超聲心動圖技術(shù)在評價運(yùn)動訓(xùn)練對心臟功能影響的研究*

孔祥生

（曲阜師范大學(xué)體育教研部，山東曲阜273165）

超聲心動圖技術(shù)在評價運(yùn)動訓(xùn)練對心臟功能影響的研究*

孔祥生

（曲阜師范大學(xué)體育教研部，山東曲阜273165）

摘要：超聲心動圖技術(shù)對運(yùn)動員心臟結(jié)構(gòu)、心功能特點(diǎn)的分析、研究，已經(jīng)從安靜狀態(tài)到運(yùn)動負(fù)荷狀態(tài)，從整體發(fā)展到了局部，從定性發(fā)展到了定量，從普通訓(xùn)練發(fā)展到高原訓(xùn)練等不同方面。由于超聲心動圖技術(shù)具有及時、準(zhǔn)確、安全、可重復(fù)檢測等優(yōu)點(diǎn)，成為評價運(yùn)動員心臟特點(diǎn)最常用的無創(chuàng)性技術(shù)。

關(guān)鍵詞：多普勒超聲技術(shù)；血流頻譜；心室功能

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.021

早期對運(yùn)動員心臟機(jī)能與形態(tài)特征的觀察主要是心動過緩、伴心律不齊、收縮期雜音、第三或第四心音和叩擊估計心臟擴(kuò)大。近年來，大量超聲心動圖的分析、研究證明，運(yùn)動訓(xùn)練可使心臟在形態(tài)、機(jī)能等方面產(chǎn)生適應(yīng)性改變即運(yùn)動員心臟（Athlete's Heart）。研究表明，不同類型的運(yùn)動員心臟超聲心動圖具有不同的自適應(yīng)特性。耐力鍛煉能使運(yùn)動員的心臟容量增加，而從事等長運(yùn)動訓(xùn)練的運(yùn)動員有心室壁增厚、內(nèi)徑增加的趨向（雖然內(nèi)徑增加，但沒有超出正常范圍）。隨著超聲心動圖技術(shù)的進(jìn)步，更加確切地證實(shí)了長期大負(fù)荷運(yùn)動對左心室形狀和機(jī)能產(chǎn)生適應(yīng)性改變。這種適應(yīng)性改變對研究運(yùn)動對心臟的形狀、功能的影響有重要意義，也能為選拔運(yùn)動員提供科學(xué)依據(jù)。

1　超聲心動圖技術(shù)在評價運(yùn)動訓(xùn)練對心功能方面的研究

1.1運(yùn)動訓(xùn)練對心肌收縮功能的變化研究

研究表明，運(yùn)動員心臟形態(tài)和結(jié)構(gòu)的改變包括兩個方面即室壁肥厚、心室內(nèi)徑增大。一般認(rèn)為心臟內(nèi)徑隨運(yùn)動員長期大負(fù)荷訓(xùn)練而增加，等張運(yùn)動導(dǎo)致室腔擴(kuò)大；等長運(yùn)動使室壁肥厚，結(jié)果都致使心肌增加。心臟血流動力在不同的運(yùn)動負(fù)荷下必然發(fā)生變化，其心輸出量也隨之變化。否則，運(yùn)動時心肌和運(yùn)動系統(tǒng)就得不到所需要的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。

Loeppky等人在1981年，對健康成人超聲心動圖的研究中發(fā)現(xiàn)，安靜狀態(tài)時臥位心搏量高于立位心搏量，運(yùn)動狀態(tài)時立位比臥位的心搏量上升顯著。而狄克胡斯等人對12名健康男性安靜狀態(tài)、次級負(fù)荷運(yùn)狀態(tài)坐、臥兩種體位研究中發(fā)現(xiàn)，安靜狀態(tài)時臥位心搏量明顯高于坐位心博量；臥位、立位運(yùn)動時，心搏量均顯著上升，立位心輸出量的增加明顯高于臥位心輸出量。臥位、立位運(yùn)動時心輸出量的增加有不同的形式，立位運(yùn)動時主要是心搏量的增加引起的；而臥位運(yùn)動時的增加主要是心率增加引起的。而張運(yùn)等人測量的主動脈血流最大速度、平均加速度、收縮期血流積分、心搏量4項(xiàng)指標(biāo)的測量值均顯著增加。Takayama等人測量出主動脈血流量與心輸出量兩者相關(guān)系數(shù)為0.76。周全等人測量、分析12名耐力項(xiàng)目大學(xué)生運(yùn)動員和普通大學(xué)生不同狀態(tài)下主動脈收縮期血流頻譜。結(jié)果顯示安靜狀態(tài)、定量負(fù)荷運(yùn)動后，實(shí)驗(yàn)組Vmax、PGmax、PGm、AVm明顯小，AT、ET明顯大；極量負(fù)荷運(yùn)動后，兩組各參數(shù)無明顯差異［1］。趙云蘭對經(jīng)常運(yùn)動和不愛運(yùn)動的老年人超聲心動圖進(jìn)行比較分析，兩組老年人超聲心動圖在收縮期血流最大速度、平均加速度、最大加速度、流速積分、E/A、E和EDA兩組差異顯著，表明堅持長跑的中老年人左室收縮功能和左室舒張功能比不愛運(yùn)動老人的功能好，泵血順暢，具備較大的功能潛力，有較大的心力儲備。在運(yùn)動強(qiáng)度遞增，心輸出量增加，每搏量與心率呈線性相關(guān)，左室射血時間縮短，血流速度加快，每搏量的增加呈平臺或下降態(tài)勢。

1.2運(yùn)動訓(xùn)練對心肌舒張功能的變化研究

研究表明，在運(yùn)動中隨著心率的增加和心舒張期時間縮短的變化，會影響心臟左室的充盈量及射血分?jǐn)?shù)。隨著運(yùn)動強(qiáng)度的變化，左室舒張早期E峰峰值流速與心率呈線形關(guān)系，表明運(yùn)動時隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增強(qiáng)，左室的舒張功能也不斷加強(qiáng)。在40%VO2運(yùn)動強(qiáng)度時，舒張期末容積增至最大；40%VO2-100%VO2運(yùn)動強(qiáng)度時，舒張期末容積呈平臺趨勢［2］，隨心率的加快，舒張期時間變得更短。耐力鍛煉可使心臟左室舒張功能產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)。杜宏凱等人對高水平耐力運(yùn)動員臥位自行車運(yùn)動負(fù)荷心臟儲備力的研究表明，耐力運(yùn)動員心率和心博量隨負(fù)荷的增加而增加，心博量增長的幅度和持續(xù)增長的能力高于對照組，其心率在安靜狀態(tài)和等級負(fù)荷狀態(tài)均顯著低于對照組。

1.3運(yùn)動訓(xùn)練對心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究

香港YSA Lo（1990年）對中國與美國白人自行車運(yùn)動員超聲心動圖比較發(fā)現(xiàn)，中國耐力運(yùn)動員與美國耐力運(yùn)動員的LVEDD及左室肥厚情況相似。董萍（1996年），胡玉璽（2007年）等人分別對舉重運(yùn)動員及摔跤運(yùn)動員與無訓(xùn)練經(jīng)歷的青年安靜時左心形態(tài)功能進(jìn)行對比分析，長期從事大運(yùn)動量的舉重訓(xùn)練會使左心結(jié)構(gòu)發(fā)生適應(yīng)性變化，其心功能指標(biāo)與對照組有顯著性差異。

20世紀(jì)70年代，杜宏凱等人應(yīng)用超聲心動圖方法對耐力、力量、速度三組優(yōu)秀運(yùn)動員及常人對照組的心臟作了對比研究。結(jié)果顯示：三組運(yùn)動員的心臟結(jié)構(gòu)功能的特點(diǎn)各不相同。耐力訓(xùn)練對運(yùn)動員心臟的影響有左室腔徑、主動脈內(nèi)徑明顯擴(kuò)大，左室壁也明顯增厚，左室心肌重量隨之增加顯著。而在力量組和速度組，訓(xùn)練的效應(yīng)似乎僅表現(xiàn)為左室壁厚度和左室重量的輕度增大，左室腔徑和主動脈內(nèi)徑變化并不明顯［4］。因此，耐力運(yùn)動員心臟結(jié)構(gòu)變化受訓(xùn)練影響較大，而力量組和速度組運(yùn)動員心臟結(jié)構(gòu)變化受訓(xùn)練影響較小。孫力認(rèn)為，動力性項(xiàng)目和靜力性運(yùn)動項(xiàng)目對運(yùn)動員心臟影響也不相同，動力性項(xiàng)目主要影響心臟左室舒張末期直徑和左室重量，靜力性運(yùn)動項(xiàng)目主要影響心臟室壁厚度。馬云等人研究了長跑運(yùn)動對老年男性心臟形態(tài)的影響主要是左心室舒張期末內(nèi)徑變化為主。運(yùn)動員長期大運(yùn)動量訓(xùn)練所致的不同血流動力變化反映了心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)變化對專項(xiàng)訓(xùn)練特點(diǎn)的良好適應(yīng)，運(yùn)動員以較大的心搏量和較慢的心率來維持大負(fù)荷的運(yùn)動強(qiáng)度，體現(xiàn)了運(yùn)動員心臟機(jī)械效率高的特點(diǎn)。

2　評價心臟功能的超聲心動圖技術(shù)

2.1組織多普勒顯像技術(shù)（TDI）的特點(diǎn)

TDI是近幾年發(fā)展起來的檢測心室運(yùn)動的新技術(shù)，TDI能夠測量心室長軸收縮功能的變化，通過提取心肌運(yùn)動多普勒信號對心室長軸運(yùn)動進(jìn)行定性、定量研究。使用脈沖多普勒速度頻譜顯像方法能夠獲得二尖瓣環(huán)沿心室長軸的運(yùn)動速度、方向、位移、時相等多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。TDI技術(shù)相對于LVEF來講更敏感、更準(zhǔn)確，能更早檢測到早期局部收縮功能的異常，對評價運(yùn)動員心臟功能有重要的臨床指導(dǎo)意義。

左室心肌運(yùn)動是復(fù)雜空間三維運(yùn)動，由于左室心肌纖維螺旋環(huán)繞特點(diǎn)，左室心肌運(yùn)動呈現(xiàn)為矢量、方向、角度、時相等復(fù)雜的運(yùn)動特點(diǎn)，同時TDI還受到幀頻、應(yīng)變率-時間曲線的噪聲、呼吸的影響，因此無法評估左心室局部扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，不能對心肌徑向和圓周運(yùn)動以及心室扭轉(zhuǎn)進(jìn)行評價，對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性有一定的影響。

2.2定量組織速度顯像技術(shù)（QTVI）的特點(diǎn)

QTVI顯像技術(shù)可以定量、定位檢測心肌運(yùn)動及心臟非同步化運(yùn)動，對左室壁任意節(jié)段心肌在長軸方向的收縮和舒張的速度及時間進(jìn)行定量測量。對早期診斷運(yùn)動員潛在心功能減退有重要意義。

影響QTVI技術(shù)的因素有室壁運(yùn)動方向、聲束夾角、呼吸。

2.3組織多普勒應(yīng)變與應(yīng)變率顯像技術(shù)（SRI）的特點(diǎn)

SRI可以定量分析評價心動周期中心肌長度隨時間的變化心肌組織受力后形變能力，從時間和空間兩個方面準(zhǔn)確反映局部心肌收縮敏感、特異性指標(biāo)。由于能夠提實(shí)時心肌超聲顯像數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)不受心肌形變和相鄰心肌節(jié)段運(yùn)動或限制效應(yīng)的影響，對評價運(yùn)動員心臟收縮功能和心肌供血功能有重要意義。

由于聲束與速度向量夾角的影響，SRI技術(shù)只能測量縱向的應(yīng)變和應(yīng)變率，不能同時獲得縱向和橫向形變的信息，因此SRI對噪聲干擾、角度有更高的要求。

2.4二維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)（STI）的特點(diǎn)

STI是在室壁中選擇一定范圍的感興趣區(qū)，利用組成二維超聲圖像的聲學(xué)斑點(diǎn)，自動追蹤心肌組織聲學(xué)斑點(diǎn)的位置和運(yùn)動軌跡，能夠定量獲取應(yīng)變率及旋轉(zhuǎn)角度等心肌運(yùn)動參數(shù)。

2.5全方向M型超聲心動圖（OME）的特點(diǎn)

OME能對心血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位和運(yùn)動方向的任意多條運(yùn)動曲線的同步成像，夠?qū)π难芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行任意多條運(yùn)動曲線的同步成像。可實(shí)時提取室壁運(yùn)動信息，能對心血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行所有部位和運(yùn)動方向的多條運(yùn)動曲線的同步成像；對心臟內(nèi)任意結(jié)構(gòu)多個心動周期同時同步記錄超聲圖像。全方向M型超聲心動圖的優(yōu)勢是減少了角度與時間不一致產(chǎn)生的誤差，避免了心臟擺動、扭曲產(chǎn)生的影響，測量的精確性和準(zhǔn)確性大大提高。

影響OME的主要因素是心臟運(yùn)動、呼吸及二維圖像質(zhì)量等，比傳統(tǒng)M型要略遜一籌。

3　結(jié)束語

隨著超聲心動圖技術(shù)向及時、準(zhǔn)確、安全、可重復(fù)檢測特點(diǎn)的發(fā)展，超聲心動圖對心臟功能的評價已從宏觀到微觀、從整體發(fā)展到了局部；從定性上升到了定量，從普通訓(xùn)練發(fā)展到高原訓(xùn)練等不同方面。充分利用各種超聲心動圖技術(shù)為全面、客觀、準(zhǔn)確地評價運(yùn)動員心臟功能提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］周全.耐力鍛煉對人體心臟左室舒張功能的影響［J］.中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，2001，20（3）：314-316.

［2］馬繼政，等.超聲心動圖評價運(yùn)動員心臟的研究進(jìn)展［J］.南京體育學(xué)院學(xué)報，2003（3）：76-81

［3］宋信勇.多普勒超聲技術(shù)在心功能運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用及發(fā)展［J］.山東體育科技2000（3）：34-35

［4］杜宏凱.優(yōu)秀運(yùn)動員和無訓(xùn)練青年超聲心動圖檢查左心形態(tài)功能對比研究［J］.中國循環(huán)雜志，1987（3）：399-400

［5］趙云蘭.用多普勒超聲心動圖分析運(yùn)動對老人左心功能的影響［J］.東南大學(xué)學(xué)報，2003，22（1）：53-54

［6］杜宏凱.超聲心動圖運(yùn)動負(fù)荷實(shí)驗(yàn)對優(yōu)秀耐力運(yùn)動員左室功能的評定［J］.體育科學(xué)，1987（1）：31-64.

［7］勵建安.長跑鍛煉對中老年人左心功能的影響［J］.中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，1984，3（1）：31-64.

［8］孫力.超聲心動圖在運(yùn)動醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用［J］.體育科學(xué)，1984 （3）：58-61.

［9］馬為.長跑運(yùn)動對老年男性心臟形態(tài)的影響［J］.中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，1986，5（4）：245-246.

中圖分類號：G808

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2016-1-18 項(xiàng)目基金：山東省教育廳基金項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：多普勒超聲心電圖評價體育鍛煉對人體心血管系統(tǒng)功能的影響，項(xiàng)目編號：J03M01）。

作者簡介：孔祥生（1963-），男，漢族，山東曲阜人，大學(xué)本科，副教授，主要研究方向：體育訓(xùn)練學(xué)、體育人文社會學(xué)。