运动性心脏损伤的防治与机制研究进展

2018-02-14曹雪滨

解放军医药杂志 2018年2期

平政,曹雪滨

运动性心脏损伤(Exercise-induced myocardial injury, EIMI)是指过度负荷运动或不适宜的运动对心脏造成的不良影响，也叫力竭性心脏损伤(Exhaustive exercise-induced myocardial injury, EEIMI)，临床表现为心脏形态学改变、心肌损伤标志物异常、运动性心律失常、心功能减低、晕厥甚至运动性猝死等。马拉松猝死个案中，多数是由于暂时性心脏受损造成的猝死。EEIMI多见于经常从事高强度作业的人群。在军队这一特殊群体中，由于经常面临高温高湿、寒冷和缺氧等多种特殊环境，且训练强度高，EEIMI尤为高发。目前对EEIMI的认知水平不高，很多病例往往被漏诊，导致部分患者发生严重后果。因此对EEIMI发病机制及防治研究具有重要意义。本文将从临床和发病机制等方面对该领域的研究成果进行综述。

1 EEIMI的病理机制研究

1.1EEIMI造成心脏结构功能改变高强度运动造成明确的心肌病理学改变。Ping等[1]通过应用光镜和电镜技术分别观察发现力竭运动造成了大鼠心肌间质水肿，间隙增宽，线粒体数量和糖原增加，线粒体周边水肿，膜脊融合，局部缺损，肌原纤维部分断裂。

1.2高强度运动能够诱导心肌酶水平增高崔玉娟等[2]发现力竭后大鼠血清乳酸脱氢酶(LDH)、心肌型肌酸激酶(CK-mb)、肌酸激酶(CK)、心肌肌钙蛋白(cTnI)和肌红蛋白(Mb)水平明显升高，且持续时间均达24小时以上，其中LDH、cTnI在力竭运动后12小时左右达到高峰，Mb在力竭后即刻达到峰值，CK和CK-mb在力竭运动后6小时达到峰值，证实力竭运动诱导了心肌细胞损伤。力竭运动后心脏性猝死和心律失常性事件发生概率大幅增加。Wang等[3]应用PowerLab数据系统分析大鼠力竭后不同时相动态心电图，结果表明力竭大鼠代偿性心率加快，QT间期延长，P波、R波增高，ST段显著抬高，且上述指标24小时内均未恢复。康新建等[4]采用频域分析法获得心率变异性(HRV)参数，结果显示力竭组总功率、高频带、低频带，LF/HF比值均显著减低，证实力竭大鼠心率变异性降低，自主神经对心脏的调节能力明显减弱，交感神经及迷走神经均衡性改变，室颤阈降低。

1.3EEIMI造成了明确的在体和离体心功能异常改变徐鹏等[5]应用容积-压力导管(Millar导管)研究了力竭大鼠在体左室心功能改变，证实力竭运动致使心室收缩舒张功能均受损，心肌收缩力、动脉的顺应性降低。刘硕[6]采用Langendorff技术检测力竭大鼠离体心脏I/R后心功能的变化，表明力竭运动降低基础状态心脏收缩和舒张功能，反复力竭运动还影响了复灌后离体心脏I/R后心功能的恢复，使心肌舒缩功能进一步降低。

2 EEIMI的分子机制研究

2.1能量代谢障碍机制高强度力竭运动造成了心肌能量代谢障碍。崔玉娟等[7]认为力竭运动通过下调线粒体生物发生关键调控因子PGC-1α-NRF1/NRF2 信号通路诱导心肌线粒体呼吸功能下降，能量产生下降，并进一步导致不可逆的能量衰竭和心肌损伤，是EEIMI重要的始动机制。

2.2氧化应激及炎性机制力竭运动造成氧化应激及炎性因子水平升高。刘硕等[8]证实力竭大鼠心肌ROS、MDA水平含量增加，SOD、GPX、CAT含量显著下降，表明力竭运动后心肌氧化应激水平升高。焦春利等[9]研究结果提示大鼠血清炎性因子白介素-1β(IL-1β)、白介素-18(IL-18)、白介素-6(IL-6)、C反应蛋白(hs-CRP)水平均显著上升，且心肌ROS水平与血清IL-18、IL-6、hs-CRP水平呈正相关，表明力竭运动氧化应激水平增高可使炎性因子水平增高。进一步证实其分子机制可能通过增强心肌氧化应激，激活NLRP3炎性体信号通路，增加下游炎症因子引发心肌炎症反应加重心脏损伤。

2.3细胞凋亡机制研究郄涛等[10]研究表明力竭大鼠心肌细胞凋亡指数(AI)增加，免疫组化和western结果证实死亡受体Fas-Caspase8-Caspase3和线粒体介导的细胞凋亡通路Cyto-C-caspase9-Caspase3均参与了力竭运动所致大鼠心肌细胞凋亡增加。这与王春晓[11]等报道的反复力竭性运动后不同时相大鼠心肌组织均出现大量细胞凋一致。

2.4钙调控异常机制齐江莉等[12]系统检测了力竭大鼠心肌细胞钙火花频率、肌浆网钙容量、钙瞬变和心肌细胞收缩力，表明大鼠力竭后心肌细胞最大收缩幅度显著降低，钙火花发生频率显著增加，肌浆网Ca2+含量显著降低，提示力竭运动后舒张期过度的Ca2+以钙火花的形式自SR漏至胞浆，SR内Ca2+逐渐消耗而钙库含量降低，使收缩期钙瞬变峰值下降，导致心肌收缩力减弱。进一步研究了钙调控异常的机制，结果表明力竭大鼠心肌CaMKⅡ、RyR2及其磷酸化水平均显著增高，证实力竭运动可上调CaMKⅡ信号通路，导致钙调控异常。

3 EEIMI的防治研究

3.1临床分型王晓伟等[13]通过对某战区6家部队医院近十年因高强度运动致心脏损伤病例进行了回顾性研究，并根据患者临床表现和检查结果，初步将EEIMI分为普通型、心律失常型、心衰型、猝死型4种类型，并在实际工作中证实该分型具有良好的实用性和可操作性。

3.2预警体系 EEIMI的早期发现和预防很重要，动态心电图、心肌损伤标记物和心脏超声等指标变化对EEIMI有重要的预警意义。王江涛等[14]报道了150名作训人员在大强度负荷训练前后24小时动态心电图变化，结果提示高强度军事运动后机体交感神经活性明显增强，迷走神经活性降低，心肌细胞电活动不稳定，可能诱发各种心律失常。其中心率变异性、T波电交替、QT离散度、心率震荡、心率减速力能提高检测敏感性及准确性，可为预警过度训练造成的心脏损伤提供参考依据。该课题组通过对100名作训人员在大强度训练前后心肌损伤标志物的变化研究，发现训练后cTnI、CK-mb/CK两个指标较训练前明显增高。经统计学分析，当cTnI>0.0025 ng/ml，CK-mb/CK比值>6.5%，提示大强度负荷军事训练对心肌造成不同程度损伤，可与运动造成的骨骼肌损伤鉴别，成为心肌早期损伤的预警指标[15]。大强度负荷训练导致新入伍战士代偿性射血分数的增高和左房内径的扩大、早期至晚期心脏舒张充盈率(E/A)及Em/Am比值的降低和二尖瓣环TDI参数的增高，提示大强度军事训练后，心脏舒张功能减低，心脏功能轻度受损，证实左室心脏射血分数(EF)、左房扩大、E/A及Em/Am比值的降低为高强度运动时心脏结构和功能的早期改变[16]。心肌损伤标志物cTnI、CK-mb/CK > 6.5%可以作为判定存在心肌损伤的指标[14]；心率变异性、T波电交替、QT离散度、心率震荡、心率减速力等指标能提高心预测律失常发生的敏感性及准确性[15]；心脏超声射血分数和左房扩大，E/A及Em/Am比值的降低提示高强度运动导致心脏结构和功能的早期改变[16]。这些指标特异性敏感较高，可操作性强，有助于尽早识别EEIMI的发生。

3.3EEIMI防治

3.3.1健康宣教：吴学宁等[17]报道了目前基层医务工作者和作训人员对EEIMI的认识和重视程度不够，不能及时识别EEIMI的发生；同时又存在过度治疗的问题，有EEIMI被误诊为病毒性心肌炎或原发性心肌损害，以至于长期卧床，应通过宣教和现场指导，提高广大作训人员对EEIMI的认知水平，减少EEIMI的发生。

3.3.2综合救治：应重视特殊人群和特殊环境下EEIMI的防治。崔玉娟等[18]提出新入伍战士高强度训练后可能会出现慢性心律失常、快速心律失常、心肌损伤、晕厥，甚至猝死。提示要严格的做好征兵体检工作，科学合理地制定训练计划，充分做好训练前的准备活动，及时处理训练中出现的危险信号，建立和加强训练中的心理咨询活动，普及防伤知识教育，尽可能减少EEIMI。高温环境下的高强度训练会诱发合加重作训人员心脏等器官损伤，应配合制定在炎热气候条件下高强度训练的措施，科学应对高温适应训练，在训练过程中应注意防止阳光直射头部，合理供水和食盐等[19]。吴学宁等[20]报道了高度紧张时高强度运动对该训练基地参训官兵心电图变化有显著影响。scl-90量表评分高的官兵运动后更容易产生不适症状，提示在高度紧张和高强度运动前对官兵进行心理疏导是很有意义的。

3.3.3运动预适应对EEIMI的防治及机制：吴学宁等[21]研究了运动预适应(Exercise preconditioning, EP)对作训人员高强度训练后心电图的预保护作用，结果表明高强度运动前经过预适应训练可以改善作训人员心率变异性，降低心律失常和ST-T改变的发生率，降低心电图积分和不适症状评分，提示EP对作训人员EEIMI有积极的防护作用。赵沐霖等[22]研究结果表明EP能够保护运动损伤心肌的病理学改变，降低心肌损伤标志物的水平，其机制可能是通过上调线粒体生物发生关键信号通路PGC-1α-NRF1/NRF2-TFAM的表达，增加ERRα的表达，提高心肌线粒体呼吸系统复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的呼吸功能，改善心肌细胞能量代谢水平。焦春利等[9]认为EP通过下调NLRP3炎性体信号通路表达降低力竭大鼠血清炎性因子IL-1β、IL-18、IL-6、hs-CRP水平发挥心肌保护作用。

3.3.4药物防治：中药复方和单体对EEIMI均有防治作用。红景天苷能够减轻心肌病理改变[10]，降低心肌酶学水平，改善在体和离体心功能，其机制包括：提高线粒体呼吸功能，改善能量代谢[7]；激活Keap1-Nrf2-ARE通路提高抗氧化应激能力[5]；抑制死亡受体和线粒体介导的凋亡通路减少心肌细胞凋亡[3]；抑制钙调蛋白激酶II信号通路，提高钙瞬变峰值[12]。中药复方制剂心复康能够有效改善力竭诱导的心肌细胞超微结构破坏[23]，改善大鼠心率变异性[4]，其机制可能通过显著降低大鼠的皮质醇及升高睾酮水平[24]，参与对EEIMI的保护。

4 结语

EEIMI发病广泛而隐晦，社会危害大，探讨EEIMI的发生机制、临床分型、预警及防治预案对于科学制订运动训练方案、防治EEIMI有重大意义，应该作为一个警示，引起人们的思考和关注，并对其防治研究予以重视。

[1] Ping Z, Zhang L F, Cui Y J,etal. The Protective Effects of Salidroside from Exhaustive Exercise-Induced Heart Injury by Enhancing the PGC-1α-NRF1/NRF2 Pathway and Mitochondrial Respiratory Function in Rats[J].Oxid Med Cell Longev, 2015,2015:876825,1-9.

[2] 崔玉娟,张龙飞,平政,等.红景天苷对力竭大鼠心肌线粒体呼吸功能的影响[J].解放军医药杂志,2014,26(11):1-5，10.

[3] Wang Y R, Xu P, Wang Y,etal. The protection of salidroside of the heart against acute exhaustive injury and molecular mechanism in rat[J].Oxid Med Cell Longev, 2013,2013:507832,1-8.

[4] 康新建,曹雪滨,徐鹏.心复康口服液对大鼠力竭性损伤心脏心率变异性的影响[J].中西医结合心脑血管病杂志,2011,9(8):984-985.

[5] 徐鹏,康亭,刘海燕,等.力竭运动后不同时相大鼠心电图、心功能变化及Nrf2的作用[J].中国应用生理学杂志,2016,32(2):146-151.

[6] 刘硕.红景天苷通过氧化应激机制及MAPKs途径对反复力竭游泳大鼠心脏的保护作用研究[D].保定：河北大学,2013.

[7] 崔玉娟,张龙飞,平政,等.红景天苷对力竭大鼠心肌线粒体生物发生关键调控因子的影响[J].解放军医药杂志,2014,26(11):6-10.

[8] 刘硕,陈玉芬,吕克诚,等.红景天苷对心血管保护作用的研究概况[J].中国实用医药,2013,8(9):239-240.

[9] 焦春利,徐鹏,曹雪滨.运动预适应调控力竭运动大鼠NLRP3炎性体信号通路保护心肌的机制研究[J].中华危重病急救医学,2016,28(7):618-623.

[10] 郄涛,徐鹏,曹雪滨.红景天苷对急性力竭大鼠心肌细胞凋亡通路的影响[J].中国循环杂志,2017,32(z1):49.

[11] 王春晓,梁玉记,王燕,等.NF-κB-p65、ICAM-1和细胞凋亡在力竭性运动诱发延迟性心肌损伤中的作用[J].心脏杂志,2013,25(2):172-175,189.

[12] 齐江莉,蔡钟齐,董颖,等.应激刺激对大鼠心肌细胞快激活延迟整流钾电流改变的影响[J].解放军医学杂志，2017,42(8):692-697.

[13] 王晓伟,曹雪滨,侯聪聪,等.某战区作训人员力竭性心脏损伤的临床研究[J].中国中西医结合急救杂志，2013,20(5):270-274.

[14] 王江涛,马永娜,崔玉娟,等.高强度负荷训练对新入伍战士动态心电图相关指标的影响[J].解放军医药杂志,2016,28(1):11-14.

[15] 王江涛,张刚,王晨阳.心肌损伤标志物在新入伍战士EEIMI中的预警作用[J].解放军医药杂志,2016,28(1):19-22.