递增负荷运动对大鼠下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴的影响研究

论文摘要

下丘脑、腺垂体和肾上腺皮质组成了机体的应激轴,即下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴（hypothalamus-Pituitary-Adrenal,HPA）,控制着机体对外界刺激反应并调节包括机体免疫、情绪及能量利用等机体活动过程。腺体和激素之间的相互作用机制亦来源于此。运动作为一种应激刺激对HPA轴有着较大的影响,不同研究报导了不同强度和时间的运动后对HPA轴的影响的不同,这主要与受试者的年龄、运动强度、运动持续时间、练习形式和身体机能状态包括训练水平等因素有关。也与测定时间不同有关。机体通过HPA使血中糖皮质激素水平升高可能是最重要的。HPA轴对于机体动员能量和保持内环境的稳定至关重要。应激时可出现多个内分泌系统如HPA以及下丘脑和垂体其它激素的改变。应激反应的主要特征是以HPA轴的激活为核心的生理和心理反应。HPA轴的激活是机体对应激最重要的适应性反应。HPA轴激活的中枢控制是十分复杂的,在这一系列神经内分泌调节过程中,下丘脑合成和释放的促肾上腺皮质激素释放激素（corticotropin releasing hormone,CRH）起着关键的作用,下丘脑室旁核（paraventricular nucleu,PVN）是HPA轴活动的直接控制部位。在受到刺激时,PVN上的相应神经元分泌多种促进促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropin hormone,ACTH）分泌的激素,其中最重要的是CRH和精氨酸加压素（arginine vasopressin,AVP）的分泌,其中CRH经垂体门脉血流到达垂体,以高亲和力结合于CRH受体（corticotropin releasing hormone receptor ,CRH-R）,最终刺激垂体分泌ACTH,后者经血液循环到达肾上腺,刺激肾上腺皮质合成和分泌糖皮质激素来调节HPA轴的生理功能。神经内分泌系统与免疫系统之间存在着完整的功能性调节环路。运动应激可能引起免疫系统内的稳态失衡,T helper 1（Th1）/ T helper 2（Th2）偏移与否是免疫稳态的关键。不同形式、不同强度和不同负荷量的运动可能对Th1/Th2偏移程度和方向有不同影响。运动应激时的内分泌变化可能影响免疫稳态。运动也是一种应激源。在身体锻炼或运动训练期间,机体的各项身体成分和生理机能在发生着改变,其中包括HPA轴的各个组成部分及其功能的改变。机体对应激的反应是一种动态平衡,是对应激的调节和适应。如果这种平衡不能保持,适应性反应就会变成适应不良性反应,对机体造成损害,递增运动方式到底对HPA轴发生了何种改变?多大程度上发生了改变?是本论文探讨的最重要的内容。本研究以大鼠为实验对象,以递增负荷运动为应激手段,以下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴（HPAA）为主线,以相关器官中相应激素的分泌部位形态、激素、分子水平的变化为切入点,从形态学、运动生理学和免疫学方面观察和阐释以上指标的变化,以期探讨递增负荷运动对大鼠HPA轴的影响,为科学化运动训练提供科学的理论依据。本实验主要结果如下:1.递增负荷运动对大鼠下丘脑CRH神经元及腺垂体CRH-R的影响CRH阳性细胞在第0周没有显着性的变化;第2周I组比AC组反而有了显著性下降;第4周末的I组达到了最低,3H组达到最高,;第6周的各组之间都没有显著性差异。说明随着运动强度的加大,在一定强度范围内,CRH阳性细胞产生了不同程度的适应,身体的各种生理机制得以激活,运动对身体的刺激得到多种系统的反应,但并不是随着运动负荷的增大CRH值越大,应激在一定阶段内对CRH阳性细胞的影响甚至低于安静水平。递增负荷运动对大鼠下丘脑CRH阳性细胞的适应性变化为:AC组的CRH在整个实验周期内没有发生较大的变化;C组在第4周有了显著性降低;而I组在第2周和第4周都比AC组有了显著性降低,第6周末达到最大值;说明第6周的运动负荷已经在很大程度上刺激了机体,使机体产生了剧烈的反应;对于3H组,各组之间反而都没有显著性差异。在递增负荷运动过程中,大鼠在应答性和适应性上在某一时间段内有了不同程度的变化。从应答性变化来看:随着运动强度的升高,各周CRH含量也并不是越来越高,也就是对于大鼠承受的运动负荷而言,在到达某一强度时,机体会发生比较强烈的应激,但当适应了此强度后,在稍后某一范围内加大的运动强度的应答也非常有限,甚至出现了第6周各组没有显著性差异的现象。从适应性变化来看:各周AC组都没有显著性差异,说明在大鼠成熟之后的此指标的稳定性,其它各组在不同的强度时段表现出不同的适应结果。其中3H组在各周都没有显著性差异。说明实验各组表现出不同的时相性,也没有因为运动负荷的加大,实验指标成比例或显著性的升高,表明在此实验设计模型中,大鼠在不同时相表现出了不同的适应特点。2.递增负荷运动对大鼠腺垂体ACTH阳性细胞及肾上腺ACTH-R基mRNA表达的影响低强度的运动刺激（如第0周的适应性训练）也能引起下丘脑的ACTH阳性细胞剧烈的反应,表现为其应答部位的积分光密度的极显著性升高,随着运动强度的加强,这种趋势也非常明显。但是以后的检测也反映出这样一个现象:即随着运动刺激的提高,3H组在反应性上却比I组有了显著性下降,但依然显著性的高于AC组。大鼠对运动刺激出现的最大反应是在第4周末,而到第6周末,其反应性下降,也说明机体的反应是在某一刺激强度下达到最大值,一旦超过某一特定强度,ACTH的反应也不会增加。这是对机体的一种本能的保护机制,达到最大反应后,机体为了确保生存,会对上级器官和系统进行反馈,以期上级系统降低对其正反馈调节,使本级系统不会崩溃,也确保了机体的最低限度的稳态,以防止过度应激对机体造成损伤。从大鼠机体的适应性上看,每组中ACTH反应最高的时间点都是在第4周。其数值的波动性说明了此指标的时相性,也说明大鼠对应激的适应的波动性。这和反应性有很大的相似性。总之,在递增负荷运动过程中,大鼠垂体上的ACTH阳性细胞无论在反应性还是在适应性上,都表现出了时相性,并且在一定的应激刺激范围内,其反应性和适应性达到最高,超过此范围,机体会产生自我保护机制,确保最低限度的稳态,防止过度应激对机体造成致命伤害。3.递增负荷运动对大鼠血清糖皮质激素（glucocorticoid,GC）及肾上腺糖皮质激素受体（glucocorticoid receptor,GR） mRNA表达的影响从机体的反应性上看,随着运动强度的加大,对机体的刺激越来越大,对于各周末C组的GC含量影响非常有限,表明在各级运动强度的刺激下,机体只要是休息一天,机体产生的GC基本就能恢复到绝对安静组（AC组）的水平。但是在每周末的I组的水平最高,说明运动后即刻所测试的GC水平在体内积累的量最高,实验结果还显示,3H组和I组相比有所下降,但总体水平还是比AC组和C组有明显升高,表明3小时后GC还没有降低到安静水平。从适应性上看,AC组和C组在各周末的GC含量都没有显著性变化。而I组随着运动强度的加大,其变化趋势和反应性相类似,GC含量也有升高趋势,但第2、4、6周末没有显著性变化,而3H组在各周末皆无显著性变化,表明各组在不同运动强度的刺激下,从适应性上看,各个强度引起的机体适应性相类似。从反应性上看,在第0、2、4、6周末,C组和AC相比都没有显著性变化,表明各周的C组GR在不同的运动强度下经过一天的休息都能恢复到安静水平。由于运动强度低,第0周内的四组相比,没有显著性变化。而第2、4、6周末的I组和3H组则受到运动效应的延迟作用,其GR基因表达水平还显著性的低于AC组,说明随着运动强度的增大,机体所承受的刺激越来越大,GR减少越明显。和以上研究者的结果类似。从适应性上看,AC组和C组在各周末皆无显著性变化,也充分说明了运动后休息的重要性,I组和3H组中,都是运动强度最大的第6周末的GR水平最低,说明运动强度越大,机体肾上腺的GR水平越低,也和以上研究者的研究结果类似。4.递增负荷运动对大鼠血液Th1/Th2平衡及骨骼肌损伤的影响第0周,由于运动强度非常小,实验结果和上述结论吻合,即中小负荷的运动对运动后静息时的大鼠血清干扰素-γ（interferon-γ,IFN-γ）和白细胞介素4（interleukin ,IL-4）的含量没有产生影响,未使IFN-γ/IL-4比率产生向IL-4方向的偏离。可能由于加大的运动强度使大鼠对运动刺激的不适应,导致I组和3H组的IFN-γ/IL-4比率下降显著,产生向IL-4方向的偏离,继而导致了细胞免疫功能的剧烈下降。经过对运动刺激的适应,到第4周时,大鼠的IFN-γ/IL-4比率出现了稳定状态,回到了安静时的水平,甚至3H组的IFN-γ/IL-4比率有了非常显著的提高。实验进行到第6周时,随着运动强度的加大,大鼠的运动能力越来越接近极限,此时的运动强度接近力竭运动,但从IFN-γ/IL-4比率来看,I组和3H组和AC组相比并没有显著性差异。机体Th1/Th2的平衡状态主要决定于是否对所施加于机体的刺激是否适应。6周末的IFN-γ/IL-4比率说明Th1/Th2平衡状态没有被破坏。第0周由于大鼠的运动强度很小,各组之间的IL-6没有显著性差异。随着运动强度的加大,到第2周,只是3H组的含量大大低于其它组,其它组之间没有显著性差异。第4周的运动强度没有引起IL-6的大量分泌,反而有了一定程度的下降,证明此运动负荷没有使实验对象出现不适应,而是对运动负荷产生了良好的适应。到了第6周,各组之间的IL-6含量没有出现显著性变化,也说明骨骼肌没有损伤,机体对运动刺激有良好的适应。总结以上实验结果,本研究认为:此运动模型使大鼠HPA轴发生了强烈的应激反应并产生了不同的应激适应。随着运动强度的改变,PVN中的CRH没有表现出随着运动强度的增加而直线增加的趋势,反而在某个阶段表现出下降,即在不同时相表现出不同的适应特点,推测和整个递增负荷运动过程的激素（如CRH、ACTH、GC等）的负反馈调节有关;腺垂体CRH-R在应答性和适应性上和下丘脑PVN中CRH-R的变化也不同步,大鼠垂体上的ACTH阳性细胞无论在反应性还是在适应性上,都表现出了时间依赖性,并且在实验过程后期阳性细胞有减少趋势,推测这可能是机体产生自我保护的机制之一。GC的分泌有高度的运动强度依赖性。GR的基因表达的趋势和GC趋势相反,表明随着运动强度的增大,机体的中GR的含量越低,这应该是机体保持自身最基本稳态的保护机制之一。Th1/Th2平衡在不同的运动负荷阶段表现有所不同,有些阶段中运动应激导致了Th1/Th2的失衡,免疫功能稳态紊乱。各组IL-6没有显著性增高反而某些阶段有降低的现象,说明骨骼肌没有受到损伤。这和其他研究者结果不一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩写词
• 综述
• 1 下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴概述
• 2 HPA 轴活动的调节
• 3 运动应激时 HPA 轴功能的变化
• 4 GC、GR 与运动
• 5 运动与Th1/Th2平衡
• 6 IL-6 与运动
• 7 问题的提出
• 实验部分
• 第一章 递增负荷运动对大鼠下丘脑 CRH 阳性细胞及腺垂体 CRH-R 的影响
• 1 递增负荷运动模型的建立
• 2 材料与方法
• 3 实验结果
• 4 讨论
• 5 结论
• 第二章 递增负荷运动对大鼠腺垂体ACTH 阳性细胞及肾上腺ACTH-R mRNA 表达的影响
• 1 材料与方法
• 2 实验结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 第三章 递增负荷运动对大鼠血清 GC 及肾上腺 GR mRNA 表达的影响
• 1 材料与方法
• 2 实验结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 第四章 递增负荷运动对大鼠血液 Th1/Th2 平衡及骨骼肌损伤的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 结论
• 本论文的主要创新点
• 下一步工作
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附件