高原训练对心脏功能的影响

谢谦梅,冯淑娟,甘春龙

(1.江苏农林职业技术学院,江苏句容 212400;2.吉林大学体育学院,吉林长春 130021;贵州体育科研所,贵州贵阳 550002)

XIE Qianmei1,FENG Shu juan2,GAN Chun long3

(1.Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry,Jurong 212400,Jiangsu,China;2.Sports College,Jilin University,Changchun 130021,Jilin,China;

3.Guizhou Institute of Sports Science,Guiyang 550002,Guizhou,China)

高原训练对心脏功能的影响

谢谦梅1,冯淑娟2,甘春龙3

(1.江苏农林职业技术学院,江苏句容 212400;2.吉林大学体育学院,吉林长春 130021;贵州体育科研所,贵州贵阳 550002)

对高原训练对心脏功能的影响的相关研究成果进行综述,主要从高原训练对心率、心电图、左心室功能、右心室功能和心脏内分泌功能等方面的影响进行了阐述。分析总结相关文献得出:高原训练初期,会引起心率的升高,每搏量的下降,心功能下降;高原训练后,存在三种情况:①泵功能加强,收缩功能加强,舒张功能不变;②泵功能加强,舒张功能加强,收缩功能不变;③心脏功能无显著变化。

高原训练;心脏功能;综述

XIE Qianmei1,FENG Shu juan2,GAN Chun long3

(1.Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry,Jurong 212400,Jiangsu,China;2.Sports College,Jilin University,Changchun 130021,Jilin,China;

3.Guizhou Institute of Sports Science,Guiyang 550002,Guizhou,China)

在高原的特定环境下进行训练,运动员要承受环境缺氧和运动缺氧的双重刺激,这些刺激作用于运动员,将促使运动员产生强烈的应激反应以调动体内的机能潜力,从而导致机体将通过一系列适应性生理反应来应对低氧刺激。作为血液循环系统的一个重要器官——心脏,其功能对运动能力的影响很大,而在低氧刺激下也会产生一系列变化。本文结合目前国内外的研究进展,对高原训练对心脏功能的影响进行论述,旨在为这一领域的进一步研究提供参考。

1 高原训练对心率的影响

研究发现,运动员上到高原初期心率略有上升,升高的程度视不同项目、不同个体存在一定的差异。刚到高原初期心率的增加是由于多种因素引起的。通过心脏交感神经和肾上腺素刺激心脏的β-肾上腺素能受体的产生是促使高原时安静和次大强度运动时心率增加的主要原因[1]。而且研究表明,在短期和长期高原暴露时交感神经系统 (SNS)被激活,SNS中α-肾上腺素能受体也可能在高原服习中调节心率起作用。另外,在高原安静和运动时心率的增加可能部分是由于副交感神经作用的减弱。通过高原训练后,基础心率会逐渐下降。一般认为,上高原初期,运动员基础心率升高是对低氧环境的代偿,高原训练后期的下降,则是运动员心力储备能力增强的表现[2]。

2 高原训练对心电图的影响

心电图是反映运动员心脏功能的常用指标,高原氧分压降低,对心电图会产生一定的影响。对于高原训练期间运动员的心电图调查发现,高原心电图异常呈一定规律,高原早期心电图以心脏起博机制异常为主,表现为各种心律失常,如逸博、提早搏动和左房心律等。反映出运动员对高原缺氧环境的适应不全和植物神经调节功能失调。高原训练的中、后期,心电图改变主要以心脏传导障碍、复极失常为主,表现为传导时间延长,复极失常、ST-T段异常等心肌缺血性改变,反应出高训强化期大负荷训练导致运动员心脏负荷过重,心肌有不同程度的缺血性改变[3-5]。

在高原环境下,心脏处于缺氧状态,运动负荷又加剧了运动员心肌的缺氧,在缺氧状态下易引起心肌缺血性改变,从而表现出心电图的异常。但是高原训练对于心电图的改变一般都不属于性质严重的改变,对心功能及心脏储备力的近期影响不明显。李俊涛等[6]通过对优秀女子中长跑运动员进行 4周低氧训练后也发现,与低氧训练前相比,H iH iLo组和LoH i组心电图∑T/R的变化无显著差异,结果提示低氧训练对心脏功能无不良影响。

另外,研究发现高原心电图的变化主要与负荷的大小有关,心电图异常的发生率高低与强度训练的大小是一致的[7]。速度、速度耐力训练后心电图异常率稍高于无氧阈训练、一般有氧训练后,T波改变、节律改变和 T波伴节律改变的发生率在强度训练后高于一般耐力训练后。而传导阻滞和 T波低平伴传导改变的发生率则是一般耐力训练后高于强度训练后。运动员的运动能力在调整期心电图改变发生率低时最好,训练强度降低心电异常得到改善运动能力也提高。因此,可据此监测高原强化训练对机体的刺激程度或提示训练后疲劳的消除速度。

3 高原训练对左心室功能的影响

3.1 高原训练初期左心室功能下降

研究发现,高原训练初期,左心室功能会明显下降。W ilber等[8]认为高原 (常压低氧)条件下按常压常氧时的乳酸阈强度进行一次长时间运动 (50英里的实验室自行车实验)可引起心功能急性损伤,表现为高原训练 48h后短轴缩短率 (FS)和射血分数 (EF)显著下降。马福海[9]研究发现在低海拔地区运动员急进高原参加为期 9天的多巴 (2366m)-拉萨 (3780m)青藏高原自行车拉力赛期间,赛后与赛前相比,心率 (HR)、每搏量 (SV)、心输出量 (CO)、每搏指数 (SI)以及心指数 (C I)持续下降,差异显著,心脏功能明显降低。李春伶等[10-11]研究报道,新进藏士兵在进行队列训练为主的内容后,左室舒张末期容积 (EDV)、EF、FS等指标显著降低,左心室收缩功能下降。对于心脏功能的降低,一般认为主要受体内水分的下降,血浆和血容量大量减少,血粘度升高,外周阻力增大,有效循环血量不足等所致。而心肌收缩功能,与心肌本身的组织结构、代谢状况、神经体液因素、前后负荷等有关。在高原环境下,心肌内无氧代谢增强,能量产生减少,必然导致心肌收缩力减弱。而且急性缺氧训练会使心肌细胞释放心肌肌钙蛋白 T发生显著增加,从而对心肌细胞造成一定的损伤[12]。这也提示在进入高原训练或比赛前应有一个适应性训练过程,以便减轻心脏负荷,改善心肺循环功能。

3.2 高原训练增强左心室的泵功能

虽然初期进入高原会对运动员的心脏功能产生一些不利影响,但进一步的研究发现,通过一段时间的高原训练以后,运动员的心脏功能会有所改善,如刘波等[13]对滑雪运动员进行 42天高原训练后发现,心输出量、每搏输出量、左室射血分值和心室缩短率 4项测值均明显高于高原训练前的测值。樊蓉芸等[14]研究发现高原运动员经过西宁、西安各为 4周和 3周的两次交替训练 (共 14周),SV、CO增加,HR下降,有利于减少心肌自身耗氧的情况下,提高心脏输出功能,是心力储备增加的表现,心脏泵血功能增强。对于心脏功能的改善主要表现为 SV、CO等显著增加,增强了心脏的泵血功能。其原因可能是因为血液携氧能力得到提高,还可能是血液中氧含量增加和/或运动肌肉对氧抽吸能力的增

强[15-16]。

3.3 高原训练增强左心室的收缩功能

心脏的泵血功能是由心脏的收缩舒张共同完成的。一些研究发现,通过高原训练后,心脏功能的增强主要表现为心脏收缩功能的加强。Y L iu等[17]研究发现,优秀运动员在高住低练训练结束后,左心室收缩末期内径比对照组小,短轴缩短率和射血分数比对照组各自增加了 9%和 17%,射血前期 /射血时间也明显减少了,每搏量和心输出量增加了,这些结果提示高住低练通过增加左心室收缩力改善了心脏收缩功能。Svedenhag等[18]研究发现优秀滑雪运动员在 1 900米高原进行 1个月训练后,左心室肌肉质量增加,有助于心脏功能的改善。李俊涛等[19]观察了低住高练对优秀女子中长跑运动员心功能的影响。结果显示,低氧训练结束后,室间隔舒张末期厚度、左室后壁收缩末期厚度在安静状态下较低氧训练前增加,左心室收缩末期内径在安静状态及运动负荷的状态下较低氧训练前明显减小,左心室收缩末期容积在运动负荷状态下较低氧训练前减小,左室短轴缩短率和射血分数在运动负荷的状态下较低氧训练前增加,提示与低氧训练前相比,低氧训练后左心室收缩功能增强,获得良好的心脏适应性,低住高练在某种程度上有利于心力储备功能的增强。研究表明高原训练使左心室收缩功能增强可能与β-肾上腺素能受体的增加或心肌能量利用率的改善有关。在低氧暴露下运动后,心肌糖原水平下降,GLUT4mRNA表达显著升高,心肌糖原持续利用能力增加[20],而且心肌组织氧化酶和糖酵解酶活性不同程度恢复或增加,可调节有氧氧化和无氧酵解酶活性,增强机体对缺氧环境的代谢适应性[21]。

3.4 高原训练增强左心室的舒张功能

另外一些研究却发现,高原训练后泵血功能的改善主要以舒张功能的增强为主。吉洪书等[22,23]研究发现,通过 4周高住高练低训(H iH iLo)后大学生运动员的左心室除产生了生理性肥厚外,其泵功能在递增负荷全过程中均有显著改善,主要体现在舒张功能明显增强,而且心肌耗能趋向节约化。其主要原因可能是低氧应激引起增加,使心脏后负荷(升血压)增加并可使心肌收缩力增强。另外低氧刺激有助于心脏前负荷 (血容量)的增加,并使副交感活动增强、交感活动减弱,亦即使心肌舒张作用增强。还有研究表明心率的下降可使心室充盈时间更充足或舒张更充分[24]。

3.5 高原训练对左心室功能无显著影响

但是,也有研究发现高原训练后对左心室功能没有显著影响。RE Shave等[25]研究发现,在高原进行急性耐力运动后,心脏收缩和舒张功能没有显著差异。李俊涛等[26]研究发现女子中长跑运动员进行为期 4周的高住高练低训(H iH iLo)后心脏功能无不良影响。C.Reboul等[27]研究发现,大鼠在低氧环境下居住和训练 5周后,与平原训练相比,高原训练引起左心室重塑,其特点是增加了管壁厚度,而内部容积没有变化,但是对安静时生理状态下的 LV功能没有提高,限制了心脏的最大泵能力。而最近的研究发现,在平原训练时因为Frank-Starling机制的改善,增加了肌丝中牵拉依赖性钙离子跨膜梯度的敏感性,而高原训练抑制了肌丝特别是心外膜层中钙离子的反应,这导致跨膜梯度的减少,未能改善 Frank-Starling机制,可能导致体内心室功能缺乏改善[28]。

3.6 高原训练对左心室功能的影响表现出性别差异

另外,高原训练对左心室功能的影响还表现出性别差异。运动员进行高原训练后,男子运动员以增强左室收缩为主,呈力量型改变,射血分数和短轴缩短率分别提高;女子运动员以心输出变化为主,心搏量和心输量分别增加了。而且男子组收缩末期容积减少,女子组舒张末期容积提高了。最终表现出男子以加强左室收缩为主、女子以增加左室容积为主的生理变化特点[4,29]。出现这种特点的变化主要与高训安排、训练方法手段以及训练高度等有关。

4 高原训练对右心室功能的影响

对右心室的研究相对较少,而且研究发现高原训练一般对右心室不会产生显著影响。但也有一些研究表明高原训练可能会对右心室功能产生影响。Davila等[30]研究发现,14名运动员在高原完成马拉松比赛后即刻,有五名发现有显著的右心室扩张和运动机能减退,反常的膈运动,肺动脉高压和喘息,另有一名受试者肌钙蛋白 I有轻微升高并伴随沿严重的右心室功能障碍和肺动脉高压。另外,在高原训练后,心脏结构改变也表现出右心腔增大,而且右心室前负荷加重[31]。

5 高原训练对心脏内分泌功能的影响

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,可以分泌多种心源性急速和生物活性物质,对于心脏的结构与功能起着重要的调节作用。不同强度的运动会对心脏的内分泌功能产生影响,促使各种激素的产生、储存及分泌水平发生相应的改变,对心脏的调节起重要作用。而高原训练对于心脏内分泌功能的影响并不是很清楚,目前针对这方面的研究相对较少。Rebou l等[32]研究发现,通过 5周低氧居住和训练,内皮素 -1敏感性升高了。侯晓晖等[33]研究表明大鼠经过 4周高原训练,高原对照组的血浆心钠素水平高于高原训练组,提示耐力训练可促进机体对高原环境的适应,从而使血浆心钠素水平变化较小,也可能与耐力训练引起血浆容量的上升有关。

图 1 高原训练对心脏功能的影响

6 结束语

从目前来看,尽管有研究表明高原训练不会对心脏功能产生显著的影响,但总的来说,高原训练对心脏功能的影响是促进其改善,有助于对高原环境的适应 (见图 1),对于反映心脏功能的一些敏感指标可以作为对训练效果,机体疲劳和恢复程度的监控指标。另外,多普勒超声心动图常规检查方法,能实时准确地发现心功能的敏感变化,可作为高原训练后心功能检测的首选方法。但是,由于研究目的、研究方法、研究对象等条件的不同,高原训练对心脏功能影响的研究结果还存在很多差异,对于影响心脏功能的确切机制还不是很清楚,需要针对不同的运动项目,结合不同运动强度和运动量,进一步观察研究高原训练对心脏功能的影响,揭示高原训练后心脏功能变化的特征和规律,进一步完善高原训练理论体系。

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Effect of Altitude Training on Cardinal Function

This paper review ed the effect of altitude training on cardinal function and the effect of altitude training on heart rate,electrocardiogram,left ventricular function,right ventricular function and endocrine function were described.The author analyzed and summarized the relevant literature and then found out that altitude training initially caused increased heart rate,stroke volume decline,decline in cardiac function;after altitude training,there w ere three circumstances:①the pump function and systolic function are strengthened,and diastolic function does not vary;②the pump function and diastolic function are strengthened,and systolic function remained unchanged;③cardiac function has no significant changes.

altitude training;cardinal function;review

G804.21

A

1004-0560(2011)02-0071-04

2011-01-03;

2011-03-15

谢谦梅 (1965-),男,副教授,主要研究方向为体育教学与训练。

责任编辑:乔艳春

◂体育人文社会学