实时三维超声心动图联合二维斑点追踪技术对青年男性力量型运动员右室收缩功能的研究

陈迎春 李莉锦 尹静 李真 滑少华

1郑州大学第一附属医院超声科（郑州450000）；2中山大学附属东华医院超声科（广东东莞523000）

青年运动员曾被认为是世界上最健康的人， 但随着运动员猝死事件不断发生，且大都归因于心源性猝死，因此青年运动员心脏健康问题目前已成为全球关注焦点［1］。既往，对运动员心功能改变的研究较少，且大都集中在对其左心功能的研究，因此很难确认长期运动训练与运动员右心功能的相关性。近几年发展起来的实时三维超声心动图（real-time three-dimensional echocardiography，RT-3DE）能够准确测得右室射血分数，其测量结果与金标准磁共振的相关性高度相关，这一点已得到临床认证［2］；二维斑点追踪技术（two-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE）能够定量测量心肌运动情况，在临床研究中逐渐受到重视［3-4］。本研究按照2014 版指南推荐［5］，并较早地联合上述两种新技术，对运动员右室收缩功能做出可靠、准确的评估，为运动医学及科研提供了重要的参考信息。

1 对象与方法

1.1 研究对象收集专业青年男性力量型运动员30例（运动员组），其中摔跤运动员18例，举重运动员12例，年龄18 ～25 岁，入选标准：运动年限≥5年，运动时间≥30 h/周，且未长期停止高强度力量型训练。随机选择30例健康男性作为对照组，入选标准：年龄18 ～25 岁，从未参加过长期力量型高强度训练。所有参与者均排除高血压、心脏病及其他全身性疾病，且心律整齐、图像清晰，左室射血分数（LVEF）＞60%。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器使用GE Vivid E95 超声诊断仪，分别使用二维M5S 探头（频率2.0 ～4.0 MHz）及实时三维4V 探头（频率1.5 ～4.0 MHz），应用Echo PAC 工作站行图像后处理。

1.2.2 二维参数的测量嘱受检者左侧卧位，平静呼吸，同步记录三导联心电图，记录受检者心率，参考2014年美国超声心动图协会（ASE）成人右心超声心动图诊断指南，使用M5S 探头在标准心尖四腔心切面，于心室收缩末期测量右房左右径（right atrial left and right diameter，RA-D1）、右房上下径（right atrial upper and lower diameter，RAD2），于心室舒张末期测量右心室基底段左右径（right ventricular basal segment right and left diameter，RV-D1），右心室中间段左右径（right ventricular middle segment right and left diameter，RV-D2）右心室上下径（right ventricular upper and lower diameter，RV-D3），应用连续多普勒根据三尖瓣最大反流速度估测肺动脉收缩压（pulmonary artery systolic blood pressure，PASP）。

1.2.3 2D-STE 的应用嘱受检者左侧卧位，屏住呼吸，使用M5S 探头在心尖四腔心切面，连续采集3 个心动周期二维动态模型并储存，脱机将数据导入Echo PAC 工作站，启动Q-Analysis，选择2D-Gain键，调至4-ch 模式，手动调整右心室心内膜边缘感兴趣区，注意排除右室肌小梁的影响，系统自动算出右心室整体纵向应变（right ventricular global longitudinal strain，RV-GLS）并对其结果取绝对值。见图1。

图1 二维斑点追踪技术测得右室整体纵向收缩期应变（RV-GLS）Fig.1 Right ventricular global longitudinal strain（RV-GLS）was measured by 2D-STE

1.2.4 三维图像的采集及数据分析切换至4 V探头，从心尖四腔观获得清晰的二维图像后，启动“4D”成像键（帧频约受检者心率的40%），嘱受检者屏住呼吸，连续采集3 个心动周期动态三维右室模型并储存。将储存的图像导入Echo PAC工作站，启动4D Auto RVQ 程序，勾画右室收缩末期及舒张末期心内膜边缘，系统自动计算出右室舒张末期容积（right ventricular end diastolic volume，RV-EDV）、右室收缩末期容积（right ventricular end systolic volume，RV-ESV）、右心室每博输出量（（right ventricular stroke volume，RV-SV）及右室射血 分数（right ventricular ejection fraction，RVEF）。见图2。以上所有参数的测量均由同一位操作熟练的医生进行，所有数值测量3 次取平均值，为排除个体体表面积（BSA）影响，上述心腔大小测值均以BSA 矫正。

1.3 统计学方法采用IBM SPSS 24.0 统计软件进行分析。计量资料以均数± 标准差或M（QR）表示，两组间比较，符合正态分布且方差齐，使用t检验；正态分布、方差不齐，使用t′检验；非正态性分布的数据，采用秩和检验（u检验）。均以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组参与者一般情况的比较运动员组较对照组体质量及体表面积增加，心率降低，差异均有统计学意义（P＜0.05）。两组间年龄、身高、收缩压、舒张压差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

图2 重建后的右室三维形态模型（EDV：舒张末期容积；ESV：收缩末期容积；EF：射血分数；SV：每搏输出量）Fig.2 3D-morphological model of the reconstructed right ventricle

2.2 两组参与者常规二维超声参数的比较运动员组较对照组RA-D1、RA-D2、RV-D2、PASP 升高，差异均有统计学意义（P＜0.05）。两组间RVD1、RV-D3 差异均无统计学意义（P ＞0.05）。见表2。

2.3 两组参与者三维超声参数及斑点追踪参数的比较运动员组较对照组RV-EDV、RV-ESV、RVSV 均增加，RV-GLS 降低，差异均有统计学意义（P＜0.05）。两组间RV-EF 差异无统计学意义（P ＞0.05）。见表3。

3 讨论

高强度的训练导致左、右心室血流动力学及形态学发生改变的心脏，称之为“运动员心脏”［6］。既往研究发现，在运动员心脏重塑过程中，右心室与左心室并不同步，右心室结构性改变早于左心室。因此，研究右心功能改变可能对运动员的健康指导提供更有价值的信息［7-8］。超声心动图具有快捷、方便、准确的优点，一直作为运动员右心功能评估的首选方法。本研究将实时三维超声心动图与二维斑点追踪技术结合，对青年男性力量型运动员右室收缩功能进行全面评估，旨在探讨青年男性力量型运动员右室收缩功能变化。

表1 两组参与者一般情况的比较Tab.1 comparison of general conditions of participants in the two groups （±s），M（QR）

表1 两组参与者一般情况的比较Tab.1 comparison of general conditions of participants in the two groups （±s），M（QR）

注：1 mmHg=0.133 kPa；BSA，体表面积

组别对照组运动员组t 值/t′值/z 值P 值例数30 30年龄（岁）22.00（2）21.60±2.25-0.614 0.539身高（cm）173.50（10）177.40±8.62-1.401 0.529质量（kg）69.23±9.13 85.83±16.54-4.814＜0.001收缩压（mmHg）120.90±7.96 124.83±8.79-1.817 0.074舒张压（mmHg）78.00（7）77.60±7.38-0.683 0.494 BSA（m2）1.84±0.13 2.03±0.22-4.080＜0.001心率（次/min）72.00（12）59.50±11.41-4.557＜0.001

表2 两组参与者常规二维超声参数比较Tab.2 comparison of conventional two-dimensional ultrasound parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

表2 两组参与者常规二维超声参数比较Tab.2 comparison of conventional two-dimensional ultrasound parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

注：RA-D1：右室收缩末期右房左右径；RA-D2：右室收缩末期右房上下径；RV-D1：右室舒张期基底段左右径；RV-D2：右室舒张期中间段左右径；RV-D3：右室舒张期上下径；PASP：肺动脉收缩压

组别对照组运动员组t 值/t′值/z 值P 值RA-D1（mm/m2）19.08±2.34 21.77±3.00-3.873＜0.001 RA-D2（mm/m2）24.63±21.46 26.45±2.87-2.783 0.007 RV-D1（mm/m2）20.35±2.48 21.50±3.94-1.348 0.183 RV-D2（mm/m2）16.53（2.62）18.10±2.25-2.706 0.007 RV-D3（mm/m2）41.02（4.04）42.90±4.27-1.168 0.243 PASP（mmHg）21.92±4.18 28.57（7.40）-4.568＜0.001

表3 两组参与者三维超声参数及斑点追踪参数的比较Tab.3 comparison of 3D-ultrasound parameters and speckle tracking parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

表3 两组参与者三维超声参数及斑点追踪参数的比较Tab.3 comparison of 3D-ultrasound parameters and speckle tracking parameters between the two groups of participants（±s），M（QR）

注：RV-EDV：右室舒张末期容积；RV-ESV：右室收缩末期容积；RV-SV：每搏输出量；RVEF：右室射血分数；RV-GLS：右心室整体纵向应变

组别对照组运动员组t 值/t′值/z 值P 值RV-EDV（mL/m2）36.25±5.46 4.85（17.66）-4.613＜0.001 RV-ESV（mL/m2）17.08±2.69 20.87（8.52）-4.421＜0.001 RV-SV（mL/m2）19.18±2.86 23.89（10.05）-4.406＜0.001 RV-EF（%）53.10（1.29）51.71（2.56）-1.863 0.062 RV-GLS（%）22.36±2.56 19.60±3.59 3.429 0.001

在本项研究中，与身高、年龄相匹配的对照组比较，运动员较对照组体质量及体表面积增加，差异均有统计学意义，考虑为力量型运动对运动员身高、体质量有特殊要求，加之长期训练下，运动员骨骼肌重量增加，这和国外运动员研究结果一致［9］。运动员在非运动状态下心脏处于良好的节能状态，能够保持良好心力储备，有利于在运动状态下的充分动员，故较对照组心率减低。该研究中运动员组PASP 虽在正常范围，但较对照组升高，差异有统计学意义。考虑研究对象为力量型运动员，属无氧运动类型，特点为依赖运动员瞬间爆发力。训练时，一方面，外周血管受肌肉收缩短暂性压迫，血压升高，左房压升高，而肺血管床对血流阻力增高的调节有限，肺动脉压明显升高，另一方面，肺动脉压随心输出量增加而增加，随着运动强度的增加，心输出量增加的越多，右室收缩压上升的越高，右心室室壁应力增加越显著，这些更高的压力，增加了右心室后负荷及做功，右心室的冠状动脉灌注和需氧量显著增高［4，10］。本研究中运动员组心脏大小虽然均在正常范围，但较对照组增大，RA-D1、RA-D2 及RV-D2 差异均有统计学意义，提示运动员右心房因长期前负荷增加而发生代偿性增大，而两组参与者RV-D1、RV-D3 差异并不明显，力量训练是典型的无氧运动，以肌肉细胞等长收缩为主。这类运动主要导致室壁增厚，室壁应力增加，而腔径增加不明显［3］。

此外，本研究中运动员组三维RV-EDV、RVESV、RV-SV 较对照组增加，差异均有统计学意义，而两组间RV-EF 差异无统计学意义。提示运动员右室容积较对照组代偿增大，但RV-SV 也随之增大，RV-EF 仍保持正常。运动员组RV-GLS 降低，且两组间差异有统计学意义，提示右室射血分数虽在正常范围，但其室壁运动已出现亚临床改变。右心室心肌结构与左心室不同，右心室心肌收缩主要靠右室游离壁心内膜下的纵向的斜形肌，右室收缩时，心肌在心底与心尖部之间的纵向牵拉并向室间隔偏移，导致心室射血［11-12］。力量型运动员由于长期无氧运动时右心室心肌缺氧及前负荷突然升高，心肌细胞虽然可通过Frank-starling 机制增加心输出量，但心肌氧化应激增加，心肌细胞膜损伤，释放的心肌损伤生物标志物刺激免疫细胞，心内膜间质纤维化及血管周围纤维组织增生，心肌运动能力下降。另外，运动过程中肺动脉压的显著增高亦会导致右室功能损伤［13-15］。

目前，对于运动员右心室功能及RV-GLS 的研究医学界结论不一。MARTA 等［9］研究了100例耐力型运动员及50例对照组发现，与对照组相比，运动员组RV-GLS 减低（P＜0.01）。也有研究［16］发现，与对照组比较，耐力型运动员右室整体纵向应变绝对值增高（P＜0.001）、RV-EF 无明显变化（P＞0.05）。对于以上差异，考虑主要有两个原因：（1）既往研究应用常规超声心动图评估右室收缩功能时，易受右室形态、测量角度及呼吸等因素的影响，难免出现误差。（2）可能与研究对象、运动员年龄，训练年限、训练强度、运动类型不同有关。本研究应用RT-3DE 能够快速准确构建右室心腔大小及形态，无角度依赖性，能准确测得右室射血分数。2D-STE 作为一项新的技术能够在连续帧中追踪均匀分布于心肌内的声学斑点并计算出运动轨迹，准确重建心肌组织的实时运动和形变，为复杂的心室运动提供精确的定量信息，可全面、准确、客观评估右室运动情况。本研究创新性：较早地将两种技术结合，对青年男性力量型运动员右心室收缩功能准确评估。本研究由于样本量较少，且未将耐力型运动员及女性运动员纳入研究对象，故具有一定局限性，后续本研究团队将逐步扩大研究范围，如从一系列基础实验研究做起，从根源上解释运动员心脏发生机制，力求为运动员健康指导提供科学的理论依据。

综上，长期参加高强度训练的青年男性力量型运动员右室收缩功能出现亚临床改变；RT-3DE及2D-STE 可敏感检测这一变化，为评价运动员健康提供可靠依据。