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心脏是人体的重要器官，运动可以使得心脏的耗氧量增加，最大强度运动时，甚至可使心脏耗氧量较静息状态增加10倍，这体现了心脏对运动产生的一种代谢适应。运动性心脏是心脏的形态和功能，对慢性运动训练的一种适应性变化，其主要的表现为：心功能的提升，心脏线粒体释放能量的增多，以及心肌细胞的适应性肥大。而病理性的心肌肥大虽然在形态上也表现为心脏体积的增加，但其往往伴随的是心功能的衰退，线粒体功能的下降，及纤维化的程度的增加。同时，病理性心肌肥厚的特征是心脏向心性肥厚，而运动性心肌肥厚根据训练特点的不同会有所差异：一般而言，长期的有氧训练能够引起心脏的偏向性肥厚，而长期的力量训练则更倾向于引发心中的向心性肥厚。但不管肥厚适应的类型是什么，运动诱导的心脏重构被认为是一种典型的适应形式，其引起的心肌肥厚是完全可逆的，没有任何负面影响，因此，不会发生心力衰竭，这与病理性的心肌肥厚有着本质的区别。关于心肌肥厚，其背后的生理影响因素，被证明在生理和病理两种情况下有着本质的区别，且这种区别是相互拮抗的。本文的目的是介绍运动后心脏的适应性变化，并从基因的水平比较运动介导的心肌肥大，和病理性心肌肥大背后机制的差异。运动介导的心脏的适应性变化，最终诱导了心功能的完善，并促进了健康。一般而言，运动可能会从增加活性氧(ROS)的产生，改变抗氧化能力，诱导心肌肥厚，引起心血管代谢反应，心脏代谢适应等多个方面，来诱导心脏的良好变化。 心脏的心肌细胞内含有大量的线粒体，后者是细胞ROS产生的重要来源；此外，心脏中的内皮细胞和中性粒细胞，也是ROS产生的重要来源。研究表明，活性氧(ROS)产生的增加，和抗氧化能力的下降是病理条件下造成心肌缺血再灌注损伤（I/R）的关键因素。 动物实验研究表明，运动可有效增加从心室肌细胞分离的线粒体部分中的超氧化物歧化酶(SOD1和SOD2)、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶的蛋白的丰富度及活性，这使得心肌细胞内线粒体ROS产生减少，线粒体通透性增加，从而提高心脏对抗活性氧的能力和耐受，对I/R损伤起到保护作用。
生理性心肌肥厚，是在长期运动刺激下出现的，适应性/可逆性的心脏功能和形态的增加和生长；其主要表现为：心肌细胞的肥大和增殖，并发挥心脏保护作用。运动诱导的生理性心肌肥厚，表现在不同运动形式中有所差异：一般来说，耐力训练，会引起心室内容量的过载，导致偏心心脏肥大，其特征是心室壁厚度和心室内径的增大。相反，力量训练会引起同心性心肌肥厚，其特征是左心室壁增厚，心室横径变小或没有变化，但不发生心肌凋亡或心肌纤维化，并起到增强的心功能的作用。同时，运动诱导的生理性心肌肥大，表现出适应性蛋白质合成，脂肪酸和葡萄糖氧化水平的增加，这有助于促进心肌细胞生长和ATP的产生。运动心率和血流的加速，引起血管剪切应力的增加，从而进一步激活eNOS活性，促进血管内皮细胞产生NO，后者扩散到邻近的血管平滑肌细胞，导致平滑肌细胞松弛和血管舒张，并能够通过调节线粒体的呼吸达到对心脏的保护作用。另一方面，血管内皮产生的NO在运动过程中，新的心脏血管生成中起促进作用。心脏对运动的代谢适应主要体现在线粒体功能的改变，及对葡萄糖，脂肪酸的氧化能力上。具体来说，运动可促进线粒体的生成，急性运动后，细胞溶质和线粒体Ca2+增加可通过增加ATP酶活性、脱氢酶活性和NADH氧化促进ATP生成，而慢性运动则可通过激活PGC1α和eNOS促进线粒体的发生。此外，运动还可诱导线粒体分裂，和线粒体自噬的反复循环，从而改善线粒体的质量控制，最终，这种线粒体功能和质量的改变，能够增加心肌细胞对糖酵解、葡萄糖氧化、脂肪酸氧化的能力。
1. 对于生理性/病理性心肌肥大来说，ANP、BNP、β-MHC等胎儿基因表达水平，有着显著的差异性。一般来说，胎儿基因表达的激活是病理性心肌肥厚的一个特征。动物实验中，① ANP/BNP在主动脉狭窄模型小鼠中上调，② β-肌球蛋白重链(β-MHC)的表达明显上调，但这三个基因在游泳小鼠中，均没有发生变化甚至有一定的下调趋势。因此，ANP、BNP及β-MHC等基因的上调，在研究中往往被认为是病理性心肌肥厚的标志。
2. 此外，代谢基因表达模式的变化，也在生理性/病理性心肌肥厚中有着显著差异。举例来说，病理性心肌肥厚降低了脂肪酸氧化的能力，下调了参与线粒体能量传递，呼吸途径的核和线粒体基因的表达，而参与葡萄糖摄取途径的一些基因表达上调；相反，在运动性心肌肥厚中，编码与脂质代谢、脂肪酸转运和脂肪酸结合蛋白相关通路成员的心脏基因，其表达会因为运动而增加，但在病理性心肌肥厚中不会增加。如棕榈酸氧化率，一种测量脂肪酸氧化的指标，在训练过的大鼠的心脏中升高，而在病理性心肌肥厚和HF模型中降低。这说明运动训练能够使心脏表现出线粒体生物适应性，但病变心脏的线粒体功能及氧化能力降低。3. 最后，非编码RNA（miRNA）作为当前的研究热点，其也在心血管健康和疾病的发展中发挥着作用，运动训练能够调节心脏中多种miRNA的表达。有多种miRNA已被证明可以调节参与心脏结构和功能，如miR-29能够抑制心脏纤维化基因的表达，运动可以激活心脏成纤维细胞中miR-29的表达水平，而病理性心肌肥厚中其功能被抑制。再如miR-222是运动后心脏生理性生长的关键因素，其可通过增加α-MHC/β- MHC比值和抑制ANP和BNP导致体外心肌细胞生理性肥大表型，而在病理性心肌肥厚中表达降低。因此，生理学和病理性心肌肥厚可能在基因层次，有着截然不同相互拮抗的两种表达趋势。综上，运动在介导生理性心肌肥大中起着十分重要的作用，生理性/病理性心肌肥厚虽然在形态表现上具有一定的相似性，但其在细胞基因水平却有着根本的差异性。因此，运动对心脏的有益刺激，不仅能够促进心脏健康和功能的提升，还能够一定程度上逆转病理性心肌肥厚的表现。但目前关于生理性心肌肥大和病理性心肌肥厚背后的机制的研究仍不全面，仍有大量的盲区等待着探索。 1.Weeks KL, et al. Phosphoinositide 3-kinase p110α is a master regulator of exercise-induced cardioprotection and PI3K gene therapy rescues cardiac dysfunction. Circ Heart Fail. 2012; 5(4): 523-34.2.Seo DY, et al. Cardiac adaptation to exercise training in health and disease. Pflugers Arch. 2020;472(2):155-68.3.Chen H, et al. Exercise training maintains cardiovascular health: signaling pathways involved and potential therapeutics. Signal Transduct Target Ther. 2022;7(1):306. Published 2022 Sep 1.4.Li H, et al. lncExACT1 and DCHS2 Regulate Physiological and Pathological Cardiac Growth. Circulation. 2022;145(16):1218-33.
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