1.1 运动的定义和分类
Caspersen等将体育活动定义为任何由骨骼肌收缩产生的，导致能量消耗高于基础水平的身体活动。运动是一种有计划、重复、有目的的体育活动，其目的是为了改善或维持身体健康的一个或多个组成部分。运动的分类有很多种，其中一种是将运动分为动力性运动和静力性运动，动力性运动可以使运动关节处的肌肉收缩，增加骨骼肌的血液量，减少流向内脏的血液量，如跑步、游泳等。动力性运动可以激活交感神经，抑制副交感神经，导致心率、收缩压、心输出量和每搏输出量增加。静力性运动是指让肌肉持续性收缩而不改变所涉及的肌肉长度或关节运动，如举重。与动力性运动不同的是，静力性运动会对心脏和血脑屏障造成压力负荷，不利于心脏康复。此外，用于临床研究的运动干预疗法可以分为三级，低强度持续训练、中等强度连续训练和高强度间歇训练，低强度持续训练是指运动强度为小于50%峰值心率或小于50%峰值耗氧量，中等强度训练是指运动强度为50%~75%峰值心率或50%~60%峰值耗氧量，是一种强度较低、持续时间较长、无间断的训练方法，而高强度间歇训练是指运动强度为85%~95%峰值心率或80%~90%峰值耗氧量，是一种在短至中等持续时间（10s~5min）高强度的训练方法。尤其以中等强度训练和高强度间歇训练在临床康复中使用广泛。2018年美国人体育锻炼指南建议，成年人每周至少获得150min中等强度训练或者每周75min高强度间歇训练。
1.2 运动和心脏健康
有证据表明，运动对心脏健康有重要的作用。运动训练可以降低低密度脂蛋白、甘油三酯和C-反应蛋白水平，提高高密度脂蛋白水平。有证据表明，运动可以增加心输出量、每搏输出量，降低心率，此外，运动还能显著改善动脉功能，增加主动脉的顺应性和降低动脉弹性。一项meta分析结果显示，长期运动可以降低日间血压、全身血管阻力、去甲肾上腺素水平、体质量和腰围。运动也可以改善心脏内皮细胞表面的剪切应力，从而刺激内皮细胞产生一氧化碳合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）和超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase-1，SOD-1）以改善心脏功能。一项临床试验通过高敏感肌钙蛋白T（high sensitivity troponin，hs-cTnT）评估体力活动与慢性心肌损伤之间的联系，其结果显示，体力活动与慢性亚临床心肌损伤呈负相关，体力活动少的人比体力活动多的人更容易出现hs-cTnT升高。Shar-man等总结了一些运动对心脏的益处，包括运动可增强左室舒张和收缩功能、降低左室后负荷、降低血压和血糖水平、增加每搏输出量、提高心肺功能、降低去甲肾上腺素水平、增加胰岛素敏感性、减少氧化应激和提高睡眠质量等。
4.1 主要信号通路
4.1.1磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol3kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinaseB，Akt）通路
运动通过激活PI3K-Akt通路在保护心脏中发挥着重要作用。有研究显示，运动训练和PI3K含量上升能使扩张型心肌病模型小鼠存活率上升15%~20%，Weeks等的实验结果也证明了此观点，运动可以改善小鼠的心力衰竭，PI3K在运动诱导的心脏保护中起关键的作用，且组成型活性PI3K载体可以作为基因疗法来治疗心力衰竭。此外，也有观点认为，运动状态下上升的胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）可以通过调节PI3K来导致心脏生理性肥大，尽管有大量研究证明，IGF-1能用于治疗心脏病理性疾病，但运动产生的IGF-1是否能治疗心力衰竭目前还不得而知。PI3K-Akt信号通路可以进一步激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号（mammalian target of rapamycin，mTOR）。有研究显示，在生理性运动负荷下，会使Akt磷酸化，从而激活mTOR导致心脏生理性肥大，而在超负荷运动下，会导致Akt和mTOR的失活，从而导致心脏病理性肥大。
4.1.2 酪氨酸蛋白激酶（Janus kinase，JAK）/信号转导及转录激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路
许多研究发现，STAT3对心肌细胞有保护作用，可由多种因素激活，如运动。一项研究发现，运动可以通过下调心肌营养素1，继而下调白血病抑制因子受体和糖蛋白130，从而调节JAK-STAT3信号通路，来缓解心肌病理性肥大。一项临床试验结果表明，与单用辛伐他汀的慢性心力衰竭患者相比，辛伐他汀联合抗阻训练可以有效改善心脏功能，其机制可能与JAK、STAT3的表达相关。最近一项实验证明，运动训练可以通过扩增骨髓源性抑制细胞（my-eloid-derived suppressor cells，MDSCs）来预防心力衰竭，并且是通过白细胞介素10（interleukin10，IL-10）/p-STAT3/S100钙结合蛋白A9（S100A9）通路来调节MDSC，从而预防心力衰竭。Zhang等认为，运动可以通过产生运动诱导肽激活JAK2-STAT3信号通路，从而保护心脏免受缺血/再灌注损伤。
4.1.3 转化生长因子β（transform in ggrowth factor β，TGF-β）/信号转导分子（Signal transduction molecule，Smad）通路
TGF-β可介导Smad依赖性或非Smad途径驱动心肌组织的纤维化，加速心力衰竭，相关研究表明，这一过程可以被运动所抑制或者改善。Ma等研究表明，运动训练增加了成纤维细胞生长因子的表达，使TGF-β1-Smad2/3-MMP2/9信号通路失活，减轻了心肌的纤维化、氧化应激和细胞凋亡，最终改善了心肌梗死小鼠的心脏功能。Liu等构建了一种可以在大鼠中进行早期被动腿部运动的装置，其结果表明，该装置能够改善射血分数保留的心力衰竭，并且该装置的治疗可能是通过抑制TGF-β-Smad信号通路来改善心力衰竭。TGF-β-Smad信号通路也参与了运动治疗多柔比星引起的心脏功能不全，在多柔比星诱导小鼠心功能不全期间，给予小鼠跑步机运动干预，能使各种纤维化因子如TGF-β、结缔组织生长因子表达下降，最终成功预防小鼠心功能不全。
4.2 MicroRNA
microRNA是长度约为22个核苷酸的小型非编码RNA分子，在转录后调节基因表达。运动诱导产生的microRNA有助于调节心脏修复。有研究发现，游泳训练能诱导大鼠产生mir-29c，并且通过减少胶原蛋白1和3来改善心室的顺应性。也有研究发现，mir-222可以作为运动诱导小鼠心肌细胞生长和增殖的关键调节因子，可以通过抑制细胞周期抑制剂p27、蛋白激酶HIPK-1和转录抑制因子Hmbox1来改善缺血后的不良心肌重塑和心室功能障碍。运动诱导的血管生成可能与mir-126表达增加有关，并且有氧训练促进了mir-126的表达，从而直接或间接调控血管内皮细胞生长因子通路和其他血管生成途径如腺苷酸活化蛋白激酶途径来促进血管生成。然而，有些microRNA也会加速心脏纤维化和心力衰竭的发展。Dong等研究发现，给予收缩性心力衰竭的大鼠游泳训练，运动所产生的mir-21会抑制心脏成纤维细胞的凋亡，从而导致心脏肥大和心肌纤维化。
4.3 线粒体变化
线粒体功能障碍是心力衰竭的主要机制之一，而运动可以改善线粒体功能，从而治疗心力衰竭。一项研究发现，衰竭的心脏往往伴有线粒体融合、裂变和自噬通量减少的特征，在给予小鼠8周的运动锻炼后，衰竭的心脏重建了线粒体，减少了线粒体耗氧量、线粒体过氧化氢的释放，改变了钙诱导的线粒体通透性，线粒体氧化磷酸化效率提高[46]。此外，运动训练也可以防止多柔比星诱导心力衰竭的线粒体氧化损伤和功能障碍[47]，并且与热休克蛋白70无关。也有研究发现，低强度的有氧间歇训练可以通过减轻线粒体功能障碍对心肌梗死引起的心力衰竭和压力过载引起的心力衰竭的动物模型心脏功能产生积极的影响。
大量证据表明，运动可以作为一种有效的措施来预防和治疗心力衰竭，适当的运动可以改善患者的心血管功能，如增加每搏输出量、降低血压、增加毛细血管密度和增加心肺功能。步行、骑自行车、跑步机训练、太极和瑜伽等运动被推荐为预防和改善心力衰竭症状的有力手段。中等强度或者高强度的运动训练会对心力衰竭患者带来更多的益处。此外，药物与运动相结合来治疗心力衰竭会比单纯用药物治疗产生更好的效果，故心力衰竭的治疗重点应该从药物治疗转向药物治疗与运动治疗相结合，这不仅能减轻医护人员的压力，还能减少患者的经济负担，提高患者的生活质量。
