有氧运动改善主动脉缩窄模型下心肺情况研究进展

高广宏

有氧运动改善主动脉缩窄模型下心肺情况研究进展

高广宏

（陕西师范大学 体育学院，陕西 西安 710119）

肥厚性心肌病是一种常见心脏疾病，容易造成心肌缺血，最终导致心力衰竭。由心功能不全而导致的肺部疾病发病率逐年上升，正严重影响着人们的身体健康，而心肺联系密切，在结构、功能上相互影响，由于左心充盈受限和收缩功能不全的HCM可以造成肺动脉高压，对肺部的形态结构和功能产生影响。文章综述主动脉缩窄后所建立的病理性心肌肥厚模型心肺改变情况，阐述运动干预之后心肺结构和功能的改善，拟为预防和治疗心肺功能疾病提供新的思路和理论依据。

主动脉缩窄；心力衰竭；心肺功能；运动

目前，心肺疾病是人类健康的重要威胁，是引起患者死亡的主要疾病之一，欧美等西方发达国家的患病率和死亡率都已位列第一。近年来，随着我国经济不断发展，人民生活水平的提高，心肺疾病的发病率和死亡率也已经位于各种疾病前列。心脏疾病的发病率逐年上升，而心肺组织联系密切，在结构、功能上相互影响，因此病理性心肌肥厚所导致的心力衰竭必然会对肺组织产生一定影响。据统计，由中度和重度心力衰竭引发的肺动脉高压发病率极高,72%～79%的心衰患病者同时患有有不同程度的肺动脉高压，而肺动脉高压是导致肺组织病理性改变的主要原因，严重威胁人类健康。对于这类疾病一般使用药物进行治疗，但药物的治疗效果非常有限。

有氧运动作为一种有效的非药物干预手段，在预防和治疗心肺功能相关疾病可以起到一定作用，对心肺功能也有不小的改善作用。本文综述主动脉缩窄建立肥厚性心肌病模型后，心肺功能和结构的变化，并且阐述了有氧运动干预之后的心肺功能改善。拟为预防和治疗心肺功能疾病提供理论依据和新思路。

肥厚型心肌病造成的心力衰竭与与肺动脉高压之间的关系已经基本明确，但是会对肺部形态结构具体会产生什么样的影响，运动干预又会给肺部带来怎样的改变，这个问题还有待解决。近年来，这个问题越来越受到国内外学者的重视，研究层次不断深入，研究效果显著，各种层次的论文层出不穷。本文梳理了近几年病理性心肌肥厚诱导肺动脉高压对肺部产生的影响相关文献，可以为后续的研究提供一些新的参考依据。

1 肥厚性心肌病和主动脉缩窄

肥厚型心肌病 ( hypertrophic cardiomyopathy, HCM)，是一种常见的心脏疾病，主要表现为心肌细胞肥大和间质成分有所改变，心室容积变小、左心室血液充盈受阻，左心室和室间隔发生不对称性肥厚。心肌肥厚实质上是人体对心脏压力负荷增加时所产生代偿性反应，心脏肥厚早期，压力负荷增加和心肌细胞损失后造成心功能不足，而此时的心肌肥厚正是为了补偿这种心功能不足，但是长期过度肥厚最后发展至失代偿期，导致肥厚性心肌病。

主动脉缩窄是通过手术在主动脉弓处进行结扎来制备模型,具有以下优点:手术死亡率小、手术成本低、施术时间短,并且动脉缩窄尺寸比较容易掌控,对于形成心衰的时间容易控制。由于该模型能广泛适应各种实验的要求，优点众多,因此在大量科学研究中不断应用并得到完善。

2 主动脉缩窄对心脏的影响

2.1 左心室肥厚

主动脉缩窄时,不断增加的血管阻力和过重的心脏压力负荷会使心肌纤维蛋白合成水平上调,心肌细胞体积增大,肌节增多,间质增生,导致心室肥厚。早期的心肌肥厚本质上是心脏压力负荷增加的正常反应，此时是适应性肥厚，适应性肥厚的是心脏为了维持正常的左心室泵血功能,借助结构的改变对过大的压力负荷形成的代偿性机制，心肌通过这种代偿反应使心肌细胞工作效率得以维持。但是这种反应不能长时间保持，伴随着神经内分泌和一些炎症的发生,这种适应性改变逐渐达到极限,心脏进入失代偿时期,病理性心肌肥厚产生。

2.2 心肌细胞凋亡增加

细胞凋亡又称细胞的程序性死亡,是在一定的生理和病理情况下,细胞接受身体发出的信号或受到某些刺激后遵循自身程序，主动消亡的过程。目前有相关文献充分说明，细胞凋亡参与很多生理和病理过程，是多种心血管疾病的细胞学基础。当心肌处于缺血缺氧的环境中时，凋亡是心肌细胞死亡的重要方式之一。因此,在心肌肥厚特别是心力衰竭的发病中,心肌细胞凋亡现象越发突出。

2.3 心肌纤维化

心肌纤维化（myocardialfibrosis，MF）是指心肌正常组织结构中出现的以细胞外基质过度沉积、细胞增殖为主的疾病，主要病理表现为心肌僵硬度增，心肌收缩力下降。在主动脉缩窄后，心脏慢慢出现心室重构，心室肌重量、心室容量和心室形态都发生改变。心肌间质重构主要是胶原网络重构,心肌间质胶原出现大量增生，心肌细胞外基质( Extracellular matrix,ECM)亦增殖,导致ECM比例失衡，形成心肌纤维化。

3 心力衰弱引发肺动脉高压形成机制

主动脉缩窄能较好地模拟左心疾病，构建肥厚性心肌病模型，产生心力衰竭所导致的左心充盈压升高，这种升高的充盈压逆向传导可以使肺动脉压升高,导致肺部组织结构产生一系列病变。

心力衰弱会出现心脏机能不全，心肌收缩力减弱，心输出量减少的现象，此时下降的动脉压致使肺部血液循环量减少，造成肺部缺氧。肺动脉高压（pulmonary hypertension），主要表现为肺动脉压力行进性升高，其发生的主要因就是肺部供血量不足造成的低氧环境，往往容易导致早期的肺血管收缩及后期的肺血管重构( HPVR）。在肺循环受到低氧刺激时，局部肺血管进行收缩,导致血液由低氧肺泡区向通气相对充足的肺泡区进行转移、从而使氧利用率得到提高，通气血流比值得以保持平衡，这是机体的重要适应性代偿机制。但如果肺泡长期缺血缺氧的环境中，肺动脉血管将进行重构,出现血管管腔出现狭窄,血压升高的现象。因此,要重视由心力衰弱导致的肺动脉高压,并针对性找出行之有效的方法去应对,这将对心肺疾病预防及治疗具有重要的理论和实践意义。

4 主动脉缩窄的肺部表现

4.1 内皮细胞和平滑肌细胞的改变导致肺部血管重构

多样的血管活性物质都是由内皮细胞所分泌的，在血管的发育、修复及维持体内组织的稳定方面扮演重要角色。当肺组织受到由心力衰弱导致的持续肺动脉高压造成的缺氧刺激时，出现内皮细胞肥大增生，血栓调节蛋白损伤和凋亡，肺血管通透性增加等病理变化。因此，长期处于缺氧环境中会加速肺组织血管重塑的进程。

肺动脉中的平滑肌细胞(PASMC)是肺血管收缩的效应细胞,在正常状态下表现为合成表型的平滑肌细胞在肺动脉高压时更多表现为收缩表型，平滑肌层出现细胞增生,中膜增厚,细胞外基质也会增多，肺动脉血管壁结构发生重塑，具体表现为血管管腔萎缩、管壁增厚，并且随着缺氧时间的延长，情况逐渐加重。

4.2 肺间质纤维化

肺间质纤维化是一种严重慢性肺部疾病，主要表现为呼吸功能不断下降，将最终导致呼吸衰竭，虽然其发病机制尚未完全明确，但已被证明的发病重要原因正是因为缺血缺氧导致的肺血管重构和肺血管收缩。在肺部缺血导致内皮细胞产生损伤的同时也会产生多种炎症介质，这些介质能诱导细胞外基质沉积与纤维细胞活化，从而上调内皮细胞内血管生成抑制剂的生成水平，这些因素都可以引起肺间质纤维化。

5 有氧运动对心脏的影响

5.1 心脏细微结构的影响

在许多研究中均指出:一段时间的有氧运动后心肌毛细血管功能和结构都产生了良性重构,心肌组织中毛细血管的密度和腔表面积均产生增大现象,使单位体积心肌组织中血液中氧到细胞的弥散速度加快,弥散面积增大,使心肌组织氧气和能源物质的交换量变得更加流畅便利。与此同时，心肌细胞内线粒体的数量和功能在经过有氧训练后也有所增多和加强，线粒体内膜和嵴体的体积与密度也有所增大,从而增大了心肌有氧代谢的功能储备,有利于心肌细胞的氧化代谢产生更多能量的。

5.2 运动性心脏肥大

运动可以形成心脏肥大，表现为以左心室为主的心室和心房均肥大。运动心脏不仅在外部形态上发生了肥大,相适应的还有其内部的肌浆网、线粒体、神经递质水平、氧化酶以及心肌细胞的特殊分泌颗粒等微细结构，它们也发生了变化即心脏微细结构产生了重塑。运动心脏肥大的同时,其神经调控及能量代谢也在随之变强,心肌泵血功能显著提高,这对人体最大吸氧量和有氧耐力具有重要作用,也是病理心脏与运动心脏的主要区别所在。

5.3 心脏功能改善

心脏在人体内的角色就好像一个动力泵,不断地做着收缩与舒张的交替活动,是血液循环动力所在,以适应机体的代谢需要。长期进行有氧运动的人群心动徐缓有力，安静状态下,长期进行有氧运动锻炼的人心肌收缩力量更强,每搏输出量增多。一般正常人每搏出输量约为70ml,而长期参与有氧运动者可达90ml以上。每搏输出量的增多又会反射性地引起心交感神经活动减弱,使心率减慢。一般人安静时平均心率为75次/min,而有训练者只有50次/min,甚至优秀的耐力运动员不到40次/min，由此可以说明有氧运动能改善心泵功能。

6 运动对肺的影响

6.1 运动肺部毛细血管的影响

心肌衰弱导致的肺动脉高压能导致肺组织的缺血缺氧，这些因素均可以加速肺组织内皮细胞凋亡，而有氧运动已经被证实可以使一些如血管内皮生长因子等促进肺部血管生成的因子分泌增加。一段时期适宜的有氧运动后血管内皮生长因子水平明显上调,这有极大的有利于血管内皮修复和代偿性的侧支循环，使肺组织毛细血管覆盖面积变大。总之，合理的有氧运动不仅可以促进肺部毛细血管生长，还可以改善肺部毛细血管通透性。肺部毛细血管数量和覆盖面积的增加均能使肺部血流量和气体交换量增加，而毛细血管的通透性改善又加速了气体交换的进程，促进肺通气和肺换气，肺功能得到提升。

6.2 运动对肺泡的影响

肺泡是人体与外界不断进行气体交换的主要部位，数量巨大，肺泡外缠绕着大量的弹性纤维和毛细血管。受到低氧刺激的肺组织局部血管发生收缩,导致血液由低氧肺泡区向相对充足的肺泡区进行转移，此时部分肺泡并参与不到气体交换中，这就产生了许多无效肺泡，而适宜的有氧运动可以活化更多的无效肺泡。研究证明长期参与有氧运动的人群其肺泡外弹性纤维的弹性系数和数量均高于常人，这种肺泡不易破裂，不管是肺泡数量的增加还是弹性纤维的改善都可以使更多的肺泡更好的参与到呼吸中，呼吸效率得到提高。

6.3 运动对呼吸肌的影响

肺部长期缺氧的呼吸肌会产生代谢反射，反射性地引起呼吸肌内交感神经兴奋，造成呼吸肌肌群血管收缩，这样的情况下，肺部呼吸肌血流的供应就会减少，当呼吸肌长期处于缺血缺氧状态下时就会产生萎缩甚至发生病变。适当的进行有氧运动,呼吸肌可以得到锻炼,促进肌蛋白纤维生长，刺激呼吸肌内毛细血管生长因子分泌水平上调，促进呼吸肌内毛细血管修复，增强肌细胞收缩力，从而增加氧气供应。

7 结论

主动脉缩窄可以较好地建立病理性心肌肥厚模型，对心脏产生心肌纤维化和心肌细胞凋亡等影响，而病理性心肌肥厚已经证实与肺部形态结构的改变关系密切。病理性心肌肥厚可以导致心力衰弱，心脏机能不全，心输出量减少，动脉压下降从而导致肺部血液循环减少，造成肺部缺氧，引起肺动脉高压，而肺组织在受到低氧刺激后又将进一步引起肺组织发生肺水肿、肺部血管重构以及肺间质纤维化等改变，影响肺的通气和换气功能，产生肺部病变，这需要我们引起重视。

运动可以为预防和治疗心肺功能疾病提供新的思路，合理的有氧运动对提高人体心肺功能是有益的，可以对心脏细微结构产生良好影响，改善心泵功能。对于肺组织来说可以有效改善缺血缺氧引起肺组织内皮细胞凋亡、肺部血管重构和肺间质纤维化，促进肺部血管生成，活化无效肺泡，增强呼吸肌肌细胞收缩力，增加肺部血流量和氧气供应。因此积极开展合理有氧运动对心肺功能的研究具有十分重要的基础研究价值。

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Research Progress on the Improvement of the Cardiopulmonary Condition of the Model of Aortic Stenosis by Aerobic Exercise

GAO Guanghong

(Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, Shaanxi, China)

高广宏（1996—），硕士生，研究方向：体育人文。