運動能夠增強(qiáng)血清CH50活性，提高機(jī)體的抗病能力^[17]。

除運動外，高溫對補(bǔ)體系統(tǒng)亦產(chǎn)生影響。謝軍等人認(rèn)為，補(bǔ)體是一組不耐熱和不穩(wěn)定的蛋白系統(tǒng)，因高熱的作用使細(xì)胞膜穩(wěn)定性及流動性發(fā)生改變，膜結(jié)構(gòu)功能的變化影響了細(xì)胞漿內(nèi)的細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)功能，使補(bǔ)體旁路途徑被激活，會導(dǎo)致補(bǔ)體活性下降，而在高溫環(huán)境下運動可引起機(jī)體中樞神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)活動增強(qiáng)，使機(jī)體各種分解代謝加速，電解質(zhì)平衡紊亂，機(jī)體免疫功能減弱，體內(nèi)循環(huán)免疫復(fù)合物不斷增多，需補(bǔ)體參與清除，從而導(dǎo)致整個機(jī)體補(bǔ)體活性的降低^[18]。謝鐵勛等在實驗中監(jiān)測動物模型在高溫前后補(bǔ)體系統(tǒng)的變化，結(jié)果表明隨著接觸高溫環(huán)境時間的延長、溫度的升高，CH50活性不斷下降，而且下降呈越來越明顯的趨勢^[19]。吳茜等人的實驗發(fā)現(xiàn)，家兔進(jìn)入38℃高溫倉后1小時、2小時和恢復(fù)3小時后，血清總補(bǔ)體活性分別與進(jìn)倉前比較均有不同程度的降低^[20]。

但國內(nèi)外關(guān)于高溫環(huán)境下運動對補(bǔ)體系統(tǒng)的影響相關(guān)研究較少，關(guān)于環(huán)境濕度對補(bǔ)體系統(tǒng)的研究則更為有限。本研究在每次測試前后對比及同等環(huán)境條件下運動后與靜息后對比過程中，均未發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)C3、C4組分及CH50活性存在顯著性差異，這也可能與補(bǔ)體在高熱環(huán)境下性質(zhì)很不穩(wěn)定有關(guān)，因此本研究認(rèn)為高溫環(huán)境下中等強(qiáng)度運動20分鐘并不會對C3、C4的組分及CH50活性產(chǎn)生影響，因此本研究認(rèn)為補(bǔ)體活性指標(biāo)并不能作為高溫環(huán)境下運動的有效機(jī)能監(jiān)控指標(biāo)。

4 結(jié)論

4.1 血清IgG、IgM水平可作為高溫高濕環(huán)境下運動員比賽或訓(xùn)練時機(jī)能監(jiān)控有效的免疫指標(biāo)。

4.2 補(bǔ)體活性不能作為高溫環(huán)境下運動的有效機(jī)能監(jiān)控指標(biāo)。

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