運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖癥患者心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響研究進(jìn)展

詹曉梅 潘珊珊 陳文鶴

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院（上海200438）

2 江西師范大學(xué)體育學(xué)院（江西南昌330027）

肥胖是21世紀(jì)侵蝕人類健康的公共衛(wèi)生問題。據(jù)世界衛(wèi)生組織2005年預(yù)測，全球大約有1.6億成年人超重（BMI≥25 kg/m2）和4億以上的成年人肥胖（BMI≥30 kg/m2），至 2015 年，成人超重將增至 23億，成人肥胖將超過7億［1］。肥胖是心血管疾病的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素，它不僅能直接影響心臟的結(jié)構(gòu)與功能［2］，還可間接通過高血壓、糖尿病和睡眠呼吸障礙等并發(fā)癥協(xié)同和加強(qiáng)對(duì)心血管系統(tǒng)的危害。肥胖癥患者堅(jiān)持長期運(yùn)動(dòng)能有效降低體重、改善心血管系統(tǒng)功能，但運(yùn)動(dòng)減肥對(duì)心血管系統(tǒng)功能改善的研究中，大部分是針對(duì)血液生化指標(biāo)的探討，對(duì)肥胖癥患者心臟結(jié)構(gòu)和功能的探討較少，并且個(gè)案研究結(jié)果不一，系統(tǒng)的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)不多，研究的樣本量小。為了綜合分析運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)肥胖患者心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，本研究檢索1992～2010年公開發(fā)表、用超聲心動(dòng)圖技術(shù)測定心臟結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)的相關(guān)中英文文獻(xiàn)，運(yùn)用stata統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)納入的11個(gè)相關(guān)研究中15組運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后指標(biāo)變化的均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行meta分析，定量評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖癥患者脂肪心、左室肥大和心功能的干預(yù)程度。

1 肥胖對(duì)心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

1.1 脂肪心

心臟脂肪變性是肥胖的一種標(biāo)志［3］。目前，核磁共振成像（MRI）和超聲心動(dòng)圖技術(shù)能清楚地分辨出高信號(hào)脂肪襯托下的心外膜和心肌，并計(jì)算出“無脂肪”的心臟重量。Iacobellis等［4］通過核磁共振頻譜定量分析發(fā)現(xiàn)，肥胖患者心肌細(xì)胞中三酰甘油成分明顯高于正常體重者，肥胖患者心外膜脂肪量與內(nèi)臟脂肪組織量相對(duì)應(yīng)。Sons等［5］采用MRI技術(shù)發(fā)現(xiàn)心外膜脂肪可能進(jìn)入心室游離壁并替代心室肌。心外膜脂肪組織具有代謝活性，可通過分泌脂聯(lián)素、炎癥因子和游離脂肪酸等各種生物活性分子影響心臟的形態(tài)和功能。Peterson等［6］也發(fā)現(xiàn)肥胖癥受試者心肌對(duì)脂肪酸的攝取和利用增加，為增加心肌能量的供應(yīng)，心外膜脂肪出現(xiàn)高脂肪分解活性，釋放出較多的游離脂肪酸，但過多的游離脂肪酸可導(dǎo)致心肌細(xì)胞出現(xiàn)特定的脂肪酸毒性，誘導(dǎo)載滿脂肪的心肌細(xì)胞凋亡。

1.2 肥胖與左室肥大

肥胖癥患者普遍存在左室肥大（LVH），主要表現(xiàn)為左室心肌重量 （LVM）增加、心室舒張末內(nèi)徑（LVIDd）增大和左室壁厚度（PWTd）增厚。體重指數(shù)與左心室肥大具有獨(dú)立相關(guān)關(guān)系［7］。 Wong 等［8］研究證實(shí)，超重和肥胖青少年相對(duì)正常體重者，肥胖青少年左心室容積相對(duì)其心肌工作負(fù)荷明顯增大，1/3肥胖青少年明確存在左心室肥大。肥胖癥患者（BMI≥30kg/m2）左室肥大的發(fā)生率較正常體重受試者大15～17倍［9］。有些重度及長期肥胖癥患者的左室內(nèi)徑擴(kuò)大甚至可能超出了體重增加相對(duì)應(yīng)的左室生理性擴(kuò)大范圍［10］。隨著BMI增大，機(jī)體總循環(huán)血容量和心輸出量增加，左室充盈壓和容量增加，逐漸產(chǎn)生心腔擴(kuò)大、室壁代償性肥厚和室間隔增厚等適應(yīng)性變化。病理學(xué)研究顯示，沒有器質(zhì)性心血管疾病的伴有高血壓的肥胖癥患者左心室內(nèi)徑和壁厚都增大，而且壁厚比內(nèi)徑的增幅要大［11］，即呈向心性肥大，與此相適應(yīng)，左心室產(chǎn)生不良性重塑。而有病理性改變的肥胖癥患者左心室則較多呈現(xiàn)離心擴(kuò)張性肥大。類似的結(jié)構(gòu)變化也發(fā)生在右心室，但一般程度較輕。隨著兩側(cè)左右心室的肥大，向心性肥大明顯向離心性肥大轉(zhuǎn)變，這些形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變將導(dǎo)致心臟的機(jī)能能力降低，并可能最終導(dǎo)致心力衰竭［2,12］。左室心肌質(zhì)量綜合了左室內(nèi)徑和左室壁厚兩方面的因素，能準(zhǔn)確定量左室肥大。肥胖癥患者普遍存在LVM異常（LVM>215 g）［13］，肥胖時(shí)間越長，左室重量指數(shù)越大［8］。LVM的過度增加與心肌收縮功能減退及舒張功能損害明顯相關(guān)［14］。國內(nèi)外多數(shù)學(xué)者認(rèn)為肥胖通過血流動(dòng)力學(xué)變化、高血壓、血脂代謝異常、心肌細(xì)胞的能量代謝障礙、氧化應(yīng)激、胰島素抵抗、脂肪因子調(diào)節(jié)等機(jī)制影響心臟［15］。過度肥胖患者因脂肪積聚過多，即使沒有其他的并發(fā)癥也會(huì)有心臟結(jié)構(gòu)及功能的適應(yīng)和改變［16］。

2 肥胖對(duì)心臟功能的影響

2.1 肥胖癥患者左室舒張功能降低

研究表明，BMI和左室質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，左室質(zhì)量增大是引起左室舒張功能不全的重要因素。隨著左室肥大的發(fā)生和發(fā)展，重度肥胖癥患者左室舒張功能顯著降低。不同程度的單純性肥胖患者均存在亞臨床左心室舒張功能不全［17］。病理性肥胖癥患者左室肥大愈明顯，舒張功能損害愈嚴(yán)重［18］。

Rider等［19］采用 Doppler超聲心動(dòng)圖來評(píng)價(jià)病態(tài)肥胖癥患者左室舒張功能，觀察到受試者舒張?jiān)缙诜逯党溆拭黠@降低，心室順應(yīng)性降低，僵硬度增加，為維持左室射血所必需的充盈量，左房代償性做功，導(dǎo)致肥胖癥患者舒張晚期充盈峰值流速（A）和二尖瓣環(huán)舒張晚期峰值速度（Am）升高，從而引起左室舒張功能減低［20］。 Mureddu 等［21］和姜克新等［22］對(duì)無臨床癥狀的中青年成人肥胖癥患者與體重正常者進(jìn)行對(duì)比研究，血流頻譜顯示，肥胖癥患者左室舒張異常，等容舒張時(shí)間延長，二尖瓣舒張?jiān)缙诔溆逯盗魉伲‥）降低，舒張晚期充盈峰值流速升高，E/A比值降低。TDI速度模式顯示，二尖瓣環(huán)舒張?jiān)缙诜逯邓俣龋‥m）降低，舒張晚期速度升高，Em/Am降低。Wong 等［8］和Ku等［23］對(duì)單純性肥胖青少年研究發(fā)現(xiàn)，E、A及E/A與體重正常對(duì)照組相比差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但超重和肥胖青少年LVM增加，預(yù)示著肥胖青少年存在亞臨床左心室舒張功能異常。舒張功能的損害可能是左室肥大本身以及引起左室肥大的負(fù)荷條件所致，左室肥大常導(dǎo)致心肌缺血，可加重左室舒張功能的損害。

2.2 肥胖癥患者左室收縮功能降低

研究證實(shí)［24］，病理性肥胖患者左室收縮功能受損。不同程度和類型的肥胖癥患者都存在心輸出量和每搏量不同程度增加，左室對(duì)持續(xù)血流動(dòng)力學(xué)負(fù)擔(dān)產(chǎn)生早期適應(yīng)性，引起左室收縮功能代償性加強(qiáng)［17］，持續(xù)血流動(dòng)力學(xué)負(fù)擔(dān)逐漸導(dǎo)致左心室收縮功能受損。隨著肥胖程度加重和肥胖的時(shí)間延長，左室收縮功能降低愈明顯。心肌收縮性能降低導(dǎo)致左室收縮功能不全。

De Divitis等［25］對(duì)10名無臨床癥狀的肥胖癥志愿者進(jìn)行心臟功能的研究顯示，根據(jù)Starling定律描繪的心功能曲線右移，提示心肌收縮性降低和左心收縮功能不全，肥胖受試者心功能受損，受損程度與肥胖程度成正相關(guān)。近年來，大量研究運(yùn)用超聲心動(dòng)圖技術(shù)測定左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）和左室短軸縮短率（LVFS）等指標(biāo)評(píng)價(jià)肥胖癥患者左室收縮功能，但研究結(jié)果報(bào)道不一。Ramhamadany等［26］對(duì) 34名肥胖癥患者的研究表明，LVEF安靜時(shí)低于正常值，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)后無明顯增加，表明肥胖癥患者的心肌受損。Scaglione等［27］發(fā)現(xiàn)超重和肥胖受試者與體重正常的受試者相比，LVEF明顯較低。輕中度肥胖患者也存在射血分?jǐn)?shù)降低和普遍有亞臨床收縮功能異常，心功能降低［28］。肥胖兒童青少年也存在左室肥厚和輕度的心肌收縮功能異常［29］。LVEF、LVFS與正常體重者無明顯差別［8,30］，但心率明顯加快，心輸出量代償性增加，左室收縮功能呈降低趨勢。Valocik等［31］則認(rèn)為肥胖與心臟收縮功能和舒張功能沒有關(guān)系。

3 運(yùn)動(dòng)減肥對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響

3.1 減肥運(yùn)動(dòng)處方

運(yùn)動(dòng)能促進(jìn)脂肪分解，增加能量消耗，是防治肥胖癥的有效方法。目前認(rèn)為，中小強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)可以改善血糖、血脂和胰島素水平，減少心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)［34］，而且還可以預(yù)防缺血性心臟病，對(duì)心肌梗塞和充血性心力衰竭等心臟疾病具有一定的治療作用［32］。治療效果取決于個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)處方。運(yùn)動(dòng)鍛煉前根據(jù)肥胖癥患者的肥胖程度及有無并發(fā)癥情況，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)，描記安靜和運(yùn)動(dòng)心電圖，排除心血管系統(tǒng)嚴(yán)重機(jī)能障礙者，保證運(yùn)動(dòng)干預(yù)的安全。根據(jù)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果制定個(gè)性化鍛煉方案，確定運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)頻率等。目前，較多研究者認(rèn)為肥胖癥患者應(yīng)選擇較長時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)（如步行或遠(yuǎn)足、慢跑、騎自行車、游泳等），并配合一些抗阻性練習(xí)及各種球類運(yùn)動(dòng)等。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度一般控制在50%～70%VO2max或心率貯備的 60%～80%，3METs～6METs［33］。 強(qiáng)度為 50%～70%VO2max 運(yùn)動(dòng)時(shí)脂肪氧化的速率較理想。運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間為60～90 min［34］，每周運(yùn)動(dòng) 3～6 次。 平均每天消耗熱量 200 kcal～400 kcal，平均每周消耗 1000 kcal～2000 kcal［35］。 但鍛煉前需嚴(yán)格檢查心功能狀況及有無心血管系統(tǒng)合并癥，運(yùn)動(dòng)中應(yīng)有專業(yè)人員監(jiān)督，保證運(yùn)動(dòng)鍛煉的安全和有效。

3.2 運(yùn)動(dòng)減肥與脂肪心

長期運(yùn)動(dòng)鍛煉能降低心外膜脂肪和心肌脂肪含量。Kim等［36］對(duì)24名中年肥胖男性進(jìn)行3個(gè)月中等強(qiáng)度（最大心率60～70%）的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)使中年肥胖患者心外膜脂肪厚度降低8.6%，并與內(nèi)臟脂肪的下降程度相關(guān)，提示有氧鍛煉可能是降低內(nèi)臟脂肪和心外膜脂肪厚度的有效手段。Wilund等［37］對(duì)慢性腎臟病的肥胖患者實(shí)施為期4個(gè)月的有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，患者心外膜脂肪厚度降低了9.8%。Schrauwen-H等［38］通過氫-磁共振波譜（H-MRS）和核磁共振（MRI）技術(shù)檢測肥胖癥患者3個(gè)月有氧加抗阻運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后心肌脂質(zhì)含量，結(jié)果顯示，鍛煉后心肌脂質(zhì)含量從0.99±0.15%明顯下降到0.54±0.04%（P<0.02），其下降與體重和體脂率的下降呈線性關(guān)系，提示從長遠(yuǎn)來看，運(yùn)動(dòng)引起心肌脂質(zhì)含量的減少將有利于降低脂毒性心肌病的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 運(yùn)動(dòng)減肥可改善肥胖癥患者左室肥大

Meta分析結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)干預(yù)后肥胖癥患者心臟的結(jié)構(gòu)參數(shù)隨著體重的減少而產(chǎn)生了良好的變化。結(jié)果顯示（表1），左室肥大減輕，具體表現(xiàn)為左室后壁厚度（PWTd）明顯變?。?0.41），左室舒張末內(nèi)徑（LVIDd）增大（+0.36），左室重量（LVM）下降（-7.40）。絕大多數(shù)研究認(rèn)為運(yùn)動(dòng)后肥胖癥患者PWTd減少，而LVIDd和LVM則存在增大或降低兩種矛盾的結(jié)果。研究結(jié)果不同可能與運(yùn)動(dòng)干預(yù)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)結(jié)合其他的干預(yù)方式（如低熱量飲食）以及肥胖癥患者本身的肥胖程度不同相關(guān)。Himeno 等［52］和Reid 等［55］對(duì) 22～51 歲和 16～60 歲的肥胖受試者實(shí)施3個(gè)月的有氧耐力練習(xí)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度分別為心率 100～125次/分及 60～70%最大做功能力，運(yùn)動(dòng)干預(yù)后肥胖癥患者LVIDd增加，PWTd和LVM明顯減少，研究提示有氧運(yùn)動(dòng)減肥后左室肥大得到了減輕。 Vogelsang 等［56］采用核磁共振（MRI）技術(shù)觀察了17～49歲肥胖癥患者參加每周3次，每次30 min，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為（72±8）%最大心率的劃船運(yùn)動(dòng)，干預(yù)8周后，LVM提高了13%（P<0.01）。Gondoni等［45］和Naylor 等［42］對(duì)單純性肥胖癥患者分別進(jìn)行 3周的力量耐力和2個(gè)月的最大力量練習(xí)鍛煉后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后LVM無明顯變化。

3.4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)與肥胖癥患者心臟功能

3.4.1 運(yùn)動(dòng)干預(yù)與左室舒張功能

應(yīng)用左室舒張期血流頻譜評(píng)估左室舒張功能，當(dāng)左室松弛性降低時(shí)，E峰降低、A峰升高，E/A比值減小。經(jīng)薈萃分析，對(duì)9篇相關(guān)文獻(xiàn)的E/A比值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明（表1），大部分肥胖癥患者進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)或有氧結(jié)合力量項(xiàng)目的中等強(qiáng)度練習(xí)，能減輕體重、改善心臟舒張功能，表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)干預(yù)后E/A值呈增加趨勢（+0.03）。也有研究認(rèn)為通過運(yùn)動(dòng)干預(yù)后E/A值下降或沒有明顯變化。Stewart等［46］對(duì)51名高血壓老年肥胖癥患者進(jìn)行為期6個(gè)月的有氧和力量相結(jié)合的鍛煉，結(jié)果表明，E/A明顯升高，與體脂下降呈負(fù)相關(guān)。Riordan等［43］通過觀察12名50～60歲的肥胖癥患者以70%最大心率進(jìn)行每周6天、每次1小時(shí)的散步、騎腳踏車或慢跑干預(yù)1年后發(fā)現(xiàn)，受試者體重明顯降低，等容舒張時(shí)間減少（P<0.05）、Em 增加（P<0.01），E/Em 比值降低，心臟舒張功能改善。以上研究說明肥胖患者進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)或有氧結(jié)合力量項(xiàng)目的中等強(qiáng)度練習(xí)，能減輕體重、改善心臟舒張功能。但Kosmala等［41］對(duì)261名肥胖癥患者進(jìn)行每周150分鐘、每次不少于30分鐘中等強(qiáng)度的體育鍛煉，6個(gè)月后肥胖癥患者E/A值沒有明顯改變，二尖瓣環(huán)舒張?jiān)缙诜逯邓俣龋‥m）明顯增加，說明肥胖癥患者左室舒張功能改善。

3.4.2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)與左室收縮功能

運(yùn)動(dòng)干預(yù)能改善肥胖癥患者左心室舒張末徑，

提高左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF），增強(qiáng)心肌的收縮力。表2顯示，11個(gè)研究結(jié)果都表明，不同程度的肥胖癥患者經(jīng)過3個(gè)星期以上的運(yùn)動(dòng)干預(yù)減肥后，心功能指標(biāo)LVEF得到提高，說明心臟收縮功能都得到了不同程度的提高，收縮功能的改善可能與前后負(fù)荷條件的降低有關(guān)［12］。 Ingul等［57］發(fā)現(xiàn)，13～16 歲的青少年通過3個(gè)月的有氧間歇訓(xùn)練后，受損的左室收縮和舒張功能都得到提高，鍛煉后心臟功能參數(shù)與體重正常的青少年相比沒有顯著性差異。Schrauwen-H等［38］對(duì)14名超重和肥胖的58歲男性在12周的有氧和力量相結(jié)合的鍛煉前、后進(jìn)行超聲心動(dòng)圖技術(shù)描記，鍛煉后LVEF明顯提高（P<0.02），左心室舒張末徑擴(kuò)大，表明心肌的收縮力明顯提高。王晶晶等［58］對(duì)42名肥胖青少年進(jìn)行4周長時(shí)間小強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)干預(yù)后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)減肥后安靜心率、定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中心率和負(fù)荷后恢復(fù)心率明顯降低，提示運(yùn)動(dòng)減肥能有效改善肥胖青少年心血管機(jī)能對(duì)運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)能力。左室收縮功能的改善取決于心肌工作能力的提高和左室肥厚的轉(zhuǎn)歸，中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)能減輕肥胖癥患者心肌細(xì)胞的脂肪浸潤，增強(qiáng)心肌纖維收縮力，改善左室收縮功能［41］。

表1 運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后肥胖癥患者心臟結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)的均值變化

表2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)前后心臟收縮功能LVEF均值變化

4 總結(jié)

4.1 有氧運(yùn)動(dòng)或聯(lián)合其它方式的運(yùn)動(dòng)干預(yù)能降低肥胖癥患者體重，減少心包膜及心肌脂質(zhì)含量，提示長期鍛煉可有效降低脂毒性心肌病的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 運(yùn)動(dòng)干預(yù)能逆轉(zhuǎn)肥胖癥患者左室肥大和改善心臟收縮及舒張功能。肥胖癥患者需要運(yùn)動(dòng)鍛煉多久才能使心臟發(fā)生良好的生理適應(yīng)變化，運(yùn)動(dòng)減肥后肥胖癥患者左室肥大是否存在運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目特點(diǎn)還需要大量的研究證實(shí)。

4.3 運(yùn)動(dòng)減肥改善肥胖癥患者左室肥大和心功能的機(jī)制研究很少，運(yùn)動(dòng)和減肥引起心臟結(jié)構(gòu)和功能的改變是由于運(yùn)動(dòng)還是體重降低所致，或是雙重作用協(xié)同的結(jié)果有待進(jìn)一步研究。

4.4 運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)成人肥胖癥患者的影響研究較多，而對(duì)青少年兒童肥胖癥患者心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響研究較少。正在成長發(fā)育期間的肥胖兒童青少年，運(yùn)動(dòng)鍛煉后心臟結(jié)構(gòu)和功能究竟會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化尚不可知。

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