論運動訓練對血管內皮功能的影響

摘要：多種心血管危險因子可導致血管內皮功能障礙。運動訓練可能通過改善血管內皮功能而對心血管疾病起到防治作用。

關鍵詞：運動訓練；內皮功能

中圖分類號：G804.4 文章編號：1009-783X(2008)02-0042-04 文獻標識碼：A

由于多種心血管危險因子與血管內皮功能障礙有關，而且內皮功能障礙在動脈粥樣硬化(Arteriosclerosis，AS)早期就可以出現，因此，發現內皮功能障礙對于早期預防AS，控制心血管疾病(Cardiovascular Disease，CVD)的發生發展具有重要的臨床意義。

適宜的運動訓練能預防并降低CVD的發生，并對其有一定的治療作用，另外運動也可改善內皮功能。研究表明，改善內皮功能、尤其是已經受損的內皮功能，可能是運動訓練防治CVD的重要機制。本文就國內外：關于血管內皮功能及運動訓練對其的影響進行綜述。

1 內皮功能障礙與CVD

血管內皮是一個十分活躍的多功能內分泌器官，能夠合并分泌多種舒縮血管因子、生長因子、炎性介質與細胞因子，從而有調節血管張力、調節血管生長、凝血與纖溶、炎癥與免疫反應、調節造血功能、轉化與滅活循環中物質等多種功能。其中，內皮釋放的一氧化氮(Nitric Oxide，NO)在維持血管收縮和舒張功能方面起著關鍵性作用。內皮功能障礙是血管內皮正常穩態的損害，包括內皮依賴性的血管舒張、凝血和炎癥的調節的異常等。一般地，內皮產生的縮血管因子與舒血管因子(以NO為代表)之間的平衡被認為是內皮細胞功能正常的標志，一旦內皮因為各種原因受損，這種平衡狀態被打破，即認為出現了內皮功能障礙，它最為顯著的特征是內皮依賴性血管舒張功能受損。

內皮功能障礙是動脈粥樣硬化進展過程中重要的早期事件，內皮功能障礙的最主要特征是在血流增加、乙酰膽堿(Acetylcholine，ACh)等生理性刺激下，內皮釋放NO的能力下降，這會導致NO生物利用度下降，后者會引起一系列的變化，如白細胞與內皮細胞的相互作用增強、血小板粘附和積聚，以及平滑肌的增生等，而這些都在AS發生和發展過程中起重要作用。研究表明，傳統的CVD危險因子如增齡、高血壓、糖尿病和脂代謝紊亂都與內皮功能障礙有關。

內皮功能障礙是CVD發病的共同環節和病理生理基礎，就動脈硬化來說，內皮功能障礙是動脈硬化發生的重要步驟，內皮功能障礙發生于動脈硬化形成之前，且貫穿于動脈硬化整個病程，是動脈硬化、冠心病的早期征象。因此，內皮功能障礙是心血管事件強有力的獨立預測因子，是診斷CVD的依據和防治CVD的重要靶點。另外，內皮功能的增強可改善CVD的預后，因此有效改善受損的內皮功能也就成了防治CVD的關鍵環節。

2 內皮功能的檢測與評價

血管內皮功能的檢測對于CVD的診斷、防治和療效評價都具有重要意義。內皮產生的縮血管因子與舒血管因子之間的平衡被認為是內皮細胞完整性的標志，一旦偏離這種平衡狀態即被認為是內皮細胞功能障礙，其中最為顯著的是內皮依賴性血管舒張功能受損。對血管內皮依賴性舒張的評價方法包括(1)測NO生成量；常用的方法是Griess法，通過測定NO代謝的終產物亞硝酸鹽和硝酸鹽含量間接反映NO生成量。(2)外周血管內皮功能超聲檢查(Flow-Media—ted Vasodilation，FMD)：目前被普遍認同、廣泛應用。因為病理條件下血管內皮功能障礙是一種系統性、全身性血管功能異常，因此外周血管內皮功能對反映冠狀動脈內皮功能具有潛在的“窗口”作用，而肱動脈的解剖學特點使之成為研究動脈舒張的理想部位。此方法通常是以血壓計的袖帶加壓阻斷肱動脈血流5 min后突然釋放，引起反應性充血(Reac-tive Hyperemia)增加，使內皮細胞受到的切應力(ShearStress)增加，在釋放血流45～90 s內，以高分辨率超聲波探測肱動脈直徑和血流變化可評價內皮依賴性舒張功能，該方法無創傷、重復性好，適合于大規模臨床檢查、冠心病的篩選以及防治過程中動態觀察。(3)冠狀動脈內皮功能檢查：將內皮依賴性擴血管劑乙酰膽堿或非內皮依賴性擴血管劑硝酸甘油注入冠狀動脈內，通過造影測量兩者引起的冠狀動脈內徑變化并作比較，可評價冠狀動脈內皮功能。該方法有創傷，成本高，開展較少。(4)利用應變儀體積描記法(strain-gauge plethysmography)測定前臂血流(Forearm blood flow，FBF)：將Ach注入相應動脈中測定其血流情況。(5)檢測縮血管因子的水平：內皮源性舒血管因子產生或功能障礙的同時，通常伴有縮血管因子水平上調，以內皮素一1為代表，包括超氧陰離子、過氧化物等，檢測縮血管因子也有助于判斷內皮的血管活性。(6)檢測內皮細胞表達的抗凝/促凝因子、細胞因子、粘附分子等的變化對判斷內皮細胞功能有重要價值。內皮損傷時，不僅發生內皮依賴性血管舒張障礙，還發生抗凝血、抗粘附、抗血管增殖等正常表型的改變。(7)循環內皮細胞計數及形態學檢查：這種檢查操作簡單，結果直觀，可反映血管內皮損傷狀況，對臨床判斷缺血性心臟病等疾病的發生、發展與評價療效有參考意義。

3 長期運動訓練對內皮功能的影響

3．1 長期有氧運動對內皮功能的影響

長期有氧運動可以提高非病理情況下的內皮功能。由于長期的運動，耐力運動員比普通人有著較高水平的內皮依賴性血管舒張功能。8名健康受試者在進行了為期8周(每周3～4次，每次1小時)的70％VO₂max功率自行車運動后NO生成增多而內皮素一1減少，且此狀態能持續到停止訓練后4周，但在停止訓練第8周時其水平恢復至訓練前水平。利用應變儀體積描記法測定FBF發現，靜態生活方式者中，中年和老年男性的乙酰膽堿介導的FBF比青年要低25％，而運動訓練組中并沒有這種由于年齡而造成的差異。靜態生活方式的中年和老年者進行3個月運動干預后，Ach介導的FBF增加了30％，達到與青年水平，或中年、老年運動者的水平，另外，老年婦女每天30分鐘、每周5次、共3個月的中等強度的有氧運動還可使血漿中的NO和cGMP生成增多。安靜狀態下運動員的血漿硝酸鹽(ni—trate)比非運動員明顯高，且血漿和尿液的硝酸鹽水平都與受試者最高工作效率相關。

長期有氧運動也可以改善多種病理情況下的受損的內皮功能。對于高血壓，每周2次每次60 min運動為50％V02max、共持續12周的功率自行車運動使15名輕微高血壓者的FMD改善，同時伴有血壓的下降。每次快走30min、強度為50％VO₂max、每周5～7次、持續12周的運動后，高血壓病人的Aeh介導的FBF比訓練前明顯上升，而在用內皮型一氧化氮合酶(eNOS)抑制劑N(G)-monomethyl－L-arginine(L-NMMA)抑制NO的生成后這個改變消失，也說明運動改善內皮功能與NO釋放的增多有關。運動也可增加心衰者的L-精氨酸運入細胞，為NO合成提供足夠的底物，從而也起到了改善內皮功能的作用。此外，每天6次每次10 min功率自行車運動(強度為達到最大心率的80％)共進行4周，冠心病病人的冠狀動脈及外周血管的內皮依賴性血管舒張功能也明顯改善。

3．2 長期力量訓練對內皮功能的影響

近年來有人結合力量訓練與有氧運動來觀察其對心血管功能的改善作用，但結果并不一致。持續10周的每天有氧訓練(3英里跑)和無氧訓練(上肢力量訓練)使平均年齡20歲的正常男性的FMD明顯增高。有氧訓練和力量訓練相結合進行8周訓練后，無論是慢性心衰還是Ⅱ型糖尿病病人的內皮依賴性血管功能都改善。8周的有氧運動和力量訓練改善了心衰患者前臂的FBF。中等強度的有氧運動和力量訓練后，中年人的內皮功能(用前臂測量)沒有明顯改善。單純力量訓練對內皮功能的影響的研究中發現，平均年齡為23歲的男性每周5次的全身性力量訓練，當訓練到6周和13周時，其肱動脈直徑都比訓練前明顯增大(6周和13周相比沒有差別)，但FMD并沒有明顯變化。

4 停訓對內皮功能的影響

研究表明，長期運動訓練對機體許多方面發揮的有益作用并不是因為長期訓練積累的結果，而往往與急性運動的殘余效應有關。一個最好的解釋是停止訓練后機體的變化情況：長期運動的人在停止訓練后在短期內將把長期運動積累的有益變化喪失殆盡。如，由于運動而出現的良好的葡萄糖耐量和胰島素敏感性，在最后一次訓練后結束后72 h將喪失殆盡，這充分說明了經常活動的重要性。在Ⅱ型糖尿病病人，糖代謝改善的主要原因并不是長期力量訓練的積累，而是來自于急性單次訓練。女舞蹈演員在停止訓練2個月后發現，空腹胰島素及口服葡萄糖耐量實驗中的胰島素水平都明顯增高。因此極有必要區分急性運動效應與長期訓練效應(排除最后一次運動的影響)。在這種情況下，研究急性運動對人體機能的良好影響及其機制是極有意義的。那么停止訓練對內皮功能會有什么影響呢?

已經有不少研究觀察了停止訓練后健康人體的內皮功能變化情況。健康男性受試者進行8周自行車耐力訓練(每兩天一次，每次持續60 min，強度為70％VO₂max)后，VO₂max明顯升高，主動脈血管彈性明顯下降；在停止訓練4、8周后，VOzmax仍然沒有下降，主動脈彈性在停止訓練4周后即恢復到訓練前水平，這說明運動訓練可以改善動脈的擴張性，但這種效果并不能在停止訓練后維持較長時間。Wang等研究8周的運動訓練(強度為50％VO₂max，每周5天)對皮膚的微血管功能的影響，發現急性運動時皮膚血流(skin blood flow)和皮膚血管的傳導性增強，血漿NO水平、Ach介導的皮膚灌注(血管的內皮依賴性舒張)改善，然而停止訓練8周后，以上的良好適應喪失。8名健康受試者在進行了為期8周(每周3—4次，每次1小時)的70％V02max功率自行車運動后NO生成增多而內皮素-1減少，且此狀態能持續到停止訓練后4周，在停止訓練第8周時其水平恢復至訓練前水平。

也有不少研究報道了停止訓練對病理情況下內皮功能的影響。急性心梗患者在3個月的中等強度的有氧耐力訓練后肱動脈FMD明顯升高，在停止訓練1個月后又明顯下降。血液透析病人在進行了3個月，每周二次、每次1 h的有氧運動后，動脈硬度得到明顯改善，但在停止訓練1個月后又恢復到訓練之前的狀態。4周握力訓練運動可以恢復慢性心衰病人前臂橈動脈的FMD，停止訓練6周后FMD又恢復到訓練前的水平。冠脈內注射Aeh后用冠狀動脈造影評價內皮功能，發現冠心病病人在每天60分鐘、共4周運動后內皮功能明顯改善，隨后每天運動20分鐘、共5個月，內皮功能則出現了下降，說明運動不足與停止訓練的效果類似，都可以使原本較高水平的內皮功能下降。

5 一次急性運動對內皮功能的影響

既然長期運動訓練的有益作用在停止訓練后不久將喪失殆盡，那么可認為，運動對機體的益處可能符合“現運動現受益，不運動不受益”的原則。因此，對一次急性運動對內皮功能的研究是極有必要的，急性運動可能是長期運動防治心血管疾病的機制之一。

目前針對一次急性運動對內皮功能影響的研究較少。Jungersten發現運動員在進行一次持續135 min的慢走(距離為25公里)后即刻，其血漿中硝酸鹽(代表NO的濃度)明顯升高；在一次35公里的自行車運動后，普通人不但在運動結束后即刻血漿中硝酸鹽比安靜時明顯升高，而且在運動結束后2 h內持續升高，這說明了一次性運動對人體內皮功能產生的有益影響。Gill觀察了健康人餐前運動對脂餐后血脂和血管內皮功能的影響，發現，前一天下午的一次90rain、強度為50％VO₂max的跑臺運動，受試者在第二天無論是空腹還是高脂餐(80g脂肪，70g碳水化合物)后，其血液TG濃度都明顯低于無運動時，并且有毛細血管內皮功能(用激光多普勒成像技術來測定)的明顯改善。最近Harvey發現，絕經婦女進行一次性45min的強度為60％VO₂max跑臺運動后其肱動脈FMD比運動前安靜狀態下明顯改善。同樣的運動強度和運動持續時間的一次急性運動可以使健康受試者的肱動脈FMD在脂肪餐后得到明顯提高。本文作者的最近研究也發現，一次急性有氧跑臺運動可以有效地避免健康青年男性葡萄糖耐量實驗后的FMD下降。但平均年齡為28歲的年輕女性在一次性45分鐘的強度為60％VO₂max跑臺運動后FMD并無明顯變化，這種情況出現的原因可能是女性月經周期對FMD有一定的影響。

6 運動訓練改善內皮功能的可能機制

動脈FMD主要是由內皮釋放NO介導的，運動對內皮功能的改善作用通常也是通過對NO的生成增多和/或降解減少而實現的。(1)NO的生成增多：運動時因為肌肉代謝增加、血流加快，內皮細胞受的切應力隨之增加，使催化NO生成的酶eNOS表達和活性增高，NO生成增多，從而改善內皮功能。前者需要幾個小時，而后者需要幾分鐘。離體實驗也表明，切應力是保證內皮功能和表型正常的重要決定因素，較高的剪切應力可誘導內皮細胞血管保護基因的表達增強，而動脈硬化好發部位通常只有較低的剪切應力，而這種情況會引起粥樣硬化表型(atherogenic phenotype)的出現。(2)NO的降解減少：運動可以調節細胞外超氧化物歧化酶活性，提高機體的抗氧化、清除自由基的能力，減少了由于NO與自由基反應造成的NO降解。因此運動可能通過降低氧化應激而使NO失活下降，從而改善病人的內皮功能。

7 小結及展望

一般認為，長期有氧運動對內皮功能有良好的改善作用。在長期有氧運動實驗(縱向研究)中，通常沒有交待終點測定是在最后一次運動結束后的什么時候進行的，這樣往往區別所測結果反映的是長期運動的積累效果還是最后一次運動的急性作用。因為研究已經表明，長期運動對人體的有益作用在停止訓練后并不具有保值的特點，可以認為，前期運動對人體的益處可能依賴于單次運動來發揮其作用，因此對急性一次有氧運動的研究是極有必要的。但目前針對急性單次運動的研究并不充分。

力量訓練作為一種長期被認為不合適的健身運動方式，在近些年來逐漸得到人們的重視，但對其的研究較少，且結果并不統一，而且較多的研究只是把力量訓練結合到有氧運動中，較少有人研究單獨的力量訓練對內皮功能的影響。到目前為止，人們對它在CVD中的預防和治療作用并沒有得出一致的結論。