基于多普勒頻譜圖的力量項目運動員左室舒張期室壁運動研究

張　戈　李獻(xiàn)震　田金凱

(1.北京大學(xué)體育教研部，100871；2.沈陽體育學(xué)院，110032)

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基于多普勒頻譜圖的力量項目運動員左室舒張期室壁運動研究

張戈1李獻(xiàn)震2田金凱2

(1.北京大學(xué)體育教研部，100871；2.沈陽體育學(xué)院，110032)

摘要:通過測定和比較正常人和力量項目運動員在靜息和逐級遞增負(fù)荷運動時，室壁多普勒頻譜圖上E波和A波峰值速度，研究左室后壁主動松弛和被動充盈功能的變化。結(jié)果表明：在靜息狀態(tài)，力量項目組房縮期心房收縮對于左室舒張充盈的貢獻(xiàn)小于正常組；在逐級遞增負(fù)荷中，力量項目組心臟舒張功能的動員表現(xiàn)為同時動用主動舒張儲備和左房收縮儲備，顯示出心臟主動舒張的能力強(qiáng)，左房收縮儲備大。

關(guān)鍵詞:心肌室壁運動;左室舒張功能;多普勒室壁頻譜圖;力量項目運動員;逐級遞增負(fù)荷

1前言

心臟是血液循環(huán)的動力裝置。運動中心臟活動與運動負(fù)荷相匹配才能保證機(jī)體的代謝需要。從整體來看，心臟的舒張功能與心臟的收縮功能相適應(yīng)對于保證良好的心臟功能、維持心輸出量極為重要。大量的研究已經(jīng)證明，經(jīng)過長期訓(xùn)練心臟結(jié)構(gòu)和功能都會發(fā)生適應(yīng)性改變，而且不同項目的運動訓(xùn)練心臟結(jié)構(gòu)和功能改變也有所不同，即發(fā)生了所謂心臟重塑。

綜合國內(nèi)外有關(guān)研究，對于運動與心臟的研究主要集中于心臟的收縮功能，而有關(guān)舒張功能的研究鮮見報道。在運動中心臟收縮功能提高的同時是否伴隨著心臟舒張功能的變化？這種變化對于心臟功能的改善有何積極意義，以及這種變化的機(jī)制如何？這些問題的探討在運動訓(xùn)練中無疑都有十分重要的現(xiàn)實意義。

DTI技術(shù)(多普勒組織成像技術(shù))是近幾年發(fā)展起來的主要用于心臟檢查的新技術(shù)。本研究中，我們運用脈沖多普勒技術(shù)的距離選通功能，將取樣容積置于左心室后壁的心肌內(nèi)，記錄該部位心肌的多普勒頻譜圖，并通過比較靜息狀態(tài)、逐級遞增負(fù)荷運動中相同年齡力量項目運動員和正常人的室壁多普勒頻譜圖中反映室壁舒張運動的A波峰值速度和E波峰值速度的變化，研究力量項目運動員和正常人的心臟室壁運動對不同負(fù)荷的反應(yīng)，進(jìn)而探討不同項目運動員心臟舒張功能的變化。

1研究對象與方法

1.1研究對象

參加測試共45人，男性，其中，舉重運動員15人，正常健康者30人。所有受試者參加本項實驗前均經(jīng)內(nèi)科檢查，排除心臟病和腦、肺、肝、腎等疾病。受試者基本情況見表1。

表1　實驗對象基本情況±Sd)

1. 2研究方法

1.2.1實驗設(shè)計

熟悉功率自行車：受試者在進(jìn)行正式實驗2周前，在K-8700型萬能自行車上以50W、60rpm騎車15 min，以熟悉該種功率自行車，并告知正式實驗內(nèi)容、測試指標(biāo)及實驗中注意事項。

正式實驗：所有受試者均在正式實驗前12h內(nèi)停止訓(xùn)練并避免劇烈活動。早晨8:00實驗對象進(jìn)入實驗室，量體重和身高，靜坐20min后測定心率、血壓。9:00開始正式實驗，先在功率自行車上靜躺5min后測試并記錄受試者臥位E波、A波峰值靜息速度；后在功率自行車上分別以50W、100W、150W和200W，60rpm的速度騎車約20min，每級負(fù)荷持續(xù)5min，同時記錄血壓和心率，待血壓、心率穩(wěn)定后，測定并記錄受試者臥位E波、A波峰值速度。

測定時將力量組分為3組，每組5人。實驗共進(jìn)行5次，每次1組。每位被試者均由相同儀器、相同操作人員在2周內(nèi)測定3次，取測定后的平均值。正常組測試同運動組。

1.2.2測試方法

使用脈沖式多普勒，降低多普勒增益，調(diào)整壁濾波<50Hz；優(yōu)化圖象質(zhì)量，將壓縮和抑制向左轉(zhuǎn)至最大位置，發(fā)射限定控制在0-94mW/cm2，將圖象放大；取胸骨旁左室長軸標(biāo)準(zhǔn)切面，在二維圖象基礎(chǔ)上將取樣容積置于左室后壁內(nèi)，使左心室后壁盡可能與取樣線垂直，并使后壁舒縮運動與取樣線平行。記錄室壁多普勒頻譜圖。凍結(jié)圖象后，利用圖象回放技術(shù)分別取多普勒頻譜圖中三個清晰心動周期，測取A波，S波和E波的峰值速度，計算各自平均值。

圖1　脈沖多普勒取樣容積示意圖(2b位置)

圖2　心臟左室長軸切面圖

(“A”為A波，“B”為S波，“C”為E波)圖3　心臟室壁脈沖多譜勒頻譜圖

1.2.3測試儀器

④根據(jù)方法三、四判別，當(dāng)庫區(qū)上覆5 m以上非液化覆蓋層后，綜合判斷認(rèn)為庫區(qū)非液化。所以在廢棄尾礦庫上排巖，對尾礦庫庫區(qū)砂土液化是有利的，不僅不會破壞庫區(qū)穩(wěn)定，而且有利于庫區(qū)穩(wěn)定。

實驗主要采用：美國HP1000型彩色多普勒超聲顯像儀，探頭3.5MHz；德國JAEGER公司生產(chǎn)的K-8700型萬能自行車；熱敏圖像記錄儀。

2實驗結(jié)果

2.1靜息及不同負(fù)荷狀態(tài)兩組A波的測試結(jié)果

靜息狀態(tài)下，力量項目組與正常組A波速度比較無顯著差異。而在進(jìn)行運動負(fù)荷時，從50W-200W的四級負(fù)荷中，力量組A波均顯著高于正常對照組(P<0.01)(表2)。對于A波而言，在整個負(fù)荷過程中，兩組均呈上升趨勢。

表2　靜息及不同負(fù)荷狀態(tài)下A波的數(shù)值±SD)

注：*表示與正常組相比p<0.05；**表示與正常組相比p<0.01。

2.2靜息及不同負(fù)荷狀態(tài)兩組E波的測試結(jié)果

靜息狀態(tài)下，正常組E波速度與力量組相比無顯著差異(P>0.05)。在整個遞增負(fù)荷中，兩組E波都有升高趨勢，力量組E波在50W時顯著高于正常組，在100W時與正常組相比無顯著差異，至150W和200W時均顯著低于正常組。200W時，力量組和正常組E波均有下降趨勢(表3)。

表3　靜息及不同負(fù)荷狀態(tài)下E波的數(shù)值(±SD)

*表示與正常組相比p<0.05；**表示與正常組相比p<0.01。

3分析與討論

如圖3所示，心室肌的運動主要發(fā)生在收縮期(S波)，舒張早期(E波)和心房收縮期(A波)三個時期[1-2]。S波反映心室肌的收縮情況，在本研究中不予討論；E波、A波其雙支略對稱[3-4]，是本研究的主要測試指標(biāo)。從血流動力學(xué)來看，左室的舒張過程包括等容舒張期和快速充盈期(舒張前期)和減慢充盈期(舒張后期)，心房收縮期由于和左室舒張關(guān)系密切，認(rèn)為是左室舒張過程的組成部分。在多普勒室壁頻譜圖上，E波實時反映了快速充盈過程[5-6]。在快速充盈期，影響左室舒張功能的主要因素是左室的主動松弛性[4]。E波峰值速度反映了左心室后壁的最大充盈速度，因此，E波峰值速度是左心室快速充盈期中反映室壁松弛能力的可靠指標(biāo)[7]。松弛性好，E波峰值速度高；松弛性差，E波峰值速度小。房縮期A波反映了心房收縮期的整個情況[5-6]。在心房收縮期，心室的主動松弛、心室的順應(yīng)性及心房的收縮功能是影響左室舒張功能的主要因素，因此對于A波的變化應(yīng)綜合分析[3-4]；與快速充盈期的左室充盈不同，心房收縮期的心室充盈完全是被動過程，A波峰值速度反映了房縮期左室被動充盈的最大速度[3-4]。在心房收縮情況相同時，順應(yīng)性好，A波峰值速度就高，順應(yīng)性差，A波峰值速度就低；同時A波也反映了左房在逐級遞增負(fù)荷時的代償活動變化情況。

3.1靜息狀態(tài)兩組A波、E波的比較

對于A波而言，測試結(jié)果顯示：在靜息狀態(tài)，正常組A波速度與力量組比較無差異，(表2)。如前所述，A波峰值速度反映了左室被動充盈的最大速度。在靜息狀態(tài)，左心室充盈晚期，心房收縮對心室充盈貢獻(xiàn)不大，左心房收縮引起左室充盈的血量不到心輸出量的20%[7]，而由心室主動擴(kuò)張造成血液在慣性的作用下向心室方向流動，是引起左室被動充盈的主要動力。在左心室充盈晚期，心室的順應(yīng)性的高低是決定充盈量的主要因素[8]。在靜息狀態(tài)，力量組A波峰值速度可能是由于左心房收縮引起的血液充盈對左室充盈的血量影響與正常組區(qū)別不大，左室舒張晚期左室順應(yīng)性與正常組比較無顯著變化。由此看來，經(jīng)過長時間的專項訓(xùn)練，力量組在靜息狀態(tài)左心室充盈晚期，心室的順應(yīng)性變化不大。有研究認(rèn)為，長期耐力訓(xùn)練和力量訓(xùn)練的運動員，心臟的結(jié)構(gòu)有所不同[9-10]。研究發(fā)現(xiàn)，壓力超負(fù)荷條件下心肌肥厚的同時，伴有膠原纖維的過度增生，使得心肌的僵硬度增加，順應(yīng)性下降；而容量超負(fù)荷條件下心肌肥厚的同時膠原纖維增生不明顯[10-13]，至少說明在超負(fù)荷情況下，不同的心臟負(fù)荷，肥厚心肌的構(gòu)成不同。從我們的結(jié)果來看，力量組以心室壁厚度增大為主，但心肌順應(yīng)性無顯著變化。長期力量訓(xùn)練的運動員在靜息狀態(tài)也可出現(xiàn)竇性心動徐緩，但心輸出量并不下降。力量組依靠較強(qiáng)的心室肌收縮能力，保證了在舒張期較高的每搏輸出量，這也許是耐力訓(xùn)練和力量訓(xùn)練對心肌舒張能力的區(qū)別所在[8]；但力量組與正常組比較左房收縮對左室舒張晚期的作用尚未達(dá)到明顯的不同，可能是其A波與正常組比較無差異的主要原因。

對于E波而言，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：靜息狀態(tài)正常組E波速度與力量組相比無顯著差異(表3)。如前所述，多普勒室壁頻譜圖中E波峰值速度反映了左心室壁的最大充盈速度，是左心室快速充盈期中反映室壁主動松弛的可靠指標(biāo)[4]。主動松弛能力好，E波峰值速度高；主動松弛能力差，E波峰值速度小。在左室舒張期，左心室壁的主動擴(kuò)張是引起血液充盈的主要原因[8]。無論是運動員組還是正常組，在靜息狀態(tài)心室的舒張功能必然與心室的收縮功能相匹配，才能維持較高水平的心輸出量。因此，在心臟的舒張期由心室壁的主動擴(kuò)張引起的高而持續(xù)的壓力梯度是保障高心輸出量的必要條件。目前所知，心肌的舒張過程是一個主動的耗能過程，長期的力量訓(xùn)練可以改善心臟的能量供應(yīng)，并使得心臟的供能效率提高[14-17]。因此，在靜息狀態(tài)，伴隨著心臟的收縮功能的提高，力量組心臟舒張功能亦得到相應(yīng)提高，但尚未達(dá)到與正常組有區(qū)別的程度。長期訓(xùn)練的力量運動員其心室壁肥厚，心室腔有縮小趨勢，顯然，力量組心臟在靜息狀態(tài)可以比正常組有更高的每搏輸出量，加之心臟的能量供應(yīng)和血液供應(yīng)得到改善，但與正常組比較，這種變化尚不具有統(tǒng)計學(xué)意義。這提示我們，在靜息狀態(tài)，力量組舒張期左室主動擴(kuò)張的能力變化不大。力量組心臟舒張期主動舒張的能力改善不明顯，那么在房縮期由心房收縮而造成的血液充盈量對整個心室舒張期的血液充盈量貢獻(xiàn)必然無明顯差異。

四級遞增負(fù)荷測試結(jié)果顯示：在整個負(fù)荷過程中，兩組A波均有上升趨勢，其中，以正常組更顯著。從50W-200W的四級負(fù)荷中，力量組A波均顯著高于正常對照組(表2)。隨著運動強(qiáng)度的增加，心臟所承受的負(fù)荷必然增加，耗氧量增加。在心臟能量供應(yīng)充足的情況下，心肌的能量需求得到保障，舒張能力將維持在一定水平，此時，A波主要反映著左心房的代償情況。在心臟舒張功能不斷動員的情況下，心房的收縮對左室舒張功能的代償愈加明顯。提示力量組從運動開始就已經(jīng)開始動用左房收縮儲備。一方面其左房的收縮能力較強(qiáng)，另一方面可能其心肌缺血比耐力組較早發(fā)生，這與其專項訓(xùn)練有關(guān)。有人認(rèn)為[18]，力量型心臟雖然能量代謝增強(qiáng)，但與耐力心臟相比，其心肌細(xì)胞中線粒體與肌原纖維的比值變化不大，提示其能量代謝相對薄弱，不利于長時間持續(xù)性運動；伴隨著左室向心性肥厚，左房無可避免地發(fā)生肥厚[19]，因此，在左室缺血的情況下，左房的收縮對于心臟舒張充盈的代償能力提高。

整個四級遞增負(fù)荷測試結(jié)果顯示：與A波相比，正常組E波上升幅度顯著高于力量組。其中，力量組在100W負(fù)荷E波峰值速度已進(jìn)入平臺期，并始終低于正常組，顯示著在整個負(fù)荷過程中力量組的心室主動擴(kuò)張能力較正常組為低，左室主動擴(kuò)張能力弱于正常組(表3)。結(jié)合力量組A波的變化來看，正常組的心臟在150W至200W負(fù)荷心室舒張功能較力量組差。可能原因，一是由于正常組的心房壁薄，心房收縮能力小，二是由于心室的血液供應(yīng)的調(diào)節(jié)和能量代謝能力較其余兩組差，心臟能量供應(yīng)不平衡出現(xiàn)得較早。力量組與其余兩組相比，E波增長幅度最小，在整個運動負(fù)荷中變化不大。說明力量組雖然左室主動舒張能力出現(xiàn)下降，但依靠左房收縮代償仍可應(yīng)付運動負(fù)荷。

對于力量組在靜息狀態(tài)左室舒張期室壁運動的測試結(jié)果說明，力量組左室心臟舒張功能在快速充盈期左室后壁心肌主動的松弛能力比正常組略差；在房縮期心房收縮對于左室舒張充盈的貢獻(xiàn)大于正常組，說明在左室舒張期力量組心臟的主動擴(kuò)張能力提高不明顯。這種變化可能與其靜息時較小的心率和較高的每搏心輸出量的維持有關(guān)，顯然是力量組心臟對運動訓(xùn)練的良好適應(yīng)。在四級遞增負(fù)荷中，心臟的負(fù)荷逐步增加，心臟的舒張期縮短，心臟自身的能量代謝與血量要求之間的矛盾逐步增大，心臟對自身的血供調(diào)節(jié)能力將是引起心臟功能，包括心臟舒張功能降低的重要原因。心臟舒張功能降低的發(fā)生與心臟結(jié)構(gòu)、代謝和上述因素的相互作用有密切關(guān)系。我們在四級遞增負(fù)荷中左室舒張期室壁運動的研究發(fā)現(xiàn)，在運動過程中兩組A波、E波峰值速度表現(xiàn)出較大差異?？傮w上，在逐級遞增負(fù)荷中心臟舒張功能的儲備有所不同，這種舒張功能的儲備包括心室主動舒張能力的儲備和心房收縮能力的儲備。力量組動用心臟的主動舒張儲備的同時動用心房主動收縮儲備，以維持心臟的舒張功能，主動舒張維持的能力高于正常組，隨著運動負(fù)荷增加，主要靠心房收縮代償增加充盈量，心臟的舒張功能較耐力組低。

靜息時心臟的舒張能力的比較表明運動員組與正常組不明顯，可能與靜息時機(jī)體對心臟功能的需求有關(guān)。在靜息狀態(tài)，運動員可較少動員其心臟舒張功能儲備，即可滿足需要；而在運動中，機(jī)體對于心臟舒張功能的需求增加，從而通過各種途徑以維持較高的舒張能力。

綜上所述，心臟的舒張功能與心臟的收縮功能是心臟功能中兩個重要的組成部分，無論在靜息或運動狀態(tài)，心臟的收縮功能必然與心臟的舒張功能相匹配，才能保證心臟泵血功能的實現(xiàn)，維持心輸出量。長期的運動訓(xùn)練不僅使得心臟的收縮功能得到改善，與之相應(yīng)，心臟的舒張功能也得到提高。同時心臟對不同形式的運動訓(xùn)練的適應(yīng)機(jī)制有所不同，表現(xiàn)為心臟的結(jié)構(gòu)和功能有所不同。作為心臟功能的重要組成部分，心臟的舒張功能亦可能有所不同。這與對不同項目運動員心臟收縮功能、心臟結(jié)構(gòu)的變化相一致。這些變化導(dǎo)致心臟所能應(yīng)付的運動強(qiáng)度更大，在激烈運動中對于保證心臟功能和運動員機(jī)能水平的維持有重要作用。

在運動領(lǐng)域，心臟舒張功能尚未引起人們的足夠重視。過度訓(xùn)練早期即可引起心臟功能的改變，而在心臟功能的改變中，心臟的舒張功能的改變可能比收縮功能的改變較早發(fā)生，在評定過度訓(xùn)練時可嘗試引入對運動員心臟舒張功能的檢查，尤其是運動負(fù)荷中舒張功能的變化，對于防止過度訓(xùn)練可能有積極意義。因此，作為心臟功能的重要組成部分，不同項目運動員心臟的舒張功能的變化及其機(jī)制和生理學(xué)基礎(chǔ)，有待更進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

1)在四級遞增負(fù)荷中，與正常組相比，力量組隨著負(fù)荷的增大，力量組開始動用心臟的主動舒張儲備和左房收縮儲備以維持心臟的舒張功能。說明與心力儲備相似，心臟舒張功能也有一定的儲備能力。

2)心臟舒張功能在四級遞增負(fù)荷中變化較靜息狀態(tài)更為明顯，建議在評定心臟功能，特別是心臟的舒張功能時，引入運動負(fù)荷，可能更為準(zhǔn)確、客觀。

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A Study on Left Ventricular Diastolic Wall Motion of Static Athletes by Using Cardiac Wall Doppler Spectrum

ZHANG Ge1,LI Xian-zhen2，TIAN Jin-kai2

(1.P.E. Department of Beijing University 100871;2.Shenyang Sport University 110032)

Abstract：By using cardiac wall Doppler spectrum, through the tests designed to compare the E and A wave peak velocity of normal persons and static athletes, this study focuses on the changes of left ventricular diastole wall and its ventricular systole. The findings are: Static athletes’ atrial systole contributes less to left ventricular diastolic function than the normal group; while during the incremental loads periods, the static athlete group shows the activation of both diastole reserve and systole reserve, which indicates positive diastole capacity and a higher level of reserve of left atrial systole.

Key words：ventricular wall motion; left ventricular diastolic function; cardiac wall Doppler spectrum; static athlete; incremental loads

中圖分類號:G804.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-1365(2016)01-0057-05

作者簡介：張戈(1967-)，男，副教授，博士，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。

*收稿日期：2015-12-03； 修回日期：2016-01-04

?運動人體科學(xué)與應(yīng)用心理學(xué)