力量型运动员左心房前后径与四维自动左心房定量功能参数的相关性

刘梦梦，李莉锦，李鹏歌，李真，孙梦娇，滑少华

郑州大学第一附属医院超声科，河南 郑州 450000；*通信作者 滑少华 hsh1852@126.com

力量训练可导致全身血压反复激增，心脏长期处于高压情况下可引起室壁增厚、心腔扩大、左心室质量增加，心率减慢，符合运动员大心脏、慢心率的特点[1]。虽然人们普遍认为体育锻炼可以带来代谢、功能和身体方面的益处，但有证据表明职业运动员可能患有潜在的致命性心律失常，一直是心血管医学关注的问题；目前对于运动员心脏的研究多集中于左心室，对左心房功能的研究较少，而左心房大小及功能与室上性心律失常的发生密切相关[2]。超声心动图目前尚未普遍应用于运动员赛前常规检查，因此，寻找一个简易指标初步评价运动员左心房功能尤为重要。本研究利用四维自动左心房定量（four-dimensional automatic left atrial quantitation，4D LAQ）技术探讨力量型运动员左心房功能变化，分析左心房前后径（left atrial diameter，LAD）与左心房功能参数的相关性，探讨运动员左心房形态功能变化及LAD测量对其左心房功能变化的早期预警。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2013年9月—2021年7月于河南省重竞技体育管理中心参加专业训练的男性力量型运动员50例，包括举重、柔道、摔跤、跆拳道。纳入标准：年龄18～25岁，平均20.0（18.0，21.0）岁，运动年限≥5年，平均（7.16±1.90）年，运动时间≥30 h/周，平均（37.62±4.97）h/周，从未长期停止运动训练。选取郑州大学第一附属医院同期体检健康的30例男性青年作为对照组，年龄18～26岁，平均20.0（19.0，23.0）岁。两组均排除患有心脏疾病、全身性疾病以及图像质量较差者。本研究经郑州大学第一附属医院伦理委员会审核批准（20170204），受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 使用GE Vivid金标E95型彩色多普勒超声诊断仪，配备M5S探头（频率2.0～4.0 MHz）以及4V探头（频率1.5～4.0 MHz），配有EchoPAC 204工作站进行图像后处理。同步连接三导联心电图，嘱受检者取左侧卧位，平静呼吸后屏气以保证图像清晰，采集连续3个心动周期的左心室长轴切面、心尖四腔和两腔心切面，测量LAD、左心室舒张末期内径（left ventricular end-diastolic internal diameter，LVEDd）、室间隔厚度（interventricular septal thickness，IVSTd）和左心室后壁厚度（posterior wall thickness of the left ventricle，PWTd），并计算相对室壁厚度（relative chamber wall thickness，RWT）及左心室质量指数（left ventricular mass index，LVMI），切换至4V探头采集心尖四腔心左心房全容积图像，调整深度和容积图像扇角使容积帧频大于受检者心率的40%。选择4D LAQ，拖动标记点使其处于二尖瓣环中心，系统自动分析获得左心房储蓄期纵向应变（left atrial reservoir longitudinal strain，LASr）、左心房导管期纵向应变（left atrial conduit longitudinal strain，LAScd）、左心房辅泵期纵向应变（left atrial contraction longitudinal strain，LASct）、左心房储蓄期圆周应变（left atrial reservoir circumferential strain，LASr-c）、左心房导管期圆周应变（left atrial conduit circumferential strain，LAScd-c）、左心房辅泵期圆周应变（left atrial contraction circumferential strain，LASct-c）、左心房最小容积（left atrial minimal atrial volume，LAVmin）、左心房最大容积（left atrial maximum atrial volume，LAVmax）、左心房收缩前容积（left atrial volume before atrial contraction，LAVpre-A）、左心房射血分数（left atrial ejection fraction，LAEF）、左心房容积指数（left atrial volume index，LAVI）等参数（图1），并根据公式计算左心房扩张指数（left atrial expansion index，LAEI）、左心房主动射血分数（left atrial active ejection fraction，LAAEF）、左心房被动射血分数（left atrial passive ejection fraction，LAPEF）。计算公式：LAEI=（LAVmax-LAVmin）/LAVmin×100%，LAAEF=（LAVpre-ALAVmin）/LAVpre-A×100%，LAPEF=（LAVmax-LAVpre-A）/LAVmax×100%。

图1 左心房应变及容积参数。A：运动员组，B：对照组

1.3 统计学方法 应用SPSS 21.0软件，正态分布的计量资料以±s表示，若数据方差齐，采用独立样本t检验；方差不齐则采用t'检验；非正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，两组比较采用Mann-WhitneyU检验。LAD与左心房纵向应变及容积指数之间的相关性采用Pearson相关分析。采用线性回归方程分析两变量间的定量关系。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料与常规超声心动图参数比较 与对照组比较，运动员组身高、体重、体表面积、体重指数、LAD、LVEDd、PWTd、RWT、IVSTd及LVMI均较高，心率较低，差异有统计学意义（P＜0.05）。两组年龄和LVEF差异无统计学意义（P＞0.05）（表1、2）。

表1 运动员组与对照组一般资料比较（±s）

表1 运动员组与对照组一般资料比较（±s）

注：BSA为体表面积，BMI为体重指数

组别例数年龄[岁，M 体重（kg，身高（cm，BSA（m2，BMI（kg/cm2，心率（次/min，（Q1，Q3）]images/BZ_27_239_663_268_715.png±s）images/BZ_27_239_663_268_715.png±s）images/BZ_27_239_663_268_715.png±s）images/BZ_27_239_663_268_715.png±s）images/BZ_27_239_663_268_715.png±s）运动员组 50 20.0（18.0，21.0） 84.12±17.90 180.54±6.48 2.02±0.23 25.68±4.56 59.34±8.68 72.43±9.18 Z/t值 -1.077 6.015 6.377 6.005 4.449 -6.392对照组30 20.0（19.0，23.0）67.17±6.78 173.50±3.37 1.81±0.09 22.31±2.17 P值0.223＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

表2 运动员组与对照组常规超声心动图参数比较（±s）

表2 运动员组与对照组常规超声心动图参数比较（±s）

注：LAD为左心房前后径，IVSTd为室间隔厚度，PWTd为左心室后壁厚度，LVEDd为左心室舒张末期内径，RWT为相对室壁厚度，LVMI为左心室质量指数，LVEF为左心室射血分数

组别例数LAD IVSTd LVEDd PWTd LVMI LVEF（mm）（mm）（mm）（mm）RWT （g/m2）（%）运动员组 50 36.9±2.8 11.09±1.31 51.2±4.5 10.44±1.10 0.42±0.04 104.9±22.3 64.5±3.3 65.7±1.8 t值 12.454 15.152 2.422 11.166 10.340 7.395 -3.984对照组30 28.4±3.1 8.02±0.45 48.6±5.0 8.27±0.65 0.34±0.03 74.2±14.9 P值＜0.001＜0.001 0.018＜0.001＜0.001＜0.001 0.056

2.2 4D LAQ应变及容积参数比较 与对照组比较，运动员组LASr、LAScd、LASct、LASr-c、LAScd-c、LASct-c、LAEI、LAEF、LAAEF均较低，LAVmax、LAVmin、LAVpre-A、LAVI较高，差异有统计学意义（均P＜0.05），两组LAPEF差异无统计学意义（P＞0.05）（表3、4）。

表3 运动员组与对照组左心房四维应变参数比较（±s）

表3 运动员组与对照组左心房四维应变参数比较（±s）

注：LASr为左心房储蓄期纵向应变，LAScd为左心房导管期纵向应变，LASct为左心房辅泵期纵向应变，LASr-c为左心房储蓄期圆周应变，LAScd-c为左心房导管期圆周应变，LASct-c为左心房辅泵期圆周应变

组别例数LASr（%）LAScd（%）LASct（%）LASr-c（%）LAScd-c（%）LASct-c（%）运动员组 50 21.14±5.01 -14.88±3.60 -5.67±2.88 23.61±5.17 -14.32±4.00 -8.30±4.29-12.78±5.71 t值 -3.162 2.153 3.745 -2.908 2.947 3.980对照组30 25.16±6.25-16.82±4.36-8.41±3.60 28.81±8.94-17.26±4.80 P值0.002 0.034＜0.001 0.006 0.004＜0.001

表4 运动员组与对照组左心房四维容积参数比较（±s）

表4 运动员组与对照组左心房四维容积参数比较（±s）

注：LAVmin为左心房最小容积，LAVmax为左心房最大容积，LAVpre-A为左心房收缩前容积，LAVI为左心房容积指数，LAEI为左心房扩张指数，LAEF为左心房射血分数，LAAEF为左心房主动射血分数，LAPEF为左心房被动射血分数

组别例数LAVmin LAVmax LAVpre-A LAVI LAEI LAEF LAAEF LAPEF（ml）（ml）（ml）（ml）（%）（%）（%）（%）运动员组 50 27.97±5.55 57.41±12.30 37.49±7.71 28.54±6.00 1.06±0.29 50.02±6.44 24.56±6.01 33.85±6.36 33.93±6.46 t值 10.278 8.305 8.219 6.533 -2.926 -3.354 -5.046 -0.054对照组30 15.99±4.04 35.82±9.21 23.67±6.51 19.83±5.36 1.27±0.33 55.08±6.68 31.93±6.84 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001 0.004 0.001＜0.001 0.957

2.3 LAD与左心房应变、LAAEF、LAVI的相关性及线性回归方程结果 LAD与LAScd、LASct、LASct-c、LAVI呈正相关（r=0.168、0.328、0.299、0.663，P＜0.05），与LASr、LAAEF呈负相关（r=-0.280、-0.259，P＜0.05）。LAD与LASr、LAScd、LASct、LASct-c、LAAEF、LAVI的简单回归方程分别为：Y1=33.465-0.321X，Y2=-20.084+0.133X，Y3=-14.153+0.221X，Y4=-20.554+0.314X，Y5=39.826-0.371X，Y6=-6.211+0.663X，均有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 运动员心脏定义 Cuspidi等[3]提出运动员心脏有2种不同的形态：一种是经过耐力训练的心脏，另一种是经过力量训练的心脏。耐力训练是指有氧运动与动态等张肌肉的参与，这些活动导致全身动脉阻力逐渐下降，静脉回流增加，这主要是由于耐力训练较高的心输出量引起的容量过载所致[4]。高动态训练（如跑步）使左心室体积增大，壁厚成比例增加，主要表现为左心室离心性肥厚，其特征是左心室壁厚度与左心室半径（即壁厚与半径的比值）之间的关系不变[5]。以静态或等距运动（如举重）为主的运动员，在左心室大小不变的情况下，左心室壁厚度增加，与此类运动员循环系统压力负荷过重有关[6-7]。因此，力量训练的运动员可能表现出左心室向心性肥厚，其特征是壁厚与半径的比值增加。本研究中运动员LVEDd、PWTd、IVSTd及LVMI均显著增加，心率减低，RWT≥0.42，验证了上述结论。运动员心脏不仅包括左心室的变化，同时也会影响左心房，相关研究表明在左心室结构改变之前可表现为左心房增大及应变减低，提示左心房重塑早于左心室[8]。因此，早期发现左心房形态及功能变化有助于阻止或减缓心脏进一步发生重塑。

3.2 4D LAQ在运动员心脏中的应用 左心房通过储备、管道及房缩功能调节左心室充盈，维持正常心输出量。储备功能指在左心室等容收缩期及射血期，左心房储存来自肺静脉的血液；管道功能指肺静脉的血液通过左心房进入左心室；房缩功能指左心室舒张晚期左心房主动收缩将血液泵入左心室以满足左心室充盈[9]，通过LASr/LASr-c、LAScd/LAScd-c、LASct/LASct-c可反映左心房各功能变化[5]。4D LAQ基于全容积成像，能够实时追踪心肌斑点运动，定量分析心肌功能变化，其测得的左心房应变参数可以更准确地评估运动员左心房功能及心肌运动和变形能力。左心房是一个不对称的三维结构，与左心房前后径相比，左心房的应变及容积更能准确评价左心房大小，对心血管事件具有更高的预测价值[10]，左心房纵向应变是资深运动员心房颤动的最佳预测因子[11]。本研究发现，运动员LAEF、LAEI、LAAEF、纵向及圆周应变显著减低，考虑到左心房自身解剖结构，心房肌纤维细而短，分布呈网格状，容易受容量及压力负荷影响，心肌细胞因长期受压而导致缺氧，不同程度的纤维组织增生最终导致左心房射血及变形能力减弱[12]。高强度和长时间训练导致左心室壁代偿性增厚，左心房壁较薄，代偿能力较差，因此在左心室结构发生变化之前，仅表现为左心房扩大，当心肌细胞表面超过氧气从相邻毛细血管沿浓度梯度扩散的距离时，心肌细胞会发生缺血，从而导致应变能力下降[13-14]。因此，可以通过左心房形态和功能的改变预知左心室的变化以减缓心脏进一步发生重构。其中，运动员LAScd及LAScd-c显著减低，而LAPEF无显著差异，这可能是由于运动员左心室早期舒张功能异常，促进了左心房排空[15]。相关研究表明左心房应变值减低是心血管事件、心房颤动发生和复发以及心力衰竭患者预后的有力预测指标[15-16]。因此，早期发现左心房形态和功能变化对预防运动员心律失常的发生至关重要。

3.3 LAD与4D LAQ参数的相关性 左心房应变是目前评价左心房功能最准确的指标，由于左心房应变的测量相对耗时、复杂，而临床上针对左心房的测量多使用LAD，因此将两者进行相关性分析及确定定量关系，得到一个简易指标初步快速评估左心房功能变化。本研究发现LAD与LASr、LAScd、LASct、LASct-c、LAAEF、LAVI存在相关性，LAD每增加1 mm，LASr、LAScd、LASct、LASct-c、LAAEF的绝对值分别降低0.280%、0.168%、0.328%、0.299%、0.259%，LAVI增加0.663%，表明LAD与LASr、LAScd、LASct、LASct-c、LAAEF、LAVI之间存在定量关系，提示可以通过LAD初步评估左心房应变及容积的变化，进而评价左心房功能改变，由于左心房容积及应变的测量操作复杂且尚未进行临床应用[17]，因此LAD仍是目前临床超声心动图评估左心房大小最常用的参数[18]。

本研究首次将4D LAQ技术用于力量型运动员左心房的研究，并对LAD与左心房应变、LAAEF及LAVI进行相关性研究和定量分析，为运动员左心房的研究提供参考价值。但本研究纳入样本量较少，需进一步扩大样本量进行深入研究。

综上所述，长期参加专业训练的力量型运动员左心房形态及功能发生改变，4D LAQ技术可早期发现这一变化，而LAD与左心房应变、LAAEF及LAVI具有相关性及定量关系，是初步评价左心房功能变化较好的简易指标，而且LAD简单易测，重复性好，适合在临床及运动医学领域推广使用。