运动疗法对心血管疾病患者的影响和作用机理研究进展①
2016-01-30贾丽晔郭琪王鹏程邱实范昊越
贾丽晔,郭琪,王鹏程,邱实,范昊越
运动疗法对心血管疾病患者的影响和作用机理研究进展①
贾丽晔1,2,郭琪1,2,王鹏程2,邱实2,范昊越2
运动疗法是心脏康复中的重要手段之一。运动疗法可以通过减少炎症反应,改善血管内皮功能,改善线粒体功能来增加心肌细胞活性。对于心血管危险因素来说,运动训练促进脂蛋白活性,提高高密度脂蛋白含量,改善胰岛素受体功能,降低胰岛素抵抗,减少血小板聚集和改善内皮功能来降低血压。对于呼吸系统,有氧运动可改善呼吸肌功能状态,从而减轻呼吸困难。运动训练可促进免疫因子活化并增加新陈代谢,从而增加免疫功能,延缓衰老。抗阻运动训练可改善线粒体功能及促进纤维类型转换,从而改善骨骼肌系统功能。
心血管病;运动疗法;效果;机理;综述
[本文著录格式]贾丽晔,郭琪,王鹏程,等.运动疗法对心血管疾病患者的影响和作用机理研究进展[J].中国康复理论与实践,2016,22(9):1041-1044.
CITED AS:Jia LY,Guo Q,Wang PC,et al.Effect andmechanism of exercise for patientswith cardiovascular diseases(review)[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2016,22(9):1041-1044.
目前运动训练对心血管疾病的益处已有大量医学证据支持。有研究表明,运动训练可以将心血管疾病入院率从1.2%下降到0.6%,住院时间从7.4 d下降到3.3 d[1]。运动训练可将心血管死亡率降低7%~38%,全因死亡率减少8%~37%,较未进行运动训练的患者5年病死率降低21%~34%[2]。2013年美国心脏病学学会基金会和美国心脏协会(ACCF/AHA)有关心衰的治疗指南中强烈推荐心衰患者进行规律运动训练[3]。经过简单的运动训练后,患者峰值摄氧量(peakVO2)增加18%~25%,提高运动能力峰值18%~34%[4],从而改善患者运动能力及生活质量。另外有研究显示,增加运动可以减少冠心病、2型糖尿病、肥胖、癌症、骨质疏松以及抑郁,并可降低呼吸困难指数评分,减少急性加重次数[5-6]。
运动训练主要包括有氧运动和抗阻运动,二者均可改善健康相关危险因素和体适能,又可以产生不同效益:有氧运动可明显提高最大摄氧量,并改善心肺功能;而抗阻运动可以提高肌肉力量和耐力,减轻体质量,改善老年、体弱、心脏病患者的身体功能,维持基础代谢率。
了解运动训练对于患者的作用机理以及改善效果,可以更好地运用运动训练,制定个体化的训练方法和目标,使患者身体功能得到改善,从而更好地适应社会。
1 血管内皮功能
运动训练可以降低动脉硬化程度,改善血管的舒张功能,从而改善患者心功能。有研究显示,运动训练有抗炎作用。在运动训练的刺激下,血清中炎症因子,包括C反应蛋白、血清淀粉样蛋白A以及正五聚蛋白-3的水平均降低,而这些炎症因子在冠心病发展过程中扮演着重要角色[7]。
运动训练可以改善血管的内皮功能。内皮功能紊乱是动脉粥样硬化的早期阶段,可导致心血管疾病和心血管事件的发生和进展;运动训练可以替代抗动脉粥样硬化药物,逆转内皮功能紊乱状态[8-9]。研究表明,进行12周规律运动训练,患者血管介导的舒张功能较基线增加37%[10]。冠心病患者进行4周有氧运动训练后,乙酰胆碱诱导的冠脉收缩降低54%,冠脉血流储备增加29%,有氧运动训练可以改善心外膜冠脉和阻力血管的内皮依赖血管收缩。Niederseer等发现,滑雪可能会影响内皮细胞生理状态,从而减少老年人心血管疾病的发生风险,可以将滑雪运动作为有效预防心血管事件的运动方式[11]。
一氧化氮(nitric oxide,NO)是心血管系统中重要的信号分子,一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase,NOS)会调节NO生成。各种炎性细胞因子明显降低内皮型一氧化氮合酶(endothelialnitric oxide synthase,eNOS)的表达;运动可以增加血管内皮细胞NOS表达,增强NO释放,从而改善血管内皮功能。
2 心肌及心脏功能
冠心病患者规律运动后,缺血分数减少,心肌灌注及心肌缺血状态有效改善,心脏储备和心绞痛阈值有所提高。近期有研究发现,心肌梗死后进行运动训练,可减轻左心室扩大和改善室壁张力;通过对心肌蛋白表达的研究,显示运动训练使心肌梗死后失常的功能和异位基因的表达向有利方向转换[12]。心肌收缩力的改善与心肌能量代谢功能提升有密切联系。研究显示,适度的规律运动可以改善线粒体氧化呼吸链中复合酶的活性,从而使线粒体功能有所改善,可以确保充分的心肌泵血能量供应[13]。另外,规律运动可以使心肌细胞收缩力增强,射血分数和每搏输出量增加,心率储备增加,从而改善患者心脏的泵血功能。规律的运动可有效减少左心室收缩末期的压力参数,改善心肌侧支循环,使心肌收缩末期充盈压力降低;还通过阻止心力衰竭时神经活动过度激活的恶性循环,改善临床症状和体征。
运动训练还可改变心肌的形态结构。有研究结果显示,运动训练可以使心肌增大,心脏功能增强;同时胆碱能神经和M2受体表达增加。间歇运动可以改变心脏形态结构,使心肌肌球蛋白由低活性向高活性转变,并使毛细血管增生,从而改善心肌的能量供应;改变组织血液循环,总外周阻力下降,血压降低。Jurca等的研究显示,中等负荷运动强度可平衡心血管系统自主神经活动,通过对中枢谷氨酸能神经和γ-氨基丁酸能神经的重塑维持交感神经和副交感神经的平衡[14]。心衰患者进行4个月抗阻运动,可降低肌肉交感神经活性37%,增加心肌收缩力和心率,从而提高心率和血压对环境和生理状况的敏感性,有效改善血压,减少能量消耗。
3 心血管危险因素
有氧运动可以改善患者的血脂水平。脂质代谢紊乱会使血管内皮细胞上炎性细胞聚集,导致凝血、血管内皮舒缩、黏附功能障碍,因而提高动脉粥样硬化发生的危险性。有资料表明,高水平脂酰辅酶A-胆固醇酰基转移酶-2(acyl-CoA cholesterolacyltransferase-2,ACAT-2)是潜在的动脉粥样硬化发生危险因子[15]。4周有氧运动可显著降低ACAT-2,从而防治动脉粥样硬化[16]。对急性心肌梗死患者进行2周运动训练,与运动前比较,总胆固醇/高密度脂蛋白胆固醇(total cholesterol/high-density lipoprotein cholesterol,TC/HDL-C)明显降低,HDL-C明显增高[17]。运动干预可促使机体肾上腺素及去甲肾上腺素分泌,提高脂蛋白活性,促进HLD-C含量,减少脂肪在血管壁内沉积,预防血管粥样硬化及心脑血管疾病[18]。长期坚持运动锻炼,可以通过增加细胞葡萄糖运载体数量,改善肌细胞和脂肪细胞上胰岛素受体的功能和数量,增强外周组织对胰岛素的敏感性,减轻胰岛素抵抗程度,从而缓解糖代谢异常,降低血糖水平[19]。
高血压是心血管疾病和死亡率的独立危险因素,69%左右首发心肌梗死患者和74%慢性心衰患者存在高血压;尽管接受了管理和控制,仍有4330万患者血压未能很好控制;控制血压是慢性冠脉疾病患者的主要治疗手段[20-21]。长期有氧运动训练可以有效降低收缩压和舒张压,尤其是高血压患者[22-23]。
原发性高血压患者常伴有内皮细胞受损和血小板功能异常。高血压时,血浆血管性血友病因子(von Wilebrand factor,vWF)含量明显增高,而NO含量明显降低。有研究表明,血小板和内皮细胞中的P-选择素可能使高血压患者产生动脉粥样硬化。正常状态下血浆vWF含量和P-选择素水平升高是心血管疾病发生的危险因子[24]。运动训练可以提高血小板活化和血管内皮功能,对血管活性物质如血浆vWF、P-选择素及NO等具有调节作用;通过降低血浆vWF浓度和P-选择素含量,减少血小板活化和提升内皮细胞功能,减少血栓并发症,从而降低高血压患者的危险性。中度运动可明显抑制正常人及稳定性心绞痛患者的血小板聚集能力,提高运动时机体通过抗利尿激素(antidiuretic hormone,ADH)分泌和对肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)的调节,提高肾小管对钠和水的再吸收,扩大血容量,维持体液渗透压和血压,全血黏度得以降低[25]。
流行病学调查结果显示,胆固醇每降低1%,可减少心血管疾病风险3%;长期控制血压下降5~6mmHg,可降低心血管风险20%~25%[26]。有研究显示,适度的运动训练可降低糖尿病风险人群50%~60%患病风险[27]。有氧运动训练和规律的身体活动可以中等程度降低体脂含量和体质量,改善三酰甘油水平,提高HLD水平,降低血压,改善胰岛素稳定性和糖代谢,降低糖耐量异常患者的糖尿病发生风险。在Fagard等对44项研究进行的Meta分析中,平均每周进行3次有氧运动训练,高血压患者可有效降低血压7.2/5.8mmHg,血压正常者也可有效降低2.6/1.8mmHg[28]。抗阻训练会增加心脏后负荷,因此不建议高血压患者进行抗阻训练,或患者可以进行阻力较小的抗阻训练并在活动中避免Valsalva效应。
4 呼吸功能
心脏病患者在进行最大运动量运动时,与正常人相比,最大摄氧量较低,摄氧量上升缓慢;由于心脏病患者心输出量较低,心率代偿性加快;无氧阈(anaerobic threshold,AT)出现较早,并产生过多乳酸堆积。运动时最大摄氧量/运动负荷降低,运动时无氧运动较多而有氧运动出现较少。通过对心脏病患者气体代谢的研究发现,进行规律的抗阻运动、有氧运动以及弹性运动,可以有效改善患者的心肺功能,而不出现高强度运动的不适感。冠心病患者通过无氧阈值选择运动强度,可以通过运动训练得到改善而不发生心衰。冠心病患者的无氧阈值大约为60%最大摄氧量或60%~70%最大心率[12]。有效的有氧运动训练可以提高运动耐量,增加患者最大耗氧量并延迟无氧代谢,从而使患者运动能力增加;运动训练可降低每分通气量,从而改善通气状态[29]。
长期规律的有氧训练可有效改善呼吸肌收缩功能,使残气量减少,肺活量和最大通气量增加。此外,有氧运动还可增强机体免疫功能及避免异常的呼吸形态,从而维持及防止肺功能进一步退化[30]。心血管疾病患者在接受运动训练后,可以提高峰值摄氧量11%~36%[31]。运动训练后肌肉运输氧的能力增加,乳酸产物堆积减少,清除乳酸能力增强,可使无氧代谢能力提高,通气需求量减低。此外,运动后潮气量增加,呼吸频率减少,可使死腔通气减少,过度充气减轻;加之患者肌肉力量和耐力增强,可以减轻呼吸困难和降低肌肉疲劳症状[32]。
5 衰老、免疫
规律运动可以改善体质,降低血脂水平,改善消化功能,促进新陈代谢,改善心血管功能。实验表明,运动后Ca2+浓度下降,Bcl-2基因表达增加。Ca2+具有启动细胞凋亡信号系统的作用,Bcl-2基因能阻断细胞凋亡信号系统通路,维持细胞存活。因此,运动可能降低细胞凋亡,稳定细胞生存状态,从而延缓老年人机体衰老的过程[32]。
有研究表明,运动后免疫因子CD3+、CD4+、CD4+/CD8+有所升高,CD8+和CD16+56+降低。CD3+细胞能传递T细胞受体、抗原信息及T细胞活化信号,并激活T细胞;CD4+细胞具有抗原辅助、诱导细胞免疫和体液免疫应答等功能;CD8+是与CD4+细胞作用相反的T细胞,CD4+/CD8+能够显示出CD4+和CD8+之间的平衡状态。金梅花等研究表明,运动训练可以提高身体的免疫能力,降低免疫应答,从而提高身体免疫力[33]。
6 肌肉、骨骼
运动训练可以将血液重新分配到运动强度大的骨骼肌;持续有氧活动可以加强心血管系统,特别是心肌的容量负荷;抗阻训练可以有效改善肌肉力量和耐力;而高强度间歇性训练可以提高肌肉耐受性,从而改善心衰患者的射血分数,且是一项安全有效的训练方式[34-36]。运动训练可以改善肌肉中血红蛋白水平,增强肌肉细胞内线粒体氧化能力,增强运动耐量。Caiozzo等的研究显示运动训练可增加骨骼肌细胞中线粒体的大小和密度,并增加氧化能力[37]。抗阻训练可以有效改善肌肉的力量和组成成分、脂肪组织和骨骼状况[38]。最近的研究表明,抗阻训练可以改善老年人肌肉衰减,可以增加肌肉成分,改善效果不会因年龄而降低。骨骼也会因肌肉的收缩和重力的作用而产生影响[39]。
规律运动可以影响肌球蛋白重链(myosin heavy chain,MHC)。有研究表明,耐力训练会使其发生适应性改变,主要体现在MHC由快型向慢型转化,时间越长,强度越大,MHC变化越显著。抗阻训练将导致骨骼肌肥大,主要表现为纤维MHC增多以及肌纤维类型的转化,停止训练后恢复。低氧训练导致MHC从慢型向快型转化,活动减少会导致慢型向快型MHC转化。骨骼肌代谢会因运动量、运动强度、运动模式而不同。高强度运动可通过提高Ca2+和肌浆网功能改善骨骼肌的兴奋-收缩偶联,规律的运动训练可以有效改善肌肉力量和预防肌肉萎缩。规律运动通过促进胰岛素样生长因子-1(insulin-like grow th factors-1,IGF-1)表达,改善骨代谢。IGF-1可以影响骨代谢和骨发育,其水平下降会导致骨质疏松的可能性增加。规律运动训练可以显著促进骨骼肌IGF-1表达,中等强度运动训练可以减少骨质疏松的发生,对骨质疏松的预防、缓解及治疗有积极意义[30]。抗阻训练通过降低破骨细胞,增加成骨细胞,从而预防骨质疏松。
7 小结
运动训练通过对机体各系统器官的影响,从心脏、骨骼肌肉、呼吸等方面进行调节,从而改善身体状况,降低死亡率和再住院率,轻、中、高度运动训练分别可增加30%、37%、53%的健康生活年数[40]。熟悉运动训练对患者身体功能的作用机理及改善效果,对疾病症状以及预后的影响,可以更好了解运动训练的意义及作用,利用运动训练对心脏病患者进行治疗,减少疾病发生并降低死亡率,提高患者自理能力。
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Effectand Mechanism of Exercise for Patients with Cardiovascular Diseases(review)
JIALi-ye1,2,GUOQi1,2,WANG Peng-cheng2,QIU Shi2,FANHao-yue2
1.Rehabilitation Department,TEDA InternationalCardiovascular Hospital,Tianjin 300457,China;2.Tianjin MedicalUniversity,Tianjin 300070,China
GUOQi.E-mail:1981460083@gmail.com
Exercise is one of the important techniques of cardiovascular rehabilitation.Exercise can reduce inflammatory response to improve endothelial function,and improvemitochondrial function to increasemyocardial cell activity.For cardiovascular risk factors,exercise can promote the activity of lipoprotein,increase the levelof high-density lipoprotein;improve the function of insulin receptor to reduce insulin resistance,reduce plateletaggregation and improve endothelial function to reduce blood pressure.For the respiratory system,aerobic exercise can improve the function of respiratorymuscle,thus relieve the dyspnea.Exercise can promote the activation of immune factorand increasemetabolism,to increase immune function and anti-aging.Resistance exercise can improvemitochondrial function and promote fiber type conversion,to improve the function of skeletalmuscle system.
cardiovascular disease;exercise training;effect;mechanism;review
10.3969/j.issn.1006-9771.2016.09.012
R54
A
1006-9771(2016)09-1041-04
2016-03-30
2016-06-27)
国家自然科学基金面上项目(No.81372118)。
1.泰达国际心血管病医院康复医学科,天津市300457;2.天津医科大学康复与运动医学系,天津市300070。作者简介:贾丽晔(1992-),女,汉族,内蒙古武川县人,硕士研究生,主要研究方向:内科康复。通讯作者:郭琪(1977-),男,博士,副教授,主要研究方向:内科康复医学专业。E-mail:1981460083@gmail.com。