肥胖儿童心脏结构和功能特征

陈贻珊周越于亮吕媛媛汪军张一民

1北京体育大学运动与体质健康教育部重点实验室（北京 100084）2北京体育大学运动人体科学学院（北 京100084）

肥胖儿童心脏结构和功能特征

陈贻珊1，2周越2于亮2吕媛媛2汪军2张一民1

1北京体育大学运动与体质健康教育部重点实验室（北京 100084）2北京体育大学运动人体科学学院（北 京100084）

目的：评价肥胖儿童心脏结构和功能的特点，旨在评估心脏早期改变的风险性和不良后果。方法：将北京市5所小学的1034名8～9岁儿童（男n=514，女n=520）依照体脂率（BF%）分类标准，男、女各分成体脂率正常组（男n=206，女n=336）、超重组（男n=94，女n=80）、肥胖组（男n=214，女n=104）。对所有受试者进行超声心动图检查，并分性别比较各组心脏结构和功能指标。结果：（1）与体重正常儿童相比，肥胖儿童左心室舒张末期内径（LVIDd）、舒张末期左室后壁厚度（LVPWd）、左心室舒张末期容积（EDV）、左心室质量（LVM）、左心室质量指数（LVMI）、每搏量（SV）、心输出量（CO）均非常显著性增加（P<0.01），但射血分数（EF）、短轴缩短率（FS）无统计学差异（P>0.05）。（2）儿童BF%与主动脉根部内径（AOD）、舒张末期室间隔厚度（IVSd）、LVIDd、舒张末期左室后壁厚度（LVPWd）、EDV、LVM、LVMI、CO、SV呈正相关（P<0.01）。（3）8～9岁超重肥胖儿童心脏向心性肥厚的比例为6.1%。与左室正常构型儿童相比，心脏向心性肥厚儿童形态指标BF、BF%、BMI和心脏指标LVM、LVMI、相对室壁厚度（RWT）非常显著性增加（P<0.01），CO显著性增加（P<0.05），SV显著性减小（P<0.05）。结论：以体脂率作为肥胖筛查指标发现，8～9岁肥胖儿童发生心脏重构和功能改变，包括左心室扩大、室壁增厚、左室质量增加、左室肥厚及每搏量、心输出量增加，且随肥胖程度加重，向心性肥厚发生率增高。

超声心动图；儿童；心脏；肥胖；体脂率

成年人肥胖与高血压、动脉粥样硬化、心肌梗死、心衰、血栓和中风等心血管疾病的发病率和死亡率密切相关[1-3]。虽然肥胖对心脏影响的程度取决于肥胖的持续时间，临床症状也一般表现在成年时期[4]，但最近的一些队列研究如Bogalusa心脏研究、Muscatine研究、芬兰年轻人心血管疾病风险研究表明，肥胖也会对儿童心脏结构和功能产生影响，导致心脏重构和功能异常，并且危害会延续到成年期[5]。

身体质量指数（body mass index，BMI）是使用最广泛的界定儿童超重、肥胖的参数，筛查界值点为分性别-年龄组成的曲线，依据BMI的百分位数P85、P95为超重、肥胖的筛查标准[6]。已有的关于肥胖对儿童心脏结构和功能影响的研究也多是以BMI作为肥胖的筛查标准[2，7-10]。但BMI仅仅是体重与身高的比值，并不能完全反映体脂质量和脂肪分布情况[11]。而肥胖的本质在于体内脂肪的过度堆积。因此，在肥胖相关风险的评价中，BMI具有很大的局限性，低估了肥胖的实际发生率，错失了干预的时机[12]。

采用生物电阻抗分析法（bioelectrical impedance analysis，BIA）测定儿童体脂肪含量，精确度相对较高并且使用便利，适用于较大规模人群调查[13]。因此，本文应用生物电阻抗分析技术测定的体脂率作为超重肥胖的筛查标准，旨在准确分析儿童肥胖与心脏重构和功能异常的关系，评估心脏早期改变的风险，发现肥胖的不良后果，提高对青少年心血管事件一级预防的重视，加强早期干预和防治成年心血管疾病。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取北京市海淀区、昌平区5所小学共1034名三年级学生，年龄8～9岁，男童514名，女童520名。选取样本时直接采用自然班整群抽取，要求无各种急慢性疾病。由于受试者年龄差均在1周岁范围内，因此不进行年龄分组。本研究方案经北京体育大学伦理委员会同意且均取得学生和家长的知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1 身体成分测量与超重、肥胖分类标准

参照《国家学生体质健康标准（2014年修订）》测试方法，对研究对象身高（height，H）、体重（weight，W）进行测试。随后采用Inbody 230人体成分分析仪，获取体脂肪质量（body fat mass，BF）、体脂率（body fat per⁃centage，BF%）等指标参数。并计算BMI＝W/H2（kg/m2）。

根据体脂率正常、超重、肥胖的判断标准：男童体脂率正常：BF%→20%；超重：20%

1.2.2 心脏结构和功能测量

使用美国GE公司生产的Vivid i便携式超声诊断仪，3S-RS探头，频率2～7.5MHZ。检查时受试者取平卧位和（或）侧卧位，平静呼吸，探头置于胸骨左缘检查。于二维图像指导下获得左心室短轴二尖瓣的腱索水平的M型图像，采用美国UCG协会推荐的测量方法，得到左心室结构类指标有舒张末期室间隔厚度（enddiastolic interventricular septal thickness，IVSd）、收缩末期室间隔厚度（end-systolic interventricular septal thickness，IVSs）、左心室舒张末期内径（left ventricular end-diastolic dimension，LVIDd）、左心室收缩末期内径（left ventricular end-systolic dimension，LVIDs）、舒张末期左室后壁厚度（left ventricular end-diastolic pos⁃terior wall thickness，LVPWd）、收缩末期左室后壁厚度（leftventricularend-systolicposteriorwallthick⁃ness，LVPWs）、左心室舒张末期容积（left ventricular end-diastolic volume，EDV）、左心室收缩末期容积（left ventricular end-systolic volume，ESV）、主动脉根部内径（aortic root dimension，AOD）；心脏功能类指标有心率（heart rate，HR）、每搏量（stroke volume，SV）及衍生指标射血分数（ejection fraction，EF）、心输出量（cardiac output，CO）、短轴缩短率（fractional shorten⁃ing，FS）。所有的测量均由同一人来进行操作，以避免系统误差。根据公式计算左心室质量（left ventricular mass，LVM）、左心室质量指数（left ventricular mass in⁃dex，LVMI）、相对室壁厚度（relative wall thickness，RWT）[9]。

LVM=0.8×1.04×[（LVIDd+LVPWd+IVSd）3→（LVIDd）3]+0.6（g）；

LVMI＝LVM/H2.7（g/m2.7）；

RWT=2LVPWd/LVIDd（cm）。

左室几何构型根据左室重量指数LVMI和相对室壁厚度RWT的不同可划分为四种类型：左室正常构型（normal）：RWT及LVMI均正常；向心性重构（concen⁃tric remodeling）：RWT增加，LVMI正常；向心性肥厚（concentric hypertrophy）：RWT及LVMI均增加；离心性肥厚（eccentric hypertrophy）：RWT正常，LVMI增加[9]。LVMI大于等于第95百分位数为LVMI增加，计算得到8～9岁男童→41 g/m2.7、女童→36 g/m2.7为LVMI增加，RWT→0.41 cm为增加[9]。

1.3 数据统计分析

采用MicrosoftExcel2013整理数据，采用SPSS16.0软件对数据进行统计分析。计量资料以平均值±标准差表示。性别间参数比较采用独立样本t检验，各组间比较采用单因素方差分析，各变量间的相关关系采用Pearson相关分析。以P<0.05为差异有统计学意义，以P<0.01表示具有非常显著性意义。

2 结果

2.1 受试者的基本情况

如表1所示，不同性别间儿童身体形态指标比较结果显示，男童的H、W、BMI、BF都非常显著地高于女童（P<0.01），BF%在性别上的差异不具有统计学意义（P>0.05）；不同性别间儿童心脏结构指标比较结果显示，男童AOD、IVSd、IVSs、LVIDd、LVIDs、LVPWd、LVP⁃Ws、EDV、ESV、LVM、LVMI都非常显著地高于女童（P<0.01），RWT在性别上的差异不具有统计学意义（P>0.05）；不同性别间儿童心脏功能指标的比较结果显示，男童CO、SV都非常显著地高于女童（P<0.01），安静HR显著性低于女童（P<0.05），EF、FS在性别上的差异不具有统计学显著性意义（P>0.05）。

2.2 不同BBFF%%组间男童心脏结构和功能比较

如表2所示，不同BF%组间男童的心脏结构指标AOD、IVSd、IVSs、LVIDd、LVIDs、LVPWd、LVPWs、EDV、ESV、LVM、LVMI，心脏功能指标CO、SV间差异具有统计学意义（P<0.01），RWT、HR、EF、FS在不同BF%组男童间无显著性差异（P>0.05）。

表1 受试者基本情况

与BF%正常组比较，肥胖组男童AOD、LVIDd非常显著性扩大（P<0.01）；LVIDd的扩大引起EDV非常显著地增加了13.7%（P<0.01）；IVSd、LVPWd非常显著性增厚（P<0.01）；LVM、LVMI非常显著性增加（P<0.01），LVM增加率达23.2%，LVMI也增加13.7%；SV非常显著性增加了12.2%（P<0.01）、CO非常显著性增加了14.6%（P<0.01）。超重组男童的心脏结构和功能指标与BF%正常组的差异不具有统计学显著性意义（P>0.05）。

与超重组比较，肥胖组男童的AOD、LVIDd显著性扩大（P<0.05）；IVSd、LVPWd显著性增厚（P值均<0.05）；EDV、LVM、LVMI、CO、SV非常显著性增加（P<0.01）。

表2 不同BF%组间男童心脏结构和功能指标比较

2.3 不同BBFF%%组间女童心脏结构和功能比较

如表3所示，不同BF%组间女童的心脏结构指标AOD、IVSd、IVSs、LVIDd、LVIDs、LVPWd、LVPWs、EDV、ESV、LVM、LVMI间差异具有统计学性意义（P值均<0.05），RWT在不同BF%女童组间差异不具有统计学显著性意义（P>0.05）。心脏功能指标CO、EF、SV（P值均<0.05）间差异有统计学意义，HR、FS在不同BF%组女童间无显著性差异（P>0.05）。

与BF%正常组比较，肥胖组女童的AOD、LVIDd显著性扩大（P值均<0.05）；LVIDd的扩大引起EDV非常显著性增加了17.6%（P<0.01）；IVSd、LVPWd显著性增厚（P值均<0.05）；LVM、LVMI非常显著性增加（P<0.01），LVM增加率达22.4%，LVMI增加了13.2%；SV非常显著性增加了16.5%（P<0.01）、CO非常显著性增加了17.5%（P<0.01）。超重组LVPWd、LVM、EF均显著性增加（P值均<0.05）。

与超重组比较，肥胖组女童的LVIDd、EDV、LVM、LVMI、CO、SV均非常显著性增加了（P值均<0.01）。

表3 不同BF%组间女童心脏结构和功能指标比较

2.4 BBFF、BBFF%%与心脏结构和功能指标间的相关分析

如表4所示，BF与心脏结构功能指标的相关程度均高于BF%。

BF、BF%与心脏结构类指标AOD、IVSd、LVIDd、LVPWd、EDV、LVM、LVMI均呈正相关（P<0.01）；其中BF与LVM相关程度最高（r=0.580），其次是EDV、LVIDd（r=0.440、0.431）；BF%与LVM相关程度最高（r=0.441），其次是EDV、LVIDd（r=0.319、0.317）。BF与心脏功能类指标CO、SV均呈正相关（P<0.01），r值分别为0.394、0.399；BF%与心脏功能类指标CO、SV均呈正相关（P<0.01），r值分别为0.295、0.287。

表4 BF、BF%与心脏结构和功能各指标的相关系数

2.5 超重肥胖儿童左室几何构型的分布

如表5所示，6.8%超重肥胖男童发生向心性重构，7.1%发生向心性肥厚或离心性肥厚；8.2%的超重肥胖女童发生向心性重构，9.2%发生向心性肥厚或离心性肥厚。

表5 超重肥胖儿童各类左室几何构型人数分布

2.6 不同左室几何构型超重肥胖儿童形态、心脏结构和功能指标比较

如表6所示，与左室正常构型儿童相比，心脏向心性重构儿童LVMI、RWT非常显著性增加（P<0.01），CO、SV非常显著性减小（P<0.01），LVM显著性增加（P<0.05）；向心性肥厚儿童形态指标BF、BF%、BMI和心脏指标LVM、LVMI、RWT非常显著性增加（P<0.01），CO显著性增加（P<0.05），SV显著性减小（P<0.05）；离心性肥胖儿童形态指标BMI显著性增加（P<0.05），心脏指标LVM、LVMI非常显著性增加（P<0.01）。

与向心性重构儿童相比，向心性肥厚儿童形态指标BF、BF%、BMI和心脏指标LVM、LVMI、CO非常显著性增加（P<0.01），RWT显著性增加（P<0.05）；离心性肥胖儿童形态指标BF、BMI显著性增加（P<0.05），心脏指标LVM、LVMI非常显著性增加（P<0.01），RWT非常显著性减小（P<0.01），CO、SV非常显著性增加（P<0.01）。与向心性肥厚儿童相比，离心性肥胖儿童RWT非常显著性减小（P<0.01），SV显著性增加（P<0.05）。

表6 不同左室几何构型超重肥胖儿童身体形态、心脏结构和功能指标比较

3 分析与讨论

在美国，由于儿童青少年肥胖流行趋势严峻，儿童高血压的患病率从20世纪70～80年代的0.3%～1.2%激增到近年的5%[9]。我国也同样面临着儿童肥胖带来的严峻挑战。近二十年来，我国学龄儿童肥胖率呈逐年递增趋势，2010年超重肥胖率达19.9%[15]。Meta分析结果显示，与体重正常儿童相比，超重肥胖的儿童心血管疾病危险因素显著增加，包括高血压、高血脂、高血糖、高胰岛素和胰岛素抵抗等[10]，导致动脉粥样硬化[16]、心脏重构和功能异常[9]。

本研究发现，分别以男童20%

无论是在心脏舒张时期，还是收缩时期，肥胖儿童的室间隔厚度、左室后壁厚度、左心室内径、左心室容积都显著高于体重正常儿童，心脏结构的这些变化引起了LVM的显著增加，男童增加了23.2%，女童增加了22.4%。LVM受体型影响，目前有三种LVM指数可纠正体型的差异，包括LVM/H、LVM/BSA（body surface area，体表面积）和LVM/H2.7，而LVM/H2.7更准确[18]，故本研究采用LVM/H2.7作为LVMI。纠正体型的差异后发现，肥胖男童的LVMI增加了13.7%，女童增加了13.2%，说明体脂肪过量引起的肥胖确实会导致8～9岁儿童LVM增加。这与大部分由BMI作为儿童肥胖筛查指标的结论一致[4，10，19]。Friedeman[10]的Meta分析结果指出，5～15岁肥胖儿童的LVM平均增加19.12 g（12.66～25.59 g），本文中肥胖男童增加了14.6 g，女童增加了12.7 g，可能是由于本研究对象年龄较小，肥胖持续时间较短，心脏受损相对较轻。BF与LVM相关系数为0.580，儿童BF与LVM密切相关，对左心室变大增厚有一定的预测作用。本研究还发现，肥胖儿童AOD显著增大，Celik等[20]发现10～16岁肥胖儿童青少年同样出现AOD扩大，这可能与肥胖儿童血压升高有关。以上发现均证明了8～9岁肥胖儿童心脏重构。

经计算得到8～9岁男童→41 g/m2.7、女童→36 g/m2.7为LVMI增加，与Khoury计算的8～10岁儿童判断标准一致[21]。肥胖男童向心性肥厚发生比例达8.9%，女童为5.8%，向心性肥厚是与死亡率最密切相关的心脏重构类型[22]，并且这种几何构型往往还伴随着心脏收缩功能障碍和血压升高，可能增加肥胖儿童心血管疾病风险和死亡率[23]。Linyuan等[23]观察到平均年龄为12岁的超重肥胖儿童24%向心性肥厚，17%向心性重构或离心性肥厚，说明12岁超重肥胖儿童发生左室肥厚（left ventricular hypertrophy，LVH）的比例远高于8岁超重肥胖儿童，提示随着年龄增加，超重肥胖儿童心脏受损程度加重。向心性肥厚肥胖儿童BF、BF%、BMI显著高于左室正常构型儿童，与离心性肥厚儿童差异无统计学意义，说明随着肥胖程度加重，儿童心脏向心性重构的风险显著增加。向心性肥厚肥胖儿童LVM、LVMI显著增加，这与Dhuper[24]观察到的平均年龄13.8岁的肥胖儿童青少年的结论一致。向心性肥厚儿童与左室正常构型相比，EF无显著差异，SV显著下降但CO显著增高，说明向心性肥厚儿童左室收缩功能基本正常。但Maeder[25]在对成人的研究指出，虽然大多数LVH患者左室收缩功能正常，但舒张功能却表现异常，这是成年期发生心力衰竭的前兆。由于本文未进行舒张功能检查，因此无法明确向心性肥厚儿童是否会出现舒张功能异常。

肥胖组儿童HR、EF、FS在不同BF%组间差别不大。目前绝大多数的研究结果支持肥胖儿童左心室EF处于正常范围内[19]，本研究中，不同BF%组间儿童EF、FS无显著性差异。但也有研究表明，虽然传统的左心室收缩功能参数（如：EF、FS和组织多普勒参数）显示肥胖儿童收缩功能未受损，但当儿童肥胖程度十分严重时，心脏会出现临床前期的收缩功能异常[26]。肥胖儿童安静时的SV、CO均显著高于体重正常和超重儿童，但这并不代表肥胖儿童心脏功能增强，相反，研究表明，这是心肌工作效率下降，功能异常的表现[27]。

关于肥胖儿童出现心脏重构和功能异常的原因目前尚未明确，但有研究表明与血流动力学因素和代谢因素有关[9]。肥胖导致过量的脂肪不均匀地堆积在皮下和器官周围，器官周围（腹膜、心外膜）的脂肪新陈代谢十分活跃，体重越重，同时增加的瘦体重和脂肪对代谢的要求越高，心脏负荷加重，就会引起血管形成、循环血量和心输出量增加，此时的心脏处于轻度超负荷状态[26，28]。同时，肥胖引起热量摄入增加，如果钠的摄入也增多，引起血容量进一步增加，导致心输出量增加[28]。心脏为适应心血管的改变而发生重构，这种重构是心脏的自我保护和代偿机制。长期肥胖不良刺激，引起心脏重构，左室肥厚。由于心脏受损过程从早期开始累积，因此肥胖儿童患心血管疾病和死亡的风险提高，时间提前[29]。

4 结论

以体脂率作为肥胖筛查指标发现，8～9岁肥胖儿童发生心脏重构和功能改变，包括左心室扩大、室壁增厚、左室质量增加、左室肥厚及每搏量、心输出量增加，且随肥胖程度加重，向心性肥厚发生率增高。关于超重对心脏结构和功能的影响尚需进一步深入研究。

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The Characteristics of the Cardiac Structure and Function of Obese Children

Chen Yishan1，2，Zhou Yue2，Yu Liang2，Lv Yuanyuan2，Wang Jun2，Zhang Yimin1
1 Key Laboratory of Exercise and Physical Fitness of Ministry of Education，Beijing Sport University，Beijing 100084，China 2 Sport Science College，Beijing Sport University，Beijing 100084，China Corresponding Author:Zhang Yimin，Email:ymzhangno1@163.com

ObjectiveTo observe the cardiac structure and function of obese children，so as to evalu⁃ate the risk of early pathological changes and severe consequences.MethodsOne thousand and thirtyfour children（aged between 8 and 9，of 520 females）from 5 primary schools in Beijing were recruit⁃ed and randomly divided into 2 normal groups（206 males and 336 females），2 overweight groups（94 males and 80 females）and 2 obesity groups（214 males and 104 females）according to the sex and body fat percentage（BF%.The cardiac structure and function were measured using echocardiography.Results（1）Compared with the normal groups，significant increase was observed in the left ventricular internal diameter at end-diastole（LVIDd），left ventricular posterior wall dimensions（LVPWd），left ven⁃tricular end-diastolic volume（EDV），left ventricular mass（LVM），left ventricular mass index（LVMI），stroke volume（SV）and cardiac output（CO）in the obesity groups（P<0.01）.However，no significant differences were observed between the 2 groups in the ejection fraction（EF）and fractional shortening（FS）（P>0.05）.（2）BF%was positively correlated with the aortic root dimension，IVSd，LVIDd，LVP⁃Wd，EDV，LVM，LVMI，CO and SV（P<0.01）.（3）The prevalence of concentric hypertrophy was 6.1%among the overweight and obese children aged between 8 and 9.Compared with the normal children，significant increase was found in their BF，BF%，body mass index，LVM，LVMI and RWT，but significant decrease in SV（P<0.05）.ConclusionsScreening with BF%，the overweight and obese children be⁃tween 8 and 9 years old have showed obvious changes in their cardiac structure and function，includ⁃ing higher left ventricular internal diameter at end-diastole，thicker left ventricular wall as well as big⁃ger left ventricular end-diastolic volume，left ventricular mass，left ventricular mass index，stroke volume and cardiac output.Meanwhile，the prevalence of concentric hypertrophy increased with the increase of body fat percentage.

echocardiography，children，cardiac，obesity，body fat percentage

2016.12.25

北京体育大学高参小项目小学生体质测试研究（GCX2014001）；向基础教育倾斜-体育卫生与艺术教育-中小学生运动干预体系建设项目；2015北京市优秀人才培养青年骨干个人项目

第1作者：陈贻珊，Email：chenyishanbsu@126.com；

张一民，Email：ymzhangno1@163.com