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一、研究背景
众所周知，最大限度地提高耐力运动能力对于军人、运动员等特殊群体来说具有极其重要的意义。而铁稳态与耐力运动能力密切相关。因此，铁缺乏和铁过负荷除了关系到军人、运动员的健康，还与其作训能力、战斗力或比赛成绩紧密联系在一起。
高强度训练或体力活动与人体铁营养状况的关系历来受到高度重视。但是，高强度运动是否会引起机体铁缺乏和缺铁性贫血，迄今多项研究结果存在矛盾。例如，(1)有研究资料显示运动员在运动后可观察到红细胞溶血现象。另有研究者认为没有迹象表明男大学生跑步者和游泳者存在早期贫血;(2)有研究者报道，非贫血性铁耗竭在各种运动的男女人群中相对较高。另有研究资料显示，汗液铁浓度极其微量，出汗引起的铁丢失量微乎其微，而且机体每天可以通过铁吸收平衡丢失的铁;(3)有研究者提出，因运动时肠道血管剧烈收缩，或者剧烈运动使运动员血清转铁蛋白饱和度升高，铁进入血液的速度减慢，铁吸收发生抑制等原因，运动可能抑制铁吸收。另有研究者认为，因运动期间发生低氧，后者可以增强铁吸收，即运动可能促进铁吸收;等等。诸如此类矛盾的研究结果，致使“体力活动是否成为铁缺乏的高危因素”“运动性贫血是否存在”以及“体力活动的人是否应该补充铁”等问题依然是军事营养学和运动营养学等领域关注的重要问题。
已知，运动类型、运动持续时间，以及体力活动者的性别、年龄、膳食结构和进食量、原有的铁储备状况等都可能成为体力活动与人体铁营养状况关系研究结果发生变化的影响因素。而铁营养状态指标应用于运动人体铁营养状态的诊断无论在特异性、可靠性方面还是在精确性方面都受到很大的影响。因此，有必要利用动物实验，在控制运动类型、运动持续时间，以及性别、年龄、膳食结构和进食量、原有的铁储备状况等可能影响实验结果等因素的条件下，观察在不同时间段的不同耐力运动对血液红细胞参数和铁营养状况指标的影响，并分析导致这些影响发生的可能机制。其研究结果对从事耐力运动人员铁需要量的制定，对保障军人、运动员或从事繁重体力活动劳动者的健康和作业/作训能力，都具有十分重要的意义。
二、研究目的
通过动物游泳和跑步实验，了解长期耐力运动机体血液红细胞参数和铁状况的变化规律，以及长期耐力运动对铁代谢调控机制的影响，为阐明长期耐力运动是否可能引起运动性贫血或铁缺乏及其可能机制提供实验基础，为制定耐力运动人员的铁需要量提供线索。
三、研究方法
1.实验动物分组
雄性SD大鼠（购自上海西普尔．必凯公司），体重(160±10)g。按体重随机分为空白对照组、跑步组和游泳组，每组又分为1周、2周、4周、8周4个亚组。动物饲养实验室环境温度24℃±1℃，湿度55％～65％;使用不锈钢笼具单笼饲养，自由饮食，自然昼夜节律变化光照。
2.大鼠耐力运动模型的制作
2.1跑步耐力运动模型
采用JD-PT动物实验跑台。该仪器跑道后部安装电刺激装置，动物在后部刺激下，主动或被迫往前跑步。每天2h，26m/min。为避免大鼠尾部损伤、出血、溃疡等因素影响实验结果，将刺激电压控制在70V左右。大鼠连续训练3天，经过训练仍未学会跑步者会被淘汰，随后按计划开始制作不同时间的跑步耐力运动动物模型。
2.2游泳耐力运动模型
游泳运动在167cm×167cm的缸中进行，静水深50cm，水温（32±2）℃。首先对游泳组动物进行3d的适应性游泳训练，经过训练将游泳时间较短即沉底者会被淘汰，随后开始正式游泳运动，按计划开始制作不同时间的游泳耐力运动动物模型。
3.检测指标
3.1大鼠体重和摄食量的测定
利用精密电子天平称量SD大鼠体重，每周2次。采用美国哥伦布公司的CLAMS动物新陈代谢系统连续监测动物摄食量。
3.2大鼠血液红细胞参数的测定
取抗凝血测定红细胞参数相关指标。使用KX-21血细胞分析仪（SYSMEX，日本）测定血红蛋白(hemoglobin，Hb)浓度、红细胞计数(red blood count，RBC)、红细胞压积(hemotocrit，Hct)、平均红细胞体积(mean corpuscular volume，MCV)和红细胞分布宽度(red blood cell distribution width，RDW).
3.3大鼠血液和肝组织铁含量的测定
采用原子吸收分光光度计（日本日立公司Z-2000型）火焰法测定。100μg/ml铁标准贮备液(GBW08616)由国家标准物质中心提供。
称取100mg肝脏（以及胰腺）于消化管中，加入混合酸（高氯酸∶浓硝酸=1∶4）1ml，置消化仪孔内，分别按照70℃3-4h，逐渐升温至100℃，120℃，150℃，200℃，进行消化至溶液澄清透明为止。消化完毕，待凉后将溶液转移至10ml容量瓶内，并以去离子水洗涤消化管，转移至容量瓶内，最后加去离子水定容至10ml刻度处以备测定。
水中铁分析标准物质的浓度为0.100 g/L，用去离子水依次配成0mg/L，0.2 mg/L，0.4 mg/L，0.8 mg/L，1.6 mg/L，3.2 mg/L的标准溶液以作标准曲线用。
3.4大鼠铁表观吸收率的测定
称取100mg饲料于消化管中进行消化，消化过程同肝组织铁含量的测定。
利用CLAMS动物新陈代谢系统监测动物摄食量，收集动物每天粪便，并称粪便干重。称取100mg粪便于消化管中进行消化，然后按照营养素表观吸收率计算公式计算出各组大鼠的铁表观吸收率。
3.5大鼠肝脏TfR1，TfR2，IRP1，IRP2，hepcidin，DMT1 mRNA表达量的测定
采用实时定量荧光PCR法测定空白对照组、跑步组和游泳组大鼠肝脏内hepcidin，转铁蛋白受体1/2，铁调节蛋白1/2及DMT1 mRNA的表达水平。
3.6大鼠肝脏hepcidin、TfR1和IRP1蛋白含量的测定
Western blot方法测定空白对照组、跑步组和游泳组大鼠肝脏内铁蛋白，hepcidin、转铁蛋白受体1以及铁调节蛋白1的蛋白含量。
3.7大鼠血清应激激素浓度的测定
动物游泳结束后即刻进行断头取血，静置1h后，3000rpm冷冻离心15min，取血清。采用放免法测定血清皮质酮(CORT)、胰岛素含量。采用ELISA法测定血清肾上腺素(EPI)含量。
4.数据的统计与处理
采用quantity one图像分析系统对Westem条带进行灰度分析，实验数据用（(X)±S）表示。应用SPSS16.0统计软件进行实验数据分析，体重采用两因素多水平重复测量数据分析，多组间差异采用单因素方差分析。各组方差齐时，对照组与各实验组间比较采用Dunnett法，各组间两两比较采用LSD-t检验;方差不齐时采用Dunnetts C检验，P＜0.05为显著性水平，P＜0.01为非常显著性水平。
四、结果
1.耐力运动对大鼠体重、应激激素和血液红细胞参数的影响
1.1不同类型不同持续时间的耐力运动对大鼠体重的影响
无论是跑步还是游泳，各时间段的实验组大鼠与各自对照组大鼠相比，体重明显减轻，表明高强度的跑步或游泳耐力运动对大鼠体增重产生了影响(P＜0.05)。
1.2不同类型不同持续时间的耐力运动对大鼠应激激素的影响
每天跑步2h或游泳2h，连续7天和14天，大鼠的血液糖皮质激素和去甲肾上腺素水平均显著高于对照组(P＜0.05)，而血清胰岛素水平则大幅度下降，但是，在连续耐力运动28天后，各组大鼠血清应激激素水平波动幅度明显减小(P＜0.05)，除了胰岛素水平还明显低于对照组之外，其它激素与对照组相比已没有显著差异，到了耐力运动第56天，各种血清应激激素水平在各组之间都没有显著差别(P＞0.05)。
1.3不同类型不同持续时间的耐力运动对大鼠血液红细胞参数的影响
每天跑步2h或游泳2h，连续1周，大鼠的血液学各项红细胞参数与其对照组大鼠相比，没有出现明显变化(P＞0.05);但是，在每天跑步2h或游泳2h，连续2周之后，大鼠血液的平均红细胞体积和红细胞分布宽度与该年龄段的对照组大鼠相比，出现了明显降低(P＜0.05);到了第4周，跑步组和游泳组大鼠与该年龄段的对照组大鼠相比，除了平均红细胞体积和红细胞分布宽度明显变化的基础上，又出现了平均红细胞Hb含量明显降低(P＜0.05);到了第8周，红细胞计数和血红蛋白浓度也出现明显下降(P＜0.05)，跑步组和游泳组大鼠的红细胞计数和血红蛋白浓度均明显下降(P＜0.05)。在各时间段跑步组与游泳组大鼠的红细胞参数没有明显差异(P＞0.05)。
2.耐力运动对大鼠铁营养状况的影响
2.1不同时间不同类型耐力运动对大鼠摄食量的影响
无论是跑步还是游泳，各时间段的耐力运动组大鼠与各自对照组大鼠相比，饲料摄入量无统计学差异，表明不同时间段跑步或游泳耐力运动对大鼠进食量没有明显的影响(P＞0.05)。
2.2.不同时间不同类型耐力运动对大鼠血清铁含量的影响
连续耐力运动1-2周，与各自对照组大鼠相比，跑步组和游泳组血清铁含量明显降低，跑步组和游泳组之间没有明显差别(P＞0.05);连续耐力运动4周和8周，跑步组或游泳组大鼠与各自对照组大鼠相比血清铁含量没有明显差别(P＞0.05)。表明在耐力运动初期明显下降的血清铁在运动后期基本恢复到正常水平。
2.3不同时间不同类型耐力运动对大鼠血清铁蛋白的影响
连续跑步或游泳1-2周，耐力运动组大鼠与各自对照组大鼠相比，血清铁蛋白含量明显降低(P＜0.05);连续耐力运动4周和8周，跑步组或游泳组大鼠与各自对照组大鼠相比血清铁蛋白含量没有明显差别(P＞0.05)。表明在耐力运动初期明显下降的血清铁蛋白在运动后期基本恢复到正常水平。
2.4不同时间不同类型耐力运动对大鼠血清可溶性转铁蛋白含量的影响
无论是跑步还是游泳，各时间段的耐力运动组大鼠与各自对照组大鼠相比，血清可溶性转铁蛋白含量没有明显变化(P＞0.05)。
2.5不同时间不同类型耐力运动对大鼠肝铁含量的影响
无论是跑步还是游泳，各时间段的耐力运动组大鼠与各自对照组大鼠相比，肝脏铁含量没有显著差异(P＞0.05)。表明在不同时间段跑步或游泳耐力运动对大鼠肝脏储存的铁含量没有明显影响。
2.6不同时间不同类型耐力运动对大鼠铁表观吸收率的影响
从1-4周，跑步组大鼠和游泳组大鼠与其对照组相比，表观吸收率明显下降(P＜0.05);第8周跑步组大鼠和游泳组大鼠与其对照组相比没有明显差异(P＞0.05)。表明，在耐力运动的前期，大鼠的小肠铁表观吸收率受到明显的抑制。
3.耐力运动对大鼠铁代谢调节蛋白表达的影响
3.1不同时间不同类型耐力运动对大鼠Hepcidin，TfR1/2，IRP1/2，DMT1 mRNA表达的影响
第1、2周跑步组大鼠和游泳组大鼠与各自对照组相比，肝脏Hepcidin、TfR1和IRP1mRNA表达均升高(P＜0.05)，TfR2、IRP2和DMT1 mRNA表达均无统计学差异(P＞0.05);第4周跑步组大鼠和游泳组大鼠与各自对照组相比，肝脏TfR1和IRP1 mRNA表达仍有明显升高(P＜0.05)，但Hepcidin、TfR2、IRP2和DMT1 mRNA表达均无统计学差异(P＞0.05);第8周跑步组大鼠和游泳组大鼠与各自对照组相比均没有统计学差异(P＞0.05)。
3.2不同时间不同类型耐力运动对大鼠hepcidin、TfR1和IRP1蛋白表达的影响
第1周、2周、4周，跑步组大鼠和游泳组大鼠与其对照组相比，肝脏hepcidin、TfR1和IRP1蛋白表达均有所升高(P＜0.05)。到第8周，跑步组大鼠和游泳组大鼠肝脏hepcidin、TfR1和IRP1蛋白表达与对照组相比没有显著差异(P＞0.05)。
五、结论
反复的耐力运动，可通过应激激素影响作为机体主要铁储存器官肝脏的铁代谢调节分子，诸如铁调素、铁调节蛋白、转铁蛋白受体等表达量和/或功能的变化，进而改变肝脏在调节机体铁稳态中的作用，并影响小肠的铁吸收，导致血清铁的下降，甚至引起血红蛋白合成减少，红细胞生成和成熟受到抑制.但是，随着耐力运动的时间延长，机体的适应机制发挥作用，应激引起的铁调节分子表达变化逐渐恢复，血清铁含量也随之恢复，对血清红细胞参数的影响也随之逐渐减小。因此，我们认为，对耐力运动人员提供而营养素全面的合理膳食，可能比单纯提供铁补充剂更加有利。