马拉松运动与心血管系统适应性和风险性研究进展

高 原 赵 猛

(燕山大学体育学院，河北 秦皇岛 066004)

◀运动人体科学与应用心理学

马拉松运动与心血管系统适应性和风险性研究进展

高 原 赵 猛

(燕山大学体育学院，河北 秦皇岛 066004)

近年来，关于马拉松运动对心血管系统有益还是有潜在危害存在学术争议，以此为研究切入点，通过对相关文献资料进行整理研究发现，马拉松运动对心血管系统的适应方面主要体现在心肌适应性和运动员心脏；心肌损伤、冠状动脉异常、潜在的致心律作用、复杂心室异位和心源性猝死等是增加心血管系统风险性的主要诱因；规避和预防心血管系统风险性的主要措施包括：常规医学检查、心电图诊断、运动心电图检查和遵守当前欧洲心脏病协会推荐的体力活动和公共卫生指南。目前，尚无研究表明马拉松运动是一项诱发心血管系统疾病的高风险运动。 关键词:马拉松；耐力运动；心血管适应；心血管风险

近几十年来，马拉松运动越来越受到大众的欢迎和热爱。据统计，世界范围内每年有数以百万的非职业运动员参加马拉松比赛。通过对城市马拉松比赛的人群分析，可以发现年轻的、高水平职业运动员数量所占的比例较少，其他各个年龄段的业余马拉松运动员的数量却不断增加，业余选手中以中老年男性运动员为主，且具有较高的运动竞技水平[1]。马拉松运动对人体心血管系统形成了巨大的挑战，尤其是“中老年”这个年龄段最为典型，因此对中老年马拉松业余选手心血管系统的研究尤为重要。 众所周知，适量、有规律地参加体育锻炼对心血管系统的有益变化包括内皮功能改善、冠状动脉血流储备增多、心肌缺血的耐受性提高、心肌毛细血管密度增加、心室颤动阈值提高、动脉血压下降及动脉硬度降低等。不过关于运动的量效关系一直存有争议，有学者研究表明，每周额外消耗能量2000-3000卡或者每天额外消耗能量300-400卡对心血管健康产生最佳效应[2，3]。也有研究表明，每天进行15分钟适量、规律的体力活动会对糖尿病、癌症和心血管疾病具有预防效应且可以延长寿命[4-6]。就目前研究基础来看，很难对马拉松运动有益效应的个体最佳运动量和上限值做出明确界定，但马拉松运动对于某些心血管疾病，如心房纤颤，剂量明显过大[7]。Elosua et al对两组年龄相匹配的病例进行对照研究，确立了锻炼的时间阈值，即一生锻炼时间不超过1500h，如果超过阈值，孤立性心房颤动的风险将增加[8]。Mohlenkamp et al等人研究发现，年龄超过55岁的健康男性运动员在过去3年内参加5次以上马拉松比赛可能具有较高的冠状动脉钙化风险[9]。本文通过文献研究，从心血管系统的适应性、风险性和风险筛查三个方面阐述马拉松运动与心血管系统的关系，充分发挥马拉松运动的健身效益，规避风险因素，为更好地促进马拉松运动的发展提供理论依据。

1 马拉松与心血管系统的适应性研究

关于马拉松运动对心血管系统急性和慢性影响研究多集中于中老年业余马拉松运动员。对这部分人群来说，马拉松运动对身体健康有益还是有害存有争议，因此有必要对急性和慢性效果进行详细分析。

1.1 马拉松运动与心肌适应性

剧烈、持久的运动使骨骼肌需氧量明显增加，为了满足骨骼肌收缩和舒张对氧气的需求，肺部摄氧量和血液的运输能力显著提高。在生理条件下，机体对马拉松运动的急性心肺适应包括肺通气量、心率、每搏输出量和心输出量增加，并伴随收缩压和外周血管收缩和舒张适度增加[10]。这些急性心脏适应能够使机体在有氧状态下持续运动几个小时以上。对于高水平马拉松运动员来说，这些适应可能会导致 “运动员心脏”形成，其形态学特征是左、右心室容积协同增加，左心室室壁增厚和心肌质量改善，并伴随心脏功能明显改善，心输出量是原来的5-6倍，安静心率显著下降[11,12]。但需要强调的是，运动员心脏的形成需要剧烈、持续的耐力运动。关于中老年业余马拉松运动员能否像年轻的马拉松运动员一样遵照相同的模式形成运动员心脏还不完全清楚，有待深入研究。

1.2 马拉松运动与运动员心脏

运动员心脏与高血压心脏病或者肥厚性心肌病所表现出来的病理性、结构性的心肌适应完全不同[13]。自从1899年瑞典医生Henschen发现并提出的“运动员心脏”的理论，就引发了学术界关于运动员心脏与健康关系的争论与探讨。有些年轻马拉松运动员经历了严重的心血管不适应或者并发症[14,15]，但研究表明，这些不良心血管事件与运动员心脏的形态和功能并无相关关系，长期进行马拉松训练并不会增加运动员的心血管事件发生率[16,17]。近期一项研究表明，与年龄相匹配的普通男性相比，参加环法自行车比赛的运动员心血管发病率明显降低，且寿命延长[18]。但对于中老年业余马拉松选手来说，与专业年轻运动员经常保持相同运动竞技水平，情况可能完全不同。进行大运动量和较高强度的马拉松运动时，每分心输出量可达到20-25升且持续几个小时以上，这种工作负荷会使所有心肌结构包括冠状动脉血管和电传导系统承受高度的压力，可能会对一些易感人群造成结构和功能的不适应或者心肌损伤和纤维化[19]。

随着先进的便携式多普勒超声心动图的出现，能够对高水平马拉松运动员在安静和运动状态下的心脏结构和功能进行非侵入性监测。许多科研人员已经利用了二维和多普勒技术对马拉松运动前后的心肌形态和功能状态进行监测和评价。Douglas et al研究发现，一部分运动员在参加夏威夷铁人三项后出现左心室收缩和舒张功能异常[20]。Neilan et al研究发现，参加波士顿马拉松比赛后的中老年男性即刻出现心肌舒张功能障碍[21]。此外，Neilan et al还发现肌钙蛋白水平增加与训练量有关系，其原因可能是心肌损伤所致。这一解释引发了关于马拉松运动对身体健康潜在负面影响的激烈争论，尤其是训练过量的中老年男性人群[21]。近年来，随着超声心动图、核磁共振断层成像、组织多普勒成像、应变率成像和定量评估节段性心室功能等技术的出现，研究人员能够更加详细地搜集马拉松运动员的心脏结构和功能信息。关于左心室的收缩功能也存在争议。一项以294名马拉松运动员为研究对象的meta分析显示，左心室收缩功能出现瞬间显著性降低并伴有心室应变和扭曲的迹象[22,23]，一般情况下，马拉松运动会使左心室舒张早期充盈增加，且高水平马拉松运动员的舒张功能明显优于无训练经历的对照组。有学者研究表明，马拉松运动后即刻心室舒张功能出现抑制现象，尤其是无训练经历的业余选手，但通过超声心动图检查发现，在马拉松运动后24小时内，这些功能性改变能够完全恢复正常化[24]。因此，马拉松运动所导致心室收缩和舒张功能出现一过性降低通常被解释为生理性“心脏疲劳”[25]。

2 马拉松运动与心血管系统风险性研究

随着一些先进影像技术的出现，研究人员能够对年轻的职业马拉松运动员和中老年业余马拉松运动员的右心室进行深入研究，并进一步探寻影响右心室的结构和功能异常的潜在迹象。研究表明，长时间剧烈运动可能会导致右心房和右心室扩张以及一些易感个体出现潜在的心肌瘢痕或者心肌纤维化的迹象[26,27]，但这种结构和功能异常可在短时间内恢复正常化。这些研究结果仍然存在明显争议，还有许多问题不够明确，需要进一步对其长期临床意义进行研究。马拉松运动引起心肌收缩和舒张功能变化可以被视为一种生理现象，可能对少数易感人群结构和功能异常具有临床意义，还需利用现代成像技术如核磁共振断层成像进一步明确马拉松运动对心肌结构和功能的影响，进而确定运动员出现不适的风险。

2.1 马拉松运动和心肌损伤

临床研究表明，马拉松运动过程中和/或运动后即刻血清标志物明显增加，表明心肌可能损伤[28，29]。然而，有些研究表明，升高的心肌生物标志物在运动后24-48小时内回归为正常值。因此这种心肌细胞一过性和可逆性变化可能没有负面的临床后果[30]。最近一项研究支持了上述的解释，Hanssen et al同时运用了心肌标志物、心肌磁共振和钆显像进行测量，结果表明，心肌生物标志物出现一过性升高，但并没有检测出心肌坏死[31]。考虑到心肌肌钙蛋白和脑利钠肽释放的复杂性，还需要实验研究来进一步阐明心脏标志物升高的生化机制和临床意义。

2.2 马拉松运动和血管系统

研究表明，长期进行马拉松运动对血管系统结构和功能产生有益影响，其中包括改善动脉硬化的积极作用[32]。Green et al对高水平马拉松运动员血管的适应性进行了meta分析，发现马拉松运动员的动脉容积扩大并伴有动脉管壁厚度降低，同时外周阻力血管乙酰胆碱介导的血管舒张功能明显改善[33]。据此可以推断，马拉松运动能够延缓脉管系统的老化，改善外周阻力血管的功能。但就此认定马拉松运动能够提高动脉反应性仍然存在证据不足。

急性和持久的马拉松运动对血压和心率的影响已经得到科学验证，其机制是外周血压、外周动脉阻力和心率显著降低，尤其是高血压患者更为明显[34]。但无证据表明，马拉松运动对中央血压也产生积极效应。有学者对力量练习的受试者进行研究，他们观察到了动脉硬化增加现象[35]。近期一项对49名定期进行马拉松运动的中老年人研究发现，与年龄相匹配的对照组相比，他们的血压和脉搏波速度略有增加，在马拉松跑后即刻，能够检测到波反射显著下降且脉搏波速度不变。因此可以推测，马拉松运动可能与动脉硬化呈倒U形关系[36]。关于这一结论，还需进一步研究。

长时间马拉松运动过程中和运动后，机体的凝血系统状态也是值得关注的研究领域。急性、剧烈的运动会使血液处于短暂的高凝状态，尤其是无训练基础的个体更为显著，其主要原因是凝血酶生成和血小板高反应性增加以及许多凝血因子活动增强。相反，规律地参加马拉松运动选手的纤维蛋白溶解活性显著增加，这些潜在的适应性改变可以起到预防血栓形成的风险[37]，但具体临床意义还不明确。总之，急性和持久的马拉松运动对动脉血管和凝血系统结构和功能反应非常复杂，目前尚无明确结论。

2.3 马拉松运动和冠状动脉

近年来，有研究表明，规律的体力活动对冠状动脉疾病具有预防作用，可以明显地降低冠状动脉疾病和全因死亡率。与静坐少动人群相比，进行轻度和中度体育锻炼，预防效果更为显著。这些有益影响主要通过调节冠状动脉疾病的风险因素如内皮功能、自主神经系统平衡和凝血系统来实现[38]。但是Mohlenkampet al发现，过去3年内完成5次马拉松跑的108名中老年男性运动员的Framingham风险评分超过年龄相匹配的对照组[39]，其机制可能是运动诱发高血流量导致血管氧化应激反应增加[40]；剧烈的马拉松运动可能会诱导炎症性细胞因子升高[41]。

2.4 马拉松运动与潜在的致心律失常作用

研究发现，优秀的马拉松运动员经常出现心脏的电生理改变并伴有心房和心室异位，这些变化一直被认为是功能性适应，不会诱发严重的致心律失常事件或者心源性猝死[42,43]。不过，有学者研究发现，中老年男性马拉松运动员心房纤颤的患病率增加5倍以上，发病的根本原因和病理生理机制尚不明确，只提出一些假说：如自主神经系统的改变、体液转移、电解质异常潜在慢性全身性炎症、心肌结构的纤维化，甚至非法摄入毒品等[44,45]。临床研究表明，与马拉松运动相关的心房纤颤通常是阵发性的，且多发生在晚上，并逐渐发展为持续性心房纤颤。心房纤颤的患病率很高，但运动员心房纤颤通常被认为是异常的和临床相关的，需要心血管和运动医学专家进行系统和全面诊断，其中包括运动员具体的运动病历等[46]。关于马拉松运动员的孤立性心房纤颤的自然病程和长期预后还没有文献进行具体论证。Hoogsteen et al对30名带有阵发性心房纤颤的男性马拉松运动员进行9年随访，发现50%的阵发性心房纤颤运动员保持稳定，仅有17%的运动员发展为持续性心房纤颤[47]。目前对马拉松运动员心房纤颤的治疗和预后评估的难度较大，主要是缺少直接对马拉松运动员进行大规模、前瞻性随机临床试验和管理指南。不过，当前的心房纤颤管理指南可能适合中老年马拉松运动员，具体治疗方法包括限制马拉松运动的量和强度、直流电复律和消融策略，但关于药物治疗的价值和意义存在争议，尤其对血栓栓塞预防方面[48]。

2.5 马拉松运动与复杂心室异位和心源性猝死

复杂心室异位包括室性心动过速，多出现在耐力运动人群，通常源于右心室轻度功能异常和/或室间隔[49]。关于心室异位的严重程度和临床意义一直以来就存在争议。严重的心室异位可导致心脏骤停，主要是由于潜在的心脏疾病所致，如心肌病或冠状动脉异常以及炎症和纤维化过程[50]。幸运的是，马拉松运动员出现心源性猝死概率非常低[51]。Kim et al通过对2000-2010年期间美国和加拿大全程马拉松和半程马拉松比赛心脏骤停的发病率和结果统计发现，1090万名参赛选手中只发生59例心脏骤停，且男性心脏骤停和心源性猝死的机率明显高于女性[28]，这些发现与其他研究结果具有一致性[52]。此外心脏骤停的发生率与选手的年龄高度相关，全程马拉松的发病率显著高于半程马拉松。事实上，全程马拉松跑的最后1英里(约为1.6公里)不到全程马拉松距离的5%，而心源性猝死发病率几乎占到50%[53]。

3 马拉松运动员的风险分层筛查研究

人们普遍认为，马拉松运动员需要进行常规医学筛查。欧洲心脏病协会已经出版了马拉松运动员筛查的建议书，但是如何有效地检测出与马拉松运动相关的心血管事件潜在病理性状况的详细诊断程序依然存有争议。例如，欧洲的指南建议使用常规心电图，而美国主要局限于身体检查和病历[54]。考虑到马拉松运动所导致心血管事件的严重后果和需要筛查运动员的数量较多，有必要对筛查程序所有组成部分的诊断敏感性进行评价，其中包括心电图诊断，同时还要制定有效的诊断策略，才能高度灵敏地识别和发现运动员患有心血管事件的风险因素。此外，一些其他诊断工具的临床价值如心脏生物标志物、超声心动图和/或先进的成像技术还需进一步明确。

对于中老年马拉松运动员人群来说，进行心电图评价的作用是不同的。研究表明，存在心血管风险因素的中老年马拉松运动员可以进行运动心电图测试[55]。欧洲心血管预防和康复协会最近发表声明，全面支持从事休闲体育活动的中老年人进行心血管评价，并且指出，这些评价必须以现有的科学研究和专家的普遍共识为根据。此外，大样本量筛查时，习惯性体力活动水平的自我评价和基于系统性冠状动脉风险评估的心血管风险预测可以同时使用[56]。对于心血管系统疾病风险较高的个体和从事中、高强度运动的人群来说，医学筛查应该包括病历、家族病史、身体检查和12导联静息心电图。由于静息心电图对冠状动脉疾病的敏感度较低，建议中老年马拉松运动员还应进行运动心电图测试，以便发现ST波段下降来进一步识别潜在的冠状动脉疾病，同时还能对其功能能力进行评价。

4 结语

全程马拉松运动对人的有机体是一个巨大挑战。马拉松运动能够提供有益的健康效应和延长寿命，同时也可能对心脏形态和功能产生不良适应，且增加潜在的心血管并发症风险。中老年男性业余马拉松选手应该遵守当前欧洲心脏病协会推荐的体力活动和公共卫生指南，同时还要进行全面医学检查，包括心电图检查和运动心电图检查。此外，为了深入了解马拉松运动对心血管系统的急性和持久影响，有必要进一步研究个体风险因素，确定个人最佳运动量和运动强度，并制定个性化训练方案，同时建议中老年马拉松运动员参加半程马拉松比赛，体验马拉松运动的乐趣。

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Research on Progress of Adaptation and Risks of the Cardiovascular System in the Marathon

GAO Yuan, ZHAO Meng

(College of Physical Education，Yanshan University，Qinhuandao China, 066004)

In recent years, there was academic controversy about this long, strenuous endurance exercise of the marathon on the cardiovascular system is beneficial or potentially harmful. By taking this as an entry point, the authors studied the foreign literature and found that the adaptability of Marathon exercise to cardiovascular system is mainly reflected in the adaptation of myocardial fitness and athlete's heart; Inducement such as myocardial injury, anomalous coronary artery, potential cardiac arrhythmias, complicated ventricular ectopic and sudden cardiac death is the principal cause of risks of the cardiovascular system. The main measures to avoid and prevent risks of the cardiovascular system include conventional medical examination , ECG diagnosis, exercise ECG examination and Following the current guidelines for physical activity and Public Health recommended by the European Heart Association. At present, there is no evidence that marathon is a high-risk exercise to induce cardiovascular disease. Key words：marathon; endurance exercise; cardiovascular adaptation; cardiovascular risk

2017-05-27；

2017-07-11

燕山大学博士基金项目(B957)。

高原(1978-)，男，讲师，博士研究生，研究方向：大众健身的生理学机制。

G804.7

A

1672-1365(2017)04-0071-07