女子拳擊運動員心血管結構及功能的特征性變化

李穎慧，石麗君

19世紀末發現“運動員心臟”以來，運動員心血管系統的相關研究成為運動醫學領域關注的熱點。心血管系統是機體生命活動的重要基礎，其結構及功能影響人體運動能力，決定運動表現。運動員長期經歷大強度的運動訓練，其心血管系統發生了適應性重塑，表現在心血管結構及功能的改變，且這種重塑現象不僅僅發生于成年運動員，在青春期前，運動員經歷短時間訓練也可發生很明顯的心臟重塑[1-2]。拳擊（Boxing）屬于典型的格斗對抗性項群，該項目的競技表現依賴于力量素質、速度素質以及耐力素質[3]。力量和速度的有機結合是提高出拳效率的基本保證，耐力素質是維持高強度對抗以及抗疲勞的關鍵。拳擊對抗對運動員心血管系統機能狀態要求較高，運動員需在較短時間內最大程度地動員心臟泵血功能，以保障肌肉持續的高強度工作及機體的快速恢復，從而保證技戰術水平的發揮。彩色多普勒超聲診斷技術是測量、評價人體心血管結構及功能的重要手段，本研究采用超聲技術對運動員進行超聲心動圖、動脈形態及血流動力學檢查，以探究女子拳擊運動員心血管系統的結構、功能特征，為教練員提供一種有價值的訓練監控方法，并為我國女子拳擊項目選材提供依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為北京體育大學附屬競技體校22名女子拳擊隊員，平均年齡（20±4）歲，BMI為（21.62±3.08）kg/m2，其中3人為國際級運動健將、3人為國家級運動健將、6人為國家一級運動員、3人為國家二級運動員、7人無運動等級。每周訓練內容包括耐力跑、打靶訓練、大負荷力量訓練、實戰對抗等基礎素質及技戰術練習。另選取15名女性大學生為普通組，平均年齡為（22±2）歲，BMI為（20.29±1.89） kg/m2。 普通組成員均為無規律運動習慣，均無心血管疾病及家族史。

1.2 研究方法

1.2.1 心臟結構、功能的測試方法與指標

采用美國GE VIVID7彩色多普勒超聲診斷儀測試，具體操作如下：測試前，受試者半躺休息10 min，采用左側臥位，用頻率1.5～4.5 MHz的M4S凸弧探頭，測試深度為4 cm，置于胸骨左側第2到第5肋間，沿左心室長軸采用M型超聲心動圖測量形態結構指標（如圖 1a）：室間隔舒張期厚度（IVSd）、室間隔收縮期厚度 （IVSs）、左心室收縮期后壁厚度（LVPWs）、左心室舒張期后壁厚度（LVPWd）、左室舒張末期內徑（LVIDd）、左室收縮末期內徑（LVIDs）；左心室功能指標：左室收縮末期容積（ESV）、左室舒張末期容積（EDV）、心率（HR）、每搏量（SV）、每搏量指數（SVI）、射血分數（EF）、左室短軸縮短率（FS%）、心輸出量（CO）；并計算心臟衍生指標包括以下指標。

（1）心 指 數 [CI=CO/BSA，BSA （m2）=0.0061×身高（cm）＋0.0128×體重（kg）-0.1529]

（2）左心室質量（Left ventricular mass，LVM（g）=0.8×1.04[（LVIDd+LVPWd+IVSd）3-LVIDd3]+0.6）

（3）左心室質量指數（Left ventricular mass index，LVMI=LVM/BSA）

（4）相對室壁厚度[Relative wall thickness，RWT（cm）=2LVPWd/LVIDd]

1.2.2 血管結構、功能的測試方法與指標

動脈結構及血流動力學指標采用彩色多普勒超聲診斷儀測試。受試者在動脈超聲檢測過程中均為仰臥位，采用頻率為10 MHz的線陣式探頭，分別對受試者頸動脈、肱動脈、橈動脈及股動脈以灰階超聲二維切面圖觀察血管的解剖結構，并以動脈舒張末期截圖測量動脈橫截面積及動脈內經、內中膜厚度（IMT）（見圖 1c、1d），計算經管腔面積校正的內中膜厚度（IMT-to-lumen），即 IMT與動脈橫截面積的比值，以避免動脈厚度的改變受到動脈橫截面積變化的干擾。另外，采用血流多普勒技術測定動脈血管血流動力學指標（見圖1b）。本研究通過測定肱動脈內皮依賴性舒張功能（Flow-mediated Dilation，FMD）來評價運動員血管內皮功能。具體操作：測量開始前，受試者仰臥位平躺15 min，肩部與測試臺保持平齊，固定右臂并系好加壓帶。首先，對受試者進行基礎血壓的測量以確定加壓值，之后使用超聲探頭找到受試者肱動脈位置，當顯示器呈現清晰的肱動脈管腔后，對右前臂加壓并開始肱動脈內徑測量，在測量過程中不斷校正肱動脈管腔內徑，以獲取更精確的測量結果。

1.2.3 統計學分析

采用SPSS21.0軟件進行數據處理和統計學分析。在實際測量過程中，為最大限度減少測量誤差，對每組圖像進行3次測量，取其平均值，描述性結果以±SD表示。兩樣本均數的比較采用獨立樣本T 檢驗（Independent-Samples T Test），分析不同分組間心血管結構與功能指標間的差異，顯著性水平α=0.05。

圖1 心血管結構及功能的檢測示意圖Figure 1 Detection of the Cardiovascular Structure and Function

2 研究結果

2.1 女子拳擊運動員心臟結構及功能的變化

2.1.1 心率及血壓

如表1所示，拳擊運動員心率顯著低于普通組（P＜0.01）；動脈收縮壓與舒張壓也均低于普通組（P＜0.05）。

表1 拳擊組與普通組心率、血壓結果比較(±SD)Table I Comparison of Heart Rate and Blood Pressure between Boxing Group and Control Group(±SD)

表1 拳擊組與普通組心率、血壓結果比較(±SD)Table I Comparison of Heart Rate and Blood Pressure between Boxing Group and Control Group(±SD)

注：*表示拳擊組與普通組相比差異具有顯著性，P＜0.05；**表示拳擊組與普通組相比差異具有非常顯著性，P＜0.01

指標 普通組（N=15） 拳擊組（N=22）心率 /（b·min-1） 74.73±9.32 62.24±8.48**收縮壓 /mmHg 121.86±16.61 110.71±9.34*舒張壓 /mmHg 73.29±10.17 60.05±7.77**

2.1.2 拳擊運動員心臟結構的變化

如表2所示，與普通組相比，拳擊組左心室結構特征表現如下：LVIDd、LVIDs、LVPWd 均顯著大于普通組 （P＜0.05）；體表面積標準化后的形態指標LVIDd/BSA、LVIDs/BSA顯著大于普通組，RWT/BSA顯著小于普通組（P＜0.05）；此外，拳擊組的LVM及LVMI均顯著大于普通組（P＜0.01）。

表2 拳擊組與普通組左心室結構的比較(±SD)TableⅡComparison of Left Ventricular Structure between Boxing Group and Control Group(±SD)

表2 拳擊組與普通組左心室結構的比較(±SD)TableⅡComparison of Left Ventricular Structure between Boxing Group and Control Group(±SD)

注：*表示拳擊組與普通組相比差異具有顯著性，P＜0.05；**表示拳擊組與普通組相比差異具有非常顯著性，P＜0.01

指標 普通組（N=15） 拳擊組（N=22）IVSd/cm 0.90±0.14 0.98±0.12 IVSd/BSA/（cm·m-2） 0.60±0.11 0.57±0.08 IVSs/cm 1.19±0.15 1.24±0.16 IVSs/BSA/（cm·m-2） 0.79±0.11 0.73±0.10 LVIDd/cm 3.91±0.56 4.90±0.44**LVIDd/BSA/（cm·m-2） 2.60±0.41 2.88±0.30*LVIDs/cm 2.31±0.44 3.06±0.37**LVIDs/BSA/（cm·m-2） 1.53±0.31 1.80±0.24**LVPWd/cm 0.85±0.15 0.97±0.17*LVPWd/BSA/（cm·m-2） 0.57±0.11 0.57±0.11 LVPWs/cm 1.38±0.24 1.47±0.19 LVPWs/BSA/（cm·m-2） 0.92±0.16 0.86±0.11 RWT/cm 0.45±0.13 0.40±0.11 RWT/BSA/（cm·m-2） 0.30±0.09 0.24±0.07*LVM/g 100.71±23.79 170.11±32.74**LVMI/（cm·m-2） 67.31±17.00 99.42±15.73**

2.1.3拳擊運動員左心室功能的變化

如圖2所示，拳擊組與普通組比較，其左心室功能指標有如下變化：拳擊組EDV、ESV、SV、CO、CI顯著高于普通組（P＜0.05），而EF、FS低于普通組，且具有統計學差異（P＜0.05）。

圖2 拳擊組與普通組左心室功能的比較Figure 2 Comparison of Left Ventricular Function between Boxing Group and Control Group

2.2 女子拳擊運動員血管結構及功能的變化

2.2.1 拳擊運動員動脈結構的變化

如表3所示，拳擊組與普通組相比，頸動脈、肱動脈、橈動脈、股動脈的橫截面積均顯著增大（P＜0.05）；拳擊組肱動脈和股動脈內徑顯著大于普通組（P＜0.05）。拳擊組股動脈的內中膜厚度顯著高于普通組（P＜0.05）；經動脈橫截面積標準化后的內膜厚度拳擊組與普通組之間無顯著性差異。

表3 拳擊組與普通組動脈結構的比較(±SD)Table III Comparison of Arterial Structure between Boxing Group and Control Group(±SD)

表3 拳擊組與普通組動脈結構的比較(±SD)Table III Comparison of Arterial Structure between Boxing Group and Control Group(±SD)

注：*表示拳擊組與普通組相比差異具有顯著性，P＜0.05；**表示拳擊組與普通組相比差異具有非常顯著性，P＜0.01

指標 普通組（N=15） 拳擊組（N=22）頸動脈 橫截面積 /cm2 0.35±0.04 0.43±0.09*內徑 /mm 5.85±0.40 6.02±0.59 IMT/mm 0.39±0.07 0.40±0.08 IMT-to-Lumen 1.13±0.24 1.00±0.28肱動脈 橫截面積 /cm2 0.09±0.02 0.16±0.04**內徑 /mm 3.00±0.39 3.57±0.85*橈動脈 橫截面積 /cm2 0.04±0.01 0.05±0.01**內徑 /mm 1.94±0.54 2.06±0.31股動脈 橫截面積 /cm2 0.48±0.10 0.65±0.14**內徑 /mm 6.37±1.70 7.63±1.84*IMT/mm 0.40±0.13 0.47±0.09*IMT-to-Lumen 0.87±0.37 0.77±0.22

2.2.2 拳擊運動員血管內皮功能的變化

如圖3所示，拳擊組與普通組相比，血管基礎直徑、血管擴張后最大直徑以及管徑擴張量均顯著大于普通組（P＜0.05）；拳擊組的 FMD 值（14.29%±3.02%）顯著高于普通組（10.85%±3.04%）（P＜0.05）。

圖3 拳擊組與普通組血管舒張前后管徑對比Figure 3 Comparison of Blood Vessel Diameter before and after Vasodilation between Boxing Group and Control Group

3 分析討論

運動訓練誘導心血管系統重塑一直受到廣泛的關注。運動員心血管系統不同于普通人群，心血管結構及功能發生適應性改變以適應專項訓練，且這種變化程度與運動年限及訓練強度有關。人體長期接受系統的運動刺激后逐漸形成具有明顯結構功能特征的心臟及動脈，稱之為“運動員心臟”和“運動員動脈”。Morganroth等認為，不同類型運動員心臟所承受的血流動力學超負荷類型不同，而心血管血流動力學負荷的差異是不同類型及強度的訓練所導致[4]。因此，不同的運動訓練導致運動員心血管結構及功能重塑的差異。傳統的研究認為，耐力性項目運動員心臟以心腔內徑擴大為主，伴有心壁增厚，稱為離心性肥大；力量項目運動員心臟大多以心壁增厚為主，稱為向心性肥大[5]。但Haykowsky等研究發現，優秀男子舉重運動員經歷長期運動訓練并未使左心室結構發生改變[6]。可見，運動訓練對運動員心血管系統的影響存在爭議，尚待進一步研究。拳擊的項目特征要求運動員必須具備良好的耐力素質以及持續爆發力[7]，以維持10 min左右的肌肉高強度工作。拳擊運動員的無氧能力決定出拳的速度及力度，有氧能力則是持久對抗、抵抗疲勞、加速機體恢復過程的基礎。可見，拳擊項目對運動員心血管系統機能狀態要求較高，需在較短時間內最大程度上動員心臟泵血功能，拳擊運動員的心血管結構及功能的重塑與其項目特點緊密關聯。

3.1 運動訓練對女子拳擊運動員心臟結構功能的改變

對女子拳擊運動員心率、血壓的測量結果顯示，拳擊運動員安靜時的心率明顯低于普通人群，表明拳擊運動員具有較好的心力儲備，經過長期的運動訓練運動員心率減慢，由于具備較高的每搏量使運動員最大限度地節省能量。處于運動狀態時，運動員心力儲備快速動員，心率加快，心輸出量提高，極大程度動員心臟泵血功能。血壓的產生是由心臟射血（心輸出量）與動脈阻力共同決定，一些研究發現運動員血壓高于普通人[8]，而張佑璉對35名男性中長跑運動員的血壓測量結果顯示，安靜狀態下，運動員的收縮壓及舒張壓均顯著低于對照組，與本文結果一致[9]。可見，目前對于運動員血壓的監測結果并不一致，結果的差異可能由于研究對象運動項目、性別等不同，也緣于關于運動員安靜時血壓變化機制的爭議。本研究對拳擊運動員的心臟結構的測試結果發現拳擊運動員的LVIDd、LVIDs、LVPWd顯著大于普通組，為避免體型的影響，經體表面積標準化后的LVIDd/BSA、LVIDs/BSA仍顯著大于普通組，RWT/BSA則小于普通組，可見女子拳擊運動員的左心室發生了以心室腔增大為主的心臟重塑，心室重量增加，并且呈現左室后壁增厚趨勢，即長期耐力性、大負荷力量訓練后，拳擊運動員左心室發生適應性肥大。國內外學者關于運動訓練對運動員左心室形態結構的重塑作用進行了大量研究，不同項目運動員的心臟結構特征有差異，但運動員左室舒張和收縮末期內徑、室間隔舒張期厚度、左心室質量明顯大于普通人群，可見運動訓練確實導致左心室肥大[10-13]。而本研究拳擊運動員的心室壁厚度未見增厚，可能在安靜狀態下運動員與普通人的心室充盈程度不同，不同的心室充盈狀態影響心室壁厚度，因此，測量心室壁厚度時要考慮心室充盈程度的影響，以提高測量的準確性。

運動員心臟功能特點是心臟的做功效率高、儲備能力好。拳擊運動員EDV、ESV、SV、CO均高于普通人群，表明拳擊運動員的左室容量較大，有益于心室泵血，較高的每分輸出量及心指數也是心臟泵血能力的體現；安靜狀態下較低的心率便可以保證較高的每分輸出量，可見在系統的專項訓練后拳擊運動員在維持正常能量代謝的同時最大化地實現能量節省。近年來，國內研究均得到一致結果，運動員安靜狀態時，心率低，每搏輸出量、每分輸出量、心指數增大，在運動過程中心臟泵血功能優于普通人群[11,13]。運動員的EF、FS與普通人的差異方面存在爭議。本研究發現拳擊運動員的EF、FS%顯著低于普通組。高曉嶙等在女子優秀橄欖球運動員左心室功能研究中發現，橄欖球組EF、FS%均顯著低于對照組，該結果與本研究一致[13]。但是廖紅娟等對男子賽艇運動員心臟結構功能監測發現，安靜狀態下，運動員組的心臟泵血功能顯著高于普通組，但兩組EF、FS無顯著性差異[12]。運動員左心室射血分數及左室短軸縮短率一定程度上反映左室收縮功能，但并不代表拳擊運動員左室收縮功能低于普通組，其原因是安靜狀態下運動員左室收縮能力節省化，盡管運動員安靜時左室收縮力較小，但較大的心室容量也可以保證泵血，但在運動過程中運動員可以最大限度動員左室收縮功能。蔡建應用TDI技術評價對拳擊運動員靜息狀態下左室功能，發現運動員的左室壁心肌舒張功能優于普通人群，且心臟收縮功能也有提高的趨勢[14]。因此，運動員安靜狀態下的心臟收縮功能不能僅采用EF、FS%評定，且運動員的心臟功能還需要結合左室舒張功能綜合評價，今后負荷狀態下的心臟功指標變化規律將成為評價運動員整體心臟功能的有效手段。

3.2 女子拳擊運動員動脈結構功能的重塑

運動訓練也對運動員動脈產生一定的影響。女子拳擊運動員的四肢動脈橫截面積均明顯大于普通人群，且肱動脈和股動脈的內徑增大，表明運動員在長期運動訓練時血管壁接受重復剪切應力作用，誘導發生了結構重塑。人體的阻力動脈和導管動脈均會因運動訓練而發生相應的結構重構，動脈直徑重構受局部機制調節，表現為橫截面積增大，血管擴張能力增加，而動脈壁厚度則受到系統整合作用的影響，但關于動脈管壁厚度變化的具體情況存在爭議。Karagounis等研究發現運動誘導優秀柔道運動員的動脈發生適應性變化，與普通人群比較，優秀柔道運動員的肢體動脈直徑大，動脈血流速度快[15]。孫華靈等研究發現不同項目運動員與健康青年組相比，動脈管徑增大、壁厚下降，且用力側與非用力肢體動脈結構也存在差異[16]。動脈管腔面積以及內徑的增大與運動員血管長期接受持續的剪切力有關，也受內皮的慢性變化影響[17-18]，血液與管壁的摩擦力、管壁通透性以及凝血均受到血管內皮的調節，主要通過血管局部代謝反應來重塑動脈管徑[19]。內皮在血管結構的調控中起重要作用，動脈重構是內皮細胞剪切應力局部變化的一種反應，內皮功能的提高是通過運動增強內皮一氧化氮合酶（eNOS）表達、eNOS磷酸化表達、蘇氨酸激酶磷酸化表達等實現[19-20]，這表明剪切力對血管管腔的調節依賴于NO調節軸。運動訓練影響血流動力學指標，肌細胞收縮時對血管的牽拉刺激NO/eNOS、成纖維細胞生長因子-2（FGF-2）等信號系統，從而導致血管擴張、再生及重構。拳擊項目的站架分為左右兩種，為探究拳擊前后手出拳是否對運動員左右兩側的動脈產生影響，本文對拳擊運動員左右側頸動脈、肱動脈、橈動脈、股動脈的結構進行測量，發現各動脈左右側的橫截面積、內徑及壁厚均無顯著性差異，表明盡管拳擊運動員可能由于拳擊站架影響到左右上肢出拳次數不同，但是在日常力量訓練中大多采用雙側用力的方式，所以兩側肢體的動脈重塑沒有差異。

肱動脈內皮依賴性舒張功能（FMD）評價運動員血管內皮功能時，發現拳擊運動員的FMD值顯著高于普通組，運動員的血管內皮舒張功能優于普通人群，可見長期的拳擊運動提高了運動員的血管功能。在肱動脈內皮依賴性舒張功能測試時，發現運動員肱動脈的基礎直徑及擴張后的最大直徑顯著大于普通人，與本文血管超聲測試結果一致，運動員動脈的擴張量顯著大于普通人群，也充分反映了其動脈的彈性功能的增強。因此，規律的體育運動能夠改善血管的順應性，保護動脈功能，延緩動脈硬化。王禾等對女子拳擊運動員血清NO及NOS活性研究發現，拳擊運動員的血清NO及NOS活性基礎值高于普通女性，說明系統訓練有效地改善了血管內皮功能[21]，與本研究結果一致。Kasikcioglu報道，進行長期有氧運動的運動員具有較高的FMD值，說明有氧運動產生了較好的血管適應[22]。然而，賴欽豪在對男子摔跤運動員血管功能進行研究后，發現摔跤運動員的肱動脈基礎直徑和最大直徑雖都明顯大于非運動員，但FMD值無顯著性差異[23]。FMD值受神經、激素的調節，不同年齡、性別、訓練類型均影響血管內皮的舒張功能。血管剪切應力與內皮的慢性變化影響動脈重構，且運動中血管的剪切應力變化是運動誘導血管FMD功能增強的因素。此外，合理的運動訓練可以提高冠狀動脈疾病患者的血管內皮功能，而增強血管功能，有助于動脈疾病的恢復[24-25]。

女子拳擊運動員在長期的運動訓練后心血管結構及功能發生了生理性重塑，重塑特征與拳擊項目的訓練模式相適應；拳擊運動員心血管系統發生的適應性變化有利于比賽訓練及提高運動成績。

4 小結

“運動員心臟”及“運動員動脈”是運動生理學的重要研究領域。通過超聲技術檢測心臟、血管結構及功能的特征，發現女子拳擊運動員心臟的結構及功能出現適應性變化，包括心室腔擴大、心室容量增加，心臟泵血功能增強，同時，女子拳擊運動員動脈發生了重塑，表現在動脈管腔面積增大、內徑增加，血管內皮舒張功能增強。因此，長期運動訓練導致女子拳擊運動員的心血管系統的結構和功能出現了良好適應性變化。

超聲診斷技術可對運動員心臟、血管的結構功能進行較好的量化研究，具有無創、穩定性較好、可重復測量的優點，在運動員心血管系統的研究中發揮重要作用，同時也可以應用于女子拳擊運動員選材。