递增负荷运动对大鼠肾上腺、甲状腺轴激素的影响

摘要：为研究递增运动负荷对大鼠下丘脑垂体肾上腺轴（HPA）与下丘脑垂体甲状腺轴（HPT）激素的影响，进一步探讨运动性月经失调（AMI）和HPA、HPT轴激素变化的关系。将成熟、健康的两月龄雌性SD大鼠35只随机分为5组进行研究，结果发现：1) 随着运动负荷递增， ACTH、PRL、TRH、TSH的水平逐渐升高，Ta组大鼠阴道中底层细胞数量逐周增加，第七周最高；2) Ta组血ACTH、PRL与C组相比，存在显著性差异（P＜0.05）；Ta组血TSH和C组相比，存在显著性差异（P＜0.01）；Tb组血TRH和C组相比，存在显著性差异（P＜0.01）。恢复一周后，ACTH、TRH的水平均有所下降。3）经过7周的递增负荷训练，Ta组大鼠肾上腺重量明显高于C组（P＜0.01），休息一周后略有恢复，但仍高于C组（P＜0.05）；Ta组大鼠甲状腺重量明显低于C组（P＜0.01）。结论：1) 长期大强度运动导致HPA轴高度活化，肾上腺功能亢进，诱导AMI发生。2) 长期大强度运动导致HPT轴功能紊乱，甲状腺功能减退，诱导AMI发生。3) 提示：AMI是多器官多系统交互作用的结果，HPA轴高度活化、HPT轴功能紊乱及PRL水平升高均可导致AMI的发生。

关键词：动情周期；促肾上腺皮质激素；促甲状腺激素释放激素；促甲状腺激素；催乳素

中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)01-0050-03

The Effect of Rats in Incremental Graded Exercise on Changes of HPA and HPT Hormones

ZHANG Honghai1，WANG Renwei2, HUANG Yajun2, TAN Zhizong1

（1. Shanghai Sports and Health Center, Shanghai 201100, China;2. Sports Science Department, Shanghai Institute of Physical Education, Shanghai 200438, China）

Abstract:The research was conducted to investigate changes of HypothalamoPituitaryAdrena （HPA） and HypothalamoPituitaryThyroid （HPT） hormones in incremental graded exercise, as well as the relation between changes of hormones 35 adults and healthy female SD rats were randomly divided into 5 groups. The experiments shows that: 1. The desquamated middle and bottom level cells of vagina increased week by week and reached the highest at seventh week in rats of Ta group; 2. With the increase of exercise load，the level of ACTH，PRL，TRH and TSH increased gradually. ACTH and PRL of Ta group were significantly different with C group （ P＜0.05 ）;TSH of Ta group were significantly different with C group （ P＜0.01 ）;TRH of Tb group were significantly different with C group （ P＜0.01 ）. After 1 week recovery, ACTH and TRH decreased significantly; 3. With the increase of exercise load, the weight of adrenal increased, Ta group were significantly different with C group （P＜0.01）；The weight of thyroid decreased, the weight of thyroid of Ta group were significantly different with C group（ P＜0.05 ）, after 1 week recovery, the weight of thyroid increased significantly. Conclusions are: 1. The results suggest that high intensity training conduced to excitation of HPA and adrenal, which induced to AMI; 2.The results suggest that high intensity training conduced to turbulence of HPT and depression of thyroid，which induced to AMI; 3. The results indicate that AMI was a result of interaction of many systems，excitation of HPA，turbulence of HPT and increase of PRL may induce to AMI.

Key words: estrum; ACTH; PRL; TRH; TSH

下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA）、下丘脑-垂体-甲状腺轴（HPT）与运动性月经失调的关系至今仍不明确，本研究旨在通过递增负荷训练建立运动性闭经（athletic amenorrhea， AA）大鼠模型，采用化学发光免疫分析法(Chemiluminescence Immunoassay，CLIA)测定各组大鼠促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropin，ACTH）、促甲状腺激素（thyiod stimulating hormone，TSH）和催乳素（prolactin，PRL）的水平；采用放免法（Radioimmunoassay， RIA）测定各组大鼠促甲状腺激素释放激素（thyrotropin-releasing hormone，TRH）的水平，为进一步探讨运动性月经失调（athletic menstrualcycleirregularities,AMI）的机制提供理论上的实验依据。

1 研究对象与方法

1.1研究对象选用成熟、健康的2月龄雌性纯种Sprange-Dawley大鼠35只，体重(229.29±10.37)g，由上海中国科学院实验动物有限公司提供。以国家标准啮齿类动物饲料饲养，自由饮食，室温：20～25℃，相对湿度：45%～55%，每天光照12 h。

1.2分组方法将大鼠随机分为5组：对照组（C）7只；7周递增负荷训练组（Ta）14只（其中7只为恢复组Tar）；5周递增负荷训练组（Tb）7只；3周递增负荷训练组（Tc）7只。

1.3训练方法本实验模拟田径运动中周期性耐力跑的形式，参照Bedford 的动物运动负荷标准，采用段氏PT98型鼠类跑台进行训练。

Ta、Tb、Tc组按表1负荷分别训练7周、5周、3周。Tb组于第三周开始训练，Tc组于第五周开始训练。每天训练两次，上午下午各1次，第七周最后一天晚上加训1次。

1.4阴道脱落细胞学检查采用常规HE染色，光学显微镜下观察阴道脱落细胞变化。

1.5动物处死的时机及取样7周后，所有训练组停训36 h，安静状态下称重，以2%戊巴比妥纳40 mg/kg腹腔内麻醉，迅速打开胸腹腔，经右心室取血5 mL，置－4℃冰箱待测。Tc组与C组于动情间期处死。为避免昼夜节律对激素水平的影响，实验安排在早上8：00～10：00进行。

1.6血标本的制备与检测

1.6.1血标本的制备将血液注入预冷的装有1%肝素（heparin）的收集管内，充分混匀，取1 mL转入离心管中，以3 000r/min离心15 min；取4 mL放入37℃水浴箱中，水浴30 min，再以3 000 r/min离心15 min；取上清液于收集管中，置于－20℃冰箱待测血ACTH、TRH、TSH、PRL的含量。

1.6.2血标本的检测

1.6.2.1ACTH和TSH的检测采用美国贝克曼－库尔特（Beckman Coulter）公司生产的ACCESS全自动微粒子化学发光免疫分析仪，以化学发光免疫分析(CLIA)技术，碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，AKP）作为化学发光标记物检测ACTH和TSH的含量。

1.6.2.2PRL的检测采用美国拜尔公司生产的ACS：180SE全自动化学发光免疫分析仪，以CLIA技术，丫啶酯作为化学发光标记物检测PRL的含量。

1.6.2.3TRH的检测采用北京北方生物技术研究所提供的放免试剂盒，定量测定血清TRH的含量。

1.7数据处理采用SAS6.12统计软件包进行数据分析，（方差分析、t检验）。统计数值以平均数±标准差表示。P＜0.05为显著性差异，P＜0.01为高度显著性差异。

2 结果

2.1阴道脱落细胞的变化从表2可见，随着运动负荷的增加，Ta组大鼠阴道中底层细胞的数量增加，第7周分别达24％和36.6％。

2.2ACTH、PRL、TRH和TSH的变化随着运动负荷的递增，ACTH、PRL、TRH、TSH的水平逐渐升高；Ta组血ACTH、PRL与C组相比，存在显著性差异（P＜0.05）；Ta组血TSH和C组相比，存在显著性差异（P＜0.01）；Tb组血TRH和C组相比，存在显著性差异（P＜0.01）。恢复一周后，ACTH、TRH的水平均有所下降（表3）。

2.3肾上腺、甲状腺重量的变化

2.3.1肾上腺重量的变化经过7周的递增负荷训练，Ta组大鼠肾上腺的绝对重量明显高于C组（P＜0.01），休息一周后略有恢复，但仍高于C组（P＜0.05）。为了消除体重的个体差异，以每kg体重的肾上腺重量（A/B）作为新的参数，比较各组大鼠肾上腺相对重量的变化，所得的结果与绝对重量的变化趋势一致（表4）。

2.3.2甲状腺重量的变化经过7周的递增负荷训练，Ta组大鼠甲状腺的绝对重量明显低于C组（P＜0.01），休息一周后有所恢复。为了消除体重的个体差异，以每kg体重的甲状腺重量（T/B）作为新的参数，比较各组大鼠甲状腺相对重量的变化，所得的结果与绝对重量的变化趋势一致。

3讨论

3.1递增负荷运动对阴道脱落细胞的影响随着运动负荷的增加，Ta组大鼠阴道脱落细胞逐渐出现大量中底层细胞，表明Ta组大鼠动情周期紊乱，卵巢功能受到不同程度的抑制。提示：7周递增负荷的大强度运动抑制了雌性大鼠的生殖功能。经过一周的休息，Tar组大鼠中底层细胞的数量减少，表明卵巢的功能在逐渐恢复[1，2，3]。

3.2递增负荷运动对血ACTH、PRL、TRH、TSH的影响随着运动负荷的递增，大鼠血ACTH、PRL、TRH、TSH呈递增趋势。大鼠受到递增负荷运动刺激时，将打破其原有的稳定状态，同时激活HPA轴，血浆ACTH水平升高。PRL和ACTH一样属于应激激素，研究表明[4]，各种应激，例如创伤、手术、紧张的运动以及强烈的精神刺激等，都引起人PRL分泌增多。TRH能刺激垂体催乳细胞分泌PRL，同时在催乳细胞上存在TRH的受体。研究表明[5]，剧烈运动时，人体TSH水平可从3.1 цIU/mL上升至4.0 цIU/mL。本实验结果与人体实验的结果相符。

3.3递增负荷运动对肾上腺、甲状腺的影响随着运动负荷的递增，大鼠肾上腺重量呈递增趋势，甲状腺重量呈递减趋势。在应激状态下，大鼠HPA轴被激活，HPA轴垂体水平的激素ACTH以及PRL分泌增多，从而引起大鼠肾上腺重量增高、功能亢进。由于能量失衡，大鼠HPT轴功能发生紊乱，下丘脑、垂体水平的激素TRH、TSH分泌增多，进而引起大鼠甲状腺重量降低、功能减退。

3.4HPA轴激素对HPO轴功能的影响免疫组化实验表明[6]，在大鼠下丘脑促肾上腺皮质激素释放激素（corticotropin-releasing hormone，CRH）神经元末梢和促性腺激素释放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）神经元有突触联系。这些研究提示，CRH神经元在中枢起作用，从而直接抑制GnRH从正中隆起的释放。CRH可抑制人和大鼠卵巢颗粒细胞产生雌激素，其机制与CRH抑制雌激素合成的芳香化酶有关。因此，CRH不仅可以抑制垂体促性腺激素（gonadotropin，GTP）分泌，而且可以直接抑制雌二醇（estradiol，E2）和孕酮（progesterone，P）的分泌。

国外文献报道[7]，大鼠长期给予ACTH可降低血黄体生成素（luteinizing hormone，LH）和卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）的水平，ACTH细胞除了分泌ACTH和β-促脂素（β-lipotropin，β-LPH）外，还可分泌β-LPH的降解物β-内啡肽（β-endorphin，β-END）。应激体系激活导致HPO轴的抑制，它是直接或间接通过CRH、β-END、糖皮质激素（glucocorticoids，GC）抑制GnRH神经元。GC抑制垂体GTP分泌和性腺功能，引起靶组织对性激素的抵抗[8]。

已证实在人类GnRH基因中含有GC反应原件，在Mellon等[9，10]分离的下丘脑GTP细胞系中，发现有GC受体，并能激活外源GC反应启动子，抑制GnRH启动子的转录和降低内源性GnRH基因的表达，为GC在基因水平抑制下丘脑GnRH的转录提供了证据，部分解释了GC对HPO轴的负调节作用。

本实验研究结果表明，雌性大鼠在递增负荷训练过程中，HPA轴被激活，同时伴随ACTH水平的增高。当ACTH水平增高致一定程度时，便出现大鼠动情周期的抑制。表明HPA轴的过度活化是AMI形成的重要因素。因此，防止HPA轴的过度活化、运动性疲劳的恢复是防治AMI的重要环节。3.5PRL对HPO轴功能的影响临床研究发现，高PRL血症患者常有月经减少甚至闭经；产后哺乳期PRL水平较高，卵泡发育受抑，月经停止；停止哺乳后，PRL水平降至正常，卵泡恢复正常的周期性发育，月经周期随之恢复正常。Mesaki等[11]对运动中PRL释放的机制研究发现，PRL水平升高可被纳络酮所抑制，而且同步升高的β-END、血管活性肠肽（vasoactive intestinal polypeptide，VIP）、ACTH均可被纳络酮所抑制，说明PRL与β-END、VIP、ACTH水平升高有关。

PRL可直接作用与下丘脑的性中枢，抑制GnRH的脉冲式分泌，这可能是高水平PRL抑制卵巢功能的主要机制。其次，PRL作用于垂体，使垂体释放GTP异常，LH/FSH比值升高，使排卵前LH高峰不能出现，FSH数量不足以使卵泡充分成熟。PRL也可直接作用于卵巢，一方面，高PRL直接抑制E2、P的合成，另一方面PRL降低窦状卵泡FSH、LH、PRL受体对GTP的敏感性，促使卵泡过早闭锁，从而抑制排卵。

实验结果表明，在七周的递增负荷训练中，雌性大鼠PRL与ACTH、TRH及TSH是同步增高的，且随着动情周期抑制的延长，PRL增加的幅度越大。因此在防治AMI的过程中，加强对女运动员PRL水平的监控是非常重要的。

3.6HPT轴激素对HPO轴功能的影响前瞻性研究认为[12]，TRH具有抗排卵的作用，此种现象也可解释为：在下丘脑TRH刺激下，垂体大量分泌TSH和PRL，而使腺垂体呈现对GnRH缺乏兴奋性，从而抑制了卵巢的排卵过程。国外学者认为，下丘脑TRH除通过TSH、三碘甲腺原氨酸（3，5，3'－triiodothyronine，T3）、四碘甲腺原氨酸（thyroxin，3，5，3'，5'－tetraildothyonine，T4）系统分泌功能的动态平衡影响性腺的功能外，还可以根据区域神经内分泌超微结构的特点影响GnRH 、GTP系统的各个环节，从而激发或抑制性腺功能的动态平衡。

垂体前叶嗜碱性细胞所分泌的两类促激素，即TSH及GTP，在结构上有共同的α亚单位，在β亚单位的结构上，它们在肽链上由4～5个氨基酸集团组成的四段有其共同性，此即这两种激素具有某些作用的共同性及其能互相影响的基础[13]。原发性甲状腺功能减退患者T3、T4水平过低而TSH的分泌是增强的。临床实践中所遇到的垂体甲状腺功能低落的病人，可并发垂体性闭经或不排卵。

本研究结果表明，雌性大鼠在递增负荷训练过程中，不仅激活了HPA轴，而且由于能量失衡，进而引起TRH、TSH分泌增多以及甲状腺功能减退。表明HPT轴功能紊乱及甲状腺功能减退也是AMI形成的重要因素。因此，在AMI的防治中，应当重视HPT轴功能紊乱及甲状腺功能减退。

4 结论

1) 7周递增负荷训练使Ta组大鼠血ACTH、PRL水平增高，肾上腺重量增加，显示：长期大强度运动导致HPA轴高度活化，肾上腺功能亢进，诱导AMI发生。

2) 7周递增负荷训练使Ta组大鼠血TRH、TSH水平增高，甲状腺重量降低，显示：长期大强度运动导致HPT轴功能紊乱，甲状腺功能减退，诱导AMI发生。

3) 研究表明：AMI是多器官多系统交互作用的结果，HPA轴高度活化、HPT轴功能紊乱及PRL水平升高均可导致AMI的发生。

参考文献：

［1］ 王人卫，陆爱云，陈佩杰，等. 递增负荷的运动性闭经动物模型的建立［J］.中国运动医学杂志，2000，19（3）：293-296.

［2］ 王人卫，陆爱云，郭仕达，等. 运动性动情周期抑制的大鼠下丘脑－垂体轴细胞超微结构的变化［J］.中国运动医学杂志，2001，20（3）：260-262.

［3］ 王人卫，陆爱云，高勇，等. 大强度运动训练对雌性大鼠性激素和骨密度的影响［J］.中国运动医学杂志，2003，22（2）：121-125.

［4］ Shanks N，Lightman S，et al. The maternal-neonatal neuro-immune interface：Are there long-term implications for inflammatory or stress-related disease.J. Clin Invest，2001，108：1567-1573.

［5］ Mason JW，Hartley LH，Kotchen TA，et al . Plasma thyroid stimulating hormone response in anticipation of muscular exercise in the human . J Clin Endo Metab，1998，37（3）：403-406.

［6］ De Souza MJ，Luciano AA，Arce JC，et al. Clinical tests explain blunted cortisol responsive but not mild hypercortisolism in amenorrheic runners. J Appl Physiol，1998，108（5）：302-309.

［7］ Donald RA，Wittert GA，Terjung RL，et al . Stress and ACTH regulation . Current Science，Philadelphia，PA，1998，68（2）：93-99.

［8］ 陈佩杰，许豪文，段子才，等. 运动过程中糖皮质激素受体减少的机制探讨――GR mRNA的变化［J］.中国运动医学杂志，2001，21（2）：156-160.

［9］ Berga SL，Daniel TL，Giles DE. Women with hypothalamic amenorrhea but not other forms of anvulation display amplified cortisol concentrations. Fertil Steril，1997，67：1024-1030.

［10］ Leopoldo Falsetti，Alessandro Gambera，Lovena Barbetti，et al.Long-Twrn Follow-up of Functional Hypothalamic Amenorrhea and prognostic factors.J Clin Endocrinol Meta，2001，86：5184-5193.

［11］ Mesaki N.Effect of naloxone on hormonal changes during exercise. Nippon Sanka Fujinka Gakkai Zasshi，1999，41(12)：1991-1998.

［12］ Burack R，Edoards RHT，Grun M，et al. The response to exercise before and afer treatment of myxedema with thyroxine. J Pharm Exp Ther，2000，176（2）：212-218.

［13］ Martin WH，Spina RJ，Korte E，et al.Mechanisms of impaired exercise capacity in short duration experimental hyperthyroidism. J Clin Invest，2001，88（4）：47-53.