優(yōu)秀游泳運動員心臟形態(tài)及功能的超聲心動圖特征

陳 劍，徐 明，金 坤

“運動員心臟”這一概念自被提出以來就引起了廣泛關注和研究，其特征為心臟體積增大、心室壁增厚、心室腔擴大、每搏輸出量增加、靜息心率減慢等。通常運動員心臟分為力量型和耐力型：力量型心臟呈向心性肥大，以心壁增厚為主;耐力型心臟呈離心性肥大，以心腔擴大為主[1]。游泳運動是現(xiàn)代競技體育基礎大項之一，由于游泳運動水環(huán)境的特殊性，人在游泳時水的阻力遠遠大于空氣阻力，在水中完成相同距離的運動比在空氣中消耗更多的體力[2]，心臟作為人體血液運輸?shù)膭恿ζ鞴?，向其他器官、組織提供充足的血流量，以供應氧和各種營養(yǎng)物質[3]，為人體超體力活動提供源源不斷的能量，其結構與功能的變化對運動訓練有著重要影響。超聲心動圖是目前臨床上評價心臟結構及功能最常用的方法，本文應用超聲心動圖測量心臟結構大小及功能，設置正常人群作為對照組，分析與研究優(yōu)秀游泳運動員心臟超聲心動圖的特征，為優(yōu)秀游泳運動員選材提供醫(yī)學數(shù)據(jù)參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為上海市優(yōu)秀游泳運動員，共32人，其中男運動員12人，女運動員20人，年齡為（17.41±2.75）歲，訓練年限6～12年，運動項目為中長距離游泳，均為一級運動員及以上水平，其中健將級運動員達46.9%。對照組從在醫(yī)院門診健康就診者中的普通人群選取，男、女各 20 人，年齡為（18.18±2.05）歲。所有研究對象身體健康，均無高血壓、糖尿病及其他心腦血管疾病史，查體心臟無陽性體征。

1.2 研究方法

1.2.1 儀器與方法

采用ESAOTE MyLabSix+彩色超聲診斷儀，探頭頻率1～4 MHz。測試前1 h避免劇烈運動，測試前安靜休息5～10 min。測試時囑受試者平靜呼吸，取左側臥位，探頭置于左胸胸骨旁第3～4肋間進行測量，各值均連續(xù)測量3個心動周期，取平均值。測量標準嚴格按照復旦大學人類表型組研究院表型組學技術操作手冊進行。

1.2.2 測試指標

心臟形態(tài)結構指標：主動脈根部內徑（AoD）、左房前后徑 （LAAPD）、左室舒張末期前后徑（LVEDD）、左室收縮末期前后徑（LVESD）、左室舒張末期室間隔厚度（IVSd）、左室舒張末期后壁厚度（LVPWd）、左室心肌重量（LVM）、左室心肌質量指數(shù)（LVMI）。

心臟左室功能指標：左室舒張末容積（LVEDV）、左室收縮末容積（LVESV）、左室射血分數(shù)（LVEF）、左室縮短分數(shù)（LVFS）、左室每搏輸出量（LVSV）、左室心輸出量（LVCO）。

1.2.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS22.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，測試所得計量資料均以平均數(shù)±標準差來表示，采用獨立樣本T檢驗，當方差不齊時，采用修正的T檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

優(yōu)秀游泳運動員超聲心動圖顯示其心臟結構指標特征如下：AoD、LAAPD、IVSd、LVPWd、LVEDD、LVESD、LVM、LVMI均大于普通人群，存在顯著差異 （P＜0.05）。心臟左室收縮功能指標特征如下：LVEDV、LVESV均顯著高于普通人群 （P＜0.05），LVEF及LVFS低于正常人群，男子組有顯著差異（P＜0.05），而女子組無明顯差異（P＞0.05）。男女運動員左室每搏輸出量均顯著高于普通人群 （P＜0.05），而左室心輸出量與同齡普通人群無明顯差異（P＞0.05）。統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1、表2。

表1 優(yōu)秀女子游泳運動員與普通人群（女）心臟結構與功能的比較（±SD）Table I Comparison of Cardiac Structure and Function between Elite Female Swimmers and the General Population(Female)（±SD）

表1 優(yōu)秀女子游泳運動員與普通人群（女）心臟結構與功能的比較（±SD）Table I Comparison of Cardiac Structure and Function between Elite Female Swimmers and the General Population(Female)（±SD）

注：*表示女子游泳運動員與對照組（女）之間差異 P＜0.05，**表示 P＜0.01。

指標 女子游泳運動員（N=2 0） 普通人群（女）（N=2 0）心率 H R/b·m i n-1 5 6.7 5±1 0.0 1 7 4.0 0±2.7 1**A o D/m m 2 6.4 6±1.6 7 2 2.8 0±1.7 9**L A A P D/m m 3 1.0 6±2.4 9 2 6.2 5±3.1 6**I V S d/m m 8.5 4±0.8 6 7.5 1±0.4 9**L V P W d/m m 7.7 6±0.9 1 7.2 3±0.4 3*L V E D D/m m 4 9.4 9±2.6 9 4 0.7 8±8.1 9**L V E S D/m m 3 1.5 1±2.4 5 2 6.6 0±2.5 4**L V M/g 1 5 5.5 0±2 7.0 2 1 0 1.7 0±1 3.6 3**L V M I/g·m-2 9 4.1 0±1 7.8 2 6 7.4 0±9.4 0**L V E D V/m L 1 1 5.9 1±1 4.5 5 8 1.6 7±1 2.8 5**L V E S V/m L 3 9.8 5±7.4 7 2 6.2 7±6.6 8**L V E F/% 6 5.4 0±5.8 5 6 7.7 0±4.6 6 L V F S/% 3 6.2 5±4.5 2 3 7.5 5±3.6 5 L V S V/m L 7 6.0 6±1 2.8 1 5 5.2 2±8.2 5**L V C O/L 4.3 4±1.1 0 4.0 9±0.5 8

表2 優(yōu)秀男子游泳運動員與普通人群（男）心臟結構與功能的比較（±SD）Table II Comparison of Cardiac Structure and Function between Elite Male Swimmers and the General Population(Male)（±SD）

表2 優(yōu)秀男子游泳運動員與普通人群（男）心臟結構與功能的比較（±SD）Table II Comparison of Cardiac Structure and Function between Elite Male Swimmers and the General Population(Male)（±SD）

注：*表示男子游泳運動員與對照組（男）之間差異 P＜0.05，**表示 P＜0.01。

指標 男子游泳運動員（N=1 2） 普通人群（男）（N=2 0）心率 H R/b·m i n-1 5 6.7 5±8.6 2 5 7 2.2 5±2.8 3**A o D/m m 3 0.3 4±2.3 3 2 5.4 5±2.6 3**L A A P D/m m 3 4.4 7±1.9 9 2 8.8 5±3.2 9**I V S d/m m 9.2 3±0.9 9 8.1±0.9 4**L V P W d/m m 8.4 6±1.0 1 7.6 6±0.5 9*L V E D D/m m 5 4.3 9±4.3 2 4 5.9 9±3.6 9**L V E S D/m m 3 6.3 5±3.8 3 2 8.2 7±3.5 3**L V M/g 2 0 9.0 8±3 5.1 8 1 3 0.1 5±2 2.8 2**L V M I/g·m-2 1 0 5.7 5±1 7.9 4 7 4.9 5±1 2.3 7**L V E D V/m L 1 4 4.8 5±2 6.9 1 9 8.1 8±1 8.0 3**L V E S V/m L 5 6.1 0±1 5.7 3 3 1.0 0±1 0.0 9**L V E F/% 6 1.4 2±7.1 4 6 8.9 5±5.2 2**L V F S/% 3 3.3 3±4.9 9 3 8.6 5±3.9 6**L V S V/m L 8 8.7 4±1 9.5 4 6 7.2 1±1 0.9 6**L V C O/L 4.9 5±1.0 1 4.8 6±0.8 3

健將級運動員心臟結構大小與一級運動員比較無顯著性差異（P＞0.05），其左心功能指標：LVSV、LVCO、LVEF、LVFS優(yōu)于一級運動員，除LVSV外，其主要功能指標差異均具有統(tǒng)計學意義。統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3。

表3 健將級運動員與一級運動員左心功能的比較（±SD）Table III Comparison of Left Ventricular Function between Elite Athletes and Master Of Sports（±SD）

表3 健將級運動員與一級運動員左心功能的比較（±SD）Table III Comparison of Left Ventricular Function between Elite Athletes and Master Of Sports（±SD）

注：*表示健將級運動員與一級運動員之間差異P＜0.05。

指標 健將級運動員（N=1 5） 一級運動員（N=1 7）心率 H R/b·m i n-1 5 8.6 0±9.3 8 5 5.1 2±9.3 4 A o D/m m 2 7.8 9±2.6 9 2 7.9 3±2.7 9 L A A P D/m m 3 2.0 5±2.9 6 3 2.5 8±2.7 9 I V S d/m m 8.7 3±0.9 4 8.9 7±1.0 0 L V P W d/m m 7.6 6±1.0 0 8.1 8±1.1 3 L V E D D/m m 5 1.5 5±3.4 1 5 1.1 4±4.7 3 L V E S D/m m 3 2.3 1±2.6 4 3 4.2 3±4.5 1 L V M/g 1 7 2.3 3±4 0.7 0 1 7 8.4 7±3 9.9 5 L V M I/g·m-2 9 4.4 0±2 0.3 1 1 0 2.0 6±1 6.4 8 L V E D V/m L 1 2 7.5 9±2 0.3 2 1 2 6.0 4±2 7.9 1 L V E S V/m L 4 1.9 3±8.0 1 4 9.4 9±1 6.6 0 L V E F/% 6 7.0 7±4.6 9 6 1.1 2±6.8 0*L V F S/% 3 7.5 3±3.7 8 3 3.0 6±4.7 9*L V S V/m L 8 5.6 5±1 5.8 7 7 6.5 6±1 6.4 7 L V C O/L 5.0 1±1.0 8 4.1 8±0.9 7*

3 分析與討論

1899年瑞典學者Henschen通過叩診法確定滑雪運動員心界大小的方法首次提出“運動員心臟”這一概念，并提出“最大的心臟將在競賽中取勝”的著名理論，并將這種運動員特有的大心臟稱為“運動員心臟（Athlete's Heart）”，表現(xiàn)為心肌發(fā)達、心肌收縮力強、心力儲備高等特點，自此開啟了探索和研究運動員心臟的序幕[4]。隨著超聲心動圖技術的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，越來越多地應用于運動員心臟的檢查，得益于超聲技術的無創(chuàng)性和可重復性，可以更方便、準確地觀察運動員心臟，提高對運動員心臟結構功能特征的了解和認識。

Morgannroth等學者認為游泳運動員的心臟變化以心腔擴大的離心性肥厚為主，但也有研究發(fā)現(xiàn)游泳等耐力性運動項目的運動員左室室間隔厚度、左室后壁厚度較普通人群明顯增厚[5]，具有向心性肥厚的特征[6]。近年來的超聲心動圖研究發(fā)現(xiàn)耐力訓練的運動員并非單純以擴張性改變?yōu)橹?，而力量訓練的運動員也并非一定出現(xiàn)向心性肥厚。競技游泳運動是以競速為主的運動項目，主要分為短距離游泳和中長距離游泳。速度、耐力是影響競技成績的直接因素，而力量是提高游泳水平的關鍵[7]，兩者相輔相成，缺一不可。力量與耐力都是游泳運動日常訓練的重點內容，多年的超常力量和耐力訓練造成漸進適應性改變。而游泳運動員心臟的結構大小、形態(tài)功能也隨著運動訓練強度的變化發(fā)生適應性改變，這種改變與運動類型及訓練持續(xù)時間有著密切關系。

3.1 游泳運動員心臟形態(tài)結構的特點

通過對上海游泳隊優(yōu)秀運動員超聲心動圖測試結果發(fā)現(xiàn)，普通人群心臟AoD、LAAPD、IVSd、LVPWd、LVEDD、LVESD、LVM、LVMI測值均在正常參考范圍內，且指標波動不大，而優(yōu)秀游泳運動員各項測值均較高，屬于正常高限或更甚。LVSV、LVCO、LVEF及LVFS是重點觀察與對比指標。游泳運動需要左心室強大的做功和儲備功能，由此可見優(yōu)秀游泳運動員心臟結構大小與普通人心臟相比均有不同程度的增大，心腔擴大，心室壁增厚，心肌重量增加，左室改變更趨顯著。

中長距離游泳屬于耐力型為主的運動項目，既需要耐力來完成規(guī)定的距離，也需要足夠力量克服水的阻力，因此運動員的心臟在運動訓練中逐漸發(fā)生了生理性的適應性改變，其兼具耐力型心臟和力量型心臟的特點，即游泳運動員心臟在擴張性改變的基礎上也有一定程度的向心性增厚，這種變化隨時間和強度的增加而愈加顯著。本研究中15名訓練年限較長的健將級運動員的心臟變化表現(xiàn)尤為突出，LVEF 為（67.07±4.69）%，LVFS 為（37.53±3.78）%，LVCO為（5.01±1.08）L，遠大于同齡同性別的正常人群平均數(shù)值。而速度型運動項目除了要求運動員有較強的心血管系統(tǒng)外，更強調具有較強的抗缺氧能力，機體無氧代謝水平高以及運動員神經(jīng)過程靈活性較高，神經(jīng)沖動傳導速度快、強度大等。

3.2 游泳運動員心臟貯備功能的特點

在靜息狀態(tài)下，普通人群組心率均在74次左右，而優(yōu)秀游泳運動員心率普遍較低，多低于正常低限60次，文獻資料報道我國優(yōu)秀男性和女性運動員的平均靜息心率分別為58.95次/分和59.02次/分，最低心率均為37次/分，竇性心動過緩發(fā)生率為55.3%，心動過緩和每搏心輸出量大是心臟效能節(jié)省化的表現(xiàn)。另一方面，運動員心臟的LVEDV、LVESV因與其LVEDD、LVESD密切相關，其測值也較普通人群顯著增大；左室EF、FS均在正常范圍內，且運動員心臟測值略低于正常人群；運動員心臟的LVSV明顯高于普通同齡人，而LVCO與普通人群無明顯差異。這是由于運動員心率低，心肌耗氧量低，高效的心臟做功效率足以維持與正常人相當?shù)男妮敵隽?。如此?yōu)秀的“運動員心臟”作為運動員特有的高功能、高儲備、大心臟，在競技體育中起到非常重要的作用，尤其是心力貯備功能在游泳運動員身上格外地體現(xiàn)出來，特別會在大負荷訓練狀態(tài)和競技體育比賽動員下超常地發(fā)揮出來。

3.3 游泳運動員性別及運動等級的特點

研究發(fā)現(xiàn)不同性別的運動員其心臟結構與功能存在著顯著差別，除心率外，各項指標都顯示男性運動員明顯高于女性運動員，優(yōu)秀運動員明顯高于一般運動等級運動員。男性運動員較女性運動員更顯身材高大、身體充實、肌肉含量高、身體素質好、訓練強度大，因此男性運動員心臟形態(tài)學改變更為顯著。另外，有學者認為女性運動員由于雌激素對心臟增大的防止作用以及雌激素對睪酮的拮抗作用，會導致女子運動員心臟增大百分比明顯地低于同項目男子運動員[8]。

研究也發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀游泳運動員在進行遞增負荷的運動時，其LVSV、LVCO、LVEF及LVFS隨運動等級的提升而增大，且隨著運動強度的增加而不斷增加，在健將級運動員中表現(xiàn)的尤為明顯。競技游泳是以競速為主的運動項目，需要充分利用人體機能能力發(fā)揮運動能力，這樣才能在游泳比賽中取得優(yōu)異的成績。心臟作為人體機能動力的來源，其功能的差異決定著競技水平的高低，越優(yōu)秀的運動員，其心臟形態(tài)結構和功能的改變越顯著，越能適應和滿足比賽時機體對能量的需求，以保障高效完成游泳比賽。

以往文獻報道高強度的體育訓練可引起心臟結構、功能的改變，為適應運動負荷的增加，心臟發(fā)生適應性重塑[9]。我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀游泳運動員心臟經(jīng)過長期、規(guī)律的專業(yè)訓練，心臟發(fā)生生理性重塑，心臟形態(tài)增大，心室壁增厚，心臟做功效率提高，心力貯備增強，心室順應性好。而優(yōu)秀游泳運動員在靜息狀態(tài)下，其心率明顯低于普通人，而每搏輸出量、左室舒張末容積及左室收縮末容積均明顯大于普通人，而心輸出量則沒有表現(xiàn)出明顯的差異。隨著運動時間和強度的增加和累積，會引起心腔擴大、室壁增厚及心肌細胞總量增加，從而使每搏輸出量及心肌收縮力量得以提高。本研究中優(yōu)秀游泳運動員經(jīng)過多年專業(yè)而系統(tǒng)的訓練，心臟結構與功能發(fā)生了生理性的適應性改變，結構大小與普通人群相比已有明顯差異，雖然在靜息狀態(tài)下，左心功能與普通人群相比差異不大，而運動員較高的每搏輸出量能夠在耗能較低的安靜狀態(tài)下維持與普通人相近的心輸出量，更突顯了優(yōu)秀運動員心臟具備了較強的心力貯備[10]。

4 小結

研究結果顯示，優(yōu)秀游泳運動員超聲心動圖特征為運動員心臟結構大小較普通人群顯著增大，心腔擴大，心室壁增厚，心肌質量增加；靜息狀態(tài)下優(yōu)秀游泳運動員心臟較正常人群相比，心臟左室每搏輸出量顯著增加，而心輸出量無明顯差異。由于運動員心率顯著低于普通人群，心臟做功效率較高，其具備了較強的心力貯備，有能力滿足高強度運動訓練及比賽需要，且男子運動員優(yōu)于女子運動員，健將級運動員較一級運動員相比更顯著。

超聲心動圖作為一種無創(chuàng)、經(jīng)濟、可重復性強的檢查方法，可對運動員心臟的形態(tài)、結構、功能的變化進行定期動態(tài)觀察，為優(yōu)秀游泳運動員選材育才提供重要參考。