体育运动对左心综合功能影响的Tei指数评价与研究

摘 要: 利用M型及多普勒超声心动图,测定传统左心收缩功能和舒张功能参数及Tei指 数、左室收缩期射流峰值速度,对体育专业大学生与非体育专业大学生左心收缩及舒张功能 进行对比研究。结果显示传统指标只是片面地反映了左心功能的单一方面,而基于血液动力 学基础的Tei指数能反映出左心综合功能,且不受多种外在因素的影响,更适于生理状态下 的心脏整体功能的比较。体育专业大学生的Tei指数较小、左室收缩期射流峰值速度较快, 心率较慢,具备着更高的搏出量储备和心率储备,由此得出体育运动对左心综合功能有着积 极的影响。

关键词:体育运动;Tei指数;收缩功能;舒张功能;左心综合功能

中图分类号:G804.2 文献标识码:A 文章编 号:1007-3612(2010)09-0056-04

The Evaluation and Study of Tei Index of the Influences o f Sports on the Comprehensive Functions of the Left Heart

ZHANG Fuhua1,HE Xiubo2

(1.Physical Education Department of Hunan Normal University, Changsha 410081,Hunan China; 2.the Fourth Hospital of Changsha,Changs ha 410081,Hunan China)

Abstract: Using M and Doppler echocardiography to measure the parameters of the traditiona l left ventricular systolic and diastolic function, the Tei index, and maximum s peed of left ventricular systolic jet. The paper also makes comparatively studyon the left ventricular systolic and diastolic function of the sports majors an d nonsports majors. The results show the traditional indicators reflect the l eft ventricular function. While the Tei index based on the basic hemodynamic ca n reflect the integrated left ventricular function, and it is not subject to var iety of external factors. Thus it is more suitable for the comparison of physio logical state of the cardiac function. Tei index of college professional sportsstudents is smaller. The left ventricular systolic jet maximum speed is faster . And the heart rate is slower than nonsports major students. The results de monstrate that sports have a positive impact for left ventricular function.

Key words: sports; Tei index; systolic function; diastolic function; thecomprehensive functions of the left heart

生理状态下人与人之间心功能的比较,其实质是在比较心肌纤维的性能,也就是肌原纤 维的收缩能力。心肌收缩的实质是通过收缩蛋白几何构型的改变,使肌节缩短来实现的,这 种潜在能力的大小就是心功能差异的实质所在,即比较心肌收缩能力也就是在比较肌原纤维 的收缩能力。大量的医学临床也发现传统反映左室收缩功能的射血分数(EF)、左室短轴缩 短率(FS)难以分辨代偿期状态下的心功能不全者与生理状态下的正常人之间的差异,更无 法企及更深层次的正常人个体间心肌肌原纤维能力的差异。随着一种被称为Tei指数(Indexmyocardial performance,IMP心肌做功指数)的指标问世,给人们提供了一个基于血液动 力学基础上来综合评价心脏收缩与舒张功能的科学方法,近年来Tei指数已被临床医学研究 证实而广受青睐。本文将Tei指数、左室收缩期射流峰值速度及心率应用于体育专业大学生 与非体育专业大学生左心综合功能的对比研究。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 研究对象分为两组:体育专业大学生组和非体育专业大学生组,分别来自湖南师范大学体育 学院和其他非体育专业院系的男生。体育专业大学生组20人,平均年龄(20±1.6)岁,平均 训练年限在2年以上,运动等级均为二级运动员;非体育专业大学生组20人,平均年龄(19. 5±1.7)岁,从未从事过专业体育训练且无锻炼身体的习惯。测试对象均无心脏病、高血压 及糖尿病病史,体表面积无差异,均约为(1.72±0.03)m2。

1.2 纳入方法  采用分段多层随机抽样方法,体育专业和非体育专业大学生均在1-4年级各抽取学生5名 进行随机抽样。

1.3 研究方法  采用德国SIEMENS公司Sequoia -512多普勒超声诊断仪,分别测量两组大学生:1)心 率(HR);2)射血分数(EF);3)左心室舒张末期容积(EDV);4)左心室收缩末期容积(ESV );5)每搏输出量(SV);6)心输出量(CO);7)Tei指数。测定前先让受试者处于静息状 态5～10 min,然后进行测量。

1.4 Tei指数测量方法 将探头切换至心尖五腔心切面,脉冲多普勒(PW)取样容积置于主动脉瓣下方1～2 cm处, 在左室流入道和左室流出道之间仔细寻找,直至良好显示二

投稿日期:2009-03-03

尖瓣和主动脉瓣血流频谱为准, 在同一心动周期分别测量二尖瓣频谱A峰至下一E峰间距(记为a),主动脉频谱射血间期(记为 b),a-b/b即为所测左室Tei指数(图1),上述所有指标均连续测量3个心动周期,取其 平均值,同时测量出收缩期左室射流峰值速度(即图1纵坐标上的大动脉血流速度)和心率 。

流出道血流图计算Tei指数

(Tei指数)IMP=(ICT+IRT)LVET=a-bb

Tei指数(IMP),又名心肌做功指数:用于评价心脏收缩和舒张功能的多普勒指数。 该指数能很好的反映左室的心功能情况,图1为计算Tei指数的模型,横轴之上的部分表示舒 张期二尖瓣血流的频谱,横轴之下代表收缩期主动脉的血流频谱,在二尖瓣口血流频谱上a 为A峰终点到下一个心动周期E峰的起点, b为该心动周期主动脉瓣口血流开始至终止处的时 间间隔,a-b所得值再除以b,即相当于等容舒张时间(IRT)和等容收缩时间(ICT)之和除以左 心室射血时间(LVET)。

1.5 统计学处理  所有数据均采用均数±标准差表示,经SPSS 13.0统计软件处理,两组间比较运用t检验 ,以P<0.05为检验水准,认为具有统计学意义。

2 结 果

2.1 多普勒超声心动图测量各血液动力学参数检查结果 体育专业大学生组Tei指数:(0.33±0.03),左室收缩期射流峰值速度(Left Ventricula r Systolic Peak Velocity):VP(1.42±0.08)m/s,心率50±5次/分;非体育专学生组T ei指数:(0.42±0.03),左室收缩期射流峰值速度:VP(1.16±0.07)m/s,心率(69±6) 次/min,两组 间存在差别,P<0.05,具有统计学意义。可以认为体育专业大学生组Tei指数小于非体 育专业大学生组,而左室收缩期射流峰值速度明显高于非体育专业大学生组,心率慢于非体 育专业大学生组(表1)。

2.2 左心收缩功能参数检查结果  体育专业大学生组的左心室舒张末期容积(EDV):110.84±13.15,每搏输出量(SV) :(72.7±10.2); 非体育专业学生的左心室舒张末期容积(EDV):(104.14±14.22) ,每搏输出量(SV):(63.29±11.48)。两组间有差别,P<0.05,有统计学意义。 而左心室收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)、左室短轴缩短率(FS)和心输出量(CO )则无显著差异 ,不具有统计学意义。

表2 两组学生心脏收缩功能传统M型超声心动图测值的比较

功能指标体育专 业大学生非体育专业大学生

EDV/mL110.84±13.15 104.14±14.22*ESV/mL39.69±5.5138.63±5.19

SV/mL72.7±10.2 63.29±11.48*

CO/mL4 239.13±716.174 218.76±909.68

EF/%63.69±5.3863.7±4.93

FS/%30.5±2.430±2.5

2.3 左心舒张功能参数检查结果 体育专业大学生的舒张功 能参数EF斜率:94±18.3,E/A值:1.84±0.28;非体育专业大学生EF斜率:95±17.5 , E/A比值:1.74±0.24。此两项参数均无显著差异。

3 分析与讨论

3.1 关于运动员心脏的研究 心脏这个中空的肌性器官是血液循环动力的来源,其功能的强弱是人体健康的重要标志 ,自从1899年瑞典人Henschen通过扣诊发现越野滑雪运动员心脏增大而提出运动员心脏一词 以来,大量的针对性研究显示出了运动员心脏的形态学特征表现,如心肌的肥厚、心腔的扩 大,以及心率的减慢等,人们还执着地用各种方法对运动员心脏的泵血功能进行研究和评价 ,人们知道了心肌的肥厚意味着心肌收缩功能的增强,心室腔的扩大意味着更大的心室舒张 末期容积和一定程度上更大的势能,而心率的减慢则意味着心室的舒张更加完全和心率的储 备更大,但是,心肌的肥厚同时影响心室的舒张顺应性和增大了心肌的耗氧量,心室的扩大 只能在一定范围内能增加心搏量,且扩大的心室同时会导致房室瓣环的扩张,以致收缩期出 现相对性房室瓣返流,从而增加了心室的容量负荷和无效做功,再则,在搏量未相应增加的 心动过缓亦会导致心输出量的不足,显著心动过缓会出现拟阿斯氏症状等等病理状况的发生 ,由此,运动员心脏成为一个古老而又不失新颖的研究课题总能激动人心,有人认为这种心 脏增大是运动员长期训练出现的一系列生理适应代偿的结果[1],有人说这是病理 性的征象[2],也有人界定它属于生理和病理之间[3],众所周知,运动员 的训练分为有氧运动与无氧 运动,而有氧运动是有利于心脏机能的训练和运动方式,那么现阶段我国高校对体育专业大 学生的教育训练,是否促使他们的心脏整体功能增强而优于非体育专业大学生呢?体育运动 对心脏整体功能有益还是有害?可见,运用一种更为科学的方法来评价运动员左心综合功能 尤显重要。

3.2 左心功能的评价指标

3.2.1 既往传统指标对左心功能评价 采用超声心动图技术评价心脏功能是最为常用的方法,超声心动图技术是近30年发展起 来的一种医学诊断与科研方法,它利用雷达扫描技术和超声波反射的性能,借以观察心脏与 大血管的结构形态与搏动情况,了解房室收缩舒张与瓣膜关闭开放的活动规律,测量心腔大 小、室壁厚度等,由此评价心脏的解剖结构及其功能,由于它能实时地再现心脏的各细微形 态结构及其同步运动,已成为医学临床所不可或缺的一种心脏检查手段而广泛应用于医疗实 践中,以往传统的超声心动图为临床心功能评价提供的依据主要来自于:反映心脏收缩功能 的指标是通过M型超声心动图测量左室EF、SV、CO等;反映心脏舒张功能指标是通过频谱多 普勒测量E/A比值、DT等,但是,这些传统指标不是全面地反映心脏的整体功能,而是对心 脏收缩功能和舒张功能的分割评价,片面地反映了心功能的单一方面,近年来大量的临床实 践研究发现:这些测量参数与患者的临床表现、心肌耗氧量及运动耐量并非完全平行,使得 实际工作中准确性大受影响,而实际上大部分心脏的收缩或舒张功能异常是相伴而行的,可 见,综合评价心脏的整体功能更为实用合理[4]。

3.2.1.1 传统指标(EF、SV、CO)对左心收缩功能的评价 从表2可以看出体育专业大学生的左心室舒张末期容积(EDV)和每搏输出量(SV)值 较非体育专业大学生的要大,而左心室收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)和心输出量 (CO)则无明显差别。射血分数(EF)是反映左室射血功能的敏感指标,它把SV与EDV直接 联系起来,反映了左室的泵血效率,受心脏大小、个体差异及心率的影响较小[5] 。而表2的 测试结果只反映出体育专业大学生的心脏比非体育专业大学生的左室舒张末期容积EDV大, 即左室内径较大,而较大的左室舒张末期容积在生理状态下当然能导致每搏输出量SV增大, 临床医学实践中也发现即使是心功能Ⅱ级,甚至部分Ⅲ级的心功能不全患者,由于心脏扩大 ,明显扩大的左室内径亦可使得EDV、SV明显增大,且每搏输出量SV高于正常人不少,只要 患者在静息状态下心功能处于可代偿状态,其射血分数EF、FS均可处于正常值范围,只有心 功能Ⅳ级的心衰患者,心功能无法代偿,才会出现EF、FS的下降,由此可见,传统反映左室 收缩功能的各参数指标LVEF、SV、CO依赖心室的几何形态局限,并受到房室瓣反流的影响, 使得病理状态下处于代偿期的心功能不全者与生理状态下正常人间的心功能亦存在重叠现象 ,更无法企及生理状态下体育专业大学生与非体育专业大学生间的潜在心功能差异,当然也 就不能显示出体育锻炼对心肌的收缩性能、心力储备的影响,其应用范围尚存在缺陷。

3.2.1.2 既往传统指标(EF斜率、E/A比值)对左心舒张功能的评价 表3显示体育专业大学生组和非体育专业大学生组的反映左心舒张功能的指标(EF斜率 和E/A比值)无差异显著性。EF斜率正常值是60～130 mm/s,正常E/A比值范围是1.3～2.0 ,而 心率、血压、透声条件、心脏前后负荷、操作技术等因素均可对这些舒张功能指标造成影响 ,本研究中无论体育专业大学生组还是非体育专业大学生组的EF斜率和E/A比值均处在该正 常范围内,且差异无统计学意义。

3.2.2 Tei指数评价左心综合功能的应用原理及优势 随着多普勒技术在超声心动图领域的医学临床应用,人类第一次在生理状态下看到了自 己血管内实时奔流的血液,获得了缜密的血液动力学参数,也由此应运而生了Tei指数,它 是最早由日本学者提出的一个评价心脏收缩与舒张整体功能的新指标,又称为心肌做功指数 ,Tei指数为时间间期的比值,因此不依赖心室的几何形态、瓣膜返流,不受心率等因素的 影响,研究表明,Tei指数综合考虑了心室收缩与舒张,能够全面反映心脏整体功能,而且 可以提示疾病的预后,较之EF更为敏感、准确[6],且该方法简便、无创伤、重复 性高,从 心脏生理、病理生理及血液动力学的角度出发,综合考虑了心动周期的收缩与舒张,全面反 映出了心脏的整体功能,是识别正常心功能和异常心功能的敏感指标,应用价值优于射血分 数EF、二尖瓣血流图E/A比值、DT时间等传统舒张功能指标[7]。

3.3 体育运动对左心综合功能影响的Tei指数评价  本研究结果显示(表1):体育专业大学生组和非体育专业大学生组的三个指标相比较 ,体育专业大学生组的Tei指数较小,左室收缩期射流峰值速度较快,心率较慢,可以得出 体育专业大学生的心脏整体功能较非体育专业大学生更好的结论。

3.3.1 从心肌性能的角度讨论体育运动对左心综合功能影响的Tei指数评价 本研究中在测量Tei指数的频谱图上还同时测量了收缩期左室射流的峰值速度和 心率,此 时,在心尖五腔切面下声束方向与左室流出道的血流方向夹角极小,可以获得与实际血流速 度情况高度吻合的收缩期左室射流速度,在没有左室流出道狭窄及全身代谢、贫血性疾病( 甲状腺机能亢进、严重贫血)的情况下,在相同的心脏前后负荷条件下,收缩期左室射流的 峰值速度的快慢反映着左室心肌收缩射血的力量的大小,我们知道,长期的锻炼会使得横纹 肌的肌纤维增粗,心肌与骨骼肌同属横纹肌系列,性能亦相同,心室壁同样也会增厚,而运 动员心室舒张末期容积的增大是机体在长期运动中应机能需要所产生的一种适应性改变,这 些改变意味着运动员具备着更大的泵血储备和势能[8],实际上左心室心肌包含了 三个层面 :心内膜下纵行心肌纤维、室壁中层的环形心肌纤维、心外膜下的斜行心肌纤维。纵行心肌 纤维主要对左心室长轴收缩起作用,环形心肌纤维主要引起心脏短轴的收缩,而斜行的心肌 则为左心室收缩期“拧毛巾样”扭转运动的解剖结构基础[9]。Frank-Starling定 律揭示了 一个规律:心室舒张末期容积在一定范围内增大可增强心室收缩力,而较肥厚的心肌又意味 心肌不依赖于前负荷和后负荷而能改变包括收缩的强度和速度的力学获得,即其内在特性— —心肌收缩能力的增强,心室功能曲线表现出向左上方移位,说明在同样的前负荷条件下, 心脏泵血功能增强,每搏功增大,即等长调节(homometric regulation)能力增强,促进 了心室的排空,在血液动力学上表现为等容收缩期(ICT)的缩短和左心室射血时间(LVET) 的相对延长[10],现代心脏生理学和病理生理学告诉我们:等容收缩期缩短伴随着 左心室射 血时间的延长是心肌的收缩能力增强、射血排空增加的表现,而心室收缩末期由于心室几何 结构的改变可产生一种促使心室复位的舒张势能,心室收缩愈好这种势能也就愈大,对心室 的舒张也就愈有利[11],由于良好的心室舒张势能来自并起始于强有力的心室收缩 ,这使得 等容舒张期(IRT)亦缩短,分子(ICT、IRT)均变小,而分母(LVET)却增大,Tei指数当然就 小。

3.3.2 从心肌耗氧量角度讨论体育运动对左心综合功能影响的Tei指数评价

众所周知,心肌耗氧量与三个因素有关:(1) 心肌的厚度:心肌厚,则心肌耗氧大,反 之,则耗氧量小;(2)左室舒张末期容积:左室舒末期容积大,则心肌耗氧量大,反之,左 室舒末期容积小,则心肌耗氧量小;(3) 心率的快慢:心率快,心肌耗氧大,而心率慢,则 心肌耗氧量小。由此可见:运动员的心肌较常人肥厚,且左室舒张末期容积亦较常人大,预 示着心肌耗氧量更大,运动员的心率较慢可致心肌耗氧量降低[12],我们知道,心 肌耗氧 量越大,那么心肌就越容易相对性缺血缺氧,这与本研究结果似乎相悖,那么运动员的心肌 和常人比较到底心肌耗氧量谁更大呢?其实运动员心脏由于左室相对肥大,固然是心肌耗氧 量增加的因素,但实际上,其心肌耗氧等同于或略低于常人,究其缘由作者认为应与以下几 方面有关:一方面:运动员心肌具备着更不容易相对性缺氧的特性,左心室的收缩泵血运动 是一个长轴、短轴及斜行轴三维空间的收缩,它源于心肌从心内膜下、室壁中层和心外膜下 三层不同走向的心肌,由于冠状动脉的胚胎发生和解剖结构特点是:左右冠脉的几个主干分 支在心外膜表面平行走形,其分支呈垂直于原主干方向由浅至深向心肌内供血,由于纵行心 肌纤维主要分布在左心室游离壁心内膜下,与中层环形心肌纤维相比,其供血动脉已属于末 梢分支,动脉更为细窄,这也解释了医学临床上为什么心肌缺血时心内膜下心肌更易受损的 原因,而心内膜下心肌所引起的心肌运动是沿心脏长轴方向的收舒运动,大量的冠脉储备试 验已经得出结论:运动员的心脏具备着更大的冠脉供血储备[13],所以运动员的心 内膜下心 肌供血优于常人。近年来有学者应用组织多普勒及应变率显像技术已经发现:左心室长轴的 收舒功能在整个左心室三维空间的运动中起着至关重要的作用,缺血受损出现在短轴功能受 损之前,这就导致了常人的心脏较运动员心脏更容易相对性心内膜下心肌供血不足而致左室 长轴运动功能下降。另一方面:由于运动员心脏的等容收缩期较常人短,导致左室舒张末期 容积最大的高耗氧状态维持时间较常人短。

3.3.3 从局部体液调节的角度讨论运动员心脏Tei指数减小的原因 神经调节和心血管活动的自身调节都是肌肉运动时的调节机制,但这些调节只是在运动 时发挥作用,而真正的在较长时间内(包括非运动时间)产生持续性作用的无疑是局部体液 调节。由于运动员在长期的运动训练中,使得全身肌肉组织中乳酸、K+、H+、CO2、 腺苷等 代谢产物增多,这些酸性物质在体液调节中起到了舒张血管的作用,这就导致了运动员心脏 泵血的外周阻力降低,即其左心面对的血管内阻力负荷小于常人,从而减少了心肌做功,心 肌耗氧量则进一步降低,由此,使得心肌舒张功能维持在一个良好的状态,左心舒张末期容 积增大导致收缩早期弹性回复势能增大,以致等容收缩期时限进一步缩短。这就诠释了运动 员心脏的肌原纤维的收缩性能强、后负荷低、心肌耗氧量相对变小,最终导致了Tei指数的 减小。

3.3.4 从心力储备的角度讨论体育运动对左心综合功能的影响 心力储备分为搏出量储备和心率储备。本研究结果显示体育专业大学生组的左室收缩期 射流峰值速度较快,而心率较慢,前者与每搏输出量紧密正相关,说明体育专业大学生组的 心肌收缩力更强,这源于运动员心脏的解剖结构特征,运动员肥厚有力的心肌具备着更大的 横纹肌收缩潜力与势能,其搏出量储备无疑更大;后者运动员的基础心率较慢,使得运动员 在提高心率储备时的基点更低,而且生理学研究还发现:运动员在剧烈运动时,能将心率提 高到200～220次/分,其兴奋仍起源于窦房结,而常人只能将最快心率提高到160～180次/分 , 本研究结果可以解释其原由:提高心率是通过缩短心动周期来实现的,运动员心脏的等容收 缩期和等容舒张期均短于常人,这使得缩短心动周期的调节时限范围增大,基点较低,而提 高的上限较高,这就是运动员心率储备大的原因,这也就解释了为什么常人剧烈运动时,能 将心输出量提高到安静时的5～6倍,而一个运动员能提高到7倍以上的原因[13]。

4 结 论

通过将Tei指数、左室收缩期射流峰值速度及心率应用于体育专业大学生与非体育专业 大学生左心综合功能的对比研究,表明体育运动训练可以使Tei指数变小,左室收缩期射流 峰值速度加快,心率减慢,反映出心脏的收缩、舒张整体功能的增强,具备着更高的搏出量 储备和心率储备,同时也说明我国现阶段对体育专业大学生的教育训练对人心脏的整体功能 起到了增强的效果,因此,非体育专业的大学生也应适当地给予类似训练,以期更普遍性地 增强我国大学生的心脏整体功能,具备更大的心力储备,更健康地投入到学习和未来的工作 中去。 

参考文献:

[1] Poulsen SH, Jensen SE, Go tzsche O, et al,Left ventricular dia stolic function assessment by transthoracic Doppler echo cardio graphy1UgeskrLae ger,1996,158.

[2] Tei C,Ling LH,Hodge DO,et al. New index of combined systolic and diast oli c myocardial performance: a simple and reproducible measure of cardiac function:a study in normal and dilated card iomyopathy. J Cardiol,1995,26(6):357.

[3] Goldberg A L. Et al. Comparative left ventricular dimension in trained a thletes[J]. Med Sci Sports,1975,7:248.

[4] 钮小庆综述,陆颖静,徐大地校审.Tei指数在民;主血管疾病中的应用[J].国际 心血管病杂志,2007,11:461-464.

[5] 王桂云.二维超声心动图测定运动员左室功能的初步观察[J].中国运动医学杂志 ,1989,8(4):220-224.

[6] 王新明,孙红,陶国枢等.Tei指数评价老年2型糖尿病性心肌病变左室功能的临床研 究[J].中国老年学杂志,2007,27(4):744-746.

[7] Forster T,McGhie J, Rijsterborgh H, et al.Does the measu-rement of lef t v entricular isovolumic relaxation time allow early prediction of cardiac allograf t rejection Act a Cardiol, 1992, 47(5):459-471.

[8] 侍勇.不同强度的运动对心脏的影响[J].南京体育学院学报,2004,3:22-25.

[9] 阮雯综述,沈卫峰审校,组织多普勒超声心动图的临床应用新进展[J].国际心血 管病杂志,2009,3:143-146.

[10] 张福华,何秀波.体育专业大学生与普通大学生心脏Tei指数比较[J].体育学刊 ,2009,11:105-108.

[11] 周全,张文萍,孔祥玲. 多普勒超声心动图评价运动对左心室舒张功能的作用[J ].现代康复,2001,5:34-35.

[12] 高磊.Tei指数在原发性高血压患者左心室功能评价中的应用[J].中国慢性病预 防与控制,2008,8(16):438-440.

[13] 朱大年,吴博威,樊小力主编.生理学[M].北京:人民卫生出版社,2008,1:8 3-85.

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