脈沖多普勒超聲心功法對大學生不同高度臺階實驗測試效度的研究

齊玉剛，譚思潔，黃津虹

（1.天津科技大學，天津 300222；2.天津體育學院，天津 300381）

1 研究目的

人體心血管功能是身體活動得以完成的內(nèi)在動力，是健康的首要因素之一。對這一系統(tǒng)機能能力的檢測與評價是體質評定中極其重要的部分，許多研究者曾經(jīng)為此做出努力。段黔冰等的研究指出：中長跑和臺階試驗應該同時作為評價心功能的指標而不能相互代替［13］。臺階試驗作為運動負荷實驗的一種形式，是在運動試驗下觀察受試者心血管功能水平，有著方法簡便、不需動用精密儀器及無創(chuàng)性操作等優(yōu)點，因而被廣泛的應用于學生、成年人群的心血管機能評價中。

我國《學生體質健康標準》對大學生心功能檢測采取的臺階試驗方法是利用固定高度 （男40cm，女35cm）的臺階，通過測定定量負荷運動后恢復期脈搏按公式計算臺階指數(shù)，評價受試者心血管功能，此方法被稱為“日本臺階試驗”［1］，屬于改良的哈佛臺階實驗方法。目前對于臺階實驗評定心血管功能的可靠性有諸多研究，但不同研究所獲得的臺階試驗效度指數(shù)差異較大。

在臺階試驗中，影響功率的主要因素有：速度、時間和高度。而不同身高的測試者，下肢長度存在較大的差異，從生物力學角度考慮，在相同高度的臺階上完成上下動作，顯然做功大小是不同的，那么在受試者作功不同的情況下測定的臺階指數(shù)會影響心血管功能評價的準確性。本文利用脈沖多普勒超聲心臟結構及心臟功能檢測的方法進行對臺階實驗高度的合理性和測試效度的研究，以期為完善學生心功能測試評價方法，使之能客觀、準確的反映心血管機能提供參考依據(jù)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

抽取大學二年級在校男性學生67人，分成A、B、C三組，A組為身高＜170cm者；B組為身高170－180cm者；C組為身高＞180cm者。受試者身體健康狀況良好，能正常完成學校體育課程，體重正常，他們的一般情況見表1。

表1 實驗對象基本情況表

2.2 研究方法

2.2.1 測量受試者身高、小腿長度

計算每一組別小腿長度平均數(shù)相近值作為臺階實驗的預測合理高度，經(jīng)過修正，確定：A組35cm，B組40cm，C組45cm。

對三組受試者分別進行全部三種高度的臺階試驗。實驗采取連續(xù)三天在相同的時間完成一種高度的測試。實驗方法依《標準》規(guī)定的方法［2］。

2.2.2 全部受試者進行脈沖多普勒超聲心動圖測試

實驗儀器選用美國GE公司生產(chǎn)的LOGIG-7彩色多普勒超聲儀。測量方法為：3MS有源面陣心臟探頭做安靜時和運動后即刻的心臟M型和多普勒圖像，運用自動勾邊技術測量反映心臟功能的各個敏感指標。

（1）測安靜時的每搏量（SV）、心輸出量（CO）、射血分數(shù)（EF）、左室內(nèi)徑縮短率（FS）（FS＝（Dd－Ds）／Ds×100%），利用公式：體表面積BSA（m2）=0.0061·身長（cm）+0.0128·體重（kg）-0.1529計算體表面積從而推算出心臟指數(shù)（CI=CO/BSA）及每搏指數(shù)（SI=SV/BSA）。

（2）受試者佩帶遙測心率表，按照120次/分鐘的節(jié)拍做60秒60次的深蹲起以，使心率達到140次/分（約為中等強度運動）時立即躺下進行超聲心動診斷，即刻采集SV、CO、EF、FS以及計算CI、SI、△D%等各項指標。

2.3 數(shù)據(jù)處理

全部實驗數(shù)據(jù)采用spss11.0軟件進行統(tǒng)計學處理，進行方差分析及相關性檢驗。顯著性水平為0.05。

3 結果與分析

3.1 超聲多普勒測試結果

受試者安靜時與中等負荷運動后多普勒超聲測定的心臟功能指標見表2、表3。表2、表3表明：不同身高的受試者安靜時、中等負荷運動后心臟功能沒有顯著差異。

表2 安靜超聲多普勒結果

表3 運動后超聲多普勒結果

3.2 臺階試驗測試結果

不同身高受試者使用不同高度臺階測試臺階指數(shù)結果的對比見表4及圖1。表4及圖1顯示：同一受試者用不同的臺階高度測得的臺階指數(shù)存在較大差異（P<0.05），臺階越高臺階指數(shù)越小。不同身高的受試者用同一高度的臺階所得出的臺階指數(shù)也有明顯的差異，說明在臺階試驗中臺階高度是影響評價結果的關鍵因素，它與受試者的身高關系密切。即身材高、腿長的受試者測得的臺階指數(shù)較大。

表4 不同身高者使用不同高度臺階測定臺階指數(shù)結果 （X±SD）

圖1 不同身高者用不同高度臺階得出指數(shù)結果比較

3.3 超聲多普勒結果與臺階指數(shù)的相關性分析

表5 不同身高組的三種臺階指數(shù)與EF的相關度分析結果

表6 不同身高組的三種臺階指數(shù)與FS的相關分析結果

表5、表6可見，身高＜169cm的大學生采用35cm高臺階測得的臺階指數(shù)與EF、FS相關度 （r=0.52，r=0.59，P＜0.05）高于使用40cm高度的臺階測得的臺階指數(shù)（r=0.39，r=0.43），為中度相關；他們使用45cm高度的臺階測得的臺階指數(shù)與EF、FS基本不相關（r=-0.095，r=-0.025）。

身高170-180cm組的大學生采用40cm高度的臺階與EF或FS的相關度最高（r=0.60，r=0.66）。

身高＞181cm組的大學生用45cm的臺階與EF或FS相關度分別為r=0.58，r=0.65，明顯高于用35cm，40cm高的臺階測得的臺階指數(shù)與EF、FS的相關程度。

4 討論

（1）臺階實驗作為動態(tài)心臟功能的評價方法比安靜心率、心電圖等方法都更有利于評價的敏感性，但在實際的測試評價中，臺階試驗試驗效度指數(shù)有較大差異，有不少學者對臺階試驗的科學性提出了質疑［3～6，11］。 如劉定一［5］的研究認為：不同體重的人進行同一高度的臺階實驗所做的功并不相同，這在很大程度上影響了測試效度。王健的研究認為：臺階試驗受身高、體重等非心血管因素的影響。黃建華等認為：適合不同年齡、性別的臺階試驗運動負荷方案等也需要進一步的研究論證［11］。

多年來，人們?yōu)榱烁_切的評價不同人群的心血管功能，從臺階的高度或運動負荷時間等方面進行了一些研究和修正，出現(xiàn)了不同形式的臺階試驗。如洪芝文等曾制訂過湖北7-16歲少兒按身高選擇5種高度進行臺階試驗的方法［3］， 提出：18歲身高170cm以上者采用40cm高的臺階進行實驗；身高180cm以上采用50cm高的臺階進行實驗，這應該比使用統(tǒng)一高度臺階的方法更有利于評價的科學性。但《標準》之所以沒有采用類似的方法可能考慮測試的簡便性，更重要的可能是尚乏有關大學生臺階試驗方法的研究與論證。

然而，本文區(qū)分不同身高分別進行的不同高度臺階的臺階實驗結果表明：身高對臺階指數(shù)的影響作用顯著，同一受試者在不同的臺階高度測得的臺階指數(shù)存在較大差異。臺階高度作為影響負荷強度的重要指標直接影響臺階指數(shù)，從而影響著心功能測試的準確性，楊錫讓等人的研究曾發(fā)現(xiàn)身高和臺階高度對臺階運動的心率和耗氧等項參數(shù)有明顯影響［4］；郭海英等的研究認為：安靜心率、身高與運動后恢復期心率呈正相關，而與臺階指數(shù)呈負相關，這些都與本文研究結果一致［12］。

雖然目前采用的臺階實驗上下臺階的總次數(shù)（90次）、上下臺階的總時間（3min）是固定的，但對于身高差異較大的學生使用同一高度進行測試顯然不夠合理。這說明臺階試驗中所使用的臺階高度應該根據(jù)身高不同來制定。在考慮簡便性的同時應進一步定量臺階實驗的負荷強度，對于提高測試效度有重要的意義。本文選擇35cm、40cm、45cm三種高度的臺階進行有關試驗是因為考慮到這三組身高的受試者小腿的長度分別接近上述數(shù)值。

（2）盡管有人報道過以最大攝氧量作為效標研究臺階試驗評價心血管功能的效度，結果是二者的相關在0.35-0.77之間［4］，研究結果有較大的不一致性。有人證明臺階試驗與最大攝氧量無明顯的伴隨關系，并以此質疑臺階試驗評價心血管功能的有效性。但事實上，作為一項評價心血管功能的指標，用最大攝氧量作為效標也許并不適宜。

在超聲學上利用M型及二維超聲心動圖能夠反映心臟結構狀態(tài)，室壁運動幅度，測量心腔各個時相的大小及室壁厚度；脈沖多普勒檢查可準確無創(chuàng)的測量心腔和大血管中的血流速度、血流方向、血流性質及流量［7］。這些技術的綜合應用可以全面無創(chuàng)的定量估測或定性分析心臟功能，其中，射血分數(shù)（ejection fraction EF）是反映心臟射血能力或搏動能力的指標。左室內(nèi)徑縮短率（fraction shortening FS）反映左室后壁運動幅度，F(xiàn)S越高說明心臟搏動越有力，同時射血分數(shù)也會越高。大多數(shù)研究認可超聲多普勒方法可以準確反映心臟血管功能，EF、FS是評價心功能最常用也是最有價值的指標之一。

大量文獻報道過安靜時使用超聲心動方法評價心臟功能，但動態(tài)負荷后心臟功能水平的評價應該比安靜時的評價更為敏感，本研究亦觀察到受試者安靜時和動態(tài)負荷后心功能水平的不同變化，并且選擇中等負荷后進行心功能的有關評價，一般認為［8］：140次/分的心率可以作為中等運動負荷的標志，此時，心臟功能潛力可以明顯表現(xiàn)，表3表5顯示，中等運動負荷后，受試者心臟功能水平大幅度上升。

本文利用具有代表性的心功能指標：EF、FS與各種高度的臺階實驗測得的臺階指數(shù)進行相關分析，結果顯示（見表5、6）：身高在169cm以下的學生使用35cm高度的臺階得出的臺階指數(shù)與EF和FS的相關性分別為0.52、0.59（p＜0.05）；高于和使用40cm高度的臺階測得的臺階指數(shù)的相關 （0.39，0.43）；而與使用45cm高度的臺階測得的臺階指數(shù)基本不相關（r=-0.95；r=-0.025）。 說明身高在169cm以下的大學生臺階試驗應采用35cm高的臺階，能夠較敏感的反映他們的心血管功能。

表4還顯示：身高170-180cm組的學生用40cm高度的臺階與EF或FS的相關度（r=0.60，r=0.66）；他們應該采用40cm高的臺階。身高＞181cm組的學生用45cm的臺階相關度最高 （r=0.58，r=0.65）， 應采用45cm高的臺階。

5 結論與建議

（1）臺階高度作為影響負荷強度的重要指標直接影響臺階指數(shù)，從而影響著心功能測試的準確性，應根據(jù)身高選擇相應的臺階高度以提高心功能測試的效度。

（2）身高在170cm以下的學生使用35cm高度的臺階得出的臺階指數(shù)與EF和FS的相關性最高（0.52、0.59），（p＜0.05）； 應采用35cm高的臺階。 身高170-180cm的大學生使用40cm高度的臺階與EF或FS的相關度最高（r=0.60，r=0.66）；他們應該采用40cm高的臺階。身高＞180cm組的學生采用45cm的臺階相關度最高（r=0.58，r=0.65），應采用45cm高的臺階。

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