脉冲多普勒超声心功法对大学生不同高度台阶实验测试效度的研究

齐玉刚，谭思洁，黄津虹

（1.天津科技大学，天津 300222；2.天津体育学院，天津 300381）

1 研究目的

人体心血管功能是身体活动得以完成的内在动力，是健康的首要因素之一。对这一系统机能能力的检测与评价是体质评定中极其重要的部分，许多研究者曾经为此做出努力。段黔冰等的研究指出：中长跑和台阶试验应该同时作为评价心功能的指标而不能相互代替［13］。台阶试验作为运动负荷实验的一种形式，是在运动试验下观察受试者心血管功能水平，有着方法简便、不需动用精密仪器及无创性操作等优点，因而被广泛的应用于学生、成年人群的心血管机能评价中。

我国《学生体质健康标准》对大学生心功能检测采取的台阶试验方法是利用固定高度 （男40cm，女35cm）的台阶，通过测定定量负荷运动后恢复期脉搏按公式计算台阶指数，评价受试者心血管功能，此方法被称为“日本台阶试验”［1］，属于改良的哈佛台阶实验方法。目前对于台阶实验评定心血管功能的可靠性有诸多研究，但不同研究所获得的台阶试验效度指数差异较大。

在台阶试验中，影响功率的主要因素有：速度、时间和高度。而不同身高的测试者，下肢长度存在较大的差异，从生物力学角度考虑，在相同高度的台阶上完成上下动作，显然做功大小是不同的，那么在受试者作功不同的情况下测定的台阶指数会影响心血管功能评价的准确性。本文利用脉冲多普勒超声心脏结构及心脏功能检测的方法进行对台阶实验高度的合理性和测试效度的研究，以期为完善学生心功能测试评价方法，使之能客观、准确的反映心血管机能提供参考依据。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

抽取大学二年级在校男性学生67人，分成A、B、C三组，A组为身高＜170cm者；B组为身高170－180cm者；C组为身高＞180cm者。受试者身体健康状况良好，能正常完成学校体育课程，体重正常，他们的一般情况见表1。

表1 实验对象基本情况表

2.2 研究方法

2.2.1 测量受试者身高、小腿长度

计算每一组别小腿长度平均数相近值作为台阶实验的预测合理高度，经过修正，确定：A组35cm，B组40cm，C组45cm。

对三组受试者分别进行全部三种高度的台阶试验。实验采取连续三天在相同的时间完成一种高度的测试。实验方法依《标准》规定的方法［2］。

2.2.2 全部受试者进行脉冲多普勒超声心动图测试

实验仪器选用美国GE公司生产的LOGIG-7彩色多普勒超声仪。测量方法为：3MS有源面阵心脏探头做安静时和运动后即刻的心脏M型和多普勒图像，运用自动勾边技术测量反映心脏功能的各个敏感指标。

（1）测安静时的每搏量（SV）、心输出量（CO）、射血分数（EF）、左室内径缩短率（FS）（FS＝（Dd－Ds）／Ds×100%），利用公式：体表面积BSA（m2）=0.0061·身长（cm）+0.0128·体重（kg）-0.1529计算体表面积从而推算出心脏指数（CI=CO/BSA）及每搏指数（SI=SV/BSA）。

（2）受试者佩带遥测心率表，按照120次/分钟的节拍做60秒60次的深蹲起以，使心率达到140次/分（约为中等强度运动）时立即躺下进行超声心动诊断，即刻采集SV、CO、EF、FS以及计算CI、SI、△D%等各项指标。

2.3 数据处理

全部实验数据采用spss11.0软件进行统计学处理，进行方差分析及相关性检验。显著性水平为0.05。

3 结果与分析

3.1 超声多普勒测试结果

受试者安静时与中等负荷运动后多普勒超声测定的心脏功能指标见表2、表3。表2、表3表明：不同身高的受试者安静时、中等负荷运动后心脏功能没有显著差异。

表2 安静超声多普勒结果

表3 运动后超声多普勒结果

3.2 台阶试验测试结果

不同身高受试者使用不同高度台阶测试台阶指数结果的对比见表4及图1。表4及图1显示：同一受试者用不同的台阶高度测得的台阶指数存在较大差异（P<0.05），台阶越高台阶指数越小。不同身高的受试者用同一高度的台阶所得出的台阶指数也有明显的差异，说明在台阶试验中台阶高度是影响评价结果的关键因素，它与受试者的身高关系密切。即身材高、腿长的受试者测得的台阶指数较大。

表4 不同身高者使用不同高度台阶测定台阶指数结果 （X±SD）

图1 不同身高者用不同高度台阶得出指数结果比较

3.3 超声多普勒结果与台阶指数的相关性分析

表5 不同身高组的三种台阶指数与EF的相关度分析结果

表6 不同身高组的三种台阶指数与FS的相关分析结果

表5、表6可见，身高＜169cm的大学生采用35cm高台阶测得的台阶指数与EF、FS相关度 （r=0.52，r=0.59，P＜0.05）高于使用40cm高度的台阶测得的台阶指数（r=0.39，r=0.43），为中度相关；他们使用45cm高度的台阶测得的台阶指数与EF、FS基本不相关（r=-0.095，r=-0.025）。

身高170-180cm组的大学生采用40cm高度的台阶与EF或FS的相关度最高（r=0.60，r=0.66）。

身高＞181cm组的大学生用45cm的台阶与EF或FS相关度分别为r=0.58，r=0.65，明显高于用35cm，40cm高的台阶测得的台阶指数与EF、FS的相关程度。

4 讨论

（1）台阶实验作为动态心脏功能的评价方法比安静心率、心电图等方法都更有利于评价的敏感性，但在实际的测试评价中，台阶试验试验效度指数有较大差异，有不少学者对台阶试验的科学性提出了质疑［3～6，11］。 如刘定一［5］的研究认为：不同体重的人进行同一高度的台阶实验所做的功并不相同，这在很大程度上影响了测试效度。王健的研究认为：台阶试验受身高、体重等非心血管因素的影响。黄建华等认为：适合不同年龄、性别的台阶试验运动负荷方案等也需要进一步的研究论证［11］。

多年来，人们为了更确切的评价不同人群的心血管功能，从台阶的高度或运动负荷时间等方面进行了一些研究和修正，出现了不同形式的台阶试验。如洪芝文等曾制订过湖北7-16岁少儿按身高选择5种高度进行台阶试验的方法［3］， 提出：18岁身高170cm以上者采用40cm高的台阶进行实验；身高180cm以上采用50cm高的台阶进行实验，这应该比使用统一高度台阶的方法更有利于评价的科学性。但《标准》之所以没有采用类似的方法可能考虑测试的简便性，更重要的可能是尚乏有关大学生台阶试验方法的研究与论证。

然而，本文区分不同身高分别进行的不同高度台阶的台阶实验结果表明：身高对台阶指数的影响作用显著，同一受试者在不同的台阶高度测得的台阶指数存在较大差异。台阶高度作为影响负荷强度的重要指标直接影响台阶指数，从而影响着心功能测试的准确性，杨锡让等人的研究曾发现身高和台阶高度对台阶运动的心率和耗氧等项参数有明显影响［4］；郭海英等的研究认为：安静心率、身高与运动后恢复期心率呈正相关，而与台阶指数呈负相关，这些都与本文研究结果一致［12］。

虽然目前采用的台阶实验上下台阶的总次数（90次）、上下台阶的总时间（3min）是固定的，但对于身高差异较大的学生使用同一高度进行测试显然不够合理。这说明台阶试验中所使用的台阶高度应该根据身高不同来制定。在考虑简便性的同时应进一步定量台阶实验的负荷强度，对于提高测试效度有重要的意义。本文选择35cm、40cm、45cm三种高度的台阶进行有关试验是因为考虑到这三组身高的受试者小腿的长度分别接近上述数值。

（2）尽管有人报道过以最大摄氧量作为效标研究台阶试验评价心血管功能的效度，结果是二者的相关在0.35-0.77之间［4］，研究结果有较大的不一致性。有人证明台阶试验与最大摄氧量无明显的伴随关系，并以此质疑台阶试验评价心血管功能的有效性。但事实上，作为一项评价心血管功能的指标，用最大摄氧量作为效标也许并不适宜。

在超声学上利用M型及二维超声心动图能够反映心脏结构状态，室壁运动幅度，测量心腔各个时相的大小及室壁厚度；脉冲多普勒检查可准确无创的测量心腔和大血管中的血流速度、血流方向、血流性质及流量［7］。这些技术的综合应用可以全面无创的定量估测或定性分析心脏功能，其中，射血分数（ejection fraction EF）是反映心脏射血能力或搏动能力的指标。左室内径缩短率（fraction shortening FS）反映左室后壁运动幅度，FS越高说明心脏搏动越有力，同时射血分数也会越高。大多数研究认可超声多普勒方法可以准确反映心脏血管功能，EF、FS是评价心功能最常用也是最有价值的指标之一。

大量文献报道过安静时使用超声心动方法评价心脏功能，但动态负荷后心脏功能水平的评价应该比安静时的评价更为敏感，本研究亦观察到受试者安静时和动态负荷后心功能水平的不同变化，并且选择中等负荷后进行心功能的有关评价，一般认为［8］：140次/分的心率可以作为中等运动负荷的标志，此时，心脏功能潜力可以明显表现，表3表5显示，中等运动负荷后，受试者心脏功能水平大幅度上升。

本文利用具有代表性的心功能指标：EF、FS与各种高度的台阶实验测得的台阶指数进行相关分析，结果显示（见表5、6）：身高在169cm以下的学生使用35cm高度的台阶得出的台阶指数与EF和FS的相关性分别为0.52、0.59（p＜0.05）；高于和使用40cm高度的台阶测得的台阶指数的相关 （0.39，0.43）；而与使用45cm高度的台阶测得的台阶指数基本不相关（r=-0.95；r=-0.025）。 说明身高在169cm以下的大学生台阶试验应采用35cm高的台阶，能够较敏感的反映他们的心血管功能。

表4还显示：身高170-180cm组的学生用40cm高度的台阶与EF或FS的相关度（r=0.60，r=0.66）；他们应该采用40cm高的台阶。身高＞181cm组的学生用45cm的台阶相关度最高 （r=0.58，r=0.65）， 应采用45cm高的台阶。

5 结论与建议

（1）台阶高度作为影响负荷强度的重要指标直接影响台阶指数，从而影响着心功能测试的准确性，应根据身高选择相应的台阶高度以提高心功能测试的效度。

（2）身高在170cm以下的学生使用35cm高度的台阶得出的台阶指数与EF和FS的相关性最高（0.52、0.59），（p＜0.05）； 应采用35cm高的台阶。 身高170-180cm的大学生使用40cm高度的台阶与EF或FS的相关度最高（r=0.60，r=0.66）；他们应该采用40cm高的台阶。身高＞180cm组的学生采用45cm的台阶相关度最高（r=0.58，r=0.65），应采用45cm高的台阶。

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