运动强度和时间对左右心室影响的比较研究

饶志坚常芸王世强

1国家体育总局体育科学研究所（北京100061）

2上海体育学院运动科学学院（上海200438）

3湖南工业大学体育学院（株洲 412000）

运动强度和时间对左右心室影响的比较研究

饶志坚1，2常芸1王世强3

1国家体育总局体育科学研究所（北京100061）

2上海体育学院运动科学学院（上海200438）

3湖南工业大学体育学院（株洲 412000）

目的：研究运动强度和时间对左右心室结构、功能和纤维化的影响及它们之间的异同，并初步探讨涉及的可能机理。方法：48只雄性SD大鼠，随机分为对照（Sed）组、中强度运动（ME）组和大强度运动（IE）组，每组又分为8周组和16周组，共6组，每组8只。对照组自由活动，中强度组和大强度组分别以速度15.2 m／min、坡度5°和速度28 m／min、坡度10°的条件每天运动1小时，每周运动5天。最后一次运动后，24小时内记录体重后使用心脏超声检测两心室的舒张末期内径和舒张末期室壁厚度及射血分数。采血后处死，迅速分离心脏。使用Elisa法检测大鼠血清cTnI浓度，天狼星红染色测定两心室的胶原容积分数。结果：在8周和16周时，中强度组和大强度运动组大鼠两心室舒张末期内径都大于对照组。仅16周时大强度组左心室舒张末期内径大于中强度组，其它中强度组和大强度组间左心室或右心室舒张末期内径无差异。随着运动强度增加和运动时间的推移，左心室及右心室舒张末期室壁厚度都有增加的趋势，但无统计学意义。大强度运动8周后，大鼠两心室的射血分数都有低于对照组和中强度组的趋势，但无统计学意义；而大强度运动16周后，两心室射血分数显著低于对照组和中强度组。大强度运动8周或16周后，血清cTnI显著高于对照组和中强度组，中强度组与对照组无差异。16周中强度组或大强度组两个心室的胶原容积分数大于8周时相应的组。8周或16周大强度运动组的右心室胶原容积分数显著大于相应的对照组，且16周时大强度组右心室胶原容积分数显著大于中强度组；而左心室相应的比较无差异。大鼠血清cTnI浓度与左心室和右心室收缩功能均负相关（r＝-0.327，P＝0.029和r＝-0.582，P＝0.000）；大鼠血清cTnI浓度与左心室胶原容积分数不相关（P＝0.276），但与右心室胶原容积分数中度正相关（r＝0.597，P＝0.000）。结论：1）16周中强度或大强度运动可导致左心室扩张，且运动强度越大扩张程度越大；而右心室扩张只需要8周中强度或大强度运动，但运动强度对右心室扩张程度的影响不明显。2）长期（8周或16周）耐力运动（中强度或大强度）使两心室壁有变肥厚的趋势。左心室肥厚和扩张可能不是同步的：先肥厚再扩张；但右心室肥厚和扩张是同步的。3）大强度耐力运动引起两心室收缩功能短暂性下降与心室损伤有关，且右心室可能比左心室损伤更严重。中强度运动不会引起心室损伤，对心室射血分数影响不大或无影响。4）长期（8周或16周）大强度耐力运动导致右心室胶原容积分数增加，可能是右心室损伤后形成的心肌纤维化，但左心室未见；而16周时中强度组和大强度组两心室的胶原容积分数分别大于8周时对应的组别，可能是8周之后的运动使两心室的心肌细胞继续肥大，细胞外基质也相应增多，并不是纤维化。

运动心脏重塑；左心室；右心室；心肌纤维化；cTnI；运动强度；运动时间

运动心脏重塑（Exercise-induced cardiac remodel⁃ing，EIRC）是指长期参与运动训练导致心脏结构和功能发生显著性变化的过程[1]。这一过程被认为是心脏对运动刺激的生理上的适应性变化，与心肌疾病造成的心脏重塑有着本质上的区别[2]。过去的研究主要集中在左心室，认为运动心脏重塑的特征是左心室肥大，包括向心性肥大和离心性肥大，同时还伴随着心脏收缩和舒张功能的变化[3]。随着研究的深入，近年来发现长期运动训练对心脏重塑不局限于左心室[4-6]。运动方式（耐力训练或力量训练）会影响心脏重塑，耐力运动时心输出量持续升高，而外周阻力却下降，这会导致心脏两个心室及两个心房的扩张，维持收缩功能、增强舒张功能[4]；相比之下，力量训练时心输出量相对稳定，但外周阻力增加，这将导致左心室肥厚，但对右心及左心房没有影响[7]。可见耐力运动会引起心脏四个腔室的重塑，尤其是心房，大强度耐力运动引起的心房结构重塑可能与耐力运动员房颤发病率升高有关[8，9]。耐力运动的强度对心脏有不同的影响，目前一致认为长期中低强度的耐力运动有益于心脏健康，可用于预防多种心血管疾病[10，11]，但大强度耐力运动对心脏的影响引起广泛而激烈的争论[12-14]。有学者认为，尽管大强度耐力运动会增加一些心脏疾病的风险，但它带来的有利方面超过这些风险[15-17]；另一方面越来越多的证据表明长期大强度耐力运动对心脏造成损伤[18-25]，主要是心房和右心室，人体和动物实验研究已证实大强度耐力运动会导致心房[26]和右心室[27，28]纤维化，这些变化可能是诱发心律失常的结构基础，但具体机制仍不清楚[29]。因此，相比左心室，大强度耐力运动对右室的影响可能更应该引起研究者的关注。运动时间是影响运动心脏重塑的另一个重要因素，目前认为长期耐力运动会引起心脏重塑，但长期影响没有进行量化研究。本研究比较耐力运动强度和时间对左右心室的结构、功能和纤维化影响的异同，初步探讨不同影响的可能机制，为指导大众参与体育运动提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验对象

48只8周龄雄性SD大鼠，体重220±8 g，购自北京维通利华实验动物技术有限公司，许可证号 SCXX（京）2012-0001。所有大鼠均以啮齿类动物普通饲料喂养，饲养于国家体育总局体育科学研究所 ABSL-3级动物房。大鼠常规分笼生活（4只/笼），自由饮食，室温为20°C～25°C，相对湿度为55%～70%，饲养室昼夜循环为12/12（7：00～19：00）。

1.2 分组与运动方案

所有大鼠适应性喂养3天后，进行1周的适应性跑台训练，15分钟／天，速度为15 m／min。随后将大鼠随机分为安静（Sed，n＝16）组、中强度运动（ME，n＝16）组和大强度运动（IE，n＝16）组，每组又分为8周和16周，共6组，每组8只。运动强度参照Bedford方案[30]，中强度组（最大摄氧量约58.4% ±1.7%VO2max）为：速度15.2 m／min，坡度5°；大强度组（最大摄氧量81.0% ±3.5%VO2max）为：速度28 m／min，坡度10°。大强度运动时先以15 m／min的速度跑5 min，然后在随后的5 min内逐渐增到28 m／min直至运动结束。大鼠运动频率为5天／周，1次／天，1小时／次。

1.3 心脏超声检测

分别于8周、16周运动结束后处死大鼠前进行心脏超声检测。腹腔注射10%水合氯醛麻醉大鼠后，称量体重（body weight），胸部去毛，将小动物心功能分析仪的探头（加拿大ULTRASONIX）置于大鼠胸前。记录心率，测量左、右心室舒张末期内径（LVDd、RVDd）和舒张末期室壁厚度（LVPWd、RVWd），并计算它们的体重校正值（即LVDd/BW、RVDd/BW、LVPWd/BW、RVWd/BW）；测量大鼠左、右心室舒张末期容积和收缩末期容积，并分别计算两心室射血分数（LVEF和RVEF）。

1.4 取材

分别于8周、16周运动结束后，24小时内处死取材。下腔静脉采血后快速分离心脏，分别取左心室和右心室，并浸入4%的多聚甲醛固定液，用于石蜡包埋进行天狼星红染色。采取的血液样本室温放置30 min后3000转离心15 min获得血清，用于检测血清cTnI。

1.5 EElliissaa法检测血清ccTTnnII浓度

采用Life Diagnostics公司的大鼠血清cTnI Elisa检测试剂盒，按照操作说明加入辣根过氧化物标记的二抗、标准品／样品，温育30 min后洗涤5×30 s，然后加入底物TMB，37℃显色15 min（此时溶液呈蓝色），最后加入终止液（此时溶液变为黄色）。在Multiskan MK3酶标仪（Thermo Fisher Scientific公司）450 nm波长处检测OD值，通过绘制标准曲线求出血清cTnI的浓度。

1.6 天狼星红染色

取出固定好的心肌组织，脱水、包埋后进行切片（厚度为6 μm），常规脱蜡至水，然后用苦味酸-天狼星红饱和溶液（购于北京普洛瑞斯生物公司）浸染15 min，常规脱水透明，中性树胶封固后400倍镜下摄取图像。每组8个样本，每个样本随机选取4个视野，采用图像分析软件（Image-Pro Plus 6.0）通过调节灰度值对胶原和非胶原区域进行半定量分析，得出胶原容积分数（CVF，胶原面积与视野总面积的比值）。天狼星红染液能与胶原纤维结合，反映胶原纤维的分布，即反映组织纤维化情况。

1.7 统计分析

所有数据用SPSS 22.0进行分析处理，数据用平均值±标准差表示，组间比较用多因素方差分析，P＜0.05认为有显著性差异，P＜0.01认为有非常显著性差异。采用GraphPad Prism 6.0和SPSS作图。

2 实验结果

2.1 各组大鼠左右心室结构与功能比较

2.1.1 心室舒张末期内径

8周或16周的中强度运动或大强度运动后大鼠RVDd/BW显著高于安静组（P＜0.05），见图1。对于LVDd/BW而言，8周时中强度运动组和大强度运动组有高于安静组的趋势，而在16周时，中强度运动组（P＜0.05）和大强度运动组（P＜0.01）的LVDd/BW显著高于安静组，且大强度运动组的LVDd/BW也显著高于中强度运动组（P＜0.05），见图2。

图1 各组大鼠RVDd/BW比较

图2 各组大鼠LVDd/BW比较

2.1.2 心室舒张末期室壁厚度

8周或16周时，中强度运动组和大强度运动组的RVWd/BW都有高于安静组的趋势；LVPWd/BW也有相同的变化趋势。见图3、图4。

图3 各组大鼠RVWd/BW比较

图4 各组大鼠大鼠LVPWd/BW比较

2.1.3 各组大鼠左右心室射血分数比较

8周运动后，大强度运动组RVEF有低于安静组和中强度运动组的趋势；但16周运动后，大强度运动组RVEF显著低于安静组（P＜0.05）和中强度运动组（P＜0.01）。见图5。

8周运动后大强度运动组LVEF有低于安静组和中强度运动组的趋势，而中强度运动组LVEF显著高于安静组（P＜0.05）；16周运动后，大强度运动组LVEF显著低于安静组和中强度运动组（P＜0.05）。见图6。

图5 各组大鼠RVEF比较

图6 各组大鼠LVEF比较

2.2 各组大鼠左右心室胶原容积分数比较

2.2.1 各组大鼠右心室胶原容积分数比较

右心室天狼星红染色如图7所示，右心室胶原容积分数如图8所示。在运动时间相同的情况下，8周时大强度运动组的胶原容积分数显著高于安静组（P＜0.05）；16周时，大强度运动组显著高于安静组和中强度运动组（P＜0.05）。在强度相同的情况下，8周和16周的安静组间无显著性差异；但16周的中强度运动组和大强度运动组都显著高于8周的中强度运动组和大强度运动组（P＜0.05）。运动强度和时间对右心室纤维化面积都有影响。

图7 各组大鼠右心室天狼星红染色结果（×400）

图8 各组大鼠右心室胶原容积分数比较

2.2.2 各组大鼠左心室胶原容积分数比较

左心室天狼星红染色如图9所示，左心室胶原容积分数如图10所示。在时间相同的情况下（8周或16周），运动强度对左心室胶原容积分数没有影响；运动强度相同的情况下，左心室胶原容积分数随着时间的延长而增加，安静组和中强度运动组16周都显著高于8周（P＜0.05），而16周大强度运动组非常显著地高于8周大强度运动组（P＜0.01）。

图9 各组大鼠左心室天狼星红染色结果（×400）

图10 各组大鼠左心室胶原容积分数比较

2.3 各组大鼠ccTTnnII浓度比较

大鼠血清cTnI浓度如图11所示。在运动强度相同的情况下，运动时间对大鼠血清cTnI浓度没有影响；在运动时间相同的情况下，大强度运动组大鼠血清cT⁃nI浓度显著高于安静组和中强度运动组（P＜0.01），而安静组和中强度运动组之间没有差异。

图11 各组大鼠血清cTnI浓度比较

2.4 心肌损伤与左右心室功能的关联性分析

大鼠血清cTnI浓度与RVEF中度负相关（r＝-0.582，P＝0.000），见图12；与LVEF低度负相关（r＝-0.327，P＝0.029），见图13。

图12 血清cTnI浓度与RVEF的相关性

图13 血清cTnI浓度与LVEF的相关性

2.5 心肌损伤与左右心室纤维化的关联性分析

大鼠血清cTnI浓度与左心室胶原容积分数无相关（P＝0.276），但与右心室胶原容积分数（CVF）中度正相关（r＝0.597，P＝0.000）。见图14。

图14 血清cTnI浓度与右心室CVF的相关性

3 分析与讨论

3.1 运动强度和时间对左右心室结构的不同影响

长期耐力运动可引起心室向心性肥厚和离心性肥厚，即心室舒张末期室壁增厚及心室舒张末期内径增大[4]。运动员左心室扩张的结论来自于一项大样本研究[31]，该研究分析了1309名运动员的心脏形态，发现40%的运动员左心室舒张末期内径达到54 mm，14%的运动员超过60 mm，其中耐力运动员左心室扩张程度最大，值得注意的是运动员心脏重塑过程中同时出现了左心室肥厚和左心室扩张，这可能是运动心脏重塑和病理性心脏重塑的区别之一。与左心室相似，耐力运动员的右心室也大于普通人，一项大样本对比实验发现耐力运动员右心室大于力量运动员和普通人[32]。但有学者指出耐力运动员心脏大于普通人，可能并不是运动训练的效果，而是因为他们心脏本来就大，因而运动成绩好，进而被选为运动员。为排除这一说法，有学者对不经常运动的普通人进行了1年的耐力训练，在训练结束时他们获得完成马拉松的运动能力，其心脏形态与优秀耐力运动员相似，但他们的最大摄氧量却仍然低于耐力运动员，表明耐力运动确实可以使心脏变大[33]。更有趣的是，在心脏重塑过程中，左心室肥厚和左心室扩张并不是同步的，在训练初期仅有左心室的质量增加，而左心室舒张末期容积未见增加，直到训练的6～9个月之后左心室舒张末期容积才增加，渐渐恢复到训练之前的左心室质量容量比；相比之下右心室的质量和容量变化是比较均衡的，基本保持质量容量比不变。

本研究结果显示SD大鼠经过8周中强度和大强度的耐力训练，右室舒张末期内径就已经显著地大于对照组；而左心室舒张末期内径在8周中强度或大强度训练后出现了增加的趋势，但到16周才表现出显著性的增加。有趣的是，大强度耐力运动对增加右心室舒张末期内径的效果似乎并不比中强度耐力运动好；而对于左心室而言，16周大强度耐力运动后左心室舒张末期内径显著大于16周中强度耐力运动。对这一现象的解释可能是：运动强度对左心室离心性肥大（即心脏扩张）的影响较大，而对右心室离心性肥大的影响并不明显。另一种解释是：考虑到左心室存在肥厚和扩张的不同步性，中强度运动对心脏的刺激较低，在8周时就完成了左心室的肥厚和扩张重塑，并恢复到训练前的质量容量比；而大强度运动对心脏刺激较大，8周之后的大强度训练导致左心室继续扩张，但中强度运动刺激不够，不会导致心室继续扩张。笔者认为更有可能是后者。本研究结果还显示8周或16周中强度或大强度耐力运动后，两心室的厚度都有增加的趋势，且运动强度越大，心室壁增加越多，表明运动强度可能对左右心室肥厚都有影响。

3.2 运动强度和时间对左右心室功能的不同影响

不同强度耐力运动对两个心室收缩功能的影响可能并不相同，且两个心室的收缩功能与心室扩张及心室肥厚之间的关系目前尚无定论。许多研究发现大强度耐力运动后左心室收缩功能（用LVEF评价）变化很小或没有变化[34]，此外，早前多项小样本研究同样也发现运动员和非运动员的左心室收缩功能都很正常且没有差别[35，36]。然而，运动员左心室EF下降也属正常，分析147名自行车运动员发现[37]，其中11%的运动员EF小于52%。一篇meta分析（纳入23项研究共294名受试者）发现耐力运动后LVEF下降2%[34]。LVEF下降的报道见于未经训练的人运动中等时间（≤3小时）后和运动员完成超耐力运动（≥10.5小时）后，LVEF分别下降5.5%和4%[34]。经过训练的运动员运动中等时间（小于3小时）和长时间（小于6小时）后LVEF不会下降，但运动超过6小时后则LVEF会下降[38-40]。LVEF恢复到运动前的水平通常要在运动后48小时[41]。本研究在运动后24小时内检测心室EF结果显示，8周中强度运动后大鼠LVEF高于对照组，但16周中强度运动后两者没有差异；而大强度运动8周后大鼠的LVEF有低于对照组和中强度组的趋势，直到16周才出现显著性差异。这表明中强度耐力运动能使LVEF升高或不产生变化，而大强度耐力运动可使LVFE下降，且随着运动年限的增加下降越多。运动后LVEF下降的机制仍不清楚，但可能与以下几个因素有关：1）心脏收缩功能不变，血量减少可降低心脏前负荷[34]；2）血量不变，运动可能导致心肌功能障碍[42，43]；3）运动后左心室收缩力和绝对收缩力峰值下降，运动后心血管对儿茶酚胺的反应下降[44]，可能使β-肾上腺素受体敏感性下降[45]，这能解释左心室收缩力和绝对收缩力峰值下降；4）急性心肌损伤及氧化应激增加[46]。可能是多种因素共同导致LVEF下降。

与左心室相似，大强度耐力运动后右心室收缩功能（用RVEF评价）也会逐渐下降[40，47-53]，而且随着运动水平的提高右心室收缩功能的下降会加剧[54]。本研究的结果也显示，大鼠大强度运动8周后RVEF有低于对照组和中强度组的趋势，16周大强度运动后这一趋势显著；而中强度运动对RVEF的影响不明显。虽然本实验发现大强度耐力运动后LVEF和RVEF都下降了，但长时间耐力运动对右心室功能的急性影响可能比左心室要大，静息时右心室壁的压力要小于左心室，因为肺动脉收缩压小于主动脉收缩压；运动时右心室压力的增加显著高于左心室，因为运动时肺动脉压升高比主动脉压升高的多。运动对左心室和右心室的这种不同影响还未被广泛地认识到，但有一项研究发现运动员和非运动员从静息状态到最高水平运动状态，右心室壁收缩末期压力的变化（125%）显著高于左心室壁收缩末期压力（14%）的变化[55]。此外，大强度耐力运动时肺动脉压急剧升高也有可能导致右心室功能损伤更严重，有研究报道耐力运动时肺动脉血压升高程度（182%）显著地高于收缩压的变化（35%）[56]。这两个因素可能同样可以用于解释为什么运动对左、右心室结构重塑有不同影响。

3.3 运动强度和时间对左右心室纤维化的不同影响

长期大强度耐力运动能引起心肌纤维化，如本课题组前期研究发现长期大强度耐力运动可导致大鼠心房纤维化[26]，Aschar-Sobbi等人[8]也发现长期大强度耐力运动可引起小鼠心房纤维化，并增加了房颤的易感性。但大强度耐力运动对左右心室纤维化的影响似乎还没有一致的结论，部分原因可能是纤维化的检测方法及判定方法不一致。如Benito等人[27]发现强制大鼠大强度运动16周后，用天狼星红染色发现右心室出现心肌纤维化，但左心室并没有出现；一项案例报道对猝死耐力运动员进行验尸，采用天狼星红染色发现该运动员左右心室都出现纤维化，但主要在左心室[57]；Breuckmann等人[58]采用核磁共振（magnetic resonance imaging，MRI）技术发现102名运动员中12人出现心肌纤维化，且左右心室都出现；另一项研究同样采用MRI技术发现39名运动员中5名出现心肌纤维化，但主要出现在在室间隔[54]；还有一项相似的小样本研究采用MRI技术发现12名老运动员中6名出现纤维化，主要出现在室间隔和左心室[59]。采用MRI技术检测纤维化的原理是使用钆对比剂，若在MRI下出现延迟钆增强（late gadolinium enhancement，LGE），则表明出现心肌纤维化，因为钆对比剂不能渗入细胞内，但可以渗透到细胞外基质中。但有学者指出钆对比剂虽然能进入细胞外基质中[60]，但同样可以进入水肿和炎症区域[61，62]，因此出现LGE并不能判定一定是纤维化[63]。此外，钆对比剂进入细胞外基质需要一定的时间，因此检测时间不同也会影响检测结果，而且钆对比剂进入集中型的替代性纤维化可能容易些，但要进入弥散性纤维化需要更长的时间。可见用LGE评定心肌纤维化的可信性和准确性可能有待提高。而天狼星红染色是判断纤维化的经典方法，天狼星红染液能与胶原纤维较好地结合，反映胶原纤维的分布。

本研究通过天狼星红染色发现，运动时间相同的情况下，不同强度的耐力运动对左心室纤维化影响不明显。但运动强度相同，随着时间的推移左心室胶原容积分数显著增加。中强度运动组和大强度运动组出现这一现象可能由于随着运动时间的增加导致左心室心肌细胞进一步的肥大，使细胞外基质相应增多。有趣的是第16周对照组左心室胶原容积分数也高于8周，这可能是由于年龄增加导致胶原纤维积累，但这种现象一般出现在老龄人身上[64]，且Benito等人[27]的研究中4周、8周和16周安静组左心室胶原容积分数并未出现显著差异，因此还需更多的研究来解释本实验出现的这一现象。

此外，本实验结果显示不同强度和时间的耐力运动对右心室纤维化的影响与左心室有较大的不同。主要表现在相同时间的情况下，大强度耐运动8周后大鼠右心室胶原容积显著大于对照组，同样也大于中强度运动组，但可能因为中强度运动使右心室细胞肥大，其胶原容积也相应增多，因此与大强度组的差异并不显著；而16周时大强度耐力运动右心室胶原容积分数显著大于对照组和中强度运动组。这表明大强度耐力运动能导致右心室纤维化，且随着运动时间的推移纤维化面积越大。在右心室同样也发现运动强度相同的情况下，随着时间的推移右心室胶原容积分数增加，但8周对照组与16周对照组间并没有显著性差异。这一现象是由于随着运动时间的推移，右心室心肌细胞进一步肥大，引起细胞外基质相对增多。

3.4 运动强度和时间对左右心室有不同影响的可能机制

传统观念认为，耐力运动引起心脏结构和功能改变是单纯的生理过程，运动时血液动力刺激导致心肌细胞肥大，当血液动力因素去除后这些改变可以得到逆转[65]。这一理论认为当运动员停训后心脏可恢复到训练前的大小。然而，Pelliccia等人[66]跟踪调查40名优秀运动员发现，停训后他们的心脏确实变小了，但1/5的运动员心脏仍然保持较大状态，且他们心脏的平均内径大于普通人的平均内径。这表明多年训练后心脏发生的变化可能是永久性的。La等人[29]认为这种慢性重塑是心脏重复损伤的结果。cTnI是心肌损伤的特异性生物标志物，本研究发现，8周或16周大强度耐力运动后大鼠血清cTnI显著高于安静组和中强度运动组，而中强度运动组和安静组之间没有差异，表明大强度耐力运动可引起心肌损伤，但中强度运动不会。大强度耐力运动引起心肌细胞释放cTnI的机制尚不清楚，可能与以下几个原因有关：1）机械应力和氧自由基等因素增加了心肌细胞膜的通透性[67，68]，cTnI能穿过细胞膜进入血液；2）依据年龄的不同心肌细胞以每年0.5%～1%的速率更换[69]，而耐力运动可加速这一过程[70，71]，使死亡细胞释放cTnI到血液中；3）耐力运动可能会导致心肌细胞坏死[72]，坏死的心肌细胞也能向血液中释放cTnI。其它研究也报道大强度耐力运动后血清cTnI浓度升高，但很少有研究检测cTnI浓度变化与心脏结构和功能之间的关系。仅有一项研究[40]发现血清cTnI的增加与左心室壁运动指数的增加相关（r＝0.77，P＜0.001），另一项研究[28]报道了cTnI浓度增加与右心室功能障碍相关（r＝0.49，P＜0.02）。本实验结果显示血清cTnI与左心室和右心室收缩功能相关（r＝-0.327，P＝0.029和r＝-0.582，P=0.000）。但这些相关并不能证明它们之间的因果关系，而且与cTnI增加相关的心室功能障碍是暂时的。此外，本实验还检测了血清cTnI与左、右心室胶原容积分数的相关性，结果显示cTnI与左心室胶原容积分数不相关，但与右心室胶原容积分数相关（r＝0.597，P=0.000）。结合本实验所有结果及他人的研究，笔者认为一次大强度耐力运动对左、右心室都造成一定的损伤，但这种损伤是暂时的，在短时间内（48小时～1周内）可恢复，但由于运动时右心室壁压力变化高于左心室压力的变化，且肺动脉压的变化大于主动脉压的变化，因此右心室的损伤可能大于左心室，所以左心室能比右心室更早地修复好，一次运动可能对两个心室都不会有长期影响，但若长期进行大强度耐力运动，则右心室可能因没有足够的时间来修复导致反复损伤，而左心室需要的修复时间短，故而可及时恢复。右心室反复损伤可能是大强度耐力运动造成右心室纤维化的原因之所在，而左心室损伤较小且可及时恢复，因此大强度耐力运动后左心室并未出现纤维化。中强度耐力运动未造成心肌损伤所以没有引起心室纤维化。而本实验发现16周中强度运动和大强度运动后左、右心室的胶原容积分数都分别显著高于8周时的心室胶原容积分数，这可能是8周之后中强度或大强度运动仍然能促进心肌细胞肥大，使细胞外基质也相对变大，胶原纤维增多，并不是真正的心肌纤维化。

4 总结

1）16周中强度或大强度运动可导致左心室扩张，且运动强度越大，扩张程度越大；而右心室扩张只需要8周中强度或大强度运动，但运动强度对右心室扩张程度的影响不明显。

2）长期（8周或16周）耐力运动（中强度或大强度）使两心室壁有变肥厚的趋势。左心室肥厚和扩张可能不是同步的：先肥厚再扩张；但右心室肥厚和扩张是同步的。

3）大强度耐力运动引起两心室收缩功能短暂性下降与心室损伤有关，且右心室可能比左心室损伤更严重。中强度运动不会引起心室损伤，对心室射血分数影响不大或无影响。

4）长期（8周或16周）大强度耐力运动导致右心室胶原容积分数增加，可能是右心室损伤后形成的心肌纤维化，但左心室没有；而16周时中强度组和大强度组两心室的胶原容积分数分别大于8周时对应的组别，可能是8周之后的运动使两心室的心肌细胞继续肥大，细胞外基质也相应增多，并不是纤维化。

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A Comparative Study on Effects of Exercise Intensity and Duration on Left and Right Ventricular

Rao Zhijian1，2，Chang Yun1，Wang Shiqiang3
1 China Institute of Sports Science，Beijing 100061，China
2 Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China
3 College of Physical Education，Hunan University of Technology，Zhuzhou 412000，China

Corresponding Author：Chang Yun，Email：changyun@ciss.cn

ObjectiveTo examine the effects of exercise intensity and duration on the structure，func⁃tion and fibrosis of the left and right ventricular，and to discuss the potential mechanism in these pro⁃cesses.MethodsForty-eight male Sprague-Dawley rats were randomly divided into a sedentary（Sed）group，a moderate exercise（ME）group and an intensive exercise（IE）group，each of 16.Rats in Sed group were not given any training，while those in ME group and IE group run on treadmill at the speed of 15.2 m/min with the slope gradient of 5°and 28 m/min with the slope gradient of 10 degree 1 hour per day，5 days per week.Eight and 16 weeks after the training，we recorded the body weight and measure end-diastolic diameter，end-diastolic wall thickness，and ejection fraction of both ventricu⁃lars using the ultrasonic testing.All rats were then sacrificed after blood sampling.Elisa was used to measure serum cTnI concentration，and sirius red staining was applied to evaluate collagen volume frac⁃tion of both ventriculars.ResultsEight or sixteen weeks after the training，the average bi-ventricular end-diastolic diameter of ME and IE rats was bigger than Sed group.There were no differences in end-diastolic diameter of both ventricular between ME group and IE group after sixteen-week training，but the left ventricular end-diastolic diameter of IE group was greater than ME group.As exercise in⁃tensive increased and time accumulated，the end-diastolic wall thickness of both ventriculars increased but without statistical significance.At sixteen-week intervention，the bi-ventricular ejection fraction of IE rats was significantly lower than Sed and ME groups，while there was a decreasing trend eight weeks earlier without significant differences.After 8 or 16 weeks of training，the serum cTnI was signifi⁃cantly higher in IE rats than Sed group or ME group，but there was no significant differences between ME group and Sed group.After 16 weeks’exercises，the average bi-ventricular collagen volume frac⁃tion of ME or IE group was greater than that after 8 weeks’exercises.The average collagen volume fraction of the right ventricular was greater than Sed group at the same time points，and after sixteenweek training the right ventricular collagen volume fraction in IE group was significantly greater than ME group.However，there were no significant differences in the measurement of the left side among dif⁃ferent groups.The serum cTnI was negatively correlated with the left and right ventricular systolic func⁃tion（r＝-0.327，P＝0.029 and r＝-0.582，P＝0.000）.Moreover，it was positively correlated with the right ventricular collagen volume fraction moderately，but had no correlation with the left ventricular col⁃lagen volume fraction.Conclusion（1）Sixteen-week moderate and intensive exercise result in left ventric⁃ular dilation，and the dilation increases with the increase of the exercise intensity.Only 8 weeks’exer⁃cise at the same intensity can lead to right ventricular dilation，but exercise intensity has little influ⁃ence on the right ventricular dilation.（2）Long-term moderate or intensive endurance exercises may cause bi-ventricular hypertrophy potentially.The left ventricular hypertrophy and dilation may not be synchronous with hypertrophy followed by dilation，while the right ventricular hypertrophy and dilation is synchronous.（3）The temporary decrease in bi-ventricular systolic function after intensive endurance exercise may be caused by ventricular injury，with more serious injury in the right ventricular than in the left.Moderate exercises don’t cause ventricular injury，thus there is little or no influence on ejec⁃tion fraction.（4）Long-term（8 or 16 weeks）moderate or intensive endurance exercises can increase the right ventricular collagen volume fraction，which may indicate cardiac fibrosis following right ventricular injury but not in the left ventricular.The bi-ventricular collagen volume fraction at sixteenth week in ME and IE rats are greater than corresponding rats at eighth week.It may result from the hypertrophy of bi-ventricular cardiomyocyte after 8-week training，followed by increase in the extracellular matrix but not cardiac fibrosis.

exercise-induced cardiac remodeling，left ventricular，right ventricular，myocardial fibro⁃sis，cTnI，exercise intensity，exercise duration

2016.09.01

国家体育总局体育科学研究所基本科研业务经费（16-21）

常芸，Email：changyun@ciss.cn