急性長時間力竭運動對大鼠心電、心音變化的影響

李順昌，蘇全生

●博士（生）論壇Doctor Forum

急性長時間力竭運動對大鼠心電、心音變化的影響

李順昌1，2，蘇全生3

目的：觀察大鼠急性長時間力竭運動后不同時相心電圖、心音圖和心肌梗死面積等指標的變化情況，探討心電和心音信號在運動性心肌頓抑評定中的應用價值。方法：成年雄性SD大鼠22只，體重（238.30±13.44）g，隨機分為對照組（C，n=6）和運動組（E，n=16）。E組大鼠于跑臺以21 m/ min，+10°坡運動至力竭，監測運動前、運動后即刻至24 h的心電圖和心音圖，于運動后24 h進行左室前壁心肌壞死面積分析，根據是否出現運動后心電異常將E組大鼠分為心肌頓抑組（ES）和非心肌頓抑組（NES），比較各組心電、心音指標差異。結果：ES組在運動后1.5～3 h大鼠心電圖T波和心音圖S1幅值與運動前相比出現明顯下降，且與同時相NES組相比有顯著性降低，至運動后24 h時上述變化基本恢復正常；NES組運動前后T波和S1幅值無明顯變化；ES和NES組運動后心率均出現顯著上升，2組間無顯著差異；ES和NES組運動后心音圖S1/S2與運動前相比無顯著性差異，2組間亦無顯著差異。C組、ES組和NES組的心肌壞死區比率分別為17.9%±14.95%、29.1%%±13.91%和21.3%±11.47%，兩兩比較組間差異無統計學意義。結論：心電圖T波幅值和心音圖S1幅值可作為評定運動性心肌頓抑的有效指標，其反應的運動性心肌功能障礙主要發生在1.5～3 h之間；心率和心音圖S1/S2不是評定運動性心肌頓抑的有效指標。

心電圖；心音圖；T波；第一心音幅值；運動性心肌頓抑

適宜的運動鍛煉可以提高身體機能，改善心血管的工作能力，但長時間大強度的運動卻會誘發心肌收縮功能障礙，增加心源性運動風險[1]。運動性心肌頓抑（exercise-induced myocardial stunning，EIMS）是指長時間大強度運動誘發心肌相對缺血缺氧，至運動結束后，盡管無不可逆損傷，且心肌血液供應已恢復正常或接近正常，但仍持續存在的心肌機械功能障礙現象[2]。

目前，評估心臟功能的主要方法有超聲心動圖、心導管檢查、心電圖和心音圖等[1，3-5]，其中，心電圖是心臟傳導性和整體功能時相性改變的最佳監測方法，但卻不能用來直接反映心臟的心肌收縮力。心音圖中第1心音幅值（S1）的大小主要決定于心室收縮時所產生的壓強能的大小，而壓強能的大小主要由心肌收縮力的強弱來決定，因而可通過分析心音圖研究心室的收縮功能。本研究通過觀察大鼠力竭性跑臺運動前后不同時相心電圖、心音圖和心肌梗死面積的變化情況，探討心電和心音信號在運動性心肌頓抑評定中的應用價值，進而為無創性評定心臟功能和預防心源性運動風險提供實驗依據和理論支撐。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象及分組

成年雄性SD 大鼠22 只，體重（238.30±13.44）g，隨機分為對照組（C，n=6）和運動組（E，n=16）。E組大鼠分批進行急性長時間力竭性跑臺運動，根據運動后是否出現心電異常分為心肌頓抑組（ES）和非心肌頓抑組（NES）。

1.2 研究方法

1.2.1 運動方案適應性跑臺運動3 天，每天10 min，速度7.5m/min，坡度+10°，期間不能完成運動的大鼠被剔除。休息2 天后，E 組做一次急性長時間力竭運動，先以7.5 m/min 適應性運動5 min，之后每2 min增加1.5 m/min，直至21 m/min，坡度+10°，以此運動強度運動至力竭。運動過程中使用電刺激或毛刷刺激尾部，經驅趕仍不能堅持運動的大鼠，休息2 min 后繼續運動，反復3 次后終止運動。對照組置于靜止跑臺內相同時間以排除周圍環境對實驗結果的干擾。

1.2.2 指標采集與檢測（1）心電圖。E組采集運動前、運動后0 min、10 min、20 min、30 min、1 h、1.5 h、2 h、3 h、6 h、12 h、24 h的心電圖，心電信號采集使用BL-420E 型四道生理記錄儀完成。心電信號采集方法：大鼠于清醒狀態下固定于自制大鼠固定器上，充分暴露四肢，待其適應后，在右上肢、左下肢、右下肢分別無創性安放電極（右下肢為接地電極）。無創性安放電極是指將浸有電解液的脫脂棉條綁于脫毛后的大鼠待測肢體下端，電極夾依次夾于棉條上。

（2）心音圖。E 組采集運動前、運動后0 min、10 min、20min、30 min、1 h、1.5 h、2 h、3 h、6 h、12 h 和24 h 的心音圖。心音信號采集使用重慶博精醫學與信息工程研究所研制的運動心力監測儀（專利號00202734.8）。心音信號采集方法：大鼠于清醒狀態下固定于自制大鼠固定器上，充分暴露心前區，待其適應后，將心音傳感器置于心前區心尖搏動最明顯處，并用胸前壓帶固定。所有實驗參與人員保持安靜，盡量避免外界噪音對心音信號的影響。

（3）心肌梗死面積。TTC（2，3，5-氯化三苯基四氮唑）染色用于判斷心肌梗死面積。C組、E 組大鼠于運動后24 h 開胸取出心臟，用冰鹽水浸洗，去除心房和右心室，按心室肌橫切成5 mm的心肌片，置于1%TTC 溶液中，37 ℃避光溫孵20 min，取出后置于4%甲醛中避光浸泡24 h，再用2 塊聚丙烯透明板壓平，將標本置于顯微鏡下觀察并拍照。利用Media cybernetic Inc 圖像分析系統image_pro media軟件進行梗死面積分析，確定心肌梗死面積百分比。

1.3 數據處理數據采用M±SD表示，統計分析和作圖用SPSS for windows 19.0和Graphpad Prism 6完成。采用單因素方差分析（One-WayANOVA），在方差齊性的情況下用Least-Significant Difference（LSD）法進行后效檢驗，方差不齊用Tamhane′s T2方法進行后效檢驗。顯著性差異P<0.05，非常顯著性差異P<0.01。

2 研究結果

2.1 急性長時間力竭運動后大鼠分組情況及梗死面積分析

急性長時間力竭運動后，E組大鼠中有9只出現了明顯的心電圖異常現象。根據研究計劃，該9只大鼠應為心肌頓抑組（ES組），即ES組的樣本量為9，占E組總樣本量的56.25%；E組剩余7只大鼠則為非心肌頓抑組（NES組），即NES組的樣本量為7，占E組總樣本量的43.75%。

C組、ES組和NES組的心肌壞死區比率分別為17.93%± 14.95%、29.05%±13.91%和21.34%±11.47%，兩兩比較組間差異無統計學意義（P>0.05）。

2.2 急性長時間力竭運動誘導的心電異常

圖1 正常心電圖Figure 1 Normal ECG

圖2 異常心電圖Figure 2 Abnormal ECG

2.2.1 急性長時間力竭運動誘發的心電圖波形異常ES組大鼠運動后1.5～3 h，心電圖出現J點值下移，T波、S波、R波幅值改變，ST-T弓背上抬，病理性Q波等異常變化，至運動后24 h時基本恢復正常（見圖1、圖2）；NES組運動后心電圖較運動前無明顯變化。2.2.2 急性長時間力竭運動誘導的心率（HR）異常急性長時間力竭跑臺運動后，ES、NES組心率均出現較明顯的上升，即運動后即刻2組HR較運動前顯著升高（P<0.05），至運動后24 h雖較運動前仍有升高，但差異無統計學意義（P>0.05），ES組和NES組同時相兩兩比較差異無統計學意義（P>0.05）（見圖3）。

圖3 ES組和NES組各時相HR比較Figure 3 Comparison of HR between ES and NES group

2.2.3 急性長時間力竭運動誘導的T波幅值異常與運動前相比，ES組心電圖T波幅值運動后1 h顯著性下降（P<0.05），運動后1.5 h、2 h和3 h非常顯著性降低（P<0.01），其他各時相差異均無統計學意義。NES組運動前后各時相間心電圖T波幅值差異無統計學意義（P>0.05），運動后1.5 h、2 h和3 h3個時相，ES組的T波幅值非常顯著性低于NES組（P<0.01）（見圖4）。

圖4 ES組和NES組各時相T波值比較Figure 4 Comparison of T wave between ES and NES group

2.3 急性長時間力竭跑臺運動誘導的心音異常

2.3.1 急性長時間力竭運動誘導的心音圖圖形異常急性長時間力竭運動前后心音圖圖形特征變化主要體現在第1心音幅值（S1）的降低（見圖5、圖6）

圖5 運動前心音圖Figure 5 Pre-exercise phonocardiogram

圖6 運動后心音圖Figure 6 Post-exercise phonocardiogram

2.3.2 急性長時間力竭運動誘導的第一心音幅值（S1）異常ES組運動后1.5 h、2 h時大鼠S1與運動前相比出現非常顯著性降低（P<0.01），隨后緩慢回升，至運動后24 h時基本恢復正常（P> 0.05），其他時相S1值與運動前相比均無顯著性差異。NES組運動后各時相S1值較運動前無明顯變化（P>0.05）。運動后1.5 h、2 h時，ES組的S1值非常顯著性低于NES組（P<0.01）（見圖7）。

圖7 ES組和NES組、各時相S1值比較Figure 7 Comparison of S1 between ES and NES group

2.3.3 急性長時間力竭運動誘導的第1心音幅值與第2心音幅值之比（S1/S2）異常急性長時間力竭運動后，雖然ES組和NES組S1/S2值都經歷了2次升降現象，即運動后即刻S1/S2較運動前輕度下降，之后快速上升，于運動后30 min達到峰值，隨后緩慢下降至運動后12 h，并于運動后24 h接近運動前水平。但是，2組運動后各時相S1/S2與運動前相比差異均無統計學意義（P>0.05），且2組各時相間兩兩比較差異均無統計學意義（P> 0.05）（見圖8）。

圖8 ES組和NES組、各時相S1/S2值比較Figure 8 Comparison of S1/S2between ES and NES group

3 討論

3.1 運動性心肌頓抑的概念界定及模型建立

李新建等[6]通過電刺激超速驅動模擬運動負荷，建立了離體大鼠心臟運動性心肌頓抑模型。此后，陶小平等[7]對運動誘發大鼠在體心臟心肌頓抑現象進行了研究。筆者[2]此前也通過研究急性力竭性跑臺運動后大鼠心電圖、心肌梗死面積和心肌超微結構的變化，參照臨床心肌頓抑的判斷指標，正式提出了長時間大強度運動可導致運動性心肌頓抑現象。鑒于臨床心肌頓抑概念的非精確界定，這里所指的運動性心肌頓抑僅指長時間大強度運動后出現的相對輕微且完全可逆的心肌功能障礙，是區別于運動性心肌梗死的相對概念。

本研究中，長時間急性力竭運動后，ES組大鼠心電圖在運動后1.5～3 h出現明顯的T波倒置現象，至運動后24 h基本恢復至運動前水平（P>0.05）；心音圖中，第1心音幅值（S1）在運動后1.5～2 h出現顯著性降低，至運動后24 h恢復運動前水平（P>.05），提示心肌出現了暫時性的可逆性的功能障礙。C組、ES組和NES組的心肌壞死區比率分別為17.9%±14%、29.1%±13%和21.3%±11%，兩兩比較組間差異無統計學意義（P>0.05），提示長時間大強度運動本身并沒有造成心肌的大面積損傷。綜上所述，本研究的運動性心肌模型建立成功。

3.2 心率判斷運動性心肌頓抑現象的意義

心率是運動過程中身體機能狀態檢測的重要指標，因其較強的敏感性、測試的無創性，加之遙測心率技術的廣泛應用，心率已成為運動強度評定、運動風險監控的常用和實用指標。

本研究中，ES、NES組力竭性跑臺運動后即刻心率均出現顯著性升高（P<0.05），隨后平緩下降，運動后24 h較運動前差異無統計學意義（P>0.05），提示運動后心率大幅度上升是對運動應激的適應性反應，隨著恢復時間的延長可逐漸恢復至運動前水平。ES和NES組同時相兩兩比較未見顯著性差異，提示運動性心肌頓抑現象出現時，心率指標并無顯著性變化。原因可能是，長時間大強度運動后大鼠已達到其自身的最大心率，即使出現相對的缺血缺氧，也無法通過進一步增加心率來加以改善，表明心率無法作為評定運動性心肌頓抑的有效指標。

3.3 心電圖T波幅值判斷運動性心肌頓抑現象的意義

心電圖T波代表心室快速復極時的電位改變，與心血管功能密切相關[8]。發生T波改變時主要有以下4種情形。（1）輕微抬高：無意義；（2）顯著抬高：心梗早期；（3）低平或倒置：心肌勞損或缺血；（4）明顯倒置：冠狀動脈供血不足。

本研究中，ES組心電圖T波幅值與運動前相比，運動后1 h顯著性下降，運動后1.5 h、2 h、3 h非常顯著性降低；與NES組同時相相比，運動后1.5 h、2 h、3 h均出現非常顯著性下降（P< .01）。NES組運動前后各時相間心電圖T波幅值無明顯差異，提示運動性心肌頓抑組出現了較嚴重的心肌相對缺血，且發生在運動后1.5～3 h之間。結合心肌梗死面積表明，心電圖T波幅值可以作為判定運動性心肌頓抑的有效指標。

3.4 心音圖S1和S1/S2判斷運動性心肌頓抑現象的意義

心音圖第1心音幅值（S1）是左心室收縮狀態的直接表現，可用來無創性檢測左心室收縮功能障礙。HSIEH等[9]研究發現，第1心音幅值的變化和左心室壓力上升最大速率的變化呈顯著正相關（r=0.955 1，P<0.001）。心音圖第2心音幅值（S2）主要反應外周循環壓力的變化，S1與S2的相對幅值（S1/S2）不但可以作為心臟—外周循環功能的綜合性評價指標，同時還可有效避免不同受試者心音測試過程中由心音感受器放置位置偏差、胸腔綁帶固定力度大小、個體胸壁厚薄等因素對S1絕對幅值的影響。

本研究中，ES組運動后1.5 h和2 h S1幅值與運動前相比非常顯著性降低（P<0.01），隨后緩慢回升，至運動后24 h基本恢復正常。除此2時相外，其他時相S1值與運動前相比差異均無統計學意義，提示運動性心肌頓抑組在1.5～2 h期間出現了明顯的左心室功能障礙，且這種收縮功能障礙是可逆的，并于運動后4 h恢復至運動前水平。結合心電圖T波反應的運動后心肌出現明顯相對缺血是在1.5～3 h，可見，S1反應的左心室功能障礙與T波反應的心肌相對缺血在時相上具有同步性。同時，運動后1.5 h、2 h，ES組的S1值顯著低于NES組（P<0.05），提示運動性心肌頓抑出現心肌收縮功能障礙時，S1表現出明顯的特異性。綜上所述，S1可作為判定運動性心肌頓抑的有效指標，且可結合心電圖T波變化共同反應心肌收縮功能狀態。

急性長時間力竭運動后，雖然ES、NES組S1/S2值都經歷了2次升降現象，但2組運動后各時相與運動前相比差異均無統計學意義，2組各時相間兩兩比較差異均無統計學意義。提示，S1/ S2在反應運動性心肌頓抑方面未表現出明顯的特異性。可能是因為，運動后心肌收縮功能下降引起S1值減小，同時，運動后外周毛細血管擴張，肌肉舒張對外周毛細血管的擠壓減少，導致外周循環阻力相應降低，S2值減小。S1值減小，S2值亦減小，S1/S2的特異性被相互抵消，從而表現出2組之間、組內各時相間差異均無統計學意義，表明S1/S2不能作為評定運動性心肌頓抑的有效指標。

4 結論

（1）心電圖T波幅值和心音圖S1幅值可作為評定運動性心肌頓抑的有效指標，其反應的運動性心肌功能障礙主要發生在1.5～3 h之間。

（2）心率和心音圖S1/S2不能作為評定運動性心肌頓抑的有效指標。

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EffectofAcuteExhaustiveExerciseonElectrocardiogramandPhonocardiogramofRats

LI Shunchang1，2，SU Quansheng3
（1.Sport Science College，Beijing Sport University，Beijing 100084，China；2.School of PE，Xichang College，Cichang 615022，China；3. Dept.of Sport Medicine，Chengdu Sport University，Chengdu 610041，China）

Objective：To observe the changes of myocardial injury，electrocardiogram（ECG）and phonocardiogram of rats after exhaustive treadmill running，and study the application value of ECG and heart sound signal in exercise-induced myocardial stunning detection.Methods：22 SD class male rats were select?ed，and each of them weighs（238±13.4）g，which are divided into 2 groups at random.And C group is called Control group with 6 rats，E group is called training group with 16 rats.E group were forced to have a repeated exhaustive treadmill running.The speed was 21m/min，the slope was+10°and to exhaustion.The change of electrocardiogram and phonocardiogram on pre-exercise，post-exercise instant was monitored.And the area cellular necrosis in the parties anterior of left ventricle on 24h after exercise was analyzed.According to normal or abnormal electrocardiogram after running，E group is divided ES group called exer?cise-induced myocardial stunning group and NES group called relative normal group.Results：The difference of Electrocardiogram and phonocardiogram be?tween pre and post exercise were not significance in NES group，and in ES group，T wave and S1 decreased significantly in 1.5～3 h after exercise，and had sig?nificant decrease with NES.The phenomenon was gradually the same to the pre-exercise.Heart rate of both groups increased significantly after exercise，but there were no difference each other.S1/S2 of both groups had no difference at different phase and had no statistical difference each other.The myocardial necro?sis percent of Control group，B2 group and ES group are 17.93%±14.95%，29.05%±13.91%，21.34%±11.47%respectively，but there was no statistical differ?ence.Conclusions：ECG T wave and the amplitude of the first heart sound（S1）can be considered as effective indexes for detecting exercise-induced myocardi?al stunning，and the myocardial dysfunction appeared at 1.5～3 h after exercise；Heart rate and the ratio of the first heart sound and the second heart sound（S1/ S2）cannot be considered as effective indexes for detecting exercise-induced myocardial stunning.

electrocardiogram；phonocardiogram；T wave；the amplitude of the first heart sound；exercise-induced myocardial stunning

G 804.2

A

1005-0000（2014）06-517-04

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2014.06.011

2014-08-18；

2014-11-08；錄用日期：2014-11-09

國家體育總局體育社會科學研究項目（項目編號：10B038）；四川省科技計劃項目（項目編號：2006J13-019）

李順昌（1983-），男，河南林州人，講師，在讀博士研究生，研究方向為運動生理學。

1.北京體育大學運動人體科學學院，北京100084；2.西昌學院體育學院，四川西昌615022；3.成都體育學院運動醫學系，四川成都610041。