超声心动图技术在评价运动训练对心脏功能影响的研究*

孔祥生

（曲阜师范大学体育教研部，山东曲阜273165）

超声心动图技术在评价运动训练对心脏功能影响的研究*

孔祥生

（曲阜师范大学体育教研部，山东曲阜273165）

摘要：超声心动图技术对运动员心脏结构、心功能特点的分析、研究，已经从安静状态到运动负荷状态，从整体发展到了局部，从定性发展到了定量，从普通训练发展到高原训练等不同方面。由于超声心动图技术具有及时、准确、安全、可重复检测等优点，成为评价运动员心脏特点最常用的无创性技术。

关键词：多普勒超声技术；血流频谱；心室功能

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.021

早期对运动员心脏机能与形态特征的观察主要是心动过缓、伴心律不齐、收缩期杂音、第三或第四心音和叩击估计心脏扩大。近年来，大量超声心动图的分析、研究证明，运动训练可使心脏在形态、机能等方面产生适应性改变即运动员心脏（Athlete's Heart）。研究表明，不同类型的运动员心脏超声心动图具有不同的自适应特性。耐力锻炼能使运动员的心脏容量增加，而从事等长运动训练的运动员有心室壁增厚、内径增加的趋向（虽然内径增加，但没有超出正常范围）。随着超声心动图技术的进步，更加确切地证实了长期大负荷运动对左心室形状和机能产生适应性改变。这种适应性改变对研究运动对心脏的形状、功能的影响有重要意义，也能为选拔运动员提供科学依据。

1　超声心动图技术在评价运动训练对心功能方面的研究

1.1运动训练对心肌收缩功能的变化研究

研究表明，运动员心脏形态和结构的改变包括两个方面即室壁肥厚、心室内径增大。一般认为心脏内径随运动员长期大负荷训练而增加，等张运动导致室腔扩大；等长运动使室壁肥厚，结果都致使心肌增加。心脏血流动力在不同的运动负荷下必然发生变化，其心输出量也随之变化。否则，运动时心肌和运动系统就得不到所需要的氧气和营养物质。

Loeppky等人在1981年，对健康成人超声心动图的研究中发现，安静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。而狄克胡斯等人对12名健康男性安静状态、次级负荷运状态坐、卧两种体位研究中发现，安静状态时卧位心搏量明显高于坐位心博量；卧位、立位运动时，心搏量均显著上升，立位心输出量的增加明显高于卧位心输出量。卧位、立位运动时心输出量的增加有不同的形式，立位运动时主要是心搏量的增加引起的；而卧位运动时的增加主要是心率增加引起的。而张运等人测量的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等人测量出主动脉血流量与心输出量两者相关系数为0.76。周全等人测量、分析12名耐力项目大学生运动员和普通大学生不同状态下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［1］。赵云兰对经常运动和不爱运动的老年人超声心动图进行比较分析，两组老年人超声心动图在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，表明坚持长跑的中老年人左室收缩功能和左室舒张功能比不爱运动老人的功能好，泵血顺畅，具备较大的功能潜力，有较大的心力储备。在运动强度递增，心输出量增加，每搏量与心率呈线性相关，左室射血时间缩短，血流速度加快，每搏量的增加呈平台或下降态势。

1.2运动训练对心肌舒张功能的变化研究

研究表明，在运动中随着心率的增加和心舒张期时间缩短的变化，会影响心脏左室的充盈量及射血分数。随着运动强度的变化，左室舒张早期E峰峰值流速与心率呈线形关系，表明运动时随着运动强度的增强，左室的舒张功能也不断加强。在40%VO2运动强度时，舒张期末容积增至最大；40%VO2-100%VO2运动强度时，舒张期末容积呈平台趋势［2］，随心率的加快，舒张期时间变得更短。耐力锻炼可使心脏左室舒张功能产生适应性反应。杜宏凯等人对高水平耐力运动员卧位自行车运动负荷心脏储备力的研究表明，耐力运动员心率和心博量随负荷的增加而增加，心博量增长的幅度和持续增长的能力高于对照组，其心率在安静状态和等级负荷状态均显著低于对照组。

1.3运动训练对心脏形态结构的研究

香港YSA Lo（1990年）对中国与美国白人自行车运动员超声心动图比较发现，中国耐力运动员与美国耐力运动员的LVEDD及左室肥厚情况相似。董萍（1996年），胡玉玺（2007年）等人分别对举重运动员及摔跤运动员与无训练经历的青年安静时左心形态功能进行对比分析，长期从事大运动量的举重训练会使左心结构发生适应性变化，其心功能指标与对照组有显著性差异。

20世纪70年代，杜宏凯等人应用超声心动图方法对耐力、力量、速度三组优秀运动员及常人对照组的心脏作了对比研究。结果显示：三组运动员的心脏结构功能的特点各不相同。耐力训练对运动员心脏的影响有左室腔径、主动脉内径明显扩大，左室壁也明显增厚，左室心肌重量随之增加显著。而在力量组和速度组，训练的效应似乎仅表现为左室壁厚度和左室重量的轻度增大，左室腔径和主动脉内径变化并不明显［4］。因此，耐力运动员心脏结构变化受训练影响较大，而力量组和速度组运动员心脏结构变化受训练影响较小。孙力认为，动力性项目和静力性运动项目对运动员心脏影响也不相同，动力性项目主要影响心脏左室舒张末期直径和左室重量，静力性运动项目主要影响心脏室壁厚度。马云等人研究了长跑运动对老年男性心脏形态的影响主要是左心室舒张期末内径变化为主。运动员长期大运动量训练所致的不同血流动力变化反映了心脏形态结构变化对专项训练特点的良好适应，运动员以较大的心搏量和较慢的心率来维持大负荷的运动强度，体现了运动员心脏机械效率高的特点。

2　评价心脏功能的超声心动图技术

2.1组织多普勒显像技术（TDI）的特点

TDI是近几年发展起来的检测心室运动的新技术，TDI能够测量心室长轴收缩功能的变化，通过提取心肌运动多普勒信号对心室长轴运动进行定性、定量研究。使用脉冲多普勒速度频谱显像方法能够获得二尖瓣环沿心室长轴的运动速度、方向、位移、时相等多项数据信息。TDI技术相对于LVEF来讲更敏感、更准确，能更早检测到早期局部收缩功能的异常，对评价运动员心脏功能有重要的临床指导意义。

左室心肌运动是复杂空间三维运动，由于左室心肌纤维螺旋环绕特点，左室心肌运动呈现为矢量、方向、角度、时相等复杂的运动特点，同时TDI还受到帧频、应变率-时间曲线的噪声、呼吸的影响，因此无法评估左心室局部扭转运动，不能对心肌径向和圆周运动以及心室扭转进行评价，对测量结果的准确性和重复性有一定的影响。

2.2定量组织速度显像技术（QTVI）的特点

QTVI显像技术可以定量、定位检测心肌运动及心脏非同步化运动，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。对早期诊断运动员潜在心功能减退有重要意义。

影响QTVI技术的因素有室壁运动方向、声束夹角、呼吸。

2.3组织多普勒应变与应变率显像技术（SRI）的特点

SRI可以定量分析评价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，从时间和空间两个方面准确反映局部心肌收缩敏感、特异性指标。由于能够提实时心肌超声显像数据，而且数据不受心肌形变和相邻心肌节段运动或限制效应的影响，对评价运动员心脏收缩功能和心肌供血功能有重要意义。

由于声束与速度向量夹角的影响，SRI技术只能测量纵向的应变和应变率，不能同时获得纵向和横向形变的信息，因此SRI对噪声干扰、角度有更高的要求。

2.4二维斑点追踪成像技术（STI）的特点

STI是在室壁中选择一定范围的感兴趣区，利用组成二维超声图像的声学斑点，自动追踪心肌组织声学斑点的位置和运动轨迹，能够定量获取应变率及旋转角度等心肌运动参数。

2.5全方向M型超声心动图（OME）的特点

OME能对心血管结构进行全方位和运动方向的任意多条运动曲线的同步成像，够对心血管结构进行任意多条运动曲线的同步成像。可实时提取室壁运动信息，能对心血管结构进行所有部位和运动方向的多条运动曲线的同步成像；对心脏内任意结构多个心动周期同时同步记录超声图像。全方向M型超声心动图的优势是减少了角度与时间不一致产生的误差，避免了心脏摆动、扭曲产生的影响，测量的精确性和准确性大大提高。

影响OME的主要因素是心脏运动、呼吸及二维图像质量等，比传统M型要略逊一筹。

3　结束语

随着超声心动图技术向及时、准确、安全、可重复检测特点的发展，超声心动图对心脏功能的评价已从宏观到微观、从整体发展到了局部；从定性上升到了定量，从普通训练发展到高原训练等不同方面。充分利用各种超声心动图技术为全面、客观、准确地评价运动员心脏功能提供依据。

参考文献：

［1］周全.耐力锻炼对人体心脏左室舒张功能的影响［J］.中国运动医学杂志，2001，20（3）：314-316.

［2］马继政，等.超声心动图评价运动员心脏的研究进展［J］.南京体育学院学报，2003（3）：76-81

［3］宋信勇.多普勒超声技术在心功能运动实验中的应用及发展［J］.山东体育科技2000（3）：34-35

［4］杜宏凯.优秀运动员和无训练青年超声心动图检查左心形态功能对比研究［J］.中国循环杂志，1987（3）：399-400

［5］赵云兰.用多普勒超声心动图分析运动对老人左心功能的影响［J］.东南大学学报，2003，22（1）：53-54

［6］杜宏凯.超声心动图运动负荷实验对优秀耐力运动员左室功能的评定［J］.体育科学，1987（1）：31-64.

［7］励建安.长跑锻炼对中老年人左心功能的影响［J］.中国运动医学杂志，1984，3（1）：31-64.

［8］孙力.超声心动图在运动医学中的应用［J］.体育科学，1984 （3）：58-61.

［9］马为.长跑运动对老年男性心脏形态的影响［J］.中国运动医学杂志，1986，5（4）：245-246.

中图分类号：G808

文献标识码：A

收稿日期：2016-1-18 项目基金：山东省教育厅基金项目（项目名称：多普勒超声心电图评价体育锻炼对人体心血管系统功能的影响，项目编号：J03M01）。

作者简介：孔祥生（1963-），男，汉族，山东曲阜人，大学本科，副教授，主要研究方向：体育训练学、体育人文社会学。