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重复长时间自行车运动后左心室功能和生物标记的变化结果

摘要

这项研究的目的是评估左心室（LV）功能和心脏生物标记对22天内重复长时间自行车运动产生的反应。

10名受过训练的男性自行车手（平均年龄40+5岁，最大摄氧量56+4ml·kg_1_·min_1）完成了2007年环法自行车赛的路程。

在比赛开始前，进行中，以及完成后两天，所有参与者都经过了超声心动图测试，以测定射血分率和心脏收缩（S’）、早期心脏舒张（E’）、后期心脏舒张（A’）的心肌组织速度，以及E’:

A’比率。

我们收集静脉血液样本来分析心肌肌钙蛋白I（cTnI）和B型利尿钠肽。

运用方差重复测量分析，我们探究了进行长时间运动对LV功能和心脏生物标记是否产生的累积效应。

Alpha设为0.05。

尽管射血分率（7192%vs.5994%;PB0.05）和E’:

A’比率（1.6090.15vs.1.0990.12;PB0.05）在后期阶段评估中都有所下降，但有限的证据不能表明任何一个变量在22天中持续下降。

虽然赛后的射血分率与基准线相差无几（6893%;P<0.05），E’:

A’比率却在恢复后两天中保持较低水平（1.3790.26;P<0.05）。

没有cTnI测出是在基准线水平上，B型利尿钠肽保持在正常范围内（2497pg_ml_1）。

在每次评估中至少有一名自行车手的心肌肌钙蛋白I可检测，在阶段15后60%的样本呈阳性（range0.02-0.09mg_ml_1）。

B型利尿钠肽在阶段从17后达到峰值（240+145pg_ml_1）。

结论：

重复长时间自行车运动导致LV功能急剧下降，心脏生物标记在每天运动后分散出现。

除此之外，重复运动没有任何累积效应。

心脏舒张功能的微小变化持续48小时后即恢复正常。

关键词：

组织-多普勒成像，心脏舒张和收缩功能，心肌肌钙蛋白I

Introduction

最近的一项元分析指出在进行单次长时间的体育活动后，左心室心脏舒张和收缩功能下降了（Middletonetal.,2006），而心肌肌钙蛋白T（cTnT）却升高了，这代表了典型的心肌细胞受损（Shaveetal.,2007）。

尽管单次长时间体育活动给心血管系统带来巨大的影响，其后却往往紧接着休息阶段，或者至少是放松运动。

（因此没有说服性？

）

进行重复长时间体育运动，多天内只允许有限的恢复，很可能能够表示出人类心脏能承受的生理应力上限。

然而，还没有研究提出多天体育活动对心血管造成的影响（Bonettietal.,1996;Middleton等人,2007）。

Bonettietal.,（1996）在报告中指出，对参加环意大利自行车赛的28名自行车手在比赛开始一周后，两周后，以及比赛结束时进行评估，发现其中5名产生了cTnT（第二代）。

但是由于在比赛开始前这5名选手中的3名的循环系统中已经出现了cTnT，数据分析变得使人困惑。

最近，Middleton等人,（2007）观察到在3至4天越野赛跑后心脏舒张功能有持续下降，但也表明射血分率同时累积性下降。

基于这些初步研究，我们采取高度敏感的心肌肌钙蛋白I（cTnI）来化验，运用组织多普勒成像对左心室功能提供部分评估和整体评估。

这些支持技术用于完成了2007年环法自行车赛的自行车手们，其中22天的期限内包括了20天的骑行。

基于过去有限的研究（Middletonetal.,2007），我们假设在这个运动过程中左心室舒张和收缩功能都会发生累积性下降，这也许代表累积的心肌细胞损伤（被检测到的cTnI可以表示）和其他推测的机制，如连续性的ß-肾上腺素脱敏或细胞代谢的变化。

在进行多次长时间运动后对心脏功能的变化和生物标记的显现的互补评估将有可能测出这两个现象之间的联系（Georgeetal.,2004,2005;Neilanetal.,2006;Rifai,Douglas,O’Toole,Rimm,&Ginsberg,1999）。

研究方法

参与者

10名经过训练的男性志愿者参加了这项研究（平均年龄40.0+4.5岁，身高1.79+0.09米，体重79.4+10.8千克，最大摄氧量56+4ml·kg_1_·min_1）。

所有参与者都是健康的，没有已知的或早期的心血管疾病家族病史，而且当前没有服用任何药物。

已从大学伦理委员会处获得伦理同意。

研究开始前，每个参与者都提供了书面知情同意书。

所有参与者都是受到过良好训练的有实力的自行车手，现应募于英国军队，受邀参加富加斯特别行动。

所有自行车手都有至少四年的职业自行车赛生涯。

赛前他们的周训练里程达到每周350至450千米。

研究设计

参与者都经过了赛前、比赛后期阶段和赛后心血管测试。

赛前和赛后（比赛结束后2天）评估在大学实验室里进行，包括最大摄氧量评估（V˙O2max）。

赛前准备后（伦敦，7.7km），所有自行车手重复了环法自行车赛的20个骑行阶段。

参与者在一系列地形中每天完成54km至236.5km（见表I）。

每天测量的项目有运动持续时间，本阶段的心率，阶段前期和阶段后期的体重，以及阶段前期的尿渗透压。

如果当天后勤允许（见表I），赛后评估也会包括静脉血采集样本和超声心动图扫描。

赛后评估在平坦路段阶段和多山路段阶段进行，所有测试尽可能在运动停止后最短的时间里完成（120min内）。

所有运动员在每个阶段都可以自由摄取液体和食物。

Protocols

最大摄氧量V˙O2max.运用maximalramping（起始工作负荷为130W，每3分钟增加30W）循环试验（Computrainer,Pro3D,Seattle,WA,USA）测量出来。

休息和运动中的呼气量通过在线气体分析收集OxyconPro,Viasys,Germany）。

每项试验前，气体分析器通过已知浓度气体标上刻度。

运动强度加大后最大摄氧量增长小于B2ml_kg_1_min_1将用于确定最大摄氧量。

所有参与者都达到了这些具体标准。

超声心动描记术。

左心室功能的超声心动图评估运用了带有3.5-MHz传感器和同步心电图记录的MyLabCV30（Esoate,Italy）来评估心率。

顶端二室和四室视图允许3-5个完全心动周期的数字记录，由此可以通过改进的辛普森积分法测量出左心室舒张末期容积，左心室收缩末期容积，心搏量（或者冲击容积），以及射血分率。

顶端左心室视图同时允许多普勒冲击波检测二尖瓣（主静脉瓣）流入速度以评估舒张期充盈。

测量早起充盈速度峰值（E）和晚期充盈速度峰值（A），算出早晚舒张期充盈比率（E:

A）。

此外，在同样的视图下，二尖瓣环的组织多普勒成像使记录等体积收缩峰值（IVC），收缩期心肌速度峰值（S’），舒张早期心肌速度峰值（E’），舒张后期心肌速度峰值（A’）。

算出E’:

A’比率。

另外，算出E/E’比率作为左心房压指数（Naguehetal.,1998），和LVEDV一起为预负荷提供了间接评估。

心脏生物标记。

从肘前血管收集静脉血样本（5ml），让其凝结。

用离心机分离这些样本，分离出血清并冷冻，以供随后分析。

用TnI-UltraADVIACentaurTM（SiemensMedicalSolutionsDiagnostics,Surrey,UK）化验分析心肌肌钙蛋白。

TnI-Ultra化验是一项直接运用chemiluminometric技术的三点三明治式的免疫反应。

化验变化系数在0.015mg_l_1时为20%（功能敏感度），在0.03mg_l_1时为10%。

刻度范围为0.02至50mg_l_。

99%正常的明显健康的人群的参照上限是0.04mg_l_1。

B型利尿钠肽（NT-pro-BNP）浓度由ElecsysproBNPelectrochemiluminescentimmunoassay（ECLIA）ontheRocheElecsys1010（RocheDiagnostics，分析范围为5_35000ng_l_1。

批内误差和组间差距分别为0.7-1.6%和5.3-6.6%。

每日测量。

每天用PolarTeam系统（PolarElectro,Finland），每天记录并下载心率和阶段持续时间，然后用PolarPrecision的Windows性能软件（PolarElectro,Finland）分析数据。

每天在运动阶段前和运动阶段后用标准的电子地磅监测体重（Seca880,Seca,Hamburg,Germany）。

尿渗透压每天用便携电子折射计（Osmocheck,VitechScientific,UK）,从早晨睡眠后产生的中段样品中测量出。

数据分析

描述性数据以均值—标准偏差（s）来表示，除非另有说明。

通过重复测量单向方差分析（ANOVA）和帮费罗尼前后成对比较法，比较每个阶段关于运动心率（平均和s），阶段持续时间，体重下降百分比和早晨尿渗透压的数据。

同样，通过重复测量单向方差分析（ANOVA）和帮费罗尼前后成对比较法，分析阶段前，阶段后，赛后扫描时的左心室功能和心率和NT-pro-BNP。

由于在赛前血样中没有cTnI，所以每个阶段cTnI的记录就是可观察的或“阳性的”基于测量的个体测出的cTnI的绝对浓度频率。

临界Alpha值设为0.05，所有分析均经由SPSSv14（SPSSInc.,Chicago,IL,USA）完成。

结果

每日测量

在表II中展示了每个阶段的持续时间，最大心率的平均百分比（HRmax）和早晨尿渗透压。

运动时长取决于阶段路程的长度，但是也会局部地受到地形的调节（参照阿尔卑斯和比利牛斯山阶段）。

比赛最开始平均最大心率百分比在60s中，在比赛中逐渐下降，直到在最后四个阶段中平均最大心率百分比降到50s（P<0.001）。

虽然比赛阶段对尿渗透压（P=0.019）有主要影响，前后分析没有揭示明显的成对比较结果（P=0.05）。

在阶段11早晨检测到最高渗透压（7029176Osm_kgH2O_1），在阶段18早晨检测到最低渗透压（3989165Osm_kgH2O_1）。

体重减轻总体来说很微小，但阶段之间的差距却很明显（P=0.002）。

只有阶段14记录了赛前体重减轻百分比>2%。

超声心动图数据

心率在最开始赛前扫描中为53+2beats_min_1，而在其后所有阶段扫描中都显著升高（阶段3：

68+8beats_min_1；阶段9：

73+6beats_min_1；阶段15：

61+4beats_

min_1；阶段18：

62+7beats_min_1；P<0.03）。

赛后扫描中，心率回到赛前水平（55+5beats_min_1）.。

赛前LVEDV为195+18ml，在阶段间观察到明显的主要影响（P=0.014）。

有趣的是，每个阶段LVEDV的下降比较微小，没有明显的前后成对比较的数据差异（阶段3：

188+21ml；阶段9：

181+23ml；阶段15：

179+21ml;阶段18：

182+23ml）。

赛前E/E’是5.52+0.47，尽管观察到阶段间有明显的主效应，但在赛后两天的恢复后仍没有明显的前后成对比较的数据差异（阶段35.23+0.90；阶段9：

5.99+0.79；阶段15：

5.75+0.67；阶段18：

5.25+0.58）。

收缩功能目录见表三。

LVEDV轻微下降和LVESV显著上升带来的结果是，心搏量和射血分率都较赛前评估值有明显下降，这些明显的数据变化发生在阶段9，阶段15和阶段18（P<0.004）。

阶段15射血分率下降，但射血分率和心搏量在阶段18后有少量恢复。

赛后心搏量和射血分率数据与基准线无太大差异。

在等容收缩中观察到峰值间隔墙组织速度的相似模式，尽管这个变量的简化样本的大小导致阶段间没有显著的的统计数据变化。

收缩组织速度的峰值在阶段9和阶段18较基准线显著下降。

值得一提的是，S’在赛后仍降低~10%，尽管没有显著的统计性。

经二尖瓣的多普勒和心脏舒张期组织速度的数据的变化见表四。

E和E’都观察到显著的阶段主效应（P<0.009）。

对E来说，前后成对比较没有显著的数据变化，而E’在阶段9则可见到明显的下降。

在阶段9之后E和E’达到最低，但没有数据表明在整个比赛中有累积效应。

赛后，E和E’都比阶段18稍微上升且仍低于赛前评估，尽管没有统计显著性。

在所有后阶段评估中A（阶段9,15和18）和A’（阶段3,9，15和18）都明显上升（P<0.001）。

与赛前A和A’测量值相比，赛后测量值略有上升，但并不具有统计显著性。

阶段9记录了A的最大值，在阶段15观察到A’的峰值，但在整个比赛中后期舒张功能的累积变化不明显。

经历了早期和后期trans-mitralDopplerflow和组织多普勒速度的变化后，E:

A和E’:

A’在完成比赛所有阶段后都显著下降了。

没有证据表明E:

A或E’:

A’在比赛过程中持续下降。

有趣的是，在赛后评估中E:

A和E’:

A’都保持较低水平。

心脏生物标记

赛前，没有标本对cTnI呈阳性。

比赛过程中cTnI阳性样本的相对频率见图1.阶段12（n=5）和阶段15（n=6）显示出最高阳性频率，或者说可检测的cTnI。

各阶段个体的反应见图2，值得注意的是，所有车手在整个赛程中都有至少一份阳性cTnI样品。

一名车手的11分样本中有8份为cTnI阳性。

Figure1.FrequencyofdetectablesamplesofcTnIfrompost-stagebloodsamples.

在整个赛程中观察到NT-pro-BNP的明显变化（P=0.001，见图3）。

NT-pro-BNP在阶段6达到早期峰值，在阶段18达到第二次峰值。

在阶段20，NT-pro-BNP下降到基准线。

讨论

通过记录在22天内完成的20个持续时间很长的自行车运动阶段的影响，本项研究的结果增加了我们有关长时间运动对心血管健康的影响的知识。

我们的发现表明，LV心脏收缩和舒张功能在绝大多数的评估项目中都较低，尽管占主导地位的效应模式并不是累积的。

舒张功能的有些反面在整个比赛结束2天后也没有恢复到起始水平。

虽然所有车手都出现过心脏生物标记，但反应却表明参与者之间和阶段之间有显著的不均匀性。

阶段持续时长和最大心率百分比的结果清楚地表示了运动对人类心血管系统的明显挑战。

三个独立的阶段持续时间超过11个小时，总共累积时长dau519.2小时。

除开这个挑战，车手们完成了所有比赛阶段，我们的结果显示体重减轻一般低于2%。

这些结果，连同晨间尿液渗透浓度，表明运动员们在比赛中的每个阶段前都保持着相对良好的含水状态。

每个阶段的最大心率百分比随着比赛的推进下降，在阶段16后尤其明显。

越野挑战赛过程中记录过最大心率百分比在多天耐力活动后下降了（Lucasetal.,2008）。

这种下降很可能反映了累积性疲劳和过度反应（Halsonetal.,2002），还有可能的ß-肾上腺素能受体在多因子过程中的长期抑制（Laursen&Rhodes,2001）。

心脏收缩功能，主要由射血分率（总的）和S’（部分的）表示，在阶段9之前持续下降，之后这两项水平稳定下来，有时稍有上升。

这些后期变化达到统计显著性，按绝对值计算与所观察到的单次长时间运动的变化相似（e.g.Whyteetal.,2000）。

这个比赛中射血分率和S’的持续降低的证据有限，但是和Middletonetal.,（2007）的更短期的研究（3-4天中每次4小时）结果大不相同。

这些不同可能有几个可能的原因，包括：

（a）在持续而重复进行的骑行中，LV舒张功能在连续运动日的短暂休息中恢复了；（b）阶段时长和心脏总工作量不同的组合情况，排出简单的心脏疲劳积累；（c）这两个因素同时起作用。

它指出LV舒张功能在面对这么大的运动挑战时十分强健，十分迅速地恢复，至少是部分恢复。

而且，射血分率和S’具有一致性的没有持续下降的后期数据表明这些变化的绩效和临床意义是有限的。

比赛结束后经过两天的休息射血分率和S’几乎恢复到基准水平，也与进行单次长时间运动的数据相呼应（Shaveetal.,2004;Whyteetal.,2000）。

总体和部分LV舒张功能的这些轻微降低的原因还不明了。

射血分率和S’的变化经常用来反映心肌收缩力，但我们知道射血分率在很大程度上取决于负荷。

由于心率稍有升高，LVEDV稍有下降，我们不能忽视后期评估中变化心率和射血分率预负荷所起的作用。

然而，这些变化很细微，

Figure2.IndividualcTnIconcentrationsacrossstages.

Figure3.NT-pro-BNPconcentrationfollowingeachstage（mean9s）.

*Significantlydifferentfrompre-Tourandstages9,12,and20.

**Significantlydifferentfrompre-Tourandstages2,9,12,and20.

加上体重和尿液渗透浓度的变化微小，因此不可能完全解释S’的下降。

尽管仍有所争议，但S’作为组织多普勒法，更不易受到射血分率受到的负荷带来的变化影响（Naguehetal.1998）。

之前提出的其他机制，包括心肌细胞损伤（Neilanetal.,2006）和ß-肾上腺素能受体下调（Hartetal.,2006;Scottetal.,2007;Welshetal.,2005）。

虽然我们在这里得到的数据反映了心脏压力生物标记的提高和明确的心肌细胞损伤（cTnI），cTnI观察的不定时发生性以及阶段之间和个体之间的显著差异见笑了这两个因素之间有任何联系的可能性。

ß-肾上腺素能受体下调，很有可能是由长时间运动中循环的儿茶酚胺的明显上升造成的（Sealsetal.,1988），在这里似乎更可信，但没有收集到与此现象相关的证据。

E,E’,A和A’在后期的变化导致了E:

A和E’:

A’在后期评估中的显著下降。

LV舒张功能在比赛中的变化模式与LV收缩功能的相似，因为持续性变化并不明显。

在每个后期评估中观察到的变化与之前进行单次骑行得到的评估一致（Shaveetal.,2004）。

虽然我们没有特别记录每个阶段后LV舒张功能的完全恢复，但在比赛进行过程中也没有证据表明LV舒张功能的持续下降。

这些数据与进行3或4天连续越野赛跑所记录的数据相似（Middletonetal.,

2007）。

有趣的是Middletonetal.,（2007）记录了LV舒张功能几次赛跑间隙回到基准水平。

LV舒张功能后期变化的一致性能够再次说明，这些变化如果具有临床和/或实施意义的话，其意义也是有限的。

舒张期充盈参数，像收缩功能一样，受到预负荷和心率变化的影响（Gianakki,Oxborough,&George,2008;Prasadetal.,2007）。

后期评估中，心率和LVEDV只有很小的变化，而当再次结合体重和尿液渗透浓度分析时，后期评估中预负荷和心率的变化不能解释观察到的E:

A和E’:

A’的所有变化。

对舒张功能在后期运动中的变化的其他机制所起的作用或贡献的猜测比较复杂，但系ß-肾上腺素能受体下调的作用不太可能，正如在现在和之前的研究所得到的关于心肌细胞损伤的分散数据所表示的那样（Shaveetal.,2007）。

不论这些变化反映了LV压力衰退的内咋改变是由于舒张期休息减少还是心肌僵硬，还有待后续研究。

此外，值得注意的是，E:

A，以及更显著的E’:

A’在比赛结束后2天的休息中并没有完全恢复。

这次，心率，LVEDV和E/E’与基准线并无不同，所以心率和负荷的变化不能解释这些结果。

在赛前没有探测到心肌肌钙蛋白I，这与的Bonettietal.,（1996）研究不和，但现在运动员不是顶级精英，因此他们赛前的训练量较小或许可以解释这个问题。

cTnI的不定时增长在若干阶段后可以观察到，显示出和之前单次长时间运动元分析相似的频率和浓度范围（Middletonetal.,2007）。

有几点值得注意：

（1）所有自行车手都有至少一份呈“阳性”的cTnI样本；

（2）个体反应基友明显的异质性；（3）在更长更难的阶段后没有显著的cTnI增长模式；最后（4）在比赛进行过程中阳性样本没有持续性的积累。

个体间显示出异质性，因为在比赛中四个参与者只有一份“cTnI-阳性”样本，而有一个参与者有八份“cTnI-阳性”样本（阶段2,3,7,9,12,15,17,and18）。

这个参与者在大多数阶段里的最高心率百分比高于团体平均水平，值得注意的是他是这组人中年龄最大的车手之一；然而，导致肌钙蛋白升高的明确的具体的原因还有待后续专门研究。

有证据表明心肌肌钙蛋白在运动后期的增长是适度的，而且是短期的（Neumayretal.,2001,2002;Whyteetal.,2000）。

现有同期组群中cTnI释放的数量和动力学与单次长时间自行车运动非常相似，都是轻微增长，随后清空。

虽然我们不可能评估出每次cTnI消除的确切时间进程，担忧很多次一个阶段的阳性样本随之而来的是下一个阶段的阴性样本。

这种快速释放和清空的一个可能的解释是临时膜透性，针对压力引起的超负荷发生的反应，可能与升高的氧化应激有关，正如前面提到过的（Neumayretal.,Whyteetal.,2000）。

正如LV收缩和舒张功能的数据显示的那样，血液循环中cTnI浓度，cTnI反应的个体和阶段差异，以及大多数个体cTnI的迅速清空这个情况可以表示临床和实践意义是有限的。

在最近的一项研究中，Middletonetal.,（2008）指出所有参加跑步机马拉松的参与者的多份样本中血清cTnT都有升高。

长时间自行车运动导致血液循环中出现cTnT，这是具有临床意义的，但是在没有其他标志和症状的情况下，不能理所当然地认为这是急性心肌梗塞的证据（Whyteetal.,2007）。

以往的研究表明，cTnI的出现和心脏功能在后期运动中的变化有联系（Neilanetal.,2006;Rifaietal.,1999）。

如前所述，与收缩和舒张功能相似一致性的变化比较起来，个体和阶段间的cTnI释放的差异派出了这些现象之间任何有意义的联系。

我们认为这两种变化（cTnI释放和LV的功能变化）与长时间运动是类似但分开的事件。

长时间运动后紧接着的NT-pro-BNP浓度的升高在之前有记录（Niessneretal.,2003）。

在本项研究中，自行车手在所有阶段后出现NT-pro-BNP的上升，在阶段17和阶段18后具有数据显著性。

在同一个体的不同阶段和不同个体之间观察到NT-pro-BNP高度变的化性，这与之前单次长时间运动的研究相符（Scottetal.,2009）。

NT-pro-BNP的存在可以代表对运动引发的内舒张心室压力增加的生理反应（Urhausen,Scharhag,Hermann,&Kindermann,2004），它在长时间运动中持续时间更长。

NT-pro-BNP的浓度在五个阶段后超过临床截止值（125ng_·l_1），这在临床环境中暗示着LV功能紊乱（Shaveetal.,2007）。

尽管如此，参加比赛的自行车手NT-pro-BNP的变化很可能表示，在22天中的20天里，心血管工作量增加了。

局限性

我们在所有阶段完成后没有收集到静脉血样本和超声波心电图，而且也