超聲心動圖技術在評價運動訓練對心臟功能影響的研究*

孔祥生

（曲阜師范大學體育教研部，山東曲阜273165）

超聲心動圖技術在評價運動訓練對心臟功能影響的研究*

孔祥生

（曲阜師范大學體育教研部，山東曲阜273165）

摘要：超聲心動圖技術對運動員心臟結構、心功能特點的分析、研究，已經從安靜狀態(tài)到運動負荷狀態(tài)，從整體發(fā)展到了局部，從定性發(fā)展到了定量，從普通訓練發(fā)展到高原訓練等不同方面。由于超聲心動圖技術具有及時、準確、安全、可重復檢測等優(yōu)點，成為評價運動員心臟特點最常用的無創(chuàng)性技術。

關鍵詞：多普勒超聲技術；血流頻譜；心室功能

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.021

早期對運動員心臟機能與形態(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大。近年來，大量超聲心動圖的分析、研究證明，運動訓練可使心臟在形態(tài)、機能等方面產生適應性改變即運動員心臟（Athlete's Heart）。研究表明，不同類型的運動員心臟超聲心動圖具有不同的自適應特性。耐力鍛煉能使運動員的心臟容量增加，而從事等長運動訓練的運動員有心室壁增厚、內徑增加的趨向（雖然內徑增加，但沒有超出正常范圍）。隨著超聲心動圖技術的進步，更加確切地證實了長期大負荷運動對左心室形狀和機能產生適應性改變。這種適應性改變對研究運動對心臟的形狀、功能的影響有重要意義，也能為選拔運動員提供科學依據。

1　超聲心動圖技術在評價運動訓練對心功能方面的研究

1.1運動訓練對心肌收縮功能的變化研究

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

Loeppky等人在1981年，對健康成人超聲心動圖的研究中發(fā)現，安靜狀態(tài)時臥位心搏量高于立位心搏量，運動狀態(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)、次級負荷運狀態(tài)坐、臥兩種體位研究中發(fā)現，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、立位運動時心輸出量的增加有不同的形式，立位運動時主要是心搏量的增加引起的；而臥位運動時的增加主要是心率增加引起的。而張運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項指標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系數為0.76。周全等人測量、分析12名耐力項目大學生運動員和普通大學生不同狀態(tài)下主動脈收縮期血流頻譜。結果顯示安靜狀態(tài)、定量負荷運動后，實驗組Vmax、PGmax、PGm、AVm明顯小，AT、ET明顯大；極量負荷運動后，兩組各參數無明顯差異［1］。趙云蘭對經常運動和不愛運動的老年人超聲心動圖進行比較分析，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。在運動強度遞增，心輸出量增加，每搏量與心率呈線性相關，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運動訓練對心肌舒張功能的變化研究

研究表明，在運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數。隨著運動強度的變化，左室舒張早期E峰峰值流速與心率呈線形關系，表明運動時隨著運動強度的增強，左室的舒張功能也不斷加強。在40%VO2運動強度時，舒張期末容積增至最大；40%VO2-100%VO2運動強度時，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生適應性反應。杜宏凱等人對高水平耐力運動員臥位自行車運動負荷心臟儲備力的研究表明，耐力運動員心率和心博量隨負荷的增加而增加，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)和等級負荷狀態(tài)均顯著低于對照組。

1.3運動訓練對心臟形態(tài)結構的研究

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

20世紀70年代，杜宏凱等人應用超聲心動圖方法對耐力、力量、速度三組優(yōu)秀運動員及常人對照組的心臟作了對比研究。結果顯示：三組運動員的心臟結構功能的特點各不相同。耐力訓練對運動員心臟的影響有左室腔徑、主動脈內徑明顯擴大，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，訓練的效應似乎僅表現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徑變化并不明顯［4］。因此，耐力運動員心臟結構變化受訓練影響較大，而力量組和速度組運動員心臟結構變化受訓練影響較小。孫力認為，動力性項目和靜力性運動項目對運動員心臟影響也不相同，動力性項目主要影響心臟左室舒張末期直徑和左室重量，靜力性運動項目主要影響心臟室壁厚度。馬云等人研究了長跑運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徑變化為主。運動員長期大運動量訓練所致的不同血流動力變化反映了心臟形態(tài)結構變化對專項訓練特點的良好適應，運動員以較大的心搏量和較慢的心率來維持大負荷的運動強度，體現了運動員心臟機械效率高的特點。

2　評價心臟功能的超聲心動圖技術

2.1組織多普勒顯像技術（TDI）的特點

TDI是近幾年發(fā)展起來的檢測心室運動的新技術，TDI能夠測量心室長軸收縮功能的變化，通過提取心肌運動多普勒信號對心室長軸運動進行定性、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)沿心室長軸的運動速度、方向、位移、時相等多項數據信息。TDI技術相對于LVEF來講更敏感、更準確，能更早檢測到早期局部收縮功能的異常，對評價運動員心臟功能有重要的臨床指導意義。

左室心肌運動是復雜空間三維運動，由于左室心肌纖維螺旋環(huán)繞特點，左室心肌運動呈現為矢量、方向、角度、時相等復雜的運動特點，同時TDI還受到幀頻、應變率-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運動，不能對心肌徑向和圓周運動以及心室扭轉進行評價，對測量結果的準確性和重復性有一定的影響。

2.2定量組織速度顯像技術（QTVI）的特點

QTVI顯像技術可以定量、定位檢測心肌運動及心臟非同步化運動，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行定量測量。對早期診斷運動員潛在心功能減退有重要意義。

影響QTVI技術的因素有室壁運動方向、聲束夾角、呼吸。

2.3組織多普勒應變與應變率顯像技術（SRI）的特點

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確反映局部心肌收縮敏感、特異性指標。由于能夠提實時心肌超聲顯像數據，而且數據不受心肌形變和相鄰心肌節(jié)段運動或限制效應的影響，對評價運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技術只能測量縱向的應變和應變率，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。

2.4二維斑點追蹤成像技術（STI）的特點

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斑點，自動追蹤心肌組織聲學斑點的位置和運動軌跡，能夠定量獲取應變率及旋轉角度等心肌運動參數。

2.5全方向M型超聲心動圖（OME）的特點

OME能對心血管結構進行全方位和運動方向的任意多條運動曲線的同步成像，夠對心血管結構進行任意多條運動曲線的同步成像?？蓪崟r提取室壁運動信息，能對心血管結構進行所有部位和運動方向的多條運動曲線的同步成像；對心臟內任意結構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生的誤差，避免了心臟擺動、扭曲產生的影響，測量的精確性和準確性大大提高。

影響OME的主要因素是心臟運動、呼吸及二維圖像質量等，比傳統M型要略遜一籌。

3　結束語

隨著超聲心動圖技術向及時、準確、安全、可重復檢測特點的發(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，從普通訓練發(fā)展到高原訓練等不同方面。充分利用各種超聲心動圖技術為全面、客觀、準確地評價運動員心臟功能提供依據。

參考文獻：

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［3］宋信勇.多普勒超聲技術在心功能運動實驗中的應用及發(fā)展［J］.山東體育科技2000（3）：34-35

［4］杜宏凱.優(yōu)秀運動員和無訓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動對老人左心功能的影響［J］.東南大學學報，2003，22（1）：53-54

［6］杜宏凱.超聲心動圖運動負荷實驗對優(yōu)秀耐力運動員左室功能的評定［J］.體育科學，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］.中國運動醫(yī)學雜志，1984，3（1）：31-64.

［8］孫力.超聲心動圖在運動醫(yī)學中的應用［J］.體育科學，1984 （3）：58-61.

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

中圖分類號：G808

文獻標識碼：A

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

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