運動性心肌微損傷的研究現狀

劉 揚綜述，吳志峰審校

適量的運動負荷可引起心臟結構可調節性、生理性重塑，有利于改善心臟功能。但急性力竭和高強度體能運動后可對機體產生不利影響，常導致運動性心肌微損傷。在體能運動訓練中，部分人員因出現運動性心肌損傷，常常出現心悸、胸悶、嘔吐等癥狀，可能導致心功能不全和心電活動不穩定，嚴重者可出現惡性心律失常，甚至猝死等。本文主要對運動性心肌微損傷現象的發生機制、評估及預防的研究現狀做一綜述。

1 心肌微損傷的發生機制

1.1 缺血缺氧反應 大運動量負荷時，心肌細胞可發生缺血缺氧性改變。高強度體能運動時，心臟對氧的需求量增加，但冠狀動脈的儲備能力不能相應滿足心臟代謝需求，導致心肌組織相對供血不足，造成氧供應與需求失衡。研究認為力竭運動后的心肌損傷出現心肌脂質過氧化加強、鈣離子超載等現象［1］。近期的研究更進一步發現，力竭運動后心肌早期生長應答基因鋅指轉錄因子(Egr-1)迅速升高，可能參與誘導炎性細胞的趨化、聚集和氧自由基的產生，導致心肌缺血缺氧損傷的發生［2］。反復心臟過度負荷后，由于心肌細胞過度肥大，單位面積毛細血管數量下降，與心腔相通的動脈腔管道及靜脈發生閉鎖，導致心臟的微血管栓塞，進一步加重心肌細胞缺血缺氧性改變。

1.2 神經體液調節的改變 當機體處于運動狀態時，交感-腎上腺素系統被激活，興奮性增高，血液中兒茶酚胺水平升高。過度訓練時，心肌局部血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)水平升高，循環血漿中AngⅡ含量、腎素及血管緊張素轉化酶(ACE)活性明顯升高，同時出現左室收縮功能下降，心搏出量減少。高強度體能訓練導致心臟局部超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，細胞膜發生脂質過氧化損傷，使心肌局部AngⅡ大量溢出，從而促進心肌細胞的增生和心肌間質成纖維細胞的增殖導致運動性心肌損傷。一項通過對大鼠力竭運動過程中，心血管活性物質血液心鈉素(ANP)的動態分析研究發現，力竭性運動時ANP在運動階段、力竭時刻和力竭后恢復階段具有差異性變化，并認為長時間運動時血漿ANP的不足可能是運動力竭發生的主要因素之一［3］。

1.3 能量代謝障礙 研究證實:力竭運動過程中出現氧化磷酸化導致能力代謝障礙［4］。Sun 等［5］報道，大鼠心臟組織對訓練適應性與蛋白參與線粒體氧化磷酸化水平上調相關。心臟不停的舒縮，大部分能量來自于線粒體。適宜的負荷可使線粒體發生良好的適應性改變。力竭運動時，線粒體膜結構完整性破壞，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，心肌超微結構的變化表現為心肌細胞線粒體密度增加，線粒體嵴斷裂、溶解甚至空泡化，同時可出現心肌細胞線粒體DNA缺失，心肌線粒體轉錄因子A(mtTFA)表達下降，直接影響心肌纖維線粒體的氧化能力和能量產生［6-7］。有研究表明，一次急性力竭運動后，大鼠心肌通過下調過氧化體增殖物受體α(PPARα)表達，減少心肌耗氧，增加心肌對缺血和缺氧的耐受性，對心肌有保護作用，但反復超負荷運動后，心肌PPARα表達紊亂，可能導致心肌能量代謝障礙，發生病理性心室重塑［8］。

1.4 心肌細胞凋亡 多項研究表明，心肌細胞的異常凋亡可能是運動性心肌微損傷的主要機制之一。研究表明耐力訓練可誘導大鼠DNA缺失及大鼠心室心肌細胞凋亡［9］。進一步的實驗發現，力竭運動后大鼠的心肌細胞凋亡相關基因表達改變，細胞凋亡調控基因轉錄激活因子3(Atf3)、神經鞘氨醇激酶(Sphk1)的表達顯著性上調，提示心肌細胞凋亡可能是運動性心肌微損傷的病理生理機制之一［10］。廖興林等［11］對力竭運動后不同時相大鼠心肌鈣調神經磷酸酶Aβ(CnAβ)亞基水平的測定發現，反復力竭運動大鼠心肌CnAβ蛋白含量升高，并認為CnAβ可能通過誘發心肌細胞凋亡來參與運動性心肌微損傷發生過程。而有學者研究發現力竭運動后鈣離子結合蛋白A4(S100A4)表達升高，可抑制細胞的凋亡，對培養的心肌細胞具有促進生長和存活的作用［12］。因此，細胞凋亡在運動性心肌微損傷發生過程中，是保護性機制還是損傷性機制，目前尚存有爭議。

1.5 心肌局部炎癥反應 一次力竭運動后即刻可出現心肌纖維變性、渾濁腫脹、心肌間血管及毛細血管擴張充血。通過對力竭運動后不同時相大鼠心肌組織形態學改變的研究發現，力竭運動后，不同時相大鼠的心肌細胞均有不同程度損傷，炎癥細胞浸潤灶逐漸增多，胞質嗜酸性增強，在運動后48 h最嚴重，且具有延遲性加重現象［13］。多項對力竭運動大鼠炎癥反應基因表達譜的研究發現，一次力竭運動后，大量趨化因子及受體表達顯著上調，心肌真核細胞轉錄因子核因子(NF-κB)mRNA和蛋白表達增加［14］、心肌細胞間黏附因子-1(ICAM-1)水平升高［15］，表明細胞因子的激活，介導心肌局部炎性細胞的黏附和浸潤，是構成運動性心肌微損傷的發生機制之一［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動的能力，甚至會造成運動性猝死。因此，對運動性心肌微損傷早發現及防治成為運動醫學的重要工作之一。運動性心肌微損傷與病理性心肌損傷不同，運動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。現階段有關運動性心肌微損傷診斷的研究相對較少。有研究發現變色酸-2R亮綠染色可以敏感地反應運動性心肌微損傷的病理改變［17］。但該方法對運動性心肌微損傷早期診斷的意義尚未明確且缺乏實用性。動態監測心肌損傷標志物是目前所采用的較好方式之一。通過對力竭運動后不同時相大鼠心肌肌鈣蛋白I(cTn-I)、肌紅蛋白(Mb)水平的動態監測研究發現，動態聯合監測血清cTn-I、Mb有助于心肌微損傷的早期特異性診斷［18］。一項新兵長距離(5 km)負荷訓練后血液cTn-I檢測也證實，部分新兵在一次高強度體能訓練后即刻和運動后4 h血液cTn-I升高。如何量化運動性心肌微損傷程度，以及評估的量化標準將更有實際的意義［19］。有研究表明脂肪酸結合蛋白(H-FABP)可以作為心肌損傷的一種檢測標準［20］，但起廣泛應用于心肌損傷的檢測還有待進一步論證。

3 運動性心肌微損傷的預防

高強度的體能運動訓練中，部分人員因出現運動性心肌損傷，常常出現心悸、胸悶、嘔吐等癥狀，可能導致心功能不全和心電活動不穩定，嚴重者可出現惡性心律失常、甚至猝死等情況。針對運動性心肌微損傷，做到既適當控制心臟負荷，防止運動中心臟的病理性轉變，又不影響身體運動能力的提高，是預防高強度體能訓練中各種突發事件的重要環節。預防心肌微損傷的相關研究目前認為可以從兩個方面入手，一是針對運動性心肌微損傷的發生機制，尤其是通過心肌微損傷發生的各個環節，二是合理的體能訓練設計。

3.1 抑制氧化反應 使用抗氧化劑、清除氧自由基可減輕心肌細胞的缺血缺氧改變、改善心肌細胞線粒體功能、減輕細胞凋亡，從而減輕心肌微損傷的程度。有研究者將輔酶NADH應用于運動疲勞小鼠，發現可以減少細胞內活性氧(ROS)，增加由運動損傷引起的膜電位，進而改善線粒體功能，發揮心臟細胞的修復功能，起到對心臟的保護作用［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胞凋亡［22］。Aoi等［23］用抗氧化劑蝦青素對力竭運動大鼠心肌微損傷的研究發現蝦青素可減弱運動性心肌損傷。另有研究表明，補充L-精氨酸可少對大鼠力竭運動引起的心肌氧化損傷和炎癥反應［24］。

3.2 神經體液調節 抑制腎素-血管緊張素系統激活對運動性心肌微損傷產生保護作用。在壓力和容量負荷的動物實驗中，小劑量卡托普利抑制AngⅡ的合成與釋放，可以阻止心肌結構和功能損害。

3.3 合理的體能訓練設計 運動預適應晚期保護效應已被許多研究證實，其對力竭運動所致的急性心肌損傷晚期保護效應的研究亦有報道。動物實驗研究表明，運動預適應可作為一種無損傷性預適應方式，能減輕力竭運動所致急性心肌損傷的程度，具有晚期保護效應［25］。運動預適應是一種非損傷性預適應方式，能明顯減輕力竭運動引起的急性心肌損傷和促進心臟功能恢復，與輔酶Q10聯合應用具有抑制力竭運動心肌所致的心肌脂質過氧化和細胞 DNA 損傷作用［26］。

3.4 營養心肌細胞 另外，有研究通過檢測新兵在運動前后及服用左卡尼汀后脂肪酸結合蛋白(H-FABP)含量表明，左卡尼汀對運動性心肌細胞有預防性保護作用［20］。

力竭運動時，由于心肌的缺血缺氧反應、機體的神經內分泌改變、能量代謝障礙等因素，導致心肌微損傷。長期心肌微損傷的積累，可致心臟的病理性改變。抗氧化劑、小劑量血管緊張素轉化酶抑制劑調節神經內分泌、改善線粒體功能、營養心肌細胞及運動預適應對心肌有保護作用，可提高運動員或指戰員體能素質，對預防高強度負荷運動過程中各種突發事件起到積極作用。

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