基于多普勒频谱图的力量项目运动员左室舒张期室壁运动研究

张　戈　李献震　田金凯

(1.北京大学体育教研部，100871；2.沈阳体育学院，110032)



基于多普勒频谱图的力量项目运动员左室舒张期室壁运动研究

张戈1李献震2田金凯2

(1.北京大学体育教研部，100871；2.沈阳体育学院，110032)

摘要:通过测定和比较正常人和力量项目运动员在静息和逐级递增负荷运动时，室壁多普勒频谱图上E波和A波峰值速度，研究左室后壁主动松弛和被动充盈功能的变化。结果表明：在静息状态，力量项目组房缩期心房收缩对于左室舒张充盈的贡献小于正常组；在逐级递增负荷中，力量项目组心脏舒张功能的动员表现为同时动用主动舒张储备和左房收缩储备，显示出心脏主动舒张的能力强，左房收缩储备大。

关键词:心肌室壁运动;左室舒张功能;多普勒室壁频谱图;力量项目运动员;逐级递增负荷

1前言

心脏是血液循环的动力装置。运动中心脏活动与运动负荷相匹配才能保证机体的代谢需要。从整体来看，心脏的舒张功能与心脏的收缩功能相适应对于保证良好的心脏功能、维持心输出量极为重要。大量的研究已经证明，经过长期训练心脏结构和功能都会发生适应性改变，而且不同项目的运动训练心脏结构和功能改变也有所不同，即发生了所谓心脏重塑。

综合国内外有关研究，对于运动与心脏的研究主要集中于心脏的收缩功能，而有关舒张功能的研究鲜见报道。在运动中心脏收缩功能提高的同时是否伴随着心脏舒张功能的变化？这种变化对于心脏功能的改善有何积极意义，以及这种变化的机制如何？这些问题的探讨在运动训练中无疑都有十分重要的现实意义。

DTI技术(多普勒组织成像技术)是近几年发展起来的主要用于心脏检查的新技术。本研究中，我们运用脉冲多普勒技术的距离选通功能，将取样容积置于左心室后壁的心肌内，记录该部位心肌的多普勒频谱图，并通过比较静息状态、逐级递增负荷运动中相同年龄力量项目运动员和正常人的室壁多普勒频谱图中反映室壁舒张运动的A波峰值速度和E波峰值速度的变化，研究力量项目运动员和正常人的心脏室壁运动对不同负荷的反应，进而探讨不同项目运动员心脏舒张功能的变化。

1研究对象与方法

1.1研究对象

参加测试共45人，男性，其中，举重运动员15人，正常健康者30人。所有受试者参加本项实验前均经内科检查，排除心脏病和脑、肺、肝、肾等疾病。受试者基本情况见表1。

表1　实验对象基本情况±Sd)

1. 2研究方法

1.2.1实验设计

熟悉功率自行车：受试者在进行正式实验2周前，在K-8700型万能自行车上以50W、60rpm骑车15 min，以熟悉该种功率自行车，并告知正式实验内容、测试指标及实验中注意事项。

正式实验：所有受试者均在正式实验前12h内停止训练并避免剧烈活动。早晨8:00实验对象进入实验室，量体重和身高，静坐20min后测定心率、血压。9:00开始正式实验，先在功率自行车上静躺5min后测试并记录受试者卧位E波、A波峰值静息速度；后在功率自行车上分别以50W、100W、150W和200W，60rpm的速度骑车约20min，每级负荷持续5min，同时记录血压和心率，待血压、心率稳定后，测定并记录受试者卧位E波、A波峰值速度。

测定时将力量组分为3组，每组5人。实验共进行5次，每次1组。每位被试者均由相同仪器、相同操作人员在2周内测定3次，取测定后的平均值。正常组测试同运动组。

1.2.2测试方法

使用脉冲式多普勒，降低多普勒增益，调整壁滤波<50Hz；优化图象质量，将压缩和抑制向左转至最大位置，发射限定控制在0-94mW/cm2，将图象放大；取胸骨旁左室长轴标准切面，在二维图象基础上将取样容积置于左室后壁内，使左心室后壁尽可能与取样线垂直，并使后壁舒缩运动与取样线平行。记录室壁多普勒频谱图。冻结图象后，利用图象回放技术分别取多普勒频谱图中三个清晰心动周期，测取A波，S波和E波的峰值速度，计算各自平均值。

图1　脉冲多普勒取样容积示意图(2b位置)

图2　心脏左室长轴切面图

(“A”为A波，“B”为S波，“C”为E波)图3　心脏室壁脉冲多谱勒频谱图

1.2.3测试仪器

④根据方法三、四判别，当库区上覆5 m以上非液化覆盖层后，综合判断认为库区非液化。所以在废弃尾矿库上排岩，对尾矿库库区砂土液化是有利的，不仅不会破坏库区稳定，而且有利于库区稳定。

实验主要采用：美国HP1000型彩色多普勒超声显像仪，探头3.5MHz；德国JAEGER公司生产的K-8700型万能自行车；热敏图像记录仪。

2实验结果

2.1静息及不同负荷状态两组A波的测试结果

静息状态下，力量项目组与正常组A波速度比较无显著差异。而在进行运动负荷时，从50W-200W的四级负荷中，力量组A波均显著高于正常对照组(P<0.01)(表2)。对于A波而言，在整个负荷过程中，两组均呈上升趋势。

表2　静息及不同负荷状态下A波的数值±SD)

注：*表示与正常组相比p<0.05；**表示与正常组相比p<0.01。

2.2静息及不同负荷状态两组E波的测试结果

静息状态下，正常组E波速度与力量组相比无显著差异(P>0.05)。在整个递增负荷中，两组E波都有升高趋势，力量组E波在50W时显著高于正常组，在100W时与正常组相比无显著差异，至150W和200W时均显著低于正常组。200W时，力量组和正常组E波均有下降趋势(表3)。

表3　静息及不同负荷状态下E波的数值(±SD)

*表示与正常组相比p<0.05；**表示与正常组相比p<0.01。

3分析与讨论

如图3所示，心室肌的运动主要发生在收缩期(S波)，舒张早期(E波)和心房收缩期(A波)三个时期[1-2]。S波反映心室肌的收缩情况，在本研究中不予讨论；E波、A波其双支略对称[3-4]，是本研究的主要测试指标。从血流动力学来看，左室的舒张过程包括等容舒张期和快速充盈期(舒张前期)和减慢充盈期(舒张后期)，心房收缩期由于和左室舒张关系密切，认为是左室舒张过程的组成部分。在多普勒室壁频谱图上，E波实时反映了快速充盈过程[5-6]。在快速充盈期，影响左室舒张功能的主要因素是左室的主动松弛性[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标[7]。松弛性好，E波峰值速度高；松弛性差，E波峰值速度小。房缩期A波反映了心房收缩期的整个情况[5-6]。在心房收缩期，心室的主动松弛、心室的顺应性及心房的收缩功能是影响左室舒张功能的主要因素，因此对于A波的变化应综合分析[3-4]；与快速充盈期的左室充盈不同，心房收缩期的心室充盈完全是被动过程，A波峰值速度反映了房缩期左室被动充盈的最大速度[3-4]。在心房收缩情况相同时，顺应性好，A波峰值速度就高，顺应性差，A波峰值速度就低；同时A波也反映了左房在逐级递增负荷时的代偿活动变化情况。

3.1静息状态两组A波、E波的比较

对于A波而言，测试结果显示：在静息状态，正常组A波速度与力量组比较无差异，(表2)。如前所述，A波峰值速度反映了左室被动充盈的最大速度。在静息状态，左心室充盈晚期，心房收缩对心室充盈贡献不大，左心房收缩引起左室充盈的血量不到心输出量的20%[7]，而由心室主动扩张造成血液在惯性的作用下向心室方向流动，是引起左室被动充盈的主要动力。在左心室充盈晚期，心室的顺应性的高低是决定充盈量的主要因素[8]。在静息状态，力量组A波峰值速度可能是由于左心房收缩引起的血液充盈对左室充盈的血量影响与正常组区别不大，左室舒张晚期左室顺应性与正常组比较无显著变化。由此看来，经过长时间的专项训练，力量组在静息状态左心室充盈晚期，心室的顺应性变化不大。有研究认为，长期耐力训练和力量训练的运动员，心脏的结构有所不同[9-10]。研究发现，压力超负荷条件下心肌肥厚的同时，伴有胶原纤维的过度增生，使得心肌的僵硬度增加，顺应性下降；而容量超负荷条件下心肌肥厚的同时胶原纤维增生不明显[10-13]，至少说明在超负荷情况下，不同的心脏负荷，肥厚心肌的构成不同。从我们的结果来看，力量组以心室壁厚度增大为主，但心肌顺应性无显著变化。长期力量训练的运动员在静息状态也可出现窦性心动徐缓，但心输出量并不下降。力量组依靠较强的心室肌收缩能力，保证了在舒张期较高的每搏输出量，这也许是耐力训练和力量训练对心肌舒张能力的区别所在[8]；但力量组与正常组比较左房收缩对左室舒张晚期的作用尚未达到明显的不同，可能是其A波与正常组比较无差异的主要原因。

对于E波而言，测试结果发现：静息状态正常组E波速度与力量组相比无显著差异(表3)。如前所述，多普勒室壁频谱图中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动松弛的可靠指标[4]。主动松弛能力好，E波峰值速度高；主动松弛能力差，E波峰值速度小。在左室舒张期，左心室壁的主动扩张是引起血液充盈的主要原因[8]。无论是运动员组还是正常组，在静息状态心室的舒张功能必然与心室的收缩功能相匹配，才能维持较高水平的心输出量。因此，在心脏的舒张期由心室壁的主动扩张引起的高而持续的压力梯度是保障高心输出量的必要条件。目前所知，心肌的舒张过程是一个主动的耗能过程，长期的力量训练可以改善心脏的能量供应，并使得心脏的供能效率提高[14-17]。因此，在静息状态，伴随着心脏的收缩功能的提高，力量组心脏舒张功能亦得到相应提高，但尚未达到与正常组有区别的程度。长期训练的力量运动员其心室壁肥厚，心室腔有缩小趋势，显然，力量组心脏在静息状态可以比正常组有更高的每搏输出量，加之心脏的能量供应和血液供应得到改善，但与正常组比较，这种变化尚不具有统计学意义。这提示我们，在静息状态，力量组舒张期左室主动扩张的能力变化不大。力量组心脏舒张期主动舒张的能力改善不明显，那么在房缩期由心房收缩而造成的血液充盈量对整个心室舒张期的血液充盈量贡献必然无明显差异。

四级递增负荷测试结果显示：在整个负荷过程中，两组A波均有上升趋势，其中，以正常组更显著。从50W-200W的四级负荷中，力量组A波均显著高于正常对照组(表2)。随着运动强度的增加，心脏所承受的负荷必然增加，耗氧量增加。在心脏能量供应充足的情况下，心肌的能量需求得到保障，舒张能力将维持在一定水平，此时，A波主要反映着左心房的代偿情况。在心脏舒张功能不断动员的情况下，心房的收缩对左室舒张功能的代偿愈加明显。提示力量组从运动开始就已经开始动用左房收缩储备。一方面其左房的收缩能力较强，另一方面可能其心肌缺血比耐力组较早发生，这与其专项训练有关。有人认为[18]，力量型心脏虽然能量代谢增强，但与耐力心脏相比，其心肌细胞中线粒体与肌原纤维的比值变化不大，提示其能量代谢相对薄弱，不利于长时间持续性运动；伴随着左室向心性肥厚，左房无可避免地发生肥厚[19]，因此，在左室缺血的情况下，左房的收缩对于心脏舒张充盈的代偿能力提高。

整个四级递增负荷测试结果显示：与A波相比，正常组E波上升幅度显著高于力量组。其中，力量组在100W负荷E波峰值速度已进入平台期，并始终低于正常组，显示着在整个负荷过程中力量组的心室主动扩张能力较正常组为低，左室主动扩张能力弱于正常组(表3)。结合力量组A波的变化来看，正常组的心脏在150W至200W负荷心室舒张功能较力量组差。可能原因，一是由于正常组的心房壁薄，心房收缩能力小，二是由于心室的血液供应的调节和能量代谢能力较其余两组差，心脏能量供应不平衡出现得较早。力量组与其余两组相比，E波增长幅度最小，在整个运动负荷中变化不大。说明力量组虽然左室主动舒张能力出现下降，但依靠左房收缩代偿仍可应付运动负荷。

对于力量组在静息状态左室舒张期室壁运动的测试结果说明，力量组左室心脏舒张功能在快速充盈期左室后壁心肌主动的松弛能力比正常组略差；在房缩期心房收缩对于左室舒张充盈的贡献大于正常组，说明在左室舒张期力量组心脏的主动扩张能力提高不明显。这种变化可能与其静息时较小的心率和较高的每搏心输出量的维持有关，显然是力量组心脏对运动训练的良好适应。在四级递增负荷中，心脏的负荷逐步增加，心脏的舒张期缩短，心脏自身的能量代谢与血量要求之间的矛盾逐步增大，心脏对自身的血供调节能力将是引起心脏功能，包括心脏舒张功能降低的重要原因。心脏舒张功能降低的发生与心脏结构、代谢和上述因素的相互作用有密切关系。我们在四级递增负荷中左室舒张期室壁运动的研究发现，在运动过程中两组A波、E波峰值速度表现出较大差异。总体上，在逐级递增负荷中心脏舒张功能的储备有所不同，这种舒张功能的储备包括心室主动舒张能力的储备和心房收缩能力的储备。力量组动用心脏的主动舒张储备的同时动用心房主动收缩储备，以维持心脏的舒张功能，主动舒张维持的能力高于正常组，随着运动负荷增加，主要靠心房收缩代偿增加充盈量，心脏的舒张功能较耐力组低。

静息时心脏的舒张能力的比较表明运动员组与正常组不明显，可能与静息时机体对心脏功能的需求有关。在静息状态，运动员可较少动员其心脏舒张功能储备，即可满足需要；而在运动中，机体对于心脏舒张功能的需求增加，从而通过各种途径以维持较高的舒张能力。

综上所述，心脏的舒张功能与心脏的收缩功能是心脏功能中两个重要的组成部分，无论在静息或运动状态，心脏的收缩功能必然与心脏的舒张功能相匹配，才能保证心脏泵血功能的实现，维持心输出量。长期的运动训练不仅使得心脏的收缩功能得到改善，与之相应，心脏的舒张功能也得到提高。同时心脏对不同形式的运动训练的适应机制有所不同，表现为心脏的结构和功能有所不同。作为心脏功能的重要组成部分，心脏的舒张功能亦可能有所不同。这与对不同项目运动员心脏收缩功能、心脏结构的变化相一致。这些变化导致心脏所能应付的运动强度更大，在激烈运动中对于保证心脏功能和运动员机能水平的维持有重要作用。

在运动领域，心脏舒张功能尚未引起人们的足够重视。过度训练早期即可引起心脏功能的改变，而在心脏功能的改变中，心脏的舒张功能的改变可能比收缩功能的改变较早发生，在评定过度训练时可尝试引入对运动员心脏舒张功能的检查，尤其是运动负荷中舒张功能的变化，对于防止过度训练可能有积极意义。因此，作为心脏功能的重要组成部分，不同项目运动员心脏的舒张功能的变化及其机制和生理学基础，有待更进一步研究。

4结论

1)在四级递增负荷中，与正常组相比，力量组随着负荷的增大，力量组开始动用心脏的主动舒张储备和左房收缩储备以维持心脏的舒张功能。说明与心力储备相似，心脏舒张功能也有一定的储备能力。

2)心脏舒张功能在四级递增负荷中变化较静息状态更为明显，建议在评定心脏功能，特别是心脏的舒张功能时，引入运动负荷，可能更为准确、客观。

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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

中图分类号:G804.5

文献标识码：A

文章编号：1672-1365(2016)01-0057-05

作者简介：张戈(1967-)，男，副教授，博士，研究方向：体育教育训练学。

*收稿日期：2015-12-03； 修回日期：2016-01-04

◀运动人体科学与应用心理学