運(yùn)動(dòng)對(duì)心臟竇房結(jié)的影響研究進(jìn)展

薄冰

摘 要：長(zhǎng)期高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可引發(fā)運(yùn)動(dòng)員心臟竇房結(jié)的多種功能障礙，包括竇性心動(dòng)過緩、竇性心律不齊、病態(tài)竇房結(jié)綜合征等，在運(yùn)動(dòng)比賽中可導(dǎo)致猝死風(fēng)險(xiǎn)的增加。本文綜合相關(guān)文獻(xiàn)分析竇房結(jié)功能異常與其細(xì)胞膜上離子通道的電生理活動(dòng)改變有關(guān)，同時(shí)提出將心臟竇房結(jié)細(xì)胞離子通道電生理學(xué)和分子結(jié)構(gòu)的改變作為運(yùn)動(dòng)性竇房結(jié)功能障礙研究的切入點(diǎn)，為這一問題的深入探討提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng) 竇房結(jié)功能障礙 離子通道

中圖分類號(hào)：R541 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（a）-0226-02

1899年瑞典醫(yī)生Henschen用叩診法檢查越野滑雪運(yùn)動(dòng)員的心臟，發(fā)現(xiàn)多數(shù)運(yùn)動(dòng)員心界擴(kuò)大，從而提出了運(yùn)動(dòng)員心臟的概念，運(yùn)動(dòng)員心臟（Athlets heart）也被定義為由長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練引起的，以心臟增大、心功能增強(qiáng)為主要表現(xiàn)的心臟適應(yīng)現(xiàn)象。

隨著運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的不斷深入，對(duì)于運(yùn)動(dòng)引起的心臟形態(tài)及功能的變化屬生理性適應(yīng)還是病理性改變，仍存在爭(zhēng)議，有些學(xué)者將此現(xiàn)象看成系統(tǒng)訓(xùn)練引起的心臟損害，其中也包括心臟典型的組織學(xué)改變以及心臟節(jié)律的異常。2009年，Maron等[1]在對(duì)1980-2006年美國(guó)1866名運(yùn)動(dòng)猝死（包括心臟停搏幸存者）病例的分析發(fā)現(xiàn)，1049例（56%）是由心血管疾病造成。不僅如此，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于心臟功能的影響在退役運(yùn)動(dòng)員中仍然持續(xù)，如這一群體具有較高的心律失常發(fā)生率和起搏器安裝比例。一項(xiàng)針對(duì)20名退役運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)達(dá)12年的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，有2名耐力運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)15 s心臟停搏而必須進(jìn)行起搏器植入治療。小規(guī)模研究發(fā)現(xiàn)，前馬拉松運(yùn)動(dòng)員的起搏器安裝比例高達(dá)11%。中年運(yùn)動(dòng)員中嚴(yán)重心動(dòng)過緩的出現(xiàn)是由于竇房結(jié)功能障礙（Sinus node disease， SND）所致并可增加心臟猝死的風(fēng)險(xiǎn)，然而，目前仍缺少對(duì)于運(yùn)動(dòng)員SND及心律失常問題發(fā)生機(jī)制的相關(guān)研究[2]。

1 運(yùn)動(dòng)與SAN功能異常

SAN功能異常所引起的心律失常包括竇性心動(dòng)過緩、竇性心動(dòng)過速、竇性心律不齊、竇性停搏、病態(tài)竇房結(jié)綜合征等，上述竇性心律失常在運(yùn)動(dòng)員中具有較高的發(fā)生率，而長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引發(fā)竇性心律失常的發(fā)生機(jī)制則是運(yùn)動(dòng)心臟研究中的熱點(diǎn)問題之一。

1.1 竇性心動(dòng)過緩

相關(guān)研究表明，國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)員竇性心動(dòng)過緩的最慢心率可低至33次/分，國(guó)外則為29次/分，該病在退役運(yùn)動(dòng)員中的發(fā)病率為10%，明顯高于非運(yùn)動(dòng)員中的2%，另有6%的退役運(yùn)動(dòng)員心電圖顯示R-R間期長(zhǎng)達(dá)2.5秒，但非運(yùn)動(dòng)員中并未觀察到此類現(xiàn)象。

Baldesberger等對(duì)瑞士134名退役的職業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員研究發(fā)現(xiàn)，退役運(yùn)動(dòng)員的平均心率為66±9次/分，與對(duì)照組70±8次/分相比，具有顯著性差異。盡管多數(shù)報(bào)道將運(yùn)動(dòng)員竇性心動(dòng)過緩歸因?yàn)樾呐K由于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練而產(chǎn)生的能量節(jié)省化表現(xiàn)，是一種生理適應(yīng)，但過低心率可能影響心臟的血流動(dòng)力學(xué)效果，如伴發(fā)眩暈等，并對(duì)心臟正常節(jié)律產(chǎn)生的抑制和異位節(jié)律點(diǎn)的形成提供條件。隨著年齡的增加，中年以上運(yùn)動(dòng)員會(huì)因竇性心動(dòng)過緩而導(dǎo)致猝死風(fēng)險(xiǎn)的增加。因此，對(duì)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引發(fā)竇性心動(dòng)過緩的發(fā)生機(jī)制、臨床診斷、并發(fā)癥預(yù)防及治療還需進(jìn)一步研究。

1.2 竇性心律不齊

竇性心律不齊在運(yùn)動(dòng)員具有較高的發(fā)生率，在成年運(yùn)動(dòng)員中所占比例為68.6%，青少年運(yùn)動(dòng)員中為62%。竇性心律不齊指SAN發(fā)出的沖動(dòng)不規(guī)則而導(dǎo)致心率時(shí)而減慢、時(shí)而加快的現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)性竇性心律不齊可分為呼吸性和非呼吸性。盡管運(yùn)動(dòng)員的竇性心律不齊多被歸類為生理現(xiàn)象，但較為嚴(yán)重的竇性心律不齊有可能是SAN功能下降的表現(xiàn)，需給予重視。

1.3 病態(tài)竇房結(jié)綜合征

病態(tài)竇房結(jié)綜合征（sick sinus syndrome，SSS）是由于SND引起SAN起搏及沖動(dòng)傳出異常而導(dǎo)致心、腦、腎器官供血不足并發(fā)一系列臨床表現(xiàn)的綜合征，較常出現(xiàn)“快慢綜合征”，心房顫動(dòng)、心房撲動(dòng)或室上性心動(dòng)過速，與竇性心動(dòng)過緩交替出現(xiàn)，常因過緩而出現(xiàn)一時(shí)性頭暈或暈厥等。Baldesberger等研究發(fā)現(xiàn)，退役的職業(yè)自行車運(yùn)動(dòng)員中，SND的發(fā)病率達(dá)10%，心房撲動(dòng)的發(fā)生率達(dá)6%，明顯高于同年齡對(duì)照組的2%和0%。

1.4 房室交界區(qū)性逸搏

房室交界區(qū)性逸搏是由于SAN沖動(dòng)頻率減慢低于房室交界區(qū)潛在起搏點(diǎn)的頻率或傳導(dǎo)障礙竇房結(jié)沖動(dòng)不能抵達(dá)起搏點(diǎn)部位，潛在起搏點(diǎn)除極產(chǎn)生逸搏，這一現(xiàn)象多出現(xiàn)在竇性心動(dòng)過緩、竇性心律不齊及房室傳導(dǎo)阻滯的運(yùn)動(dòng)員中。一般認(rèn)為，房室交界性逸搏具有生理保護(hù)性作用，在間隔較長(zhǎng)的心動(dòng)周期中，交界性逸搏的出現(xiàn)可以避免心臟停搏過久而發(fā)生缺血，但房室交界性逸搏或心律的出現(xiàn)與迷走神經(jīng)張力增高、顯著的竇性心動(dòng)過緩或房室傳導(dǎo)阻滯有關(guān)。

2 不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)SAN功能變化的影響

運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的類型、負(fù)荷強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等對(duì)SAN功能活動(dòng)產(chǎn)生不同的影響，其發(fā)生機(jī)理可能與心臟SAN的結(jié)構(gòu)和功能在不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的變化有關(guān)，不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員心電圖特點(diǎn)的分析研究也不斷深入，據(jù)國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所報(bào)道，跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員平均心率為65.8次/分，中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員的平均心率為50.8次/分。可見，SAN功能異常的發(fā)生率與運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之間存在相關(guān)性，竇性心動(dòng)過緩及SND多見于從事耐力性項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員，在馬拉松和公路自行車運(yùn)動(dòng)員中有較高的發(fā)生率，例如，有報(bào)道顯示環(huán)法自行車賽頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員的安靜心率可低至30次/分。因此，以長(zhǎng)時(shí)間耐力運(yùn)動(dòng)即力竭運(yùn)動(dòng)模式為切入點(diǎn)，對(duì)于在此類運(yùn)動(dòng)條件下SAN功能變化進(jìn)行研究，可有望揭示運(yùn)動(dòng)性SAN功能異常、心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)性心律失常的發(fā)生機(jī)制。

3 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致SAN功能異常的原因

既往研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)員竇性心動(dòng)過緩多被歸因?yàn)槊宰呱窠?jīng)張力增高，但支持這一觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)并不充足。觀察發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員的正常心率比非運(yùn)動(dòng)員減慢約10次/分，而固有心率減慢約20次/分，分別應(yīng)用阿托品和普萘洛爾阻斷自主神經(jīng)系統(tǒng)后，與正常非運(yùn)動(dòng)員個(gè)體相比，現(xiàn)役運(yùn)動(dòng)員（n=6）的SAN周期長(zhǎng)度（sinus node recovery time， SNRT），SAN恢復(fù)時(shí)間（sinus cycle length， SCL），Wenckebach周期和房室結(jié)（Atrioventriculor Node， AVN）有效不應(yīng)期，最大SNRT/SCL均延長(zhǎng)。這一結(jié)果表明，耐力訓(xùn)練可能會(huì)引起SAN固有功能的改變，包括SAN固有起搏活動(dòng)的減少及固有心率的下降。由此可見，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練引起的SAN功能異常不僅僅是交感神經(jīng)張力下降及迷走神經(jīng)張力增高引起的SAN短暫生理適應(yīng)性變化，而在很大程度上是一種SAN固有結(jié)構(gòu)和功能的改變。

盡管運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域缺少SAN功能異常基礎(chǔ)研究的相關(guān)證據(jù)，但有觀點(diǎn)認(rèn)為固有心率下降及SAN功能的下降是由于纖維化，如SAN細(xì)胞的減少和細(xì)胞外基質(zhì)的增生，然而在探討衰老導(dǎo)致的纖維化對(duì)大鼠SAN的影響時(shí)只發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)的改變，并未觀察到結(jié)細(xì)胞的減少。就此推測(cè)，心動(dòng)過緩可能是由于SAN離子通道的改變引起的。Allah等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在兔子出生后的發(fā)育過程中，心動(dòng)過緩可能是由于HCN4，Nav1.5，Cav1.3和Na+-Ca2+交換體NCX1的減少造成的。Yeh[4]等對(duì)房性快速性心律失常（atrial tachyarrhythmias ，ATs）的動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，ATs可導(dǎo)致SAN恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)約70%，HCN通道的HCN2和HCN4亞單位減少超過50%，β亞單位minK減少42%，SAN細(xì)胞的If和IKs電流分別下降48%和34%，與此同時(shí)，K+通道表達(dá)上調(diào)。上述研究提示HCN4減少或是K+通道表達(dá)上調(diào)是引起SAN功能障礙的主要原因。不同物種間也存在心動(dòng)過緩，對(duì)比小鼠和人的心率可以發(fā)現(xiàn)，小鼠的心率約為400～800 bpm，人類約為70 bpm。人類較之鼠類心律慢的原因則可能是Nav1.5，Navβ1，Nav1.4， Cav3.1，Cav3.2和HCN4通道下調(diào)所致[5]。

就組織學(xué)研究而言，與普通工作心肌細(xì)胞相比，SAN內(nèi)細(xì)胞具有能量代謝低的特點(diǎn)，這是SAN在缺血缺氧、代謝抑制等非生理?xiàng)l件下維持心臟正常節(jié)律重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。然而，長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的反復(fù)訓(xùn)練仍會(huì)造成SAN細(xì)胞和組織的損傷性改變。組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，一次力竭運(yùn)動(dòng)即可造成SAN內(nèi)的P細(xì)胞和T細(xì)胞發(fā)生損傷性改變，1周反復(fù)力竭運(yùn)動(dòng)則可引起SAN細(xì)胞內(nèi)線粒體彌漫性增生、肌絲缺失、大量凋亡細(xì)胞散在分布、起搏細(xì)胞間連接混亂等超微結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而導(dǎo)致SAN起搏活動(dòng)的產(chǎn)生、沖動(dòng)傳導(dǎo)及SAN細(xì)胞組織電生理活動(dòng)的變化，這可能與力竭運(yùn)動(dòng)引起的某些竇性心律失常及SND有關(guān)，但運(yùn)動(dòng)對(duì)于SAN組織結(jié)構(gòu)的改變與電生理功能之間的關(guān)系還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

反復(fù)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可引起SAN缺血缺氧性改變，有研究表明，心肌缺血可導(dǎo)致SAN功能障礙，在心臟停搏或心室顫動(dòng)的復(fù)蘇中，通常可出現(xiàn)心動(dòng)過緩。心肌缺血后隨之出現(xiàn)的心動(dòng)過緩是心臟停搏后低存活率的主要原因。缺血性心動(dòng)過緩的細(xì)胞學(xué)機(jī)制仍不完全清晰。Gryshchenko等使用低pH值（pH=6.6）“缺血性”溶液模擬缺血狀態(tài)下細(xì)胞外的酸環(huán)境，在離體兔竇房細(xì)胞中觀察到舒張期去極化減慢，動(dòng)作電位幅度減少以及最大舒張電位的去極化。兔SAN細(xì)胞代謝抑制中可出現(xiàn)ICa，L，IKr，和If減弱，IK，ATP活化?？梢?，缺血導(dǎo)致的心臟自律性減慢不是由單一離子機(jī)制引發(fā)的，而且，離子通道活動(dòng)的變化也在某種程度上取決于實(shí)驗(yàn)的條件（例如，酸性或代謝抑制性）。然而，SAN細(xì)胞在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過程中由于缺血缺氧所引起的細(xì)胞膜上離子通道的改變還未見有相關(guān)報(bào)道，對(duì)于這一問題的深入研究將有助于揭示運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致SAN功能障礙的發(fā)生機(jī)制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)導(dǎo)致心臟SAN多種類型功能異常，SND所引發(fā)的運(yùn)動(dòng)性心律失常是運(yùn)動(dòng)員心臟綜合征的主要表現(xiàn)，在高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)比賽中可導(dǎo)致猝死，然而，此種狀態(tài)下SAN功能障礙的發(fā)生機(jī)理仍不明晰。臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)τ赟AN功能在心臟缺血缺氧及多種病理?xiàng)l件下改變的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了深入的研究，這些研究多集中于SAN細(xì)胞膜上電學(xué)活動(dòng)相關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)和功能的改變，這也為運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究人員提供了思路和方法，因此，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)著力探討力竭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，心臟SAN細(xì)胞離子通道電生理學(xué)和分子結(jié)構(gòu)的改變，揭示運(yùn)動(dòng)引發(fā)竇房結(jié)功能障礙的發(fā)生機(jī)制，為進(jìn)一步探索運(yùn)動(dòng)性心律失常的預(yù)防措施及臨床治療、竇房結(jié)細(xì)胞離子通道的功能調(diào)節(jié)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制等奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，此外，對(duì)于竇房結(jié)起搏細(xì)胞自律活動(dòng)的研究為臨床生物起搏器的發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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