用心脏舒张期与收缩期时限比值评估青少年心脏功能*

严小波， 罗麟梅△， 杨 勇， 刘磊矗， 曾 航， 文静心

(1. 重庆大学 体育学院 心脏疲劳研究室， 重庆 400044； 2. 重庆市公安局， 重庆 401147)

用心脏舒张期与收缩期时限比值评估青少年心脏功能*

严小波1， 罗麟梅1△， 杨 勇2， 刘磊矗1， 曾 航1， 文静心1

(1. 重庆大学 体育学院 心脏疲劳研究室， 重庆 400044； 2. 重庆市公安局， 重庆 401147)

目的：观察青少年在安静状态及最大运动量状态下心脏舒张期时限与收缩期时限比值(D/S)的变化情况，并运用该指标对青少年心脏功能的评估进行探讨。方法：选取重庆市主城区中学309名(男159名，女150名)青少年为研究对象，受试者完成最大运动量的台阶运动，在安静状态和运动后即刻进行D/S比值的测试。根据安静状态D/S值的大小范围将受试者心脏功能分级为优( D/S≥2)、良(1.5≤D/S<2)、中(1≤D/S<1.5)、差(D/S<1)。结果：安静状态下男生心脏功能评定为优、良、中、差的占比分别为： 7.5%、49.1%、 40.9%、2.5%；女生分别为： 5.3%、48.0%； 44.7%、2.0%。运动后男、女青少年D/S值都明显下降，但心脏功能评定等级高的受试者运动后D/S仍高于等级低的受试者。结论：本次研究的青少年虽有过半心脏功能处于健康状态，但处于亚健康状态的比例较高，有少部分学生心脏功能较差，其心脏健康应得到高度重视；心脏功能等级越高的学生运动后心脏供血时间越长，其心脏功能更好。应用D/S值可以有效评估青少年心脏供血时限的相关情况；对青少年心脏功能进行分级可以针对不同分级群体制定有针对性的运动训练，同时预防心脏安全事故的出现。该评估方法操作简单、客观，可作为一种日常的心脏监测手段在学校普及。

青少年；心音；心脏功能；心脏功能分级；心脏评估

teenagers; heart sound; cardiac function; cardiac function classification; cardiac evaluation

以往的青少年体质健康评估多注重速度、力量、柔韧等身体素质，而缺乏对心脏功能进行客观量化的评估方法。心脏功能的下降会给青少年的身体健康甚至是生命安全带来较大的安全隐患。适量、合理的运动可以增强青少年心脏功能，学校的运动训练计划应该建立在对学生心脏功能了解的基础上才能有针对性的制定相关的运动计划，这样才能既保证能够提高学生的心脏功能同时也可以避免运动猝死等心脏安全事故的发生。因此发现并推广一种能在学校日常生活中监测学生心脏功能的方法尤为必要。

心音图是运用换能器和计算机处理技术来记录心脏振动的波形图，它包含了心脏的生理及病理信息，可以帮助对心脏活动进行分析。重庆博精医学与信息工程研究所与重庆大学生物工程学院合作研制的心音图仪器“心脏储备无创监测系统”[1]。该系统是通过换能器记录心音图的系统，肖守中运用该系统提出应用相对值处理心音信号即心脏舒张期时限(D)/收缩期时限(S)比值(D/S)来评估心脏供血是否充足[2]。本研究用此指标对重庆的青少年学生的心脏功能进行评估，以便于学生、老师、家长直观的掌握学生当前的心脏功能状况，为学生的运动训练计划提供科学依据，达到增强心脏功能的同时避免出现心脏危险事件。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究对象为重庆市主城区中学的普通青少年学生(未经过专业运动训练或未评定运动等级的学生)，年龄13～18岁，共309名，其中男生159名，女生150名，其基本信息见表1。本研究的测试计划获得重庆大学体育学院伦理委员会批准。所有受试学生身体健康，无心血管病史，对本研究知情并签署知情同意书。

Tab. 1 Basic information of the subjects(±s)

1.2 研究仪器

心脏储备功能的检测应用重庆博精医学与信息工程研究所与重庆大学生物工程学院合作研制的“心脏储备无创检测系统(CR-C-I型)”进行心脏储备功能检测，它能够对人体的心音信号进行采集与分析，具备独特的心脏储备测评功能，可以实现对心脏储备的无创性监测。该系统的硬件组成包括心音脉搏传感器、连续导电模式(CCM)信号采集器、计算机和打印机，所采用硬件的频带为30～800 Hz。心力信号处理软件用Visual Basic，VC++写成，其运行环境为WINDOWS操作系统。

1.3 研究方法

采用运动登梯的心音图运动试验方法，受试者在安静状态下平静呼吸，心音脉搏传感器置于心前区心尖搏动最明显处，记录心音图。受试者完成规定的运动量。选用25 cm高的心力台阶进行运动试验，本次试验完成的规定运动量为全运动量，全运动量约定为7 000 J，按受试者体重计算出登梯次数，往复上下台阶，运动后立刻记录心音图。登梯次数(n)计算公式为n=w/mgh, 式中w=做功=7 000 J； m=体重(kg)；g=重力加速度=9.8； h=台阶高度=0.25 m。

1.4 研究指标及分级方法

舒张期时限/收缩期时限比值(D/S)，舒张期是心脏自身供血的主要阶段，若舒张期时限较长，能为心脏在收缩期的工作提供更多的养料和氧气，可用D/S比值来评估心室舒张期的充盈情况。根据受试者安静状态D/S值的大小范围不同将受试者心脏功能分级为优( D/S≥2)、良(1.5≤D/S<2)、中(1≤D/S<1.5)、差(D/S<1)四个等级。

1.5 统计学处理

2 结果

青少年心脏功能等级分组所占比例及运动前后D/S情况见于表2，有过半的研究对象D/S≥1.5心脏功能健康，其中有少部分研究对象D/S≥2心脏功能较好；还有大部分研究对象D/S<1.5心脏心脏功能处于亚健康，其中还有极少部分研究对象D/S<1心脏功能处于警示值。心脏功能等级越高的学生运动后D/S也越高(表2)。

Tab. 2 Proportion of teenagers’ heart function level grouping and D/S (±s)

D/S: Ratio of diastolic to systolic duration

**P<0.01vsbefore exercise

3 讨论

运用舒张期时限/收缩期时限比值(D/S)这一指标来评估心功能是一个安全、有用、可靠的新指标[3]。Abe[4]认为冠脉血流主要出现在每个心动周期的舒张时相，所以舒张期是心脏自身供血的主要阶段。若舒张期时限较长，能为心脏在收缩期的工作提供更多的养料和氧气；若舒张期时限太短，心室的血液充盈量不足，导致心输出量低下，心肌收缩力减弱，有可能引起心肌损伤，甚至诱发心衰。故可用D/S比值来评估心室舒张期的充盈情况。肖守中等[2]人群的心脏储备调查研究表明心脏功能较好者如运动员安静时D/S≥2；健康成人安静时D/S≥1.5；安静时1≤D/S<1.5的心脏可能处于亚健康状态；D/S<1是一个警示值，表明心脏处于可能出现心脏事件的危险态，以此为依据，本研究运用静息时的D/S值将心脏功能进行分级：优( D/S≥2)、良(1.5≤D/S<2)、中(1≤D/S<1.5)、差(D/S<1)。

长期合理适量的运动锻炼可使心肌细胞增大，心肌收缩能力增强，泵血能力增强；同时运动也可使心腔容积变大，搏出量足够大，心脏便会通过减少每分钟的心率次数来调节，可使心脏出现“节省化”，减少心脏负担，使心脏得到充分休息。心脏通过运动使心率减慢的同时心脏舒张期时限也会延长，D/S值相应升高，因此经常适当锻炼可以使我们拥有一个健康有力的心脏。本次对重庆市主城区中学309名青少年的心脏功能评估表明:只有极少部分学生被评定为优；大部分学生被评定为良，该部分学生心脏功能虽没有到达到像运动员那样强大有力但还是保持在健康的范围；仍有40%左右的学生被评定为中，该部分学生可能由于平时学习压力和缺乏相应的运动锻炼等原因致使心脏处于亚健康状态，如不及时加强运动锻炼很可能使心脏功能进一步下降影响身体健康；本次调研中2%左右的学生被评定为差，该部分学生在该测试之前并未有心血管疾病史，但是D/S值仍然处于一个警示低值，表明他们的心脏长期处于供血时间不充足的环境下，为他们的生命安全带来隐患，应该得到学校及家长的足够重视，随时关注并监测他们的心脏功能，及时的进行循序渐进的体育锻炼，预防心脏猝死事件。

随着运动强度的增加，心脏舒张期自身供血时间缩短，D/S值相应降低，心脏负担加重。但心脏功能水平高的D/S值在运动后仍然能够保持相对高的值，在对摔跤运动员和非运动员的D/S值研究中[5]，随着运动强度的增加，非运动员较运动员更早出现舒张期供血时间缩短。本次研究的男女青少年在全运动量运动后D/S显著下降，但心脏功能等级越高的学生运动后D/S也相对较高，表明其心脏在大运动量刺激下仍能保持相对较长的供血时限，及时提供相对充足的氧气和养料。心脏功能等级为良的女生运动后D/S反而较等级为优的女生略高，这可能与等级为良的女生安静时D/S值接近2的人数较多有关，因此统计结果显示等级为良的女生运动后D/S反而略高于等级为优的女生，但总体情况仍然是心脏功能等级高的男女学生运动后D/S更高，心脏功能更好。

合理、适量的运动可以增强心脏功能，但学校制定的运动训练计划不应是整齐划一，对于心脏功能较好的学生如果运动量达不到则不能提高其心脏功能，但对于心脏功能低下的学生，运动过量容易威胁到心脏安全。因此对学生的运动训练计划应该因人而异，对学生心脏功能进行相应分级可以帮助学校、老师对学生制定有针对性的运动训练计划，同时对于心脏功能分级为差的学生，学校应该高度重视他们的心脏安全，循序渐进的制定提供他们心脏功能的训练计划。

[1] 郭兴明， 郭玮珍， 周承文， 等. 心脏储备无创监测系统的研究[J]. 仪器仪表学报, 2008， 29(4): 690-695．

[2] Xie ML, Xiao SZ, Liu TH,etal. Multi - center, multi - topic heart sound databases and their applications[J].JMedSyst, 2012, 36(1): 33 -40.

[3] Xiao SZ, Guo XM, Sun XB,etal. A relative value method for measuring and evaluating cardiac reserve[J].BiomedEngOnline, 2002, 1: 6.

[4] Abe M, Tomiyama H, Yoshida H,etal. Diastolic fractional flow reserve to assess the functional severity of moderate coronary artery stenoses: comparison with fractional flow reserve and coronary flow velocity reserve[J].Circulation, 2000, 102(19): 2365-2370.

[5] 赵艳霞, 刘建明, 许定国, 等. 运动中心脏舒张期与收缩期比值变化趋势的人群调查研究[J]. 中国应用生理学杂志, 2013, 29(2): 134-136.

中央高校基本科研业务费资助项目(CQDXWL-2013-071)

2015-05-14

2016-05-15

G808.18

A

1000-6834(2016)05-475-03

10.13459/j.cnki.cjap.2016.05.023

△【通讯作者】Tel: 13638343550; E-mail: xbyan@cqu.edu.cn