促红细胞生成素EPO.doc

中央民族大学本科生毕业论文（设计）浅析促红细胞生成素兴奋剂摘要：促红细胞生成素是由肾脏分泌产生的一种特异性糖蛋白，能够促进骨髓红细胞的增殖与成熟。其最早用来治疗遗传、癌症、慢性肾衰以及其他一些炎症引起的的贫血症，但是随着经济的发展和技术的更新，促红细胞生成素被作为一种兴奋剂逐渐应用于竞技比赛中，造成运动员身体的损伤以及比赛的不公平。笔者通过查阅相关文献，从促红细胞生成素的起源，解剖，功能及检测几个方面系统的整合促红细胞生成素的相关知识，为后续读者提供一个较为全面而清晰地学习框架。关键词： EPO；兴奋剂；运动医学EPO是促红细胞生成素（Erythropoietin）的英文简称，自从发现以来被广泛应用于耐力运动项目中。人体中的促红细胞生成素能够促进红细胞生成，明显提高人体的红细胞数量及血红蛋白的含量, 从而提高人体运输氧气的能力,提高人体的最大摄氧量, 所以 EPO 与运动尤其是耐力运动关系十分密切。应用基因重组技术成功制造人重组促红细胞生成素( rhEPO) 后, 有些运动员试图通过服用rhEPO提高运动成绩, 但却忽略了服用 rhEPO 的副作用,服用红细胞生成素可以使患肾病贫血的病人增加血流比溶度（即增加血液中红细胞百分比）。人体缺氧时，此种激素生成增加，并导致红细胞增生。EPO兴奋剂正是根据促红细胞生成素的原理人工合成，它能促进肌肉中氧气生成，从而使肌肉更有劲、工作时间更长。一、EPO历史来源（一）EPO简介促红细胞生成素(EPO，Erythropoietin)也称为红细胞集落形成刺激物(ECSA)和红细胞生成刺激因子(ESF)，为哺乳动物调节红细胞生成的主要调控因子，1948 年 Bonsdor 与Jalsvisto 首次发现，并于1977年由Migake从尿中分离纯化出来的。人体内的 EPO 为一种糖蛋白激素，大部分是肾脏中的酶样物质红细胞生成酶(Erythrogenin)作用于肝脏所生成的促红细胞生成素原(Erythropoietinogen)在血浆中转变而成的。一方面经血液运输到骨髓造血组织，可促进A LA 合成酶的生成。( r酮基8氨基戊酸) ，促进血红素的合成， 血红素生成后迅即与球蛋白结合成为血红蛋白( Hb) ，并释放到血液中，以维持血液中红细胞和血红蛋白数量。另一方面，在肝脏代谢，只有极少量从尿液排出。影响EPO生成的因素有缺氧、贫血、激素水平、嗜烟习惯、PH值、昼夜节律等。缺氧是EPO的主要影响因素，急性缺氧1-2小时，循环中EPO即显著升高，同时红细胞血红蛋白也会增加。雄性激素，甲状腺素，生长激素可加强EPO的分泌，而雌性激素，糖皮质激素则相反。PH值下降，抑制EPO的分泌，嗜烟习惯者EPO高。EPO接受两种反馈调节。机体缺氧时，肾脏反应性地分泌红细胞生成酶，促进EPO生成，EPO增多一方面刺激骨髓造血组织，使周围血液中红细胞增加，另一方面又反馈性地抑制肝脏中的促红细胞生成素原的生成，使血浆中的EPO水平不致过高。（二）EPO与运动增加血液的携氧能力是耐力运动员提高运动能力极其有效的一种手段。相应的方法和药物大致有三种，分别是血液兴奋剂、高原训练法和促红细胞生成素注射法。1、血液兴奋剂即血液回输与EPO血液回输又称红细胞回授，它是用输血的方法将已作分离处理的浓缩红细胞悬液在冷藏保存一段时间后， 再输回到受血者身上，以提高受血者血红蛋白浓度， 改善受血者的摄氧能力。在竞技体育中，多数项目均对参赛者的需氧量有很高的要求，尤其是在以耐力为主的竞技项目上。运动员有氧能力的提高可进一步满足肌肉舒缩对氧的需求量。肌肉舒缩的直接能源是三磷酸腺苷( ATP) ，而在无氧代谢下， ATP 的生成是非常低下的。因此，有氧代谢是最为适合产生ATP 的代谢途径。人机体的氧气输送是以氧合白红蛋白的形式将氧气输送到作功肌产生ATP。血液回输的意义意味着可人为增加全血中的血红蛋白的含量，这就表明，以血液成份回输的辅助方法可提高人机体的输氧能力。另言之， 如回输 500mL 的全血或是275mL 的红细胞悬液， 则意味着在已有携氧量的全血中额外又增加了100mL 的氧 。在极限运动时，运动员体内全部血量可每分钟经心脏循环56遍。由于血红蛋白浓度的增加， 运动员可获得额外的溶氧量 500mLmin。试验证实，在血液回输调控得当的前提下， 可使参赛者在激烈的比赛时每分钟心率有所下降，心输出量增加， 乳酸堆积延缓， 疲劳产生推后， 所获得效果近似于经过高原训练的作用。血液回输分为异体血和自体血的回输两种，同型血回输是指从同型血的别人或自己身体内抽取一定量的新鲜血液，在赛前较近的一段时间内再输入运动员体内，以达到增加总血容量、红细胞数量和血红蛋白含量的目的；异体同型输血存在着发生肝炎、细菌感染、血液亚型和其他血型不相配等潜在危险，自体血回输法面临保存血液困难的难题。2、高原训练每克血红蛋白的最大氧合量为1.34mL，如充分氧化180g 肝糖的需氧量为192g或为134.4mL 氧气。假设在海平面状态时，每100mL 血含15g 分子的血红蛋白，这就意味着100mL 全血可输送20mL 的氧， 在血红蛋白浓度为16g分子每100mL全血时， 可携氧21.44mL， 输氧能力的改善则意味着可使更多的AT P 生成。上高原后，EPO分泌增加。1972年Peter报道5名男性运动员进入4300米高原血浆EPO1539小时达到峰值，411天红细胞、血红蛋白显著升高。与EPO促红细胞生成素是一种调节红细胞生成的激素，其血清浓度随血氧含量的变化而发生相应的改变，以维持机体在低氧或高氧环境中正常的生理功能，但当它的血氧浓度过高或过低时，会引起红细胞增多或红细胞生成不足。研究表明，只要血氧浓度下降持续 4 h以上，就会刺激体内 EPO合成的数量增加，继之血液中 EPO浓度会急剧上升，甚至超过正常基线 1000倍以上。因此各国据此普遍对运动员进行高原训练以达到提高运动成绩的目的。目前高原训练主要包括高住低练法、间歇性低氧训练法、低压氧仓训练法、呼吸低氧混合气体训练法和模似高原训练场馆等方法。其中高住低练法 ( High Live- Low train hypothesis)是由美国学者莱文提出并倡导的一种高原训练方法。其特点是：让运动员在较高的高度上居住，以充分调动机体适应高地缺氧而挖掘本身的机能潜力；在较低的高度上训练又可达到相当大的训练量和强度。这种异地住练的结合，可以扬高原训练挖掘潜力之长，又可避免在高原上难提高训练量之短。它可以促进骨髓干细胞分化为原始红细胞并加速原始红细胞以进化为红细胞，并提早释放网织细胞进入血液循环，使红细胞总体的携氧能力增加；还可以有改善心脏功能的作用。高原训练法的实质是高原训练对人体的影响最主要是通过高原低氧和运动缺氧双重刺激促进体内EPO的分泌。利用缺氧的环境促进促红细胞生成素的产生，从而达到增加红细胞生成的作用，但高原训练法十分麻烦和艰苦。3、EPO注射EPO注射主要是指将重组人红细胞生成素(rHuEPO) 注射入人体内。1985年人类首次利用基因工程技术合成了，1989年美国Amgen公司的重组人红细胞生成素(rHuEPO)，获得了美国 FDA的批准文号，其在临床上应用于慢性血透患者，对肾性贫血和非肾性贫血有良好的治疗效果。但由于rhEPO 可提高最大摄氧量、通气阈、血红蛋白、红细胞压积、红细胞和力竭时间等，还可使心率下降。在使用 rhEPO 4 7天后， rhEPO 已恢复正常水平，应用常规检测的色谱学方法无法查出，通过一般尿检也不易查出，而其功效还可持续四周之久，所以导致rhEPO在运动场上的滥用。长期注射 rhEPO 会对内源性 EPO 产生反馈性抑制，剂量越大，抑制效果越明显。短期影响在于红细胞数量的增多加大了血粘滞度，导致微循环缺氧，心脏负担加重，易出现休克，甚至死亡。1989年国际奥委会医学委员会将rhEPO 等4 种人工合成的肽类激素正式列为违禁药物。二、EPO的结构与功能（一）EPO的结构EPO是肾脏分泌的一种活性糖蛋白，含165166个氨基酸残基的肽类激素。血浆中存在的EPO其肽链是由165个氨基酸组成，在其24、38、83号为点分别为天冬氨酸，糖链以及N糖肽键与天冬酰胺相连-GlcNAC-Asn-X-Thr/Ser，在其肽键165位点的氨基酸以O糖肽链相连，为-GalNAC-O-Thr/Ser-。糖链占其糖蛋白相对分子质量的40%左右，其N肽糖链主要由10-15个单糖单位构成，有一共同核心五糖区域，其余糖链主要以四天线复杂型为主，有部分三天线型与二天线型。不同的糖链构型使其糖蛋白具有不同的生物活性，四天线复杂性的活性最高，后来发现四天线复杂型与肾脏过滤减少与EPO的归巢有关。其糖链末端唾液酸残基能被唾液酸酶（又称神经氨酸酶）水解，进而使暴露的半乳糖残基与肝脏内的半乳糖特异性识别受体结合被水解。根据碳水化合物含量不同，天然存在的EPO分成两种类型：型与型。型碳水化合物含量占34%，型碳水化合物含有26%类。两种类别在生物学特性、抗原性以及临床效果上均相同。控制人体EPO产生的基因位于7号染色体长臂22区，EPO基因的定位使得EPO的大量生产成为可能。正常人体血浆中EPO水平相对比较稳定，一般为4*10-324*10-3U/ml，在缺氧及贫血时EPO可高达10U/ml。（二）EPO的功能EPO是肾脏产生的糖蛋白，主要作用于红系祖细胞，促进其增殖与成熟。在红细胞生成的过程中EPO主要与其它生长因子，如肝细胞生长因子（SCF）、胰岛素生长因子（CIGF-1）共同协同作用于未成熟的红系祖细胞的增殖期与分化期，通过刺激其有丝分裂、激活红细胞特异基因，进而使红细胞大量增殖与分化。EPO还能特性型阻断红系祖细胞从红细胞集落形成单位细胞（CFU-E）到早幼红细胞阶段的正常细胞凋亡，促使红系祖细胞的生长与繁殖。EPO对巨核细胞的生长也具有一定的作用，实验中单独或与血小板生成素（TPO）一起均可以刺激巨核细胞集落成单位细胞以及胞质裂解形成血小板。EPO产生受到氧气、多种体液与一些免疫调节的细胞因子等因素影响，其中以机体供氧状况研究最多。当体液中供氧不足时，就会造成机体氧气分压下降，相应的肾小管间质细胞周围的氧气分压下降造成胞浆中氧化还原状态改变，最终造成EPO合成增加。Franrey等用肝细胞癌HepG2进行体外实验时发现：体内缺少过氧化氢酶或者过氧化物酶的患者往往会发现其体内的EPO相应的减少。EPO的合成亦受到多种体液因素的影响，如：甲状腺素、ACTH、肾上腺皮质激素、催乳素等的影响均会增加机体氧内养的利用进而促使EPO的合成。当机体相应的甲状腺功能低下时，造成EPO的生成减少，机体代谢过慢，神经系统兴奋性降低，消化吸收功能减弱。另外还发现一些血管收缩药物，如血管紧张素II（AngII）可通过作用于血管紧张素I型受体（AT1R）增加EPO的产生。EPO的临床使用主要是用于肾功能衰竭有关的贫血、肾小球间质细胞功能下降造成的骨髓造血干细胞功能减弱。EPO及其受体激动剂常用于伴有骨髓抑制的慢性肾炎或癌症患者以及危重病人提高血红蛋白水平和避免输血，但同时也潜在增加了深静脉血栓的风险。综上所述，EPO 制剂能够提高耐力运动员成绩，其主要原因在于；一方面 EPO 制剂能够刺激骨髓造血功能，及时有效地增加红细胞的数量，从而提高血液的携氧能力，使用后 120 天内都能使红细胞血红细胞血红蛋提高，使红细胞比积增加至 55 %60 %，另一方面能够增强机体对氧的结合、运输和供应能力，有利于在高强度况技时，改善缺氧状态，促进肌肉中氧生成，从而使肌肉更有力、工作时间更长。尤其对于耐力运动员来说，其骨骼肌纤维类型中慢肌纤维比例较大，骨骼肌工作主要依靠有氧代谢方式供给能量，供氧能力的强弱直接影响骨骼肌的工作效率，因而使用 EPO 制剂，提高骨骼肌的工作效率是显而易见的。三、EPO兴奋剂的危害及检测（一）EPO兴奋剂的危害1、EPO 兴奋剂滥用对健康的危害适当的使用红细胞生成素会产生显著的效果，但也有许多不良反应，如用药后出现头痛、低热、乏力、肌痛、关节痛，过敏反应，包括过敏性休克，血压升高、原有高血压恶化和因高血压行脑病而有头痛、意识障碍、痉挛等证状，甚至引起脑出血。滥用EPO类药物会给运动员的健康带来更严重伤害。由于注射EPO 类药物可刺激红细胞 的额外增加，红细胞压积会以线性方式上升至危险的高水平。正常情况下，红细胞压积在运动中为55%，使用EPO 类药物后，可高达70%，这意味着血液中只剩下30%的血浆，血液流动的速度 明显减慢，血液粘滞性增加，给凝血机制带来危害。伴随着运动中的大量出汗，还可引起高血压、癫痛发作血流减慢引起的组织缺氧凝血加快导致的静脉血栓、肺栓塞、充血性心脏病或 中风及大脑损伤。使用EPO类药物还会导致严重的贫血症，由于机体自然生成EPO的能力受到抑制，EPO的分泌量严重不足，加上体内又出现了针对外源性EPO 产生的免疫系统抗体，将严重损害机体的造血机能。2、使用兴奋剂破换了运动会公平的原则滥用兴奋剂有悖于体育运动的宗旨，扼杀了公平、合理竞争的体育精神。因此， 促红细胞生成素等兴奋剂给奥林匹克运动带来的困惑挥之不去，最突出的就是对冠军的置疑、对新纪录的怀疑、对优秀成绩的存疑。每当一个新的冠军产生、一项新的纪录诞生，人们再也难以抱着一种纯洁和虔诚的心境去崇拜明星和膜拜成绩。这对于以社会精神激励为手段的竞技体育不能不说是一个悲哀。长期发展下去必将会对体育运动的发展带来无法弥补的伤害。（二）EPO兴奋剂检测目前对rhEPO的检测方法有间接法：检测血清中的巨红细胞、血清可溶性转铁蛋白受体(sTfr)、增强的红系造血的多个指标(红细胞压积、网织红细胞压积、巨红细胞百分比、血清EPO、sTfr) 和直接法：用电泳和等电位模式测试血样或尿样中的rhEPO。四、结论EPO的自然生成有利于人体内氧气的生成，从而提高运动员的身体素质，但是却被运用于体育比赛中，不仅伤害了运动员的身体健康，同时，也是对奥运精神的一种漠视。科技快速发展的今天，每一样发现和创新都意味着极大的道德风险，所以，我们在运用技术的同时，应该持有积极向上的健康的心理素质，不仅保护了自己，同时也保证了整个社会的公平。参考文献1厉彩虹. 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