心肌收缩能力变异性的研究

心肌收缩能力变异性的研究北京生物医学工程2000年第3期第19卷论著作者：刘国传肖守中单位：重庆大学生物工程学院国家教委生物力学及生物流变学开放研究实验室重庆400044关键词：心肌收缩能力；变异性；心音摘要为了揭示心肌收缩能力变异的规律性和评估其临床应用价值，把第一心音幅值的变化作为心肌收缩力变异性的一个指标，并测试和分析呼吸、运动、心理应激对心肌收缩能力变异性的影响。结果表明：第一心音幅值对呼吸和运动非常敏感。特别是，运动对心肌收缩能力产生强烈的影响。心肌收缩能力的变异存在一定的规律性：(1)在深呼吸和运动试验过程的每一个呼吸周期中，第一心音幅值呈现规律性波动；(2)在屏气试验过程中，第一心音幅值也呈现规律性波动，但这显然与呼吸无关。健康人与心血管疾病病人的心肌收缩能力的变异性存在着显著性差异。此外，少数人在心理应激试验中第一心音幅值和心率明显增加。研究和分析第一心音幅值和心肌收缩能力的变异性可能有重要的临床应用价值，值得进一步研究。AStudyonCardiacContractilityVariabilityLiuGuochuan(CollegeofBioengineering,ChongqingUniversity,Chonqing400044)XiaoShouzhong(CollegeofBioengineering,ChongqingUniversity,Chonqing400044)AbstractTofindtherulesofcardiaccontractilityvariability(CCV),andtoevaluateitsclinicalapplication,theinfluenceofthreefactors(respiration,exercise,andpsychologicalactivity)onthecardiaccontractilitywasmeasuredandanalyzed.Thechangeoftheamplitudeofthefirstheartsound(S1)wasusedasanindexforevaluatingthechangeofthecardiaccontractility.Theresultsshowthattheamplitudeofthefirstheartsoundhasaverysensitiveresponsetotherespirationandexercise.Especially,theexercisehasaverystronginfluencetothecardiaccontractility.TheS1sareofcontinuouslyvaryingamplitude.Cardiaccontractilityvariabilityhasobviousrules:(1)Duringtestofdeepbreathofexercise,therewasacyclicriseandfall(crescendo-decrescendo)ofS1amplitudeineachrespiratorycycle;(2)Duringbreathholding,therewasalsoacyclicriseandfall(crescendo-decrescendo)ofS1amplitude,butobviously,itwasnotrelatedtorespiratorycycle.CCVofhealthysubjectswassignificantlydifferentfromthatofpatientswithheartorlungdisease.Inaddition,afewsubjectsexhibitedchangesafterpsychologicalstresstest:anincreaseofbothS1amplitudeandheartrate.AnalyzingtherulesofS1variabilityandcardiaccontractilityvariabilitymayhavepracticallinicalvalue.Itisworthtostudyfurther.Keywords:Cardiaccontractility,Variability,Heartsound0前言第一心音幅值的变异几乎见于每一例心音图中。作者在心音信号处理过程中发现第一心音幅值的变异存在着一定的规律。第一心音幅值的变异是由呼吸、运动、心理活动、药物、体温、吸烟、疾病等诸多因素引起的，这些因素影响着心脏的变力性、变时性和变传导性状态，而心音图能反映心脏状态的变化。Rice等人认为，第一心音幅值是心肌收缩能力的标准量度［1］。根据心肌收缩能力和第一心音幅值的紧密联系［1～3］，作者提出心肌收缩能力变异性(cardiaccontractilityvariability,CCV)的概念和测试分析方法。为了揭示第一心音幅值变异的规律性和评估心肌收缩能力变异性的临床价值，作者进行了该项研究。1对象和方法1.1对象在该项研究中，受试者为59例心血管疾病病人(高血压25例、肺心病21例、先天性心脏病2例、风湿性心脏病3例、冠心病8例)和65例健康人，年龄16～82岁。其中59例心血管疾病病人和65例健康人做了平静呼吸对心肌收缩能力影响的试验；50例心血管疾病病人和50例健康人做了深呼吸对心肌收缩能力影响的试验；50例心血管疾病病人和50例健康人做了屏气对心肌收缩能力影响的试验；59例心血管疾病病人和65例健康人做了运动对心肌收缩能力影响的试验；20例受试者做了心理应激对心肌收缩能力影响的试验。1.2试验装置和软件环境该项研究应用基于笔记本电脑的心音分析系统(NBHS)作为实验环境。NBHS的硬件由心音传感器、心音信号预处理盒、多媒体计算机、打印机和音箱组成；软件包括基本心音测量系统，其开发环境是VisualBasic4.0和Access关系数据库(Microsoft,Inc.)，用户界面用VisualBasic实现，其应用靶平台是Windows95。由于心音信号在处理过程中经过多次转换，为方便起见，其幅值用屏幕坐标值表示，故未标明单位。1.3呼吸、运动和心理应激对心肌收缩能力影响的试验该项研究中，用心肌收缩能力变异性指数(CCVI)作为评估心肌收缩能力变异性的指标。1.3.1呼吸对心肌收缩能力影响的试验在该试验中，用同一心音图样本中第一心音最大幅值与第一心音最小幅值的比值(S1max/S1min)作为心肌收缩能力变异性指数(CCVIR)。1.3.1.1平静呼吸对心肌收缩能力影响的试验在受试者平静呼吸时记录心音图，并测试同一心音图样本中第一心音最大幅值和最小幅值。比较59例患有心血管疾病病人和65例健康人的CCVIR，并用t检验分析这两组数据之间是否有显著性差异。1.3.1.2深呼吸对心肌收缩能力影响的试验在受试者深呼吸过程中记录心音图，并测试同一心音图样本中第一心音最大幅值和第一心音最小幅值。比较50例患有心血管疾病的病人和50例健康人的CCVIR，并用t检验分析这两组数据之间是否有显著性差异。1.3.2屏气对心肌收缩能力影响的试验在受试者屏气过程中记录心音图，并测试同一样本中第一心音最大幅值与最小幅值，其比值作为心肌收缩能力变异性指数(CCVIBH)。比较50例患有心血管疾病的病人和50例健康人的心肌收缩能力变异性指数(CCVIBH)，并用t检验分析这两组数据之间是否有显著性差异。1.3.3运动对心肌收缩能力影响的试验作者在该项研究中采用心音图运动试验(PCGET)方法［4］。把心音传感器放置于受试者的心前区心尖搏动最明显处。受试者在安静状态下平静呼吸，记录心音图。然后嘱受试者完成爬梯试验(普通楼梯，例如每级约20cm，每段大约10级)，立即记录该受试者的心音图。必要时，还可于运动后每2～3min记录一次。运动水平决定于受试者的心血管状况。心音图运动试验有许多运动方式，在该项研究中采用了两种运动方案：最大运动负荷和最大运动负荷的四分之一。最大运动负荷是指受试者以最大速度登六段普通楼梯。运动试验的终点是症状的限制(心悸，呼吸困难)或者是达到受试者最大心率的85%～100%。作者用心肌收缩能力储备指数(myocardialcontractilityreserveindex,CCRI)作为心肌收缩能力变异指数(CCVIE)。心肌收缩能力储备指数是指受试者在心音图运动试验后S1幅值对安静时S1幅值的倍数。比较59例患有心血管疾病的病人和65例健康人的CCVEE，并用t检验分析这两组数据之间是否有显著性差异。1.3.4心理应激对心肌收缩能力影响的试验作者采用让健康受试者从100倒数到0的方法作心理应激试验，分别记录受试者试验前和试验后的心音图。并用心理应激试验前后第一心音幅值的比值作为心肌收缩能力变异性指数(CCVIp)。计算20例受试者CCVIP的平均值和标准差。2结果由呼吸、运动、心理应激对心肌收缩能力影响试验所得的心肌收缩能力变异指数数据如表1所示。表1由呼吸、运动、心理应激对心肌收缩能力影响试验所得的心肌收缩能力变异指数数据影响CCV的因素评估CCV的指标x±s心血管病人正常人平静呼吸CCVIR*1.778±0.3042.085±0.538呼吸深呼吸CCVIR＃1.848±0.3852.602±0.837屏气CCVIBHΔ1.503±0.3632.431±0.752运动CCVIE3.157±1.7257.372±2.568心理应激CCVIP1.699±0.598*P＜0.05,#P＜0.01，ΔP＜0.01,P＜0.01，在平静呼吸对心肌收缩能力影响的试验中，59例患有心血管疾病的病人心肌收缩能力变异性指数(CCVIR)的平均值为：1.778±0.304，65例健康人心肌收缩能力变异性指数(CCVIR)的平均值为：2.085±0.538，经t检验分析这两组数据得P＜0.05。结果表明这两组数据之间存在显著性差异。在深呼吸对心肌收缩能力影响的试验中，50例患有心血管疾病病人心肌收缩能力变异性指数(CCVIR)的平均值为：1.848±0.385，50例健康人心肌收缩能力变异性指数(CCVIR)的平均值为：2.602±0.837，经t检验分析这两组数据得P＜0.01。结果表明这两组数据之间存在极显著性差异。在屏气对心肌收缩能力影响的试验中，50例患有心血管疾病病人心肌收缩能力变异性指数(CCVIBH)的平均值为：1.503±0.363，50例健康人心肌收缩能力变异性指数(CCVIBH)的平均值为：2.431±0.752，经t检验分析这两组数据得P＜0.05。结果表明这两组数据之间存在显著性差异。在运动对心肌收缩能力影响的试验中，59例患有心血管疾病病人心肌收缩能力变异性指数(CCVIE)的平均值为：3.157±1.725，65例健康人心肌收缩能力变异性指数(CCVIE)的平均值为：7.372±2.568，经t检验分析这两组数据得P＜0.01。结果表明这两组数据之间存在极显著性差异。在心理应激对心肌收缩能力影响的试验中20例健康人心肌收缩能力变异指数(CCVIP)数据的平均值为：1.699±0.598。图1正常状态下记录的心音图平静呼吸、心音图运动前、心理应激试验前记录的心音图如图1所示。深呼吸对心肌收缩能力影响的试验过程中所得到的心音图如图2所示。屏气对心肌收缩能力影响的试验过程中所得到的心音图如图3所示。图2深呼吸对心肌收缩能力影响的心音图图3屏气对心肌收缩能力影响的心音图心音图运动试验后所记录的心音图如图4所示。心理应激对心肌收缩能力影响的试验后所记录的心音图如图5所示。图4运动对心肌收缩能力影响的心音图图5心理应激对心肌收缩能力影响的心音图从各项试验所记录的心音图中，可以看出第一心音幅值呈现周期性波动，且波动的周期和幅值也不尽相同，心肌收缩能力的变异存在一定的规律性。3讨论结果表明，第一心音的幅值对于呼吸和运动的反应非常敏感。特别是运动对第