高廣宏

有氧運動改善主動脈縮窄模型下心肺情況研究進展

高廣宏

（陜西師范大學(xué) 體育學(xué)院，陜西 西安 710119）

肥厚性心肌病是一種常見心臟疾病，容易造成心肌缺血，最終導(dǎo)致心力衰竭。由心功能不全而導(dǎo)致的肺部疾病發(fā)病率逐年上升，正嚴(yán)重影響著人們的身體健康，而心肺聯(lián)系密切，在結(jié)構(gòu)、功能上相互影響，由于左心充盈受限和收縮功能不全的HCM可以造成肺動脈高壓，對肺部的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。文章綜述主動脈縮窄后所建立的病理性心肌肥厚模型心肺改變情況，闡述運動干預(yù)之后心肺結(jié)構(gòu)和功能的改善，擬為預(yù)防和治療心肺功能疾病提供新的思路和理論依據(jù)。

主動脈縮窄；心力衰竭；心肺功能；運動

目前，心肺疾病是人類健康的重要威脅，是引起患者死亡的主要疾病之一，歐美等西方發(fā)達國家的患病率和死亡率都已位列第一。近年來，隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，心肺疾病的發(fā)病率和死亡率也已經(jīng)位于各種疾病前列。心臟疾病的發(fā)病率逐年上升，而心肺組織聯(lián)系密切，在結(jié)構(gòu)、功能上相互影響，因此病理性心肌肥厚所導(dǎo)致的心力衰竭必然會對肺組織產(chǎn)生一定影響。據(jù)統(tǒng)計，由中度和重度心力衰竭引發(fā)的肺動脈高壓發(fā)病率極高,72%～79%的心衰患病者同時患有有不同程度的肺動脈高壓，而肺動脈高壓是導(dǎo)致肺組織病理性改變的主要原因，嚴(yán)重威脅人類健康。對于這類疾病一般使用藥物進行治療，但藥物的治療效果非常有限。

有氧運動作為一種有效的非藥物干預(yù)手段，在預(yù)防和治療心肺功能相關(guān)疾病可以起到一定作用，對心肺功能也有不小的改善作用。本文綜述主動脈縮窄建立肥厚性心肌病模型后，心肺功能和結(jié)構(gòu)的變化，并且闡述了有氧運動干預(yù)之后的心肺功能改善。擬為預(yù)防和治療心肺功能疾病提供理論依據(jù)和新思路。

肥厚型心肌病造成的心力衰竭與與肺動脈高壓之間的關(guān)系已經(jīng)基本明確，但是會對肺部形態(tài)結(jié)構(gòu)具體會產(chǎn)生什么樣的影響，運動干預(yù)又會給肺部帶來怎樣的改變，這個問題還有待解決。近年來，這個問題越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，研究層次不斷深入，研究效果顯著，各種層次的論文層出不窮。本文梳理了近幾年病理性心肌肥厚誘導(dǎo)肺動脈高壓對肺部產(chǎn)生的影響相關(guān)文獻，可以為后續(xù)的研究提供一些新的參考依據(jù)。

1 肥厚性心肌病和主動脈縮窄

肥厚型心肌病 ( hypertrophic cardiomyopathy, HCM)，是一種常見的心臟疾病，主要表現(xiàn)為心肌細胞肥大和間質(zhì)成分有所改變，心室容積變小、左心室血液充盈受阻，左心室和室間隔發(fā)生不對稱性肥厚。心肌肥厚實質(zhì)上是人體對心臟壓力負荷增加時所產(chǎn)生代償性反應(yīng)，心臟肥厚早期，壓力負荷增加和心肌細胞損失后造成心功能不足，而此時的心肌肥厚正是為了補償這種心功能不足，但是長期過度肥厚最后發(fā)展至失代償期，導(dǎo)致肥厚性心肌病。

主動脈縮窄是通過手術(shù)在主動脈弓處進行結(jié)扎來制備模型,具有以下優(yōu)點:手術(shù)死亡率小、手術(shù)成本低、施術(shù)時間短,并且動脈縮窄尺寸比較容易掌控,對于形成心衰的時間容易控制。由于該模型能廣泛適應(yīng)各種實驗的要求，優(yōu)點眾多,因此在大量科學(xué)研究中不斷應(yīng)用并得到完善。

2 主動脈縮窄對心臟的影響

2.1 左心室肥厚

主動脈縮窄時,不斷增加的血管阻力和過重的心臟壓力負荷會使心肌纖維蛋白合成水平上調(diào),心肌細胞體積增大,肌節(jié)增多,間質(zhì)增生,導(dǎo)致心室肥厚。早期的心肌肥厚本質(zhì)上是心臟壓力負荷增加的正常反應(yīng)，此時是適應(yīng)性肥厚，適應(yīng)性肥厚的是心臟為了維持正常的左心室泵血功能,借助結(jié)構(gòu)的改變對過大的壓力負荷形成的代償性機制，心肌通過這種代償反應(yīng)使心肌細胞工作效率得以維持。但是這種反應(yīng)不能長時間保持，伴隨著神經(jīng)內(nèi)分泌和一些炎癥的發(fā)生,這種適應(yīng)性改變逐漸達到極限,心臟進入失代償時期,病理性心肌肥厚產(chǎn)生。

2.2 心肌細胞凋亡增加

細胞凋亡又稱細胞的程序性死亡,是在一定的生理和病理情況下,細胞接受身體發(fā)出的信號或受到某些刺激后遵循自身程序，主動消亡的過程。目前有相關(guān)文獻充分說明，細胞凋亡參與很多生理和病理過程，是多種心血管疾病的細胞學(xué)基礎(chǔ)。當(dāng)心肌處于缺血缺氧的環(huán)境中時，凋亡是心肌細胞死亡的重要方式之一。因此,在心肌肥厚特別是心力衰竭的發(fā)病中,心肌細胞凋亡現(xiàn)象越發(fā)突出。

2.3 心肌纖維化

心肌纖維化（myocardialfibrosis，MF）是指心肌正常組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的以細胞外基質(zhì)過度沉積、細胞增殖為主的疾病，主要病理表現(xiàn)為心肌僵硬度增，心肌收縮力下降。在主動脈縮窄后，心臟慢慢出現(xiàn)心室重構(gòu)，心室肌重量、心室容量和心室形態(tài)都發(fā)生改變。心肌間質(zhì)重構(gòu)主要是膠原網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),心肌間質(zhì)膠原出現(xiàn)大量增生，心肌細胞外基質(zhì)( Extracellular matrix,ECM)亦增殖,導(dǎo)致ECM比例失衡，形成心肌纖維化。

3 心力衰弱引發(fā)肺動脈高壓形成機制

主動脈縮窄能較好地模擬左心疾病，構(gòu)建肥厚性心肌病模型，產(chǎn)生心力衰竭所導(dǎo)致的左心充盈壓升高，這種升高的充盈壓逆向傳導(dǎo)可以使肺動脈壓升高,導(dǎo)致肺部組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一系列病變。

心力衰弱會出現(xiàn)心臟機能不全，心肌收縮力減弱，心輸出量減少的現(xiàn)象，此時下降的動脈壓致使肺部血液循環(huán)量減少，造成肺部缺氧。肺動脈高壓（pulmonary hypertension），主要表現(xiàn)為肺動脈壓力行進性升高，其發(fā)生的主要因就是肺部供血量不足造成的低氧環(huán)境，往往容易導(dǎo)致早期的肺血管收縮及后期的肺血管重構(gòu)( HPVR）。在肺循環(huán)受到低氧刺激時，局部肺血管進行收縮,導(dǎo)致血液由低氧肺泡區(qū)向通氣相對充足的肺泡區(qū)進行轉(zhuǎn)移、從而使氧利用率得到提高，通氣血流比值得以保持平衡，這是機體的重要適應(yīng)性代償機制。但如果肺泡長期缺血缺氧的環(huán)境中，肺動脈血管將進行重構(gòu),出現(xiàn)血管管腔出現(xiàn)狹窄,血壓升高的現(xiàn)象。因此,要重視由心力衰弱導(dǎo)致的肺動脈高壓,并針對性找出行之有效的方法去應(yīng)對,這將對心肺疾病預(yù)防及治療具有重要的理論和實踐意義。

4 主動脈縮窄的肺部表現(xiàn)

4.1 內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞的改變導(dǎo)致肺部血管重構(gòu)

多樣的血管活性物質(zhì)都是由內(nèi)皮細胞所分泌的，在血管的發(fā)育、修復(fù)及維持體內(nèi)組織的穩(wěn)定方面扮演重要角色。當(dāng)肺組織受到由心力衰弱導(dǎo)致的持續(xù)肺動脈高壓造成的缺氧刺激時，出現(xiàn)內(nèi)皮細胞肥大增生，血栓調(diào)節(jié)蛋白損傷和凋亡，肺血管通透性增加等病理變化。因此，長期處于缺氧環(huán)境中會加速肺組織血管重塑的進程。

肺動脈中的平滑肌細胞(PASMC)是肺血管收縮的效應(yīng)細胞,在正常狀態(tài)下表現(xiàn)為合成表型的平滑肌細胞在肺動脈高壓時更多表現(xiàn)為收縮表型，平滑肌層出現(xiàn)細胞增生,中膜增厚,細胞外基質(zhì)也會增多，肺動脈血管壁結(jié)構(gòu)發(fā)生重塑，具體表現(xiàn)為血管管腔萎縮、管壁增厚，并且隨著缺氧時間的延長，情況逐漸加重。

4.2 肺間質(zhì)纖維化

肺間質(zhì)纖維化是一種嚴(yán)重慢性肺部疾病，主要表現(xiàn)為呼吸功能不斷下降，將最終導(dǎo)致呼吸衰竭，雖然其發(fā)病機制尚未完全明確，但已被證明的發(fā)病重要原因正是因為缺血缺氧導(dǎo)致的肺血管重構(gòu)和肺血管收縮。在肺部缺血導(dǎo)致內(nèi)皮細胞產(chǎn)生損傷的同時也會產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)，這些介質(zhì)能誘導(dǎo)細胞外基質(zhì)沉積與纖維細胞活化，從而上調(diào)內(nèi)皮細胞內(nèi)血管生成抑制劑的生成水平，這些因素都可以引起肺間質(zhì)纖維化。

5 有氧運動對心臟的影響

5.1 心臟細微結(jié)構(gòu)的影響

在許多研究中均指出:一段時間的有氧運動后心肌毛細血管功能和結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了良性重構(gòu),心肌組織中毛細血管的密度和腔表面積均產(chǎn)生增大現(xiàn)象,使單位體積心肌組織中血液中氧到細胞的彌散速度加快,彌散面積增大,使心肌組織氧氣和能源物質(zhì)的交換量變得更加流暢便利。與此同時，心肌細胞內(nèi)線粒體的數(shù)量和功能在經(jīng)過有氧訓(xùn)練后也有所增多和加強，線粒體內(nèi)膜和嵴體的體積與密度也有所增大,從而增大了心肌有氧代謝的功能儲備,有利于心肌細胞的氧化代謝產(chǎn)生更多能量的。

5.2 運動性心臟肥大

運動可以形成心臟肥大，表現(xiàn)為以左心室為主的心室和心房均肥大。運動心臟不僅在外部形態(tài)上發(fā)生了肥大,相適應(yīng)的還有其內(nèi)部的肌漿網(wǎng)、線粒體、神經(jīng)遞質(zhì)水平、氧化酶以及心肌細胞的特殊分泌顆粒等微細結(jié)構(gòu)，它們也發(fā)生了變化即心臟微細結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重塑。運動心臟肥大的同時,其神經(jīng)調(diào)控及能量代謝也在隨之變強,心肌泵血功能顯著提高,這對人體最大吸氧量和有氧耐力具有重要作用,也是病理心臟與運動心臟的主要區(qū)別所在。

5.3 心臟功能改善

心臟在人體內(nèi)的角色就好像一個動力泵,不斷地做著收縮與舒張的交替活動,是血液循環(huán)動力所在,以適應(yīng)機體的代謝需要。長期進行有氧運動的人群心動徐緩有力，安靜狀態(tài)下,長期進行有氧運動鍛煉的人心肌收縮力量更強,每搏輸出量增多。一般正常人每搏出輸量約為70ml,而長期參與有氧運動者可達90ml以上。每搏輸出量的增多又會反射性地引起心交感神經(jīng)活動減弱,使心率減慢。一般人安靜時平均心率為75次/min,而有訓(xùn)練者只有50次/min,甚至優(yōu)秀的耐力運動員不到40次/min，由此可以說明有氧運動能改善心泵功能。

6 運動對肺的影響

6.1 運動肺部毛細血管的影響

心肌衰弱導(dǎo)致的肺動脈高壓能導(dǎo)致肺組織的缺血缺氧，這些因素均可以加速肺組織內(nèi)皮細胞凋亡，而有氧運動已經(jīng)被證實可以使一些如血管內(nèi)皮生長因子等促進肺部血管生成的因子分泌增加。一段時期適宜的有氧運動后血管內(nèi)皮生長因子水平明顯上調(diào),這有極大的有利于血管內(nèi)皮修復(fù)和代償性的側(cè)支循環(huán)，使肺組織毛細血管覆蓋面積變大。總之，合理的有氧運動不僅可以促進肺部毛細血管生長，還可以改善肺部毛細血管通透性。肺部毛細血管數(shù)量和覆蓋面積的增加均能使肺部血流量和氣體交換量增加，而毛細血管的通透性改善又加速了氣體交換的進程，促進肺通氣和肺換氣，肺功能得到提升。

6.2 運動對肺泡的影響

肺泡是人體與外界不斷進行氣體交換的主要部位，數(shù)量巨大，肺泡外纏繞著大量的彈性纖維和毛細血管。受到低氧刺激的肺組織局部血管發(fā)生收縮,導(dǎo)致血液由低氧肺泡區(qū)向相對充足的肺泡區(qū)進行轉(zhuǎn)移，此時部分肺泡并參與不到氣體交換中，這就產(chǎn)生了許多無效肺泡，而適宜的有氧運動可以活化更多的無效肺泡。研究證明長期參與有氧運動的人群其肺泡外彈性纖維的彈性系數(shù)和數(shù)量均高于常人，這種肺泡不易破裂，不管是肺泡數(shù)量的增加還是彈性纖維的改善都可以使更多的肺泡更好的參與到呼吸中，呼吸效率得到提高。

6.3 運動對呼吸肌的影響

肺部長期缺氧的呼吸肌會產(chǎn)生代謝反射，反射性地引起呼吸肌內(nèi)交感神經(jīng)興奮，造成呼吸肌肌群血管收縮，這樣的情況下，肺部呼吸肌血流的供應(yīng)就會減少，當(dāng)呼吸肌長期處于缺血缺氧狀態(tài)下時就會產(chǎn)生萎縮甚至發(fā)生病變。適當(dāng)?shù)倪M行有氧運動,呼吸肌可以得到鍛煉,促進肌蛋白纖維生長，刺激呼吸肌內(nèi)毛細血管生長因子分泌水平上調(diào)，促進呼吸肌內(nèi)毛細血管修復(fù)，增強肌細胞收縮力，從而增加氧氣供應(yīng)。

7 結(jié)論

主動脈縮窄可以較好地建立病理性心肌肥厚模型，對心臟產(chǎn)生心肌纖維化和心肌細胞凋亡等影響，而病理性心肌肥厚已經(jīng)證實與肺部形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變關(guān)系密切。病理性心肌肥厚可以導(dǎo)致心力衰弱，心臟機能不全，心輸出量減少，動脈壓下降從而導(dǎo)致肺部血液循環(huán)減少，造成肺部缺氧，引起肺動脈高壓，而肺組織在受到低氧刺激后又將進一步引起肺組織發(fā)生肺水腫、肺部血管重構(gòu)以及肺間質(zhì)纖維化等改變，影響肺的通氣和換氣功能，產(chǎn)生肺部病變，這需要我們引起重視。

運動可以為預(yù)防和治療心肺功能疾病提供新的思路，合理的有氧運動對提高人體心肺功能是有益的，可以對心臟細微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良好影響，改善心泵功能。對于肺組織來說可以有效改善缺血缺氧引起肺組織內(nèi)皮細胞凋亡、肺部血管重構(gòu)和肺間質(zhì)纖維化，促進肺部血管生成，活化無效肺泡，增強呼吸肌肌細胞收縮力，增加肺部血流量和氧氣供應(yīng)。因此積極開展合理有氧運動對心肺功能的研究具有十分重要的基礎(chǔ)研究價值。

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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)

高廣宏（1996—），碩士生，研究方向：體育人文。