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缺血性修飾白蛋白及其在運(yùn)動科學(xué)中的研究進(jìn)展

2011-08-15 00:51:12黃傳業(yè)聶金雷田野
關(guān)鍵詞:乳酸白蛋白變化

黃傳業(yè) 聶金雷 田野

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動科學(xué)學(xué)院(上海 200438)

2 澳門理工學(xué)院體育暨運(yùn)動高等學(xué)校

3 國家體育總局體育科學(xué)研究所

缺血性修飾白蛋白(Ischemia-modified albumin,IMA)是血液中白蛋白流經(jīng)缺血組織修飾后形成的[1]。臨床研究報道,患者發(fā)生急性心肌缺血后3 h以內(nèi),IMA水平便明顯增高,心肌肌鈣蛋白(cTn)、肌酸激酶同工酶(CK-MB)并無明顯變化;而cTn、CK-MB在心肌缺血發(fā)生后6 h才出現(xiàn)升高趨勢[2,3]。另外,IMA單獨用于急性冠脈綜合征(ACS)診斷的敏感性為82%,約為cTn的4倍、心電圖(ECG)的2倍,而聯(lián)合使用IMA、cTn和ECG診斷ACS的敏感性將提高到95%[4]。因此,IMA能更早地反映心肌缺血情況[1,5],作為心臟標(biāo)志物,IMA具有廣闊的應(yīng)用前景。近些年,IMA逐漸受到了運(yùn)動醫(yī)學(xué)界的關(guān)注,國內(nèi)外學(xué)者主要圍繞運(yùn)動中IMA的來源、運(yùn)動引起IMA形成的機(jī)制以及IMA在運(yùn)動中的應(yīng)用價值等問題進(jìn)行一些探索性的研究,但研究結(jié)果報道不一。本文就IMA在運(yùn)動領(lǐng)域的研究動態(tài)做一綜述,并對今后IMA在運(yùn)動科學(xué)中的研究方向做一展望。

1 缺血性修飾白蛋白的生物學(xué)概述

正常情況下,白蛋白氨基末端與鈷(Co2+)、銅(Cu2+)等過渡金屬緊密結(jié)合。當(dāng)機(jī)體處于缺血情況時,白蛋白N端氨基酸序列(N-Asp-Ala-His-Lys) 結(jié)合過渡金屬離子的能力降低,形成IMA[6]。在臨床上,常用二硫蘇糖醇(DTT)與游離鈷發(fā)生顏色反應(yīng),通過分析儀檢測顏色反應(yīng)物,定量測量鈷離子的濃度,從而間接地反映IMA水平。這也是“白蛋白-鈷結(jié)合測試(ACB test)”測量IMA水平的基本原理。但是,關(guān)于IMA產(chǎn)生的確切機(jī)制以及生物學(xué)意義目前仍不清晰。

1.1 IMA產(chǎn)生機(jī)制

不少研究試圖探究IMA產(chǎn)生的機(jī)制。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為,IMA的形成可能與氧化應(yīng)激有關(guān)[7-9]。Roy等[10]的體外(vitro)研究發(fā)現(xiàn),羥自由基(·OH) 通過降低白蛋白N端氨基酸與過渡金屬的結(jié)合能力,引起IMA水平升高。而當(dāng)硫醇丙酰甘氨酸(MPG)與·OH同時存在時,IMA生成量明顯減少,這可能由于MPG作為一種·OH清除劑,有效地清除·OH所致。此外,僅H2O2和·O2-存在情況下,IMA水平并無顯著性變化,說明H2O2和·O2-本身并無毒性,不會引起IMA生成;但它們是高活潑性·OH的重要來源。因此,Roy等認(rèn)為,活性氧,尤其是·OH使白蛋白N端氨基酸序列發(fā)生改變,從而形成 IMA[10]。

Dominguez-Rodriguez等[11]發(fā)現(xiàn),褪黑激素(Melatonin)水平與IMA呈負(fù)相關(guān)(r = -0.4~-0.6, P < 0.05);褪黑激素能上調(diào)抗氧化酶,并且能下調(diào)促氧化酶和促炎癥反應(yīng)酶活性,對羥自由基(·OH) 有清除作用[12];褪黑激素還能作用于線粒體呼吸鏈水平,降低電子漏和自由基產(chǎn)生[13]。另外,在Kazanis等[14]的研究中,經(jīng)冠狀動脈造影確診的冠狀動脈疾?。–AD)患者的IMA水平高于健康人,而總體抗氧化狀態(tài)(TAS)低于健康人,并且患者的TAS與IMA水平呈負(fù)相關(guān)(r = -0.6~-0.8, P < 0.01)。人體實驗中,抗氧化能力的強(qiáng)弱與IMA的負(fù)相關(guān)關(guān)系進(jìn)一步提示了IMA形成與氧化應(yīng)激有關(guān)。

但是,迄今為止,尚無可信的直接證據(jù)說明IMA產(chǎn)生的機(jī)制。氧化應(yīng)激是否是造成IMA形成的原因,還有待進(jìn)一步研究。特別是運(yùn)動中活性氧生成增多,給探索IMA產(chǎn)生機(jī)制帶來了更大的挑戰(zhàn)。

1.2 IMA產(chǎn)生的生理學(xué)意義

研究學(xué)者一直在探索IMA形成的生理學(xué)意義。在正常人體內(nèi), IMA 只占正常白蛋白的1~2%,當(dāng)心肌發(fā)生缺血時,IMA 將達(dá)到正常白蛋白的6~8%[15]。臨床認(rèn)為,IMA升高反映了心肌缺血發(fā)生[15]。但是,隨著后續(xù)研究的逐漸開展,特別是發(fā)現(xiàn)運(yùn)動后IMA水平亦有改變后,研究者對IMA的形成有了更為深入的認(rèn)識。

近幾年,Dominguez-Rodriguez和Kazanis等研究[11,14]發(fā)現(xiàn),氧化應(yīng)激程度越高,IMA水平就越高。研究結(jié)果似乎支持了這樣的觀點:IMA產(chǎn)生可能是機(jī)體對氧化應(yīng)激的一種反應(yīng)[16]。還有研究報道,IMA的產(chǎn)生是一種缺血內(nèi)源性應(yīng)答機(jī)制,是有效保護(hù)組織、降低缺血性損傷的一種表現(xiàn)[14,16]。這種應(yīng)答反應(yīng)機(jī)制與缺氧誘導(dǎo)因子-1α (HIF-1α)介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)通路有關(guān)[16]。HIF-1α在正常氧環(huán)境下極不穩(wěn)定,易被蛋白酶降解,但是在低氧環(huán)境中,HIF-1α處于相對穩(wěn)定狀態(tài),其與DNA基因組靶序列結(jié)合,并調(diào)節(jié)血管再生生長因子、細(xì)胞活素、細(xì)胞促凋亡蛋白等編碼基因的表達(dá),產(chǎn)生缺氧樣反應(yīng)(hypoxia-like responses)以適應(yīng)缺血缺氧刺激。當(dāng)機(jī)體缺血缺氧時,白蛋白與鈷的結(jié)合能力降低,血漿中具有生物活性的游離鈷以及IMA形成便會增多。鈷能促進(jìn)HIF-1α激活信息傳導(dǎo)通路,誘導(dǎo)血管再生生長因子等活性物質(zhì)基因表達(dá)增強(qiáng),使組織對缺血缺氧產(chǎn)生適應(yīng)性改變,避免或降低組織缺血造成的損傷[14]。

2 運(yùn)動與缺血性修飾白蛋白

關(guān)于運(yùn)動對IMA的影響許多學(xué)者做了相關(guān)研究。臨床報道,心血管疾病患者心肌發(fā)生缺血后數(shù)分鐘,IMA水平明顯升高[15]。然而,近年多項研究表明,運(yùn)動對IMA影響是有差別的,表現(xiàn)為暫時性下降、暫時升高或不變。

2.1 臨床運(yùn)動應(yīng)激后IMA的變化

在Sbarouni等人[17]的研究中,40名冠狀動脈疾病患者(年齡59±9歲)進(jìn)行運(yùn)動平板應(yīng)激試驗(Bruce方案),患者(包括出現(xiàn)心肌缺血癥狀的患者)運(yùn)動極限時的IMA明顯低于運(yùn)動前水平(P< 0.05),而運(yùn)動后1 h恢復(fù)到運(yùn)動前水平(P > 0.05)。另有研究報道,52名疑似缺血性心臟病患者進(jìn)行自行車運(yùn)動后,可逆性心肌缺血再灌注損傷患者運(yùn)動后18 min時的IMA水平暫時性下降(P < 0.01);而運(yùn)動后4 h,IMA水平顯著高于運(yùn)動前水平[18]。這兩項研究結(jié)果頗具一致性,均發(fā)現(xiàn)心肌缺血患者運(yùn)動后IMA下降,這與早期臨床研究結(jié)果[15]存在分歧。另外,Van der Zee等[19]觀察了38名胸痛疑似冠狀動脈疾病患者運(yùn)動后IMA變化特征,結(jié)果也發(fā)現(xiàn),發(fā)生與未發(fā)生心肌缺血的兩組患者,在運(yùn)動極限時的IMA水平均明顯低于基礎(chǔ)水平,并且在運(yùn)動后1 h恢復(fù)。值得關(guān)注的是,兩組被試者IMA水平伴隨時間變化特征(運(yùn)動前,運(yùn)動極限時,運(yùn)動后1、2、3、4、5、6 h)呈現(xiàn)相似性。上述研究結(jié)果表明,運(yùn)動會影響IMA水平改變,在運(yùn)動條件下,IMA似乎并不能完全反映心肌缺血情況。研究者們推測,其它組織缺血缺氧也可能誘發(fā)IMA產(chǎn)生。

為了進(jìn)一步探索運(yùn)動中IMA的來源,Roy等[20]讓 23名具有典型跛行和周圍血管疾病的男性患者進(jìn)行運(yùn)動平板應(yīng)激試驗,以誘發(fā)腿部缺血。發(fā)現(xiàn)運(yùn)動后的 IMA水平顯著低于運(yùn)動前水平(P < 0.01),而運(yùn)動后1 h基本恢復(fù)(P > 0.05)。在兩項骨骼肌缺血模型的研究中[21,22],研究者觀察了骨骼肌在缺血情況下運(yùn)動后IMA的變化情況。Zapico-Mu?iz等[21]采用血壓計袖帶充氣加壓以阻斷肱動脈血流造成10名健康被試者前臂缺血,讓被試者用最大力量做手抓握及放松動作,持續(xù)1 min。分別于袖帶松開后1、3、5、10、15、30 min取血樣測量IMA值,結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動后1、3、5 min IMA水平顯著降低 (P < 0.05),隨后逐漸恢復(fù)。然而,F(xiàn)alkensammer等的研究卻得出相反的結(jié)論,該研究在10名健康男子大腿部采用血壓袖帶逐漸加壓方法,誘發(fā)右腿缺血,同時被試者完成踏車運(yùn)動應(yīng)激試驗,在袖帶放氣后5 min內(nèi)IMA水平顯著升高,30 min內(nèi)恢復(fù)[22]。何種原因造成了兩項研究結(jié)果之差異尚不清楚。

上述研究提示,IMA在診斷心肌缺血方面缺乏特異性,除了心肌缺血,骨骼肌缺血也可能引起IMA變化。推測在局部或全身缺血缺氧的情況下,如器官特異性或彌散性缺血損傷,可能引起IMA水平改變;運(yùn)動后IMA水平變化可能是運(yùn)動引起機(jī)體局部或全身缺血缺氧造成的。但這個推測需要更多的研究證實。

2.2 一次急性運(yùn)動后IMA的變化

目前,有關(guān)運(yùn)動訓(xùn)練對運(yùn)動員和健康人IMA影響的研究尚不多見。Apple等[7]發(fā)現(xiàn),19名馬拉松運(yùn)動員(男7名,女12名,年齡26~53歲)馬拉松運(yùn)動后即刻IMA值輕度下降;運(yùn)動后24~48 h IMA水平明顯升高(P < 0.01),且較運(yùn)動前和運(yùn)動后即刻均有顯著性差異(P < 0.01)。研究同時發(fā)現(xiàn),運(yùn)動后即刻心肌肌鈣蛋白T與I(cTnT與cTnI)以及心肌肌紅蛋白也暫時性升高,運(yùn)動后24~48 h恢復(fù)正常。另一項研究中[23],14名馬拉松運(yùn)動員(男13名,女1名,年齡29 ± 5歲)運(yùn)動后即刻和運(yùn)動后1 h,IMA水平均比運(yùn)動前明顯降低(P < 0.05)。運(yùn)動后24 h的IMA水平略高于運(yùn)動前,但無統(tǒng)計學(xué)意義(P > 0.05)。該研究還發(fā)現(xiàn),cTnT和腦鈉肽前體(ProBNP)暫時性升高,提示心臟出現(xiàn)可逆性損傷和暫時性功能紊亂,但I(xiàn)MA水平變化與cTnT、ProBNP并無相關(guān)關(guān)系(P > 0.05)。

上述研究表明,長時間耐力運(yùn)動后IMA變化呈雙時相特征,即運(yùn)動后即刻IMA水平下降,運(yùn)動后24~48 h恢復(fù)至運(yùn)動前水平。Shave等[24]的研究也得出類似的結(jié)論。此外,運(yùn)動后IMA變化與運(yùn)動后心臟損傷以及功能性紊亂的關(guān)系還需大量實驗研究證實。

然而,運(yùn)動對IMA影響的研究也有不同報道。Lippi等[25]發(fā)現(xiàn),10名男子馬拉松運(yùn)動員半程馬拉松運(yùn)動后的24 h內(nèi),IMA和cTnI水平(< 0.18 μg/L)并沒有顯著性變化(P > 0.05)。 在另一項研究中,30名入伍新兵完成5000 m越野跑后,IMA和cTnT(< 0.01 ng/ml)水平亦未發(fā)生顯著性變化(P> 0.05)[26]。值得注意的是,8名高水平男子皮劃艇運(yùn)動員(18.43 ± 1.27歲)進(jìn)行4周常規(guī)訓(xùn)練和一次大負(fù)荷運(yùn)動,常規(guī)訓(xùn)練后次日晨,IMA的吸光度值單位(ABSU)明顯升高,一次大負(fù)荷運(yùn)動后ABSU值也高于運(yùn)動訓(xùn)練前水平[27]。最近,?olak等[28]也發(fā)現(xiàn)20名高水平摔跤運(yùn)動員進(jìn)行1.5 h摔跤訓(xùn)練后,IMA的ABSU值明顯高于運(yùn)動前水平(P< 0.05)。

關(guān)于運(yùn)動后血液中IMA的來源目前還不清楚,運(yùn)動引起的IMA改變可能并非完全來源于心臟。骨骼肌缺血運(yùn)動模型及相關(guān)運(yùn)動訓(xùn)練研究提示,IMA也可能來自骨骼肌等其它缺血組織。因此,采用IMA判斷運(yùn)動是否造成心肌缺血性損傷應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎,并應(yīng)考慮常規(guī)心臟標(biāo)志物的變化共同診斷。

3 運(yùn)動引起IMA變化的可能原因

運(yùn)動引起 IMA 的變化趨勢尚不一致[7,23-25,28],其變化特征有待深入探討;而且運(yùn)動后IMA水平變化存在較大個體差異[7,24]。但有跡象表明,運(yùn)動形式、乳酸、血容量、白蛋白等因素均會影響IMA的變化。研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)動后早期,IMA水平出現(xiàn)短暫性降低,可能與血液濃縮和血乳酸升高密切相關(guān)[7,9,29];而運(yùn)動后期(24~28 h),IMA 逐漸升高,并恢復(fù)至運(yùn)動前水平,這可能與骨骼肌或胃腸缺血有關(guān)[7,30]。

3.1 血容量和白蛋白對IMA水平的影響

研究表明,IMA與白蛋白濃度呈負(fù)相關(guān),白蛋白每增加10 g/L,IMA水平大約降低20 kU/L[31]。運(yùn)動后IMA水平變化,可能與白蛋白濃度變化有關(guān)[7,23,24]。長時間運(yùn)動可引起體液丟失過多,造成血管內(nèi)血液濃縮;另外,游離脂肪酸是長時間運(yùn)動的能量來源,游離脂肪酸代謝增強(qiáng)需依靠高濃度的白蛋白[18],這些因素可能造成血清白蛋白水平升高,從而使IMA水平降低[17,19]。 相反,補(bǔ)充體液等原因引起血液稀釋可使白蛋白濃度下降,造成運(yùn)動后IMA水平升高[32];還有研究報道,運(yùn)動造成全身炎癥性應(yīng)答,伴隨著血管通透性普遍增加,蛋白容易透過血管溢出。因此,白蛋白在血管內(nèi)外的重新分布亦可造成IMA升高[33]。

有理由認(rèn)為,血容量和白蛋白水平的變化可能引起了運(yùn)動后 IMA 的不同變化[22,32,34,35],也可能是造成運(yùn)動后IMA個體差異較大的原因。為了降低白蛋白濃度對個體IMA水平的影響,可采用總體血清白蛋白對IMA數(shù)值進(jìn)行校正。許多學(xué)者提出不同的校正方法。Lee等[6]提出了“白蛋白校正IMA指數(shù)”:IMA指數(shù)=血清白蛋白(g/dL)×23+IMA (U/ml)?100。Lippi等[32]則采用被試人群白蛋白平均值進(jìn)行校正:(個體血清白蛋白濃度/被試群體白蛋白平均值)×IMA。

3.2 血乳酸對IMA水平的影響

Zapico-Mu?iz等[21]報道,IMA 值與血乳酸值呈負(fù)線性關(guān)系( r = -0.98,P < 0.001),血乳酸濃度升高3~11 mmol/L可造成IMA水平下降約7~25%。另有研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)動中血乳酸濃度達(dá)4和5 mmol/L時,IMA水平分別降低了8%和9%[29]。這些數(shù)據(jù)提示血乳酸與IMA水平密切相關(guān),運(yùn)動后血乳酸增加,引起IMA水平降低。但是,在Falkensammer等人[22]的研究中,運(yùn)動后IMA水平與血乳酸值之間并無相關(guān)關(guān)系(P > 0.05)。有學(xué)者認(rèn)為,血乳酸達(dá)到一定臨界濃度時,才可能會影響IMA水平[21]。據(jù)此推測,大強(qiáng)度運(yùn)動造成較多血乳酸堆積,將對IMA的影響更大。但是,最近的一項研究結(jié)果并不支持這一推測,?olak等人[28]發(fā)現(xiàn)職業(yè)摔跤運(yùn)動員由于訓(xùn)練引起的血乳酸變化與IMA的變化呈正相關(guān)(r = 0.873,P < 0.001)。運(yùn)動后血乳酸與IMA之間的關(guān)系尚待進(jìn)一步研究。

3.3 運(yùn)動量與運(yùn)動形式對IMA水平的影響

在不同運(yùn)動項目中,IMA出現(xiàn)了不同的變化。研究表明,長距離馬拉松運(yùn)動后IMA暫時性降低[7,24],而5000 m越野跑和21 km半程馬拉松運(yùn)動后,IMA并無明顯變化[25,26],可能是由于這種形式的運(yùn)動量小于馬拉松的運(yùn)動量,不足以引起IMA水平的改變。但目前尚無運(yùn)動量與IMA水平關(guān)系的研究報道。

3.4 血樣采集時間對IMA水平的影響

運(yùn)動引起IMA變化較快, IMA一般在運(yùn)動后數(shù)分鐘即可發(fā)生改變,運(yùn)動后24 h基本恢復(fù)[23,29]。血樣采集時間不同,IMA值也可能不同。如采樣時間不合理,可直接影響測試結(jié)果,無法準(zhǔn)確反映機(jī)體的變化。因此,運(yùn)動后IMA變化不同也受到血樣采集時間的影響。這也是不同研究運(yùn)動后IMA實驗結(jié)果有差異的原因之一。

3.5 運(yùn)動水平等因素對IMA的影響

IMA水平可能受到被試者運(yùn)動水平的影響。Lippi等[36]報道,高水平男子公路自行車運(yùn)動員安靜時IMA值明顯高于同年齡、無運(yùn)動習(xí)慣的健康男子。在另一項研究中,Lippi等[35]發(fā)現(xiàn),從事大運(yùn)動量訓(xùn)練(訓(xùn)練量> 90 min/day)的優(yōu)秀運(yùn)動員,安靜時IMA值(94 kU/L)明顯高于從事小運(yùn)動量訓(xùn)練(訓(xùn)練量< 10 min/day)的優(yōu)秀運(yùn)動員(87 kU/L)和無運(yùn)動習(xí)慣的健康人(84 kU/L)。結(jié)果提示,運(yùn)動水平高的運(yùn)動員安靜時IMA水平較高。

Maguire等[37]研究報道,60歲以上的人,其IMA水平(103.8 kU/L)稍高于年齡小于60歲的人(98.8 kU/L)。另外,IMA水平與總膽固醇含量及低密度脂蛋白有關(guān),膽固醇越高,IMA產(chǎn)生越多[38]。以上提示年齡和血脂水平等因素可能對IMA水平有所影響。

4 小結(jié)與展望

IMA產(chǎn)生可能是對氧化應(yīng)激的生理性反應(yīng),但其機(jī)制還有待于進(jìn)一步證實。此外,心臟、骨骼肌等組織缺血時,均能引起IMA生成。因此,運(yùn)動后IMA形成的最現(xiàn)實的意義在于其表達(dá)了機(jī)體對缺血的一種反應(yīng)機(jī)制,為組織缺血提供了一個重要的線索或佐證。其可作為評價機(jī)體組織缺血、缺氧的重要指標(biāo),為IMA在運(yùn)動訓(xùn)練中的應(yīng)用提供新的研究思路。

與cTn、CK-MB等心臟標(biāo)志物相比,IMA雖然對心肌缺血敏感性較高,能較早地反映心肌缺血,但是運(yùn)動后IMA生成與心肌缺血之間到底有何關(guān)系,是今后運(yùn)動醫(yī)學(xué)工作者研究的重點。研究發(fā)現(xiàn)[7,24],骨骼肌或胃腸道缺血引起的IMA生成增多,一般發(fā)生在運(yùn)動后24~48 h。因此,一次急性運(yùn)動后早期,在考慮血容量和乳酸等因素影響的情況下,IMA水平變化是否能反映運(yùn)動引起了心肌缺血,目前尚無可靠的證據(jù)支持,仍值得深入探討。

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