第貳章 文獻探討
本章將分為四節。第一節探討肥胖對於心臟生理之影響的相關文 獻，於分析心磁圖研究結果時可做為參考。第二節探討運動對心肺功能 及心臟結構的影響。第三節探討心磁圖相關的文獻。第四節為本章之小 結。
一、 肥胖對於心臟生理的影響
(一) 肥胖與左心室肥大
肥胖者常常會伴隨許多心血管疾病，如心肌肥大、高血壓、缺血性 心臟病等。許多研究發現，肥胖者的左心室容積(left ventricular volume) 通常比體重正常者大(Morricone et al., 2002)，容積擴大會使得前負荷 (preload)增加，導致左心室肥厚(Pascual et al., 2003)。從生理學的觀點來 看，隨著脂肪組織的增加，會使得血液總量及心輸出量增加，以應付個 體較高的代謝需求(Rosa et al., 2002)；而血液量增加的結果會導致心臟 負荷加重，進而造成心室壁肥厚與心室擴大的現象，且改變的程度會隨 著肥胖的程度與持續的時間而增加(Karason, Wallentin, Larsson, &
Sjostrom, 1997)。
有研究指出肥胖者罹患高血壓的機率是體重正常者的三倍，約有
50%的肥胖者會出現高血壓的症狀(Tasić, Lovic, Hic, Djordjević, & Tasić, 2002)。肥胖者除了前負荷增加會造成左心室肥大之外，也有可能因為 血壓增高使得後負荷(afterload)增加，同樣也會導致心室壁增厚。綜合上 述，肥胖可能對心臟產生雙重負荷，造成心臟結構的改變及功能損害，
進而增加各種心血管疾病發生的風險。
(二) 肥胖與心臟舒張功能異常
由於肥胖導致心臟結構的改變，因此嚴重時可能會造成心臟舒張及 收縮時功能上的損傷。從過去的研究可以發現肥胖者產生心臟舒張功能 異常的情形較多，其中最普遍的異常現象就是肥胖者在心舒期充填的速 度變低，增加心臟舒張的時間(Iacobellis et al., 2002; Morricone et al., 2002)。肥胖對心臟收縮功能的影響則尚無明確的定論，雖然肥胖者有 較高的心輸出量，但是有研究發現，肥胖者射血分率 (ejection fraction) 較小甚至與體重正常者沒有顯著差異(Karason, Wallentin, Larsson, &
Sjostrom, 1998; Peterson et al., 2004)。有研究觀察肥胖者以手術的方式減 重之後，發現受試者除了體重、BMI、血壓下降之外，左心室壁的厚度 也減少了，左心室舒張充填的功能也獲得改善(Karason et al., 1998)。由 此可知肥胖對心臟生理會造成改變，同時也會影響心臟舒張與收縮的功 能。
(三) 肥胖與缺血性心臟病
Denke 提出，肥胖者通常也伴隨著體內有害膽固醇含量較高的問題 (Denke, 1996)，如總膽固醇值（cholesterol total; TC）、三酸甘油脂
（triglyecride; TG）及低密度膽固醇值（low density lipoprotein cholesterol;
LDL-C）。其中 TG 與 LDL-C 均為造成心血管疾病的獨立危險因子，過 高的血脂肪會造成心血管及冠狀動脈阻塞，心肌缺血會使得心肌細胞缺 氧而壞死。因此在電訊號傳輸過程中，當電訊號傳導至心肌受損或壞死 的細胞區域時，會導致電訊號傳輸變慢，甚至無法傳導訊號，而造成心 臟電訊號傳輸方向的改變(吳秉樺，2006)。
二、運動對於心肺功能及心臟生理的影響
(一)規律運動對心肺功能的影響
心肺功能是指身體氧氣供輸系統的整體能力。範圍涵括肺呼吸、心 臟及血循環系統等機能(Chun, Corbin, & Pangrazi, 2000)。由此可知，心 肺功能越佳，個體能夠維持較長時間的運動或是工作而不易疲倦。過去 的研究中發現個體的心肺能力和最大攝氧量之間有密切關係(Blomqvist
& Saltin, 1983; Ekblom, 1970)，多數的研究結果都支持從事三個月以上 的有氧運動，會使最大攝氧量顯著增加(Windecker et al., 2002)。在長期 規律體能活動後，會增進左心室的厚度，其收縮力量也會增強，末梢微
血管密度增加，並減低末梢的血流阻力，且有利於血液循環作用；安靜 時心跳率降低，每跳心輸出量增加，並增大動靜脈血含氧差，使氧氣供 應更有效率。運動訓練對心臟功能的效果會反映於最大攝氧量的增加 (Hagberg, Hickson, Ehsani, & Holloszy, 1980; Hickson, Hagberg, Ehsani,
& Holloszy, 1981)
(二)規律運動對心臟結構的影響
運動訓練過後，可能對於左心室構造產生影響，如左心室質量、左 心室心肌壁厚度增加。在左心室功能上，則可以從舒張末期容積 (end diastolic volume, EDV)、收縮末期容積 (end systolic volume, ESV)、
每跳輸出量 (stroke volume, SV)、射血分率 (ejection fraction, EF)、最高 射血率 (peak ejection rate, PER)、最高填充率 (peak filling rate, PFR)等 方面看到顯著的改變(Pedersen et al., 2002)。而研究發現不同運動形式會 對心臟功能產生不同程度的影響(Barauna et al., 2005; Hinchcliff,
Constable, Farris, Schmidt, & Hamlin, 1997)，這樣的影響不僅造成最大攝 氧量改變的差異(Ekblom, 1970)，還發現阻力訓練不會造成左心室壁增 厚或左心室心舒末期容積的增加(Haykowsky, Gillis, Quinney,
Ignaszewski, & Thompson, 1998; Haykowsky, Teo, Quinney, Humen, &
Taylor, 2000; Pelliccia, Spataro, Caselli, & Maron, 1993)，而耐力訓練則會 造成左心室腔容積增大的現象(Stepien, Hinchcliff, Constable, & Olson,
1998; Thomas, McCormick, Zimmerman, Vadlamudi, & Gosselin, 1992)。
(三)規律運動對血脂的影響
運動過程中所消耗的熱量其實不高，但是運動會增加肌肉組織對於 三酸甘油脂的吸收能力(Greiwe, Holloszy, & Semenkovich, 2000)，同時運 動也會造成體內脂蛋白脂解酵素(lipoprotein lipase，LPL)的活性被抑制 (Mauriege et al., 1997) 。研究發現有規律運動習慣的人在飲食後，食物 的能量輸送至肌肉組織的比例較高，此效應對於體內脂肪的累積與分佈 有決定性的影響(Visser, Launer, Deurenberg, & Deeg, 1997)。由於運動對 於攜帶養分的血液在比例的分配上有指引的效果(Utriainen et al.,
1997)。有研究發現，長期運動者在正常情況下其肌肉組織獲得血液補 給的量為無運動習慣者的3.3 倍，長期運動者在胰島素分泌的情況下則 是無規律運動習慣者的1.7 倍(Ebeling et al., 1993)。而人體內血液的容積 變化量不大，所以肌肉組織與脂肪組織呈現競爭的關係，長期維持規律 運動習慣者，脂肪組織相對所得到的血液補給較少，脂肪組織獲得血液 中葡萄糖與三酸甘油脂的量也相對較少，脂肪細胞的成長就會受到限 制。
三、 心磁圖的發展與應用
磁性在生物體中是一種很基本具備的屬性，除了在組成整個生物體 所具備的原子、質子、電子當中就具有的磁場之外，在人體中許多重要 的生理反應均須仰賴電訊號的傳遞，包括心臟的跳動、骨骼肌收縮、腦 部與神經傳遞訊息等。心臟中心肌細胞傳遞電訊號的動作電位，細胞膜 上的鈉-鉀離子幫浦機制 (sodium-potassium pump mechanism)所發生離 子的流動，都會產生微弱的磁場。超導量子干涉元件 (Superconducting quantum interference devices, SQUID) 是具備有高度敏感性可以用來測 量微弱磁場的精密儀器之ㄧ(Kominis, Kornack, Allred, & Romalis, 2003)。
(一)心磁圖的原理
心磁圖的基本原理為透過生物體內電流訊號傳遞時所產生的磁 場，利用SQUID 對磁性高度敏感的特性來感測生物體磁場的訊號。從 人體心臟所發出的磁場強度約介於10pT~100pT 的範圍，但是在我們的 日常生活中，除了身體內的電訊號會發出的磁場之外，環境中也有許多 的不同來源的磁場。若要準確測量心臟的磁場，首先要克服如何消除各 種自然環境中產生的磁場，這些雜訊強度遠大於心臟磁場達數倍之多，
雜訊包括來自地球的磁場、電器用品中電源的60Hz 的訊號、都市中各 種交通工具 (汽車、捷運、火車、電梯) 所產生的振動。
較常被用來消除雜訊的方式有磁屏蔽屋與梯度 (gradiometer) 兩種 方法(Liao et al., 2003)。屏蔽屋是利用多層的鋁(Al)、銅(Cu)、µ 金屬、
木板所組成，透過磁屏蔽屋的阻擋，可以有效的排除來自環境中的雜 訊，而不至於對磁屏蔽屋內的SQUID 產生干擾。梯度計則是利用 SQUID 對磁場有高度的敏感度，且由於心臟磁場非常微弱只有在貼近心臟的地 方才能被偵測到，所以將兩個SQUID 放在同一個軸上形成梯度來測 驗，貼近心臟的SQUID 同時會測到心臟磁場與環境中的雜訊，而離心 臟較遠的SQUID 只能測量到環境中的雜訊，將兩個 SQUID 的訊號經過 梯度計處理就可以有效消除環境中的雜訊。
簡而言之，心磁圖的原理就是透過磁屏蔽屋以及梯度計的方法消除 環境干擾，以SQUID 磁量計來感應心臟電訊號所產生的磁場。
(二)心磁圖的應用
傳統心電圖測驗必須仰賴電極貼片來接收電訊號，可能會導致接觸 性的阻抗，且心臟的電訊號可能被呼吸或是肌肉動作所干擾而降低準確 性。此外還可能因為電極接頭接觸不良而產生測驗數據的不確定性。有 別於心電圖測驗，心磁圖具有非侵體、非接觸的特性，且心臟磁場的強 度有別於骨骼肌的磁場強度，因此心臟從竇房結所發出的電訊號傳遞至 心臟各部位產生的動作電位，將直接被SQUID 所感應，而不易受到呼 吸與肌肉收縮的干擾(Chen et al., 2004)。另外 64 通道的 SQUID 可以在
短時間內測量到大範圍的心臟磁場訊號，不僅止於接收到時間上的變 化，同時也可以獲得空間上的訊號，應用在臨床上不僅能檢測出是否有 心肌梗塞的情形，更能依據磁場紊亂的部位來找出心肌梗塞的部位 (Chen et al., 2004)。
(三)心磁圖相關研究
有動物實驗發現兔子在經過連續三週餵食高血脂飼料之後，QT 間 隔的時間以及心室再極化的時間差異越來越大 (吳宗曄，2005) 。高血 脂的兔子心磁圖參數 α 角的範圍明顯由原本的第三、第四象限偏移到 第一象限，這樣的情形在對照組正常兔子中則沒有發生 (洪斌峰，
2006) 。
有研究比較了180 位心臟健康的受試者，以及 100 位患有心臟病的 病人十一種不同的心磁圖參數，研究結果發現有四種心磁圖參數準確率 與敏感度均達六成以上，其中又以代表心室再極化時間差異的SIQTC有 最明顯的差異性 (吳秉樺，2005)。蔡明成在 2007 年進行收集了 14 位心 導管手術患者手術前後的心磁圖參數以及66 位心電圖診斷正常的健康 人的心磁圖參數，該研究發現患者與正常人的心磁圖有明顯區別，且患 者在進行過心導管手術後，多項心磁圖參數均有下降的趨勢，心磁圖在 QTC 的等高線圖中能夠區分出病患心肌異常的局部位置。 (蔡明成，
2007 )。
有研究探討以十週深水跑步訓練對女性中老年人心肺適能與心磁 圖之影響，從心磁圖的結果可以發現，經過十週的深水跑步運動訓練之 後，確實能夠增加心跳週期的穩定性 (許靜宜，2007)。目前心磁圖的研 究多在探討運動的瞬間對心臟產生的影響，而長期運動訓練對於心臟各 項心磁圖參數響的研究目前仍十分缺乏。
(四)影響心磁圖參數的因素
目前已知會影響心磁圖的因素包括如下：
1.年齡
年輕人(25 至 50 歲族群)和老年人(50 歲以上族群)之參數比較結果發 現(Chen et al., 2004)，老年族群之休息時心室再極化穩定時間較年輕人 為長，且運動後ST 波和 T 波的強度較低(Chen et al., 2004)。
2.性別
性別之間的差異表現於安靜時或運動後之ST 波和 T 波的強度 (ST amplitude, T amplitude) 以及 ST 斜度 (ST slop) 等項目，且女性數值均 較男性為低，另外在ST 波之心磁圖方向向量 (ST vector orientation) 的 部分，女性運動後的向量方向和男性不同，且女性運動後心室再極化之 穩定時間 (repolarization stabilization interval) 較男性長 (Chen et al.
2004)。
3.運動
國外的研究發現運動時所得到的參數和安靜時不同(Chen et al.
2004)，目前研究多探討運動之即時反應，如以運動導致心肌缺氧現象 發生時以心磁圖量測所得之參數的變化，然缺乏針對運動訓練反應於心 磁圖參數之數值變化。
國內有研究以心磁圖觀察十週深水跑步訓練對於心室收縮及舒張 心臟週期的規律性。結果發現十週深水跑步訓練除了對於中老年婦女的 心肺功能有所改善之外，同時也有助於增加心臟週期的穩定性。(許靜 宜，2007)。
4.健康情形
心臟血管系統方面的疾病和自主神經系統疾病患者於最大攝氧量 和心臟功能表現出負面影響(Bottini et al., 1995; Hilsted, Galbo, &
Christensen, 1980; Hilsted, Galbo, Christensen, Parving, & Benn, 1982)。冠 狀動脈疾病患者之缺血情形，會導致心磁圖所得到的QT 波分散現象和 磁場圖的方向有別於健康人(Hanninen et al., 2002; Hanninen, Takala, Makijarvi, Korhonen et al., 2001; Hanninen, Takala, Makijarvi, Montonen et al., 2001; Takala et al., 2001; Takala et al., 2002)
心磁圖亦被證實可區辨出暫時性的缺血和慢性的缺血(Pesola et al., 1999; Takala et al., 2002)。
四、 本章小結
從文獻探討可知，肥胖對心臟結構會造成相當程度的影響，甚至會 對心臟功能造成損傷。但是肥胖是缺乏身體活動的結果，疾病的產生主 要歸咎於缺乏身體活動，而非將肥胖直接跟疾病劃上等號。透過運動習 慣的養成，肥胖者雖然不見得能夠立即改善體型，但是能夠減少血液中 膽固醇的含量，亦可以改善肥胖者的心肺功能。
心磁圖是量測效果比心電圖更為精確的設備，並且可以得到空間性 的訊號，對於臨床上判斷心肌缺血的區域助益極大(Chen et al.
2004;Tavarozzi et al. 2002a) 。本研究希望藉由心磁圖參數獲得直接證 據，說明規律運動習慣對中年肥胖男性造成的影響，進而在將來能夠以 心磁圖做為評估肥胖者心臟功能的重要指標。
