临床机制和意义

运动试验是冠心病负荷试验中最常用的一种检查方法，也是目前诊断冠心病最常用的一种辅助手段。许多冠心病患者，尽管冠状动脉扩张的最大储备能力已下降，通常静息时冠状动脉血流量尚可维持正常，而无心肌缺血现象，心电图、ECT显像可以完全正常。为揭示已减少或相对固定的冠状动脉血流量，可通过运动或其他方法给心脏以负荷，增加心肌耗氧量，诱发心肌缺血，辅助临床对心肌缺血作出诊断。运动试验对缺血性心脏病的应用价值如下：①协助确诊冠心病，并对无症状者筛选有无隐性冠心病；②估计冠状动脉狭窄的严重程度，筛选高危病人以便进行手术治疗；③测定冠心病病人心脏功能和运动耐量，以便客观地安排病人的活动范围和劳动强度，为康复锻炼提供可靠的依据；④观察冠心病患者治疗（药物或手术）的效果。尽管常规的运动试验可以帮助诊断冠心病，判断预后，但近期的研究发现，大量的长时间运动后，健康的个体也会出现伴随生物标记物、尤其是肌钙蛋白（cardiac troponin，cTn）升高的心肌损伤。

cTn是具有心肌特异性的生物标记物，对急性冠脉综合征（ACS）的诊断具有高度的特异性与敏感性。而无冠心病的患者，在做运动试验时，也可出现cTn的明显升高。甚至轻微的cTn的升高也提示相关疾病的预后变差。尽管运动后cTn的升高有可能导致临床症状及不必要的住院治疗和临床检查费用，但目前的众多研究并未就运动相关的cTn升高机制和意义达成共识。本篇就cTn的生化特征及运动相关的cTn升高机制进行阐述，结合相关的研究，以表述运动相关的cTn升高之意义。

一、肌钙蛋白（Tn）的生物学特征及释放规律

肌钙蛋白（troponin，Tn）是与心肌和骨骼肌收缩有关的调节蛋白，调节肌肉的收缩和舒张。肌钙蛋白是骨骼肌的结构蛋白，存在于肌原纤维的细丝中。肌纤维是由平行的粗丝和细丝组成的网状组织。粗丝是肌球蛋白聚合体，细丝由肌动蛋白（actin）、原肌球蛋白（tropomyosin）和肌钙蛋白（troponin，Tn）等3种主要成分组成。肌钙蛋白是参与肌肉收缩的重要调节蛋白，分别由源于不同基因的3个亚基组成：肌钙蛋白C（TnC）、肌钙蛋白T（TnT）和肌钙蛋白I（TnI）。肌钙蛋白复合物构成见图16-1。TnC是肌钙蛋白的Ca2＋结合亚基，相对分子质量18 000kD。每分子TnC结合两个Ca2＋。骨骼肌和心肌中的TnC是相同的。TnI是肌动蛋白抑制亚基，相对分子质量24 000kD，有3种亚型：快骨骼肌亚型、慢骨骼肌亚型和心肌亚型（cTnI），分别源于3种不同的基因。cTnI相对两种骨骼肌亚型（sTnI）约有40%的不同源性。人的cTnI氨基末端比sTnI多31个氨基酸残基，这种独特的氨基酸顺序使之具有较高的心肌特异性。TnT是原肌球蛋白结合亚基，相对分子质量37 000kD，也有3种亚型：快骨骼肌亚型、慢骨骼肌亚型和心肌亚型（cTnT）。它们在骨骼肌或心肌中的表达分别受不同的基因调控。在Ca2＋存在的情况下，TnC与Ca2＋结合后构型发生变化，与TnI的结合增强。肌原纤维（myofibrils）、肌动蛋白（actin）、肌球蛋白（myosin）及肌钙蛋白（troponin）的模式图见图16-2。

图16-1　肌钙蛋白复合物构成图

图16-2　肌原纤维、肌动蛋白、肌球蛋白、肌钙蛋白模式图

心肌细胞胞质游离cTnI只占4.1%，大部分cTnI与肌钙蛋白T及C亚单位结合在一起以复合体的形式存在。当心肌因缺血、缺氧而发生变化性和坏死时，游离于胞质内的cTnI可迅速透过受损细胞膜进入细胞间质，随之进入血管和淋巴管内，血清水平于3～5h内升高；而结合的cTnI由于分子质量相对较大，延迟透出胞膜进入血流，其肌原纤维不断崩解破坏并逐渐分解出cTnI，血清水平于15～24h达高峰，5～20d后降至正常。心肌细胞内游离于胞质的cTnT约5%，约95%的cTnT结合于肌钙蛋白－原肌球蛋白复合物中。在心肌细胞膜的完整性被破坏，游离的cTnT首先释放入血液中，构成短暂而迅速的升高；如发生严重心肌细胞损伤，结合部分的cTnT继续从细肌丝上降解下来，导致血清cTnT持续性升高。在这个过程中，可形成2个高峰，一般于2～4h内血中cTnT开始上升，于第22h左右形成第1个高峰，然后缓慢下降，第2～5天出现第2个高峰，持续半个月左右后降至正常。通过免疫组化和生化技术，用MabZB1.9（对cTnI有特异性）或3C5.10（与所有TnI反应），检测了在不同人类肌肉组织中cTn1的表达，结果显示，在发育期骨骼肌（胎儿和新生儿）或再生骨骼肌（多发性肌炎或杜氏肌营养不良）中均未被检测到TnI。所以目前cTnI认为是最具心脏特异性的心肌损伤指标，唯一不足的是cTnI在心肌损伤早期不够敏感。

二、血清cTn的测定

cTn的ELISA分析法最早于1989年报道。第一代cTnT ELISA分析法商品化试剂盒1992年进入市场，使用两种肌钙蛋白T物质的单克隆抗体－心肌肌钙蛋白T特异抗体M7为捕捉抗体，和肌钙蛋白T特异抗体IBIO作为标记抗体，使cTnT的敏感性较最早的ELISA分析法高5倍，但cTnT对患有严重骨骼肌损伤的病人会产生假阳性。1997年第二代cTnT ELISA分析法商品化试剂问世，使用高度心肌特异的抗体M11.7取代了cTnT1与骨骼肌有交叉反应的抗体IBIO。与cTnT1相比较，cTnT2具有相同的诊断敏感性和更高的心肌特异性，分析时间由原来的90min降低到45min而不影响分析的准确性和临床特异性。目前，第三代cTnT分析法生产的试剂也已上市，它运用重组人基因技术代替cTnT2的牛血清，在增加特异性和灵敏度的同时，测定的线性范围达25μg／L，分析时间缩短到＜20min。由于市场上销售的cTnT或CTnI试剂盒专利属一家公司，因此不存在标准化问题。

三、血清cTn的临床应用

1999年，美国临床生化科学院（NACB）关于在冠状动脉疾病时心肌标志物应用建议提出：cTnT或cTnI是用以诊断心肌梗死和心肌细胞损伤的新的标志物，可以代替CK-MB；在心脏疾病的诊断中不再应用LDH及其同工酶或α-HBDH测定。目前，AMI诊断主要采用两类生化标志物：一是早期标志物（症状出现后6h内血中就有增高），如肌红蛋白（发病后2h即出现异常增高），但其心脏特异性不高。CK-MB也可作为早期标志物，尤其是急性心肌梗死近期发生再梗死时的诊断。另一类确定诊断标志物（发病后6～9h血中出现增高并持续数天，对心肌损伤的敏感性和特异性都较高），心肌肌钙蛋白在发病后出现较早（3～6h），并可持续2周，是目前诊断AMI较好的确诊标志物。随着心肌损伤生化标志物的深入研究，2000年ACC／AHA和ESC发表了关于急性心肌梗死新定义的共识，即强调心肌坏死标志物的升高和降低。急性冠脉综合征的分型也是在心肌坏死标志物的基础上产生的，传统的不稳定型心绞痛（UA）患者中很大一部分依据心肌损伤标志物可诊断非ST段抬高心肌梗死（NSTEMI），早期积极的药物和介入治疗能使这些患者获益更多。尽管肌红蛋白、CK-MB和cTn等均没有达到理想的标志物要求，但cTn是目前判断心肌损伤最好的检测项目之一。对于胸痛患者，肌钙蛋白I／T、肌红蛋白和（或）肌酸激酶联合检测可以发现心肌坏死及除外心肌梗死。如症状发作3～6h，肌红蛋白优于肌钙蛋白和肌酸激酶，其阴性预测值最大为89%。症状发作7h后肌钙蛋白和CK优于肌红蛋白，而肌钙蛋白敏感性和特异性更高。ESC 2002年的胸痛指南推荐生化标志物尤其是肌钙蛋白联合CK-MB作为评价胸痛的常规检查。在症状、体检、心电图等基础上，心肌坏死标志物还可用于冠心病的危险分层并指导治疗，伴有TNI升高（TNT≥0.1μg／L）的不稳定型心绞痛患者，3个月的病死率和再梗死率明显升高且早期积极的血供重建治疗获益更多。心肌标志物的连续监测还能定量心肌梗死的面积并提供预后。

中华医学会检验学会文件建议将心脏肌钙蛋白（cTnT或cTnI）取代CK-MB作为检出心肌损伤的“金标准”，并认为应对心脏肌钙蛋白（cTnT或cTnI）设立一个临床决定限，超过较低的决定限说明存在心肌损伤，超过较高的决定限说明患者可按WHO标准诊断为MI（心肌梗死）。

四、运动所致生物标记物升高的研究

目前，国内外对心肌肌钙蛋白在运动训练和比赛中的运用开展了一些研究。王晨等对平时医务监督工作中CK较高的运动员同时进行肌钙蛋白T（cTnT）的检测，得出在运动训练中，CK及CK-MB活性的变化仅仅只能作为评定骨骼肌微细损伤及其适应与恢复的重要敏感的生化指标，而对判断是否存在心肌的损伤必须做进一步cTnT指标检测的结论。孟永霞等通过对新兵3km运动前后的心肌肌钙蛋白I（cTnI）、心钠素（ANP）和血管紧张素Ⅱ（ANⅡ）水平的检测，试图了解运动对新兵心肌有无损伤及某些内分泌激素水平的影响，发现新兵3km运动后有部分出现一过性肌钙蛋白升高，但认为这样的运动强度不会对心肌细胞造成严重损伤，血浆ANP及ANⅡ水平的升高，使机体的反应能力增强，说明目前的运动强度可使新兵获得最佳训练效果。张冰等通过模拟不同海拔高原训练大鼠心脏肌钙蛋白T的变化，发现高原训练都可引起血清cTnT含量升高，并以海拔4000m最为显著，而递增缺氧训练可有效减轻cTnT含量的升高。蒋丹等研究发现高水平男子皮艇运动员在2周大负荷训练结束后，血清心肌肌钙蛋白浓度同训练开始前比较显著增高，有显著性差异（P＜0.01），并超出正常范围。4周大负荷训练结束后与前一阶段比较，显著下降且恢复到起始浓度水平。而一般运动员在训练各阶段血清cTnT浓度呈上升趋势，各阶段之间比较有显著性差异（P＜0.01），并在第4周出现个别队员cTnT值超出心肌损伤界限值，虽心电图未发现明显缺血性改变，并在第6周调整后，cTnT值下降为低于心肌损伤界线值。

刘凌通过联合测试血清中BNP和cTnT浓度变化，试图评价超长时运动负荷对心脏的影响，发现超长时运动负荷能明显增加血清中BNP和cTnT含量，并认为两者增加是由于心肌受损和心功能失调所造成。并且，通过对运动员大量周训练中血清cTnT浓度变化的检测，作者明确大量周训练中心肌损伤存在，但多为可复性。郭玮等研究提示肌钙蛋白T心肌亚型可能成为骨骼肌损伤患者出现心肌损伤时诊断的较好标志物。Rifai通过对夏威夷“铁人三项”赛选手连续两年的心脏功能评定，发现运动训练中的血清cTnT含量存在3种情况：阴性、适度增长、阳性，认为血清中cTnT含量和运动时间存在相应的反向关系。Takada等让健康人进行100km的马拉松运动，发现血浆ANP及BNP明显上升，并与肌钙蛋白的增加密切相关，并且认为血清cTnT浓度和运动强度存在正比关系，cTnT可作为心脏运动强度的评定指标。Pawson在短时高强度的训练中并没检测到cTnT。Pawson等在对血清cTnT含量与静息时心功能关系的研究中还发现血清cTnT含量与左心室节段运动异常数目上存在正相关性，与射血分数之间存在负相关性，因此cTnT可作为心功能参考指标。部分国内学者研究还发现在海拔4700m的地区健康男性血清肌钙蛋白T心肌亚型测定明显高于正常人参考值，提示在高原低氧环境中，健康人群的心肌细胞存在一定程度损伤。Markus等发现部分马拉松“铁人三项”和“半铁人三项”运动员运动后cTnT异常升高，认为可能存在心肌损伤，原因可能是由于心肌顿挫引起。Shave在研究7名女运动员2d山区马拉松赛时，发现有2名在赛后2d内仍有cTnT异常增高，怀疑存在心肌坏死，但机制不明确。另外，也有实验显示大强度耐力运动后cTnT尚在正常范围。

多项研究发现肌钙蛋白升高往往发生在要求参与者保持有较高的心排血量、心率、血压达数个小时的、竞争激烈的田径赛事中。这些运动持续增加心肌负荷，伴随着长时间生理环境改变（如活性氧升高，pH改变，细胞温度增加），有可能对心肌细胞造成损害。马拉松运动、竞走、“铁人三项”和自行车场地赛等研究证实了上述假设。

少数的研究报道称未发现运动后出现明显的肌钙蛋白的升高，但是大多数的研究证实运动后出现明显的肌钙蛋白的升高。观察发现与运动有关的肌钙蛋白的升高，大多数发生在长时间的运动中，但是患病率、肌钙蛋白的血清浓度变化增加了这些情况的不确定性。可能的解释包括研究对象的基线水平、运动的类别与时间、阳性结果所用的时间、肌钙蛋白测定方法以及仅报道阳性阴性缺乏准确数据的肌钙蛋白报告结果等。最近的一项随机双盲研究证实，运动的强度和时间是运动肌钙蛋白升高的重要决定因素，但该研究结果需要实验室分析证实。

五、运动有关cTn升高的可能机制

心肌细胞损伤（myocardium damage／injury）包括心肌细胞的不可逆性坏死与可逆性严重缺血两种类型。依据目前的研究进展，大多数学者推测，长时间运动所致的血清cTn的升高反映了一定程度的心肌细胞受损，而争论的焦点是这种损伤的性质和长期的临床病理意义。

对此有着两种不同的学术观点。一种观点认为，运动所致的血清cTn的升高肯定反映了心肌细胞的损伤，而至关重要的问题是这种损伤是可逆性还是不可逆性。尽管损伤机制可推测为单纯的心肌细胞内胞质游离cTn的跨膜释出，但仍缺乏直接的实验证据。因此，只要运动引起cTn释放的临床病理意义没有定论，此现象应考虑心肌亚临床损伤（subclinical myocardial damage）的生化证据。进而，一些研究者提出，运动员的血液cTn的升高很可能预示着心脏病发作的危险性升高，同时另有研究提示剧烈运动后继发的凝血与纤溶失衡（凝血增强）也可增加急性心肌梗死危险，综合上述两种情况，许多谨慎的心血管内科医师建议对耐力性运动员可实施药物干预（如低分子肝素），特别是高原暴露时。然而，而另一些学者并不同意，认为可能过高评价了运动员cTn升高的病理意义。血清cTn的阳性并无显著的临床意义，因为运动员运动后血清cTn的升高幅度并不高，且大部分在24h内恢复正常，进而运动员运动后所出现的心功能降低也短暂的。鉴于目前实验观察到的绝大多数运动员运动后血清cTn阳性并未出现急性冠状动脉综合征的其他证据，因此较为一致的观点是，运动后血清cTn阳性应反是亚临床心肌损伤或心肌微损伤。

2004年奥地利学者Koller提出，急性长时间运动所致的心肌微损伤可能是长期耐力运动训练过程中的适应性反应。Koller主要的理论基础为2003年Beltrami等发表于《Cell》杂志的一项研究，其实验显示在生理及病理状况下，成熟的心肌细胞可能具有自我修复的能力。Lin-c-kitPOS细胞具有心肌干细胞特征，当其被注入缺血的心脏，这些细胞或其同源的子代可重建受损细胞，组成70%的心室。如同脑组织一样，心肌主要由终末分化细胞组成，但因含有干细胞支持其再生，提示心肌并不是终末分化组织。因此，Koller认为，结合其他的证据，应该对于心肌的生理与病理的稳态平衡有一种新的理解，即心肌细胞的死亡与再生（损伤与修复）的循环可能是适应包括运动应激在内的不同生理及病理刺激中所必需的。而德国学者Konig对上述假说提出了针锋相对的反驳，其提出的证据为：①迄今，并没有健康的年轻运动员在耐力训练过程中心肌组织受损的确凿的组织学证据；②老年人在长时间运动后血液也可出现cTnT；③在踏车运动至力竭过程中，即便是冠状动脉心脏病（coronary heart disease，CHD）患者出现严重的心肌缺血也并非所有的被试者运动后都出现血清cTnT；④主动脉缩窄患者只表现出轻微的血液cTnI的升高，尽管此疾病伴随着强烈的心肌干细胞的激活和循环；⑤Beltrami等的心肌细胞修复理论并没有得到广泛的认同。

迄今仍没有人体组织学的实验证据显示运动应激可损伤心脏。另外，肌钙蛋白释放表明心肌坏死的组织学和细胞学的证据也是缺乏的。血液中出现少量可检出的心肌肌钙蛋白有可能是由可逆性损伤引起的一些肌钙蛋白的碎片释放。然而验证此推测从方法学上非常困难。同样，尽管对肌肉的功能和运动能力的不利影响，剧烈运动后骨骼肌损伤的生化标志的升高并没有远期的临床意义的事实已被公认，而认为剧烈运动所造成的心功能的降低及血清cTn的阳性是短暂的，因此，有可能心肌和骨骼肌发生的是类似的现象。然而，此推论仍须直接的实验研究所支持。

尽管目前的研究还未证实运动所造成的血清cTn的阳性确切机制，以下的理论有可能对此作出解释。

1.细胞膜通透性增加 运动诱发心肌细胞膜通透性的增加可能有助于细胞内肌钙蛋白释放，因此运动后肌钙蛋白可能由细胞内被动扩散到细胞外。这种细胞膜的通透性增加的机制可能是：①心肌细胞受到机械应力作用；②氧化自由基增加；③酸碱平衡失调。这些生理机制在运动后的骨骼肌细胞中得到证实，并且，骨骼肌细胞有可能发生适应性肥大改变。机械刺激可能导致心肌细胞膜离子通道一过性中断，这被称为“受损细胞”，由此导致运动诱发的cTn释放，从而产生细胞瀑式反应的心肌肥厚。但此机制并未得到证实，有待进一步研究。

2.心肌细胞坏死 心肌细胞坏死也可能是运动后肌钙蛋白升高的原因。有研究报道称检测到运动后血清肌钙蛋白个体存在细胞坏死和心肌受损。这种对运动后肌钙蛋白升高的解释是缺乏有说服力的数据支持。此外，在相对较小的运动后肌钙蛋白升高的个体其释放并不支持不可逆性损伤的证据。如果运动诱发心肌肌钙蛋白释放是由于细胞坏死，即使是少量的心肌细胞死亡，类似的肌钙蛋白释放应该会持续存在，但目前亦无数据来支持这一理论。因此，目前还不清楚运动后肌钙蛋白升高的基础的机制，并且，目前这些支持cTn释放机制数据与心肌损伤无关。

六、运动有关cTn升高的临床价值

测定血液中心肌损伤标志物（心肌标志物）一直是临床医学诊断心肌损伤的重要手段，肌钙蛋白在评估和管理心血管疾病患者中具有很大的作用。血清肌钙蛋白升高是ACS的诊断必要条件，因此临床医师必须要知道可能导致肌钙蛋白升高的其他原因。现有研究表明，参与需耐力的运动赛事的运动员运动后可致轻度肌钙蛋白升高。不过，运动后肌钙蛋白升高患者的管理仍有争议。有人建议，所有运动引起的心肌肌钙蛋白升高运动员应进行全面的评估，但是，现有研究很清楚表明，无心血管疾病的健康个体长时间或剧烈耐力运动后可发生肌钙蛋白释放，所以，这样的评估在大多数情况下似乎是没有必要的。

鉴于此，Rob Shave，Aaron Baggish等建议，田径赛事或大量运动者并不需要常规行肌钙蛋白测试，除非有心脏受累的临床证据才建议行该检查。存在心血管疾病症状和动脉粥样硬化的危险因素患者运动后应完成完整的病史询问和全面体格检查。十二导联心电图应包括在常规评估项目中。患者如果出现运动后的共同疾病（如肌肉骨骼损伤、皮肤病、脱水、营养不良、灼伤等），并没有心肺功能受损的个体不需要血清肌钙蛋白浓度测定。相反，运动后出现心肌缺血的症状如胸痛、心悸、不寻常呼吸困难或非血管迷走反射或容量改变引起的晕厥的个体，血清肌钙蛋白浓度测定是有价值的。在这种情况下，运动后肌钙蛋白的升高就不是良性的症状，有可能发生ACS事件。因此需要制定一个指南对这样病人进行管理。这类患者需要住院观察，进行一系列肌钙蛋白测定、风险分层，行或不进行介入治疗。图16-3为该指南的实施方案。

图16-3　长时间运动后怀疑ACS患者诊治流程

总之，尽管对心肌肌钙蛋白T及I的研究及临床应用报道不尽相同，但cTnT和（或）cT-nI作为心肌损伤的监测指标具有较高的应用价值，两者的特异性已超过CK-MB，肌钙蛋白测定已作为评估疑似或确诊心肌缺血梗死患者的宝贵工具。因肌钙蛋白的高度心肌特异性，许多研究长期或剧烈运动后肌钙蛋白升高的工作者也以其作为指标进行评估。多数研究表明，无心血管疾病的健康个体也会出现cTn的升高，据此认为，运动相关的肌钙蛋白升高可能良性生理过程。所以，运动诱发肌钙蛋白释放的患者，临床医生应据其自身情况作出明智的的临床决策。

（高传玉 齐大屯）