運動對鐵代謝影響的研究

中圖分類號：G804 文獻標識：A 文章編號：1009-9328（2012）09-000-03

摘要 運動會對機體鐵代謝產生影響。研究發現耐力性運動員較易出現運動性貧血，許多學者對其機制進行了研究和探討，普遍認為運動可引起血漿總量的升高、紅細胞溶血、鐵丟失增加、鐵吸收不良和NO增加等變化。另外，鐵缺失還會影響循環系統和骨骼肌的功能。一些研究認為，運動性低鐵狀態是鐵缺乏，主張進行鐵補充；而有些研究則認為，這種低鐵狀態是機體的正常調節，沒必要刻意補鐵。

關鍵詞 運動 鐵代謝 運動性貧血

鐵是人體最豐富的微量元素，它不僅是構成血紅蛋白的重要成份，而且是線粒體呼吸鏈中酶和其它代謝途徑中酶的主要組成部分，這都與運動員的身體機能和運動能力密切相關。長期劇烈的運動訓練可以導致鐵代謝的紊亂，從而引發機體缺鐵，導致運動性貧血。鐵代謝平衡的調節對于人體正常的生理狀態維持至關重要。近些年，隨著鐵轉運相關蛋白：二價金屬離子轉運體（divalent2metal transporter 1，DMT1）、膜鐵轉運蛋白（ferroportin 1，FP1）、膜鐵轉運蛋白輔助蛋白（hephaesti，HP）、腸細胞色素b（duodenal cytochromeb，Dcytb）、轉鐵蛋白受體2（transfer2rin recep tor 2，TfR2）和HFE基因功能的相繼發現與研究，為正確認識鐵代謝機制提供了理論依據，特別是對鐵調素（hepcidin）與跨膜絲氨酸蛋白酶6（transmenbrane serine proteases 6，TMPRSS6）的研究有了新的進展，使人們對鐵代謝生理機制有了更深的認識[1-2]。

一、運動與鐵吸收

運動時運動員體內鐵狀況主要是由腸道對鐵的吸收能力、鐵的供應量以及鐵的丟失量來決定[3]。肖德生等[4]對長期進行游泳訓練的大鼠鐵狀態研究發現，與安靜組相比，進行3、6、12月三種不同時間長度的游泳運動均誘導一種具有血漿鐵濃度降低、血漿轉鐵蛋白鐵飽和度降低，而血紅蛋白濃度和紅細胞比容得到維持的血液學低鐵狀態。運動會影響十二指腸對鐵的吸收。劉玉倩等[6]通過觀察不同強度游泳訓練后大鼠機體貯存鐵及十二指腸鐵吸收相關蛋白的變化后，指出適度運動可增加十二指腸鐵轉運蛋白表達，促進腸鐵吸收，使血清鐵增多、貯存鐵重新分布，滿足運動中機體對鐵的需求，而過度運動使貯存鐵大量消耗，從而易引發非貧血性鐵缺乏。近幾年的研究已經觀察到運動可誘導一氧化氮合成增加，這種變化與運動性低鐵狀態顯著負相關，通過抑制一氧化氮合成，可減小鐵狀態下降的幅度。 這些均說明一氧化氮在運動期間對鐵穩態的調節發揮了重要作用[5]。李月英等[7]通過研究長期運動對十二指腸黏膜一氧化氮合成和鐵貯存的影響，發現在靜息狀態下十二指腸黏膜細胞一氧化氮合成具有較高的穩定性，可能參與維持非血紅素鐵含量。長期運動可刺激十二指腸黏膜一氧化氮合成增加，降低鐵貯存。骨骼肌細胞的鐵代謝可能受到NO調控。過度運動使大鼠血清NOS活性和NO含量急劇增加。骨髓的貯存鐵下降，這可能與NO過量誘發的鐵代謝調控紊亂有關。

Hepcidin是目前公認的一種鐵代謝調節蛋白，其主要在肝細胞中合成。之后分泌至血液將體內鐵需要的信號傳至小腸，調控腸鐵的吸收。這一過程主要通過調節小腸鐵轉運相關蛋白的表達而實現。常彥忠等[17]指出肝臟Hepcidin高表達可能是許多貧血包括炎癥和慢性疾病性貧血的根本原因?？缒そz氨酸蛋白酶6（transmenbrane serine proteases 6，TMPRSS6），在人類、大鼠、小鼠等哺乳動物的多個器官中均有表達，尤其是在肝臟中表達量較高。TMPRSS6 的主要生理功能是負調控肝抗菌多肽（Hepcidin），它是第一個被發現的Hepcidin的負調節子。而高表達的Hepcidin 抑制腸鐵吸收，因此TMPRSS6的正常表達對維持機體鐵的動態平衡和紅細胞生成起著重要作用[18]。

二、運動與鐵貯存

鐵貯備主要是指以鐵蛋白、含鐵血黃素形式貯存于骨髓、肝臟、脾臟中的鐵。鐵貯備狀況對骨髓造血機能和紅細胞的生成具有重要影響。運動訓練加劇了機體鐵的代謝更新，從而使鐵的消耗增加，影響機體的鐵貯備。運動不僅會影響鐵在機體內的儲備量，而且會改變鐵的分布。

運動導致鐵貯備下降的主要原因為：（一）由于運動中足部的劇烈撞擊加速了血流中正常紅細胞的破壞，使血紅蛋白釋放入血被降解。（二）運動訓練使自由基濃度明顯增加，自由基使紅細胞細胞膜發生脂質過氧化，導致紅細胞脆性增加溶血加強。（三）運動訓練加速了鐵從汗、尿液的排出量及小腸中失血量的增加。（四）運動訓練導致機體對鐵的吸收下降以及糞便排出鐵量增加。（五）大強度的運動訓練會抑制食欲，從而導致攝入鐵量減少。（六）女運動員月經期的鐵丟失。

長期運動會使器官貯存鐵狀態發生變化，肖德生[8]通過觀察運動情況下組織器官游離鐵（FI）代謝和貯存鐵（SI）的變化及其與非血紅素鐵（NHI）的關系，發現運動顯著降低肝臟NHI和FI含量，減少SI含量，升高SI/FI比率；顯著降低脾臟和骨髓細胞NHI含量，升高FI含量，減少SI含量，降低SI/FI比率；顯著增加腎臟NHI含量和FI含量，增加SI含量，降低SI/FI比率；顯著增加心臟FI含量，維持SI含量，降低SI/FI比率?？梢姡\動會導致不同組織細胞SI與FI之間的鐵轉移，在組間比較或不同組織之間應用NHI比較SI時要考慮FI的變化。肖德生等[4]對隨機分為3、6、12個月的三個游泳運動組和相應安靜組血液學鐵狀態指標和器官非血紅素鐵（NHI）含量和NHI總含量（TNHI）進行觀察。發現，與安靜組相比，三種不同時間長度的運動均誘導一種具有血漿鐵濃度降低、血漿轉鐵蛋白鐵飽和度降低而血紅蛋白濃度和紅細胞比容得到維持的血液學低鐵狀態；這種低鐵狀態伴有肝、脾、心、腎NHI濃度顯著降低，但與運動時間無關；肝、脾和腎TNHI變化與其濃度變化方向一致，但心臟沒有顯著變化；器官TNHI隨時間增加而增多。并且指出，盡管運動誘導的低鐵狀態類似于鐵缺乏中期表現，但由于器官NHI 重分布和鐵貯存并沒有進行性降低，因此，長期運動引起的低鐵狀態可能是機體內鐵代謝對運動的適應，不存在所謂“運動性鐵缺乏”現象。運動中鐵代謝可能受到NO調控。王海濤等[10]研究發現一定范圍內，大鼠腓腸肌鐵含量與NO含量線性相關（r=0.81，p<0.01）且中等強度運動可使腓腸肌細胞膜上向細胞內轉運鐵的TfR1和DMT1（IRE）蛋白表達增加，而向細胞外轉運鐵的FPN1表達降低，增加腓腸肌鐵含量。

三、運動性貧血

運動性貧血是指“由于運動訓練或比賽造成單位容積血液中血紅蛋白濃度、紅細胞數值低于正常值的現象”。運動性貧血是運動員在競技體育運動訓練過程中容易出現的一種身體機能低下的狀態，運動性貧血的發生和發展是影響運動員運動能力的重要因素之一[11]。

運動性貧血的可能機制有以下幾種：

（一）溶血增加學說。大負荷的運動訓練導致溶血增加。導致溶血增加的主要原因為：1.運動時血液循環速度加快，導致紅細胞機械性破碎增加。2.劇烈運動時肌肉強烈收縮和足底的擠壓。3.運動引起自由基急劇增加，導致紅細胞細胞膜脂質過氧化增加，細胞脆性加大。4.血液pH值的下降。5.體溫升高。

（二）鐵重分布學說。運動時由于鐵從貯存部位如肝、脾組織細胞等發生總動員，進入對鐵需求增加的肌細胞，如心肌和骨骼肌等。但不少研究卻提示，運動只在一定程度上減少鐵貯存。生理性保護學說運動時組織細胞代謝增強導致大量游離鐵釋放，因此，機體將鐵狀態降低，從而避免過多的活性鐵對組織細胞的損傷[13]。

（三）一氧化氮學說。有研究表明運動后血漿鐵濃度和血漿中NO代謝產物濃度之間顯著負相關，初步表明了運動時NO可能參與了運動性低鐵狀態的形成。然而無論是血漿鐵降低還是血漿NO代謝產物升高以及它們之間的負相關，均不隨運動期的延長而變化；肝、脾、骨髓組織細胞NO合成顯著增加，也不隨運動期的延長而變化；NOS抑制劑在完全阻斷運動誘導的NO合成時，運動性血液學低鐵狀態、肝、脾和骨髓細胞內降低了的非血紅素鐵含量和降低了的烏頭酸酶活性均部分地逆轉[19]。這些研究初步表明，NO可能是運動影響鐵代謝的原因之一。

四、運動性貧血的治療與預防

運動影響鐵的代謝，導致鐵缺乏，引起缺鐵性貧血而影響運動能力， 而改善缺鐵的有效措施是增加飲食中可吸收鐵量，這是保證鐵平衡的關鍵。但是，據目前對運動性貧血的研究成果來看，其機制尚不清晰。建議補鐵應謹慎，鐵超載可能對機體產生潛在的危害。同時，建議對運動員的鐵營養狀況進行經常性的監測和評價，尤其是對青少年、耐力運動員、女運動員和控制體重的運動員更應加強醫務監督，這對于保護運動員的健康，提高運動能力具有重要意義[14]。對潛在性缺鐵以及缺鐵性貧血者補充鐵制劑可以促進血清鐵、血清鐵蛋白濃度的提供以及促進血紅蛋白濃度的回升，大量的研究結果都證實了鐵的補充可以有效地改善機體鐵貯備下降的狀況。曹建民等[15]以大鼠為實驗對象，采用跑臺作為運動方式建立運動性低血色素大鼠模型，并對大鼠進行營養干預，對其血清、組織中的銅藍蛋白以及鐵代謝相關指標進行測定后發現，長時間的運動訓練導致運動性低血色素大鼠血清銅藍蛋白、轉鐵蛋白明顯上升，鐵蛋白明顯下降，而且與血清鐵濃度具有較高的相關性，說明血清銅藍蛋白、鐵蛋白、轉鐵蛋白可以反映機體鐵代謝情況；運動訓練導致運動性低血色素大鼠組織銅藍蛋白含量與血清銅藍蛋白變化不一致；營養補劑的干預顯著降低了運動性低血色素大鼠血清銅藍蛋白、轉鐵蛋白含量，提高了血清鐵及鐵蛋白含量，表明抗貧血鐵制劑復合營養補劑對提高大鼠鐵貯備和維持大鼠鐵代謝穩定具有積極作用。車志宏等[16]，以運動性貧血女性鐵人三項運動員為研究對象，分為貧血組，對照組為正常運動員。訓練期間進行為期8周的干預，貧血組給予鐵復合制劑而對照組給予安慰劑；觀察營養補劑對運動員紅細胞相關指標、血清鐵蛋白、轉鐵蛋白以及血清鐵的影響。研究結果表明：運動性貧血運動員血清鐵、血清鐵蛋白顯著低于正常水平，機體鐵代謝紊亂；營養干預后的貧血組運動員的紅細胞相關指標、血清鐵、血清鐵蛋白濃度上升，并顯著降低了運動員的血清轉鐵蛋白濃度，表明鐵復合制劑可有效改善貧血運動員鐵代謝紊亂狀況，對運動性貧血有一定的治療作用。

五、研究展望

幾十年來盡管對于運動和鐵代謝已做了大量研究，許多問題仍存在爭議。近些年，對一些鐵代謝調節蛋白的研究有了新的認識，運動對其機體含量影響的報道也不少，但是缺少對此機制的解釋。運動性貧血對機體影響沒有較統一的認識。反映機體鐵代謝狀況的指標有了一定的研究，血清鐵、血清鐵蛋白濃度、轉鐵蛋白濃度以及其它指標的變化在一定程度上可以反映機體鐵代謝狀況，但這些指標在不同鐵缺乏時期的變化規律、這些指標之間的相關關系有待于進一步研究。在運動實踐中鐵制劑的補充對防治鐵缺乏具有一定的效果，但針對性不強。

參考文獻：

[1] 錢忠明.鐵代謝——基礎與臨床[M].北京：北京科學出版社.2000.

[2] 付麗娟，段相林，錢忠明，等.鐵代謝與鐵調素hepcidin[J].生理科學進展.2005.36（3）：233-235.

[3] 曹建民，田野，趙杰修，等.運動與鐵代謝[J].北京體育大學學報.2003.26（3）：331-335.

[4] 肖德生，車力龍，李月英，等.長期游泳運動對大鼠鐵狀態的影響[J].中國應用生理學雜志.2003.19（4）：359-362.

[5] 錢海，肖德生.運動對鐵吸收的影響及其作用途徑[J].中國組織工程研究與臨床康復.2007.11（30）：6069.

[6] 劉玉倩，常彥忠，王海濤，等.不同強度游泳運動對大鼠貯存鐵及十二指腸鐵吸收相關蛋白表達的影響[J].中國運動醫學雜志.2006.25（4）： 411-415.

[7] 李月英，陳素仙，肖德勝.長期運動對十二指腸黏膜一氧化氮合成和鐵貯存的調控效應[J].中國組織工程研究與臨床康復.2007.11（39）：7898-7900.

[8] 肖德生，車力龍，蔣璐，等.長期運動對器官貯存鐵和游離鐵代謝的影響[J].江蘇大學學報（醫學版）.2004.4（6）：485-488.

[10] 王海濤，劉玉倩，趙斌，等 不同負荷耐力訓練中NO對大鼠腓腸肌鐵代謝的影響[J].體育科學.2009.29（10）：32-35.

[11] 王琦，黃鶴.運動性貧血運動員鐵代謝狀況的研究[J].廣州體育學院學報.2010.30（3）：92-95.

[13] 崔英輝，肖德生.運動對鐵代謝的影響[J].沈陽體育學院學報.2004.23（3）：284-287.

[14] 鄭新玲.運動與鐵缺乏[J]安徽師范大學學報（自然科學版）.1999.22（2）：192-194.

[15] 曹建民，田野，趙杰修，等.營養補充對運動性低血色素大鼠血清、組織銅藍蛋白及血清鐵等鐵代謝指標變化規律的研究[J].山東體育學院學報.2005.21（2）：50-53.

[16] 車志宏，蔡曉紅，曹建民，等.營養干預對運動性貧血鐵人三項女性運動員鐵代謝的影響[J].沈陽體育學院學報.2010.29（1）：76-80.

[17] 常彥忠，段相林，錢忠明.Hepcidin和鐵穩態[J].中華內分泌代謝雜志.2003.19（6）：501-504.

[18] 劉玉倩，王海濤，李海洲等.跨膜絲氨酸蛋白酶6在低氧及運動中對機體鐵代謝的影響[J].中國運動醫學雜志.2011.30（9）：874-877.

[19] 錢忠明，劉玉倩，段相林.一氧化氮與運動鐵代謝[J].體育科學研究.2006.10（3）：54-57.