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運動對PRP中生長因子濃度之影響

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本研究共測量 IGF-1、PDGF-AB、VEGF 及 TGF-β 四種生長因子。這些生長因子 理論上是從血小板製造釋出,若血液中血小板的濃度增高,則血小板活化後所產生的生 長因子的濃度也會隨之增高。以往有許多針對運動後血中生長因子濃度增加的研究,但 多針對某單一生長因子,且並沒有針對不同強度的運動進行比較;運動前、後 PRP 中 生長因子變化的研究更是十分少見。Hamilton 曾針對十位平均年齡為 34.3 歲的高加索 人進行研究,發現以50% 最大動力輸出的強度進行運動一小時後,其 PRP 中血小板的 濃度與安靜時採血時的PRP 中並無差異。此外,PRP 中 PDGF、VEGF 及 HGF (hepatocyte growth factor, 肝細胞生長因子)濃度並未增高。個人在本研究前對此結果採保留態度,

因為理論上足夠強度的運動,應可造成血小板的上升,進而造成生長因子濃度及數量的 增加。Hamilton 觀察運動後血小板濃度無變化的結果與本研究結果不同。詳究 Hamilton 之研究,受試者經50%最大動力輸出的強度且時間為一小時,理應有相當程度的血小板

PDGF-AB、VEGF 及 TGF-β 四種生長因子濃度上升的比率分別為 0.86%、12.18%、22.18%

及 13.74%。除 IGF-1 外,其餘三種生長因子的濃度均較安靜時 PRP 中濃度上升為高,

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圖7、中等強度與高強度運動後 PRP 中生長因子濃度增減率

在高強度運動後,PRP 中血小板濃度上升率為 17.19%,而四種生長因子的上升率 則為10.35%、8.20%、4.67%、及 19.06%。其中除 TGF-β 濃度的上升率高於血小板的上 升率,其餘生長因子上升均低於血小板的上升率。IGF-1 在高強度運動後上升率雖不如 血小板,但其運動前後有明顯統計上的差異。此結果顯示,在高強度運動後,雖然PRP 中血小板的增加更為顯著,但除了 TGF-β 之外,其餘生長因子濃度的增加較為有限。

IGF-1 在血中的濃度穩定,不易有濃度高低起伏(Kochanska-Dziurowicz, Janikowska, Bijak, Stanjek-Cichoracka, & Mazurek, 2014);中等運動強度後 IGF-1 僅有 0.86%的增加,而在 高強度運動後卻有10.35%的增加。IGF-1 是骨骼肌生成及修補的重要調整者,此結果可 能意謂高度運動對於骨骼肌的強化有增進的效果,但中等強度運動則無此功效。然而,

在過去的研究中發現,IGF-1 的上升與乳癌的發生有關 (Arikawa, Kurzer, Thomas, &

Schmitz, 2010),因此除非運動的目的在使 PRP 中 IGF 的濃度明顯上升,否則建議中等 運動強度即可,因為中等強度運動便足夠使大部份的生長因子增高,而不會使IGF 濃度 上升,以避免增加不必要的乳癌發生危險。

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前人對 PRP 中血小板與生長因子的研究,絕大部份均以濃度的計算為主。然而,

研究中抽血量的多少也會影響血小板總數的結果。由於本研究抽血量為34cc,需分作五 個採血管收集。實驗進行中以 20cc 的空針筒抽取兩注入採血管中,可能因為採血管中 的負壓不足,或是操作者注入血液的目測誤差,各受試者每次總抽血量均有些微差異;

雖然在統計上兩次運動之前、後採血量並無差異,但在細胞顆粒數及生長因子量(總重)

之計算上可能有些微差別。因此,本研究另將PRP 之血小板與生長因子的濃度分別乘以 受試者各別之相對PRP 體積,得到每次抽血前後之血小板顆粒數及生長因子量,將之平 均後進行比較(表13 及圖 8)。 在中等強度運動後,血小板數量上升 12.81%,而 IGF-1、

PDGF、VEGF 及 TGF-β 四種生長因子量分別上升 0.11%、17.48%、25.48 及 15.72%,

除IGF-1 外,其他三種生長因子量在運動前、後均有明顯差別,顯示中等運動有助於活 化後的 PRP 中生長因子的釋放。而在高強度運動後,血小板量上升 16.66%,而四種生 長因子總重則分別上升了7.57%、7.45%、5.85 及 19.09%。除 TGF-β 外,其餘生長因子 量的上升率不如血小板上升率。本研究推論,30 分鐘的高強度運動,並不會更加促 PRP 中生長因子的釋放,反而會阻礙 PDGF 及 VEGF 的釋放。中等強度運動後活化的 PRP 中IGF-1 的量極低,而高強度運動後的 IGF-1 較中等強度運動後上升比率為高,雖不及 血小板上升之比率,但較中等強度中上升率增高甚 多(0.11% vs. 7.57%),顯示若需以運 動增高IGF-1 的數量,進而對骨骼肌有促進作用, 需以高強度運動方可達到目的。

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圖8、中等強度與高強度運動後 PRP 中生長因子數量增減率

本研究採取血漿中血小板濃度最大之底層濃厚液做為PRP 之來源,並將取出 PRP 後的血漿再次離心,取得濃厚液加入 PRP 中,其餘之血漿則為 PPP。由於 PRP 之體積 小於1 cc,因此所餘之 PPP 量為 11.66~12.66 ml,PPP 與 PRP 之體積比為 13.03~14.46 倍。雖然PPP 中血小板及生長因子濃度遠較 PRP 中為小,但其體積卻遠較 PPP 中為大,

因此留在 PPP 中的血小板量及生長因子可能亦為數不少。本研究將 PPP 之濃度分開計 算,得知在中等強度與高強度運動後,PRP 中 VEGF 的濃度分別上升了 22.18%及 4.67%,

PRP 中 VEGF 量則分別上升了 25.48%及 5.85%; 而 PPP 中 VEGF 濃度分別下降了 31.69

%與 14.15%。 此結果顯示,VEGF 在高強度運動後可能容易在運動中釋出至血漿,

以致血小板釋出VEGF 的能力中降低。

IFG-1 可以在體內不同部位產生,如肝臟及血小板中(Frystyk, 2010)。在體循環中,

IGF-1 在肝臟中的生成受到生長激素(growth hormone, GH)的調節,而 IGF-1 對骨骼肌的 生成、維持及再生有重要的影響。在運動後的10-15 鐘,體內的生長激素會大量產生,

但尚未能促成IGF-1 的生成。 過去的研究指出,在低強度的運動後,血中 IGF-1 的濃 度會降低(Nishida et al., 2010; Wieczorek-Baranowska et al., 2011)或不變(Nindl et al.,

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2001),而另一研究也指出高強度的運動後並不會使血中 IGF-1 的濃度降低

(Kochanska-Dziurowicz, Janikowska, Bijak, Stanjek-Cichoracka, & Mazurek, 2015)。相對的,

亦有研究指出,在急性的阻力運動後,血中的IGF-1 濃度會增高(Gregory et al., 2013;

Schwarz, Brasel, Hintz, Mohan, & Cooper, 1996)。 以上的研究均針對運動後體循環中 IGF-1 的變化,並沒未有研究針對運動後 PRP 中 IGF-1 的變化。本研究結果指出,不同 運動強度的運動會使PRP 中活化後的 IGF-1 濃度有不同。雖然在中等強度運動後血小板 濃度上升了10.25%,IGF-1 的濃度只上升了 0.86%,而在高強度運後血小板濃度上升 17.19%,IGF-1 卻上升了 10.35%之多,顯示兩種運動對於 IGF-1 的影響不同。在 PPP 中也有類似的結果,中等強度及高強度運動後PPP 中 IGF-1 的濃度分別上升了 0.51%及 6.35%。在中等運動強度下,不論 PRP 與 PPP 中 IGF-1 的濃度變化量均在 1%之內,此 結果符合前人所述:IGF-1 在血中的濃度穏定變化有限,且此生長因素有時被認為不是 從血小板的α-顆粒所產生(Hamilton et al., 2015),因此血小板的濃度與數量雖然上升,

經活化後的血小板卻不易釋出IGF-1;高強度的跑步運動後,活化後的 PRP 中可以得到

但卻同時可能增高某些癌症的發生率(Nishida et al., 2010),並可能增高女性罹患乳癌的 風險,應列入運動建議之考量(Arikawa et al., 2010)。

本研究與 Hamilton 均是以運動後的 PRP 做為研究,但實驗後的結果差異甚大。

本研究發現不論中等強度或是高強度運動,運動後PRP 活化所得的生長因子濃度均較運 動前為高,但不同強度運動對生長因子增加的效果不同。Hamilton 的研究則顯示所有的 生長因子在運動後均會下降,且除 IGF-1 之外的所有生長因子在運動後 18 小時之濃度 更小。比較本研究與Hamilton 的研究,除受試者年齡(本研究 31.9±5.2 歲 vs. Hamilton

53 100%的生長因子均由血小板內釋出(Arnoczky & Sheibani-Rad, 2013; Bennett & Schultz, 1993a; Marx, 2001)。若以氯化鈣作為血小板的活化劑,則在加入氯化鈣後血小板會立刻 被纖維素所包覆,並在一星期內緩慢釋放出其內的生長因子。本研究採取牛凝血酶加氯 化鈣作為活化劑(142.8U/ml bovine thrombin+14.3mg/ml CaCl2),並在加入活化劑後置於 室溫下作用一小時,以使得生長因子大量釋出。有研究分別以三種不同濃度的牛凝血酶 活及氯化鈣作為活化劑(分別為方法一: 142.8U/ml bovine thrombin+14.3mg/ml CaCl2; 方法二: 28.56 U/ml bovine thrombin+ 2.86 mg/ml CaCl2;方法三:14.28U/ml bovine thrombin +1.43mg/ml CaCl2),結果發覺以高濃度的bovine thrombin及氯化鈣對於生長因 子的釋出效果最好(Martineau, Lacoste, & Gagnon, 2004),因此本研究採用上述方法一作 為活化劑。 我們認為,Hamilton 以氯化鈣作為單一活化劑的作法,可能會大量減低生 長因子的濃度,進而影響研究結果的正確性。

為何中等強度的運動可以促使大部份的生長因子由受活化PRP中釋放,而高強度 的運動反而可能抑制生長因子的釋出?本研究無法完全解釋; 此研究的結果與Hamilton 的結果有差異,可提供後續PRP 治療及運動處方建議之參考。

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第陸章 結論與建議

本研究重要結論如下:

1. 中等強度運動或高強度運動後,血液中血小板的濃度明顯較安靜時為高(p<0.05),

且高強度運動後血小板濃度上升比率明顯高於中等強度運動後的上升比率。

2. 運動後 PRP 中血小板的濃度明顯較安靜時之 PRP 中為高(p<0.05),且高強度運動 後PRP 中血小板濃度上升比率明顯高於中等強度運動後的上升比率。

3. 中等強度運動後 PRP 中 VEGF 的濃度及 PDGF-AB、VEGF、TGF-β 三種生長因子 量明顯較安靜時PRP 中為高(p<0.05),且其上升比例較血小板上升之比率為高,顯 示中等運動強度不但使PRP 中血小板及生長因子量增高,對某些生長因子的釋出 更有促進的效果。

4. 高強度運動後 PRP 中血小板及所有生長因子量均增加,但除 TGF-β 外,其餘生長 因子增加之比率均不如血小板增加率。高強度運動無法更進一步促進PDGF-AB 及 VEGF 兩種生長因子的釋放,反而可能妨礙這兩種生長因子的生成。

5. 欲使 PRP 中 IGF-1 的濃度及數量增加,需以高強度運動方能達到目的,中等強度 運動無法使IGF-1 增加。

根據本研究之結論,提供建議如下:

1. 製備 PRP 前,令患者以 50%儲備心跳率的中等運動強度運動 30 分鐘後再行採血,

可明顯提高PRP 中血小板的濃度,並明顯提高活化後 PDGF、VEGF 及 TGF-β 三 種生長因子數量。

2. 欲提高 PRP 中生長因子的濃度,不需進行 85%儲備心跳率的高強度運動。高強度

2. 欲提高 PRP 中生長因子的濃度,不需進行 85%儲備心跳率的高強度運動。高強度

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