中國田徑優秀運動員IGF-1在訓練、比賽過程中的變化

摘要：（1）目的：IGF-1、HGH在運動過程中的研究已經非常深入，但在優秀運動員訓練和比賽過程中的變化研究較少。現選取田徑高水平運動員6人（男3人，女3人）進行為期9個月的訓練、比賽跟蹤，根據訓練節奏每月進行一次抽血；（2）方法：IGF-1：電化學發光免疫分析的夾心法，儀器：羅氏電化學發光免疫分析儀E601；體成分：生物電抗阻，儀器：INBODY570；（3）結果：①男子運動員IGF-1水平與HB及肌肉含量呈正相關；②女子運動員IGF-1水平與HB成負相關，HGH水平與C呈負相關；③賽前應激狀態下與訓練過程中非應激狀態IGF-1水平未見明顯差異；④男子運動員競技狀態水平與BUN呈負相關 ；（4）結論：①IGF-1的促合成效果在男運動員中表現較明顯；② IGF-1在女運動員中的對競技狀態有一定參考價值。

關鍵詞：IGF-1 "高水平運動員 "運動訓練 "競技比賽

胰島素樣生長因子（insulin-like growth factors， IGF）由胰島素樣生長因子-1受體（IGF-1R）、胰島素樣生長因子-2受體（IGF-2R）和6個胰島素樣生長因子結合蛋白（IGFBP）組成，其中胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1， IGF-1）通過內分泌的方式來調節生長激素以誘導機體合成和分解代謝，或以旁分泌、自分泌的方式在胚胎時期和出生后的發育過程中發揮重要的調節作用。

IGF-1是結構與胰島素類似的多肽分子，可結合的受體有 IGF-1R、胰島素受體以及兩者的雜合受體，但其與IGF-1R的親合力較高。IGF-1極少以游離狀態存在，其在體內與IGFBP相結合，再與IGF受體結合，改變二聚體受體構象以及磷酸化，進而激活IGF-1R的下游信號通路，發揮多重生物學功能。例如，補充IGF-1，使得融合指數和肌球蛋白重鏈表達增加，可以緩解由線粒體吞噬缺陷引起的成肌細胞分化受損。IGF-1可以通過激活相關途徑，提高胰腺β細胞的生存能力，抑制其凋亡，誘導胰島素分泌，減輕氧化損傷，并阻止糖酵解。

雖然IGF-1 具有多重生物學功能，但其使用的安全性仍存在爭議。當人體中缺乏IGF-1可導致缺血性心臟病、代謝綜合征、骨骼肌減少癥等疾病的發生。研究顯示，外源性IGF-1療法可帶來一系列副作用，通過長期的IGF-1治療可帶來較嚴重的副作用，例如腫瘤的生成、腎肥大等，循環系統中較高水平的IGF-1與癌癥之間存在潛在關系，但目前沒有證據表明IGF-1與正常細胞的惡性轉化有關，仍需更深層次的研究。

運動對骨和骨骼肌、心血管、肝臟等器官與組織的生長發育意義重大，可防治多種代謝性疾病。研究表明通過運動可促進機體內源性分泌IGF-1，而內源性IGF-1是防治相關代謝性疾病更加安全的手段，并且還可改善藥物治療帶來的副作用。有研究表明，運動可影響骨骼肌和循環系統中的IGF-1水平，它通過調控機體的IGF-1水平，可以預防和延緩多種代謝性疾病的發生和發展。不同類型的運動對IGF-1表達有不同的影響，研究顯示人在高強度有氧運動后，IGFBP和骨骼肌 IGF-1水平顯著上升。持續有氧運動、間歇有氧運動均可以提高循環系統中的IGF-1含量，并且抗阻運動也可增加循環系統中的IGF-1水平。體育鍛煉可能是控制IGF-1代謝和血液濃度變化的替代療法。

IGF-1在保持軟骨細胞在正常軟骨中的代謝動態平衡中起到重要的作用，并能改善體內軟骨的愈合、定向誘導脂肪干細胞向軟骨細胞方向分化。它還可以調節骨骼細胞的功能，促進成骨細胞增殖、分化、募集，并且抑制細胞凋亡，刺激骨膠原的合成和DNA的轉錄，達到抑制膠原的降解，增加骨基質沉積的作用。IGF-1可以增加骨骼肌的蛋白合成，減少骨骼肌的蛋白降解。具有促進肌肉組織利用葡萄糖，促進受傷骨骼肌愈合的能力。它通過激活AKT以及激活雷帕霉素復合物1（mTOR）的哺乳動物靶標來提高mRNA翻譯速率，增加細胞蛋白質產量，從而對肌肉進行合成代謝。有研究表明IGF-1對骨骼肌的合成代謝作用是由局部機制而非全身機制介導的。并且值得注意的是，訓練降低了基礎循環和間質IGF-1，但沒有改變基礎肌內IGF-1蛋白活性。訓練后，急性運動誘導的間質IGF-1增加與肌內IGF-1表達和信號傳導密切相關。這些發現突出了在分析IGF-1時多生物室測量的重要性，并表明IGF-1在肥大適應中的作用是局部介導的。綜上，運動對IGF-1的產生發揮著積極的作用，因此研究運動如何調控IGF-1、改善機體代謝性疾病具有重要研究價值。

專業運動員的肌肉修復合成能力是促進恢復的主要因素之一，本研究旨在研究優秀田徑運動員9個月的訓練和比賽過程中IGF-1和HGH變化及與其他生理生化指標的關系，為高水平訓練監控提供更多數據支持。

1、研究對象與方法

1.1、研究對象

廣東省田徑優秀運動員6名，男運動員3名，主項為100m，女運動員3名，主項為三級跳，等級均為國家健將，基本信息如下表：

1.2、研究方法

觀察法：2021年1月-9月十四屆全運會，觀察記錄每堂訓練課訓練內容，并監測期間生理生化指標，根據訓練、比賽節奏每月1-2次抽血，訓練節奏為三周大運動量后調整一周，體成分測試點為第三周大運動量周五早7：00空腹，抽血點為三周大運動量訓練后第四周周一早7：30空腹，比賽抽血點為比賽當周周一早7：30空腹。記錄每周最好專項能力成績。100m參考專項能力測試為60m跑，三級跳為專項成績。

測試方法和儀器：IGF-1：電化學發光免疫分析的夾心法，儀器：羅氏電化學發光免疫分析儀E601；體成分：生物電抗阻，儀器：INBODY570。

1.3、統計方法

數據采用SPSS進行統計分析，相關性分析采用Pearson相關性分析，對每兩個指標之間進行相關分析， 0.5≤|r|＜0.8為中度相關，0.3≤|r|＜0.5為輕度相關，|r|＜0.3為不相關。

不同應激狀態下生化指標采取單因素方差分析，顯著性水平取P＜0.05，非常顯著性水平取P＜0.01。

2、研究結果

從上表可以看出，男性、女性優秀運動員的HGH和IGF-1水平個體差異較大，而且從這6名優秀運動員的數據來看，個人成績越好的運動員IGF-1相對水平越高，IGF-1水平是否與競技水平有一定相關性還需要做進一步研究。

2.1、IGF-1與肌肉量的關系

男子運動員IGF-1與肌肉量呈非常顯著中度正相關（r=0.612，P＜0.01），與脂肪含量呈非常中度負相關（r=0.540，P＜0.01）。女子運動員未見IGF-1與肌肉量呈顯著相關（r=-0.304，P＞0.05）。肌肉含量與其他常規監測指標對比后發現，男子運動員Hb與肌肉量呈非常顯著正相關（r=0.667，P＜0.01），CK與肌肉量呈非常顯著正相關（r=0.587，P＜0.01）；女子運動員Hb與肌肉量呈非常顯著正相關（r=0.523，P＜0.01）。

2.2、IGF-1與專項能力成績的關系

男子運動員IGF-1與專項能力成績未見顯著相關（r=0.316，P＞0.05）沒有作圖，女子運動員IGF-1與專項成績呈輕度顯著正相關（r=0.379，P＜0.05）。男子專項能力成績與其他常規監測指標對比后發現，男子運動員專項能力成績與BUN呈輕度顯著負相關（r=-0.466，P＜0.05）。

2.3、IGF-1與應激狀態的關系

男子和女子運動員在賽前IGF-1水平與訓練期間IGF-1水平采用單因素方差分析未見顯著性差異（P＞0.05）。

2.4、IGF-1與常規監測指標之間的關系

在IGF-1與常規血液監控指標：CK、Bun、T、C、Hb進行相關性分析后發現，男子運動員IGF-1與Hb呈中度非常顯著正相關（r=0.682，P＜0.01），女子運動員IGF-1與Hb呈非常顯著輕度負相關（r=-0.431，P＜0.01）。

3、討論

（1）眾多研究已經證實，IGF-1是肌肉質量和功能的重要調控因子，大強度運動刺激GH的分泌，但GH需要通過IGF-1發揮其生理作用，IGF-1激活PI3K-Akt-mTOR信號通路促進蛋白質合成。因此IGF-1在促進肌肉蛋白合成，增大肌肉體積，提高肌肉力量，提高運動表現方面具有積極作用。IGF-1在骨骼肌干細胞的增殖、肌細胞的分化以及融合成肌管過程中發揮著積極作用。陳彩珍等人研究發現，8周的跑臺訓練和尾巴負重爬樓梯訓練均可以使腓腸肌中IGF-1mRNA的表達增加，并有顯著性效果。本實驗結果表明：在男子運動員中，IGF-1與肌肉量呈非常顯著中度正相關，說明IGF-1在肌肉合成方面起到了非常重要的作用，但女子運動員由于雄性激素相對較低，促合成能力不如男子運動員，所以在女子運動員未見IGF-1與肌肉量呈顯著相關。雖然GH通過IGF-1發揮其生理作用，但GH與IGF-1的相關性未見統計學意義；（2）IGF-1與專項能力之間也出現男女差異，女運動員IGF-1水平與轉向能力指標呈輕度顯著正相關，提示IGF-1在一定程度上可以激發女性運動員競技狀態，目前還沒有發現有研究表明IGF-1與運動狀態相關的報道；男運動員競技狀態水平與BUN呈輕度顯著負相關，而BUN則是間接反應訓練量的敏感指標，這表明男運動員的競技狀態可能與訓練節奏相關性更大，需更加注重賽前減量訓練的節奏把控，使運動員狀態調整到最佳；

（3）IGF-1與常規運動訓練血液監測指標BUN、CK、T、C、Hb等的相關性結果顯示，IGF-1與Hb呈非常顯著性相關，但是根據性別不同表現不同，男性運動員呈正相關，女性運動員呈負相關，有研究顯示Hb水平受多種因素影響，如鐵的儲備情況、維生素A水平、運動訓練、女性月經等，而男性運動員鐵儲備及VA、蛋白質水平等都優于女性運動員，故IGF-1與Hb呈現出中度非常顯著性正相關；而女性運動員Hb受影響因素較多，單一IGF-1因素影響不占主要地位，Hb與IGF-1出現了輕度的負相關。

4、結論

（1）用IGF-1作為促合成監控指標對于優秀男性運動員參考價值更大，Bun一定程度上反映出男性運動員競技狀態；

（2）IGF-1作為促合成監控指標對于女性優秀運動員參考價值不大，但是可以作為評判競技狀態作為參考。

參考文獻：

[1]Xu Y，Kong GK，Menting JG，Margetts MB，Delaine CA， Jenkin LM， Kiselyov VV，De Meyts P，Forbes BE，Lawrence MC.How ligand binds to the type 1 insulin-like growth factor receptor[M].Nat Commun，2018，9（1）.

[2]Aguirre GA，De Ita JR，de la Garza RG，Castilla-Cortazar I. Insulin-like growth factor-1 deficiency and metabolic syndrome[J]. Transl Med ，2016，14.

[3]Rinderknecht E，Humbel RE. The amino acid sequence of human insulin-like growth factor I and its structural homology with proinsulin[J].Biol Chem，1978，253（8）.

[4]Gauguin L， Klaproth B，Sajid W，Andersen AS，McNeil KA， Forbes BE，De Meyts P. Structural basis for the lower affinity of the insulin-like growth factors for the insulin receptor[J].Biol Chem，2008，283（5）.

[5]Vitale G，Pellegrino G，Vollery M， Hofland LJ.Role of IGF1 system in the modulation of longevity： controversies and new insights from a centenarians'perspective[M].Front Endocrinol （Lausanne） ，2019.

[6]Adamo M，Roberts CT Jr，LeRoith D.How distinct are the insulin and insulin-like growth factor I signalling systems[M].Biofactors，1992，3（3）.

[7]Choi E，Kikuchi S，Gao H，Brodzik K，Nassour I，Yopp A， Singal AG，Zhu H，Yu H.Mitotic regulators and the SHP2MAPK pathway promote IR endocytosis and feedback regulation of insulin signaling[M].Nat Commun，2019，10（1）.

[8]Guan X，Yan Q，Wang D，Du G，Zhou J.IGF-1 Signaling Regulates Mitochondrial Remodeling during Myogenic Differentiation[M].Nutrients，2022.

[9]Cui F，He X.IGF-1 ameliorates streptozotocin-induced pancreatic β cell dysfunction and apoptosis via activating IRS1/PI3K/Akt/FOXO1 pathway[M].Inflamm Res，2022 .

[10]Puche JE，Castilla-Cortázar I.Human conditions of insulinlike growth factor-I （IGF-I） deficiency [J].Transl Med ，2012.

[11]Anderson LJ，Tamayose JM， Garcia JM.Use of growth hormone，IGF-I，and insulin for anabolic purpose：Pharmacological basis，methods of detection， and adverse effects[M].Mol Cell Endocrinol，2018.

[12]Kasprzak A，Kwasniewski W，Adamek A，Gozdzicka-Jozefiak A.Insulin-like growth factor （IGF） axis in cancerogenesis[M].Mutat Res Rev Mutat Res，2017.

[13]Backeljauw PF，Underwood LE;GHIS Collaborative Group. Therapy for 6.5-7.5 years with recombinant insulin-like growth factor I in children with growth hormone insensitivity syndrome：a clinical research center study[J].Clin Endocrinol Metab，2001，86（4）.

[14]Luan X，Tian X，Zhang H，Huang R，Li N，Chen PJ，Wang R. Exercise as a prescription for patients with various diseases[J].Sport Health Sci，2019，8（5）.

[15]Norling AM，Gerstenecker AT，Buford TW，Khan B，Oparil S， Lazar RM.The role of exercise in the reversal of IGF-1 deficiencies in microvascular rarefaction and hypertension[M].Geroscience，2020，42（1）.

[16]Kim S，Choi JY，Moon S，Park DH，Kwak HB，Kang JH.Roles of myokines in exercise-induced improvement of neuropsychiatric function[M].Pflugers Arch，2019，471（3）.

[17]Guo S，Huang Y，Zhang Y，Huang H，Hong S，Liu T.Impacts of exercise interventions on different diseases and organ functions in mice[J]. Sport Health Sci，2020，9（1）.

[18]Li BW，Feng LL，Tian ZJ.Research progress of the role of IGF-1 in metabolic diseases and the effect of exercise intervention[M]. Sheng Li Xue Bao，2021.

[19]Kraemer WJ，Ratamess NA，Nindl BC.Recovery responses of testosterone，growth hormone，and IGF-1 after resistance exercise[J]. Appl Physiol （1985），2017，122（3）.

[20]?ebrowska A，Hall B，Maszczyk A，Bana? R，Urban J.Brain-derived neurotrophic factor，insulin like growth factor-1 and inflammatory cytokine responses to continuous and intermittent exercise in patients with type 1 diabetes[M].Diabetes Res Clin Pract， 2018，144.

[21]Rojas Vega S，Knicker A， Hollmann W，Bloch W，Str üder HK. Effect of resistance exercise on serum levels of growth factors in humans[M].Horm Metab Res，2010，42（13）.

[22]Bakker AD，Gakes T，Hogervorst JM，de Wit GM，Klein-Nulend J，Jaspers RT.Mechanical Stimulation and IGF-1 Enhance mRNA Translation Rate in Osteoblasts Via Activation of the AKT-mTOR Pathway[J].Cell Physiol，2016.

[23]Sterczala AJ，Pierce JR， Barnes BR，Urso ML，Matheny RW， Scofield DE，Flanagan SD，Maresh CM，Zambraski EJ，Kraemer WJ， Nindl BC.Insulin-like growth factor-I biocompartmentalization across blood，interstitial fluid and muscle，before and after 3 months of chronic resistance exercise[J].Appl Physiol （1985），2022.