運動對心臟竇房結的影響研究進展

薄冰

摘 要：長期高強度運動訓練可引發運動員心臟竇房結的多種功能障礙，包括竇性心動過緩、竇性心律不齊、病態竇房結綜合征等，在運動比賽中可導致猝死風險的增加。本文綜合相關文獻分析竇房結功能異常與其細胞膜上離子通道的電生理活動改變有關，同時提出將心臟竇房結細胞離子通道電生理學和分子結構的改變作為運動性竇房結功能障礙研究的切入點，為這一問題的深入探討提供理論依據。

關鍵詞：運動 竇房結功能障礙 離子通道

中圖分類號：R541 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0226-02

1899年瑞典醫生Henschen用叩診法檢查越野滑雪運動員的心臟，發現多數運動員心界擴大，從而提出了運動員心臟的概念，運動員心臟（Athlets heart）也被定義為由長時間訓練引起的，以心臟增大、心功能增強為主要表現的心臟適應現象。

隨著運動醫學領域研究的不斷深入，對于運動引起的心臟形態及功能的變化屬生理性適應還是病理性改變，仍存在爭議，有些學者將此現象看成系統訓練引起的心臟損害，其中也包括心臟典型的組織學改變以及心臟節律的異常。2009年，Maron等[1]在對1980-2006年美國1866名運動猝死（包括心臟停搏幸存者）病例的分析發現，1049例（56%）是由心血管疾病造成。不僅如此，運動訓練對于心臟功能的影響在退役運動員中仍然持續，如這一群體具有較高的心律失常發生率和起搏器安裝比例。一項針對20名退役運動員長達12年的跟蹤研究發現，有2名耐力運動員出現15 s心臟停搏而必須進行起搏器植入治療。小規模研究發現，前馬拉松運動員的起搏器安裝比例高達11%。中年運動員中嚴重心動過緩的出現是由于竇房結功能障礙（Sinus node disease， SND）所致并可增加心臟猝死的風險，然而，目前仍缺少對于運動員SND及心律失常問題發生機制的相關研究[2]。

1 運動與SAN功能異常

SAN功能異常所引起的心律失常包括竇性心動過緩、竇性心動過速、竇性心律不齊、竇性停搏、病態竇房結綜合征等，上述竇性心律失常在運動員中具有較高的發生率，而長期運動訓練引發竇性心律失常的發生機制則是運動心臟研究中的熱點問題之一。

1.1 竇性心動過緩

相關研究表明，國內運動員竇性心動過緩的最慢心率可低至33次/分，國外則為29次/分，該病在退役運動員中的發病率為10%，明顯高于非運動員中的2%，另有6%的退役運動員心電圖顯示R-R間期長達2.5秒，但非運動員中并未觀察到此類現象。

Baldesberger等對瑞士134名退役的職業自行車運動員研究發現，退役運動員的平均心率為66±9次/分，與對照組70±8次/分相比，具有顯著性差異。盡管多數報道將運動員竇性心動過緩歸因為心臟由于運動訓練而產生的能量節省化表現，是一種生理適應，但過低心率可能影響心臟的血流動力學效果，如伴發眩暈等，并對心臟正常節律產生的抑制和異位節律點的形成提供條件。隨著年齡的增加，中年以上運動員會因竇性心動過緩而導致猝死風險的增加。因此，對于運動訓練引發竇性心動過緩的發生機制、臨床診斷、并發癥預防及治療還需進一步研究。

1.2 竇性心律不齊

竇性心律不齊在運動員具有較高的發生率，在成年運動員中所占比例為68.6%，青少年運動員中為62%。竇性心律不齊指SAN發出的沖動不規則而導致心率時而減慢、時而加快的現象，運動性竇性心律不齊可分為呼吸性和非呼吸性。盡管運動員的竇性心律不齊多被歸類為生理現象，但較為嚴重的竇性心律不齊有可能是SAN功能下降的表現，需給予重視。

1.3 病態竇房結綜合征

病態竇房結綜合征（sick sinus syndrome，SSS）是由于SND引起SAN起搏及沖動傳出異常而導致心、腦、腎器官供血不足并發一系列臨床表現的綜合征，較常出現“快慢綜合征”，心房顫動、心房撲動或室上性心動過速，與竇性心動過緩交替出現，常因過緩而出現一時性頭暈或暈厥等。Baldesberger等研究發現，退役的職業自行車運動員中，SND的發病率達10%，心房撲動的發生率達6%，明顯高于同年齡對照組的2%和0%。

1.4 房室交界區性逸搏

房室交界區性逸搏是由于SAN沖動頻率減慢低于房室交界區潛在起搏點的頻率或傳導障礙竇房結沖動不能抵達起搏點部位，潛在起搏點除極產生逸搏，這一現象多出現在竇性心動過緩、竇性心律不齊及房室傳導阻滯的運動員中。一般認為，房室交界性逸搏具有生理保護性作用，在間隔較長的心動周期中，交界性逸搏的出現可以避免心臟停搏過久而發生缺血，但房室交界性逸搏或心律的出現與迷走神經張力增高、顯著的竇性心動過緩或房室傳導阻滯有關。

2 不同運動項目對SAN功能變化的影響

運動項目的類型、負荷強度、持續時間等對SAN功能活動產生不同的影響，其發生機理可能與心臟SAN的結構和功能在不同運動項目中的變化有關，不同項目運動員心電圖特點的分析研究也不斷深入，據國家體育總局運動醫學研究所報道，跳遠運動員平均心率為65.8次/分，中長跑運動員的平均心率為50.8次/分。可見，SAN功能異常的發生率與運動項目之間存在相關性，竇性心動過緩及SND多見于從事耐力性項目的運動員，在馬拉松和公路自行車運動員中有較高的發生率，例如，有報道顯示環法自行車賽頂級運動員的安靜心率可低至30次/分。因此，以長時間耐力運動即力竭運動模式為切入點，對于在此類運動條件下SAN功能變化進行研究，可有望揭示運動性SAN功能異常、心臟傳導系統及運動性心律失常的發生機制。

3 運動導致SAN功能異常的原因

既往研究認為，運動員竇性心動過緩多被歸因為迷走神經張力增高，但支持這一觀點的實驗證據并不充足。觀察發現，運動員的正常心率比非運動員減慢約10次/分，而固有心率減慢約20次/分，分別應用阿托品和普萘洛爾阻斷自主神經系統后，與正常非運動員個體相比，現役運動員（n=6）的SAN周期長度（sinus node recovery time， SNRT），SAN恢復時間（sinus cycle length， SCL），Wenckebach周期和房室結（Atrioventriculor Node， AVN）有效不應期，最大SNRT/SCL均延長。這一結果表明，耐力訓練可能會引起SAN固有功能的改變，包括SAN固有起搏活動的減少及固有心率的下降。由此可見，運動訓練引起的SAN功能異常不僅僅是交感神經張力下降及迷走神經張力增高引起的SAN短暫生理適應性變化，而在很大程度上是一種SAN固有結構和功能的改變。

盡管運動醫學領域缺少SAN功能異常基礎研究的相關證據，但有觀點認為固有心率下降及SAN功能的下降是由于纖維化，如SAN細胞的減少和細胞外基質的增生，然而在探討衰老導致的纖維化對大鼠SAN的影響時只發現細胞外基質的改變，并未觀察到結細胞的減少。就此推測，心動過緩可能是由于SAN離子通道的改變引起的。Allah等[3]研究發現，在兔子出生后的發育過程中，心動過緩可能是由于HCN4，Nav1.5，Cav1.3和Na+-Ca2+交換體NCX1的減少造成的。Yeh[4]等對房性快速性心律失常（atrial tachyarrhythmias ，ATs）的動物模型研究發現，ATs可導致SAN恢復時間延長約70%，HCN通道的HCN2和HCN4亞單位減少超過50%，β亞單位minK減少42%，SAN細胞的If和IKs電流分別下降48%和34%，與此同時，K+通道表達上調。上述研究提示HCN4減少或是K+通道表達上調是引起SAN功能障礙的主要原因。不同物種間也存在心動過緩，對比小鼠和人的心率可以發現，小鼠的心率約為400～800 bpm，人類約為70 bpm。人類較之鼠類心律慢的原因則可能是Nav1.5，Navβ1，Nav1.4， Cav3.1，Cav3.2和HCN4通道下調所致[5]。

就組織學研究而言，與普通工作心肌細胞相比，SAN內細胞具有能量代謝低的特點，這是SAN在缺血缺氧、代謝抑制等非生理條件下維持心臟正常節律重要結構基礎。然而，長時間、高強度的反復訓練仍會造成SAN細胞和組織的損傷性改變。組織學研究發現，一次力竭運動即可造成SAN內的P細胞和T細胞發生損傷性改變，1周反復力竭運動則可引起SAN細胞內線粒體彌漫性增生、肌絲缺失、大量凋亡細胞散在分布、起搏細胞間連接混亂等超微結構改變，進而導致SAN起搏活動的產生、沖動傳導及SAN細胞組織電生理活動的變化，這可能與力竭運動引起的某些竇性心律失常及SND有關，但運動對于SAN組織結構的改變與電生理功能之間的關系還需進一步實驗研究。

反復高強度運動可引起SAN缺血缺氧性改變，有研究表明，心肌缺血可導致SAN功能障礙，在心臟停搏或心室顫動的復蘇中，通常可出現心動過緩。心肌缺血后隨之出現的心動過緩是心臟停搏后低存活率的主要原因。缺血性心動過緩的細胞學機制仍不完全清晰。Gryshchenko等使用低pH值（pH=6.6）“缺血性”溶液模擬缺血狀態下細胞外的酸環境，在離體兔竇房細胞中觀察到舒張期去極化減慢，動作電位幅度減少以及最大舒張電位的去極化。兔SAN細胞代謝抑制中可出現ICa，L，IKr，和If減弱，IK，ATP活化。可見，缺血導致的心臟自律性減慢不是由單一離子機制引發的，而且，離子通道活動的變化也在某種程度上取決于實驗的條件（例如，酸性或代謝抑制性）。然而，SAN細胞在高強度運動過程中由于缺血缺氧所引起的細胞膜上離子通道的改變還未見有相關報道，對于這一問題的深入研究將有助于揭示運動導致SAN功能障礙的發生機制。

4 結語

綜上所述，長時間、高強度的運動訓練會導致心臟SAN多種類型功能異常，SND所引發的運動性心律失常是運動員心臟綜合征的主要表現，在高強度運動比賽中可導致猝死，然而，此種狀態下SAN功能障礙的發生機理仍不明晰。臨床醫學領域對于SAN功能在心臟缺血缺氧及多種病理條件下改變的發生機制進行了深入的研究，這些研究多集中于SAN細胞膜上電學活動相關離子通道結構和功能的改變，這也為運動醫學研究人員提供了思路和方法，因此，運動醫學領域應著力探討力竭運動狀態下，心臟SAN細胞離子通道電生理學和分子結構的改變，揭示運動引發竇房結功能障礙的發生機制，為進一步探索運動性心律失常的預防措施及臨床治療、竇房結細胞離子通道的功能調節和信號轉導機制等奠定理論和實驗基礎，此外，對于竇房結起搏細胞自律活動的研究為臨床生物起搏器的發展提供實驗依據。

參考文獻

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