運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的研究現(xiàn)狀

劉 揚(yáng)綜述，吳志峰審校

適量的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷可引起心臟結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)性、生理性重塑，有利于改善心臟功能。但急性力竭和高強(qiáng)度體能運(yùn)動(dòng)后可對機(jī)體產(chǎn)生不利影響，常導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷。在體能運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，部分人員因出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性心肌損傷，常常出現(xiàn)心悸、胸悶、嘔吐等癥狀，可能導(dǎo)致心功能不全和心電活動(dòng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重者可出現(xiàn)惡性心律失常，甚至猝死等。本文主要對運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制、評估及預(yù)防的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 心肌微損傷的發(fā)生機(jī)制

1.1 缺血缺氧反應(yīng) 大運(yùn)動(dòng)量負(fù)荷時(shí)，心肌細(xì)胞可發(fā)生缺血缺氧性改變。高強(qiáng)度體能運(yùn)動(dòng)時(shí)，心臟對氧的需求量增加，但冠狀動(dòng)脈的儲備能力不能相應(yīng)滿足心臟代謝需求，導(dǎo)致心肌組織相對供血不足，造成氧供應(yīng)與需求失衡。研究認(rèn)為力竭運(yùn)動(dòng)后的心肌損傷出現(xiàn)心肌脂質(zhì)過氧化加強(qiáng)、鈣離子超載等現(xiàn)象［1］。近期的研究更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，力竭運(yùn)動(dòng)后心肌早期生長應(yīng)答基因鋅指轉(zhuǎn)錄因子(Egr-1)迅速升高，可能參與誘導(dǎo)炎性細(xì)胞的趨化、聚集和氧自由基的產(chǎn)生，導(dǎo)致心肌缺血缺氧損傷的發(fā)生［2］。反復(fù)心臟過度負(fù)荷后，由于心肌細(xì)胞過度肥大，單位面積毛細(xì)血管數(shù)量下降，與心腔相通的動(dòng)脈腔管道及靜脈發(fā)生閉鎖，導(dǎo)致心臟的微血管栓塞，進(jìn)一步加重心肌細(xì)胞缺血缺氧性改變。

1.2 神經(jīng)體液調(diào)節(jié)的改變 當(dāng)機(jī)體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，交感-腎上腺素系統(tǒng)被激活，興奮性增高，血液中兒茶酚胺水平升高。過度訓(xùn)練時(shí)，心肌局部血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)水平升高，循環(huán)血漿中AngⅡ含量、腎素及血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)活性明顯升高，同時(shí)出現(xiàn)左室收縮功能下降，心搏出量減少。高強(qiáng)度體能訓(xùn)練導(dǎo)致心臟局部超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化損傷，使心肌局部AngⅡ大量溢出，從而促進(jìn)心肌細(xì)胞的增生和心肌間質(zhì)成纖維細(xì)胞的增殖導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)性心肌損傷。一項(xiàng)通過對大鼠力竭運(yùn)動(dòng)過程中，心血管活性物質(zhì)血液心鈉素(ANP)的動(dòng)態(tài)分析研究發(fā)現(xiàn)，力竭性運(yùn)動(dòng)時(shí)ANP在運(yùn)動(dòng)階段、力竭時(shí)刻和力竭后恢復(fù)階段具有差異性變化，并認(rèn)為長時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)血漿ANP的不足可能是運(yùn)動(dòng)力竭發(fā)生的主要因素之一［3］。

1.3 能量代謝障礙 研究證實(shí):力竭運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)氧化磷酸化導(dǎo)致能力代謝障礙［4］。Sun 等［5］報(bào)道，大鼠心臟組織對訓(xùn)練適應(yīng)性與蛋白參與線粒體氧化磷酸化水平上調(diào)相關(guān)。心臟不停的舒縮，大部分能量來自于線粒體。適宜的負(fù)荷可使線粒體發(fā)生良好的適應(yīng)性改變。力竭運(yùn)動(dòng)時(shí)，線粒體膜結(jié)構(gòu)完整性破壞，功能下降，三磷酸腺苷(ATP)合成下降，并伴有退行性變及線粒體酶活性的下降，心肌超微結(jié)構(gòu)的變化表現(xiàn)為心肌細(xì)胞線粒體密度增加，線粒體嵴斷裂、溶解甚至空泡化，同時(shí)可出現(xiàn)心肌細(xì)胞線粒體DNA缺失，心肌線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(mtTFA)表達(dá)下降，直接影響心肌纖維線粒體的氧化能力和能量產(chǎn)生［6-7］。有研究表明，一次急性力竭運(yùn)動(dòng)后，大鼠心肌通過下調(diào)過氧化體增殖物受體α(PPARα)表達(dá)，減少心肌耗氧，增加心肌對缺血和缺氧的耐受性，對心肌有保護(hù)作用，但反復(fù)超負(fù)荷運(yùn)動(dòng)后，心肌PPARα表達(dá)紊亂，可能導(dǎo)致心肌能量代謝障礙，發(fā)生病理性心室重塑［8］。

1.4 心肌細(xì)胞凋亡 多項(xiàng)研究表明，心肌細(xì)胞的異常凋亡可能是運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的主要機(jī)制之一。研究表明耐力訓(xùn)練可誘導(dǎo)大鼠DNA缺失及大鼠心室心肌細(xì)胞凋亡［9］。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，力竭運(yùn)動(dòng)后大鼠的心肌細(xì)胞凋亡相關(guān)基因表達(dá)改變，細(xì)胞凋亡調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄激活因子3(Atf3)、神經(jīng)鞘氨醇激酶(Sphk1)的表達(dá)顯著性上調(diào)，提示心肌細(xì)胞凋亡可能是運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的病理生理機(jī)制之一［10］。廖興林等［11］對力竭運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)相大鼠心肌鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶Aβ(CnAβ)亞基水平的測定發(fā)現(xiàn)，反復(fù)力竭運(yùn)動(dòng)大鼠心肌CnAβ蛋白含量升高，并認(rèn)為CnAβ可能通過誘發(fā)心肌細(xì)胞凋亡來參與運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷發(fā)生過程。而有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)力竭運(yùn)動(dòng)后鈣離子結(jié)合蛋白A4(S100A4)表達(dá)升高，可抑制細(xì)胞的凋亡，對培養(yǎng)的心肌細(xì)胞具有促進(jìn)生長和存活的作用［12］。因此，細(xì)胞凋亡在運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷發(fā)生過程中，是保護(hù)性機(jī)制還是損傷性機(jī)制，目前尚存有爭議。

1.5 心肌局部炎癥反應(yīng) 一次力竭運(yùn)動(dòng)后即刻可出現(xiàn)心肌纖維變性、渾濁腫脹、心肌間血管及毛細(xì)血管擴(kuò)張充血。通過對力竭運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)相大鼠心肌組織形態(tài)學(xué)改變的研究發(fā)現(xiàn)，力竭運(yùn)動(dòng)后，不同時(shí)相大鼠的心肌細(xì)胞均有不同程度損傷，炎癥細(xì)胞浸潤灶逐漸增多，胞質(zhì)嗜酸性增強(qiáng)，在運(yùn)動(dòng)后48 h最嚴(yán)重，且具有延遲性加重現(xiàn)象［13］。多項(xiàng)對力竭運(yùn)動(dòng)大鼠炎癥反應(yīng)基因表達(dá)譜的研究發(fā)現(xiàn)，一次力竭運(yùn)動(dòng)后，大量趨化因子及受體表達(dá)顯著上調(diào)，心肌真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子核因子(NF-κB)mRNA和蛋白表達(dá)增加［14］、心肌細(xì)胞間黏附因子-1(ICAM-1)水平升高［15］，表明細(xì)胞因子的激活，介導(dǎo)心肌局部炎性細(xì)胞的黏附和浸潤，是構(gòu)成運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的發(fā)生機(jī)制之一［16］。

2 心肌微損傷的評估

心肌微損傷的長期積累可以影響運(yùn)動(dòng)的能力，甚至?xí)斐蛇\(yùn)動(dòng)性猝死。因此，對運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷早發(fā)現(xiàn)及防治成為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的重要工作之一。運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷與病理性心肌損傷不同，運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷程度相對較輕，無大面積心肌壞死，缺乏特征性心電圖改變，缺乏有效的診斷方法和技術(shù)?，F(xiàn)階段有關(guān)運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷診斷的研究相對較少。有研究發(fā)現(xiàn)變色酸-2R亮綠染色可以敏感地反應(yīng)運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的病理改變［17］。但該方法對運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷早期診斷的意義尚未明確且缺乏實(shí)用性。動(dòng)態(tài)監(jiān)測心肌損傷標(biāo)志物是目前所采用的較好方式之一。通過對力竭運(yùn)動(dòng)后不同時(shí)相大鼠心肌肌鈣蛋白I(cTn-I)、肌紅蛋白(Mb)水平的動(dòng)態(tài)監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)聯(lián)合監(jiān)測血清cTn-I、Mb有助于心肌微損傷的早期特異性診斷［18］。一項(xiàng)新兵長距離(5 km)負(fù)荷訓(xùn)練后血液cTn-I檢測也證實(shí)，部分新兵在一次高強(qiáng)度體能訓(xùn)練后即刻和運(yùn)動(dòng)后4 h血液cTn-I升高。如何量化運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷程度，以及評估的量化標(biāo)準(zhǔn)將更有實(shí)際的意義［19］。有研究表明脂肪酸結(jié)合蛋白(H-FABP)可以作為心肌損傷的一種檢測標(biāo)準(zhǔn)［20］，但起廣泛應(yīng)用于心肌損傷的檢測還有待進(jìn)一步論證。

3 運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的預(yù)防

高強(qiáng)度的體能運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，部分人員因出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)性心肌損傷，常常出現(xiàn)心悸、胸悶、嘔吐等癥狀，可能導(dǎo)致心功能不全和心電活動(dòng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重者可出現(xiàn)惡性心律失常、甚至猝死等情況。針對運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷，做到既適當(dāng)控制心臟負(fù)荷，防止運(yùn)動(dòng)中心臟的病理性轉(zhuǎn)變，又不影響身體運(yùn)動(dòng)能力的提高，是預(yù)防高強(qiáng)度體能訓(xùn)練中各種突發(fā)事件的重要環(huán)節(jié)。預(yù)防心肌微損傷的相關(guān)研究目前認(rèn)為可以從兩個(gè)方面入手，一是針對運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷的發(fā)生機(jī)制，尤其是通過心肌微損傷發(fā)生的各個(gè)環(huán)節(jié)，二是合理的體能訓(xùn)練設(shè)計(jì)。

3.1 抑制氧化反應(yīng) 使用抗氧化劑、清除氧自由基可減輕心肌細(xì)胞的缺血缺氧改變、改善心肌細(xì)胞線粒體功能、減輕細(xì)胞凋亡，從而減輕心肌微損傷的程度。有研究者將輔酶NADH應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)疲勞小鼠，發(fā)現(xiàn)可以減少細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)，增加由運(yùn)動(dòng)損傷引起的膜電位，進(jìn)而改善線粒體功能，發(fā)揮心臟細(xì)胞的修復(fù)功能，起到對心臟的保護(hù)作用［21］。還原型谷胱甘肽(GSH)可通過清除氧自由基減輕力竭大鼠心肌細(xì)胞凋亡［22］。Aoi等［23］用抗氧化劑蝦青素對力竭運(yùn)動(dòng)大鼠心肌微損傷的研究發(fā)現(xiàn)蝦青素可減弱運(yùn)動(dòng)性心肌損傷。另有研究表明，補(bǔ)充L-精氨酸可少對大鼠力竭運(yùn)動(dòng)引起的心肌氧化損傷和炎癥反應(yīng)［24］。

3.2 神經(jīng)體液調(diào)節(jié) 抑制腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活對運(yùn)動(dòng)性心肌微損傷產(chǎn)生保護(hù)作用。在壓力和容量負(fù)荷的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，小劑量卡托普利抑制AngⅡ的合成與釋放，可以阻止心肌結(jié)構(gòu)和功能損害。

3.3 合理的體能訓(xùn)練設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)晚期保護(hù)效應(yīng)已被許多研究證實(shí)，其對力竭運(yùn)動(dòng)所致的急性心肌損傷晚期保護(hù)效應(yīng)的研究亦有報(bào)道。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)可作為一種無損傷性預(yù)適應(yīng)方式，能減輕力竭運(yùn)動(dòng)所致急性心肌損傷的程度，具有晚期保護(hù)效應(yīng)［25］。運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)是一種非損傷性預(yù)適應(yīng)方式，能明顯減輕力竭運(yùn)動(dòng)引起的急性心肌損傷和促進(jìn)心臟功能恢復(fù)，與輔酶Q10聯(lián)合應(yīng)用具有抑制力竭運(yùn)動(dòng)心肌所致的心肌脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞 DNA 損傷作用［26］。

3.4 營養(yǎng)心肌細(xì)胞 另外，有研究通過檢測新兵在運(yùn)動(dòng)前后及服用左卡尼汀后脂肪酸結(jié)合蛋白(H-FABP)含量表明，左卡尼汀對運(yùn)動(dòng)性心肌細(xì)胞有預(yù)防性保護(hù)作用［20］。

力竭運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于心肌的缺血缺氧反應(yīng)、機(jī)體的神經(jīng)內(nèi)分泌改變、能量代謝障礙等因素，導(dǎo)致心肌微損傷。長期心肌微損傷的積累，可致心臟的病理性改變?？寡趸瘎?、小劑量血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑調(diào)節(jié)神經(jīng)內(nèi)分泌、改善線粒體功能、營養(yǎng)心肌細(xì)胞及運(yùn)動(dòng)預(yù)適應(yīng)對心肌有保護(hù)作用，可提高運(yùn)動(dòng)員或指戰(zhàn)員體能素質(zhì)，對預(yù)防高強(qiáng)度負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過程中各種突發(fā)事件起到積極作用。

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