運動對心臟及心肌能量代謝影響的述評與展望

覃 林，陳貴春，李 鋒

（1. 廣西民族師范學院 體育系，廣西 崇左 532400；2. 廣西經(jīng)濟管理干部學院 公共課部，廣西 南寧 530007）

運動對心臟及心肌能量代謝影響的述評與展望

覃 林1，陳貴春2，李 鋒1

（1. 廣西民族師范學院 體育系，廣西 崇左 532400；2. 廣西經(jīng)濟管理干部學院 公共課部，廣西 南寧 530007）

心臟作為影響運動能力的重要器官其作用廣泛，同時，不同運動對心臟及其功能亦產(chǎn)生不同影響，從能量代謝的角度，闡述了運動對心臟及其能量代謝影響的研究進展，并對今后心臟與運動關(guān)系的研究方向提出建議和展望。

運動；心臟功能；能量代謝；綜述

運動對心臟及其功能的影響，一直是運動醫(yī)學界關(guān)注的熱點問題，多年來，運動醫(yī)學界及生理學界對運動與心臟關(guān)系的探索從未停止，研究領(lǐng)域涉及了組織形態(tài)學、生理生化、分子生物學等諸多領(lǐng)域，如運動對心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)、心臟重塑、心肌超微結(jié)構(gòu)等組織形態(tài)學的研究，生理生化領(lǐng)域涉及到運動在心肌細胞酶代謝、能量代謝、內(nèi)分泌、免疫功能及抗氧化的諸多方面研究，研究范圍廣闊，近年來的研究成果，更深入到線粒體、細胞分子蛋白等分子生物學層次的微觀領(lǐng)域。在研究方法方面，研究從不同角度出發(fā)，探討不同運動形式對心臟形態(tài)及功能產(chǎn)生的影響。隨著科技的進步，在研究手段上也更加先進和精確。

1 運動對心臟功能的影響

運動作為一種應(yīng)激會對機體各系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，身體負荷時，心血管系統(tǒng)也在神經(jīng)體液調(diào)節(jié)下發(fā)生相應(yīng)變化以適應(yīng)代謝要求。對不同類型的身體負荷，心臟的反應(yīng)有所不同，并隨著對身體負荷的適應(yīng)過程，心臟的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及功能均發(fā)生相應(yīng)的代償性改變。運動作為一種刺激會對心臟產(chǎn)生雙向的影響。適宜的運動訓練可對心臟產(chǎn)生良好的影響，否則反之[1]。

1.1 適宜的運動強度對心臟產(chǎn)生良好的影響

長期系統(tǒng)的中低強度有氧運動有利于機體正常功能的發(fā)揮與改善，使身體機能產(chǎn)生良好的適應(yīng)性改變，對心肌內(nèi)某些化學物質(zhì)含量與活性變化、心臟內(nèi)部細微結(jié)構(gòu)變化和心功能的改善方面有積極的作用。包括安靜時的心率降低，心臟肥大，心肌收縮功能和放松機制的改善以及心臟自身內(nèi)分泌的適應(yīng)性改變。stephen采用放射核顯影技術(shù)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過游泳訓練的男子最大運動時心率降低，心輸出最明顯增加，射血分數(shù)和mvcf顯著提高[1]。實驗證實，有氧耐力運動時左心室內(nèi)壓的最大上升速率和下降速率均有提高。心臟收縮功能的改善與心肌纖維內(nèi)ATPase活性提高、心肌肌漿網(wǎng)對鈣的貯存、攝取與釋放能力提高有關(guān)。心肌細胞線粒體功能改善、ATP再合成的速率增加及心肌細胞膜功能的改善對心縮力的提高也起到重要作用[2]。動物研究表明，訓練動物在運動時，腺苷酸酶活性升高，cAMP濃度升高，激活三酰甘油水解酶，使心肌對脂肪的水解加強，為心肌氧化提供更多的FFA。經(jīng)長期訓練的動物，安靜時心肌糖原合成酶活性增加，因而糖原儲備量增多，心肌吸收血糖的量增多。經(jīng)游泳和跑臺訓練的大鼠心外膜的葡萄糖吸收梯度消失。這些適應(yīng)的發(fā)生并不依賴心肌的實際工作負荷或其它基質(zhì)的供應(yīng)，與葡萄糖載體水平的提高密切相關(guān)。游泳訓練使大鼠心肌的LDH-M4由28%增至33%，說明心肌吸收和氧化乳酸的能力增強。但同時耐力訓練也可以通過骨骼肌中發(fā)生的適應(yīng)性反應(yīng)使肌乳酸下降，進而導(dǎo)致血乳酸水平下降，從而使心肌吸收乳酸減少?？偟恼f來，經(jīng)過訓練，心肌組織的代謝基質(zhì)的貯備和來源得到了改善[2]。

1.2 長期大強度訓練和一次性力竭運動對心臟的不良影響

中低強度有氧運動經(jīng)系統(tǒng)訓練可使機體產(chǎn)生良好的適應(yīng)性效果，而一次性力竭運動或長期過度訓練，則能導(dǎo)致機體機能水平下降，在不同程度上損害著機體正常功能的發(fā)揮，尤其心臟對過度訓練和力竭運動是反應(yīng)最敏感的器官，過度訓練會使心臟的生理性向病理性轉(zhuǎn)變。早就已經(jīng)證實，過度訓練會使心肌細胞凋亡增加，同時還可見心肌細胞的嚴重變性、心肌內(nèi)部肌纖維斷裂、細胞間質(zhì)減少、線粒體腫脹、基質(zhì)變性、嵴部或全部斷裂，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張等心肌損傷的心態(tài)學改變，說明超負荷運動可使心肌向病理性失代償性改變。在生物活性物質(zhì)的變化方面，力竭運動使心肌組織中心鈉素表達減少，不利于運動應(yīng)激中心鈉素內(nèi)分泌功能的發(fā)揮，因而影響心肌缺氧性代償功能的發(fā)揮，使心肌細胞缺血缺氧，增加了心肌損傷程度[3]。同時，力竭運動和過度訓練還可引起甲狀腺激素代謝的改變，心肌中第2信使含量升高，而心肌局部血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）含量、肌酸激酶同功酶（CK-MB）及天冬氨酸氨基酸轉(zhuǎn)移酶（AST）活性顯著性下降。在對心肌細胞凋亡的研究中還發(fā)現(xiàn)過度訓練還導(dǎo)致大鼠血清超氧化物歧化酶（SOD）、肌酸激酶（CK）活性提高和血清丙二醛（MDA）含量顯著增加[4]。

2 運動對心肌能量代謝的影響

2.1 心肌的能量代謝特點

在整個生命過程中，心肌不停地收縮和舒張是人體代謝活動最旺盛的器官之一，對能量的需要量也大。心肌所需能量2/3以上由脂肪酸和酮體供應(yīng)，1/3由糖氧化供應(yīng)。心肌含有豐富的脂蛋白脂肪酶可將乳糜微粒和前β-脂蛋白中的甘油三醋水解為脂肪酸，再進入心肌細胞內(nèi)進行氧化。心肌利用脂肪酸的能力很強，其中40%～52%來自血漿游離脂肪酸，其余則來自于血漿或儲存的甘油三醋。糖原和葡萄糖也是心肌的重要能源。心肌含少量糖原（0.6%左右），這些糖原僅能維持心臟跳動4分鐘左右，可是由于心肌為節(jié)律性舒縮的肌肉，很少象骨骼肌那樣發(fā)生激烈收縮，所以貯備這樣數(shù)量的糖原在心肌能量供應(yīng)上具有重要意義。

2.2 安靜時心肌組織的能量代謝情況

研究顯示，在安靜狀態(tài)下，人的心肌耗氧量為74 ml·kg-1·min-1，是同等骨骼肌的10～15倍，冠脈血流量為600～800 ml·kg-1·min-1，全部冠脈血流約占心輸出同量的4%～5%，而心臟重量卻不到體重的1%。因此，心肌是機體內(nèi)耗氧最高的組織之一。這一特點是由心肌組織的超微結(jié)構(gòu)所決定的；心肌細胞周圍的毛細血管豐富，血液循環(huán)旺盛；心肌細胞的肌紅蛋白含量甚高，有利于氧彌散入細胞內(nèi)；再者，心肌細胞內(nèi)線粒體含量特別豐富，氧化酶活性高。這些結(jié)構(gòu)特點保證了心肌組織的氧的供應(yīng)和利用。心肌細胞主要以有氧代謝供能為主。心肌細胞中線粒體不但含量豐富，而且體積大，細胞色素等氧化酶體系的活性高，因此，心肌有很強的有氧氧化能力?？晒┬募⊙趸哪茉次镔|(zhì)主要有血液游離脂肪酸、乳酸、葡萄糖、三酰甘油、酮體、丙酮酸和氨基酸等。其中游離脂肪酸、乳酸、葡萄糖是心肌的主要功能物質(zhì)，有研究認為，游離脂肪酸約占心肌總耗氧量的60%～80%，血糖約占10%～20%，其余的主要由乳酸的氧化提供[5]。

2.3 長期適宜運動訓練對心肌組織能量代謝的影響

運動對心臟的影響，首先表現(xiàn)在組織形態(tài)學的變化，其生理結(jié)構(gòu)的改變涉及生理生化指標的相應(yīng)變化，如經(jīng)過長期的運動，心臟內(nèi)能源物質(zhì)心肌糖原、ATP、CP等貯備增加，另外心肌利用乳酸代謝的能力增強[6]。長期的運動也會增強心肌有關(guān)酶的活性，從而提高心肌的有氧和無氧代謝的能力。研究表明，長期運動訓練可引起心肌細胞中琥珀酸脫氫酶、已糖激酶和乳酸脫氫酶活性提高，并且NAD+含量增加[7]，說明心肌中糖的有氧和無氧化謝能力都是增強的。長期訓練后心肌線粒體能量產(chǎn)生能力的變化并沒有骨骼肌的變化那么明顯，但有一定程度改變。動物研究發(fā)現(xiàn)[8]，訓練后大鼠心肌的線粒體體積和密度均未出現(xiàn)明顯增加，但線粒體中線粒體蛋白含量，泛醌和cytc的含量增高了，表明心肌氧化磷酸化能力提高。研究也表明，耐力訓練尤其是游泳運動能產(chǎn)生更大幅度的心肌肥大和心肌肌原纖維ATPase活性的增加[9]。

2.4 一次性大強度運動及力竭性運動對心肌組織能量代謝的影響

研究表明[9,10]，大強度運動引起動脈血乳酸水平大幅度增高，據(jù)心肌吸收乳酸和動脈血乳酸水平的關(guān)系推測，大強度運動時心肌對乳酸的依賴性增大。對大強度運動中動脈——冠狀竇血乳酸濃度差的測定表明，在心肌氧化代謝中，乳酸氧化量可達總量的60%。Kaijser發(fā)現(xiàn)，大強度運動中，心肌攝取乳酸優(yōu)于心肌對其它底物的攝取，而且代謝乳酸的方式是氧化，運動中，動脈血乳酸≥6 mmol/L，乳酸氧化幾乎占了心肌有氧代謝的75%以上。這些結(jié)果揭示了大強度運動中，乳酸成為心肌氧化的主要基質(zhì)。動物糖元水平的測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在中到大強度運動中，心肌糖元下降[7]。因此，在運動中，心肌外源性葡萄糖和內(nèi)源性糖元貯備的代謝均加強。

力竭性運動對心肌能量代謝國外的研究較早[11,12]，如Belcastro A N[11]對大鼠力竭性運動之后心肌ATP酶進行了研究，結(jié)果顯示心肌Mg-ATP和Ca2+激活的ATP酶的活性受力竭性運動的影響。Kendrick Z V[13]研究了行卵巢切除術(shù)的大鼠進行力竭性運動時雌二醇對心肌糖元代謝的影響，結(jié)果顯示卵巢切除術(shù)的大鼠注射雌二醇會影響力竭性運動期間心肌糖元的利用，具有節(jié)約糖元的作用，認為該作用有利于運動能力的改進[13]。Weicker H[14]研究了力竭性運動后心肌嘌呤核苷和磷酸肌酸、氨、乳酸的濃度，顯示力竭性運動后心肌中的肌苷酸脫氨酶活性顯著低于骨骼肌。Kendrick Z V[15]研究了雌二醇對雄性大鼠力竭性運動時心肌組織糖元和脂肪代謝的影響。結(jié)果顯示當體重不變時給予雌二醇3～6天可明顯增加大鼠的運動能力，給予5天可增加持續(xù)2小時的亞極量運動時脂肪的利用，減少糖元的利用。

3 心臟與運動關(guān)系的研究展望

在運動時，隨運動強度的增加，心肌內(nèi)源性、外源性能源物質(zhì)的消耗增加，心肌吸收利用血乳酸的速率隨運動強度的增大逐漸提高，心肌不但吸收血乳酸，自身也產(chǎn)生乳酸。長期運動訓練可使心肌的糖酵解能力、有氧代謝能力提高，心肌線粒體功能的改善、肌原纖維ATPase活性的提高對心肌功能的改善起著重要作用。對于運動訓練對心肌代謝的影響，尤其是對心肌酶學的影響有待于更深入、更細致的研究。

隨著醫(yī)學的發(fā)展，現(xiàn)代分子生物學技術(shù)方法與理論的不斷進展與完善，對運動與心臟關(guān)系的研究將日益深化和展開。心臟內(nèi)分泌學、免疫組化、心臟基因選材、運動員心臟肥大問題、心肌損傷、心肌組織能量代謝、心臟與運動性疲勞的關(guān)系以及大眾運動的心臟問題都將成為繼續(xù)研究的熱點。研究層次不斷深化，研究技術(shù)的創(chuàng)新（如微創(chuàng)技術(shù)、生物芯片、基因技術(shù)等）及在分子層次領(lǐng)域的應(yīng)用研究將使心臟與運動的關(guān)系得到進一步闡釋。關(guān)于心臟的壽命及機能的提高將受到重視，尤其有氧運動對心臟機能的影響、中草藥在運動疲勞恢復(fù)的研究將日益深入。

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（責任編輯、校對：孫海祥）

A Review on Effect of Exercises on the Cardic and Energy Metabolism of Myocardial Tissue

QIN Lin1, CHEN Gui-chun2, LI Feng1

(1. Department of Physical Education, Guangxi Normal University for Nationalities, Chongzuo 532400; China; 2. Department of Public Course, Guangxi Economic Management Cadre College, Nanning 532100, China)

This article carries on the summary of the relations between the sport and heart. Different influence was observed when different movement was carried out, being explained on the view of energy metabolism. The proposal and the forecast on the relation study between heart and sport were put forward.

sport; heart function; energy metabolism; summary

G804.2

A

1009-9115(2012)02-0086-03

2011-08-27

覃林（1969-），男，廣西浦北人，副教授，研究方向為高校體育教學改革。