馬拉松運動與心血管系統(tǒng)適應(yīng)性和風險性研究進展

高 原 趙 猛

(燕山大學體育學院，河北 秦皇島 066004)

?運動人體科學與應(yīng)用心理學

馬拉松運動與心血管系統(tǒng)適應(yīng)性和風險性研究進展

高 原 趙 猛

(燕山大學體育學院，河北 秦皇島 066004)

近年來，關(guān)于馬拉松運動對心血管系統(tǒng)有益還是有潛在危害存在學術(shù)爭議，以此為研究切入點，通過對相關(guān)文獻資料進行整理研究發(fā)現(xiàn)，馬拉松運動對心血管系統(tǒng)的適應(yīng)方面主要體現(xiàn)在心肌適應(yīng)性和運動員心臟；心肌損傷、冠狀動脈異常、潛在的致心律作用、復(fù)雜心室異位和心源性猝死等是增加心血管系統(tǒng)風險性的主要誘因；規(guī)避和預(yù)防心血管系統(tǒng)風險性的主要措施包括：常規(guī)醫(yī)學檢查、心電圖診斷、運動心電圖檢查和遵守當前歐洲心臟病協(xié)會推薦的體力活動和公共衛(wèi)生指南。目前，尚無研究表明馬拉松運動是一項誘發(fā)心血管系統(tǒng)疾病的高風險運動。 關(guān)鍵詞:馬拉松；耐力運動；心血管適應(yīng)；心血管風險

近幾十年來，馬拉松運動越來越受到大眾的歡迎和熱愛。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)每年有數(shù)以百萬的非職業(yè)運動員參加馬拉松比賽。通過對城市馬拉松比賽的人群分析，可以發(fā)現(xiàn)年輕的、高水平職業(yè)運動員數(shù)量所占的比例較少，其他各個年齡段的業(yè)余馬拉松運動員的數(shù)量卻不斷增加，業(yè)余選手中以中老年男性運動員為主，且具有較高的運動競技水平[1]。馬拉松運動對人體心血管系統(tǒng)形成了巨大的挑戰(zhàn)，尤其是“中老年”這個年齡段最為典型，因此對中老年馬拉松業(yè)余選手心血管系統(tǒng)的研究尤為重要。 眾所周知，適量、有規(guī)律地參加體育鍛煉對心血管系統(tǒng)的有益變化包括內(nèi)皮功能改善、冠狀動脈血流儲備增多、心肌缺血的耐受性提高、心肌毛細血管密度增加、心室顫動閾值提高、動脈血壓下降及動脈硬度降低等。不過關(guān)于運動的量效關(guān)系一直存有爭議，有學者研究表明，每周額外消耗能量2000-3000卡或者每天額外消耗能量300-400卡對心血管健康產(chǎn)生最佳效應(yīng)[2，3]。也有研究表明，每天進行15分鐘適量、規(guī)律的體力活動會對糖尿病、癌癥和心血管疾病具有預(yù)防效應(yīng)且可以延長壽命[4-6]。就目前研究基礎(chǔ)來看，很難對馬拉松運動有益效應(yīng)的個體最佳運動量和上限值做出明確界定，但馬拉松運動對于某些心血管疾病，如心房纖顫，劑量明顯過大[7]。Elosua et al對兩組年齡相匹配的病例進行對照研究，確立了鍛煉的時間閾值，即一生鍛煉時間不超過1500h，如果超過閾值，孤立性心房顫動的風險將增加[8]。Mohlenkamp et al等人研究發(fā)現(xiàn)，年齡超過55歲的健康男性運動員在過去3年內(nèi)參加5次以上馬拉松比賽可能具有較高的冠狀動脈鈣化風險[9]。本文通過文獻研究，從心血管系統(tǒng)的適應(yīng)性、風險性和風險篩查三個方面闡述馬拉松運動與心血管系統(tǒng)的關(guān)系，充分發(fā)揮馬拉松運動的健身效益，規(guī)避風險因素，為更好地促進馬拉松運動的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 馬拉松與心血管系統(tǒng)的適應(yīng)性研究

關(guān)于馬拉松運動對心血管系統(tǒng)急性和慢性影響研究多集中于中老年業(yè)余馬拉松運動員。對這部分人群來說，馬拉松運動對身體健康有益還是有害存有爭議，因此有必要對急性和慢性效果進行詳細分析。

1.1 馬拉松運動與心肌適應(yīng)性

劇烈、持久的運動使骨骼肌需氧量明顯增加，為了滿足骨骼肌收縮和舒張對氧氣的需求，肺部攝氧量和血液的運輸能力顯著提高。在生理條件下，機體對馬拉松運動的急性心肺適應(yīng)包括肺通氣量、心率、每搏輸出量和心輸出量增加，并伴隨收縮壓和外周血管收縮和舒張適度增加[10]。這些急性心臟適應(yīng)能夠使機體在有氧狀態(tài)下持續(xù)運動幾個小時以上。對于高水平馬拉松運動員來說，這些適應(yīng)可能會導(dǎo)致 “運動員心臟”形成，其形態(tài)學特征是左、右心室容積協(xié)同增加，左心室室壁增厚和心肌質(zhì)量改善，并伴隨心臟功能明顯改善，心輸出量是原來的5-6倍，安靜心率顯著下降[11,12]。但需要強調(diào)的是，運動員心臟的形成需要劇烈、持續(xù)的耐力運動。關(guān)于中老年業(yè)余馬拉松運動員能否像年輕的馬拉松運動員一樣遵照相同的模式形成運動員心臟還不完全清楚，有待深入研究。

1.2 馬拉松運動與運動員心臟

運動員心臟與高血壓心臟病或者肥厚性心肌病所表現(xiàn)出來的病理性、結(jié)構(gòu)性的心肌適應(yīng)完全不同[13]。自從1899年瑞典醫(yī)生Henschen發(fā)現(xiàn)并提出的“運動員心臟”的理論，就引發(fā)了學術(shù)界關(guān)于運動員心臟與健康關(guān)系的爭論與探討。有些年輕馬拉松運動員經(jīng)歷了嚴重的心血管不適應(yīng)或者并發(fā)癥[14,15]，但研究表明，這些不良心血管事件與運動員心臟的形態(tài)和功能并無相關(guān)關(guān)系，長期進行馬拉松訓(xùn)練并不會增加運動員的心血管事件發(fā)生率[16,17]。近期一項研究表明，與年齡相匹配的普通男性相比，參加環(huán)法自行車比賽的運動員心血管發(fā)病率明顯降低，且壽命延長[18]。但對于中老年業(yè)余馬拉松選手來說，與專業(yè)年輕運動員經(jīng)常保持相同運動競技水平，情況可能完全不同。進行大運動量和較高強度的馬拉松運動時，每分心輸出量可達到20-25升且持續(xù)幾個小時以上，這種工作負荷會使所有心肌結(jié)構(gòu)包括冠狀動脈血管和電傳導(dǎo)系統(tǒng)承受高度的壓力，可能會對一些易感人群造成結(jié)構(gòu)和功能的不適應(yīng)或者心肌損傷和纖維化[19]。

隨著先進的便攜式多普勒超聲心動圖的出現(xiàn)，能夠?qū)Ω咚今R拉松運動員在安靜和運動狀態(tài)下的心臟結(jié)構(gòu)和功能進行非侵入性監(jiān)測。許多科研人員已經(jīng)利用了二維和多普勒技術(shù)對馬拉松運動前后的心肌形態(tài)和功能狀態(tài)進行監(jiān)測和評價。Douglas et al研究發(fā)現(xiàn)，一部分運動員在參加夏威夷鐵人三項后出現(xiàn)左心室收縮和舒張功能異常[20]。Neilan et al研究發(fā)現(xiàn)，參加波士頓馬拉松比賽后的中老年男性即刻出現(xiàn)心肌舒張功能障礙[21]。此外，Neilan et al還發(fā)現(xiàn)肌鈣蛋白水平增加與訓(xùn)練量有關(guān)系，其原因可能是心肌損傷所致。這一解釋引發(fā)了關(guān)于馬拉松運動對身體健康潛在負面影響的激烈爭論，尤其是訓(xùn)練過量的中老年男性人群[21]。近年來，隨著超聲心動圖、核磁共振斷層成像、組織多普勒成像、應(yīng)變率成像和定量評估節(jié)段性心室功能等技術(shù)的出現(xiàn)，研究人員能夠更加詳細地搜集馬拉松運動員的心臟結(jié)構(gòu)和功能信息。關(guān)于左心室的收縮功能也存在爭議。一項以294名馬拉松運動員為研究對象的meta分析顯示，左心室收縮功能出現(xiàn)瞬間顯著性降低并伴有心室應(yīng)變和扭曲的跡象[22,23]，一般情況下，馬拉松運動會使左心室舒張早期充盈增加，且高水平馬拉松運動員的舒張功能明顯優(yōu)于無訓(xùn)練經(jīng)歷的對照組。有學者研究表明，馬拉松運動后即刻心室舒張功能出現(xiàn)抑制現(xiàn)象，尤其是無訓(xùn)練經(jīng)歷的業(yè)余選手，但通過超聲心動圖檢查發(fā)現(xiàn)，在馬拉松運動后24小時內(nèi)，這些功能性改變能夠完全恢復(fù)正?；痆24]。因此，馬拉松運動所導(dǎo)致心室收縮和舒張功能出現(xiàn)一過性降低通常被解釋為生理性“心臟疲勞”[25]。

2 馬拉松運動與心血管系統(tǒng)風險性研究

隨著一些先進影像技術(shù)的出現(xiàn)，研究人員能夠?qū)δ贻p的職業(yè)馬拉松運動員和中老年業(yè)余馬拉松運動員的右心室進行深入研究，并進一步探尋影響右心室的結(jié)構(gòu)和功能異常的潛在跡象。研究表明，長時間劇烈運動可能會導(dǎo)致右心房和右心室擴張以及一些易感個體出現(xiàn)潛在的心肌瘢痕或者心肌纖維化的跡象[26,27]，但這種結(jié)構(gòu)和功能異?？稍诙虝r間內(nèi)恢復(fù)正?；?。這些研究結(jié)果仍然存在明顯爭議，還有許多問題不夠明確，需要進一步對其長期臨床意義進行研究。馬拉松運動引起心肌收縮和舒張功能變化可以被視為一種生理現(xiàn)象，可能對少數(shù)易感人群結(jié)構(gòu)和功能異常具有臨床意義，還需利用現(xiàn)代成像技術(shù)如核磁共振斷層成像進一步明確馬拉松運動對心肌結(jié)構(gòu)和功能的影響，進而確定運動員出現(xiàn)不適的風險。

2.1 馬拉松運動和心肌損傷

臨床研究表明，馬拉松運動過程中和/或運動后即刻血清標志物明顯增加，表明心肌可能損傷[28，29]。然而，有些研究表明，升高的心肌生物標志物在運動后24-48小時內(nèi)回歸為正常值。因此這種心肌細胞一過性和可逆性變化可能沒有負面的臨床后果[30]。最近一項研究支持了上述的解釋，Hanssen et al同時運用了心肌標志物、心肌磁共振和釓顯像進行測量，結(jié)果表明，心肌生物標志物出現(xiàn)一過性升高，但并沒有檢測出心肌壞死[31]?？紤]到心肌肌鈣蛋白和腦利鈉肽釋放的復(fù)雜性，還需要實驗研究來進一步闡明心臟標志物升高的生化機制和臨床意義。

2.2 馬拉松運動和血管系統(tǒng)

研究表明，長期進行馬拉松運動對血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生有益影響，其中包括改善動脈硬化的積極作用[32]。Green et al對高水平馬拉松運動員血管的適應(yīng)性進行了meta分析，發(fā)現(xiàn)馬拉松運動員的動脈容積擴大并伴有動脈管壁厚度降低，同時外周阻力血管乙酰膽堿介導(dǎo)的血管舒張功能明顯改善[33]。據(jù)此可以推斷，馬拉松運動能夠延緩脈管系統(tǒng)的老化，改善外周阻力血管的功能。但就此認定馬拉松運動能夠提高動脈反應(yīng)性仍然存在證據(jù)不足。

急性和持久的馬拉松運動對血壓和心率的影響已經(jīng)得到科學驗證，其機制是外周血壓、外周動脈阻力和心率顯著降低，尤其是高血壓患者更為明顯[34]。但無證據(jù)表明，馬拉松運動對中央血壓也產(chǎn)生積極效應(yīng)。有學者對力量練習的受試者進行研究，他們觀察到了動脈硬化增加現(xiàn)象[35]。近期一項對49名定期進行馬拉松運動的中老年人研究發(fā)現(xiàn)，與年齡相匹配的對照組相比，他們的血壓和脈搏波速度略有增加，在馬拉松跑后即刻，能夠檢測到波反射顯著下降且脈搏波速度不變。因此可以推測，馬拉松運動可能與動脈硬化呈倒U形關(guān)系[36]。關(guān)于這一結(jié)論，還需進一步研究。

長時間馬拉松運動過程中和運動后，機體的凝血系統(tǒng)狀態(tài)也是值得關(guān)注的研究領(lǐng)域。急性、劇烈的運動會使血液處于短暫的高凝狀態(tài)，尤其是無訓(xùn)練基礎(chǔ)的個體更為顯著，其主要原因是凝血酶生成和血小板高反應(yīng)性增加以及許多凝血因子活動增強。相反，規(guī)律地參加馬拉松運動選手的纖維蛋白溶解活性顯著增加，這些潛在的適應(yīng)性改變可以起到預(yù)防血栓形成的風險[37]，但具體臨床意義還不明確?？傊?，急性和持久的馬拉松運動對動脈血管和凝血系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能反應(yīng)非常復(fù)雜，目前尚無明確結(jié)論。

2.3 馬拉松運動和冠狀動脈

近年來，有研究表明，規(guī)律的體力活動對冠狀動脈疾病具有預(yù)防作用，可以明顯地降低冠狀動脈疾病和全因死亡率。與靜坐少動人群相比，進行輕度和中度體育鍛煉，預(yù)防效果更為顯著。這些有益影響主要通過調(diào)節(jié)冠狀動脈疾病的風險因素如內(nèi)皮功能、自主神經(jīng)系統(tǒng)平衡和凝血系統(tǒng)來實現(xiàn)[38]。但是Mohlenkampet al發(fā)現(xiàn)，過去3年內(nèi)完成5次馬拉松跑的108名中老年男性運動員的Framingham風險評分超過年齡相匹配的對照組[39]，其機制可能是運動誘發(fā)高血流量導(dǎo)致血管氧化應(yīng)激反應(yīng)增加[40]；劇烈的馬拉松運動可能會誘導(dǎo)炎癥性細胞因子升高[41]。

2.4 馬拉松運動與潛在的致心律失常作用

研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀的馬拉松運動員經(jīng)常出現(xiàn)心臟的電生理改變并伴有心房和心室異位，這些變化一直被認為是功能性適應(yīng)，不會誘發(fā)嚴重的致心律失常事件或者心源性猝死[42,43]。不過，有學者研究發(fā)現(xiàn)，中老年男性馬拉松運動員心房纖顫的患病率增加5倍以上，發(fā)病的根本原因和病理生理機制尚不明確，只提出一些假說：如自主神經(jīng)系統(tǒng)的改變、體液轉(zhuǎn)移、電解質(zhì)異常潛在慢性全身性炎癥、心肌結(jié)構(gòu)的纖維化，甚至非法攝入毒品等[44,45]。臨床研究表明，與馬拉松運動相關(guān)的心房纖顫通常是陣發(fā)性的，且多發(fā)生在晚上，并逐漸發(fā)展為持續(xù)性心房纖顫。心房纖顫的患病率很高，但運動員心房纖顫通常被認為是異常的和臨床相關(guān)的，需要心血管和運動醫(yī)學專家進行系統(tǒng)和全面診斷，其中包括運動員具體的運動病歷等[46]。關(guān)于馬拉松運動員的孤立性心房纖顫的自然病程和長期預(yù)后還沒有文獻進行具體論證。Hoogsteen et al對30名帶有陣發(fā)性心房纖顫的男性馬拉松運動員進行9年隨訪，發(fā)現(xiàn)50%的陣發(fā)性心房纖顫運動員保持穩(wěn)定，僅有17%的運動員發(fā)展為持續(xù)性心房纖顫[47]。目前對馬拉松運動員心房纖顫的治療和預(yù)后評估的難度較大，主要是缺少直接對馬拉松運動員進行大規(guī)模、前瞻性隨機臨床試驗和管理指南。不過，當前的心房纖顫管理指南可能適合中老年馬拉松運動員，具體治療方法包括限制馬拉松運動的量和強度、直流電復(fù)律和消融策略，但關(guān)于藥物治療的價值和意義存在爭議，尤其對血栓栓塞預(yù)防方面[48]。

2.5 馬拉松運動與復(fù)雜心室異位和心源性猝死

復(fù)雜心室異位包括室性心動過速，多出現(xiàn)在耐力運動人群，通常源于右心室輕度功能異常和/或室間隔[49]。關(guān)于心室異位的嚴重程度和臨床意義一直以來就存在爭議。嚴重的心室異位可導(dǎo)致心臟驟停，主要是由于潛在的心臟疾病所致，如心肌病或冠狀動脈異常以及炎癥和纖維化過程[50]。幸運的是，馬拉松運動員出現(xiàn)心源性猝死概率非常低[51]。Kim et al通過對2000-2010年期間美國和加拿大全程馬拉松和半程馬拉松比賽心臟驟停的發(fā)病率和結(jié)果統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，1090萬名參賽選手中只發(fā)生59例心臟驟停，且男性心臟驟停和心源性猝死的機率明顯高于女性[28]，這些發(fā)現(xiàn)與其他研究結(jié)果具有一致性[52]。此外心臟驟停的發(fā)生率與選手的年齡高度相關(guān)，全程馬拉松的發(fā)病率顯著高于半程馬拉松。事實上，全程馬拉松跑的最后1英里(約為1.6公里)不到全程馬拉松距離的5%，而心源性猝死發(fā)病率幾乎占到50%[53]。

3 馬拉松運動員的風險分層篩查研究

人們普遍認為，馬拉松運動員需要進行常規(guī)醫(yī)學篩查。歐洲心臟病協(xié)會已經(jīng)出版了馬拉松運動員篩查的建議書，但是如何有效地檢測出與馬拉松運動相關(guān)的心血管事件潛在病理性狀況的詳細診斷程序依然存有爭議。例如，歐洲的指南建議使用常規(guī)心電圖，而美國主要局限于身體檢查和病歷[54]?？紤]到馬拉松運動所導(dǎo)致心血管事件的嚴重后果和需要篩查運動員的數(shù)量較多，有必要對篩查程序所有組成部分的診斷敏感性進行評價，其中包括心電圖診斷，同時還要制定有效的診斷策略，才能高度靈敏地識別和發(fā)現(xiàn)運動員患有心血管事件的風險因素。此外，一些其他診斷工具的臨床價值如心臟生物標志物、超聲心動圖和/或先進的成像技術(shù)還需進一步明確。

對于中老年馬拉松運動員人群來說，進行心電圖評價的作用是不同的。研究表明，存在心血管風險因素的中老年馬拉松運動員可以進行運動心電圖測試[55]。歐洲心血管預(yù)防和康復(fù)協(xié)會最近發(fā)表聲明，全面支持從事休閑體育活動的中老年人進行心血管評價，并且指出，這些評價必須以現(xiàn)有的科學研究和專家的普遍共識為根據(jù)。此外，大樣本量篩查時，習慣性體力活動水平的自我評價和基于系統(tǒng)性冠狀動脈風險評估的心血管風險預(yù)測可以同時使用[56]。對于心血管系統(tǒng)疾病風險較高的個體和從事中、高強度運動的人群來說，醫(yī)學篩查應(yīng)該包括病歷、家族病史、身體檢查和12導(dǎo)聯(lián)靜息心電圖。由于靜息心電圖對冠狀動脈疾病的敏感度較低，建議中老年馬拉松運動員還應(yīng)進行運動心電圖測試，以便發(fā)現(xiàn)ST波段下降來進一步識別潛在的冠狀動脈疾病，同時還能對其功能能力進行評價。

4 結(jié)語

全程馬拉松運動對人的有機體是一個巨大挑戰(zhàn)。馬拉松運動能夠提供有益的健康效應(yīng)和延長壽命，同時也可能對心臟形態(tài)和功能產(chǎn)生不良適應(yīng)，且增加潛在的心血管并發(fā)癥風險。中老年男性業(yè)余馬拉松選手應(yīng)該遵守當前歐洲心臟病協(xié)會推薦的體力活動和公共衛(wèi)生指南，同時還要進行全面醫(yī)學檢查，包括心電圖檢查和運動心電圖檢查。此外，為了深入了解馬拉松運動對心血管系統(tǒng)的急性和持久影響，有必要進一步研究個體風險因素，確定個人最佳運動量和運動強度，并制定個性化訓(xùn)練方案，同時建議中老年馬拉松運動員參加半程馬拉松比賽，體驗馬拉松運動的樂趣。

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Research on Progress of Adaptation and Risks of the Cardiovascular System in the Marathon

GAO Yuan, ZHAO Meng

(College of Physical Education，Yanshan University，Qinhuandao China, 066004)

In recent years, there was academic controversy about this long, strenuous endurance exercise of the marathon on the cardiovascular system is beneficial or potentially harmful. By taking this as an entry point, the authors studied the foreign literature and found that the adaptability of Marathon exercise to cardiovascular system is mainly reflected in the adaptation of myocardial fitness and athlete's heart; Inducement such as myocardial injury, anomalous coronary artery, potential cardiac arrhythmias, complicated ventricular ectopic and sudden cardiac death is the principal cause of risks of the cardiovascular system. The main measures to avoid and prevent risks of the cardiovascular system include conventional medical examination , ECG diagnosis, exercise ECG examination and Following the current guidelines for physical activity and Public Health recommended by the European Heart Association. At present, there is no evidence that marathon is a high-risk exercise to induce cardiovascular disease. Key words：marathon; endurance exercise; cardiovascular adaptation; cardiovascular risk

2017-05-27；

2017-07-11

燕山大學博士基金項目(B957)。

高原(1978-)，男，講師，博士研究生，研究方向：大眾健身的生理學機制。

G804.7

A

1672-1365(2017)04-0071-07