运动对心脏及心肌能量代谢影响的述评与展望

覃 林，陈贵春，李 锋

（1. 广西民族师范学院 体育系，广西 崇左 532400；2. 广西经济管理干部学院 公共课部，广西 南宁 530007）

运动对心脏及心肌能量代谢影响的述评与展望

覃 林1，陈贵春2，李 锋1

（1. 广西民族师范学院 体育系，广西 崇左 532400；2. 广西经济管理干部学院 公共课部，广西 南宁 530007）

心脏作为影响运动能力的重要器官其作用广泛，同时，不同运动对心脏及其功能亦产生不同影响，从能量代谢的角度，阐述了运动对心脏及其能量代谢影响的研究进展，并对今后心脏与运动关系的研究方向提出建议和展望。

运动；心脏功能；能量代谢；综述

运动对心脏及其功能的影响，一直是运动医学界关注的热点问题，多年来，运动医学界及生理学界对运动与心脏关系的探索从未停止，研究领域涉及了组织形态学、生理生化、分子生物学等诸多领域，如运动对心脏形态结构、心脏重塑、心肌超微结构等组织形态学的研究，生理生化领域涉及到运动在心肌细胞酶代谢、能量代谢、内分泌、免疫功能及抗氧化的诸多方面研究，研究范围广阔，近年来的研究成果，更深入到线粒体、细胞分子蛋白等分子生物学层次的微观领域。在研究方法方面，研究从不同角度出发，探讨不同运动形式对心脏形态及功能产生的影响。随着科技的进步，在研究手段上也更加先进和精确。

1 运动对心脏功能的影响

运动作为一种应激会对机体各系统产生一定的影响，身体负荷时，心血管系统也在神经体液调节下发生相应变化以适应代谢要求。对不同类型的身体负荷，心脏的反应有所不同，并随着对身体负荷的适应过程，心脏的形态、结构及功能均发生相应的代偿性改变。运动作为一种刺激会对心脏产生双向的影响。适宜的运动训练可对心脏产生良好的影响，否则反之[1]。

1.1 适宜的运动强度对心脏产生良好的影响

长期系统的中低强度有氧运动有利于机体正常功能的发挥与改善，使身体机能产生良好的适应性改变，对心肌内某些化学物质含量与活性变化、心脏内部细微结构变化和心功能的改善方面有积极的作用。包括安静时的心率降低，心脏肥大，心肌收缩功能和放松机制的改善以及心脏自身内分泌的适应性改变。stephen采用放射核显影技术发现，经过游泳训练的男子最大运动时心率降低，心输出最明显增加，射血分数和mvcf显著提高[1]。实验证实，有氧耐力运动时左心室内压的最大上升速率和下降速率均有提高。心脏收缩功能的改善与心肌纤维内ATPase活性提高、心肌肌浆网对钙的贮存、摄取与释放能力提高有关。心肌细胞线粒体功能改善、ATP再合成的速率增加及心肌细胞膜功能的改善对心缩力的提高也起到重要作用[2]。动物研究表明，训练动物在运动时，腺苷酸酶活性升高，cAMP浓度升高，激活三酰甘油水解酶，使心肌对脂肪的水解加强，为心肌氧化提供更多的FFA。经长期训练的动物，安静时心肌糖原合成酶活性增加，因而糖原储备量增多，心肌吸收血糖的量增多。经游泳和跑台训练的大鼠心外膜的葡萄糖吸收梯度消失。这些适应的发生并不依赖心肌的实际工作负荷或其它基质的供应，与葡萄糖载体水平的提高密切相关。游泳训练使大鼠心肌的LDH-M4由28%增至33%，说明心肌吸收和氧化乳酸的能力增强。但同时耐力训练也可以通过骨骼肌中发生的适应性反应使肌乳酸下降，进而导致血乳酸水平下降，从而使心肌吸收乳酸减少。总的说来，经过训练，心肌组织的代谢基质的贮备和来源得到了改善[2]。

1.2 长期大强度训练和一次性力竭运动对心脏的不良影响

中低强度有氧运动经系统训练可使机体产生良好的适应性效果，而一次性力竭运动或长期过度训练，则能导致机体机能水平下降，在不同程度上损害着机体正常功能的发挥，尤其心脏对过度训练和力竭运动是反应最敏感的器官，过度训练会使心脏的生理性向病理性转变。早就已经证实，过度训练会使心肌细胞凋亡增加，同时还可见心肌细胞的严重变性、心肌内部肌纤维断裂、细胞间质减少、线粒体肿胀、基质变性、嵴部或全部断裂，内质网扩张等心肌损伤的心态学改变，说明超负荷运动可使心肌向病理性失代偿性改变。在生物活性物质的变化方面，力竭运动使心肌组织中心钠素表达减少，不利于运动应激中心钠素内分泌功能的发挥，因而影响心肌缺氧性代偿功能的发挥，使心肌细胞缺血缺氧，增加了心肌损伤程度[3]。同时，力竭运动和过度训练还可引起甲状腺激素代谢的改变，心肌中第2信使含量升高，而心肌局部血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）含量、肌酸激酶同功酶（CK-MB）及天冬氨酸氨基酸转移酶（AST）活性显著性下降。在对心肌细胞凋亡的研究中还发现过度训练还导致大鼠血清超氧化物歧化酶（SOD）、肌酸激酶（CK）活性提高和血清丙二醛（MDA）含量显著增加[4]。

2 运动对心肌能量代谢的影响

2.1 心肌的能量代谢特点

在整个生命过程中，心肌不停地收缩和舒张是人体代谢活动最旺盛的器官之一，对能量的需要量也大。心肌所需能量2/3以上由脂肪酸和酮体供应，1/3由糖氧化供应。心肌含有丰富的脂蛋白脂肪酶可将乳糜微粒和前β-脂蛋白中的甘油三醋水解为脂肪酸，再进入心肌细胞内进行氧化。心肌利用脂肪酸的能力很强，其中40%～52%来自血浆游离脂肪酸，其余则来自于血浆或储存的甘油三醋。糖原和葡萄糖也是心肌的重要能源。心肌含少量糖原（0.6%左右），这些糖原仅能维持心脏跳动4分钟左右，可是由于心肌为节律性舒缩的肌肉，很少象骨骼肌那样发生激烈收缩，所以贮备这样数量的糖原在心肌能量供应上具有重要意义。

2.2 安静时心肌组织的能量代谢情况

研究显示，在安静状态下，人的心肌耗氧量为74 ml·kg-1·min-1，是同等骨骼肌的10～15倍，冠脉血流量为600～800 ml·kg-1·min-1，全部冠脉血流约占心输出同量的4%～5%，而心脏重量却不到体重的1%。因此，心肌是机体内耗氧最高的组织之一。这一特点是由心肌组织的超微结构所决定的；心肌细胞周围的毛细血管丰富，血液循环旺盛；心肌细胞的肌红蛋白含量甚高，有利于氧弥散入细胞内；再者，心肌细胞内线粒体含量特别丰富，氧化酶活性高。这些结构特点保证了心肌组织的氧的供应和利用。心肌细胞主要以有氧代谢供能为主。心肌细胞中线粒体不但含量丰富，而且体积大，细胞色素等氧化酶体系的活性高，因此，心肌有很强的有氧氧化能力。可供心肌氧化的能源物质主要有血液游离脂肪酸、乳酸、葡萄糖、三酰甘油、酮体、丙酮酸和氨基酸等。其中游离脂肪酸、乳酸、葡萄糖是心肌的主要功能物质，有研究认为，游离脂肪酸约占心肌总耗氧量的60%～80%，血糖约占10%～20%，其余的主要由乳酸的氧化提供[5]。

2.3 长期适宜运动训练对心肌组织能量代谢的影响

运动对心脏的影响，首先表现在组织形态学的变化，其生理结构的改变涉及生理生化指标的相应变化，如经过长期的运动，心脏内能源物质心肌糖原、ATP、CP等贮备增加，另外心肌利用乳酸代谢的能力增强[6]。长期的运动也会增强心肌有关酶的活性，从而提高心肌的有氧和无氧代谢的能力。研究表明，长期运动训练可引起心肌细胞中琥珀酸脱氢酶、已糖激酶和乳酸脱氢酶活性提高，并且NAD+含量增加[7]，说明心肌中糖的有氧和无氧化谢能力都是增强的。长期训练后心肌线粒体能量产生能力的变化并没有骨骼肌的变化那么明显，但有一定程度改变。动物研究发现[8]，训练后大鼠心肌的线粒体体积和密度均未出现明显增加，但线粒体中线粒体蛋白含量，泛醌和cytc的含量增高了，表明心肌氧化磷酸化能力提高。研究也表明，耐力训练尤其是游泳运动能产生更大幅度的心肌肥大和心肌肌原纤维ATPase活性的增加[9]。

2.4 一次性大强度运动及力竭性运动对心肌组织能量代谢的影响

研究表明[9,10]，大强度运动引起动脉血乳酸水平大幅度增高，据心肌吸收乳酸和动脉血乳酸水平的关系推测，大强度运动时心肌对乳酸的依赖性增大。对大强度运动中动脉——冠状窦血乳酸浓度差的测定表明，在心肌氧化代谢中，乳酸氧化量可达总量的60%。Kaijser发现，大强度运动中，心肌摄取乳酸优于心肌对其它底物的摄取，而且代谢乳酸的方式是氧化，运动中，动脉血乳酸≥6 mmol/L，乳酸氧化几乎占了心肌有氧代谢的75%以上。这些结果揭示了大强度运动中，乳酸成为心肌氧化的主要基质。动物糖元水平的测定结果发现，在中到大强度运动中，心肌糖元下降[7]。因此，在运动中，心肌外源性葡萄糖和内源性糖元贮备的代谢均加强。

力竭性运动对心肌能量代谢国外的研究较早[11,12]，如Belcastro A N[11]对大鼠力竭性运动之后心肌ATP酶进行了研究，结果显示心肌Mg-ATP和Ca2+激活的ATP酶的活性受力竭性运动的影响。Kendrick Z V[13]研究了行卵巢切除术的大鼠进行力竭性运动时雌二醇对心肌糖元代谢的影响，结果显示卵巢切除术的大鼠注射雌二醇会影响力竭性运动期间心肌糖元的利用，具有节约糖元的作用，认为该作用有利于运动能力的改进[13]。Weicker H[14]研究了力竭性运动后心肌嘌呤核苷和磷酸肌酸、氨、乳酸的浓度，显示力竭性运动后心肌中的肌苷酸脱氨酶活性显著低于骨骼肌。Kendrick Z V[15]研究了雌二醇对雄性大鼠力竭性运动时心肌组织糖元和脂肪代谢的影响。结果显示当体重不变时给予雌二醇3～6天可明显增加大鼠的运动能力，给予5天可增加持续2小时的亚极量运动时脂肪的利用，减少糖元的利用。

3 心脏与运动关系的研究展望

在运动时，随运动强度的增加，心肌内源性、外源性能源物质的消耗增加，心肌吸收利用血乳酸的速率随运动强度的增大逐渐提高，心肌不但吸收血乳酸，自身也产生乳酸。长期运动训练可使心肌的糖酵解能力、有氧代谢能力提高，心肌线粒体功能的改善、肌原纤维ATPase活性的提高对心肌功能的改善起着重要作用。对于运动训练对心肌代谢的影响，尤其是对心肌酶学的影响有待于更深入、更细致的研究。

随着医学的发展，现代分子生物学技术方法与理论的不断进展与完善，对运动与心脏关系的研究将日益深化和展开。心脏内分泌学、免疫组化、心脏基因选材、运动员心脏肥大问题、心肌损伤、心肌组织能量代谢、心脏与运动性疲劳的关系以及大众运动的心脏问题都将成为继续研究的热点。研究层次不断深化，研究技术的创新（如微创技术、生物芯片、基因技术等）及在分子层次领域的应用研究将使心脏与运动的关系得到进一步阐释。关于心脏的寿命及机能的提高将受到重视，尤其有氧运动对心脏机能的影响、中草药在运动疲劳恢复的研究将日益深入。

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（责任编辑、校对：孙海祥）

A Review on Effect of Exercises on the Cardic and Energy Metabolism of Myocardial Tissue

QIN Lin1, CHEN Gui-chun2, LI Feng1

(1. Department of Physical Education, Guangxi Normal University for Nationalities, Chongzuo 532400; China; 2. Department of Public Course, Guangxi Economic Management Cadre College, Nanning 532100, China)

This article carries on the summary of the relations between the sport and heart. Different influence was observed when different movement was carried out, being explained on the view of energy metabolism. The proposal and the forecast on the relation study between heart and sport were put forward.

sport; heart function; energy metabolism; summary

G804.2

A

1009-9115(2012)02-0086-03

2011-08-27

覃林（1969-），男，广西浦北人，副教授，研究方向为高校体育教学改革。