力竭性运动对不同负荷训练的大鼠TNF-α、IL-1β分泌的影响

来源 :北京体育大学学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hymalong
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  摘要:为了研究力竭性运动对不同负荷训练的机体TNF-α、IL-1β分泌的影响,让大鼠进行为期8周的不同负荷的游泳训练并进行力竭运动试验,测定大鼠血清TNF-α、IL-1β含量。结果显示:小负荷的运动训练对机体TNF-α、IL-1β的分泌无显著性影响,而大负荷的运动训练可使TNF-α、IL-1β的分泌显著增加。不同负荷训练的机体在力竭性运动后血浆TNF-α、IL-1β含量无显著性变化,而对照组在力竭性运动后血浆TNF-α、IL-1β含量显著升高。从而说明,大负荷的运动训练可能引起骨骼肌损伤,诱发局部的炎症反应。但是长期的运动训练可能减轻力竭性运动所引起的应激反应和骨骼肌损伤的程度,减轻机体的炎症反应。
  关键词:力竭性运动;运动训练;IL-1B;TNF-a
  中图分类号:G804.7 文献标识码:A 文章编号:1007—3612(2007)02—0195—03
  细胞因子是一类由免疫细胞和某些非免疫细胞经刺激而合成和分泌的具有生物活性的低分子量多肽或糖蛋白,主要为细胞间信号传递分子,介导和调节免疫应答及炎症反应等。肿瘤坏死因子(TNF—a)和白细胞介素-1(IL-1)主要由单核巨噬细胞分泌,它们具有广泛的生物学活性,在机体细胞功能调节、免疫和炎症反应等过程中起重要作用。
  
  1 材料与方法
  
  1.1 实验动物及喂养 健康雄性Sprague—Dawley(SD)大鼠72只(购自中科院上海动物研究中心),6周龄,随机分成对照组、45 min训练组、90 min训练组和150 min训练组4组,每组18只,各组间体重、毛色等无明显差异。
  大鼠分笼饲养,每笼4~5只。饲养笼选用塑料制品,并配用不锈钢罩、塑料吸水瓶和不锈钢吸水管,室温(23±3)℃,国家标准固体饲料喂养(苏州双狮),自由饮食。
  1.2实验方法
  1.2.1运动条件玻璃钢制游泳池,150 cm×60 cm×70 cm,水深60 cm,超过大鼠身长的2倍,水温控制为(31±1)℃。
  1.2.2运动方式为无负重游泳。
  1.2.3分组方案对照组:平时不运动,饲养条件与运动训练组相同。
  45 min训练组:前3d适应性游泳30 min,并在一周内延长至45 min,在随后的8周内,每天游泳1次,每周6次。
  90 min训练组:前3d适应性游泳30 min,并在一周内逐渐延长至90 min,在随后的8周内,每天游泳1次,每周6次。
  150 min训练组:前3d适应性游泳30 min,并在一周内逐渐延长至150 min,在随后的8周内,每天游泳1次,每周6次。
  1.3取材大鼠末次游泳运动后24h后,将各组大鼠随机分为安静对照组和急性力竭运动组2组。安静对照组在安静时取材,力竭运动组在取材前一次性游泳至力竭,力竭的标准按Thomas等报道的标准,力竭后迅速取出,取材。
  所有大鼠先称重,然后乙醚麻醉,在颈总动脉处断头取血,取2ml血液注入试管中,静置后离心分离血清,用于TNF-α、IL-1β的测定。
  1.4指标测定TNG-α、IL-1β采用I标放射免疫法(RIA)测定,试剂盒购自解放军总医院科技开发中心放免所,测定仪器为中国科学院上海原子核研究所日环仪器厂SN-6828B型γ计数器。
  1.5结果处理数据以均值土标准差(x±s)表示,所有数据在微机上通过统计软件(SPSS)分析处理,采用单因素方差分析和多重比较的统计学方法,显著性差异水平为p<0.05或p<0.O1。
  
  2 结 果
  
  2.1不同负荷运动训练前后大鼠体重及外观情况 经8周不同负荷的运动训练后,对照组、45 min训练组、90 min训练组、150 min训练组大鼠体重较训练前有非常显著性的增加;训练后,150 min训练组大鼠体重略低于对照组;而45 min、90min训练组大鼠体重和增长率显著高于对照组(表1)。
  经过8周运动训练后,150 min训练组大鼠神态倦怠,眼神暗淡无光,毛发稀疏,进食量明显减少,反应能力降低,45min、90 min运动训练组与对照组相比无明显差异。
  2.2不同负荷运动训练对大鼠力竭运动能力的影响 大鼠经8周不同负荷的运动训练后,在取材前再进行力竭性游泳运动。与对照组相比,45 min、90 min训练组力竭性游泳时间明显延长,也明显长于150 min训练组;而150 min训练组与对照组相比力竭游泳时间缩短,但差异不明显,表明中、小负荷的运动训练可增强大鼠的运动能力,而长时间的大负荷训练致使大鼠一直处于疲劳状态,反而引起大鼠运动能力的下降(表2)。
  2.3力竭性运动对不同负荷训练的大鼠血清TNF-a含量的影响经8周不同负荷的运动训练后,与对照组相比,45 min训练组大鼠血清TNF-a含量有所上升,但无显著差异;而90min训练组和150 min训练组显著高于对照组,且150min训练组显著高于45 min训练组。
  力竭性运动后,各组大鼠血浆TNF-a含量都有所上升。其中对照组和45 min训练组力竭运动后血清TNF-a含量显著升高;而90 min训练组和150 min训练组与安静对照组相比无显著性差异(表2)。
  2.4力竭性运动对不同负荷训练的大鼠血清IL-1β含量的影响经8周不同负荷的运动训练后,与对照组相比,45 min和90 min训练组大鼠血清IL-1β含量都有所上升,但无显著性差异,而150 min运动训练组血清IL—1β含量显著高于对照组。
  对照组大鼠在力竭运动后血清IL-1β含量显著高于力竭运动前,而运动训练组在力竭运动后有所增高,但与各自的安静对照组相比均无明显差异(表3)。
  
  3 讨论
  
  3.1运动锻炼对IL-1β和TNF-a的影响IL-1β和TNF-a主要是由单核巨噬细胞所分泌的炎症细胞因子或促炎性细胞因子。关于运动训练对IL-1β和TNF-a的影响,国内外的研究较少。陈佩杰报道长期坚持长跑的老年人安静时血浆IL-1β活性高于对照组。Baum等也研究发现,越野跑运动员经过12周、3—5次/周的训练可以导致IL-1β和TNF-a合成的增加。但是IL一2、sIL-2和IFN-γ没有发生变化。Moldoveanu AI等研究报道:体育锻炼引起血液单核细胞分泌IL-1β和TNF-a显著增高,但不影响其基因表达。我们通过对大鼠进行不同负荷的运动训练,结果发现:90 min训练组和150 min训练组血清TNF—a含量显著高于对照组。而经8周锻炼后,只有150 min运动训练组血清IL-1β含量明显高于对照组,而45 min和90 min训练虽引起血清IL-1β含量上升,但与对照组相比无显著性差异。从而说明,小负荷的运动训练对机体IL-1β和TNF-a的分泌无显著性影响,但随着 训练负荷的不断增大,机体IL-1β和TNF-a的分泌逐渐增多。有研究表明IL-1β在低浓度时是重要的炎性介质之一,是一种热原质成分。其发热可充分调动机体的免疫机能,对抗炎、抗肿瘤均起积极作用;并通过作用于血管、心肌细胞,影响钠的转运,抑制心肌自发性收缩的节律,降低其对β-肾上腺能刺激的敏感性从而降低血压;而TNF—a具有一定的抗感染效应,如抑制疟原虫生长,抑制病毒复制并能杀伤病毒感染细胞,因而适当的运动锻炼可增加IL-1β和TNF-a含量,对提高机体的免疫机能和对缓解高血压病是有益的;但大量的IL-1β和TNF-a则表现出细胞毒性作用,小鼠注射IL—1β后对环境缺乏兴趣,嗜睡,食欲不振,这一症状与过度训练表现有相似之处,它们之间是否存在因果关系,是否可作为过度训练的生化检测指标,还有待于进一步研究。
  3.2力竭性运动对IL-1β和TNF-a的影响 急性运动对IL-1β和TNF-a的影响国内外有不少的研究,大多数研究表明急性运动可使血浆IL-1β和TNF-a含量升高。Cannon让受试者以60%VO,max强度在功率自行车上运动1 h,血浆的IL—18活性在运动后即刻和运动后3h均明显高于安静值。Moldoveanu等让受试者进行持续时间为3 h的60%~65%VO2>max的运动,结果发现运动60 mill时IL—18水平显著升高,180 rain时IL—18水平进一步升高,直至运动后24 h,IL—1β含量仍高于运动前水平;耐力运动后血浆TNFa水平升高了90%,其后的24 h中,TNFa浓度又逐步回落。Bury等的研究中,7名健康男子分别进行4 h45%VO2max、3 h60%VO2max和2 h75%VO2max的功率自行车运动,每两次运动之间有足够的时间间隔,以避免运动的累积效应。结果发现,每次运动后即刻和运动后60 min,IL-1β水平都显著升高,并认为IL-1β水平升高的幅度主要取决于运动强度而不是运动的持续时间。Kimura H等研究大强度运动对IL-1β和TNF—a的影响,结果表明:间歇性运动时,第一阶段运动后,IL-1显著升高,第二阶段又降到基础水平,而持续运动未见IL-1β的显著升高;但无论是间歇性运动还是持续运动,大强度运动后TNF—a显著增高。我们知道IL-1β参与了某些自身免疫性炎症反应,如在类风湿性关节炎中,升高的IL-1β通过刺激关节的滑膜细胞、软骨细胞、成纤维细胞分泌大量PGE2和一些酶类,参与关节滑膜、软骨的病理损伤过程,因此我们认为这可能是一些运动性伤病致病因子之一。
  为了进一步研究急性运动对不同负荷训练的机体IL-1β和TNF—a分泌的影响,本研究通过对大鼠进行不同负荷的运动训练8周,并进行急性力竭性运动试验。结果发现,对照组大鼠力竭性运动后血清IL-1β和TNF—a含量显著升高,而运动训练组除45 min训练在力竭性运动后血浆TNF—a升高之外,其他训练组在力竭性运动后血浆IL-1β和TNF—a均无显著性变化。这一结果与Evans等人的研究结果相似。从这一研究中也可以看出,经过一段时间的运动锻炼后,机体可产生一定的抗应激能力,在力竭性运动时只轻微地引起这些免疫因子的增加。Evants等(1986)让4名男运动员和5名非运动员受试者做45 min离心性自行车运动可使血浆IL—1β和TNF—a活性升高。在所有的5名无训练的受试者中,运动后3h血浆IL-1β活性显著升高,而有训练的运动员血浆IL-1β升高则不明显。值得注意的是,训练水平高的耐力性运动员运动前IL-1活性较常人稍高,但运动后没有进一步升高。许顶立等研究表明:心力衰竭(CHF)病人,在一次性运动后血浆TNF—a明显上升;但经8周训练(每天2次6 min步行运动)后,无论是静息状态下还是在运动后,其血浆TNF—a浓度较运动训练前都明显降低。
  3.3运动影响IL-1β和TNF—a分泌的可能机制 运动时细胞因子释放的机理比较复杂,目前还不完全清楚,可能与下列机制有关。1)运动中和运动后代表炎性反应的促炎性细胞因子的释放,可能是骨骼肌细胞的损伤内部炎症引起。Evans等研究发现,有训练者和无训练者在45 min的离心运动后除了IL—1β的反应不同之外,血浆中肌酸激酶(CK)活性的变化也存在显著性差异,有训练者运动前CK水平显著高于无训练者,但无训练者的CK活性在运动后5d内持续升高,其峰值高于基础水平33倍,而有训练者血浆CK的升高只在运动后24 h内具有显著性,其峰值只是运动前的2.3倍。由于CK升高可间接反映骨骼肌细胞的损伤,这种肌细胞的损伤可触发局部炎症反应从而诱使IL-1β等炎症因子的释放,从而使血浆细胞因子含量升高。本研究发现,8周大负荷训练后,大鼠的运动能力反而下降,而中、小负荷的训练后大鼠运动能力显著升高。与此同时,大负荷训练的大鼠体重增加量显著低于对照组,而长期中、小负荷运动训练后大鼠的体重增加显著大于对照组,因而推测大负荷运动训练可能导致骨骼肌细胞的损伤,引起过度疲劳的产生。另外本研究还发现,经过不同负荷训练的大鼠,再进行急性力竭性游泳,只有小负荷训练组大鼠血清TNF—a含量显著高于力竭运动前,其余各组血清IL-1β和TNF—a和TNF—a含量均没有显著变化,表明训练的机体骨骼肌细胞产生一定的适应性,在从事极量运动后骨骼肌细胞的损伤程度可能小于无训练的对照组。从而进一步说明运动后IL-1β和TNF—a的升高可能与骨骼肌细胞的损伤有关。2)运动后血浆IL-1β和TNF—a的升高可能与运动引起的类似感染急性期反应有关。陈秀英等推测:大鼠对游泳运动产生类似感染的急性应激反应,刺激单核细胞产生IL—1β;也可能在运动的刺激作用下,借助于细胞因子的调节作用,提高机体的免疫机能。
  
  4小 结
  
  1)小负荷的运动训练对机体IL-1β和TNF—a的分泌无显著性影响,而大负荷的运动训练可使IL-1β和TNF—a的分泌显著增加。从而说明,大负荷的运动训练可能引起骨骼肌损伤,诱发局部的炎症反应,最终引起机体IL-1β和TNF—a的分泌增多。
  2)不同负荷训练的机体在力竭性运动后血浆IL-1β和TNF—a含量无显著性变化,而对照组在力竭性运动后血浆IL-1β和TNF—a含量显著升高。从而说明长期的运动训练可能减轻力竭性运动所引起的应激反应和骨骼肌损伤的程度,减轻机体的炎症反应。
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