饒志堅(jiān)，常 蕓，王世強(qiáng)，馬曉雯

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長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對心臟的不利影響

饒志堅(jiān)1，2，常 蕓2，王世強(qiáng)2，馬曉雯2

長期耐力運(yùn)動(dòng)能防治慢性疾病，尤其是與心血管相關(guān)的慢性疾病，如心衰、冠心病和高血壓等，這一點(diǎn)已經(jīng)被廣泛認(rèn)可。很多人都積極參與大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)，如半程/全程馬拉松、超級馬拉松、鐵人三項(xiàng)和山地自行車等。但越來越多的研究表明，“運(yùn)動(dòng)員心臟”并不完全是有利變化，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)給身體帶來有利一面的同時(shí)還對心臟有不利影響。一次大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)需氧量持續(xù)增加，心輸出量長時(shí)間保持在較高水平，心臟負(fù)荷增大，心臟的4個(gè)腔室會(huì)過度伸展，導(dǎo)致心肌纖維撕裂，造成微損傷，而且，運(yùn)動(dòng)時(shí)兒茶酚胺持續(xù)升高，再加上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的自由基增多，兩者通過誘發(fā)和增加炎癥反應(yīng)來惡化這一損傷。這些損傷雖然在1周內(nèi)可以恢復(fù)，但長期重復(fù)損傷則會(huì)形成“瘢痕”，造成不利的心肌重塑，為心律失常和心臟功能障礙建立了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，進(jìn)而誘發(fā)心源性猝死。

長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)員心臟；心肌重塑；心律失常；心源性猝死

長期耐力運(yùn)動(dòng)有促進(jìn)健康的作用，無論對心血管系統(tǒng)還是非心血管系統(tǒng)。然而，社會(huì)上卻存在兩種極端現(xiàn)象：一是缺乏運(yùn)動(dòng)，二是過度運(yùn)動(dòng)，如長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)。缺乏運(yùn)動(dòng)問題已經(jīng)得到足夠的重視，并發(fā)現(xiàn)了其種種不利影響，但是大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)問題卻沒得到相應(yīng)程度的重視，這使參與長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)的人群(尤其是大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)的專業(yè)運(yùn)動(dòng)員)對自身的健康隱患沒有全面的認(rèn)識。長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)常伴有心臟結(jié)構(gòu)、功能和電生理的變化，這些變化統(tǒng)稱為“運(yùn)動(dòng)員心臟”。耐力運(yùn)動(dòng)員的這些典型的心肌重塑和高水平的心輸出量互為因果，最終使心臟腔室容積增大，心室壁增厚，心室質(zhì)量增加。而這些結(jié)構(gòu)重塑可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員發(fā)生心律失常和心臟功能障礙，甚至還能誘發(fā)心源性猝死，本文將圍繞這一主題展開綜述。1 耐力運(yùn)動(dòng)與健康

長期耐力運(yùn)動(dòng)能夠提高生活質(zhì)量，主要表現(xiàn)在改善人體心血管功能和提高整體健康水平?！斑\(yùn)動(dòng)是藥物”，盡管運(yùn)動(dòng)不是真正的藥物，但是它卻有藥物學(xué)的特征。長期耐力運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生許多有利的生理學(xué)變化，從而有效地防治一些常見的慢性疾病，如心衰、冠心病、肥胖、糖尿病、高血壓和抑郁癥等[20]。進(jìn)行長期耐力運(yùn)動(dòng)的人群肢體功能障礙的發(fā)病率顯著低于不運(yùn)動(dòng)的人群，且他們的平均壽命也比不運(yùn)動(dòng)的人長[47]。鑒于長期耐力運(yùn)動(dòng)有如此多的促進(jìn)健康的作用[45](圖1)，長期耐力運(yùn)動(dòng)受到整個(gè)社會(huì)的鼓勵(lì)，甚至有人認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)越多則越健康。

圖1 長期耐力運(yùn)動(dòng)的益處示意圖

正如藥物有最大的安全劑量，運(yùn)動(dòng)也是如此，超過一定的運(yùn)動(dòng)量就會(huì)對機(jī)體產(chǎn)生不利的影響，抵消部分運(yùn)動(dòng)帶來的利好，甚至弊大于利。Wen等[72]的研究發(fā)現(xiàn)，對于沒有運(yùn)動(dòng)習(xí)慣的人而言，哪怕每天進(jìn)行一次15 min的中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)也能促進(jìn)健康，且其促進(jìn)效果與運(yùn)動(dòng)量有劑量依賴性，其效果在每天進(jìn)行50～60 min的劇烈運(yùn)動(dòng)(或者90～100 min的中低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng))時(shí)達(dá)到峰值，超過這一運(yùn)動(dòng)量則不會(huì)帶來更好的促進(jìn)健康的效果。

Lee等[46]進(jìn)行了一項(xiàng)對52 000人的15年跟蹤研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與不運(yùn)動(dòng)的對照組相比，運(yùn)動(dòng)組的死亡率下降了19%。運(yùn)動(dòng)組再按運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)頻率分亞組，結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)距離在8～32 km內(nèi)則其死亡風(fēng)險(xiǎn)下降25%，超過32 km或40 km則其死亡風(fēng)險(xiǎn)與對照組無差異；運(yùn)動(dòng)速度在10～11 km/h其死亡風(fēng)險(xiǎn)下降，超過13 km/h則其死亡風(fēng)險(xiǎn)與對照組相同；運(yùn)動(dòng)頻率在2～5天/周則其死亡風(fēng)險(xiǎn)下降，6～7天/周則其死亡風(fēng)險(xiǎn)與對照組相似。可見，死亡率與運(yùn)動(dòng)距離、速度和頻率呈U型關(guān)系。

Michaelides等[51]將60名冠心病患者隨機(jī)分為兩組，分別一次性運(yùn)動(dòng)30 min和60 min，對比運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后24 h的血壓、血管彈性、血清丙二醛、血清超氧化物歧化酶1和超氧化物歧化酶2。經(jīng)2周清除后(測試前4天內(nèi)禁止運(yùn)動(dòng)和劇烈行走)，再做相同的運(yùn)動(dòng)和指標(biāo)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，30 min組患者動(dòng)脈彈性增加，氧化應(yīng)激減少；60 min組氧化應(yīng)激增多，血管硬度增加。表明運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間是血管功能和抗氧化平衡的決定因素。

由此可見，缺乏運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致慢性疾病的發(fā)病率升高，中低強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)能獲得促進(jìn)健康的效果，降低慢性病的發(fā)病率，而大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)則可能使效果下降甚至引起運(yùn)動(dòng)性心血管疾病(圖2)[50]。

圖2 不同強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)對人體健康影響的U型曲線圖

2 運(yùn)動(dòng)員心臟

耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體需氧量持續(xù)增加，正常情況下為滿足機(jī)體對氧的需求，心輸出量也會(huì)相應(yīng)增加，安靜狀態(tài)下，心輸出量為5 L/min，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)心輸出量可增加5～7倍，達(dá)到25～35 L/min[42]。當(dāng)長時(shí)間需要如此大的心輸出量時(shí)會(huì)對心臟造成極大的負(fù)荷，尤其對于那些參與需要保持較高心臟工作能力項(xiàng)目的年輕運(yùn)動(dòng)員，如長跑、賽艇、游泳和自行車等項(xiàng)目[52]。為滿足如此大的負(fù)荷，心血管會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)性變化。

機(jī)體對一次性耐力運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性變化表現(xiàn)為攝氧量、每搏輸出量、心輸出量和收縮壓增加以及外周阻力下降。而機(jī)體對長期耐力運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性變化主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上的變化，如左、右心室容積增大，左心室壁變厚及其質(zhì)量增加，左心房體積增大等[27]。心臟的這些生理上和結(jié)構(gòu)上的變化被稱為“運(yùn)動(dòng)員心臟”。心臟體積大、強(qiáng)而有力、心輸出量大能滿足高心率下有氧代謝需求，被認(rèn)為是“運(yùn)動(dòng)員心臟”的典型特征[48]。

過去通常認(rèn)為，“運(yùn)動(dòng)員心臟” 的這些特殊的血液循環(huán)和心臟形態(tài)變化是有利的，它代表著機(jī)體對耐力運(yùn)動(dòng)的生理學(xué)適應(yīng)[53]。

心血管疾病預(yù)后不良的患者出現(xiàn)的肥厚型心肌病，其表現(xiàn)為心肌細(xì)胞肥大，心室壁肥厚等，這些結(jié)構(gòu)變化總的來說能夠保證左心室的射血分?jǐn)?shù)。這些變化與“運(yùn)動(dòng)員心臟”的適應(yīng)性變化有部分相似，因此，在臨床上經(jīng)常會(huì)發(fā)生誤診。而肥厚型心肌病患者有心律不齊和猝死的風(fēng)險(xiǎn)，也是運(yùn)動(dòng)猝死的原因之一[71]。那么，“運(yùn)動(dòng)員心臟”是否也會(huì)使運(yùn)動(dòng)員存在類似的風(fēng)險(xiǎn)？

事實(shí)上，越來越多的研究結(jié)果表明，耐力運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)的這些心臟結(jié)構(gòu)變化并不是全都是好的方面[67]。例如，高水平的運(yùn)動(dòng)員退役后，即便幾年內(nèi)不參加比賽及大強(qiáng)度訓(xùn)練，其心臟也不能恢復(fù)到正常大小[60]。La Gerche等[44]發(fā)現(xiàn)，耐力運(yùn)動(dòng)員右心室肥厚，且他們有右心室收縮功能障礙的癥狀，這可能與室性心律失常有關(guān)。這項(xiàng)研究表明，耐力運(yùn)動(dòng)引起運(yùn)動(dòng)員形成“運(yùn)動(dòng)員心臟”，而這些結(jié)構(gòu)變化又可能為心律失常建立了基礎(chǔ)，進(jìn)而可導(dǎo)致心臟功能障礙。運(yùn)動(dòng)員心臟可能的不利影響如圖3所示。

圖3 運(yùn)動(dòng)員心臟的不利影響示意圖

3 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)與心肌損傷

耐力運(yùn)動(dòng)是健康、積極的生活方式中不可或缺的一部分，但馬拉松和其他大強(qiáng)度耐力項(xiàng)目的訓(xùn)練和比賽時(shí)進(jìn)行的過度大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)則可能會(huì)對心血管造成不利的影響，因?yàn)槌掷m(xù)超過1～2 h的大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)引起心房和右心室負(fù)荷增加，這就使心肌過度伸展，造成心肌微損傷。此外，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)造成心肌損傷與它能顯著增加心肌細(xì)胞自噬的發(fā)生程度有關(guān)[7]，本課題組最近研究發(fā)現(xiàn)，成年SD大鼠經(jīng)16周長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后(速度：28 m/min，坡度：10°)心肌細(xì)胞中自噬小體數(shù)量增加， 且Beclin1和LC3的表達(dá)水平也上調(diào)[8]。表明長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)可能引起心肌細(xì)胞過度自噬，進(jìn)而加劇心肌損傷。

馬拉松比賽時(shí)和比賽后，心肌損傷的血清標(biāo)志物，如心肌鈣蛋白(cardiac troponin,cTn)、MB型肌酸激酶(creatine kinase MB,CK-MB)、B型腦鈉肽(B-type natriuretic peptide,BNP)上升了50%[23,33,63]。大強(qiáng)度耐力項(xiàng)目如馬拉松等造成心肌鈣蛋白等心肌損傷的生化標(biāo)志物上升，可能是由于橋粒連接完整性喪失導(dǎo)致一個(gè)心肌細(xì)胞滑向另一個(gè)心肌細(xì)胞[43]。盡管這一變化在1周內(nèi)可恢復(fù)到基礎(chǔ)值，但經(jīng)年累月的過度大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)和重復(fù)損傷，可導(dǎo)致心肌纖維化，尤其是在心房和右心室，進(jìn)而引起房性和室性心律失常。此外，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)能加速心臟“衰老”，如冠狀動(dòng)脈鈣化、心室舒張功能障礙、大動(dòng)脈血管壁變硬等[35]。

然而，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后心臟生化標(biāo)志物濃度上升的意義仍不明確，有學(xué)者認(rèn)為，它完全是一個(gè)短暫性的有利變化，反映的是心血管對大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性變化[13,39]。

因此，Heidbüchel等[35]認(rèn)為，一次大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)會(huì)對心臟造成急性可逆性損傷，如果給予充分的恢復(fù)和修復(fù)時(shí)間，這些損傷可以得到修復(fù)，這樣，長期的大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)會(huì)形成一個(gè)健康的“運(yùn)動(dòng)員心臟”(肥厚均衡，很少或沒有纖維化)。但若運(yùn)動(dòng)間歇時(shí)間短，恢復(fù)時(shí)間不充足，那么，運(yùn)動(dòng)對心臟造成的急性可逆性微損傷則會(huì)堆積，最終導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能重塑(纖維化、心律失常等)，尤其是心房和右心室(圖4)。

圖4 耐力運(yùn)動(dòng)影響心臟功能的可能機(jī)制示意圖

4 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)的病理生理學(xué)

圖5顯示了大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)(馬拉松、鐵人三項(xiàng)等)相關(guān)的不利影響及其病理生理學(xué)。長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)(每天1 h以上)能提高心率、血壓、心輸出量、心臟4個(gè)腔室的容積[65]。持續(xù)大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量的自由基，而且超過機(jī)體的緩沖能力，使運(yùn)動(dòng)員易出現(xiàn)氧化應(yīng)激和短暫性心肌功能障礙[70]。長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)還可導(dǎo)致許多其他的異常反應(yīng)，包括過量的兒茶酚胺持續(xù)釋放使血管收縮、心率加快、游離脂肪酸代謝改變、乳酸中毒和代謝紊亂[49]。

圖5 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)的病理生理學(xué)示意圖

一次大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)(如馬拉松、鐵人三項(xiàng)、賽艇、山地自行車比賽)會(huì)使機(jī)體需氧量上升，從而導(dǎo)致心輸出量增加，心臟前負(fù)荷和后負(fù)荷增加，進(jìn)而造成心肌損傷，心臟生物標(biāo)志物水平升高。這些反應(yīng)對心臟的急性影響為：右心損傷、右心房和右心室擴(kuò)大、心臟舒張功能下降。這種重復(fù)性循環(huán)可能會(huì)刺激免疫細(xì)胞(包括淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞)分泌細(xì)胞因子，這些因子激活成纖維細(xì)胞的增殖，并促使它合成前膠原，進(jìn)而不斷交織形成成熟膠原蛋白，最終在心肌細(xì)胞間和大血管周圍形成纖維化沉積[65]。心肌纖維化又能引起房性和室性心律失常，增加心源性猝死的風(fēng)險(xiǎn)。

5 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)引起不利的心肌重塑

越來越多的研究結(jié)果表明，短期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)和長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對心臟有不利的影響，以右側(cè)心臟(右心房、右心室)最為明顯。大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)心輸出量可增加到安靜狀態(tài)下的5～7倍，要達(dá)到如此高的心輸出量，心臟的4個(gè)腔室會(huì)過度伸展，導(dǎo)致心肌纖維撕裂，造成微損傷，而且運(yùn)動(dòng)時(shí)兒茶酚胺持續(xù)升高，再加上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的自由基增多，兩者通過誘發(fā)和增加炎癥反應(yīng)來惡化這一損傷，最終形成瘢痕，使心血管硬化。長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)能引起右心房和右心室的擴(kuò)張，運(yùn)動(dòng)后心臟會(huì)恢復(fù)原來大小，但隨著心臟伸展和恢復(fù)的重復(fù)出現(xiàn)，有學(xué)者認(rèn)為，這很可能發(fā)展成慢性結(jié)構(gòu)改變，包括心臟右心房和右心室的擴(kuò)張，并伴隨著心肌纖維化。發(fā)生這一變化的原因可能是心臟對大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)血流過載和心肌過度損傷的反應(yīng)。這些變化可能沒有臨床癥狀，且可能累積很多年；耐力運(yùn)動(dòng)員也更容易發(fā)生心律失常，如房顫和/或室性心律失常[58]。

5.1 耐力運(yùn)動(dòng)員的研究

Trivax等[67]觀察25名馬拉松運(yùn)動(dòng)員發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員右心房和右心室出現(xiàn)急性擴(kuò)張，并伴隨右心室射血分?jǐn)?shù)下降。La Gerche等[42]研究了40名高度訓(xùn)練的耐力運(yùn)動(dòng)員完成各自項(xiàng)目后的變化，項(xiàng)目包括馬拉松(平均完成時(shí)間5 h)、半程鐵人三項(xiàng)(5.5 h)、全程鐵人三項(xiàng)(11 h)、山地自行車賽(8 h)。結(jié)果顯示，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)引起心肌損傷相關(guān)生物標(biāo)志物上升(cTn和BNP)，并且通過賽后即刻心動(dòng)圖發(fā)現(xiàn)，這一變化和右心室射血分?jǐn)?shù)下降相關(guān)，但與左心室射血分?jǐn)?shù)無關(guān)。運(yùn)動(dòng)員的右心室射血分?jǐn)?shù)下降以及右心室容積增大在1周后恢復(fù)到基礎(chǔ)值。同時(shí)，使用延遲釓增強(qiáng)心臟核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)，其中有5名運(yùn)動(dòng)員(13%)出現(xiàn)心肌纖維化，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)年限越長的運(yùn)動(dòng)員更容易出現(xiàn)心肌纖維化和慢性右心室重構(gòu)?？傊?，這項(xiàng)研究表明，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致右心室急性功能障礙，盡管短期損傷可能恢復(fù)了，但長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)可能引起心肌纖維化和心肌重塑。

另一項(xiàng)關(guān)于患有室性心律失常的耐力運(yùn)動(dòng)員的研究[34]，在核磁共振下發(fā)現(xiàn)，50%的運(yùn)動(dòng)員右心室結(jié)構(gòu)發(fā)生異變。這種右心室功能障礙可能是重復(fù)持續(xù)高強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，而且一些運(yùn)動(dòng)員的肺動(dòng)脈壓顯著高于80 mmHg，這很可能會(huì)引起心肌損傷以及心肌纖維化，尤其是心房和右心室。

圖6 5名運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)延遲釓增強(qiáng)圖示

Breuckmann 等[17]用核磁共振技術(shù)檢測大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對心臟結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)驗(yàn)對象為102名耐力運(yùn)動(dòng)員(年齡為50～72歲，3年內(nèi)至少完成5次馬拉松比賽)和102名年齡相匹配的對照組。結(jié)果顯示，大概有12%的運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)心肌纖維化，這是對照組出現(xiàn)心肌纖維化的3倍。兩年隨訪還發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員患冠心病的概率也比對照組顯著地高。一個(gè)相似的小樣本量研究[75]也發(fā)現(xiàn)，12名無臨床癥狀的終身耐力運(yùn)動(dòng)員中有6名(50%)出現(xiàn)心肌纖維化，但與其年齡匹配的對照組和年輕耐力運(yùn)動(dòng)員卻沒有心肌纖維化。

心血管預(yù)后不良的癥狀，如動(dòng)脈硬化、脈搏加速，可能會(huì)出現(xiàn)在老耐力運(yùn)動(dòng)員身上。Vlachopoulos等[69]的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員參加過馬拉松訓(xùn)練和比賽后，他們的脈搏和血管硬度顯著性地大于對照組。這可能是大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)引起的持續(xù)壓力最終誘發(fā)纖維化，從而降低了血管的彈性。同時(shí)，進(jìn)行耐力運(yùn)動(dòng)時(shí)還可發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)左心室和右心室舒張功能障礙[58,75]。

5.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

在一個(gè)簡明的過度耐力運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物模型中[16]，大鼠每天大強(qiáng)度跑60 min，持續(xù)16周，然后與對照組比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)組大鼠左心室和右心室心肌肥厚，出現(xiàn)舒張功能障礙，左右兩個(gè)心房都擴(kuò)大。而且，42%的運(yùn)動(dòng)組大鼠出現(xiàn)室性心動(dòng)過速，而對照組只有6%的大鼠出現(xiàn)室性心動(dòng)過速。16周過度耐力運(yùn)動(dòng)能引起心肌纖維化，有趣的是，停止訓(xùn)練8周后心肌纖維化消退了(圖7)。

圖7 16周耐力運(yùn)動(dòng)引起心肌纖維化

同樣的，Gay-Jordi等[27]發(fā)現(xiàn)，Wistar雄性大鼠經(jīng)過16周大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后左心室肥厚，右心室膠原蛋白沉積，且兩個(gè)心房和右心室的纖維化主要標(biāo)志物的mRNA和蛋白表達(dá)顯著升高。天狼星紅染色顯示大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后大鼠右心室心肌纖維化。除了心室產(chǎn)生重塑外，本課題組最近研究發(fā)現(xiàn)，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)能上調(diào)SD大鼠心房TGF-β1的表達(dá)，并提高miR- 21的表達(dá)水平[9]，進(jìn)而導(dǎo)致膠原蛋白在心房心肌細(xì)胞間質(zhì)沉積，形成心房纖維化[10,11]。

這些動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)，每天不間斷的過度大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)使心肌結(jié)構(gòu)重塑并誘發(fā)心律失常，這與對大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)員的研究是一致的。有學(xué)者提出，對一些人來說，長期每天大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)能引起心肌纖維化(尤其是心房、右心室和室間隔)、心臟舒張功能障礙、房性和室性心律失常。這項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)再次證實(shí)了這一假說。

6 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)促心律失常

大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的不利的心肌重塑可能會(huì)引起心律失常，且心律失常是老耐力運(yùn)動(dòng)員最為常見的心血管問題[29]。大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)相關(guān)的心律失常主要是房顫和右心室性心律失常。

6.1 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)與房顫

房顫可能最能證明大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)和心臟健康之間的關(guān)系。房顫在60歲的普通人群中的發(fā)病率大約在1%，80歲以上的人群發(fā)病率超過10%[28]。房顫在老年人群中發(fā)病率較高，而在中青年人群中房顫十分罕見，但參與長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)(馬拉松、超級馬拉松和職業(yè)自行車賽)的中青年運(yùn)動(dòng)員，他們的房顫發(fā)病率上升了5倍[12]。

Myrstad等[55]對比參加耐力運(yùn)動(dòng)的人群和普通人群(都是男性)發(fā)現(xiàn)，長期耐力運(yùn)動(dòng)和房顫發(fā)病率升高顯著相關(guān)。同時(shí)，他們的研究[54]還發(fā)現(xiàn)，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)還可以增加女性運(yùn)動(dòng)員房顫的發(fā)病率，此前幾乎沒有人研究過關(guān)于女性房顫風(fēng)險(xiǎn)和大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。

Andersen等[14]的一項(xiàng)關(guān)于52 000名長距離越野滑雪運(yùn)動(dòng)員的研究發(fā)現(xiàn)，房顫風(fēng)險(xiǎn)與運(yùn)動(dòng)員完成的比賽次數(shù)和完成比賽時(shí)間有關(guān)，完成比賽次數(shù)越多和/或完成比賽時(shí)間越短則房顫風(fēng)險(xiǎn)越高。一些研究甚至為房顫發(fā)病劃定了運(yùn)動(dòng)閾值，報(bào)道認(rèn)為[24]，在30歲時(shí)，運(yùn)動(dòng)總時(shí)間超過3 500 h，或每周大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)間超過5 h則其房顫風(fēng)險(xiǎn)增加。

此外，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后，運(yùn)動(dòng)員會(huì)出現(xiàn)短暫性的心房傳導(dǎo)延遲，急性炎癥和心房壁緊張度增加，這可能反映大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致心肌水腫，隨著時(shí)間的推移會(huì)導(dǎo)致心房重塑，為房性心律不齊建立了基礎(chǔ)[74]。

Kirchhof等[40]研究結(jié)果表明，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)員的心房比年齡相匹配的對照組要大，運(yùn)動(dòng)員的左心房擴(kuò)大了將近20%，這可能是房顫的預(yù)兆。大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)與房顫聯(lián)系的可能機(jī)制仍不清楚，可能與迷走神經(jīng)和交感緊張?jiān)黾?、心?dòng)過緩、炎癥、心房壁纖維化及心房擴(kuò)張有關(guān)[15,19,68,73]。此外，課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)可引起心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)(竇房結(jié)、房室結(jié)和浦肯野纖維等)炎癥反應(yīng)[5,6]、離子通道損傷[1,4,21]和能量代謝異常[2,3]，這些變化也是大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)促進(jìn)房顫的可能機(jī)制。

相似的，Guasch等[30]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)16周大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)后，64%的運(yùn)動(dòng)組大鼠出現(xiàn)房顫，而對照組只有15%的大鼠出現(xiàn)房顫，停止訓(xùn)練后恢復(fù)到基礎(chǔ)水平。他們還發(fā)現(xiàn)，16周運(yùn)動(dòng)后大鼠心房擴(kuò)張并出現(xiàn)纖維化，但停止訓(xùn)練后并沒有完全恢復(fù)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)能增加房顫的易感性，而心房擴(kuò)張、心肌纖維化是房顫易感的潛在發(fā)病基礎(chǔ)。因此，2014年美國心臟病學(xué)會(huì)/美國心臟病協(xié)會(huì)發(fā)布的房顫指南中提出，大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)是房顫的風(fēng)險(xiǎn)因子之一[38]。

6.2 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)與右心室性心律失常

耐力運(yùn)動(dòng)員除了容易發(fā)生房性心律失常外，還經(jīng)常發(fā)生室性心律失常，尤其是右心室性心律失常。

La Gerche等[41]認(rèn)為，右心室可能是耐力運(yùn)動(dòng)員心臟的一個(gè)致命弱點(diǎn)，在大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)過程中，左心室還未受到影響時(shí)，右心室卻在承受不成比例的血液動(dòng)力負(fù)荷，這導(dǎo)致短暫的運(yùn)動(dòng)性右心室功能障礙和慢性右心室重構(gòu)。Ector等[25]證實(shí)，右心室功能障礙的患者更容易出現(xiàn)右心室性心律失常，而Benito等[16]發(fā)現(xiàn)，右心室重構(gòu)也更容易導(dǎo)致右心室性心律失常。研究發(fā)現(xiàn)，排除家族性心律失常性右心室發(fā)育不良的運(yùn)動(dòng)員，運(yùn)動(dòng)員室性心律失常主要是由輕微的右心室和室間隔功能障礙發(fā)展而成的[18]。

Baldesberger等[76]對比134名前專業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員和年齡匹配的高爾夫運(yùn)動(dòng)員，結(jié)果顯示，自行車運(yùn)動(dòng)員室性心動(dòng)過速的發(fā)病率更高(15% vs 3%)。Heidbüchel等[36]對46名年輕耐力運(yùn)動(dòng)員(80%是自行車運(yùn)動(dòng)員，出現(xiàn)頻繁的室性異位或室性心動(dòng)過速)進(jìn)行將近5年的隨訪，期間發(fā)現(xiàn)，耐力運(yùn)動(dòng)員有很高的概率發(fā)生心律失常事故，其中9名運(yùn)動(dòng)員心源性猝死。而80%的心律失常事故都是右心室性的。他們隨后的幾個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，長期耐力性運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)心肌重塑。La Gerche等[42]對比40名運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行耐力運(yùn)動(dòng)前后心動(dòng)圖發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)后運(yùn)動(dòng)員右心室短暫性擴(kuò)大，并伴隨右心室功能受損。血清cTn、BNP水平上升，且與運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間及右心室功能下降程度相符。他們認(rèn)為，重復(fù)性大強(qiáng)度耐力性運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致右心室不可逆的重構(gòu)，并最終導(dǎo)致心律失常，這被稱為運(yùn)動(dòng)性致心律失常性右室心肌病[65]。

圖8 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)促心律失常的可能機(jī)制示意圖

7 大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)與心源性猝死

美國非盈利性權(quán)威跑步機(jī)構(gòu)Running USA發(fā)表的2015年度美國跑步比賽報(bào)告顯示，在美國每年有1 100多場馬拉松比賽，2014年有55萬人次參加全程馬拉松比賽，參加半程馬拉松的則多達(dá)200多萬人次，且參賽人數(shù)還在以每年至少5%的速度上漲[31]。中國馬拉松比賽也在井噴式發(fā)展，2015年有23萬人次參加全程馬拉松比賽，33萬人次參加半程馬拉松比賽。隨著馬拉松比賽場數(shù)和參賽人數(shù)的增加，運(yùn)動(dòng)員心源性猝死的相關(guān)報(bào)道也越發(fā)多見。

盡管很多學(xué)者都認(rèn)識到優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員通常會(huì)有心電圖異常和心房、心室異位[56]，但沒有人將這些傳統(tǒng)上的功能性適應(yīng)與心律失常及心源性猝死相聯(lián)系。

心源性猝死的定義是：急性癥狀發(fā)作后1 h內(nèi)發(fā)生的以意識突然喪失為特征的由心臟原因引起的自然死亡[26]。心源性猝死可分為兩類人群：普通人和運(yùn)動(dòng)員[61]。普通人心源性猝死主要是由冠心病(80%)和心肌疾病(10%～15%)引起的[22]。而對運(yùn)動(dòng)員而言，由冠心病引起的心源性猝死只有3%[37]，其主要誘因是肥厚型心肌病(10%～51%)、心肌炎(5%～22%)、致心律失常性右室心肌病(25%以上)、離子通道疾病(如長QT綜合癥、段QT綜合癥、Brugada 綜合癥、兒茶酚胺敏感性室性心動(dòng)過速，2%～10%)[59,61,64]。

馬拉松運(yùn)動(dòng)員心源性猝死發(fā)生率很低，Kim等[39]研究發(fā)現(xiàn)，2000—2010年間，美國有1 100萬人次參加馬拉松比賽，其中只有59人(51名男性)心源性猝死。雖然每個(gè)人發(fā)生心源性猝死的概率很低，但隨著參與人數(shù)的增多，發(fā)生心源性猝死的絕對概率卻增大了。尤其是在最后1.6 km，雖然占全程的距離不到5%，但這一段距離內(nèi)心源性猝死的人數(shù)卻達(dá)到全程總猝死人數(shù)的50%[39]。

三項(xiàng)全能運(yùn)動(dòng)的死亡率是馬拉松的2倍，主要是因?yàn)樾难苁鹿屎捅荣愔杏斡静糠帜缢甗33]。比賽過程中，大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)心源性猝死的事故在所有參賽運(yùn)動(dòng)員中的發(fā)生率為每年1/40 000[32]。

可見，心源性猝死在馬拉松運(yùn)動(dòng)員、三項(xiàng)全能運(yùn)動(dòng)員和大學(xué)生耐力運(yùn)動(dòng)員中的發(fā)生率很低。此外，雖然長期大強(qiáng)度耐力訓(xùn)練或比賽會(huì)造成心血管事故，但中低強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)中卻沒發(fā)生過。

8 研究前景和展望

中低強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)有利于健康已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，但越來越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)會(huì)造成不利的心肌重塑，并導(dǎo)致心律失常和心臟功能障礙，還有較低概率誘發(fā)心源性猝死。但長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)促進(jìn)健康的作用不可否認(rèn)，無論是對個(gè)人還是對社會(huì)帶來的好處都大于其存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，不應(yīng)該以此來警戒、勸阻他人參與長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)。雖然筆者不會(huì)因?yàn)槿魏螡撛陲L(fēng)險(xiǎn)而否認(rèn)長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)促進(jìn)健康的效果，但長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對心臟的不利影響也不容忽視。因此，今后的研究一方面要通過實(shí)驗(yàn)得出最大的安全運(yùn)動(dòng)量，以期得到最佳運(yùn)動(dòng)效果；另一方面，要進(jìn)一步探究長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)對心臟造成諸多不利影響的可能機(jī)制，以期將不利影響降到最低，尤其是長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)引起的心肌纖維化，因?yàn)樾募±w維化可進(jìn)一步引起其他心血管疾病，包括心臟舒張功能障礙、心律失常、心力衰竭等。而至今關(guān)于運(yùn)動(dòng)性心肌纖維化發(fā)生過程中細(xì)胞因子和炎癥反應(yīng)特點(diǎn)及其病理機(jī)制的研究還不是很深入，目前我們發(fā)現(xiàn)，長期大強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)可引起心臟處于持續(xù)炎癥狀態(tài)不能恰當(dāng)?shù)南硕倮w維化因子(轉(zhuǎn)化生長因子β1、基質(zhì)金屬蛋白酶等)處于較高表達(dá)水平，其中涉及到促炎-抗炎-促纖維化的復(fù)雜細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)和信號通路，足以證明運(yùn)動(dòng)性心肌纖維化的病理變化和發(fā)生機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的過程，有廣泛的研究前景。

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Adverse Effects of Long-term Intensity Endurance Exercise on the Heart

RAO Zhi-jian1,2,CHANG Yun2,WANG Shi-qiang2,MA Xiao-wen2

It's well established that long-term endurance exercises are highly effective for prevention and treatment of many common chronic diseases,especially cardiovascular relative chronic diseases such as heart failure,coronary heart disease,hypertension and so on. So,many of them engage in intensity endurance exercise,including half-marathon,marathon,triathlon,mountain cycling and so on. However,an accumulating body of circumstantial evidence suggests that the athlete's heart is not completely benign. There is no doubt that intensity endurance exercise is benefit to body health,but it's also have adverse effects on cardiac. A bout of intensity endurance exercise requires increasing oxygen consumption,and sustained high-level outputs in a long time,and these increase the cardiac load. However,with protracted efforts,these high volumes can overstretch the chambers,eventually disrupting cardiac muscle fibres and causing micro-tears in the myocardium. The presence of sustained exercise-induced elevations in catecholamines and pro-oxidant free radicals worsen the situation by adding inflammation to the injury,leading eventually to scarring and remodel of the cardiac structures. These changes result in a substrate for arrhythmogenesis and myocardial dysfunction,and even induce sudden cardiac death.

long-termintensityenduranceexercises;theathlete'sheart;myocardialremodeling;cardiacarrhythmias;suddencardiacdeath

1000-677X(2016)06-0046-09

10.16469/j.css.201606005

2016-01-18；

2016-05-30

國家體育總局體育科學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)(15-37)。

饒志堅(jiān)(1989-)，男，江西上饒人，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)心臟病生理和病理，Tel：(010)87182595，E-mail:1101294556@qq.com;常蕓(1957-)，女，內(nèi)蒙古人，博士，研究員，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員心臟病生理和醫(yī)務(wù)監(jiān)督，Tel：(010)87182526，E-mail:changyun@ciss.cn;王世強(qiáng)(1987-)，男，山東濟(jì)寧人，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)心臟病生理和病理，Tel：(010)87182595，E-mail:suswsq@163.com。

1.上海體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海 200438；2.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100061 1.Shanghai University of Sport,Shanghai 200438，China;2.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China.

G804.5

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