孔祥生

（曲阜師范大學(xué)體育教研部，山東 曲阜 273165）

理論與方法探索

多普勒超聲技術(shù)在評價運動員心臟功能方面的研究與應(yīng)用

孔祥生

（曲阜師范大學(xué)體育教研部，山東 曲阜 273165）

多普勒超聲技術(shù)對運動員心臟功能的評價已從整體發(fā)展到了局部，從定性發(fā)展到了定量。由于多普勒超聲心動圖可實時顯示心臟的解剖結(jié)構(gòu)、室壁運動和血流信息，具有及時、準(zhǔn)確、安全的優(yōu)點，因而成為臨床心功能測量最常用的無創(chuàng)性技術(shù)。

多普勒超聲技術(shù)；血流頻譜；心室功能

1 多普勒超聲技術(shù)在評價運動員心臟功能方面的研究

1.1 對心輸出量的動態(tài)測量研究

多普勒超聲技術(shù)能夠無創(chuàng)傷地研究安靜與運動中的心臟功能，而心輸出量是評價心臟收縮功能的重要指標(biāo)之一。安靜狀態(tài)下測量的心臟收縮功能有一定的局限性，而運動狀態(tài)下可以更準(zhǔn)確地測量出心臟功能隨運動負(fù)荷的增加而呈現(xiàn)的變化。1981年，Loeppky等人利用脈沖式多普勒超聲技術(shù)進行了負(fù)荷多普勒超聲心動圖的研究，他們在對8個健康成人的測量中得出結(jié)論，靜息狀態(tài)時臥位心搏量高于立位心搏量，運動狀態(tài)時立位比臥位的心搏量上升顯著。在立位運動20秒內(nèi)，立位心輸出量比臥位心輸出量增加兩倍，其心輸出量的增加主要是由于心搏量的增加；而臥位運動時，心輸出量的增加主要是由于心率的增加。狄克胡斯等人對12名健康男性坐、臥兩種體位下安靜及運動中超聲心動圖的比較研究中發(fā)現(xiàn)，安靜狀態(tài)下臥位心搏量明顯高于坐位心博量；在次級負(fù)荷運動時臥位、坐位心搏量均顯著上升；而極限負(fù)荷運動時坐位心搏量增加顯著，而臥位心搏量無明顯增加；射血分?jǐn)?shù)無論是坐位還是臥位在由安靜至逐級負(fù)荷中均表現(xiàn)為持續(xù)增加。Gardin等人在對17例健康成年人運動狀態(tài)下主動脈血流動力學(xué)變化測量時發(fā)現(xiàn)，主動脈血流量最大速度、收縮期流速積分顯著增加，而射血時間明顯縮短。而張運等人對20例健康成年人臥位次極量運動前后的測量結(jié)果表明，主動脈血流最大速度、平均加速度、收縮期血流積分、心搏量4項指標(biāo)的測量值均顯著增加。Takayama等人應(yīng)用多普勒技術(shù)與熱稀釋法技術(shù)，同步測量了8例正常人踏車運動過程中主動脈血流量與心輸出量，兩者相關(guān)系數(shù)為0.76。

1984年，勵建安等對堅持長跑鍛煉的中老年人左心室功能運動超聲心動圖研究結(jié)果顯示，安靜與等量運動時每搏量、心輸出量均高于比普通組。隨著運動負(fù)荷增大，差異顯著，表明堅持長跑的中老年人有較大的心力儲備，這提示長跑鍛煉可以推遲左心射血功能衰退的過程。趙云蘭對健康的經(jīng)常運動和不愛運動的老年人多普勒超聲心動圖比較分析表明，收縮期血流最大速度、平均加速度、最大加速度、流速積分、E/A、E和EDA兩組差異顯著，說明愛運動老人的左室收縮功能和左室舒張功能比不愛運動老人的功能好，愛運動老人的左心功能優(yōu)于不愛運動的老人。

2001年周全等人采用彩色多普勒超聲心動圖儀測量、分析了12名耐力項目大學(xué)生運動員和12名普通大學(xué)生安靜狀態(tài)、定量負(fù)荷和極量負(fù)荷運動后主動脈收縮期血流頻譜。結(jié)果顯示，安靜狀態(tài)、定量負(fù)荷運動后，實驗組Vmax、PGmax、PGm、AVm明顯小，AT、ET明顯大；極量負(fù)荷運動后，兩組各參數(shù)無明顯差異；耐力鍛煉可使人體心臟左室收縮產(chǎn)生能量節(jié)省化，具備較大的功能潛力，泵血順暢，主動脈瓣口面積增大。

1.2 心臟舒張功能的測量研究

隨著臨床生理學(xué)的進展，無創(chuàng)性心功能監(jiān)測技術(shù)的提高，關(guān)于心臟舒張功能在心臟泵血功能中的作用，成為臨床研究的熱點。國家體科所杜宏凱等人，對我國高水平耐力運動員和常人臥位自行車運動負(fù)荷中心臟血流動力學(xué)變化特點和心功能儲備力進行了比較和評定。結(jié)果表明，耐力運動員心率隨負(fù)荷強度的增加逐級增高，與對照組比較發(fā)現(xiàn)，無論是安靜狀態(tài)還是每級等量負(fù)荷狀態(tài)，耐力組的心率均顯著低于對照組；耐力運動員心博量隨負(fù)荷強度的增加而增加，心博量無論是增長的幅度上還是在持續(xù)增長的能力均高于對照組。宋信勇等人采用彩色多普勒超聲技術(shù)，研究和分析了不同項群運動員不同狀態(tài)二尖瓣血流頻譜，研究表明，耐力鍛煉可使心臟左室舒張功能產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)；二尖瓣血流速度積分、平均壓差、A峰值、心率、每搏輸出量及極量負(fù)荷運動時間存在緊密的關(guān)系；耐力鍛煉可使二尖瓣血流速度積分明顯增大，平均壓差和A峰值明顯減小。

1.3 心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的測量研究

20世紀(jì)70年代末國家體委科研所杜宏凱等人對高水平耐力運動員心室的結(jié)構(gòu)進行了測定，發(fā)現(xiàn)左室收縮末期內(nèi)徑、左室舒張末期內(nèi)徑在安靜和同級負(fù)荷時都顯著大于對照組，而且兩組的差值隨負(fù)荷的增加而加大。孫力認(rèn)為，動力性項目運動員的心臟左室舒張末期直徑和左室重量明顯大于常人，而室壁厚度與常人相同；而靜力性運動項目運動員的心臟左室舒張末期直徑基本沒有變化或略微減小，室壁厚度卻明顯增加，以單位體重來表示的數(shù)值與常人無統(tǒng)計學(xué)差異。1986年，馬為等人研究了長跑運動對老年男性心臟形態(tài)的影響。研究表明，耐力鍛煉對心臟形態(tài)的影響只限于左心室，而在左心室中以左心室舒張期末內(nèi)徑變化為主，右室無變化。

2 多普勒超聲技術(shù)在評價心功能方面的優(yōu)勢與局限性

2.1 組織多普勒顯像技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

2.1.1組織多普勒顯像技術(shù)（TDI）是近幾年發(fā)展起來的檢測心室運動的新技術(shù)，TDI通過提取心肌運動多普勒信號來測量心室長軸收縮功能的變化，對心室長軸運動進行定性、定量研究。用TDI脈沖多普勒速度頻譜顯像方法測量二尖瓣環(huán)沿心室長軸的運動速度、方向、位移、時相等多項信息，可更準(zhǔn)確地反映左心室整體收縮功能。而通過TDI能較LVEF更敏感、更準(zhǔn)確地檢測到早期局部收縮功能的異常，對精確評價運動員心肌收縮功能、及早發(fā)現(xiàn)運動員潛在心功能減退及判定隨負(fù)荷的增加心功能的變化，有重要的臨床指導(dǎo)意義。

2.1.2TDI的局限性。TDI一個重要的局限性在于明顯的角度依賴性和無法評估左心室局部扭轉(zhuǎn)運動。由于左室心肌纖維螺旋環(huán)繞，左室心肌運動呈現(xiàn)為矢量、方向、角度、時相等復(fù)雜的空間三維運動，因此，TDI技術(shù)無法對心肌徑向和圓周運動以及心室扭轉(zhuǎn)進行評價。TDI還受到幀頻、應(yīng)變率-時間曲線的噪聲、呼吸的影響，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

2.2 定量組織速度顯像技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

2.2.1定量組織速度顯像技術(shù)（QTVI）是在TDI的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高幀頻顯像技術(shù)，由于QTVI可以對左室壁任意節(jié)段心肌在長軸方向的收縮和舒張的速度及時間進行定量測量與分析，能快速、敏感、準(zhǔn)確獲得左室壁心肌的運動曲線，是一種定量、定位檢測心肌運動及心臟非同步化運動的有效的方法，對及早發(fā)現(xiàn)運動員潛在心功能減退有重要的診斷價值。

2.2.2QTVI的局限性，QTVI技術(shù)是由多普勒頻移發(fā)展而來，因此它受到室壁運動方向、聲束夾角及呼吸的影響。

2.3 組織多普勒應(yīng)變與應(yīng)變率顯像技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

2.3.1組織多普勒應(yīng)變或應(yīng)變率顯像技術(shù)（SRI）從時間和空間兩個方面反映心動周期中心肌長度隨時間的變化心肌組織受力后形變能力，是反映局部心肌收縮敏感、特異性指標(biāo)。通過對高幀頻普勒數(shù)據(jù)加工獲得的實時心肌超聲顯像數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確、定量分析評價心肌纖維應(yīng)變的程度和室壁運動及心肌供血。由于測量數(shù)據(jù)不受心肌形變及相鄰心肌節(jié)段運動或限制效應(yīng)的影響，而成為評價運動員心臟收縮功能和心肌供血的的新參數(shù)。

2.3.2SRI的局限性。因SRI受聲束與速度向量之間夾角的影響，不能同時獲得縱向和橫向形變的信息，只能測量縱向的應(yīng)變和應(yīng)變率，因此角度依賴性、應(yīng)變長度選擇、噪聲干擾是SRI技術(shù)的不足。

2.4 二維斑點追蹤成像技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

2.4.1二維斑點追蹤成像技術(shù)（STI）利用組成二維超聲圖像的聲學(xué)斑點，在室壁中選擇一定范圍的感興趣區(qū)，組織灰階自動追蹤心肌組織聲學(xué)斑點的位置和運動軌跡，能夠定量獲取心肌組織運動的速度、位移、應(yīng)變率及旋轉(zhuǎn)角度等心肌運動參數(shù)，能更加敏感地識別節(jié)段性運動異常，準(zhǔn)確評價感興趣區(qū)內(nèi)整體與局部心肌形變程度及心肌缺血時心肌局部的收縮功能。STI可用于定量評價運動員運動中所需運動耐力和強度；能準(zhǔn)確辨別運動員心臟的生理性肥大與無癥狀非梗阻性肥厚型心肌病，而后者是引起運動員猝死的主要原因。2.4.2STI的局限性。STI的局限性在于對圖像清晰性的要求較高，在低幀頻質(zhì)量較差的圖像中常不能成功追蹤心肌運動，因而在老年人、肺氣腫、肥胖等人群中的準(zhǔn)確性受到制約；同時對左心室短軸各節(jié)段心肌運動的顯示有局限性。

2.5 全方向M型超聲心動圖的優(yōu)勢與局限性

2.5.1全方向M型超聲心動圖（OME）是一種從超聲心電圖序列圖像中提取室壁運動運動信息的實時成像技術(shù)。OME可以對所有部位和運動方向的心血管結(jié)構(gòu)進行任意多條運動曲線的同步成像，是唯一可以同時同步記錄心臟內(nèi)任意結(jié)構(gòu)多個心動周期的M型超聲圖像技術(shù)，同時減少了心臟擺動及扭曲產(chǎn)生的影響及角度與時間不一致產(chǎn)生的誤差，提高了測量的精確性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

2.5.2OME的局限性。OME仍依受二維圖像質(zhì)量、呼吸、心臟位移的影響，成像質(zhì)量不夠清晰，比傳統(tǒng)M型要略遜一籌。

隨著多普勒超聲技術(shù)的飛速發(fā)展，多普勒超聲心動圖對心臟功能的評價已從定性上升到了定量，從整體上升到了局部，能更精確地評價心室整體和局部的收縮功能。將各種超聲心動圖技術(shù)有機結(jié)合，互相彌補不足，為客觀、早期、準(zhǔn)確、全面地評價運動員心臟功能提供幫助。

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G808

A

1674-151X（2012）01-025-02

10.3969/j.issn.1674-151x.2012.01.012

投稿日期：2011-10-05

山東省教育廳基金項目（項目名稱：多普勒超聲心電圖評價體育鍛煉對人體心血管系統(tǒng)功能的影響，項目編號：J03M01）。

孔祥生（1963 ～），副教授，本科。研究方向：體育訓(xùn)練學(xué)、體育人文社會學(xué)。