運動性心臟損傷的防治與機制研究進展

平 政,曹雪濱

運動性心臟損傷(Exercise-induced myocardial injury, EIMI)是指過度負荷運動或不適宜的運動對心臟造成的不良影響，也叫力竭性心臟損傷(Exhaustive exercise-induced myocardial injury, EEIMI)，臨床表現為心臟形態學改變、心肌損傷標志物異常、運動性心律失常、心功能減低、暈厥甚至運動性猝死等。馬拉松猝死個案中，多數是由于暫時性心臟受損造成的猝死。EEIMI多見于經常從事高強度作業的人群。在軍隊這一特殊群體中，由于經常面臨高溫高濕、寒冷和缺氧等多種特殊環境，且訓練強度高，EEIMI尤為高發。目前對EEIMI的認知水平不高，很多病例往往被漏診，導致部分患者發生嚴重后果。因此對EEIMI發病機制及防治研究具有重要意義。本文將從臨床和發病機制等方面對該領域的研究成果進行綜述。

1 EEIMI的病理機制研究

1.1EEIMI造成心臟結構功能改變 高強度運動造成明確的心肌病理學改變。Ping等[1]通過應用光鏡和電鏡技術分別觀察發現力竭運動造成了大鼠心肌間質水腫，間隙增寬，線粒體數量和糖原增加，線粒體周邊水腫，膜脊融合，局部缺損，肌原纖維部分斷裂。

1.2高強度運動能夠誘導心肌酶水平增高 崔玉娟等[2]發現力竭后大鼠血清乳酸脫氫酶(LDH)、心肌型肌酸激酶(CK-mb)、肌酸激酶(CK)、心肌肌鈣蛋白(cTnI)和肌紅蛋白(Mb)水平明顯升高，且持續時間均達24小時以上，其中LDH、cTnI在力竭運動后12小時左右達到高峰，Mb在力竭后即刻達到峰值，CK和CK-mb在力竭運動后6小時達到峰值，證實力竭運動誘導了心肌細胞損傷。力竭運動后心臟性猝死和心律失常性事件發生概率大幅增加。Wang等[3]應用PowerLab數據系統分析大鼠力竭后不同時相動態心電圖，結果表明力竭大鼠代償性心率加快，QT間期延長，P波、R波增高，ST段顯著抬高，且上述指標24小時內均未恢復?？敌陆ǖ萚4]采用頻域分析法獲得心率變異性(HRV)參數，結果顯示力竭組總功率、高頻帶、低頻帶，LF/HF比值均顯著減低，證實力竭大鼠心率變異性降低，自主神經對心臟的調節能力明顯減弱，交感神經及迷走神經均衡性改變，室顫閾降低。

1.3EEIMI造成了明確的在體和離體心功能異常改變 徐鵬等[5]應用容積-壓力導管(Millar導管)研究了力竭大鼠在體左室心功能改變，證實力竭運動致使心室收縮舒張功能均受損，心肌收縮力、動脈的順應性降低。劉碩[6]采用Langendorff技術檢測力竭大鼠離體心臟I/R后心功能的變化，表明力竭運動降低基礎狀態心臟收縮和舒張功能，反復力竭運動還影響了復灌后離體心臟I/R后心功能的恢復，使心肌舒縮功能進一步降低。

2 EEIMI的分子機制研究

2.1能量代謝障礙機制 高強度力竭運動造成了心肌能量代謝障礙。崔玉娟等[7]認為力竭運動通過下調線粒體生物發生關鍵調控因子PGC-1α-NRF1/NRF2 信號通路誘導心肌線粒體呼吸功能下降，能量產生下降，并進一步導致不可逆的能量衰竭和心肌損傷，是EEIMI重要的始動機制。

2.2氧化應激及炎性機制 力竭運動造成氧化應激及炎性因子水平升高。劉碩等[8]證實力竭大鼠心肌ROS、MDA水平含量增加，SOD、GPX、CAT含量顯著下降，表明力竭運動后心肌氧化應激水平升高。焦春利等[9]研究結果提示大鼠血清炎性因子白介素-1β(IL-1β)、白介素-18(IL-18)、白介素-6(IL-6)、C反應蛋白(hs-CRP)水平均顯著上升，且心肌ROS水平與血清IL-18、IL-6、hs-CRP水平呈正相關，表明力竭運動氧化應激水平增高可使炎性因子水平增高。進一步證實其分子機制可能通過增強心肌氧化應激，激活NLRP3炎性體信號通路，增加下游炎癥因子引發心肌炎癥反應加重心臟損傷。

2.3細胞凋亡機制研究 郄濤等[10]研究表明力竭大鼠心肌細胞凋亡指數(AI)增加，免疫組化和western結果證實死亡受體Fas-Caspase8-Caspase3和線粒體介導的細胞凋亡通路Cyto-C-caspase9-Caspase3均參與了力竭運動所致大鼠心肌細胞凋亡增加。這與王春曉[11]等報道的反復力竭性運動后不同時相大鼠心肌組織均出現大量細胞凋一致。

2.4鈣調控異常機制 齊江莉等[12]系統檢測了力竭大鼠心肌細胞鈣火花頻率、肌漿網鈣容量、鈣瞬變和心肌細胞收縮力，表明大鼠力竭后心肌細胞最大收縮幅度顯著降低，鈣火花發生頻率顯著增加，肌漿網Ca2+含量顯著降低，提示力竭運動后舒張期過度的Ca2+以鈣火花的形式自SR漏至胞漿，SR內Ca2+逐漸消耗而鈣庫含量降低，使收縮期鈣瞬變峰值下降，導致心肌收縮力減弱。進一步研究了鈣調控異常的機制，結果表明力竭大鼠心肌CaMKⅡ、RyR2及其磷酸化水平均顯著增高，證實力竭運動可上調CaMKⅡ信號通路，導致鈣調控異常。

3 EEIMI的防治研究

3.1臨床分型 王曉偉等[13]通過對某戰區6家部隊醫院近十年因高強度運動致心臟損傷病例進行了回顧性研究，并根據患者臨床表現和檢查結果，初步將EEIMI分為普通型、心律失常型、心衰型、猝死型4種類型，并在實際工作中證實該分型具有良好的實用性和可操作性。

3.2預警體系 EEIMI的早期發現和預防很重要，動態心電圖、心肌損傷標記物和心臟超聲等指標變化對EEIMI有重要的預警意義。王江濤等[14]報道了150名作訓人員在大強度負荷訓練前后24小時動態心電圖變化，結果提示高強度軍事運動后機體交感神經活性明顯增強，迷走神經活性降低，心肌細胞電活動不穩定，可能誘發各種心律失常。其中心率變異性、T波電交替、QT離散度、心率震蕩、心率減速力能提高檢測敏感性及準確性，可為預警過度訓練造成的心臟損傷提供參考依據。該課題組通過對100名作訓人員在大強度訓練前后心肌損傷標志物的變化研究，發現訓練后cTnI、CK-mb/CK兩個指標較訓練前明顯增高。經統計學分析，當cTnI>0.0025 ng/ml，CK-mb/CK比值>6.5%，提示大強度負荷軍事訓練對心肌造成不同程度損傷，可與運動造成的骨骼肌損傷鑒別，成為心肌早期損傷的預警指標[15]。大強度負荷訓練導致新入伍戰士代償性射血分數的增高和左房內徑的擴大、早期至晚期心臟舒張充盈率(E/A)及Em/Am比值的降低和二尖瓣環TDI參數的增高，提示大強度軍事訓練后，心臟舒張功能減低，心臟功能輕度受損，證實左室心臟射血分數(EF)、左房擴大、E/A及Em/Am比值的降低為高強度運動時心臟結構和功能的早期改變[16]。心肌損傷標志物cTnI、CK-mb/CK > 6.5%可以作為判定存在心肌損傷的指標[14]；心率變異性、T波電交替、QT離散度、心率震蕩、心率減速力等指標能提高心預測律失常發生的敏感性及準確性[15]；心臟超聲射血分數和左房擴大，E/A及Em/Am比值的降低提示高強度運動導致心臟結構和功能的早期改變[16]。這些指標特異性敏感較高，可操作性強，有助于盡早識別EEIMI的發生。

3.3EEIMI防治

3.3.1健康宣教：吳學寧等[17]報道了目前基層醫務工作者和作訓人員對EEIMI的認識和重視程度不夠，不能及時識別EEIMI的發生；同時又存在過度治療的問題，有EEIMI被誤診為病毒性心肌炎或原發性心肌損害，以至于長期臥床，應通過宣教和現場指導，提高廣大作訓人員對EEIMI的認知水平，減少EEIMI的發生。

3.3.2綜合救治：應重視特殊人群和特殊環境下EEIMI的防治。崔玉娟等[18]提出新入伍戰士高強度訓練后可能會出現慢性心律失常、快速心律失常、心肌損傷、暈厥，甚至猝死。提示要嚴格的做好征兵體檢工作，科學合理地制定訓練計劃，充分做好訓練前的準備活動，及時處理訓練中出現的危險信號，建立和加強訓練中的心理咨詢活動，普及防傷知識教育，盡可能減少EEIMI。高溫環境下的高強度訓練會誘發合加重作訓人員心臟等器官損傷，應配合制定在炎熱氣候條件下高強度訓練的措施，科學應對高溫適應訓練，在訓練過程中應注意防止陽光直射頭部，合理供水和食鹽等[19]。吳學寧等[20]報道了高度緊張時高強度運動對該訓練基地參訓官兵心電圖變化有顯著影響。scl-90量表評分高的官兵運動后更容易產生不適癥狀，提示在高度緊張和高強度運動前對官兵進行心理疏導是很有意義的。

3.3.3運動預適應對EEIMI的防治及機制：吳學寧等[21]研究了運動預適應(Exercise preconditioning, EP)對作訓人員高強度訓練后心電圖的預保護作用，結果表明高強度運動前經過預適應訓練可以改善作訓人員心率變異性，降低心律失常和ST-T改變的發生率，降低心電圖積分和不適癥狀評分，提示EP對作訓人員EEIMI有積極的防護作用。 趙沐霖等[22]研究結果表明EP能夠保護運動損傷心肌的病理學改變，降低心肌損傷標志物的水平，其機制可能是通過上調線粒體生物發生關鍵信號通路PGC-1α-NRF1/NRF2-TFAM的表達，增加ERRα的表達，提高心肌線粒體呼吸系統復合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的呼吸功能，改善心肌細胞能量代謝水平。焦春利等[9]認為EP通過下調NLRP3炎性體信號通路表達降低力竭大鼠血清炎性因子IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP水平發揮心肌保護作用。

3.3.4藥物防治：中藥復方和單體對EEIMI均有防治作用。紅景天苷能夠減輕心肌病理改變[10]，降低心肌酶學水平，改善在體和離體心功能，其機制包括：提高線粒體呼吸功能，改善能量代謝[7]；激活Keap1-Nrf2-ARE通路提高抗氧化應激能力[5]；抑制死亡受體和線粒體介導的凋亡通路減少心肌細胞凋亡[3]；抑制鈣調蛋白激酶II信號通路，提高鈣瞬變峰值[12]。中藥復方制劑心復康能夠有效改善力竭誘導的心肌細胞超微結構破壞[23]，改善大鼠心率變異性[4]，其機制可能通過顯著降低大鼠的皮質醇及升高睪酮水平[24]，參與對EEIMI的保護。

4 結語

EEIMI發病廣泛而隱晦，社會危害大，探討EEIMI的發生機制、臨床分型、預警及防治預案對于科學制訂運動訓練方案、防治EEIMI有重大意義，應該作為一個警示，引起人們的思考和關注，并對其防治研究予以重視。

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