心肺运动试验

心肺运动试验Cardiopulmonaryexercisetesting(CPET)张灵叶概述•心肺运动试验（cardiopulmonaryexercisetesting，CPET）是指在特定的运动负荷下，通过收集受试者呼出的气体并加以分析，监测机体在运动状态下的各项指标，并同步心电导联监测心电变化，综合评价心肺等器官系统的整体功能和储备能力[1]，与常规肺功能和一般心脏负荷试验不同。历史•经典的道格拉斯气袋法(Dagalasbag)：早期由于没有流量传感器和气体分析器，所以气体代谢测试采用多个测试气袋，受试者的呼出气体经过三通单向阀全部收集到道格拉斯气袋中，每隔一定时间(30秒或1分钟)更换一个气袋，这样整个测试过程就需要几十个气袋。测试完成后，使用化学分析方法分析气袋中的氧和二氧化碳的成分和数量，整个过程缓慢而且非常繁琐。历史•混合气袋法(Mixing-bag)：由于经典的格拉斯气袋法不能做到测试数据的实时(On-line)分析，于是有人就提出呼出气的动态混合概念，即混合气袋法(Mixing-bag)，借助于当时的苹果II计算机、电子气体浓度分析器和流速传感器，在测试的同时得到了气体代谢的数据。这是气体代谢测试技术的一次大的飞跃。混合气袋法比较符合道格拉斯气袋法，缺点是动态性能差，反映迟钝。适合于稳态功率负荷的试验，但该测试方法不能满足短时间快速精确的测量。历史•每口气法(BreathbyBreath)：随着气体浓度分析器分析速度的不断提高，科学家通过提高采样速度减少混合室的大小，获得了和传统混合气袋法一致的测试结果，于是就出现了每口气测试法(BreathbyBreath)，即分析每一口呼出气的气体成分和通气量，这样大大改善了混合气袋分析的动态性能，克服了传统混合气袋法反应迟钝，测试样本少的缺点，成为测试技术上的又一次大飞跃。概述•CPET始于20世纪50年代。•1973年Wasserman[2]等初步介绍了呼吸系统参数的“每次呼吸法”测定方法。•1975年Wasserman[3]进一步提出，所有的运动均需要心肺协调和周围循环与肺循环的协调来完成气体交换作用。•近20余年来，随着科学技术的迅猛发展及流行病学研究的深入，CPET能无创、定量、敏感地评测呼吸系统、循环系统及肌肉摄氧能力之间的关系，并且全面综合地评价全身运动耐力，进而更加广泛深入地应用于指导康复治疗，评定康复治疗效果等。概述•目前，对于心肺运动试验在临床上的应用价值已研究多年，它可以反映人体的气体代谢能力、最大运动能力，揭示心肺病理和病理生理，指导心肺康复和出院后治疗。但是在外科术前预后，及其它系统（如，中风后患者、肿瘤患者等）的具体评定方法、运动训练方案等，仍需要进一步深入研究。测试系统•随着电子计算机和电子传感器技术的发展，运动负荷、心电图和气体代谢变化的测量有机结合产生了CPET（运动负荷气体交换法）。•CPET包括运动气体代谢分析和运动心电负荷试验两部分。测试系统•气体代谢测试通过采集气体样本，使用一口气法、每次呼吸法、运动过程中内呼吸法、动态流量环等多种分析法，获得每口气中摄氧量、二氧化碳排出量等参数，评测运动过程中心脏、肺脏及肌肉的功能及协调能力；•心电负荷试验通过监测安静和运动状态下的心电反应，为心脏功能及其病理研究提供重要参考依据。评估指标——摄氧量(oxygenuptake，VO2)•最大摄氧量（maximaloxygenuptake，VO2max）和峰值摄氧量（peakoxygenuptake，PeakVO2）是机体有氧代谢能力的两项重要指标。•VO2max是指在最大努力运动时摄取的最高氧量，•PeakVO2指运动过程中出现摄氧量的最高值，•正常人两者数值接近。•由于最大运动平台极难出现，通常采用PeakVO2表示最大有氧能力。一般来说，PeakVO2占预计值百分比＜84%提示PeakVO2下降。评估指标——代谢当量(metabolicequivalent，METs)•METs是运动生理学和康复医学领域中最常用来表达各种活动时的相对能量代谢水平的指标，1MET相当于正常成人安静坐位状态下的VO2（平均为3.5ml/kg·min）。评估指标——代谢当量(metabolicequivalent，METs)•判断体力活动能力和预后。•将运动试验所能达到的最高VO2折算为METs或采用间接判断方式确定METs，用以判断体力活动水平和预后以及是否手术治疗的选择参考。判断体力活动能力和预后•5METs65岁以下的患者预后不良•5METs日常生活受限，相当于急性心肌梗塞恢复期的功能储备•10METs正常健康水平，药物治疗预后与其它手术或介入治疗效果相当•13METs即使运动试验异常，预后仍然良好•18METs有氧运动员水平•22METs高水平运动员表示运动强度，制定运动处方•运动强度——靶心率•问题：运动时测定困难；心血管活性药物广泛使用，心率反应难以直接反映运动情况•代谢当量表示运动强度/控制能量摄取与消耗比例，例如糖尿病和肥胖症的康复，采用代谢当量是最佳选择。METs和热卡的关系•热卡是指能量消耗的绝对值，代谢当量是能量消耗水平的相对值，两者之间有明确的线性关系：•热卡＝METs×3.5×kg÷200METs应用•确定每周能耗总量（运动总量）以及运动训练次数或天数。•将每周总量分解为每天总量。•确定运动强度，查表选择适当的活动方式。•将METs总量分解到各项活动中，形成运动处方。•患者男性，肥胖症，100公斤，计划减肥500克/周，每克脂肪热价9千卡，需要额外消耗4500千卡。计划每周锻炼5天。•4500千卡÷5天=900千卡/天。900千卡=520METs•确定采用步行作为主要锻炼方式，每天2次。查表知步行4公里/时=3METs，6.5公里/时=5.6METs•步行4公里/时作为准备活动：3×15=45METs•步行6.5公里/时作为基本训练：5.6×30=168METs•步行4公里/时作为准备活动：3×20=60METs•273METs/次×2次=546METs区分残疾程度•最大METs〈5作为残疾标准。指导日常生活活动与职业活动•确定患者的安全运动强度之后，查表选择合适的活动。•职业活动(每天8小时)的平均能量消耗水平不应该超过患者峰值代谢当量的40%，峰值强度不可超过峰值代谢当量的70%～80%。指导日常生活活动与职业活动•≥7METs：可参加重体力劳动，METs2.8～3.2，峰值METs5.6～6.4•≥5METs：可参加中度体力劳动，METs〈2.0，峰值METs〈4.0•3～4METs：可参加轻体力劳动，METs1.2～1.6，峰值METs2.4～3.2•2～3METs：休息时无不适，可参加坐位工作，不能跑、跪、爬，站立或走动时间不能超过10%工作时间。常用METs值•生活活动–修面1.0步行1.6公里/时1.5-2.0–自己进食1.4步行2.4公里/时2.0-2.5–床上用便盆4.0散步4.0公里/时3.0–坐厕3.6步行5.0公里/时3.4–穿衣2.0步行6.5公里/时5.6–站立1.0步行8.0公里/时6.7–坐床边2.0骑车(中速)5.7常用METs值•自我护理–坐位自己吃饭1.5备饭3.0–上下床1.65铺床3.9–穿脱衣2.5-3.5扫地4.5–站立热水淋浴3.5擦地(跪姿)5.3–挂衣2.4擦窗3.4–园艺工作5.6拖地7.7–劈木6.7常用METs值•职业活动秘书(坐)1.6焊接工3.4机器组装3.4轻的木工活4.5砖瓦工3.4油漆4.5挖坑7.8开车2.8娱乐活动的代谢当量•交谊舞(慢)2.9排球(非竞赛性)2.9•交谊舞(快)5.5羽毛球5.5•有氧舞蹈6.0游泳(慢)4.5•跳绳12.0游泳(快)7.0•网球6.0乒乓球4.5娱乐活动的代谢当量•织毛线1.5-2.0桌球2.3•打牌1.5-2.0弹钢琴2.5•缝纫(坐)1.6长笛2.0•写作(坐)2.0击鼓3.8•手风琴2.3小提琴2.6评估指标——通气当量•二氧化碳通气当量是指呼出1升二氧化碳时，所需要的通气量（ventilation，VE），即VE与二氧化碳排出量（carbondioxideoutput，VCO2）比值，简写为VE/VCO2。•通常VE/VCO2斜率更具有临床意义，且不受运动模式和测试方案影响[4]，VE/VCO2斜率＜30°被认为是正常范围。•氧通气当量是指排出1升氧气时所需要的VE，简写为VE/VO2评估指标——无氧阈(anaerobicthreshold，AT)•AT是指体内无氧代谢比值突然显著升高的临界点。•未达AT前，VE的增加与摄氧量、二氧化碳排出量及运动量相关；•而达无氧阈后，VE/VCO2比VE/VO2更相关，故当VE/VO2急剧升高时，而VE/VCO2没有立即升高，以此时间点来测定AT，是目前认为的最敏感方法。评估指标——氧脉搏(oxygenpulse)•也是重要参数之一，不是直接测量获得，而是通过VO2除以同步测定之而来心率（heartrate，HR），即VO2/HR。•VO2/HR指心脏每搏动一次周围组织所能摄取的氧量或进入肺-血液中的氧量，反映心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，常以ml/次表示。•氧脉搏越高说明心肺功能越好，效率越高。评估指标——呼吸交换率(respiratoryexchangerate，RER)•RER是指肺内VCO2与VO2之比值(VCO2/VO2)。•峰值RER≥1.10通常表示受检者尽到努力，但不是终止指征[1]。评估指标——摄氧量与功率（oxygenuptakerelatedtoworkrate）临床应用——心血管系统•心血管系统的主要功能是气体交换，向工作肌群供给氧气和其他能源，并将代谢产生的二氧化碳清除。•大部分心血管障碍患者的CPET参数主要表现为PeakVO2和AT明显降低，VO2与功率（workrate，WR）的比值（VO2/WR）降至正常值（10ml/min/W）以下。•CPET为心衰患者和成人先心病（adultcongenitalheartdisease，ACHD）患者提供了强有力的预测信息。临床应用——呼吸系统•CPET应用于呼吸系统疾病诊断及预后的优越性在于，通过运动诱发患者的病理性改变，分析得出参数，如PeakVO2、VE/VCO2、血氧饱和度（bloodoxygensaturation，SPO2），协助做出更客观准确的判断。•此外，CPET可以很好地预测COPD患者和肺动脉高压患者死亡率。临床应用——其他系统•CPET对于协助诊断线粒体性肌病也有其特异性。•患者在静息时的数据与健康人相似，但达到峰值运动时，线粒体性肌病患者的运动能力及VO2显著偏低，虽然心输出量差异不大，全身动静脉氧差却显著偏低。•此外，最具特征性的指标为心输出量改变和VO2改变之间的斜率显著增加，约为健康人3倍。临床应用——其他系统•心因性障碍（psychogenicdisorders）患者的CPET参数显示，有正常或者接近正常的运动耐力，在静息或者预测试时出现与代谢反应水平不相符的规律且浅快的呼吸频率(breathingfrequency，BF)。•肥胖症患者的VO2、HR和VE增加，每公斤摄氧量（VO2/kg）却显著下降。心肺运动试验与心脏康复•心脏康复是指综合采用主动积极的医疗、心理、教育、行为及社会活动进行训练与再训练，帮助患者缓解症状，改善心血管功能。•心脏康复涵盖冠心病、高血压、慢性心衰、冠状动脉分流术(coronaryarterybypassgrafting，CABG)后和冠状动脉腔内成型术(percutaneoustransluminalcoronaryAngioplasty，PTCA)后等。其中，康复领域面临的最主要疾病是冠心病[5]。心肺运动试验与心脏康复•CPET可通过测定人体在静息、运动及运动结束后恢复期VO2、VCO2、VE及HR、血压、心电图以及METs等相关指标，掌握患者运动时出现症状，全面客观地把握患者的运动反应、心肺功能储备和功能受损程度，是实施心脏康