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长期高强度运动训练对冠状动脉粥样硬化的影响

2021-03-01 833 上传者：管理员

摘要：运动训练是降低心血管事件风险的有效策略,但多项研究报道中老年运动员冠脉粥样硬化(CAAS)的患病率显著升高。既往文献显示长期的运动训练会提高冠脉钙化率或CAAS的发病率。然而,对斑块形态的分析显示运动员的混合斑块较少且多为良性钙化斑块。本文就运动锻炼对中老年运动员CAAS的影响和潜在机制作一综述,旨在了解高负荷运动训练对冠脉的潜在不良影响,为治疗提供新方向。

关键词：
动脉粥样硬化
运动
运动员
运动训练
长期高强度运动训练
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心血管疾病(CVD)是世界范围内的主要死因,每年约有1800万人死亡,占总死亡率的31%[1],冠状动脉粥样硬化是导致CVD死亡的主要原因。有明确的证据表明,慢性运动训练可显著降低心血管事件的风险[2]。然而,大量高强度的运动训练可增加冠脉粥样硬化的患病率和严重程度[3]。对斑块形态分析显示,运动员的混合斑块较少,且多为钙化斑块,这类斑块更加稳定。明确运动训练对中老年运动员冠脉粥样硬化的短期和长期影响以及潜在机制,有利于对运动员群体进行基于循证医学的干预。

1、运动和冠状动脉粥样硬化

1.1耐力训练运动员

Lin等人研究了耐力运动对美国8名参赛者(140d的赛跑)冠脉硬化特征的急性影响[4]。4名参赛者在基线时具有冠脉硬化和至少1个心血管危险因素,在比赛后,非钙化斑块体积增加。没有冠脉硬化的参赛者在比赛后仍然没有冠脉硬化。虽然数据较少,但是这些数据有力地证明了高负荷的耐力运动可能加速易损个体的冠脉硬化发展。

多篇研究评估了耐力运动训练对冠脉硬化的长期影响。冠脉钙化存在于34%～71%的运动人群中,其中11%～36%的冠脉钙化评分≥100。患病率的差异主要是不同的年龄和心血管危险因素导致的。例如,在108名男性马拉松运动员[(57±6)岁]中,71%的人存在冠脉钙化,其中12%有高血压病史,57%为吸烟者[3]。然而,在106名没有心血管危险因素的男性运动员[(54±9)岁]中,只有48%存在冠脉钙化[5]。仅有1项研究发现,在高运动强度的运动员中,冠脉钙化的患病率较高,而另外两项研究显示无差异。

Aengevaeren等人根据终身运动量将284名男性运动员分为3组[6],最高运动量组运动员的冠脉钙化患病率高于最低运动量运动员[校正比值比为3.2,95%可信区间(CI):1.6～6.6],但冠脉钙化面积和密度没有差异。Merghani等人发现,106名运动超过10年的男性运动员(每周跑步≥10英里或骑车≥30英里)和54名男性对照组(每周运动的中位数为1.5h)之间的冠脉钙化患病率没有差异,然而运动员的冠脉钙化严重程度高于对照组。

四项研究中有三项显示,高运动量组的受试者冠脉钙化的患病率更高(P<0.05),而另一项研究也有此趋势(P=0.06)。例如,在21758名男性中,根据他们的体力活动量将他们分为3组(<1500min/周,1500～2999min/周,以及≥3000min/周),高运动量的受试者比<3000min/周运动量受试者的冠脉钙化(评分≥100)的相对风险高11%(95%CI:1.03～1.20),而冠脉钙化体积、密度没有差异[7]。

1.2力量训练运动员

力量训练旨在通过重复进行无氧运动,如举重,来增加骨骼肌的力量和尺寸。美国退役足球运动员[n=150,(51±10)岁]和年龄匹配的社区对照组[(n=150,(51±10)岁]之间的冠脉钙化患病率和冠脉钙化严重程度没有差异[8]。此外,另一项对931名退休的职业美式足球运动员(约54岁)中的前锋和非前锋进行比较的研究发现,校正心血管危险因素和种族后,前锋的冠脉钙化严重程度(评分>100)高于非前锋(比值比:1.59,95%CI:1.01～2.49)[9]。

使用肌肉增强药物可能会加速冠状动脉粥样硬化。在力量训练的运动员中使用合成代谢性雄激素现象普遍存在,这有利于肌肉康复和增强力量。一项试点研究发现,长期使用类固醇的专业健身者中,有7名(50%)有冠脉钙化,而预期值为3名(21%)。其中6名的冠脉钙化评分>90%参考值上限。Baggish等人比较了使用和不使用合成类固醇举重运动员与非举重运动员之间的冠状动脉粥样硬化情况[10]。发现使用合成类固醇与冠状动脉斑块体积增加相关[使用者vs.非使用者:3(0～174)mm3比0(069)mm3,P=0.012]。合成代谢类固醇的广泛使用直到20世纪80年代和90年代才出现,因此在不久的将来,当使用者到中年时,动脉粥样硬化将持续加剧。

2、运动员冠状动脉粥样硬化的可能机制

运动时儿茶酚胺可提高心率和心脏收缩力。运动引起的心输出量增加可能增加冠状动脉壁上的机械应力,破坏层流血流模式,导致血管壁损伤和动脉粥样硬化加速,运动期间收缩压升高,也可能加重动脉粥样硬化[11],冠脉钙化患病率升高的现象符合这一假设。

运动对维生素、矿物质和激素的影响也可能导致冠脉粥样硬化。血清维生素D水平与冠脉钙化程度[12,13]呈负相关,经常缺乏维生素D的运动员动脉粥样硬化发展加速。同样,运动员的镁水平可能较低,镁可通过多种机制防止血管钙化,血清镁水平与冠脉钙化程度呈负相关[14,15]。运动时甲状旁腺激素增加(可能由于钙离子水平降低,其原因尚不清楚),可加剧动脉粥样硬化疾病负担[16,17]。

跑步会在足部撞击时产生一个压力冲击波,改变冠状动脉的血流动力学,加速冠状动脉粥样硬化。这一效应还取决于跑步过程中与心脏周期相关的步数[18,19]。运动可以调节炎症,而炎症在冠状动脉粥样硬化的发生发展中起主要作用。慢性运动可抑制炎症,但急性运动可促进炎症[20]。因此,高强度、频繁和长期的运动更可能促进炎症效应,从而加速冠状动脉粥样硬化。在马拉松运动员中,运动诱导的高血压与冠状动脉斑块的发病率升高有关,可能是冠状动脉斑块形成的一个新的危险因素[21]。提高运动成绩的药物或免疫调节药物也可能促进运动员的冠脉钙化、提高冠脉斑块患病率[22](见图1)。

图1运动员动脉粥样硬化增加的潜在机制

3、运动与临床结局

冠脉钙化和动脉粥样硬化斑块的患病率和严重程度与群体心血管事件的5年和10年风险密切相关。然而明确的证据表明,运动员比普通人群寿命长,运动训练可增加寿命近3～6岁,有氧运动训练后心肺功能的提高也与寿命的增加呈正相关。

Móhlenkamp等人首次进行了运动员冠脉钙化预后研究。他们对108名马拉松运动员进行了(6±1)年的跟踪调查,发现较高的冠脉钙化评分运动员有较高的事件率(评分<100vs.评分100～399vs.评分≥400:1%vs.12%vs.21%,P=0.002)[23]。然而,这项研究受到样本量小(n=108)和事件少(n=7)的限制。Lamonte等人发现,在校正冠脉钙化评分后,心肺功能≥10代谢当量的个体与心肺功能<10代谢当量的个体相比,心血管事件减少73%[24]。来自美国库铂诊所(CooperClinic)纵向研究的最新数据显示,心肺功能每增加一倍代谢当量,心血管事件减少11%(HR:0.89,95%CI:0.84～0.94)[25]。

运动训练可增加心外膜冠状动脉直径、冠状动脉舒张能力、毛细血管密度和血管舒缩反应性,心脏事件风险降低可能来自于增加的冠状动脉血流储备,高强度运动员的大血管生理年龄比他们的实际年龄低30岁,心室-动脉耦合有明显改善[26,27]。

高运动量的运动员混合斑块较少,多数只有钙化斑块,心血管事件风险较低。运动与他汀类药物治疗效益相似,冠脉钙化增加,但减小了冠状动脉粥样硬化体积和心血管风险[28,29]。因此,冠脉钙化评分的升高不一定反映心血管风险的增加[30]。

内膜和内侧血管钙化因其病因和心血管疾病风险不同而不同,动脉粥样硬化斑块中的钙化主要发生在血管壁的内膜层,与管腔狭窄和潜在的斑块破裂有关。内侧钙化与血管壁硬化有关,特别是与衰老、慢性肾脏疾病有关,以及钙、磷代谢紊乱等代谢性疾病[31]。运动员可能更倾向于通过血管壁平滑肌损伤或运动引起的代谢改变而发展为内侧钙化,而不是内膜钙化。然而计算机辅助断层摄影术(CT)难以鉴别,需要活体组织学分析。

4、临床管理

根据上述结果,我们不建议纯粹根据运动员的训练史对其进行常规的冠状动脉钙化评估。可考虑年龄在40至75岁,10年动脉粥样硬化性CVD风险为5%～20%的无症状个体,以及风险低于5%的特定个体实施冠脉钙化评分。5～10年内不建议重复冠脉钙化评分,特别是在接受他汀类药物治疗的运动员中,因为冠脉钙化必然会持续加重。

治疗应根据运动员患心血管疾病的总体风险进行个体化。所有运动员都应询问心肌缺血症状、冠心病家族史、危险因素。需要注意的是,规律训练的人可能会出现非典型的冠心病症状,如运动能力下降、呼吸急促或疲劳。对有症状的运动员应以与一般人群相同的方式进行调查和管理。对于那些仅有严重冠脉钙化的运动员,应该被告知其风险尚不清楚。

对于低密度脂蛋白-胆固醇水平≥1.8mmol/L,冠脉钙化评分≥100的运动员,应考虑他汀类药物治疗。对于冠脉CT造影明确的广泛的动脉粥样硬化斑块(非钙化的)或早发CVD家族史的高风险人群,支持他汀类药物治疗。如果10年动脉粥样硬化性CVD风险≥7.5%,美国的脂质管理指南倾向于在冠脉钙化评分>0时使用他汀类药物治疗。在已知冠脉钙化评分的前提下,可以使用宇航员心血管健康和风险修正(ASTRO-CHARM)风险计算器计算致命或非致命性心肌梗死或中风的10年风险[32]。建议冠脉钙化评分≥400分的运动员开始高强度他汀类药物治疗,并严格控制其他动脉粥样硬化危险因素。

由于冠脉钙化评分并非常规推荐,现行指南并未明确说明如何对具有严重冠脉钙化的无症状运动员进行额外检查。世界上每个地区、国家甚至每个医生的管理策略都不同,额外检查在很大程度上取决于医院后勤、成本和可行的测试。对于冠脉钙化评分≥400分和/或管腔狭窄>50%的患者,应考虑进行运动或药物负荷试验,以明确缺血证据,指导运动量的调整,开展冠状动脉介入治疗和制定运动心率限值,并考虑额外的预防性治疗,如β受体阻滞剂。

运动确实会促进冠脉钙化,在冠脉钙化评分≥100分的运动员中,高运动强度个体与较低运动强度个体相比并没有更高的心血管死亡率风险。美国和欧洲指南提出了亚临床冠心病运动员的运动建议,如果运动员无症状,没有心肌缺血迹象,并且射血分数正常,即使具有高冠脉钙化评分,指南建议允许运动员参加所有运动[7]。考虑到冠脉钙化与运动员的临床结果密切相关,因此仍需要前瞻性队列研究来证实这一建议。

5、总结

目前研究显示,在普通人群中,运动与冠状动脉粥样硬化之间的关系没有明确的结论。然而,与低运动量的对照组相比,高运动量运动员的冠脉钙化更严重。虽然运动员存在交感神经激活,代谢紊乱,炎症损伤的潜在机制导致冠状动脉粥样硬化加重,并且无冠脉钙化或斑块的运动员具有更低的心血管风险,但是运动员冠状动脉粥样硬化加重是否增加心血管事件风险尚不清楚。具有较重冠脉钙化的运动员未被观察到更高的心血管事件风险,因为运动有益于冠状动脉适应性改变,钙化增加可能与斑块稳定性有关。推荐综合运动员的冠脉钙化和10年冠心病风险评估,以制定他汀类药物治疗和强化危险因素管理策略。这需要未来的队列研究更深入地明确运动与冠脉粥样硬化的关系。

张芹,李东泽,贾禹,江文丽,高永莉,万智,李红.长期高强度运动训练对冠状动脉粥样硬化的影响及相关机制研究进展[J].心血管康复医学杂志,2021,30(01):81-85.

基金:四川省科技计划项目(2019JDRC0105);四川大学华西医院临床研究孵化项目(2018HXFH001,2018HXFH027)