运动训练与心脏内分泌功能

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运动训练与心脏内分泌功能（国家体育总局体科所　常芸教授）  
　　　　　  
　　1628年英国著名生理学家William Harvey 创立了血液循环学说，自此，心脏一直被认为是一个循环系统的动力器官，是一个单纯的“血泵”，完成射血功能。1984年心钠素(Atrial natriuretic factor)的发现，改变了人们对心脏的传统认识，证明心脏不仅是一个循环动力器官，而且是体内重要的内分泌器官，为心脏功能的研究开辟了一个新的领域，引起了国际医学与生物学界的强烈兴趣和广泛的关注。尤其，心钠素及其特异性抗体的商品化，使有关生理与病理状态下心脏内分泌功能的研究进一步深化。短短几年间，人们对心钠素在体内的分布、释放、代谢、受体、功能及调节进行了大量的研究。此外，最近研究表明，除心钠素外，心肌细胞还可产生其他心源性激素，如脑钠素、内源性洋地黄素、抗心律失常肽、肾素血管紧张素、心肌生长因子等，并预见一门崭新的学科――心脏内分泌学不久将诞生。
　　有关运动与训练后心脏内分泌功能的研究始于1986年，多数研究集中在急性运动中和运动后即刻血浆心钠素水平的改变，并对运动时影响心钠素释放的因素及心钠素的生物学效应进行了探讨。本文着重从以下三个方面进行综述。
1　运动与训练后心钠素的反应
1.1　运动与心钠素
　　1986年Espiner［1］首次对健康受试者运动后血浆心钠素含量进行了测定，结果发现经过递增负荷跑台运动后，血浆心钠素水平明显高于安静状态，且随着运动负荷强度的增大血浆心钠素水平不断增高，呈正相关关系。相继，Tanaka等人［2-6］对受试者进行递增负荷功率自行车运动，也得出类似的研究结果(详见表1)。1987年，Freund等［7-8］先后让健康受试者和耐力运动员进行最大负荷强度的跑台运动，结果显示二者在运动后即刻血浆心钠素含量均显著高于安静状态。后来的一些研究也支持上述结果［9-12］。总之，从前人有关运动后血浆心钠素水平的研究结果基本可以肯定，运动可引起血浆心钠素水平增高，这种改变不仅发生在正常人，亦发生在运动员。且运动后血浆心钠素水平增高的幅度与运动负荷强度有关。  
　　　　　　　　　表1　运动负荷后血浆心钠素改变(ng/l)  
　作者 　　　　　　运动方式 　　运动强度 　　安静值 　运动值  
Tanakal等(1986) 　功率自行车 　30％VO2max　 　2.6 　　6.5  
　 　 　　　　　　　　　　　　　50％VO2max 　 10.0  
　 　 　　　　　　　　　　　　　70％VO2max 　 17.4  
　 　　　　　　　　　　　　　　 90％VO2max 　 17.2  
Somers等(1986) 　 功率自行车 　100W　　　　　 14.1 　22.2  
　 　 　　　　　　　　　　　　　最大强度 　 　 50.1  
Hodsman等(1986) 　跑台 　　　　Bruce Ⅰ-Ⅳ 　 20.4　 82.0  
Fyhrquist等(1987) 功率自行车 　50W　　　　　　99.0　 106.0  
　 　 　　　　　　　　　　　　　100W 　　　　 122.0  
　 　 　　　　　　　　　　　　　150W 　　　　 165.0  
　　　　　　　　　　　　　　 　 200W 　　　　 176.0  
Keller等(1987) 　　功率自行车 　50W 　　　　　42.0 　　40.5  
　 　 　　　　　　　　　　　　　100W 　　　　 51.0  
　 　　　　　　　　　　　　　　 150W 　　　　 55.5  
　 　　　　　　　　　　　　　　 200W 　　　　 81.0  
Petzt等(1987) 　　 功率自行车 　75W　　　　　36.0 　　　42.0  
　　　　　　　　　　　　　 　 最大强度 　　　90.0  
Saito等(1987)　　　功率自行车 20％VO2max　　39.0　　　39.6  
　　　　　　　　　　　　 　 　 40％VO2max 　　95.4  
Thamsborg等(1987) 功率自行车　50W　　　　　　54.0　　　51.0  
　 　　　　　　　　　　　　　　100W 　　　　　 55.5  
　 　　　　　　　　　　　　　　150W 　　　　　　60.0  
　 　　　　　　　　　　　　　　200W 　　　　　 87.0  
Ogawa等(1981) 　　　跑台 　　　BruceⅠ-Ⅳ 　　25.5　　　98.1  
Freund等(1987) 　　跑台 　　　最大强度　　　　12.7 87.5  
Freund等(1987)* 　　跑台 　　　最大强度　　　15.0 77.8  
  
　　*：受试者为耐力运动员
　　有关运动时间对血浆心钠素水平影响的研究较少。Freund 等人［13］对马拉松比赛前、中、后血浆心钠素含量的测定结果表明，在马拉松跑到10公里时血浆心钠素含量较运动前增加了5倍，运动结束时血浆心钠素含量又恢复到运动前水平。同时检测心率发现，在马拉松运动结束时，心率较10公里时高，推测认为马拉松运动后期血浆心钠素水平下降可能与其动静脉血压下降，血容量重新分布，回心血量减少，心脏充盈压下降及长时间运动导致的中心体温增高有关［14］。
1.2　训练与心钠素
　　有关耐力训练对血浆心钠素水平影响的研究争议较大。Freund等人［15］对7例健康受试者与耐力项目运动员安静与最大负荷运动时血浆心钠素含量的研究显示，安静时，有无训练者血浆心钠素水平无显著性差异，最大负荷运动后有无训练者血浆心钠素水平均显著增高，但二者增高幅度无显著性差异。认为，耐力训练不影响血浆心钠素水平。张宝慧等［16］对6例经过3-6年训练的长跑运动员和同龄大学生在力竭运动前、后血浆心钠素含量的测定结果显示，有训练者安静时血浆心钠素水平高于无训练者，但二者差异无显著性统计学意义。力竭运动后，有训练者血浆心钠素水平显著增高，无训练者血浆心钠素水平改变不显著。常芸等［17］对经过不同强度耐力训练后实验大鼠血浆心钠素含量、心房超微结构及心房肽免疫细胞化学观察结果表明，经过不同强度耐力训练后，其安静状态血浆心钠素含量均明显高于正常对照组，其中，以中等以上强度训练组改变最为明显。且血浆心钠素水平的增高与训练强度无明显相关性。超微结构观察表明，各训练组心房肌细胞中特殊分泌颗粒增多，高尔基复合体增多，心房颗粒上心钠素特异性免疫反应活性产物分布增多。同样，上述改变也以中等以上训练强度组最为明显。提示不同强度耐力训练后心肌中心钠素的产生与释放均增加，且适宜负荷强度耐力训练后心脏内分泌适应性改变最为显著。  
　　实验已经表明，心脏压力和容量负荷过重的患者，如充血性心脏病、急性心肌梗塞、室上性心动过速、原发性高血压等，血浆心钠素含量增高。Fyhrquist等［18］研究发现，上述心脏病患者运动后血浆心钠素水平异常增高，且与疾病的严重程度有关。认为安静与运动后血浆心钠素水平的改变是判断上述心脏病严重性和临床治疗效果的重要指标之一。
2　运动时影响心钠素释放的因素
　　研究表明，影响心钠素释放的因素很多，常见以下四类因素：1.物理因素，如心房扩张，渗透压改变；2.血液动力学改变，如心率和血压的变化；3.神经调节，如交感神经与副交感神经活动；4.激素影响，如血管紧张素，抗利尿激素，糖皮质激素，盐皮质激素，阿片样物质，神经肽酪氨酸及内皮素等。就运动训练而言，目前研究表明与下列因素有关。
2.1　心率
　　实验已经表明，心动过速可引起血浆心钠素水平增高［19-22］。Espiner和Fyhrquist等认为［1，8］，运动既然可以导致心率增快，那么心率变化可能是运动中心钠素释放的刺激因素之一。但多数研究并未证实心率与血浆心钠素水平的显著相关关系。Thamsborg［23］认为，运动性心动过速并不是刺激心钠素释放的主要因素。他在实验中让受试者进行逐级负荷功率自行车运动，并在运动负荷前后服β1受体阻滞剂，结果发现，心率对运动的反应明显减弱。但心钠素对运动的反应依然增高。实验结果证实了他的推断。此外，一些研究应用β受体、M受体及神经节阻断剂均不能改变血浆心钠素在运动中的反应，认为这种变化与内在和外在的神经反射无关，可能与心动过速引起的心房扩张和心肌作功改变有关。1988年，Walsh的研究更有力地证明了这一点［24］。他观察了狗进行气囊阻塞上腔静脉以维持心房压恒定，在心房调搏时血浆心钠素的改变，结果发现，血浆心钠素的改变确实主要依赖于心房压的变化。  
2.2　儿茶酚胺与非特异性刺激
　　已知运动可引起儿茶酚胺水平增高，但研究结果显示，儿茶酚胺和交感神经兴奋本身并不直接引起运动时血浆心钠素水平的增高，因为给予受试者足以引起心率增快剂量的肾上腺素并不引起血浆心钠素水平的增高［1］。1985年Katsube［25］的研究也表明，儿茶酚胺对血浆心钠素无直接影响，但儿茶酚胺可间接引起心房压的增高。
　　然而，1986年Currie 和Newman研究报道［26］，在培养细胞中给予肾上腺素和去甲肾上腺素后，培养基中心钠素的释放量增加。Rankin等也报道，给家兔灌注去甲肾上腺素后，其血浆心钠素水平增高7倍。1987年，Sanfield报道［27］，给人注射肾上腺素后血浆心钠素增高了两倍，且肾上腺素引起血浆心钠素增高并不完全依赖于心率的变化。  
　　后来，Keller等［28］研究发现，受试者摄入α1受体阻断剂Prazosin后，血浆心钠素对运动的反应减弱。Chatterjee等研究显示［29］，摄入Prazosin后受试者在运动与安静状态下血浆心钠素水平均下降，说明运动引起血浆心钠素水平的改变与α1肾上腺素能受体有关。有人研究认为［30］，去甲肾上腺素引起心钠素释放是通过α和β双重肾上腺素能受体兴奋实现的，但以后者为主。  
2.3　血压
　　已有报道，运动时平均动脉血压升高，且运动时心钠素的释放与血压有关。Sagnella报道［31］，高血压患者平均动脉血压与血浆心钠素水平显著相关。Nishikimi发现［32］，运动时血压与血浆心钠素水平同时升高。Natsubara报道［33］，心肌梗塞患者在运动试验中血浆心钠素水平增高，并与其平均动脉血压有显著性相关。
2.4　心房压
　　多数研究认为，心房扩张或心房压升高是引起心钠素释放的主要刺激因素，其他因素，如心率、血压、儿茶酚胺及其受体的改变，对心钠素释放的刺激作用大多通过继发心房压的增高而实现的。早在1963年Guyto研究发现［34］，运动可以增高心房压。1987年Richards研究提供了肺动脏压和右房压增高是刺激心钠素释放的主要因素的证据［35］。Metzler等人的研究进一步证明，血浆心钠素水平与左、右心房内压呈正相关关系。1987年，Fyhrquist的研究表明，动脉导管未闭的患者，左心房明显扩张，同时，血浆心钠素水平明显增高。Dietz［36］对289名心脏病患者进行心导管检查也证实，左、右房压增高与血浆心钠素增高相关，且进行运动试验后，血浆心钠素水平进一步增高。Matsubara研究表明［33］，运动后血浆心钠素的增高还与肺动脉契压增高有关。Bates等报导［37］，运动时血浆心钠素的增高与肺动脉压和右房压增高有关。Muller等研究也证实了这一点［38］。
　　显然，运动时血浆心钠素水平的增高由心房压增高起主导作用，但左、右心房所起的作用大小可能存有差异。总之，心钠素的增高均与左心房或右心房，抑或同时与二者相关。
3　运动时心钠素的生物学效应
3.1　心钠素与肾功能
　　诸多研究表明，心钠素具有强大的利尿利钠效应，在体内水电解质平衡的调节上具有重要的地位。心钠素的利尿利钠机制是通过多种途径实现的。它不仅可以增加肾小球的滤过率和肾血流量，亦可抑制肾小管，尤其集合管对钠的重吸收，影响肾血流的重新分布，改变球管平衡和肾髓质渗透压梯度，还可对抗醛固酮和抗利尿激素的作用。早年，Castenfors研究发现［40］，运动，尤其大强度运动时产生抗利尿作用，当时认为这种运动后尿量减少的现象是由于出汗，血容量减少及肾素―血管紧张素―醛固酮系统兴奋所引起的血液重新分布，肾血流量减少的缘故。同期，Aurell研究发现［41］，在中小强度运动后肾脏产生利盐作用，但随着运动强度增大，肾利钠作用转变为抗利钠作用。1986年Tanaka［2］研究了不同强度运动时尿盐与激素的变化及其关系，结果发现，中小强度运动时血浆心钠素水平增高最为显著，大强度运动时血浆肾素、血管紧张素含量增高明显，推测中小强度运动时心钠素的作用占优势，引起肾小球滤过率增加和肾小管重吸收盐减少，产生利尿利钠效应。大强度运动时，肾素―血管紧张素―醛固酮系统占优势，对抗了心钠素的作用，产生抗利尿作用。此外，Sosa等研究认为［42］，运动时心钠素对肾功能的作用还受到肾血流动力学和其他激素的协同与拮抗作用。
3.2　心钠素与心血管功能
　　研究已经证实［43-45］，心钠素具有舒张血管、降低血压，减少静脉回流和心房充盈压及影响心功能和改善心律失常的作用。且心钠素对血管的舒张作用既不通过儿茶酚胺，亦不通过乙酰胆硷发挥作用。α、β和M受体阻断剂均不能改变心钠素对血管的作用。有人认为［46，47］，心钠素对血管的作用与Ca＋＋内流有关。心钠素可抑制去甲肾上腺素、组织胺及咖啡因引起的肌浆网内Ca++释放和收缩血管的作用。细胞培养发现［65］，心钠素可抑制血管紧张素引起的细胞Ca＋＋内流。因而，心钠素舒张血管的主要机制是抑制钙通道，减少Ca＋＋内流，抑制胞内和肌浆网贮存Ca＋＋的释放，减少细胞内游离Ca＋＋浓度。此外，心钠素可明显扩张冠状血管，增加冠脉血流量，有利于心肌营养［49］。心钠素对心血管的调节作用不仅在病理情况下发挥作用，在正常生理条件下也发挥重要的作用。另外，心钠素的心血管效应还与神经递质有关，给实验大鼠注射利血平耗竭体内儿茶酚胺，心钠素的作用消失。应用多巴胺受体阻滞剂后，心钠素的作用也消失，因此，心钠素的心血管效应是通过多巴胺受体实现的。
3.3　心钠素与其他激素
　　1986年，Mǖller提出［38］，心钠素与肾素―血管紧张素―醛固酮系统及交感神经之间有着密切的关系。有人报道［50］，运动除了引起血浆心钠素水平增高外，亦可引起血浆肾素、血管紧张素和醛固酮水平增高。心钠素不仅可以抑制肾素、血管紧张素和醛固酮的分泌，亦可通过中枢神经系统，抑制交感神经递质儿茶酚胺的释放。反过来，肾素―血管紧张素―醛固酮系也可通过直接或间接作用促进心钠素的分泌，并激发交感神经末梢，释放儿茶酚胺。交感神经又通过β受体促进心钠素的释放，促进肾素、血管紧张素的分泌［51］。这些调节与控制心血管和水电解质平衡的网络系统，共同维持机体内环境的相对稳态。
　　总之，运动可引起血浆心钠素水平增高，其增高的程度与运动强度有关。运动中影响心钠素释放因素很多，但大多都直接或间接通过心房压增高而发挥作用。增高的心钠素在运动中调节和缓冲血压的变化，扩张冠脉，增加心肌与骨骼肌组织的血液供应和O2弥散以适应运动时能量代谢的要求。有关耐力训练所产生的心钠素改变及其生物学效应的研究刚刚起步，具有广泛的研究前景。
  
（资料来源：《中国运动医学杂志》1998　Vol.17　No.1）