應激狀態下人群心臟儲備的調研＊

鐘麗莎,郭興明,肖守中,黃志偉,曹高飛,肖 波

(1.瀘州醫學院生物醫學工程系,四川 瀘州 646000;2.重慶大學生物工程學院重慶市醫療電子技術工程研究中心,重慶 400030)

心臟儲備[1]是心臟的上調能力,是衡量心臟功能的一個很重要的方面,可以表征心臟潛在的能力,反映心臟處于應激狀態時能夠動用的能力。應激狀態下,心臟會發生明顯的適應性變化,心臟功能上調,心臟負荷明顯加重。一定程度內,停止應激后,心臟所產生的適應性的變化是可以恢復的。但對于長期處于應激狀態下,如運動員、孕產婦以及心血管疾病等人群,心臟負荷長期沉重,可能導致心臟從生理性代償向心肌疲勞甚至心肌損傷轉化,一旦心臟的負擔超過了心臟儲備動用的限度,就會導致心臟事件。因此,本文對應激狀態下運動員、心血管病人和孕婦三種人群進行心臟儲備動用情況的調研。

1 材料與方法

1.1 對象

本研究有三類人群:運動員81名,平均年齡(20.97±1.73)歲;320名孕周>28周的正常妊娠婦女,平均年齡(28.26±4.175),對照組為健康育齡婦女100名,平均年齡(25.04±3.40);心血管病人25名,平均年齡(52.36±2.14),對照組為健康人25人,平均年齡(50.18±1.87)。只有運動員組進行運動實驗。

1.2 測試儀器

應用重慶博精醫學信息研究所研制的“運動心力監測儀”(ECCM,專利號01256971.2)進行心音信號采集。該系統的硬件組成包括心音脈搏傳感器、CCM信號采集器、計算機和打印機,其硬件的頻帶為30～800Hz。信號處理軟件用Visual Basic寫成,其運行環境為WINDOWS操作系統。

1.3 運動實驗和信號記錄方法

運動實驗采用心音圖運動試驗[2](phonocardiogram exercise testing,PCGET)進行該項研究。登梯是PCGET的運動方式之一,用23 cm高的心力臺階進行運動試驗。PCGET運動負荷的方案有多種,運動量根據受試者年齡、性別和體重而定,按心血管學領域中通用的雙倍二級梯運動試驗登梯次數往復上下臺階。運動試驗的終點是癥狀的限制(心悸,呼吸困難)或者是已完成規定的運動量(約7000J)。要求受試者在3 min內以最快速度完成登梯試驗后,即刻記錄受試者的心音圖。操作上的要點是受試者運動前后的體位、傳感器放置的部位、檢查者對傳感器的施壓情況應該一致,從而盡可能減少人為誤差。

1.4 檢測指標

測量第1心音幅值(S1)與第2心音幅值(S2)之比(amplitude ratid of first to seconcl heart sound,S1/S2)、舒張期(D)與收縮期(S)時限之比(duration ratio of diastolic to systolic phase,D/S)和心率(heart rate,HR)。

1.5 統計學處理

統計分析使用SPSS 11.5軟件,實驗數據用均數±標準差()表示。實驗組與對照組之間的差異,以及運動前后各指標的差異都采用單因素方差分析。

2 結果

2.1 運動員運動前后心臟儲備指標統計

運動員靜息狀態時S1/S2(1.74±0.33),HR(68.79±9.09)b/min,D/S(1.89±0.11);運動后即刻 S1/S2(7.34±4.04),HR(159.31±11.05)b/min,D/S(1.07±0.06)。運動員運動后即刻S1/S2和HR明顯升高,D/S明顯降低(表1)。

Tab.1 Comparisons of S1/S2,D/S and HR between pre-exercise and post-exercise in athletes(,n=81)

Tab.1 Comparisons of S1/S2,D/S and HR between pre-exercise and post-exercise in athletes(,n=81)

S1/S2:Amplitude ratio of first to second heart sound;HR:Heart rate;D/S:Duration ratio of diastolic to systolic phase＊＊P<0.01vspre-exercise

Group S1/S2 HR(b/min) D/S Pre-exercise 1.74±0.33 68.79±9.09 1.89±0.11 Post-exercise 7.34±4.04＊＊ 159.31±11.05＊＊ 1.07±0.06＊＊

2.2 心血管病人與健康人心臟儲備指標統計

心血管病人與健康人心臟儲備指標統計如表2所示:心血管病人靜息狀態下的S1/S2為2.05±0.79,HR(83±18)b/min,D/S(1.32±0.41);健康人靜息狀態下S1/S2為1.85±0.94,HR(75±11)b/min,D/S(1.68 ±0.47)。

Tab.2 Comparisonsof S1/S2,D/S and HR between cardiovascular disease and healthy subjects(,n=25)

Tab.2 Comparisonsof S1/S2,D/S and HR between cardiovascular disease and healthy subjects(,n=25)

S1/S2:Amplitude ratio of first to second heart sound;HR:Heart rate;D/S:Duration ratio of diastolic to systolic phase＊＊P<0.01vscardiovascular disease subjects

Group S1/S2 HR(b/min) D/S Cardiovascular disease subjects 2.05±0.79 83±18 1.32±0.41 Healthy subjects 1.85±0.94＊＊ 75±11＊＊ 1.68±0.47＊＊

2.3 孕婦與健康育齡婦女心臟儲備指標統計

孕婦與健康育齡婦女心臟儲備指標統計如表3所示:靜息狀態下,孕婦S1/S2為2.07±0.79,HR(93.13±13.40)b/min,D/S(1.28±0.20);對照組-健康育齡婦女S1/S2為1.64±0.74,HR(74.12±8.18)b/min,D/S(1.63±0.23)。

Tab.3 Comparisons of S1/S2,D/S and HR between women of childbearing age and normal pregnant women group()

Tab.3 Comparisons of S1/S2,D/S and HR between women of childbearing age and normal pregnant women group()

S1/S2:Amplitude ratio of first to second heart sound;HR:Heart rate;D/S:Duration ratio of diastolic to systolic phase＊＊P<0.01vswomen of childbearing age

Group n S1/S2 HR(b/min) D/S Normal pregnant women 320 2.07±0.79 93.13±13.40 1.28±0.20Women of childbearing age 100 1.64±0.74＊＊ 74.12±8.18＊＊ 1.63±0.23＊＊

3 討論

心臟儲備包括心力儲備、心率儲備、舒張期儲備和收縮期儲備等,是心臟功能評估的重要指標,同時也可反映人體的健康狀態。心臟儲備評估的理想方法應該是無創、客觀、簡單、安全,而現有的心功能檢測方法或者不能檢測心力,或者不能在普通條件下廣泛應用。Hansen等[3]研究發現,S1大小與心肌收縮能力強弱密切相關,故可以用S1幅值變化趨勢來評估心力儲備和心臟耐力等。Xiao等[4]研究認為可以用S1幅值變化趨勢來無創評估心力儲備,并提出基于心音信號的檢測指標,即表征心力儲備的S1/S2和表征舒張期儲備和收縮期儲備的D/S。本課題組前期研究證實,該方法與國際上已有的經典評估方法,如氧消耗量法、超聲心動圖法、射血分數法和導管法等無明顯差異[5]。

本研究采用S1/S2、D/S和 HR指標,觀察應激狀態下運動員、妊娠婦女和心血管病人心臟儲備的動用情況。從表1中可以看出運動員運動后即刻與運動前靜息狀態相比,運動后即刻S1/S2,HR都明顯增加(P<0.01,P<0.01),D/S明顯降低(P<0.01),表明運動這種應激狀態動用心力儲備和心率儲備。從表2中可以看相對于健康人,心血管疾病的病人心率、S1/S2較高(P<0.01,P<0.01),D/S較低(P<0.01),可以看出在疾病這種應激狀態下,動用了心率儲備和心力儲備,心臟儲備水平降低。從表3可見,與育齡婦女相比,妊娠期間婦女的D/S顯著降低(P<0.01)、心率和S1/S2均有顯著的增加(P<0.01,P<0.01),表明孕婦心臟自身供血時間明顯縮短,并且既動用了心力儲備又動用了心率儲備,這是心臟功能上調,應激導致負擔加重的表現。

通過對上述的三種人群的心臟儲備指標的調研,發現應激狀態會調用心力儲備和心率儲備,D/S比值會減低,S1/S2升高,HR越快。心臟儲備評估的重要性在于心臟衰竭時心臟功能失常的最重要的方面不是在基礎的靜息狀態下觀察到的心臟性能的抑制,而是心臟儲備的喪失,正是這一降低代表了心臟的衰竭程度。只有高水平的基礎心臟儲備,才能耐受應激狀態對心臟的影響,因此心臟儲備動用的研究對于運動員選拔和訓練強度的判定、心血管病人的治療和愈后以及孕產婦心臟的安全性都具有重要的作用。

[1]Xiao S Z,Wang Z G,Hu D Y.Studying cardiac contractility change trend to evaluate cardiac reserve[J].IEEE Eng Med Biol Mag,2002,21(1):74-77.

[2]Xiao Y,Xiao S,Cao Z,et al.The phonocardiogram exercise test[J].IEEE Eng Med Biol Mag,1999,18(4):111-115.

[3]Hansen P B,Luisada A A,Miletich D J,et al.Phonocardiography as a monitor of cardiac performance during anesthesia[J].Anesth Analg,1989,68(3):385-387.

[4]Xiao S,Guo X,Wang F,et al.Evaluating two new indicators of cardiac reserve[J].IEEE Eng Med Biol Mag,2003,22(4):147-152.

[5]劉天虎,劉劍雄,肖守中,等.心臟儲備指數與射血分數量化心功能分級的相關性研究[J].四川醫學,2005,26(11):1197-1198.