高廣宏

有氧運(yùn)動(dòng)改善主動(dòng)脈縮窄模型下心肺情況研究進(jìn)展

高廣宏

（陜西師范大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安 710119）

肥厚性心肌病是一種常見(jiàn)心臟疾病，容易造成心肌缺血，最終導(dǎo)致心力衰竭。由心功能不全而導(dǎo)致的肺部疾病發(fā)病率逐年上升，正嚴(yán)重影響著人們的身體健康，而心肺聯(lián)系密切，在結(jié)構(gòu)、功能上相互影響，由于左心充盈受限和收縮功能不全的HCM可以造成肺動(dòng)脈高壓，對(duì)肺部的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。文章綜述主動(dòng)脈縮窄后所建立的病理性心肌肥厚模型心肺改變情況，闡述運(yùn)動(dòng)干預(yù)之后心肺結(jié)構(gòu)和功能的改善，擬為預(yù)防和治療心肺功能疾病提供新的思路和理論依據(jù)。

主動(dòng)脈縮窄；心力衰竭；心肺功能；運(yùn)動(dòng)

目前，心肺疾病是人類健康的重要威脅，是引起患者死亡的主要疾病之一，歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的患病率和死亡率都已位列第一。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，心肺疾病的發(fā)病率和死亡率也已經(jīng)位于各種疾病前列。心臟疾病的發(fā)病率逐年上升，而心肺組織聯(lián)系密切，在結(jié)構(gòu)、功能上相互影響，因此病理性心肌肥厚所導(dǎo)致的心力衰竭必然會(huì)對(duì)肺組織產(chǎn)生一定影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由中度和重度心力衰竭引發(fā)的肺動(dòng)脈高壓發(fā)病率極高,72%～79%的心衰患病者同時(shí)患有有不同程度的肺動(dòng)脈高壓，而肺動(dòng)脈高壓是導(dǎo)致肺組織病理性改變的主要原因，嚴(yán)重威脅人類健康。對(duì)于這類疾病一般使用藥物進(jìn)行治療，但藥物的治療效果非常有限。

有氧運(yùn)動(dòng)作為一種有效的非藥物干預(yù)手段，在預(yù)防和治療心肺功能相關(guān)疾病可以起到一定作用，對(duì)心肺功能也有不小的改善作用。本文綜述主動(dòng)脈縮窄建立肥厚性心肌病模型后，心肺功能和結(jié)構(gòu)的變化，并且闡述了有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)之后的心肺功能改善。擬為預(yù)防和治療心肺功能疾病提供理論依據(jù)和新思路。

肥厚型心肌病造成的心力衰竭與與肺動(dòng)脈高壓之間的關(guān)系已經(jīng)基本明確，但是會(huì)對(duì)肺部形態(tài)結(jié)構(gòu)具體會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，運(yùn)動(dòng)干預(yù)又會(huì)給肺部帶來(lái)怎樣的改變，這個(gè)問(wèn)題還有待解決。近年來(lái)，這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，研究層次不斷深入，研究效果顯著，各種層次的論文層出不窮。本文梳理了近幾年病理性心肌肥厚誘導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓對(duì)肺部產(chǎn)生的影響相關(guān)文獻(xiàn)，可以為后續(xù)的研究提供一些新的參考依據(jù)。

1 肥厚性心肌病和主動(dòng)脈縮窄

肥厚型心肌病 ( hypertrophic cardiomyopathy, HCM)，是一種常見(jiàn)的心臟疾病，主要表現(xiàn)為心肌細(xì)胞肥大和間質(zhì)成分有所改變，心室容積變小、左心室血液充盈受阻，左心室和室間隔發(fā)生不對(duì)稱性肥厚。心肌肥厚實(shí)質(zhì)上是人體對(duì)心臟壓力負(fù)荷增加時(shí)所產(chǎn)生代償性反應(yīng)，心臟肥厚早期，壓力負(fù)荷增加和心肌細(xì)胞損失后造成心功能不足，而此時(shí)的心肌肥厚正是為了補(bǔ)償這種心功能不足，但是長(zhǎng)期過(guò)度肥厚最后發(fā)展至失代償期，導(dǎo)致肥厚性心肌病。

主動(dòng)脈縮窄是通過(guò)手術(shù)在主動(dòng)脈弓處進(jìn)行結(jié)扎來(lái)制備模型,具有以下優(yōu)點(diǎn):手術(shù)死亡率小、手術(shù)成本低、施術(shù)時(shí)間短,并且動(dòng)脈縮窄尺寸比較容易掌控,對(duì)于形成心衰的時(shí)間容易控制。由于該模型能廣泛適應(yīng)各種實(shí)驗(yàn)的要求，優(yōu)點(diǎn)眾多,因此在大量科學(xué)研究中不斷應(yīng)用并得到完善。

2 主動(dòng)脈縮窄對(duì)心臟的影響

2.1 左心室肥厚

主動(dòng)脈縮窄時(shí),不斷增加的血管阻力和過(guò)重的心臟壓力負(fù)荷會(huì)使心肌纖維蛋白合成水平上調(diào),心肌細(xì)胞體積增大,肌節(jié)增多,間質(zhì)增生,導(dǎo)致心室肥厚。早期的心肌肥厚本質(zhì)上是心臟壓力負(fù)荷增加的正常反應(yīng)，此時(shí)是適應(yīng)性肥厚，適應(yīng)性肥厚的是心臟為了維持正常的左心室泵血功能,借助結(jié)構(gòu)的改變對(duì)過(guò)大的壓力負(fù)荷形成的代償性機(jī)制，心肌通過(guò)這種代償反應(yīng)使心肌細(xì)胞工作效率得以維持。但是這種反應(yīng)不能長(zhǎng)時(shí)間保持，伴隨著神經(jīng)內(nèi)分泌和一些炎癥的發(fā)生,這種適應(yīng)性改變逐漸達(dá)到極限,心臟進(jìn)入失代償時(shí)期,病理性心肌肥厚產(chǎn)生。

2.2 心肌細(xì)胞凋亡增加

細(xì)胞凋亡又稱細(xì)胞的程序性死亡,是在一定的生理和病理情況下,細(xì)胞接受身體發(fā)出的信號(hào)或受到某些刺激后遵循自身程序，主動(dòng)消亡的過(guò)程。目前有相關(guān)文獻(xiàn)充分說(shuō)明，細(xì)胞凋亡參與很多生理和病理過(guò)程，是多種心血管疾病的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)心肌處于缺血缺氧的環(huán)境中時(shí)，凋亡是心肌細(xì)胞死亡的重要方式之一。因此,在心肌肥厚特別是心力衰竭的發(fā)病中,心肌細(xì)胞凋亡現(xiàn)象越發(fā)突出。

2.3 心肌纖維化

心肌纖維化（myocardialfibrosis，MF）是指心肌正常組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的以細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)度沉積、細(xì)胞增殖為主的疾病，主要病理表現(xiàn)為心肌僵硬度增，心肌收縮力下降。在主動(dòng)脈縮窄后，心臟慢慢出現(xiàn)心室重構(gòu)，心室肌重量、心室容量和心室形態(tài)都發(fā)生改變。心肌間質(zhì)重構(gòu)主要是膠原網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),心肌間質(zhì)膠原出現(xiàn)大量增生，心肌細(xì)胞外基質(zhì)( Extracellular matrix,ECM)亦增殖,導(dǎo)致ECM比例失衡，形成心肌纖維化。

3 心力衰弱引發(fā)肺動(dòng)脈高壓形成機(jī)制

主動(dòng)脈縮窄能較好地模擬左心疾病，構(gòu)建肥厚性心肌病模型，產(chǎn)生心力衰竭所導(dǎo)致的左心充盈壓升高，這種升高的充盈壓逆向傳導(dǎo)可以使肺動(dòng)脈壓升高,導(dǎo)致肺部組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一系列病變。

心力衰弱會(huì)出現(xiàn)心臟機(jī)能不全，心肌收縮力減弱，心輸出量減少的現(xiàn)象，此時(shí)下降的動(dòng)脈壓致使肺部血液循環(huán)量減少，造成肺部缺氧。肺動(dòng)脈高壓（pulmonary hypertension），主要表現(xiàn)為肺動(dòng)脈壓力行進(jìn)性升高，其發(fā)生的主要因就是肺部供血量不足造成的低氧環(huán)境，往往容易導(dǎo)致早期的肺血管收縮及后期的肺血管重構(gòu)( HPVR）。在肺循環(huán)受到低氧刺激時(shí)，局部肺血管進(jìn)行收縮,導(dǎo)致血液由低氧肺泡區(qū)向通氣相對(duì)充足的肺泡區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移、從而使氧利用率得到提高，通氣血流比值得以保持平衡，這是機(jī)體的重要適應(yīng)性代償機(jī)制。但如果肺泡長(zhǎng)期缺血缺氧的環(huán)境中，肺動(dòng)脈血管將進(jìn)行重構(gòu),出現(xiàn)血管管腔出現(xiàn)狹窄,血壓升高的現(xiàn)象。因此,要重視由心力衰弱導(dǎo)致的肺動(dòng)脈高壓,并針對(duì)性找出行之有效的方法去應(yīng)對(duì),這將對(duì)心肺疾病預(yù)防及治療具有重要的理論和實(shí)踐意義。

4 主動(dòng)脈縮窄的肺部表現(xiàn)

4.1 內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的改變導(dǎo)致肺部血管重構(gòu)

多樣的血管活性物質(zhì)都是由內(nèi)皮細(xì)胞所分泌的，在血管的發(fā)育、修復(fù)及維持體內(nèi)組織的穩(wěn)定方面扮演重要角色。當(dāng)肺組織受到由心力衰弱導(dǎo)致的持續(xù)肺動(dòng)脈高壓造成的缺氧刺激時(shí)，出現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞肥大增生，血栓調(diào)節(jié)蛋白損傷和凋亡，肺血管通透性增加等病理變化。因此，長(zhǎng)期處于缺氧環(huán)境中會(huì)加速肺組織血管重塑的進(jìn)程。

肺動(dòng)脈中的平滑肌細(xì)胞(PASMC)是肺血管收縮的效應(yīng)細(xì)胞,在正常狀態(tài)下表現(xiàn)為合成表型的平滑肌細(xì)胞在肺動(dòng)脈高壓時(shí)更多表現(xiàn)為收縮表型，平滑肌層出現(xiàn)細(xì)胞增生,中膜增厚,細(xì)胞外基質(zhì)也會(huì)增多，肺動(dòng)脈血管壁結(jié)構(gòu)發(fā)生重塑，具體表現(xiàn)為血管管腔萎縮、管壁增厚，并且隨著缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)，情況逐漸加重。

4.2 肺間質(zhì)纖維化

肺間質(zhì)纖維化是一種嚴(yán)重慢性肺部疾病，主要表現(xiàn)為呼吸功能不斷下降，將最終導(dǎo)致呼吸衰竭，雖然其發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，但已被證明的發(fā)病重要原因正是因?yàn)槿毖毖鯇?dǎo)致的肺血管重構(gòu)和肺血管收縮。在肺部缺血導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生損傷的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)，這些介質(zhì)能誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)沉積與纖維細(xì)胞活化，從而上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)血管生成抑制劑的生成水平，這些因素都可以引起肺間質(zhì)纖維化。

5 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟的影響

5.1 心臟細(xì)微結(jié)構(gòu)的影響

在許多研究中均指出:一段時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)后心肌毛細(xì)血管功能和結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了良性重構(gòu),心肌組織中毛細(xì)血管的密度和腔表面積均產(chǎn)生增大現(xiàn)象,使單位體積心肌組織中血液中氧到細(xì)胞的彌散速度加快,彌散面積增大,使心肌組織氧氣和能源物質(zhì)的交換量變得更加流暢便利。與此同時(shí)，心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體的數(shù)量和功能在經(jīng)過(guò)有氧訓(xùn)練后也有所增多和加強(qiáng)，線粒體內(nèi)膜和嵴體的體積與密度也有所增大,從而增大了心肌有氧代謝的功能儲(chǔ)備,有利于心肌細(xì)胞的氧化代謝產(chǎn)生更多能量的。

5.2 運(yùn)動(dòng)性心臟肥大

運(yùn)動(dòng)可以形成心臟肥大，表現(xiàn)為以左心室為主的心室和心房均肥大。運(yùn)動(dòng)心臟不僅在外部形態(tài)上發(fā)生了肥大,相適應(yīng)的還有其內(nèi)部的肌漿網(wǎng)、線粒體、神經(jīng)遞質(zhì)水平、氧化酶以及心肌細(xì)胞的特殊分泌顆粒等微細(xì)結(jié)構(gòu)，它們也發(fā)生了變化即心臟微細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重塑。運(yùn)動(dòng)心臟肥大的同時(shí),其神經(jīng)調(diào)控及能量代謝也在隨之變強(qiáng),心肌泵血功能顯著提高,這對(duì)人體最大吸氧量和有氧耐力具有重要作用,也是病理心臟與運(yùn)動(dòng)心臟的主要區(qū)別所在。

5.3 心臟功能改善

心臟在人體內(nèi)的角色就好像一個(gè)動(dòng)力泵,不斷地做著收縮與舒張的交替活動(dòng),是血液循環(huán)動(dòng)力所在,以適應(yīng)機(jī)體的代謝需要。長(zhǎng)期進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)的人群心動(dòng)徐緩有力，安靜狀態(tài)下,長(zhǎng)期進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉的人心肌收縮力量更強(qiáng),每搏輸出量增多。一般正常人每搏出輸量約為70ml,而長(zhǎng)期參與有氧運(yùn)動(dòng)者可達(dá)90ml以上。每搏輸出量的增多又會(huì)反射性地引起心交感神經(jīng)活動(dòng)減弱,使心率減慢。一般人安靜時(shí)平均心率為75次/min,而有訓(xùn)練者只有50次/min,甚至優(yōu)秀的耐力運(yùn)動(dòng)員不到40次/min，由此可以說(shuō)明有氧運(yùn)動(dòng)能改善心泵功能。

6 運(yùn)動(dòng)對(duì)肺的影響

6.1 運(yùn)動(dòng)肺部毛細(xì)血管的影響

心肌衰弱導(dǎo)致的肺動(dòng)脈高壓能導(dǎo)致肺組織的缺血缺氧，這些因素均可以加速肺組織內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，而有氧運(yùn)動(dòng)已經(jīng)被證實(shí)可以使一些如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等促進(jìn)肺部血管生成的因子分泌增加。一段時(shí)期適宜的有氧運(yùn)動(dòng)后血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子水平明顯上調(diào),這有極大的有利于血管內(nèi)皮修復(fù)和代償性的側(cè)支循環(huán)，使肺組織毛細(xì)血管覆蓋面積變大?？傊?，合理的有氧運(yùn)動(dòng)不僅可以促進(jìn)肺部毛細(xì)血管生長(zhǎng)，還可以改善肺部毛細(xì)血管通透性。肺部毛細(xì)血管數(shù)量和覆蓋面積的增加均能使肺部血流量和氣體交換量增加，而毛細(xì)血管的通透性改善又加速了氣體交換的進(jìn)程，促進(jìn)肺通氣和肺換氣，肺功能得到提升。

6.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)肺泡的影響

肺泡是人體與外界不斷進(jìn)行氣體交換的主要部位，數(shù)量巨大，肺泡外纏繞著大量的彈性纖維和毛細(xì)血管。受到低氧刺激的肺組織局部血管發(fā)生收縮,導(dǎo)致血液由低氧肺泡區(qū)向相對(duì)充足的肺泡區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，此時(shí)部分肺泡并參與不到氣體交換中，這就產(chǎn)生了許多無(wú)效肺泡，而適宜的有氧運(yùn)動(dòng)可以活化更多的無(wú)效肺泡。研究證明長(zhǎng)期參與有氧運(yùn)動(dòng)的人群其肺泡外彈性纖維的彈性系數(shù)和數(shù)量均高于常人，這種肺泡不易破裂，不管是肺泡數(shù)量的增加還是彈性纖維的改善都可以使更多的肺泡更好的參與到呼吸中，呼吸效率得到提高。

6.3 運(yùn)動(dòng)對(duì)呼吸肌的影響

肺部長(zhǎng)期缺氧的呼吸肌會(huì)產(chǎn)生代謝反射，反射性地引起呼吸肌內(nèi)交感神經(jīng)興奮，造成呼吸肌肌群血管收縮，這樣的情況下，肺部呼吸肌血流的供應(yīng)就會(huì)減少，當(dāng)呼吸肌長(zhǎng)期處于缺血缺氧狀態(tài)下時(shí)就會(huì)產(chǎn)生萎縮甚至發(fā)生病變。適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng),呼吸肌可以得到鍛煉,促進(jìn)肌蛋白纖維生長(zhǎng)，刺激呼吸肌內(nèi)毛細(xì)血管生長(zhǎng)因子分泌水平上調(diào)，促進(jìn)呼吸肌內(nèi)毛細(xì)血管修復(fù)，增強(qiáng)肌細(xì)胞收縮力，從而增加氧氣供應(yīng)。

7 結(jié)論

主動(dòng)脈縮窄可以較好地建立病理性心肌肥厚模型，對(duì)心臟產(chǎn)生心肌纖維化和心肌細(xì)胞凋亡等影響，而病理性心肌肥厚已經(jīng)證實(shí)與肺部形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變關(guān)系密切。病理性心肌肥厚可以導(dǎo)致心力衰弱，心臟機(jī)能不全，心輸出量減少，動(dòng)脈壓下降從而導(dǎo)致肺部血液循環(huán)減少，造成肺部缺氧，引起肺動(dòng)脈高壓，而肺組織在受到低氧刺激后又將進(jìn)一步引起肺組織發(fā)生肺水腫、肺部血管重構(gòu)以及肺間質(zhì)纖維化等改變，影響肺的通氣和換氣功能，產(chǎn)生肺部病變，這需要我們引起重視。

運(yùn)動(dòng)可以為預(yù)防和治療心肺功能疾病提供新的思路，合理的有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)提高人體心肺功能是有益的，可以對(duì)心臟細(xì)微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良好影響，改善心泵功能。對(duì)于肺組織來(lái)說(shuō)可以有效改善缺血缺氧引起肺組織內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、肺部血管重構(gòu)和肺間質(zhì)纖維化，促進(jìn)肺部血管生成，活化無(wú)效肺泡，增強(qiáng)呼吸肌肌細(xì)胞收縮力，增加肺部血流量和氧氣供應(yīng)。因此積極開(kāi)展合理有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心肺功能的研究具有十分重要的基礎(chǔ)研究?jī)r(jià)值。

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Research Progress on the Improvement of the Cardiopulmonary Condition of the Model of Aortic Stenosis by Aerobic Exercise

GAO Guanghong

(Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, Shaanxi, China)

高廣宏（1996—），碩士生，研究方向：體育人文。