有氧運動改善主動脈縮窄模型下心肺情況研究進展

高廣宏

有氧運動改善主動脈縮窄模型下心肺情況研究進展

高廣宏

（陜西師范大學 體育學院，陜西 西安 710119）

肥厚性心肌病是一種常見心臟疾病，容易造成心肌缺血，最終導致心力衰竭。由心功能不全而導致的肺部疾病發病率逐年上升，正嚴重影響著人們的身體健康，而心肺聯系密切，在結構、功能上相互影響，由于左心充盈受限和收縮功能不全的HCM可以造成肺動脈高壓，對肺部的形態結構和功能產生影響。文章綜述主動脈縮窄后所建立的病理性心肌肥厚模型心肺改變情況，闡述運動干預之后心肺結構和功能的改善，擬為預防和治療心肺功能疾病提供新的思路和理論依據。

主動脈縮窄；心力衰竭；心肺功能；運動

目前，心肺疾病是人類健康的重要威脅，是引起患者死亡的主要疾病之一，歐美等西方發達國家的患病率和死亡率都已位列第一。近年來，隨著我國經濟不斷發展，人民生活水平的提高，心肺疾病的發病率和死亡率也已經位于各種疾病前列。心臟疾病的發病率逐年上升，而心肺組織聯系密切，在結構、功能上相互影響，因此病理性心肌肥厚所導致的心力衰竭必然會對肺組織產生一定影響。據統計，由中度和重度心力衰竭引發的肺動脈高壓發病率極高,72%～79%的心衰患病者同時患有有不同程度的肺動脈高壓，而肺動脈高壓是導致肺組織病理性改變的主要原因，嚴重威脅人類健康。對于這類疾病一般使用藥物進行治療，但藥物的治療效果非常有限。

有氧運動作為一種有效的非藥物干預手段，在預防和治療心肺功能相關疾病可以起到一定作用，對心肺功能也有不小的改善作用。本文綜述主動脈縮窄建立肥厚性心肌病模型后，心肺功能和結構的變化，并且闡述了有氧運動干預之后的心肺功能改善。擬為預防和治療心肺功能疾病提供理論依據和新思路。

肥厚型心肌病造成的心力衰竭與與肺動脈高壓之間的關系已經基本明確，但是會對肺部形態結構具體會產生什么樣的影響，運動干預又會給肺部帶來怎樣的改變，這個問題還有待解決。近年來，這個問題越來越受到國內外學者的重視，研究層次不斷深入，研究效果顯著，各種層次的論文層出不窮。本文梳理了近幾年病理性心肌肥厚誘導肺動脈高壓對肺部產生的影響相關文獻，可以為后續的研究提供一些新的參考依據。

1 肥厚性心肌病和主動脈縮窄

肥厚型心肌病 ( hypertrophic cardiomyopathy, HCM)，是一種常見的心臟疾病，主要表現為心肌細胞肥大和間質成分有所改變，心室容積變小、左心室血液充盈受阻，左心室和室間隔發生不對稱性肥厚。心肌肥厚實質上是人體對心臟壓力負荷增加時所產生代償性反應，心臟肥厚早期，壓力負荷增加和心肌細胞損失后造成心功能不足，而此時的心肌肥厚正是為了補償這種心功能不足，但是長期過度肥厚最后發展至失代償期，導致肥厚性心肌病。

主動脈縮窄是通過手術在主動脈弓處進行結扎來制備模型,具有以下優點:手術死亡率小、手術成本低、施術時間短,并且動脈縮窄尺寸比較容易掌控,對于形成心衰的時間容易控制。由于該模型能廣泛適應各種實驗的要求，優點眾多,因此在大量科學研究中不斷應用并得到完善。

2 主動脈縮窄對心臟的影響

2.1 左心室肥厚

主動脈縮窄時,不斷增加的血管阻力和過重的心臟壓力負荷會使心肌纖維蛋白合成水平上調,心肌細胞體積增大,肌節增多,間質增生,導致心室肥厚。早期的心肌肥厚本質上是心臟壓力負荷增加的正常反應，此時是適應性肥厚，適應性肥厚的是心臟為了維持正常的左心室泵血功能,借助結構的改變對過大的壓力負荷形成的代償性機制，心肌通過這種代償反應使心肌細胞工作效率得以維持。但是這種反應不能長時間保持，伴隨著神經內分泌和一些炎癥的發生,這種適應性改變逐漸達到極限,心臟進入失代償時期,病理性心肌肥厚產生。

2.2 心肌細胞凋亡增加

細胞凋亡又稱細胞的程序性死亡,是在一定的生理和病理情況下,細胞接受身體發出的信號或受到某些刺激后遵循自身程序，主動消亡的過程。目前有相關文獻充分說明，細胞凋亡參與很多生理和病理過程，是多種心血管疾病的細胞學基礎。當心肌處于缺血缺氧的環境中時，凋亡是心肌細胞死亡的重要方式之一。因此,在心肌肥厚特別是心力衰竭的發病中,心肌細胞凋亡現象越發突出。

2.3 心肌纖維化

心肌纖維化（myocardialfibrosis，MF）是指心肌正常組織結構中出現的以細胞外基質過度沉積、細胞增殖為主的疾病，主要病理表現為心肌僵硬度增，心肌收縮力下降。在主動脈縮窄后，心臟慢慢出現心室重構，心室肌重量、心室容量和心室形態都發生改變。心肌間質重構主要是膠原網絡重構,心肌間質膠原出現大量增生，心肌細胞外基質( Extracellular matrix,ECM)亦增殖,導致ECM比例失衡，形成心肌纖維化。

3 心力衰弱引發肺動脈高壓形成機制

主動脈縮窄能較好地模擬左心疾病，構建肥厚性心肌病模型，產生心力衰竭所導致的左心充盈壓升高，這種升高的充盈壓逆向傳導可以使肺動脈壓升高,導致肺部組織結構產生一系列病變。

心力衰弱會出現心臟機能不全，心肌收縮力減弱，心輸出量減少的現象，此時下降的動脈壓致使肺部血液循環量減少，造成肺部缺氧。肺動脈高壓（pulmonary hypertension），主要表現為肺動脈壓力行進性升高，其發生的主要因就是肺部供血量不足造成的低氧環境，往往容易導致早期的肺血管收縮及后期的肺血管重構( HPVR）。在肺循環受到低氧刺激時，局部肺血管進行收縮,導致血液由低氧肺泡區向通氣相對充足的肺泡區進行轉移、從而使氧利用率得到提高，通氣血流比值得以保持平衡，這是機體的重要適應性代償機制。但如果肺泡長期缺血缺氧的環境中，肺動脈血管將進行重構,出現血管管腔出現狹窄,血壓升高的現象。因此,要重視由心力衰弱導致的肺動脈高壓,并針對性找出行之有效的方法去應對,這將對心肺疾病預防及治療具有重要的理論和實踐意義。

4 主動脈縮窄的肺部表現

4.1 內皮細胞和平滑肌細胞的改變導致肺部血管重構

多樣的血管活性物質都是由內皮細胞所分泌的，在血管的發育、修復及維持體內組織的穩定方面扮演重要角色。當肺組織受到由心力衰弱導致的持續肺動脈高壓造成的缺氧刺激時，出現內皮細胞肥大增生，血栓調節蛋白損傷和凋亡，肺血管通透性增加等病理變化。因此，長期處于缺氧環境中會加速肺組織血管重塑的進程。

肺動脈中的平滑肌細胞(PASMC)是肺血管收縮的效應細胞,在正常狀態下表現為合成表型的平滑肌細胞在肺動脈高壓時更多表現為收縮表型，平滑肌層出現細胞增生,中膜增厚,細胞外基質也會增多，肺動脈血管壁結構發生重塑，具體表現為血管管腔萎縮、管壁增厚，并且隨著缺氧時間的延長，情況逐漸加重。

4.2 肺間質纖維化

肺間質纖維化是一種嚴重慢性肺部疾病，主要表現為呼吸功能不斷下降，將最終導致呼吸衰竭，雖然其發病機制尚未完全明確，但已被證明的發病重要原因正是因為缺血缺氧導致的肺血管重構和肺血管收縮。在肺部缺血導致內皮細胞產生損傷的同時也會產生多種炎癥介質，這些介質能誘導細胞外基質沉積與纖維細胞活化，從而上調內皮細胞內血管生成抑制劑的生成水平，這些因素都可以引起肺間質纖維化。

5 有氧運動對心臟的影響

5.1 心臟細微結構的影響

在許多研究中均指出:一段時間的有氧運動后心肌毛細血管功能和結構都產生了良性重構,心肌組織中毛細血管的密度和腔表面積均產生增大現象,使單位體積心肌組織中血液中氧到細胞的彌散速度加快,彌散面積增大,使心肌組織氧氣和能源物質的交換量變得更加流暢便利。與此同時，心肌細胞內線粒體的數量和功能在經過有氧訓練后也有所增多和加強，線粒體內膜和嵴體的體積與密度也有所增大,從而增大了心肌有氧代謝的功能儲備,有利于心肌細胞的氧化代謝產生更多能量的。

5.2 運動性心臟肥大

運動可以形成心臟肥大，表現為以左心室為主的心室和心房均肥大。運動心臟不僅在外部形態上發生了肥大,相適應的還有其內部的肌漿網、線粒體、神經遞質水平、氧化酶以及心肌細胞的特殊分泌顆粒等微細結構，它們也發生了變化即心臟微細結構產生了重塑。運動心臟肥大的同時,其神經調控及能量代謝也在隨之變強,心肌泵血功能顯著提高,這對人體最大吸氧量和有氧耐力具有重要作用,也是病理心臟與運動心臟的主要區別所在。

5.3 心臟功能改善

心臟在人體內的角色就好像一個動力泵,不斷地做著收縮與舒張的交替活動,是血液循環動力所在,以適應機體的代謝需要。長期進行有氧運動的人群心動徐緩有力，安靜狀態下,長期進行有氧運動鍛煉的人心肌收縮力量更強,每搏輸出量增多。一般正常人每搏出輸量約為70ml,而長期參與有氧運動者可達90ml以上。每搏輸出量的增多又會反射性地引起心交感神經活動減弱,使心率減慢。一般人安靜時平均心率為75次/min,而有訓練者只有50次/min,甚至優秀的耐力運動員不到40次/min，由此可以說明有氧運動能改善心泵功能。

6 運動對肺的影響

6.1 運動肺部毛細血管的影響

心肌衰弱導致的肺動脈高壓能導致肺組織的缺血缺氧，這些因素均可以加速肺組織內皮細胞凋亡，而有氧運動已經被證實可以使一些如血管內皮生長因子等促進肺部血管生成的因子分泌增加。一段時期適宜的有氧運動后血管內皮生長因子水平明顯上調,這有極大的有利于血管內皮修復和代償性的側支循環，使肺組織毛細血管覆蓋面積變大。總之，合理的有氧運動不僅可以促進肺部毛細血管生長，還可以改善肺部毛細血管通透性。肺部毛細血管數量和覆蓋面積的增加均能使肺部血流量和氣體交換量增加，而毛細血管的通透性改善又加速了氣體交換的進程，促進肺通氣和肺換氣，肺功能得到提升。

6.2 運動對肺泡的影響

肺泡是人體與外界不斷進行氣體交換的主要部位，數量巨大，肺泡外纏繞著大量的彈性纖維和毛細血管。受到低氧刺激的肺組織局部血管發生收縮,導致血液由低氧肺泡區向相對充足的肺泡區進行轉移，此時部分肺泡并參與不到氣體交換中，這就產生了許多無效肺泡，而適宜的有氧運動可以活化更多的無效肺泡。研究證明長期參與有氧運動的人群其肺泡外彈性纖維的彈性系數和數量均高于常人，這種肺泡不易破裂，不管是肺泡數量的增加還是彈性纖維的改善都可以使更多的肺泡更好的參與到呼吸中，呼吸效率得到提高。

6.3 運動對呼吸肌的影響

肺部長期缺氧的呼吸肌會產生代謝反射，反射性地引起呼吸肌內交感神經興奮，造成呼吸肌肌群血管收縮，這樣的情況下，肺部呼吸肌血流的供應就會減少，當呼吸肌長期處于缺血缺氧狀態下時就會產生萎縮甚至發生病變。適當的進行有氧運動,呼吸肌可以得到鍛煉,促進肌蛋白纖維生長，刺激呼吸肌內毛細血管生長因子分泌水平上調，促進呼吸肌內毛細血管修復，增強肌細胞收縮力，從而增加氧氣供應。

7 結論

主動脈縮窄可以較好地建立病理性心肌肥厚模型，對心臟產生心肌纖維化和心肌細胞凋亡等影響，而病理性心肌肥厚已經證實與肺部形態結構的改變關系密切。病理性心肌肥厚可以導致心力衰弱，心臟機能不全，心輸出量減少，動脈壓下降從而導致肺部血液循環減少，造成肺部缺氧，引起肺動脈高壓，而肺組織在受到低氧刺激后又將進一步引起肺組織發生肺水腫、肺部血管重構以及肺間質纖維化等改變，影響肺的通氣和換氣功能，產生肺部病變，這需要我們引起重視。

運動可以為預防和治療心肺功能疾病提供新的思路，合理的有氧運動對提高人體心肺功能是有益的，可以對心臟細微結構產生良好影響，改善心泵功能。對于肺組織來說可以有效改善缺血缺氧引起肺組織內皮細胞凋亡、肺部血管重構和肺間質纖維化，促進肺部血管生成，活化無效肺泡，增強呼吸肌肌細胞收縮力，增加肺部血流量和氧氣供應。因此積極開展合理有氧運動對心肺功能的研究具有十分重要的基礎研究價值。

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Research Progress on the Improvement of the Cardiopulmonary Condition of the Model of Aortic Stenosis by Aerobic Exercise

GAO Guanghong

(Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, Shaanxi, China)

高廣宏（1996—），碩士生，研究方向：體育人文。