心肌增厚、血管再生、血流再分配，运动时心血管如何适应性变化？第124期

“中枢神经系统调控和运动压力反射决定运动时心血管反应。在运动开始时，心率主要通过抑制迷走神经活动而增加，交感神经活动将心率增加至100次/分左右。随着运动的继续，来自活跃骨骼肌群的代谢和机械信号通过传入神经纤维向大脑中的心血管控制中心提供反馈信号，以平衡氧转运和代谢需求。收缩骨骼肌产生血管扩张因子，从而克服交感神经介导的血管收缩作用，因此导致活跃骨骼肌部分的总外周阻力减少和流量增加。”

众所周知，适量的体力活动能够提高心肺耐力、降低心血管疾病的发生率及全因死亡率。在运动时心血管系统会产生许多变化，用来适应运动时身体各部需求量的增加，具体到心率、搏出量、心输出量、血压、血流量和血液是如何彼此协调与变化的呢？本文就这些指标在运动时的适应性变化进行温习！

心血管的适应性改变

“机体代谢和心血管机能之间基本关系是组织所消耗的氧量是根据流到组织的血流量以及组织从血液中摄取的氧量而定”。即耗氧量等于血流量与动静脉氧差的乘积，动静脉氧差是流进组织的动脉血和流出组织的静脉血中氧浓度的差值，即Fick方程VO2=CO×（a-v）O2diff。因此，上述指标的变化也取决于机体耗氧量的变化。

· 1 心率的变化· 

大部分人的安静心率( RHR )平均为60~80次/分。有研究报道耐力项目运动员的安静 心率可以降到28~40次/分，这主要是因为耐力训练促使迷走神经活性增强。环境因素也会影响安静心率，例如在极端温度和高海拔的环境下，安静心率会升高。

运动开始时，心率会随着运动强度的增加呈正比例增加。当接近最大强度运动时，心率出现平台期，不会随着运动强度的增大而增加，此为最大心率（maximcem heart rate, HRmax）。

HRmax通常跟年龄相关，从10~15岁开始，人体的最大心率会以每年递减一次的速率稳定而缓慢地下降。通常一般人的最大心率约为220-年龄。

· 2 搏出量的变化· 

运动时搏出量(SV)变化，使心脏能够适应运动的需求。在接近最大运动强度时，搏出量是心肺耐力的主要决定因素。搏出量受4四个因素影响:※从静脉回流到心脏的血流量(前负荷)

心室的扩张力 ※心室的收缩力 ※主动脉或肺动脉压(后负荷)

运动时搏出量增加，其数值高于安静时。大多数研究者认为当运动强度为最大运动强度的40% ~ 60%之间时，搏出量随运动强度的增加而增长。超过此强度范围后，搏出量到达平台期。

体位对搏出量的影响：

当人体处于直立位时，最大强度运动时的搏出量大约是安静时的两倍。

当身体处于仰卧位时，血液不会聚集在下肢，容易回流到心脏，这意味着仰卧位安静时的搏出量大于直立位时。

进行最大强度运动时，仰卧位运动的搏出量的增长量比直立位运动增长的少，这是因为仰卧位安静时的搏出量的水平就比较高。以直立位进行低中强度运动时，搏出量的增加主要是用于弥补由重力造成的血液滞留下肢的现象。

· 3 心输出量的变化· 

急性有氧训练的心脏反应专注于增加心输出量且随着运动强度的增加而增大；

安静时人体的心输出量大约为5.0L/min,但体型不同的人心输出量也存在差异；

心输出量等于心率与搏出量的乘(Q=HRxSV)。，最大心输出量约在20L/min-40L/min (久量坐者-运动员) ；

与VO2max一样， 在接近最大运动强度运动时，心输出量会出现平台期。

· 4 血压的变化· 

在运动过程中，全身血压可以达到200毫米汞柱甚至更高的值

运动时，平均动脉压升高，但是收缩压和舒张压的增长幅度不同，当运动强度增大时，收缩压也会随之升高，舒张压缓慢升高或变化不大。

主要原因为运动时，交感神经作用增加，所以血管收缩。但是，在运动肌肉中，局部舒张因子的释放可以阻碍血管的收缩，因此，不运动区域的血管收缩与运动区域的血管放松之间形成平衡状态，使舒张压基本不变。

· 5 血液的重新分配· 

运动时全身血流量上升，因为心输出量和血液的快速变化

交感神经对心血管系统的调节，使循环血液重新分配，从而使得代谢需求最高的组织，接收的血液多于其他低需求组织。

安静时，只有15%~20% 心输出量的血液流入肌肉，但在大强度运动时，80%~ 85%心输出量的血液流人肌肉。

增加主要来源来自肾脏和包括肝脏、胃、小肠等脏器循环的血流量。

· 6 心肌适应性改变 · 

运动诱导的心脏重塑：常报道的与运动训练相关的形态学变化是左室扩张(即舒张末期直径增加)和增厚(即壁厚增加)。

据报道，耐力训练运动员的平均左室舒张末期直径为53.7mm，而正常人为49.6mm。

左室生理性肥厚是由心肌细胞长度和宽度成比例增加引起的而非病理学的心肌增生。

机制为心脏胰岛素样生长因子-1(IGF-1)的表达和激活磷脂酰肌醇-3k激酶(PI3K)而介导的。

· 7 血管适应性改变· 

血管舒缩主要受4方面因素调控，确保组织代谢的需求

(1)内皮介导的血管舒张;

(2)肌源性机制介导;

(3)代谢性血管舒张;

(4)交感性控制。

冠状动脉循环的适应改变：

包括结构(毛细血管再生和血管重塑)和功能(总外周阻力的改变)适应。

冠状动脉转运储备能力包括增加静息水平以上的 CBF (灌注压力和直径的变化)和毛细血管交换(表面积和通透性的变化)的能力

正常情况下，冠状血管每分钟为每克心肌提供1毫升血液

在大强度运动中，CBF可以增加4-6倍

在运动诱导的外周骨骼肌血管生成的模型。毛细血管的生成是通过激活PGC-1来进行的。通过AMPK或p38MAPK或ROS导致VEGF转录增强，最终导致血管再生。

· 总结 · 

心血管对运动的适应在急性运动期主要表现在受神经、体液的影响，通过增加心输出量、重新分配血液来满足运动时组织对氧的需求；在长期运动的适应性改变为心肌以及血管平滑肌的重构、肌内毛细血管再生扩大物质交换面积。

这些适应性变化为调节血管和血液流变学阻力提供了更大的范围，使得在有氧训练期间时，血液供应和交换能力得到增强！

· 参考文献 · 

[1]Koller A, Laughlin MH, Cenko E, et al. Functional and structural adaptations of the coronary macro- and microvasculature to regular aerobic exercise by activation of physiological, cellular, and molecular mechanisms: ESC Working Group on Coronary Pathophysiology and Microcirculation position paper. Cardiovasc Res. 2022;118(2):357-371. doi:10.1093/cvr/cvab246

[2][美]威尔莫尔，科斯蒂尔.[运动生理学].王瑞元，汪军译.北京：北京体育大学出版社，2011：171-186

[3]Gielen S, Schuler G, Adams V. Cardiovascular effects of exercise training: molecular mechanisms. Circulation. 2010;122(12):1221-1238. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.110.939959

[4]Lavie CJ, Arena R, Swift DL, et al. Exercise and the cardiovascular system: clinical science and cardiovascular outcomes. Circ Res. 2015;117(2):207-219. doi:10.1161/CIRCRESAHA.117.305205

[5]Chen H, Chen C, Spanos M, et al. Exercise training maintains cardiovascular health: signaling pathways involved and potential therapeutics. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):306. Published 2022 Sep 1. doi:10.1038/s41392-022-01153-1

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