多普勒超声技术在评价运动员心脏功能方面的研究与应用

2012-03-17孔祥生

运动 2012年2期

关键词：心动图左室多普勒

孔祥生

（曲阜师范大学体育教研部，山东曲阜 273165）

理论与方法探索

多普勒超声技术在评价运动员心脏功能方面的研究与应用

孔祥生

（曲阜师范大学体育教研部，山东曲阜 273165）

多普勒超声技术对运动员心脏功能的评价已从整体发展到了局部，从定性发展到了定量。由于多普勒超声心动图可实时显示心脏的解剖结构、室壁运动和血流信息，具有及时、准确、安全的优点，因而成为临床心功能测量最常用的无创性技术。

多普勒超声技术；血流频谱；心室功能

1 多普勒超声技术在评价运动员心脏功能方面的研究

1.1 对心输出量的动态测量研究

多普勒超声技术能够无创伤地研究安静与运动中的心脏功能，而心输出量是评价心脏收缩功能的重要指标之一。安静状态下测量的心脏收缩功能有一定的局限性，而运动状态下可以更准确地测量出心脏功能随运动负荷的增加而呈现的变化。1981年，Loeppky等人利用脉冲式多普勒超声技术进行了负荷多普勒超声心动图的研究，他们在对8个健康成人的测量中得出结论，静息状态时卧位心搏量高于立位心搏量，运动状态时立位比卧位的心搏量上升显著。在立位运动20秒内，立位心输出量比卧位心输出量增加两倍，其心输出量的增加主要是由于心搏量的增加；而卧位运动时，心输出量的增加主要是由于心率的增加。狄克胡斯等人对12名健康男性坐、卧两种体位下安静及运动中超声心动图的比较研究中发现，安静状态下卧位心搏量明显高于坐位心博量；在次级负荷运动时卧位、坐位心搏量均显著上升；而极限负荷运动时坐位心搏量增加显著，而卧位心搏量无明显增加；射血分数无论是坐位还是卧位在由安静至逐级负荷中均表现为持续增加。Gardin等人在对17例健康成年人运动状态下主动脉血流动力学变化测量时发现，主动脉血流量最大速度、收缩期流速积分显著增加，而射血时间明显缩短。而张运等人对20例健康成年人卧位次极量运动前后的测量结果表明，主动脉血流最大速度、平均加速度、收缩期血流积分、心搏量4项指标的测量值均显著增加。Takayama等人应用多普勒技术与热稀释法技术，同步测量了8例正常人踏车运动过程中主动脉血流量与心输出量，两者相关系数为0.76。

1984年，励建安等对坚持长跑锻炼的中老年人左心室功能运动超声心动图研究结果显示，安静与等量运动时每搏量、心输出量均高于比普通组。随着运动负荷增大，差异显著，表明坚持长跑的中老年人有较大的心力储备，这提示长跑锻炼可以推迟左心射血功能衰退的过程。赵云兰对健康的经常运动和不爱运动的老年人多普勒超声心动图比较分析表明，收缩期血流最大速度、平均加速度、最大加速度、流速积分、E/A、E和EDA两组差异显著，说明爱运动老人的左室收缩功能和左室舒张功能比不爱运动老人的功能好，爱运动老人的左心功能优于不爱运动的老人。

2001年周全等人采用彩色多普勒超声心动图仪测量、分析了12名耐力项目大学生运动员和12名普通大学生安静状态、定量负荷和极量负荷运动后主动脉收缩期血流频谱。结果显示，安静状态、定量负荷运动后，实验组Vmax、PGmax、PGm、AVm明显小，AT、ET明显大；极量负荷运动后，两组各参数无明显差异；耐力锻炼可使人体心脏左室收缩产生能量节省化，具备较大的功能潜力，泵血顺畅，主动脉瓣口面积增大。

1.2 心脏舒张功能的测量研究

随着临床生理学的进展，无创性心功能监测技术的提高，关于心脏舒张功能在心脏泵血功能中的作用，成为临床研究的热点。国家体科所杜宏凯等人，对我国高水平耐力运动员和常人卧位自行车运动负荷中心脏血流动力学变化特点和心功能储备力进行了比较和评定。结果表明，耐力运动员心率随负荷强度的增加逐级增高，与对照组比较发现，无论是安静状态还是每级等量负荷状态，耐力组的心率均显著低于对照组；耐力运动员心博量随负荷强度的增加而增加，心博量无论是增长的幅度上还是在持续增长的能力均高于对照组。宋信勇等人采用彩色多普勒超声技术，研究和分析了不同项群运动员不同状态二尖瓣血流频谱，研究表明，耐力锻炼可使心脏左室舒张功能产生适应性反应；二尖瓣血流速度积分、平均压差、A峰值、心率、每搏输出量及极量负荷运动时间存在紧密的关系；耐力锻炼可使二尖瓣血流速度积分明显增大，平均压差和A峰值明显减小。

1.3 心脏形态结构的测量研究

20世纪70年代末国家体委科研所杜宏凯等人对高水平耐力运动员心室的结构进行了测定，发现左室收缩末期内径、左室舒张末期内径在安静和同级负荷时都显著大于对照组，而且两组的差值随负荷的增加而加大。孙力认为，动力性项目运动员的心脏左室舒张末期直径和左室重量明显大于常人，而室壁厚度与常人相同；而静力性运动项目运动员的心脏左室舒张末期直径基本没有变化或略微减小，室壁厚度却明显增加，以单位体重来表示的数值与常人无统计学差异。1986年，马为等人研究了长跑运动对老年男性心脏形态的影响。研究表明，耐力锻炼对心脏形态的影响只限于左心室，而在左心室中以左心室舒张期末内径变化为主，右室无变化。

2 多普勒超声技术在评价心功能方面的优势与局限性

2.1 组织多普勒显像技术的优势与局限性

2.1.1组织多普勒显像技术（TDI）是近几年发展起来的检测心室运动的新技术，TDI通过提取心肌运动多普勒信号来测量心室长轴收缩功能的变化，对心室长轴运动进行定性、定量研究。用TDI脉冲多普勒速度频谱显像方法测量二尖瓣环沿心室长轴的运动速度、方向、位移、时相等多项信息，可更准确地反映左心室整体收缩功能。而通过TDI能较LVEF更敏感、更准确地检测到早期局部收缩功能的异常，对精确评价运动员心肌收缩功能、及早发现运动员潜在心功能减退及判定随负荷的增加心功能的变化，有重要的临床指导意义。

2.1.2TDI的局限性。TDI一个重要的局限性在于明显的角度依赖性和无法评估左心室局部扭转运动。由于左室心肌纤维螺旋环绕，左室心肌运动呈现为矢量、方向、角度、时相等复杂的空间三维运动，因此，TDI技术无法对心肌径向和圆周运动以及心室扭转进行评价。TDI还受到帧频、应变率-时间曲线的噪声、呼吸的影响，从而影响分析结果的准确性和重复性。

2.2 定量组织速度显像技术的优势与局限性

2.2.1定量组织速度显像技术（QTVI）是在TDI的基础上发展起来的高帧频显像技术，由于QTVI可以对左室壁任意节段心肌在长轴方向的收缩和舒张的速度及时间进行定量测量与分析，能快速、敏感、准确获得左室壁心肌的运动曲线，是一种定量、定位检测心肌运动及心脏非同步化运动的有效的方法，对及早发现运动员潜在心功能减退有重要的诊断价值。

2.2.2QTVI的局限性，QTVI技术是由多普勒频移发展而来，因此它受到室壁运动方向、声束夹角及呼吸的影响。

2.3 组织多普勒应变与应变率显像技术的优势与局限性

2.3.1组织多普勒应变或应变率显像技术（SRI）从时间和空间两个方面反映心动周期中心肌长度随时间的变化心肌组织受力后形变能力，是反映局部心肌收缩敏感、特异性指标。通过对高帧频普勒数据加工获得的实时心肌超声显像数据，可准确、定量分析评价心肌纤维应变的程度和室壁运动及心肌供血。由于测量数据不受心肌形变及相邻心肌节段运动或限制效应的影响，而成为评价运动员心脏收缩功能和心肌供血的的新参数。

2.3.2SRI的局限性。因SRI受声束与速度向量之间夹角的影响，不能同时获得纵向和横向形变的信息，只能测量纵向的应变和应变率，因此角度依赖性、应变长度选择、噪声干扰是SRI技术的不足。

2.4 二维斑点追踪成像技术的优势与局限性

2.4.1二维斑点追踪成像技术（STI）利用组成二维超声图像的声学斑点，在室壁中选择一定范围的感兴趣区，组织灰阶自动追踪心肌组织声学斑点的位置和运动轨迹，能够定量获取心肌组织运动的速度、位移、应变率及旋转角度等心肌运动参数，能更加敏感地识别节段性运动异常，准确评价感兴趣区内整体与局部心肌形变程度及心肌缺血时心肌局部的收缩功能。STI可用于定量评价运动员运动中所需运动耐力和强度；能准确辨别运动员心脏的生理性肥大与无症状非梗阻性肥厚型心肌病，而后者是引起运动员猝死的主要原因。2.4.2STI的局限性。STI的局限性在于对图像清晰性的要求较高，在低帧频质量较差的图像中常不能成功追踪心肌运动，因而在老年人、肺气肿、肥胖等人群中的准确性受到制约；同时对左心室短轴各节段心肌运动的显示有局限性。

2.5 全方向M型超声心动图的优势与局限性

2.5.1全方向M型超声心动图（OME）是一种从超声心电图序列图像中提取室壁运动运动信息的实时成像技术。OME可以对所有部位和运动方向的心血管结构进行任意多条运动曲线的同步成像，是唯一可以同时同步记录心脏内任意结构多个心动周期的M型超声图像技术，同时减少了心脏摆动及扭曲产生的影响及角度与时间不一致产生的误差，提高了测量的精确性、准确性和重复性。

2.5.2OME的局限性。OME仍依受二维图像质量、呼吸、心脏位移的影响，成像质量不够清晰，比传统M型要略逊一筹。

随着多普勒超声技术的飞速发展，多普勒超声心动图对心脏功能的评价已从定性上升到了定量，从整体上升到了局部，能更精确地评价心室整体和局部的收缩功能。将各种超声心动图技术有机结合，互相弥补不足，为客观、早期、准确、全面地评价运动员心脏功能提供帮助。

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