急進高原后男性官兵心功能的變化及其與AMS的關系*

易元月， 劉 寶， 吳 剛， 高鈺琪

(第三軍醫大學高原軍事醫學系高原特需藥品與衛生裝備研究室， 高原環境醫學教育部重點實驗室， 全軍高原醫學重點實驗室， 重慶 400038)

急進高原后男性官兵心功能的變化及其與AMS的關系*

易元月， 劉 寶， 吳 剛， 高鈺琪△

(第三軍醫大學高原軍事醫學系高原特需藥品與衛生裝備研究室， 高原環境醫學教育部重點實驗室， 全軍高原醫學重點實驗室， 重慶 400038)

目的評價駐平原官兵急進高原前后心功能的變化情況并探討其與急性高山病(AMS)的關系。方法采用超聲心動圖評價42名健康青年男性官兵進入高原前及快速進入高原后(3 658 m，3 d)的心臟功能，同時觀察心率、血壓和血氧飽和度等生理指標的變化，以及進入高原后AMS的發病情況。結果與進入高原前相比，青年男性官兵急進高原后，左房收縮末期內徑和左室舒張末期內徑顯著減小，右房收縮末期內徑顯著減小，右室流出道和肺動脈內徑顯著增寬，射血分數顯著增大，心輸出量顯著增多，肺動脈收縮壓及平均肺動脈壓顯著增高，二尖瓣E峰流速顯著降低(P<0.05)。進入高原后，42人中有15人發生AMS(AMS組)，27人未發病(non-AMS組)。比較2組官兵在平原的心功能發現，AMS組的主動脈竇部內徑和左室舒張末期內徑顯著小于non-AMS組，肺動脈收縮壓顯著高于non-AMS組。比較2組官兵進入高原后的心功能發現，AMS組左房收縮末期內徑顯著小于non-AMS組(P<0.05)。AMS評分與進入高原前的心輸出量呈顯著負相關性(r=-0.3814，P<0.05)。結論青年男性官兵從平原快速進入高原后，右心功能受損合并左心功能代償；在平原運用超聲心動圖進行肺動脈收縮壓及心輸出量的檢查有助于AMS易感人群的篩選。

急性高山病； 左心室； 代償； 超聲心動圖

近年來，隨著高原地區社會經濟發展和國防建設需要，越來越多的人從平原進入高原[1-3]。高原中大氣壓力隨著海拔高度的增加而降低，大氣中的氧分壓也隨之降低，引起動脈氧分壓和氧飽和度降低[4-5]。為了習服高原的低氣壓低氧環境，機體會在神經體液內分泌的作用下，圍繞著氧的攝取、運輸和利用等，發生一系列代償適應性變化，呼吸增快、通氣量增加、心率增快及心輸出量增多都是機體對高原低氧環境的習服性反應[6]。多數人通過代償可獲得對高原環境的良好習服，但也有部分人因習服不良發生各種高原病[7]。急性高山病(acute mountain sickness，AMS)又稱急性高原反應，是最常見的急性高原病，影響人員健康，嚴重時可發展為高原腦水腫等重癥急性高原病，危及生命，有關AMS的發病機制至今仍不十分清楚[5, 7-8]。為此，本文采用超聲心動圖等技術方法，比較觀察了健康青年男性官兵從平原快速進入高原環境前后心功能的改變，并分析了其與AMS發病之間的關系，旨在為揭示AMS的發病機制提供實驗依據。

材 料 和 方 法

1 實驗對象

此項研究總共招募了42名健康青年男性官兵。42人中有5人在進入高原后二尖瓣舒張期峰值流速為單峰，因此在比較官兵二尖瓣舒張期峰值流速時只納入了37例。42人中在進入高原前后超聲心動圖顯示均有三尖瓣返流的共有23人，因此只有這23人可以通過三尖瓣返流情況估測肺動脈收縮壓(pulmonary arterial systolic pressure， PASP)并比較自身進入高原前后PASP的變化。42人平均年齡、身高及體重分別是(24.31±4.44)(20～48)歲、(172.93±5.94)(162～188)cm和(66.07±7.52)(52～86)kg。本研究排除入選受試者有呼吸系統疾病、心血管疾病、惡性腫瘤、肝腎功能障礙和免疫系統疾病以及不能完成調查問卷的精神疾病患者。所有受試者均無高原暴露史。此外，所有受試者在入高原前1個月之內均無藥物史及介入手術史。此項研究經第三軍醫大學第二附屬醫院倫理委員會批準。所有受試者均被告知此研究的背景、目的、步驟、風險和獲益并簽署了知情同意書。

2 方法

2.1實驗設計 42名受試者耗時約43 h由平原(重慶，海拔500 m)乘火車到達高原(拉薩，海拔3 658 m)。研究者在急進高原前3天與到達高原第3天均對受試者進行體格檢查[心率(heart rate， HR)、血壓和動脈血氧飽和度(arterial oxygen saturation， SaO2)]與超聲心動圖檢查(Philips CX50便攜式彩色多普勒超聲診斷儀，探頭型號S5-1，探頭頻率2.5 MHz)，并指導受試者進行路易斯湖評分(Lake Louise scoring，LLS)量表填寫。

2.2超聲檢測 受試者取左側臥位，操作者經二維超聲心動圖測量其主動脈竇部內徑(aortic sinus diameter，AO)、左房收縮末期內徑(left atrial end-systolic dimension，LADs)、左室舒張末期內徑(left ventricular end-diastolic dimension，LVDd)、右室前后徑(right ventricular anteroposterior dimension，RVDa)、室間隔厚度(interventricular septum thickness，IVS)、左室后壁厚度(left ventricular posterior width，LVPW)、右室流出道內徑(right ventricular outflow tract diameter，RVOT)、肺動脈內徑(pulmonary artery dimension，PAD)、右房收縮末期內徑(right atrial end-systolic dimension，RADs)和右室收縮末期內徑(right ventricular end-systolic dimension，RVDs)；M型超聲測量縮短分數(fractional shortening，FS)和射血分數(ejection fraction，EF)；脈沖式多普勒測量主動脈流速(aortic velocity，AV)、肺動脈流速(pulmonary arterial velocity， PV)、二尖瓣E峰流速(mitral peak E velocity，MVE)和二尖瓣A峰流速(mitral peak A velocity， MVA)。根據測量數據及相關公式計算每搏輸出量(stroke volume，SV)、心輸出量(cardiac output，CO)、PASP及平均肺動脈壓(mean pulmonary arterial pressure，MPAP)。每項數據采集均取3個心動周期的平均值。

2.3AMS的評估 AMS診斷根據LLS標準[8]，包含頭痛、頭暈、胃腸道癥狀、睡眠困難以及疲勞和虛弱5個方面的癥狀。每種癥狀按照其發生的嚴重程度分為無、輕、中、重4個等級及相對應的4種評分(0、1、2、3)。發生頭痛及總分≥3分可診斷為AMS，發生頭痛及總分≥5分為重度AMS。

3 統計學處理

應用SPSS13.0統計軟件進行數據分析。計量資料用均數±標準差(mean±SD)表示，在分析急進高原對男性官兵心功能影響時使用自身配對t檢驗；使用獨立樣本t檢驗分析心臟結構和心功能與AMS的關系；用Spearman相關分析考察心功能與AMS的相關性。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 生命體征測量數據

青年男性官兵急進高原后與平原時相比，SaO2顯著降低，HR、動脈收縮壓(systolic arterial pressure，SAP)、動脈舒張壓(diastolic arterial pressure，DAP)和平均動脈壓(mean arterial pressure，MAP)均顯著增高(P<0.01)，見表1。年齡、身高和體重在non-AMS組與AMS組之間的差異沒有統計學顯著性。無論在平原還是高原，non-AMS組與AMS組之間SaO2、HR、SAP、DAP和MAP的差異均沒有統計學顯著性，見表2、3。

表1受試官兵在不同海拔的心臟參數比較

Table 1. Cardiac parameters at low and high altitudes (Mean±SD.n=42)

IndexAltitude(m)5003658SaO2(%)97.60±1.8287.02±3.70**HR(min-1)66.17±9.0188.71±10.37**SAP(mmHg)111.4±7.76125.90±9.52**DAP(mmHg)67.98±5.6575.64±9.78**MAP(mmHg)82.44±5.5992.40±8.71**AO(mm)30.10±2.4430.29±2.65LADs(mm)31.18±2.1530.02±2.49**LVDd(mm)44.52±3.6043.27±3.54**IVS(mm)9.44±0.909.68±0.81LVPW(mm)9.45±0.719.55±0.59RADs(mm)36.43±2.0435.45±2.22*RVDs(mm)34.91±2.1734.12±2.18RVDa(mm)24.71±3.3324.52±3.05RVOT(mm)24.25±1.7425.36±2.50**PAD(mm)21.52±1.8922.64±1.75**FS(%)40.10±6.1141.12±4.61EF(%)69.43±5.2771.43±5.07*SV(mL)77.45±16.8875.10±17.77CO(mL/min)5087±12746723±1705**AVp(cm/s)125.55±18.97121.40±19.09PVp(cm/s)98.85±12.34100.69±13.09MPAP(mmHg)17.32±8.2625.80±11.01**

*P<0.05,**P<0.01vs500 m.

2 LLS量表數據

在受試官兵到達海拔3 658 m第3天，根據LLS標準[8]，15/42(35.7%)的受試者符合急性高原病標準；其中14/42(33.3%)符合輕微急性高原病標準，1/42(2.38%)符合嚴重急性高原病標準。所有受試者的平均LLS是1.95±1.79，均未發生高原肺水腫及高原腦水腫。

表2受試官兵的AMS與進入高原前心臟參數的關系

Table 2. Relationship between AMS and cardiac parameters at 500 m (Mean±SD)

IndexNon-AMSAMSSaO2(%)97.77±0.7698.00±0.65HR(min-1)67.33±7.0962.87±11.07SAP(mmHg)111.70±7.61110.70±8.23DAP(mmHg)68.37±5.4967.27±6.05MAP(mmHg)82.83±5.4181.73±6.03AO(mm)30.74±2.3828.93±2.15*LADs(mm)31.44±2.2230.70±2.00LVDd(mm)45.37±3.5443.00±3.27*IVS(mm)9.45±0.989.40±0.74LVPW(mm)9.41±0.809.53±0.52RADs(mm)36.19±2.0436.87±2.03RVDs(mm)34.81±2.3235.07±1.94RVDa(mm)25.04±3.6324.13±2.75RVOT(mm)24.22±1.6924.29±1.87PAD(mm)21.72±1.6921.17±2.22FS(%)39.89±7.0140.47±4.24EF(%)66.41±13.1171.07±5.13SV(mL)80.19±17.8772.53±14.17CO(mL/min)5386±13104549±1042AVp(cm/s)123.63±19.93129.00±17.23PVp(cm/s)99.87±13.4897.00±10.14PASP(mmHg)23.13±4.7227.42±3.00**MPAP(mmHg)17.95±8.3916.18±8.18

n=14 in non-AMS group andn=9 in AMS group for PASP determination；n=27 in non-AMS group andn=15 in AMS group for others.*P<0.05,**P<0.01vsnon-AMS group.

3 急性高原暴露對心功能的影響

青年男性官兵急進高原后與平原時相比，LADs和LVDd均減小，RADs減小，RVOT和PAD增寬，EF增大，CO增多，PASP與MPAP均增高(P<0.01)。而AO、IVS、LVPW、RVDs、RVDa、FS、SV、主動脈血流峰值流速(aortic peak velocity，AVp)和肺動脈血流峰值流速(pulmonary arterial peak velocity，PVp)差異無統計學顯著性。官兵急進高原后與平原時相比,MVE降低(P<0.05),MVA的差異無統計學顯著性，見圖1、2及表1。

4 心功能與AMS評分的關系

AMS組與non-AMS組相比，處于平原時測定的AO數值減小，LVDd減小，PASP增高，差異有統計學意義(P<0.05)，見表2。 AMS組與non-AMS組相比，處于高原時測定的LADs減小，差異有統計學意義(P<0.05)，見表3。官兵在平原的CO與AMS評分具有負相關性，差異有統計學意義(r=-0.3814，P<0.05)，見圖3。

表3受試官兵的AMS與進入高原后心臟參數的關系

Table 3. Relationship between AMS and cardiac parameters at 3 658 m (Mean±SD)

IndexNon-AMSAMSSaO2(%)87.07±3.4286.93±4.28HR(min-1)89.70±10.5187.40±10.15SAP(mmHg)125.60±8.89126.50±10.84DAP(mmHg)75.67±8.8975.60±11.56MAP(mmHg)92.30±7.9392.58±10.27AO(mm)30.73±2.9129.47±2.10LADs(mm)30.62±1.9228.93±3.10*LVDd(mm)43.94±3.6642.33±3.22IVS(mm)9.73±0.969.58±0.50LVPW(mm)9.58±0.649.47±0.52RADs(mm)35.54±2.0835.40±2.56RVDs(mm)34.23±2.1434.00±2.36RVDa(mm)24.69±3.2024.27±2.99RVOT(mm)25.74±2.7224.73±2.09PAD(mm)22.73±2.0322.53±1.25FS(%)40.96±4.4440.93±4.85EF(%)71.42±4.7570.93±5.54SV(mL)77.85±16.6170.13±19.26CO(mL/min)7006±17286214±1593AVp(cm/s)121.58±18.06120.27±20.29PVp(cm/s)100.58±14.57101.60±10.68PASP(mmHg)29.83±8.8734.18±8.70PMAP(mmHg)24.84±7.9526.89±15.30

n=14 in non-AMS group andn=9 in AMS group for PASP determination；n=27 in non-AMS group andn=15 in AMS group for others.*P<0.05vsnon-AMS group.

Figure 1. Comparisons of mitral peak E velocity (MVE) and mitral peak A velocity (MVA) in healthy young men at the altitudes of 500 m and 3 658 m. Mean±SD.n=37.*P<0.05vs500 m group.

圖1健康青年男性MVE與MVA在急進高原的前后比較

Figure 2. Comparison of the pulmonary arterial systolic pressure (PASP) in healthy young men at the altitudes of 500 m and 3 658 m. Mean±SD.n=23.**P<0.01vs500 m group.

圖2健康青年男性肺動脈收縮壓在急進高原的前后比較

Figure 3. The correlation analysis of cardiac output (CO) at 500 m and AMS scores at 3 658 m (n=42).

圖3AMS評分與進入高原前心輸出量的相關性分析

討 論

急進高原后人體心臟的最初反應是HR加快以及相伴隨的CO增加。上世紀早期至今，考慮到高原對國家的社會、經濟和軍事等方面的重要作用，各國的研究者對人體急進高原前后心功能變化的精確描述問題一直保持著濃厚的興趣[6]。之前的研究報告指出高原缺氧會使交感神經興奮性增強從而導致HR的加快[9]。當心率增快時，心動周期(尤其是心室舒張期)縮短，因而心室充盈時間縮短，心室充盈減少(這也許是MVE降低的原因)[10]，從而導致LADs、LVDd和RADs減小。

根據高鈺琪[4]描述的標準，肺動脈高壓是指肺動脈壓的異常增高，收縮壓>30 mmHg，舒張壓>15 mmHg，平均肺動脈壓>20 mmHg。此次受試者急進高原后PASP和MPAP增高，符合該診斷標準。急性缺氧可致肺動脈壓升高，這一現象已經得到很多研究者證實，并稱之為缺氧性肺動脈增壓反應[4, 11-15]；其原因是急性缺氧引起人體的肺動脈特別是肺小動脈收縮，肺循環阻力增加，引起肺動脈壓的增高[16]。肺動脈壓力的增高可使右室后負荷增加，即右心功能受損，從而導致RVOT和PAD增寬。以上理論與此次實驗結果相符。

根據此次超聲數據可知，到達高原后LVDd比平原時減小，提示左心前負荷減小，若是在左室心肌收縮能力不變的情況下，左室SV應該會降低。但此次實驗結果是SV在急進高原前后差異不顯著，左室EF增加。因此，可以推測出急性缺氧時在等長調節機制作用下，左室心肌收縮能力增強，即左心發揮了明顯的代償功能。多數研究也證實，低氧的直接影響表現為心臟功能特別是左室收縮功能保持不變或者輕度增高[6, 17]。查閱文獻可知，左心發揮代償功能的原因是：低氧作用于頸動脈體導致交感神經興奮性提高，激動心肌細胞的β腎上腺素能受體后，可通過cAMP轉導通路，激活細胞膜上的L型鈣通道，增加鈣離子內流，再通過鈣觸發鈣釋放機制促進心肌細胞胞質內鈣離子濃度的增加。胞質內鈣離子濃度增加后，活化的橫橋數目增多促使心肌收縮能力增強[18]。

根據此次實驗數據分析得知，在平原時，AMS組與non-AMS組相比PASP增高，CO與AMS評分具有負相關性，提示我們可在平原上運用超聲心動圖進行PASP檢測及CO的檢查并以此篩選AMS易感人群。在平原時PASP越高、CO越低的人越易感AMS。

[1] Yang T, Li X, Qin J, et al. High altitude-induced borderline pulmonary hypertension impaired cardiorespiratory fitness in healthy young men[J]. Int J Cardiol, 2015, 181:382-388.

[2] Chalkias A, Georgiou M, B?ttiger B, et al. Recommendations for resuscitation after ascent to high altitude and in aircrafts[J]. Int J Cardiol, 2013, 167(5):1703-1711.

[3] 蔡秋瑾， 李筱玥， 張 歡， 等. 模擬急進高原過程對清醒和麻醉狀態大鼠血壓和呼吸的影響[J]. 中國病理生理雜志, 2015, 31(5):777-784.

[4] 高鈺琪. 高原軍事醫學[M]. 第1版. 重慶:重慶出版社, 2005：5-54.

[5] Karinen HM, Peltonen JE, K?h?nen M, et al. Prediction of acute mountain sickness by monitoring arterial oxygen saturation during ascent[J]. High Alt Med Biol, 2010, 11(4):325-332.

[6] Rao M, Li J, Qin J, et al. Left ventricular function during acute high-altitude exposure in a large group of healthy young chinese men[J]. PLoS One, 2015, 10(1):e116936.

[7] Tang E, Chen Y, Luo Y. Dexamethasone for the prevention of acute mountain sickness: systematic review and meta-analysis[J]. Int J Cardiol, 2014, 173(2):133-138.

[8] Chen GZ, Qin J, Yu J, et al. Incidence of acute mountain sickness in young adults at 3200 meters: comparison of the Lake Louise Scoring and Chinese Scoring Systems[J]. Genet Mol Res, 2013, 12(4):6790-6801.

[9] van Dijk AE, van Lien R, van Eijsden M, et al. Measu-ring cardiac autonomic nervous system (ANS) activity in children[J]. J Vis Exp, 2013(74):e50073.

[10] 劉慶軍. 心臟彩色超聲在冠心病左室舒張功能測定中的診斷價值[J]. 中國傷殘醫學, 2016, 24(1):99-100.

[11] Kizub IV, Strielkov IV, Shaifta Y, et al. Gap junctions support the sustained phase of hypoxic pulmonary vasoconstriction by facilitating calcium sensitization[J]. Cardiovasc Res, 2013, 99(3):404-411.

[12] Turner BE, Hodkinson PD, Timperley AC, et al. Pulmonary artery pressure response to simulated air travel in a hypobaric chamber[J]. Aerospace Med Human Perform, 2015, 86(6):529-534.

[13] Pagé M, Sauvé C, Serri K, et al. Echocardiographic assessment of cardiac performance in response to high altitude and development of subclinical pulmonary edema in healthy climbers[J]. Can J Cardiol, 2013, 29(10):1277-1284.

[14] Pavelescu A, Faoro V, Guenard H, et al. Pulmonary vascular reserve and exercise capacity at sea level and at high altitude[J]. High Alt Med Biol, 2013, 14(1):19-26.

[15] 崔 宇， 官立彬， 李曉栩， 等. 低氧促進Th17細胞浸潤于肺組織并與肺血管改建相關[J]. 中國病理生理雜志, 2015， 31(2):250-255.

[16] Deuchar GA, Morecroft I, Dempsie Y, et al. Theinvivoeffects of human urotensin II in the rabbit and rat pulmonary circulation: effects of experimental pulmonary hypertension[J]. Eur J Pharmacol, 2006, 537(1-3):135-142.

[17] 朱永勝， 錢蘊秋， 孫 瑛， 等. 超聲心動圖觀察急性高原反應和習服后心功能變化[J]. 西南國防醫藥, 2004, 14(5):492-494.

[18] Oikawa M, Wu M, Lim S, et al. Cyclic nucleotide phosphodiesterase 3A1 protects the heart against ischemia-reperfusion injury[J]. J Mol Cell Cardiol, 2013, 64：11-19.

Change of heart function and its relationship with AMS during acute high-altitude exposure at 3 658 m in Chongqing soldiers

YI Yuan-yue, LIU Bao, WU Gang, GAO Yu-qi

(InstituteofMedicineandHygienicEquipmentforHighAltitudeRegion,CollegeofHighAltitudeMilitaryMedicine,ThirdMilitaryMedicalUniversity；KeyLaboratoryofHighAltitudeEnvironmentalMedicine,MinistryofEducation；KeyLaboratoryofHighAltitudeMedicineofPLA,Chongqing400038,China.E-mail:gaoy66@yahoo.com)

AIM: To observe the cardiac function during high-altitude exposure in Chongqing soldiers and to discuss its relationship with acute mountain sickness (AMS) by echocardiography.METHODSThe changes of heart function were evaluated during acute high-altitude exposure (3 658 m, 3 d) in 42 healthy young male soldiers by echocardiography. At the same time, the heart rate, blood pressure, blood oxygen saturation, and the incidence of AMS after high-altitude exposure were observed and recorded.RESULTSThree days after arrival at 3 658 m, the left atrial end-systolic dimension (LADs), left ventricular end-diastolic dimension (LVDd) and right atrial end-systolic dimension were significantly decreased， but the right ventricular outflow tract diameter， pulmonary artery dimension, ejection fraction, cardiac output (CO), pulmonary arterial systolic pressure (PASP) and mean pulmonary arterial pressure were significantly increased compared with the baseline levels in all subjects. The mitral peak E velocity was significantly reduced (P<0.05). A total of 42 healthy young men were recruited and divided into AMS group with 15 subjects and non-AMS group with 27 subjects by Lake Louise scoring after high-altitude exposure. The cardiac function in the plain showed that aortic sinus diameter and LVDd in AMS group were significantly smaller, and PASP was significantly higher than those in non-AMS group. After high-altitude exposure, the LADs in AMS group was significantly smaller than that in non-AMS group (P<0.05). AMS scores and CO in the plain showed significant negative correlation (r=-0.3814,P<0.05).CONCLUSIONUpon acute high-altitude exposure, right ventricular functions of the young male soldiers are damaged with the compensation of the left ventricular functions. Using echocardiography to observe PASP and CO may be helpful for screening the susceptible people of AMS in the plain.

Acute mountain sickness; Left ventricle; Compensation； Echocardiography

1000- 4718(2017)12- 2233- 05

2017- 04- 26

2017- 09- 30

軍隊十二五重大課題(No. AWS14C007)；第三軍醫大學高原醫學特殊學科點項目(No. J1310001)

△通訊作者 Tel: 023-68752399； E-mail： gaoy66@yahoo.com

R363； R594.3

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.12.019

(責任編輯： 林白霜， 羅 森)