基于心音特征分析结合肌钙蛋白检测的心脏疲劳综合评估研究

Sudden cardiac death is an important issue in the prevention and treatment of cardiovascular diseases.The study of cardiac fatigue contributes to reveal the rule and possibility of the transition from cardiac fatigue to cardiac damage or sudden cardiac death, It is also beneficial for athletes selection, training and competition arrangement,and for cardiac function evaluation of the people during cardiac rehabilitation. In a preparatory study, responses of the hearts of rabbits to strenuous exercise could be observed during the entire course of the repeated exhaustive experiments, from rest to cardiac fatigue to overfatigue even to death due to exhaustion, and new manifestations of dying, such as the second heart sound alternans, were found, which can provide reference information for the exploration of the precursor of karoshi.Aiming at the difficult problems in studies of cardiac fatigue in the international arena，this study combines with the extraction of heart sound feature analysis, blood troponin detection and echocardiographic parameters, to perform a comprehensive assessment of the cardiac fatigue, designs a research for histochemical and morphological measurements of the cardiomyocytes of rabbits, explores the relation of direct and indirect evidences of cardiac damage, reveals the possibility and regularity of the transition from cardiac fatigue to cardiac damage, validates the "troponin physiological release hypothesis" to interpret the mechanism of detectible or elevated cardiac troponin in healthy persons at rest or during cardiac fatigue. The purpose is to establish a method for cardiac fatigue evaluation. To detect the phenomenon of cardiac fatigue and provide references for finding the sign of short and long term of the sudden cardiac death or the death from overwork.

心脏性猝死是心血管疾病防治中的重要问题，心脏疲劳研究有助于揭示从心脏疲劳向心肌损伤甚至心脏性猝死转变的可能性和规律，同时有益于运动员选材、训练和参赛安排，以及心脏病康复者的心功能评估。预研表明，能在反复力竭实验中观察到家兔从静息状态到疲劳状态再到过劳状态甚至力竭致死全过程中心脏对高强度运动的反应，并发现第2心音交替等新的濒死现象，为过劳猝死先兆的探索提供参考信息。鉴于此，针对国际上心脏疲劳研究中的难题，项目拟在心脏疲劳家兔实验模式下，将心音特征分析结合血液肌钙蛋白检测、超声检测等进行心脏疲劳的综合评估；设计家兔心肌细胞组化和形态检测，探索心肌损伤的直接证据和间接证据的关系，揭示心脏疲劳向心肌损伤转变的可能性和规律；进一步验证“肌钙蛋白生理性释放假说”来阐明健康人静息和心脏疲劳时肌钙蛋白检出或升高的机理，建立一种心脏疲劳综合评估方法，为捕捉心脏疲劳现象、探索过劳和心脏性猝死先兆提供参考依据。

心脏性猝死是心血管疾病防治中的重要问题，心脏疲劳研究有助于揭示从心脏疲劳向心肌损伤甚至心脏性猝死转变的可能性和规律，同时有益于运动员选材、训练和参赛安排，以及心脏病康复者的心功能评估。. 首先本项目选择新西兰白兔进行运动实验，采用多道生理信号采集系统采集心音信号，同时采集白兔的外周静脉血，送至医院检测其血清肌钙蛋白I（cTnI）、肌红蛋白（Myo）和肌酸激酶同工酶（CK-MB）等指标。基于心音特征指标、心脏标志物指标、心音信号探索了运动过程中的白兔心功能变化并进行了分析。在基于心音特征指标的研究中，通过对采集的心音信号提取心脏储备指标、各类熵值等特征，并进行特征分析，发现存活样本和猝死样本在心脏储备指标、各类熵值中均存在显著差异；在基于心脏标志物指标的研究中，通过对血液肌钙蛋白等心脏标志物指标含量的分析发现，存活样本运动前后变化，说明运动致心脏疲劳，休息后恢复，而死亡样本在力竭游泳运动中达到心脏过劳状态，可能出现心肌损伤。此外，进行了基于CNN-GRU深度学习网络的白兔运动性猝死预测研究，发现基于深度学习网络可以对白兔运动性猝死有一定的预测效果。. 其次，以长期参加高强度训练的军人为研究对象，基于前期动物实验和相关文献的调研、分析，设计军人武装越野跑运动实验方案，采集运动前后不同时间节点的心音、心电信号和血样，检测血样中血清肌钙蛋白I（cTnI）的含量。通过运动前后各时间点军人心音特征分析，发现运动后心脏储备能力有增强的趋势；经过对cTnl的含量变化分析，发现cTnI未出现显著升高或降低，说明军人在实验过程中未出现心肌损伤情况。. 最后，以长期训练的高水平运动员为研究对象，设计运动实验并采集运动前后不同时间节点的心音信号，提取了运动前后各时间点运动员心音时域特征和非线性域特征，统计分析了不同时间对应特征的差异，进一步地，将心音信号转化为频谱图，将其输入卷积神经网络，分析了运动后不同时间点的心功能变化情况。