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正规的足球外围网站智库:血管对人体健身运动的适应:血流动力学刺激的作用

作者:小编时间:2022-10-23 16:38:57

这篇综述重点关注与血液通过人体动脉的运动相关的“血流动力学”力,以及反复发作性暴露于此类刺激所导致的功能和结构适应。20世纪后期发现,内皮细胞通过旁分泌转导改变动脉张力,这激发了探索血流和压力对体内血管功能和适应的直接机械效应的研究。在这篇综述中,正规的足球外围网站讨论了响应运动时出现的不同血流动力学信号的影响、这些信号之间的相互关系、在不同生理条件下表现出的适应性反应的性质,以及对人类健康的影响。运动会改变血流、管腔剪切应力、动脉压力和切向壁应力,所有这些都可以转换动脉功能、直径和壁厚的变化。由于与人类运动训练相关的反复血流动力学刺激而发生的适应性具有重要的临床意义,包括对导管动脉中的动脉粥样硬化风险、阻力血管中血压的控制、氧气输送和扩散以及微血管健康的影响.运动训练研究表明,对动脉壁健康的直接血流动力学影响有助于降低因身体活动而引起的心血管风险。由于与人类运动训练相关的反复血流动力学刺激而发生的适应性具有重要的临床意义,包括对导管动脉中的动脉粥样硬化风险、阻力血管中血压的控制、氧气输送和扩散以及微血管健康的影响.运动训练研究表明,对动脉壁健康的直接血流动力学影响有助于降低因身体活动而引起的心血管风险。由于与人类运动训练相关的反复血流动力学刺激而发生的适应性具有重要的临床意义,包括对导管动脉中的动脉粥样硬化风险、阻力血管中血压的控制、氧气输送和扩散以及微血管健康的影响.运动训练研究表明,对动脉壁健康的直接血流动力学影响有助于降低因身体活动而引起的心血管风险。


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A.运动和身体活动对心血管风险的影响

回顾性研究强烈表明,规律的体育活动与降低心血管死亡率和发病率的风险相关。前瞻性研究提供了直接证据,表明与持续不健康的男性相比,采用体育锻炼的生活方式可以延缓全因死亡率、延长寿命并将心血管死亡率风险降低42-44%。此外,PA和CV风险之间的关系呈现出曲线的剂量反应模式,随着较高活动水平的回报增加但减少。重要的是要承认,虽然健身被视为习惯性体育活动的替代指标,但这些因素在预防心血管疾病方面具有独立和重叠的作用。在患有心脏病的人中,以运动为基础的康复与降低心血管死亡率和减少住院率有关。在心血管疾病一级和二级预防的背景下,这些益处接近并可能超过与抗高血压药物或降脂药物相关的益处。事实上,元流行病学证据发现在降低死亡率方面,运动训练和当代药物干预的效果相同。


B.风险因素差距:传统风险因素并不能完全解释风险降低

直到最近,促进锻炼的基本原理和规定锻炼的方法,都是基于这样一种假设,即锻炼通过“次要”效应发挥其益处。也就是说,运动益处是通过其改变心血管风险因素、血脂、胰岛素抵抗、吸烟和肥胖的能力来判断的。事实上,将运动与CV风险因素的变化联系起来的研究报告了个体CV风险因素的显着改善,尽管与药物干预相比,这种变化的幅度通常不大。重要的是,在对传统和新的心血管风险因素进行统计校正后,运动训练的心脏保护作用仍然存在。28、159。_莫拉正规的足球外围网站评估了27,055名女性因体育活动导致CV风险因素的变化对CVD发生的影响,并报告说,既定的和新的风险因素仅解释了运动的部分有益影响关于心血管疾病风险。其他人报告说,心血管风险因素仅解释了运动训练的心脏保护益处的27-41%。因此,运动对CV风险的有益影响超过了仅CV风险因素变化的预期:在解释运动对人类的益处方面存在风险因素差距。


运动通过重复暴露于血液动力学刺激的影响对脉管系统产生直接影响。因此,运动会导致血管壁的功能和结构适应,从而为上述风险因素差距提供合理的贡献。流动介导的扩张是一种经过验证的CV健康和疾病风险的替代指标,可以在CV风险因素没有变化的情况下通过运动训练来改善,强化概念锻炼通过与传统风险因素不同的影响发挥了一些好处。这一主张得到了上述流行病学证据的支持,即运动对CV终点的50%或更多的有益影响不能通过风险因素修正来解释。尽管存在其他解释,包括调节自主神经张力,但有充分的基础认为运动引起的血流动力学变化会引起血管功能和结构的抗动脉粥样硬化适应,从而有助于运动对心血管的益处训练。


C.血流动力学对血管健康的直接影响作用的证据

19世纪末,Thoma在对鸡胚的观察中指出,在血流较快的血管中形成了许多分支,而在血流较慢的血管中则没有出现分支。这一早期观察表明,广泛定义为与流动血液相关的机械力的血流动力学力对脉管系统的适应很重要。最近,内皮成为研究的焦点,因为它在流动的血液和动脉壁之间的战略位置以及在动脉粥样硬化的进展和发展中的关键作用。现在可以理解,血管适应依赖于完整的功能性内皮细胞并且血流动力学刺激通过内皮细胞信号转导诱导动脉壁的功能和结构变化。


D.血管适应训练的综合方面

克劳森近40年前在该杂志上指出,运动训练可提高最大运动期间的摄氧量和心输出量,而平均动脉压不受影响。这些发现推断,运动训练导致的心输出量增加是由血管电导的相应增加来调节的,后者由导管、阻力和微血管的功能和/或结构适应介导。脉管系统的变化与静息和次极量运动期间心脏后负荷的降低有关,从而增强心室功能和心肌需氧量。这种综合生理学观点强调了脉管系统变化对运动训练的反应所起的关键作用。


二、哪些血流动力学力与脉管系统相关?

A.压力效应

运动增加收缩压,而舒张压保持在静息水平或可能降低。随着动脉压力波的传播,由于节段动脉顺应性和压力波谐波之间的相互作用,脉压会发生变化,因此外周动脉中的收缩压和舒张压可能与在主动脉中测量的那些显着不同。


血压至少可以通过两种方式影响血管细胞。首先,细胞培养实验表明,内皮细胞暴露于压力会影响其生长速度;与无压力相比,20-100mmHg的压力会增加生长。其次,压力使动脉扩张,从而拉伸血管壁中的血管细胞。因为动脉是顺应性的,压力的变化因此会产生周向应力。由于动脉血压的脉动性,这种周向应变会导致循环周向应变。


1.内皮循环周向应变的检测响应循环周向应变,内皮细胞在形态学上响应垂直于力矢量的细胞排列,随后是表型变化。内皮识别和转导机械刺激的机制涉及各种信号系统。这种复杂的机械传感器系统将机械刺激转化为化学信号,从而导致细胞内信号级联的激活。图2。后者可以改变转录因子和调节内皮细胞和平滑肌细胞命运的基因的激活,即增殖、迁移和/或凋亡。在这个过程中,循环周向应变最终会改变基质蛋白[即金属蛋白酶],它们会影响细胞外基质的成分,但也会影响非基质底物。

2.循环周向应变模式的相关性使动脉扩张和跨壁压增加的动脉压增加也会导致内皮细胞的循环周向应变增加。由于血管平滑肌松弛,循环周向应变也会增加,这会引起血管舒张和内皮细胞衬里的拉伸。图2。内皮细胞在体内经历整个心动周期的循环周向应变。在人类中,使用MRI测量了主动脉中的循环周向应变,峰值应变出现在峰值流量之后。在运动过程中,由于心率和收缩压的增加,主动脉扩张增加。据报道,增加暴露于循环周向应变会改变血管细胞基因表达,例如内皮依赖性扩张器通路、内皮一氧化氮合酶和内皮衍生的超极化因子合酶的表达/活性增加,以及增加活性氧的释放、细胞间粘附分子、选择素和单核细胞趋化蛋白1等粘附分子的表达。与这些观察结果一致,慢性血压升高与内皮功能受损和动脉粥样硬化进展有关。

循环周向应变的影响是复杂多变的。因为循环周向应变可以对内皮细胞基因表达产生直接影响,但也会增加超氧化物、其他形式的ROS和粘附分子,因此不容易预测拉伸对基因表达的直接影响。循环周向应变产生的ROS可能间接改变血管细胞表型。增加的循环周向应变对内皮细胞的主要影响似乎是促动脉粥样硬化的,即使单独eNOS表达的变化将是抗动脉粥样硬化的。循环周向应变增加的促动脉粥样硬化作用可能被解释为增加的ROS产生和粘附分子的表达超过了eNOS表达增加的影响。增加的eNOS表达虽然不足以保持功能,但可以补偿由超氧化物和其他ROS引起的生物活性一氧化氮的损失。虽然运动回合的持续时间通常小于2小时,但许多关于循环周向应变对内皮细胞表型影响的研究都使用24小时/天暴露于类似水平的压力。这些数据表明,循环周向应变的变化模式是相关的,因为与运动发作相关的血压和ROS的短暂增加可能会增加eNOS表达和运动的其他有益效果,而血压的慢性增加可能会长期升高ROS,造成适应不良。


很明显,周向应变可以通过拉伸对这些细胞的影响来影响血管平滑肌细胞表型。虽然不是本次评测的重点,图2说明了运动对血管平滑肌细胞的许多已知影响。平滑肌中经典的压力诱导的肌源性反应是由阳离子通道激活引起的拉伸诱导的去极化引发的。这种去极化通过Cav1.2和随后的Ca诱导的收缩激活Ca2+流入。此外,拉伸和Ca2+均激活BK通道,而去极化激活Kv通道以负反馈方式超极化和限制去极化。除收缩外,最终结果是主要的Cav1.2介导的钙内流,它增加了平滑肌特异性基因的表达,例如平滑肌特异性肌球蛋白重链和平滑肌α肌动蛋白。驱动平滑肌特异性基因表达的转录因子、心肌素和较小程度的MEF,也因压力诱导的Ca内流而增加。已知压力/拉伸可调节结缔组织生长因子、胶原蛋白和纤连蛋白的平滑肌合成,表明压力可通过平滑肌影响血管壁基质组成。正如其他地方强调的那样,Folkow及其同事的开创性研究推断,动脉壁厚度的变化会加剧对体内动脉压的影响。


B.内皮剪切应力

1933年Schretzenmayr将猫的股动脉暴露于通过刺激后腿运动神经来增加血流量,并观察到股动脉直径逐渐增加。这可能是第一个证明导管动脉能够对循环血液施加的力作出反应的研究。内皮细胞在“检测”流量变化及其产生血管活性第二信使中的作用是后来才认识到的。


1975年Rodbard发表了一篇关于内皮换能器功能的先见之明。他提出了四个步骤,从内皮暴露于粘性阻力增加或“剪切应力”开始。任何增加这种阻力的流量随后都会触发急性扩张,这是一种功能变化,往往会改变剪切力的初始增加。当暴露于流动和剪切的长时间变化时,可能会发生血管重塑,从而通过结构性动脉改变使局部阻力恢复正常。1980年Furchgott发表了他著名的实验,该实验为内皮在通过释放血管扩张物质EDRF介导响应乙酰胆碱的血管舒张中的重要性提供了证据。这种自然这篇论文之前有另一篇文章,它观察到血管扩张剂前列腺素是由内皮产生的,尽管后来证明了剪切应力在这个转导过程中的作用。


1980年代早期的研究为Rodbard的假设提供了实验证据,即流量增加引起动脉扩张,最有可能是通过从内皮释放扩张器信号。波尔正规的足球外围网站进行了一系列实验,他们证明在体内输注乙酰胆碱和增加动脉流量会引起非常相似的扩张,而机械去除内皮层会消除这些反应。图4。同年Rubanyi正规的足球外围网站增强了流量增加诱导内皮依赖性扩张的能力,并且还发现,除了前列环素外,流量还会触发另一种松弛物质的释放,以介导血管舒张。随后,Berdeaux正规的足球外围网站表明,在机械内皮剥脱后,犬心外膜冠状动脉的运动强度依赖性血管舒张转化为血管收缩。总之,这些研究进一步证明了内皮功能完整性在动脉直径综合控制中的重要性,假设内皮可以防止运动期间释放的儿茶酚胺的血管收缩作用。


1989年两项以人体为基础的研究报告称,前臂周围的远端袖带放气导致肱动脉流量增加,随后出现剂量依赖性的动脉扩张。这些观察结果促使引入“流动介导的扩张”方法作为人体内皮依赖性血管舒张的体内生物测定。这种无创方法使用前臂5分钟的袖带闭塞来诱导肱动脉中增加的剪切应力和随之而来的扩张,通过无创高分辨率超声进行量化。人体数据支持肱FMD的内皮和NO依赖性,并且在体内内皮剥脱后,桡动脉FMD显着降低。61。


内皮在介导结构性动脉适应中也是必不可少的。观察到颈总动脉尺寸随着血流的慢性减少而减小,而当内皮被切除时,这种适应就消失了。随后的一项研究进一步探讨了内皮衍生的NO在直径适应性变化中的作用。动静脉瘘使流经颈动脉的血流量长期增加,导致直径增加。然而,NO合成被药理学阻断的动物表现出颈动脉直径的适应减弱。这些发现表明,内皮细胞通过NO依赖性途径,在响应于剪切应力增加的血管直径重塑中发挥作用。


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1.内皮对剪切应力的检测内皮腔表面的机械传导通过离子通道、细胞膜受体、G蛋白、小窝和质膜的剪切应力检测启动脂质双分子层。此外,管腔内衬着糖萼,这是一种糖蛋白-多糖结构,专门负责剪切应力诱导的NO产生。有证据表明,原发性纤毛与剪切应力介导的NO产生有关,并且还提出剪切力可通过内皮细胞的细胞骨架检测,主要是通过其与整合素的连接。和机械感觉复合物。对于涉及多种不同类型的机械转导的可能解释是,与压力相比,剪切应力是一种相对较弱的力。因此,似乎需要高度敏感的机制来感知剪切应力,包括检测复杂的剪切模式。


2.剪切模式的相关性

A相关研究。1969年卡罗正规的足球外围网站研究了腹腔、肠系膜和肾动脉中低剪切区域和高剪切区域和分支点的动脉粥样硬化发生率。他们发现,相对于高剪切区域,低剪切区域显示出更大的动脉粥样硬化病变负担。作者提出,局部血流动力学在动脉粥样硬化疾病的病因学中起重要作用。与本综述相关的是Caro正规的足球外围网站可能是第一个明确表示“涉及增加心输出量的体育锻炼,从而增加剪切率,可能会延缓动脉粥样硬化的发展。”沿着这些思路,死后人类颈动脉标本在血管外壁表现出最大的动脉粥样硬化负担,该区域受到低水平的剪切应力和大量的流动逆转。对大型动物的研究也支持动脉粥样硬化优先在脉管系统的易感区域发展的观点。事实上,猪冠状动脉和外周导管动脉中存在几何不规则部位的低剪切和振荡剪切区域,这些区域很容易发生动脉粥样硬化。___此外,最近在家族性高胆固醇血症的猪模型中报道,主动脉的远端部分在血流分布紊乱的情况下,相对于降主动脉的近端部分呈现出大约三倍的动脉粥样硬化负荷水平,这是暴露于更多的单向流。

B体外研究。复杂的机械转导和信号传导机制共同作用以改变内皮基因的表达和功能,而适应取决于剪切应力刺激的特征。最初的体外研究表明,振荡剪切可促进内皮细胞炎症、活化和异常排列,而层流剪切可减少炎症相关事件,例如白细胞-内皮粘附。使用尖端技术,最近的研究表明,与暴露于受保护区域特征模式的细胞相比,在受剪切模式复制的内皮细胞中,促动脉粥样硬化基因的表达增加。促动脉粥样硬化剪切模式诱导产生NADPH氧化酶和线粒体衍生的超氧自由基,增加内皮素-1的产生,并上调VCAM-1和ICAM-1,动脉粥样硬化发展中的所有关键早期事件。

对孤立和加压动脉的研究也支持剪切应力模式在调节血管健康中的作用。例如,暴露于高流量和剪切应力4小时的分离的大鼠比目鱼肌饲料动脉表现出增加的eNOSmRNA表达和增强的内皮依赖性扩张。相反,将大鼠颈动脉暴露在低水平的剪切应力下4小时会促进粘附分子如ICAM-1和VCAM-1的上调。其他人已经表明,经过3天的振荡剪切的猪颈动脉表现出明显的内皮依赖性血管舒张功能受损,这种效应伴随着eNOSmRNA和蛋白质表达减少。此外,有证据表明,由于超氧化物的产生增加,一种已知的动脉粥样硬化分子介质,流动逆转显着降低了分离的猪股动脉中的NO生物利用度。NADPH氧化酶似乎是孤立动脉中逆行血流诱导的ROS生成的主要来源。总之,来自体外细胞培养和分离血管制剂的数据有力地支持了这样一种观点,即受干扰的剪切应力模式会刺激促动脉粥样硬化内皮细胞表型。


C体内研究。数据表明,受干扰的剪切应力分布会产生有害的血管效应,也可以从动物体内研究中获得。部分颈动脉结扎模型为体内研究受干扰的剪切应力分布提供了一个有价值的实验模型。由于除了一个远端分支之外的所有分支都结扎,以及随之而来的下游血管阻力增加,颈动脉的近端部分长期暴露于受干扰的血流中。该模型导致正常小鼠内2周内白细胞浸润和平滑肌增殖以及ApoE-/-小鼠的内皮功能障碍和晚期动脉粥样硬化病变内壁显着增厚。。这些功能改变之前是快速的分子表型变化。在这方面,超过500个基因的表达在连接后的2天内发生了改变。该实验模型提供了与受干扰的剪切应力引起的动脉粥样硬化的潜在机制相关的大量见解。据报道,在血流紊乱引起的动脉粥样硬化的开始和进展过程中,白细胞会迅速积聚到动脉壁中。此外,eNOS解偶联、NADPH氧化酶衍生的超氧自由基、纤连蛋白聚合、白细胞介素-17信号传导和粘附分子如PECAM-1都参与了小鼠颈动脉部分结扎引起的动脉粥样硬化的发展。值得注意的是,部分结扎模型叠加到肥胖和肾血管性高血压模型的研究表明,当伴有心血管危险因素时,受干扰的剪切应力的促动脉粥样硬化作用可能更加突出。

C.血流动力学相互作用的重要性

运动对血流动力学有复杂的影响,导致血流和剪切应力增加,压力和流量的脉动变化频率增加,以及动脉收缩压和脉压增加。运动的这些复杂的血流动力学效应可促成促动脉粥样硬化血管表型的表达,尤其是当血流动力学不同步时。丹库正规的足球外围网站表明,与异步变化的影响相比,直径、流量和血压的同步脉动变化对衬有内皮的硅管有不同的影响。当流量、心率和压力具有相同的时间过程,即峰值压力、峰值流量和峰值直径几乎同时出现时,存在同步的血流动力学。同步血流动力学常见于主动脉,而异步血流动力学常见于冠状动脉。事实上,在早期舒张期观察到峰值冠状动脉流量,此时压力和冠状动脉直径较低。因此,冠状动脉的非同步血流动力学是正常的。当更详细地检查在硅管中培养的内皮细胞中压力、管径和基因表达的同步和异步变化时,结果表明剪切应力和周向应变的异步脉动导致eNOS表达降低,但ET-1表达增加内皮细胞。因此,冠状动脉暴露于异步血流动力学的事实可以部分解释这些动脉发生动脉粥样硬化的倾向。然而,在运动过程中,冠状动脉血流在收缩期和舒张期都随着正向流动而搏动。运动引起的剪切应力和血流量增加相对较大,加上收缩压和非振荡性冠状动脉血流的小幅增加,导致净抗动脉粥样硬化信号。


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三、人体急性运动期间的血流动力学刺激


A.运动对血流动力学的影响

1.灌注活动区域的血管区域的剪切应力运动开始时,活动区域的血流和剪切应力以运动强度依赖性方式显着增加,以满足增加的代谢需求。例如,握力运动会引起血压和心输出量的微小变化,引起大的充血反应,这表明下游阻力血管的血管舒张是握力运动期间血流量增加的主要原因。下肢运动涉及更大的肌肉体积并因此增加血压和心输出量,这与股动脉血流量的增加有关,这是由于下游阻力血管扩张的变化与中心驱动压力的增加相一致。对导致运动性高血症的局部血管扩张机制的研究普遍发现血管扩张机制存在冗余,这意味着阻断单一途径不会严重损害运动性充血。这种冗余确保了流向运动肌肉的血流得到高度保护,即使在关键血管扩张剂通路不存在或存在减弱的情况下也是如此。因此,局部血管扩张机制以及动脉压和心输出量的增加有助于运动充血,导致运动期间活动区域的剪切应力显着增加。

虽然大量研究探索了运动充血机制,但很少关注运动对血流模式和剪切应力的影响。这可能与当代技术相关的技术困难和限制有关,以有效评估身体活动肢体的剪切应力模式,例如骑自行车或跑步运动期间的下肢。然而,一些研究已经检查了局部握力运动期间的肱动脉剪切应力模式。与采用技术评估大量血流的研究一致,Green正规的足球外围网站发现肱动脉血流量和剪切率随着健康受试者的手握运动水平的增加而增加。在握力练习中观察到顺行剪切的强度依赖增加,而逆行剪切速率可忽略不计。本研究还探讨了NO在增量握力运动中的作用。与运动性充血期间冗余和阻滞效应的观察结果大体一致,在增加握力运动期间,肱动脉的血流和剪切速率模式在NO合酶阻滞剂存在下略有改变。这些数据表明,对活动肢体的平均剪切率的增加主要是通过增加顺行剪切率来介导的,逆行剪切率的变化可以忽略不计,而NO不是必须调解剪切模式的这些变化。


握力运动引起的顺行剪切增加并不稳定,而是由高度波动的顺行剪切模式组成,至少部分是由肌肉收缩引起的。图5。以前的工作研究了与逐渐升高的剪切应力相比,这种剪切应力的波动模式是否会影响动脉扩张的能力。结果表明,当与平均剪切相匹配时,在握力运动和加热期间实现了相当的导管动脉扩张。这表明肌肉收缩本身对于剪切对导管动脉扩张的影响并不是强制性的。


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