斑点追踪技术评价中国优秀男子举重运动员心脏的改变

王新宇，崔 哲，和清源，邓湘宁，郭 歌，冯新恒，冯杰莉△

(1.北京大学第三医院心内科，血管医学研究所，国家卫健委心血管分子生物学与调节肽重点实验室，分子心血管学教育部重点实验室，心血管受体研究北京市重点实验室，北京 100191；2.北京大学第三医院放射科，北京 100191)

规律力量训练能导致左心室(left ventricle，LV)室壁增厚，成绩优秀的运动员由于训练强度较大、训练时间较长，LV室壁增厚更为显著，有时在形态学上难以与肥厚型心肌病相鉴别[1]，而肥厚型心肌病是青年运动员发生猝死的首位病因[2]。超声心动图是识别心脏结构功能异常的常用检查，近年来，组织多普勒、斑点追踪等新技术能够敏感地识别早期心肌功能异常[2-6]。举重是典型的力量运动，目前尚未见针对中国优秀举重运动员心脏结构功能的研究。本研究选取中国成绩优秀的男性举重运动员，采用组织多普勒、心肌应变等多个指标评价力量训练对心脏结构和功能的影响，为运动医学监督及优秀人才选拔提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象一般资料

本研究为病例对照研究，前瞻性入选2019年1月16日至2020年1月12日于北京大学第三医院接受健康体检的男性举重运动员16名。

运动员入选标准：(1)在北京市体育队规律训练1年以上；(2)年龄≥18岁；(3)技术专业等级二级及以上；(4)参加过全国青年运动会或相同级别以上的赛事并取得名次。

同时纳入16名年龄匹配的健康中国男性作为对照组。本研究获得北京大学第三医院医学科学研究伦理委员会批准(LM2019298)，所有受试者均签署知情同意书。

根据受试者身份证上的日期计算参加研究时的年龄，清晨空腹排便后测量受试者的身高及体质量，通过问卷调查的方法收集受试者的训练时间，受试者平卧休息10 min后做超声心动图，同时采集静息心率。体表面积(body surface area，BSA)=0.005 7×身高(cm)+0.012 8×体质量(kg)-0.152 9。

1.2 超声心动图检查

采用GE ViVid E95彩色多普勒超声诊断仪，二维心脏探头频率5 MHz。每次测量均连续测量3个心动周期，取平均值做为最后的测量结果。测量左心室舒张末期内径(left ventricular end diastolic dimension，LVEDD)、左心房收缩末期容积(left atrium end systolic volume，LAESV)、舒张末期室间隔(interventricular septum，IVS)及左心室后壁(left ventricular posterior wall，LVPW)的室壁厚度。左心室相对室壁厚度(relative wall thickness，RWT)=(IVS+LVPW)/LVEDD。采用改良Simpson法测量左心室舒张末期容积(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end systolic volume，LVESV)、左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)。左心房收缩末期容积指数(left atrium end systolic volume index，LAESVI)=LAESV/BSA，左心室舒张末期容积指数(left ventricular end diastolic volume index，LVEDVI)=LVEDV/BSA，左心室收缩末期容积指数(left ventricular end systolic volume index，LVESVI)=LVESV/BSA，计算左心室心肌质量(left ventricular mass，LVM)(g)=0.8×10.4×[(IVS+LVPW+LVEDD)3-LVEDD3]+0.6，左心室心肌质量指数(left ventricular mass index，LVMI)=LVM/BSA。测量二尖瓣口血流速度E峰，采用组织多普勒测量二尖瓣环左心室侧壁收缩期运动速度峰值Sm，舒张早期运动速度峰值Em，舒张晚期运动速度峰值A，二尖瓣环室间隔收缩期运动速度峰值Sm，舒张早期运动速度峰值Em，舒张晚期运动速度峰值Am。左心室侧壁和二尖瓣环处室间隔测得的Sm、Em和Am的平均值分别为左心室平均Sm、平均Em和平均Am。测量三尖瓣环右心室侧壁处收缩期运动速度峰值Sm，舒张早期运动速度峰值Em，舒张晚期运动速度峰值Am。

1.3 应用斑点追踪自动功能成像技术测定心肌应变

受检者取平卧位，休息10 min，连接心电图。采集连续3个心动周期的左心室心尖三腔心切面、心尖四腔心切面及心尖两腔心切面二维动态图像，帧频>70帧/s。三个切面心率差值<5次/min。首先选取左心室心尖三腔心切面，采用自动功能成像(auto function image，AFI)技术功能软件自动勾画出左心室心内膜轮廓，可手动调整轮廓曲线，根据心电图自动确定主动脉瓣关闭时间或根据二维图像手动确定主动脉瓣关闭时间，勾画满意后软件自动得到追踪结果，依次选取心尖四腔心切面和心尖两腔心切面，按照同样的方法用AFI技术得到追踪结果。完成三个切面斑点追踪后，自动获得牛眼图，得到左心室的17个节段长轴应变值，及左心室整体长轴应变值(left ventricular global longitudinal strain，LVGLS)。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 受试者基本资料

举重运动员和对照组的年龄、身高和心率差异无统计学意义，举重运动员的体质量和BSA均明显大于对照组(均P<0.05，表1)。举重运动员每周运动时间>15 h，对照组每周运动时间<3 h。

表1 受试者基本资料Table 1 Subjects characteristics

2.2 受试者超声心动图测量结果的比较

举重组的LVEDV、LVESV、LVM及LVMI均明显大于对照组(均P<0.05)，但两组LVEDVI、LVESVI和LVEF差异无统计学意义(均P>0.05)。举重组的IVS、LVPW的室壁厚度和RWT均明显大于对照组(P<0.05)。举重组左心室平均Sm、Em及右心室侧壁的Em均明显低于对照组(均P<0.05)，其余超声心动图参数两组差异无统计学意义(表2)。举重组LVMI均在115 g/m2以内，有2名运动员的RWT大于0.42。

2.3 两组间心肌应变结果比较

举重组前间隔基底段及后间隔中段长轴应变绝对值均明显低于对照组[|(-15.1±4.2)%|vs.|(-18.7±3.0)%|，|(-18.8±2.6)%|vs.|(-21.3±2.8)%|，均P<0.05]，其余节段的绝对值举重组也均低于对照组，但两组差异无统计学意义(表3)。

2.4 不同成绩的运动员心肌应变结果比较

根据运动员在全国青年运动会的最好成绩排名，将16名运动员分成两组，第1～8名为成绩优秀组，第9～16名为成绩良好组，分别比较两组的IVS和LVPW厚度、LVMI、左心室平均Sm和Em、右心室侧壁Em、前间隔基底段及后间隔中段长轴应变绝对值，结果显示，与成绩良好组相比，成绩优秀组的室间隔厚度更大，后间隔中段长轴应变绝对值更低(均P<0.05，表4)。

3 讨论

长期的运动训练可改变心脏的形态与功能，进行耐力训练的运动员心脏主要表现为离心性肥厚，而力量训练主要表现为向心性肥厚[1,3]。力量型运动主要反映运动员的速度和爆发力，靠无氧代谢供能，长期无氧代谢及后负荷增加使心肌细胞肥大，因此，专业力量训练的运动员心脏呈现向心性肥厚[1,3]。力量型运动对运动员的身高、体质量有较高要求，长期运动训练使骨骼肌肥大，质量增加，因此运动员的BSA较大[4]。举重属于典型的力量型运动，本研究中同样发现举重组的体质量和BSA大于对照组。本研究选取的是北京市成年男性专业举重运动员作为研究对象，这些运动员均在全国级别或更高级别的比赛中获过奖，因而能够代表中国男性优秀力量运动员。本研究中所有举重运动员的LVMI均在115 g/m2以下，这意味着中国男性优秀举重运动员没有心肌肥厚的发生。虽然举重组的RWT显著大于对照组，但仅有2名运动员的RWT大于0.42，表明仅有14%的运动员心脏发生了向心性重构。本研究表明，运动员身体素质符合要求，但心脏仍保持着正常构型，这可能与近年来国内的科学训练和营养有关。

表2 受试者超声心动图结果Table 2 Echocardiographic parameters of subjects

表3 受试者左心室长轴心肌应变结果Table 3 Left ventricular longitudinal myocardial strain in subjects

表4 不同成绩的举重运动员超声心动图结果Table 4 Echocardiographic parameters in weightlifters with different achievements

本研究中，反映左心室容积的指标LVEDV和LVESV举重运动员大于健康对照人群，但经BSA较准后的LVEDVI及LVESVI举重运动员与对照组差异无统计学意义。反映左心室收缩功能的经典指标LVEF运动员组与对照组差异无统计学意义。

由于超声心动图测量LVEF值的准确度很大程度依赖于操作者经验、探头定位、仪器设置的调节参数等，声窗条件也会影响图像质量，如肥胖、肺气肿、肌肉骨骼变形、体位受限等，在上述情况下心内膜边界显像不清，会影响LVEF测量结果，因此，LVEF评价心肌功能的准确性受到一定限制[7]。近年出现了组织多普勒、心肌应变等新技术，可更加敏感、准确地评价心肌运动功能[2-6]。组织多普勒超声心动图是将心肌运动产生的低速、高振幅的频移信号，经相关系统处理，以彩色编码显示出来，定量测量室壁运动，Sm是反映收缩功能的指标。舒张功能是指心肌在舒张期的松弛能力，对心肌功能的判定同样重要，组织多普勒的Em和E/Em是临床评价舒张功能的重要指标。本研究中，举重组的左心室平均Sm和Em明显低于对照组，提示长期高强度的力量训练使左心室整体收缩功能和舒张功能均出现了适应性改变，但运动员的每搏输出量(stroke volume,SV)和心输出量(cardiac output,CO)与对照组差异无统计学意义，提示虽然运动员的心脏功能发生了适应性改变，但仍可满足静息状态下日常活动的需要。

心肌应变是在组织多普勒成像技术基础上发展，继而采用斑点追踪技术从心肌组织形变角度定量测量局部心肌运动的新技术，其结果不受心脏整体运动、旋转和室壁运动正常节段对室壁运动异常节段拖带效应的影响，分为LVGLS、圆周应变、面积应变和径向应变[2-6]。本研究采用的是临床广泛应用并结果确实可靠的LVGLS探究运动员的心肌功能[2-6]，以往的研究显示，左心室沿着心脏长轴方向的收缩是心脏收缩的主要组成部分[8]。AFI技术可以快速准确地测定LVGLS和各节段心肌组织应变值。国外采用心肌应变技术对不同项目运动员进行研究，得到了不同的结果。Beaumont等[5]的研究显示，力量性运动员的LVGLS比正常人减低；Richand等[6]的研究发现，足球运动员的左心室长轴应变减低，而径向应变和圆周应变升高；Swoboda等[9]应用Tagging技术，发现耐力运动员的LVGLS较非运动员明显减低。上述研究提示，不同运动项目训练重点不同，可能对心肌功能产生不同的影响。我国的相关研究较少，缺乏中国人群自己的数据，而中国运动员与国外运动员存在人种差异，训练方式也完全不同。本研究中举重运动员的LVGLS测量值与对照组差异无统计学意义，运动员前间隔基底段和后间隔中段的长轴应变绝对值明显低于对照组，其余节段的绝对值也均低于对照组(但差异无统计学意义)，结果提示长期的力量训练造成中国优秀男性举重运动员心脏的重塑是不均等的，前间隔基底段和后间隔中段心肌功能的适应性改变最显著。之前也有研究显示，不管是哪种类型的心力衰竭，心功能异常最先影响室间隔[10]。根据拉普拉斯(Laplace)定理，越平坦的表面承担的压力越大，靠近左心室流出道的室间隔相对比较平坦，因而承担的压力最大[11]。另外,左心室的室壁张力与曲率半径相关，左心室基底部和中部半径较心尖大，因而这些部位承受更大的压力[12]。本研究中，运动员的室间隔厚度大于对照组，并伴随着心肌应变轻度下降，考虑可能因这个部位较其他部位的心肌承担了更大的压力，心肌重构更为明显。

本研究进一步对成绩优秀的运动员心脏进行了分析，结果显示，成绩优秀的运动员室间隔增厚更明显，并伴随心肌应变进一步减低，提示优秀运动员有更好的心肌储备功能，在静息时为心脏节能，运动时交感神经兴奋，儿茶酚胺大量释放，心率明显加快，心脏扭转及心肌收缩力加强，心输出量可快速大量增加[1,3]。儿茶酚胺已被证明有致心脏肥大的作用，长期高儿茶酚胺作用可出现心肌增厚[13]。举重运动员训练中的高儿茶酚胺水平及运动相关的心脏后负荷增加可能是引起室间隔增厚的原因[1,13]。

有研究显示，运动员的室间隔厚度在12 mm以上者增加运动相关猝死的风险[14]，因而超声心动图也有助于运动员心脏的医学监督，如果室间隔厚度超过了正常范围，需要调整训练计划并加强监督。本研究中举重运动员的室间隔厚度较对照组增厚，且成绩优秀的运动员室间隔增厚更明显，伴随后间隔中段长轴应变绝对值更低。本研究中所有运动员的室间隔厚度均在正常范围，且反映左心室整体收缩功能的LVEF和LVGLS与对照组相比差异无统计学意义。本研究结果可能为选拔适合并能取得优异成绩的举重运动员提供理论依据，即心脏的形态结构和功能在正常范围，但室间隔厚度在正常范围内处于高限，伴随心肌应变轻度下降者的心脏储备功能更好。由于本研究入选的成年男性优秀举重运动员例数较少，故结论有一定的局限性，尚需大样本中国男性优秀举重运动员相关研究来证实。

综上所述，长期专业力量型运动训练可引起中国男性优秀运动员左心室室壁增厚，静息状态下左心室心肌的收缩功能和舒张功能发生适应性改变，其中室间隔心肌功能变化最为显著。本研究中成绩优秀组举重运动员的室间隔厚度更大于成绩良好组，且伴随心肌应变轻度下降，但均在正常范围内。超声心动图以斑点追踪为基础的心肌应变技术是发现力量型运动员早期心肌功能改变敏感且易获得的检查指标。