實時三維超聲心動圖聯合二維斑點追蹤技術對青年男性力量型運動員右室收縮功能的研究

陳迎春 李莉錦 尹靜 李真 滑少華

1鄭州大學第一附屬醫院超聲科（鄭州450000）；2中山大學附屬東華醫院超聲科（廣東東莞523000）

青年運動員曾被認為是世界上最健康的人， 但隨著運動員猝死事件不斷發生，且大都歸因于心源性猝死，因此青年運動員心臟健康問題目前已成為全球關注焦點［1］。既往，對運動員心功能改變的研究較少，且大都集中在對其左心功能的研究，因此很難確認長期運動訓練與運動員右心功能的相關性。近幾年發展起來的實時三維超聲心動圖（real-time three-dimensional echocardiography，RT-3DE）能夠準確測得右室射血分數，其測量結果與金標準磁共振的相關性高度相關，這一點已得到臨床認證［2］；二維斑點追蹤技術（two-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE）能夠定量測量心肌運動情況，在臨床研究中逐漸受到重視［3-4］。本研究按照2014 版指南推薦［5］，并較早地聯合上述兩種新技術，對運動員右室收縮功能做出可靠、準確的評估，為運動醫學及科研提供了重要的參考信息。

1 對象與方法

1.1 研究對象收集專業青年男性力量型運動員30例（運動員組），其中摔跤運動員18例，舉重運動員12例，年齡18 ～25 歲，入選標準：運動年限≥5年，運動時間≥30 h/周，且未長期停止高強度力量型訓練。隨機選擇30例健康男性作為對照組，入選標準：年齡18 ～25 歲，從未參加過長期力量型高強度訓練。所有參與者均排除高血壓、心臟病及其他全身性疾病，且心律整齊、圖像清晰，左室射血分數（LVEF）＞60%。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器使用GE Vivid E95 超聲診斷儀，分別使用二維M5S 探頭（頻率2.0 ～4.0 MHz）及實時三維4V 探頭（頻率1.5 ～4.0 MHz），應用Echo PAC 工作站行圖像后處理。

1.2.2 二維參數的測量囑受檢者左側臥位，平靜呼吸，同步記錄三導聯心電圖，記錄受檢者心率，參考2014年美國超聲心動圖協會（ASE）成人右心超聲心動圖診斷指南，使用M5S 探頭在標準心尖四腔心切面，于心室收縮末期測量右房左右徑（right atrial left and right diameter，RA-D1）、右房上下徑（right atrial upper and lower diameter，RAD2），于心室舒張末期測量右心室基底段左右徑（right ventricular basal segment right and left diameter，RV-D1），右心室中間段左右徑（right ventricular middle segment right and left diameter，RV-D2）右心室上下徑（right ventricular upper and lower diameter，RV-D3），應用連續多普勒根據三尖瓣最大反流速度估測肺動脈收縮壓（pulmonary artery systolic blood pressure，PASP）。

1.2.3 2D-STE 的應用囑受檢者左側臥位，屏住呼吸，使用M5S 探頭在心尖四腔心切面，連續采集3 個心動周期二維動態模型并儲存，脫機將數據導入Echo PAC 工作站，啟動Q-Analysis，選擇2D-Gain鍵，調至4-ch 模式，手動調整右心室心內膜邊緣感興趣區，注意排除右室肌小梁的影響，系統自動算出右心室整體縱向應變（right ventricular global longitudinal strain，RV-GLS）并對其結果取絕對值。見圖1。

圖1 二維斑點追蹤技術測得右室整體縱向收縮期應變（RV-GLS）Fig.1 Right ventricular global longitudinal strain（RV-GLS）was measured by 2D-STE

1.2.4 三維圖像的采集及數據分析切換至4 V探頭，從心尖四腔觀獲得清晰的二維圖像后，啟動“4D”成像鍵（幀頻約受檢者心率的40%），囑受檢者屏住呼吸，連續采集3 個心動周期動態三維右室模型并儲存。將儲存的圖像導入Echo PAC工作站，啟動4D Auto RVQ 程序，勾畫右室收縮末期及舒張末期心內膜邊緣，系統自動計算出右室舒張末期容積（right ventricular end diastolic volume，RV-EDV）、右室收縮末期容積（right ventricular end systolic volume，RV-ESV）、右心室每博輸出量（（right ventricular stroke volume，RV-SV）及右室射血 分數（right ventricular ejection fraction，RVEF）。見圖2。以上所有參數的測量均由同一位操作熟練的醫生進行，所有數值測量3 次取平均值，為排除個體體表面積（BSA）影響，上述心腔大小測值均以BSA 矯正。

1.3 統計學方法采用IBM SPSS 24.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數± 標準差或M（QR）表示，兩組間比較，符合正態分布且方差齊，使用t檢驗；正態分布、方差不齊，使用t′檢驗；非正態性分布的數據，采用秩和檢驗（u檢驗）。均以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組參與者一般情況的比較運動員組較對照組體質量及體表面積增加，心率降低，差異均有統計學意義（P＜0.05）。兩組間年齡、身高、收縮壓、舒張壓差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

圖2 重建后的右室三維形態模型（EDV：舒張末期容積；ESV：收縮末期容積；EF：射血分數；SV：每搏輸出量）Fig.2 3D-morphological model of the reconstructed right ventricle

2.2 兩組參與者常規二維超聲參數的比較運動員組較對照組RA-D1、RA-D2、RV-D2、PASP 升高，差異均有統計學意義（P＜0.05）。兩組間RVD1、RV-D3 差異均無統計學意義（P ＞0.05）。見表2。

2.3 兩組參與者三維超聲參數及斑點追蹤參數的比較運動員組較對照組RV-EDV、RV-ESV、RVSV 均增加，RV-GLS 降低，差異均有統計學意義（P＜0.05）。兩組間RV-EF 差異無統計學意義（P ＞0.05）。見表3。

3 討論

高強度的訓練導致左、右心室血流動力學及形態學發生改變的心臟，稱之為“運動員心臟”［6］。既往研究發現，在運動員心臟重塑過程中，右心室與左心室并不同步，右心室結構性改變早于左心室。因此，研究右心功能改變可能對運動員的健康指導提供更有價值的信息［7-8］。超聲心動圖具有快捷、方便、準確的優點，一直作為運動員右心功能評估的首選方法。本研究將實時三維超聲心動圖與二維斑點追蹤技術結合，對青年男性力量型運動員右室收縮功能進行全面評估，旨在探討青年男性力量型運動員右室收縮功能變化。

表1 兩組參與者一般情況的比較Tab.1 comparison of general conditions of participants in the two groups （±s），M（QR）

表1 兩組參與者一般情況的比較Tab.1 comparison of general conditions of participants in the two groups （±s），M（QR）

注：1 mmHg=0.133 kPa；BSA，體表面積

組別對照組運動員組t 值/t′值/z 值P 值例數30 30年齡（歲）22.00（2）21.60±2.25-0.614 0.539身高（cm）173.50（10）177.40±8.62-1.401 0.529質量（kg）69.23±9.13 85.83±16.54-4.814＜0.001收縮壓（mmHg）120.90±7.96 124.83±8.79-1.817 0.074舒張壓（mmHg）78.00（7）77.60±7.38-0.683 0.494 BSA（m2）1.84±0.13 2.03±0.22-4.080＜0.001心率（次/min）72.00（12）59.50±11.41-4.557＜0.001

表2 兩組參與者常規二維超聲參數比較Tab.2 comparison of conventional two-dimensional ultrasound parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

表2 兩組參與者常規二維超聲參數比較Tab.2 comparison of conventional two-dimensional ultrasound parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

注：RA-D1：右室收縮末期右房左右徑；RA-D2：右室收縮末期右房上下徑；RV-D1：右室舒張期基底段左右徑；RV-D2：右室舒張期中間段左右徑；RV-D3：右室舒張期上下徑；PASP：肺動脈收縮壓

組別對照組運動員組t 值/t′值/z 值P 值RA-D1（mm/m2）19.08±2.34 21.77±3.00-3.873＜0.001 RA-D2（mm/m2）24.63±21.46 26.45±2.87-2.783 0.007 RV-D1（mm/m2）20.35±2.48 21.50±3.94-1.348 0.183 RV-D2（mm/m2）16.53（2.62）18.10±2.25-2.706 0.007 RV-D3（mm/m2）41.02（4.04）42.90±4.27-1.168 0.243 PASP（mmHg）21.92±4.18 28.57（7.40）-4.568＜0.001

表3 兩組參與者三維超聲參數及斑點追蹤參數的比較Tab.3 comparison of 3D-ultrasound parameters and speckle tracking parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

表3 兩組參與者三維超聲參數及斑點追蹤參數的比較Tab.3 comparison of 3D-ultrasound parameters and speckle tracking parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

注：RV-EDV：右室舒張末期容積；RV-ESV：右室收縮末期容積；RV-SV：每搏輸出量；RVEF：右室射血分數；RV-GLS：右心室整體縱向應變

組別對照組運動員組t 值/t′值/z 值P 值RV-EDV（mL/m2）36.25±5.46 4.85（17.66）-4.613＜0.001 RV-ESV（mL/m2）17.08±2.69 20.87（8.52）-4.421＜0.001 RV-SV（mL/m2）19.18±2.86 23.89（10.05）-4.406＜0.001 RV-EF（%）53.10（1.29）51.71（2.56）-1.863 0.062 RV-GLS（%）22.36±2.56 19.60±3.59 3.429 0.001

在本項研究中，與身高、年齡相匹配的對照組比較，運動員較對照組體質量及體表面積增加，差異均有統計學意義，考慮為力量型運動對運動員身高、體質量有特殊要求，加之長期訓練下，運動員骨骼肌重量增加，這和國外運動員研究結果一致［9］。運動員在非運動狀態下心臟處于良好的節能狀態，能夠保持良好心力儲備，有利于在運動狀態下的充分動員，故較對照組心率減低。該研究中運動員組PASP 雖在正常范圍，但較對照組升高，差異有統計學意義。考慮研究對象為力量型運動員，屬無氧運動類型，特點為依賴運動員瞬間爆發力。訓練時，一方面，外周血管受肌肉收縮短暫性壓迫，血壓升高，左房壓升高，而肺血管床對血流阻力增高的調節有限，肺動脈壓明顯升高，另一方面，肺動脈壓隨心輸出量增加而增加，隨著運動強度的增加，心輸出量增加的越多，右室收縮壓上升的越高，右心室室壁應力增加越顯著，這些更高的壓力，增加了右心室后負荷及做功，右心室的冠狀動脈灌注和需氧量顯著增高［4，10］。本研究中運動員組心臟大小雖然均在正常范圍，但較對照組增大，RA-D1、RA-D2 及RV-D2 差異均有統計學意義，提示運動員右心房因長期前負荷增加而發生代償性增大，而兩組參與者RV-D1、RV-D3 差異并不明顯，力量訓練是典型的無氧運動，以肌肉細胞等長收縮為主。這類運動主要導致室壁增厚，室壁應力增加，而腔徑增加不明顯［3］。

此外，本研究中運動員組三維RV-EDV、RVESV、RV-SV 較對照組增加，差異均有統計學意義，而兩組間RV-EF 差異無統計學意義。提示運動員右室容積較對照組代償增大，但RV-SV 也隨之增大，RV-EF 仍保持正常。運動員組RV-GLS 降低，且兩組間差異有統計學意義，提示右室射血分數雖在正常范圍，但其室壁運動已出現亞臨床改變。右心室心肌結構與左心室不同，右心室心肌收縮主要靠右室游離壁心內膜下的縱向的斜形肌，右室收縮時，心肌在心底與心尖部之間的縱向牽拉并向室間隔偏移，導致心室射血［11-12］。力量型運動員由于長期無氧運動時右心室心肌缺氧及前負荷突然升高，心肌細胞雖然可通過Frank-starling 機制增加心輸出量，但心肌氧化應激增加，心肌細胞膜損傷，釋放的心肌損傷生物標志物刺激免疫細胞，心內膜間質纖維化及血管周圍纖維組織增生，心肌運動能力下降。另外，運動過程中肺動脈壓的顯著增高亦會導致右室功能損傷［13-15］。

目前，對于運動員右心室功能及RV-GLS 的研究醫學界結論不一。MARTA 等［9］研究了100例耐力型運動員及50例對照組發現，與對照組相比，運動員組RV-GLS 減低（P＜0.01）。也有研究［16］發現，與對照組比較，耐力型運動員右室整體縱向應變絕對值增高（P＜0.001）、RV-EF 無明顯變化（P＞0.05）。對于以上差異，考慮主要有兩個原因：（1）既往研究應用常規超聲心動圖評估右室收縮功能時，易受右室形態、測量角度及呼吸等因素的影響，難免出現誤差。（2）可能與研究對象、運動員年齡，訓練年限、訓練強度、運動類型不同有關。本研究應用RT-3DE 能夠快速準確構建右室心腔大小及形態，無角度依賴性，能準確測得右室射血分數。2D-STE 作為一項新的技術能夠在連續幀中追蹤均勻分布于心肌內的聲學斑點并計算出運動軌跡，準確重建心肌組織的實時運動和形變，為復雜的心室運動提供精確的定量信息，可全面、準確、客觀評估右室運動情況。本研究創新性：較早地將兩種技術結合，對青年男性力量型運動員右心室收縮功能準確評估。本研究由于樣本量較少，且未將耐力型運動員及女性運動員納入研究對象，故具有一定局限性，后續本研究團隊將逐步擴大研究范圍，如從一系列基礎實驗研究做起，從根源上解釋運動員心臟發生機制，力求為運動員健康指導提供科學的理論依據。

綜上，長期參加高強度訓練的青年男性力量型運動員右室收縮功能出現亞臨床改變；RT-3DE及2D-STE 可敏感檢測這一變化，為評價運動員健康提供可靠依據。