左室功能不全所致的慢性心力衰竭患者心肺運(yùn)動試驗聲明實施和解釋建議(2)

劉杰,李壽霖編譯,胡大一審校

譯者單位:1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院,北京市 100068;2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院心血管內(nèi)科,北京市100068;3.北京大學(xué)人民醫(yī)院心臟中心,北京市100044。

(接2010年第5期)

死腔通氣

氣道和肺內(nèi)不能參與氣體交換的理論氣體容積構(gòu)成了死腔通氣(VD)?？煞譃椤跋盗兴狼弧?以前稱“解剖死腔”)和“肺泡死腔”。系列死腔大致上由口、咽和大氣道的容積組成,其絕對容積基本上不隨時間變化。相對于肺泡通氣(VA),肺泡灌注不足或匹配不良時,肺泡死腔增加。在正常情況下,肺泡死腔的絕對容積隨運(yùn)動(如果心輸出量迅速上升且匹配良好)而減小,但如果心輸出量不能充分增加或者匹配不良時,肺泡死腔通氣也可增加。

生理死腔與潮氣量的比值VD/VT構(gòu)成了通氣-灌注匹配不良的一個指標(biāo),可通過Bohr方程進(jìn)行計算:

VDvalve表示面罩和氣閥死腔容積。通過PETCO2對PCO2的無創(chuàng)評估不可靠,對經(jīng)動脈采樣計算的真實值估計偏低。

靜息時VD/VT的范圍在0.3～0.5,但運(yùn)動時可降低到0.2。在肺病患者,由于肺泡的通氣和灌注均有異常,比值在靜息時升高而在運(yùn)動時不降低。

CHF患者運(yùn)動期間可能不能恰當(dāng)?shù)亟档蚔D/VT,這可導(dǎo)致運(yùn)動高通氣。盡管未直接測定系列和肺泡死腔的成分,但它們似乎都參與了這一現(xiàn)象。較嚴(yán)重的心力衰竭患者具有更快速和更淺的呼吸形式,同時潮氣末與動脈之間的PCO2也增加,表明肺泡死腔增大。肺泡死腔的增大必然來自運(yùn)動期間的通氣/灌注匹配不良。VE/VCO2與肺動脈高壓嚴(yán)重程度及心輸出量之間的相關(guān)性表明肺血管收縮和肺血流量減少是潛在的促成因素。肺血管張力的異常調(diào)節(jié)可導(dǎo)致肺內(nèi)不均勻的血流分布。另外,假定心輸出量的增加是血流均勻分布的主要促進(jìn)因素,那么心輸出量的減少將不利于運(yùn)動期間血流分布的改善。

VE/VC O2斜率

VE/VCO2斜率是近年來出現(xiàn)的最流行的CHF評估參數(shù),并且是最有力的CHF預(yù)后評估指標(biāo)之一。從運(yùn)動開始直到RER,VE與VCO2呈線性關(guān)系,之后 VE與VCO2的增加不成比例。RER前的VE/VCO2關(guān)系斜率表明感知血中PCO2變化觸發(fā)通氣反應(yīng)的化學(xué)感受器的功能增強(qiáng)。研究已經(jīng)顯示,VE/VCO2斜率與肺死腔的增大、肺血流的減少、以及肌肉動力感受器(ergoreceptor)的激活有關(guān)。

CHF中這一斜率增高:正常值在 20～30,而在 CHF中,此值可達(dá)80左右。經(jīng)訓(xùn)練或治療后VE/VCO2得到改善。VE/VCO2斜率似乎比VO2peak能更好地預(yù)測預(yù)后,尤其是在以下兩種情況:①次極量運(yùn)動;②使用β阻滯劑治療。通過治療,預(yù)后得到改善,VO2peak一般保持不變或僅輕微增加,而VE/VCO2斜率降低。

VE/VCO2斜率是通過全部數(shù)據(jù)還是僅在達(dá)到RQ時進(jìn)行計算,尚存在爭議:使用所有的點(diǎn)似乎能增加預(yù)后價值。

攝氧效率斜率(the oxygen uptake efficiency slope),描述了運(yùn)動期間VO2與VE對數(shù)之間的線性關(guān)系,是另一個在次極量運(yùn)動時可以獲得的參數(shù)。此斜率在心力衰竭時降低。

心輸出量

運(yùn)動時心輸出量(CO)增加以滿足組織代謝需求的增加。根據(jù)Fick方程(方程(1)),正常個體的 CO是VO2的線性函數(shù)。

CO最初的增加是通過SV和 HR的增加來完成的,之后在中高強(qiáng)度的運(yùn)動中,幾乎全部通過HR的增加來完成。運(yùn)動期間對心率反應(yīng)的評估能夠?qū)π墓δ茏龀龉烙嫛Ｐ妮敵隽康脑黾又饕擅宰邚埩档?vagal withdrawal)和循環(huán)或神經(jīng)系統(tǒng)中兒茶酚胺的增加所驅(qū)動。已經(jīng)提議通過CPET試驗間接測定運(yùn)動期間的心功能(HR、HR-VO2關(guān)系、O2脈)。

心率(HR)

鑒于SV的輕微變化,根據(jù)Fick方程可以得出,HR測定應(yīng)該是運(yùn)動期間心功能的簡易評估方法。在健康個體,HR增加與VO2的增加近似線性關(guān)系。HR的增加最初由迷走張力降低所介導(dǎo),隨后幾乎全部通過交感神經(jīng)活性的增加所介導(dǎo)。運(yùn)動期間達(dá)到年齡預(yù)測最大心率,?？醋魇菢O量或近似極量運(yùn)動的反映,提示獲得了VO2max。但通常不推薦使用這一指標(biāo)作為嚴(yán)格的運(yùn)動終點(diǎn)。當(dāng)使用最大心率進(jìn)行估計時,已經(jīng)注意到同一年齡組內(nèi)的明顯變異(10～15次/min),因此可能使解釋復(fù)雜化,例如減慢心率的藥物所產(chǎn)生的影響。

HR-VO2關(guān)系

此關(guān)系在低功率直立運(yùn)動時常常不成線性,隨著功率增加至最大的過程中,變?yōu)橄鄬€性的關(guān)系。此關(guān)系可通過斜率和回歸曲線的位置進(jìn)行描述。HR-VO2關(guān)系是SV和C(A-V)O2的函數(shù)(見下)。在無貧血、分流和缺氧的情況下,SV越高,HR及其變化率越低。在一定的VO2下,肺病患者的HR高于正常人,提示其SV必然低于正常,因心輸出量與正常個體相似。這可能反映了去適應(yīng)的,或者相對非匹配的通氣對運(yùn)動的限制,以及動態(tài)的過度充氣對血流動力學(xué)的影響。氧含量不足(缺氧、貧血、碳氧血紅蛋白等)致O2運(yùn)輸降低的患者、O2利用異常(代謝性肌病)的患者,以及去適應(yīng)患者在獲得或接近最大心率時可能也具有增高而陡峭的HR-VO2關(guān)系。

O2脈(VO2/HR)

VO2與HR的比率稱為“O2脈”,反映每次心跳對氧的萃取。O2脈已用于運(yùn)動期間對心搏量的估計,但這種方法一直存在爭議,特別是對于氧不飽和的患者。根據(jù)改良的Fick方程,O2脈在數(shù)值上等于SV與C(A-V)O2的乘積。

在正常情況下,因運(yùn)動中SV與O2萃取均增加,O2脈隨運(yùn)動遞增而增加。在接近最大功率時,假定此時C(A-V)O2最大并相對恒定,則O2脈的變化形式將與SV的變化形式相同步。在VO2與HR呈線性增加的這一范圍內(nèi),O2脈的基本特征似乎是雙曲線的,低功率時快速升高,隨后緩慢趨向漸近線。隨著功率的增加而出現(xiàn)的較低、無變化的平坦O2脈可能源于SV的降低或者骨骼肌對O2利用的進(jìn)一步下降,或者存在運(yùn)動誘發(fā)的缺血。因此,低O2脈可能反映去適應(yīng)、心血管疾病以及通氣限制、肺病或癥狀所致的過早的運(yùn)動受限。

CHF患者運(yùn)動中CO反應(yīng)受損決定于上面提到的所有指標(biāo)的變化。對運(yùn)動的變時性能力不足預(yù)示預(yù)后不良:峰值運(yùn)動時HR＜135次/min的CHF患者與HR＞144次/min的患者相比生存率下降。同樣,在CHF中 HR-VO2關(guān)系斜率和 O2脈下降:運(yùn)動期間HR的進(jìn)行性增高未能從VO2呈比例的增高中得到充分反映。然而,這些變化對CHF無特異性,許多其他因素可能影響這些變化,例如,房室傳導(dǎo)阻滯和治療(β阻滯劑、鈣拮抗劑)。

血壓反應(yīng)

隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加,心輸出量分布的反射性控制引起血壓和血管阻力的一些特征性變化。工作肌中局部的介導(dǎo)因子導(dǎo)致強(qiáng)烈的血管舒張,以增加血流滿足代謝需要。另外,非工作肌因交感神經(jīng)活性的反射性增加而引起血管收縮。最終結(jié)果是全身的血管阻力降低,但收縮壓一般隨VO2的增加而升高。如果左心功能能夠保持心輸出量的增加,舒張壓一般保持不變或可能輕微降低。血壓反應(yīng)的異常形式包括過度升高、升高不足或降低。

血壓的過度升高常見于已知的靜息高血壓患者,但靜息血壓正常時運(yùn)動中血壓的異常升高也提示為血壓控制異常。如果血壓隨運(yùn)動不升高或下降,則強(qiáng)烈提示心臟受限或血壓的交感神經(jīng)控制異常。如果隨運(yùn)動強(qiáng)度的增加而血壓下降,應(yīng)該立即停止運(yùn)動試驗,因為這種反應(yīng)可能提示嚴(yán)重的異常,如心力衰竭、缺血或血流受阻(如主動脈狹窄、肺血管疾病或中心靜脈阻塞)。

像CO的其他指標(biāo)一樣,CHF患者的血壓反應(yīng)受損,在進(jìn)行性運(yùn)動期間血壓的升高不良。收縮壓＜120 mmHg提示運(yùn)動耐量減低(VO2peak＜14 ml/min·kg)并反映預(yù)后不良。影響CO指標(biāo)的解釋因素也影響對血壓反應(yīng)的解釋。

第二部分 如何在慢性心力衰竭中實施心肺運(yùn)動試驗

該部分將強(qiáng)調(diào)與心肺運(yùn)動試驗(CPET)的儀器設(shè)備、方法學(xué)、運(yùn)動方案、試驗執(zhí)行和質(zhì)量控制等相關(guān)的基本、實用的信息。CPET使用者有責(zé)任保證測量的準(zhǔn)確性。進(jìn)行CPET,尤其是在做逐次呼吸氣體交換分析時,要求一絲不茍地注意校準(zhǔn)過程,確保測量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。對試驗監(jiān)督和解釋、對患者準(zhǔn)備和告知等方面的個人技能和知識是正確實施CPET的關(guān)鍵特征。試驗完成后,檢查者需要以一定的格式編排試驗結(jié)果,這種格式應(yīng)該能夠能最大可能地鑒別反應(yīng)特征,即建立關(guān)注變量的“解釋集”。下文有CPET的總結(jié)性數(shù)據(jù)報告示例,闡明應(yīng)該并入最終報告的最重要信息。為何要在慢性心力衰竭患者中進(jìn)行心肺運(yùn)動試驗

在稍微用力甚或休息時出現(xiàn)伴有呼吸困難和乏力的運(yùn)動受限是慢性心力衰竭(CHF)的主要癥狀?；谶@些特征,目前把這一臨床疾病定義為心臟和外周代償機(jī)制被激活,以部分或完全代償左室功能受損的綜合征。左室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)減低的患者,其運(yùn)動容量的范圍很寬,其中一些患者的運(yùn)動容量峰值接近正常。運(yùn)動時乏力和呼吸困難不僅與心臟因素有關(guān),也包括其他幾種機(jī)制,如外周骨骼肌變化(即過早的肌肉酸化)的中心作用,表現(xiàn)為CPET的結(jié)果異常(在次極量和峰值工作負(fù)荷時VO2max降低、VE不成比例地增加)。

運(yùn)動中通氣的增加繼發(fā)于CO2的增加。但對于相同的工作負(fù)荷和CO2生成量來說,CHF患者因呼吸頻率較快而表現(xiàn)為更大的通氣。分鐘通氣量/二氧化碳生成量斜率(VE/VO2斜率)是運(yùn)動耐量的決定因素之一,是CHF預(yù)后的最有力預(yù)測因素之一。骨骼肌的代謝狀態(tài)通過肌動力感受器的激活而受到中樞的監(jiān)測。這些感受器的纖維行走于脊髓丘腦側(cè)束,增加通氣和交感傳出,導(dǎo)致遠(yuǎn)端非運(yùn)動血管床收縮,最后對血壓產(chǎn)生影響并可能使心率輕微增加。它們對肌肉的代謝狀態(tài)很敏感,但具體的觸發(fā)機(jī)制尚不清楚。它們的特性必然包含骨骼肌異常與CHF中乏力、呼吸困難、過度通氣和交感激活特性之間的聯(lián)系。這種“骨骼肌學(xué)說”提出了與神經(jīng)內(nèi)分泌激活相似的另一惡化過程(圖1)。左室功能的減低啟動了一系列的代謝事件,導(dǎo)致骨骼肌的廢用和骨骼肌的代謝和功能異常。

圖1 慢性心力衰竭的骨骼肌學(xué)說

運(yùn)動肌群過早代謝窘迫引起的反應(yīng)是肌動力反射的過度激活,使患者感到肌肉乏力和呼吸困難,反射性地導(dǎo)致非運(yùn)動血管床過度的交感驅(qū)動和運(yùn)動的通氣反應(yīng)增加。

傳統(tǒng)的運(yùn)動心電圖負(fù)荷試驗對運(yùn)動耐量不能提供可重復(fù)性的指標(biāo),因而引入CPET對CHF患者進(jìn)行功能評估、危險分層和治療選擇。CPET的一般適應(yīng)證列于表1。風(fēng)險和禁忌證

表1 CPET總的適應(yīng)證

一般來說,癥狀限制性的 CPET是相對安全的。ACC/AHA已對絕對和相對禁忌證作了修改,同時應(yīng)該參考用藥史和體格檢查做進(jìn)一步的排除(表2)。盡管在CHF患者中實施CPET常常受限于乏力或氣短,但應(yīng)該認(rèn)識到還有其他更需要優(yōu)先考慮的終點(diǎn)(表3)。環(huán)境條件

表2 CPET的禁忌證

急性心肌炎或心包炎急性主動脈夾層嚴(yán)重的矯形限制相對禁忌證(若運(yùn)動的獲益超過風(fēng)險,可以考慮運(yùn)動試驗)左主干冠狀動脈狹窄中度狹窄的瓣膜心臟病電解質(zhì)異常嚴(yán)重的高血壓快速或緩慢心律失常肥厚型心肌病或其他形式的流出道梗阻不能充分完成運(yùn)動的精神或軀體障礙高度房室傳導(dǎo)阻滯

表3 終止運(yùn)動試驗的指征

CPET實驗室應(yīng)該足夠大,以擺放所需設(shè)備并在緊急情況下易于出入搶救患者。復(fù)蘇和運(yùn)動設(shè)備必須一并擺放以利于在運(yùn)動設(shè)備旁立即進(jìn)行心肺復(fù)蘇。所有運(yùn)動負(fù)荷實驗室都必須配備報警裝置,以便迅速召集附近人員參加搶救。表4詳細(xì)列舉了CPET實驗室所需設(shè)備和人員。

實驗室應(yīng)該采光好,并有溫濕度控制:需要帶有溫度計和濕度計的氣壓站來校準(zhǔn)氣體交換分析儀并控制環(huán)境條件。一般來說,22℃對運(yùn)動是合適的,盡管在有新鮮空氣的充分循環(huán)下可以短暫接受達(dá)26℃的運(yùn)動溫度。主觀努力評價表應(yīng)該醒目可見,以便精確界定所采取的運(yùn)動的強(qiáng)度(表5)。類比量表可用于評價乏力、呼吸困難和下肢疼痛等癥狀的強(qiáng)度。

表4 呼吸功量計實驗室:設(shè)備和人員

血壓計平板或踏車測力計血壓測量脈搏血氧飽和度氣體交換測定容量/氣流裝置:容量測定和氣流測定氣體分析儀或質(zhì)譜儀一次性材料(接口管、面罩、口水接收器、收集管、清潔材料)校準(zhǔn)材料(大容量注射器,軟管)復(fù)蘇設(shè)備人員人員數(shù)目取決于測量項目和患者安全保護(hù):醫(yī)生/心內(nèi)科醫(yī)生和護(hù)士

表5 主觀努力量表

呼吸氣體交換測定設(shè)備要求一絲不茍地維護(hù)和校準(zhǔn)以保證理想使用,由訓(xùn)練有素的人員實施試驗并解釋結(jié)果。臨床實驗室必須在心臟科醫(yī)生的指導(dǎo)下工作,這些心臟科醫(yī)生必須有高級心血管生命支持的證書,有運(yùn)動生理學(xué)的專業(yè)知識和CPET校準(zhǔn)、質(zhì)量控制、操作和解釋等方面的訓(xùn)練。監(jiān)督和解釋所需的技能和知識在ACC/AHA臨床技能聲明中有所陳述。技能保證所需操作次數(shù)尚未確立客觀標(biāo)準(zhǔn)。對無機(jī)會接受正規(guī)CPET訓(xùn)練的心臟科學(xué)醫(yī)生來說,可能需要3年的經(jīng)驗(最少150次操作)代替正規(guī)訓(xùn)練。為了能持續(xù)勝任CPET,要求定期、連續(xù)的操作:偶爾為之的操作可能導(dǎo)致解釋的錯誤或偏差。醫(yī)生為保持監(jiān)督和解釋的勝任而應(yīng)該完成的運(yùn)動試驗數(shù)目尚未確立(基于循證標(biāo)準(zhǔn))。鑒于對代謝測定進(jìn)行解釋所需要的數(shù)據(jù)量,試驗完成后需要極其認(rèn)真地進(jìn)行計算機(jī)處理。ACC/AHA臨床技能聲明認(rèn)為在臨床實踐中可由兩名醫(yī)生合作以確保恰當(dāng)完成心肺運(yùn)動試驗:一人監(jiān)督試驗,一人解釋結(jié)果。前者負(fù)責(zé)試驗的執(zhí)行,鑒于CHF患者的特點(diǎn),其應(yīng)該在整個試驗過程都在場,以連續(xù)觀察患者,在緊急情況下做出反應(yīng)。后者是否在場不做嚴(yán)格要求。除了醫(yī)生外,操作人員還包括訓(xùn)練合格的護(hù)士、運(yùn)動生理學(xué)專家、物理治療師或?qū)ｉT的醫(yī)療技師。實驗室所需人員的數(shù)量取決于測量項目(運(yùn)動中有創(chuàng)參數(shù)的評估,如乳酸血癥或血?dú)夥治?和患者的臨床狀況。

患者準(zhǔn)備和信息

患者的合作是優(yōu)化CPET臨床診斷價值所必需的。通常,如果患者有充分的告知和指導(dǎo),他們將會在疾病許可的范圍內(nèi)做最大努力,從而提供足夠的信息,獲得可靠的解釋。鑒于這一原因,應(yīng)該對患者做仔細(xì)的準(zhǔn)備(表6):為了從試驗中獲得一致的信息并盡可能減少患者的焦慮,建議給予患者書面(試驗前)和口頭(試驗中)信息。在試驗初期或預(yù)備階段,建立簡單有效的交流方式至關(guān)重要,因為患者使用了面罩和接口管后不可能進(jìn)行言語表達(dá):患者的注意力應(yīng)該集中于癥狀水平評價表和運(yùn)動強(qiáng)度評價表上(表5)。另外,患者還需要一定時間熟悉設(shè)備(表6)。完整的呼吸測定評估,加上最大自愿通氣(MVV)測定、靜息血?dú)夥治?懷疑低氧血癥時)、血細(xì)胞計數(shù)和了解藥物治療均有助于對CPET做出解釋(表6)。了解患者平時的活動水平有助于選擇最合適的運(yùn)動方案。

患者在運(yùn)動前應(yīng)該戒煙至少8 h。試驗前2 h通常允許清淡的早餐。

表6 試驗前信息:恰當(dāng)實施CPET前必知信息

設(shè)備

對CPET數(shù)據(jù)的恰當(dāng)解釋取決于準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集和正確的計算。因此,對設(shè)備的充分認(rèn)識和所采用的運(yùn)動模式是理想運(yùn)用CPET的基本前提。

呼出氣體收集

運(yùn)動中分鐘通氣量(VE)的測定要求患者通過鼻夾和接口管密封口鼻,使所有吸進(jìn)和呼出的氣體都通過呼吸閥。

經(jīng)面罩或接口管進(jìn)行氣體采樣。帶鼻夾的接口管因不漏氣(特別在高水平通氣時)而為首選設(shè)備,但給緊張的患者帶來不適,并產(chǎn)生過多唾液。面罩較易耐受,但在高水平運(yùn)動時常難以除外漏氣。

理想的呼吸閥可防止吸入和呼出氣體的污染,無呼吸阻抗,死腔小,體積小重量輕,不產(chǎn)生渦流,易于清潔消毒,價格低廉。單閥設(shè)計均不理想?，F(xiàn)有呼吸閥有3個口,分別接進(jìn)氣、出氣和患者,均有死腔。死腔容積和閥阻抗之間的恰當(dāng)平衡是我們所希望的:對于健康個體,因必須容納高水平通氣而適合選用低阻抗閥(具有較高的死腔通氣),而對于CHF患者則可能首選具有稍高阻抗的低流速閥。

使用覆蓋鼻口的面罩與使用鼻夾和接口管相比,通常有稍高的死腔。新的面罩有較低的死腔(40 ml),不易漏氣,更舒適。

氣流感知裝置

氣流感知裝置產(chǎn)生與氣流成正比的信號,再與時間整合而產(chǎn)生氣體容量。在自動代謝計算圖表中使用4種氣體感知測定計:呼吸速度描記器、渦輪機(jī)、空速管和風(fēng)速計(表 7)。理想的傳感器必須重量輕、死腔小、運(yùn)動中氣流阻抗低、可防止水蒸氣或唾液的影響。呼吸速度描記器、壓力分辨裝置

這些裝置是管道內(nèi)小的電阻元件。其兩端與兩個小的彈性塑料管相接以連接高敏壓力分辨?zhèn)鞲衅?。電阻元件的一系列毛?xì)管(Fleisch型呼吸計)在有氣體通過時可以產(chǎn)生微小的壓力下降(1.2～1.3 cmH2O,1 cmH2O=98.0665 Pa),其壓力分辨與通過的氣流成正比。新的呼吸計相對不受位置和濕度變化的影響,在其功能范圍內(nèi)有不錯的線性反應(yīng)。3號Fleisch呼吸計因在高達(dá)5～10 L/s的氣流范圍內(nèi)具有線性反應(yīng),因而適合健康成人和CHF患者。呼吸計的不足之處是可受氣體溫度變化和成分變化的影響:在環(huán)境溫度下呼出氣體與呼吸計的接觸可產(chǎn)生凝集,阻塞元件小管,改變裝置的校準(zhǔn)特性,產(chǎn)生顯著的測量誤差。充分而經(jīng)常地給呼吸計加溫可防止這些問題。

表7 CPET設(shè)備:測定容量和流量的方法

渦輪機(jī)

在氣流管道內(nèi)一般使用極輕、低阻抗的旋轉(zhuǎn)葉片或葉輪來測定氣流。在很高氣流下葉片的每一次旋轉(zhuǎn)可被光電池裝置檢測到,光束中斷的次數(shù)可被計數(shù)并相加,從而得出氣體流量。渦輪機(jī)對溫度、濕度和氣體成分的變化相對不敏感,但可因葉片的摩擦和慣性而產(chǎn)生線性問題。

空速管

這是一種在液體中測定流速的裝置:測量直接面向液流方向的壓力和垂直于液流方向的壓力(靜壓力),得出壓力差值。根據(jù)Bernoulli定律,液體流動的速度與壓力差的平方根成正比,而根據(jù)裝置的橫斷面,可計算出液體流量。空速管的優(yōu)點(diǎn)為非阻抗性:它們對呼吸氣體成分變化的線性關(guān)系和敏感性需要復(fù)雜的矯正,以達(dá)到輸出的線性化。

風(fēng)速計(質(zhì)流傳感器)

它們依賴于氣體層流產(chǎn)生的冷卻作用。氣體通過極薄的加熱導(dǎo)線,導(dǎo)線的溫度與氣體的質(zhì)量和流量成比例地下降,需要通過反饋電路提供更多的電流以維持導(dǎo)線在恒定的預(yù)設(shè)溫度。所供應(yīng)的電流與氣流成正比,整合時間后得出氣流量。

氣體分析儀

可以精確測定氧耗量,包括氧(用力呼氣氧濃度,FEO2)和二氧化碳(用力呼氣二氧化碳濃度,FECO2)的分濃度。

質(zhì)譜儀

這是一種極快、極精確的分析裝置,但由于昂貴、體大和維護(hù)等原因,在許多實驗室不可能使用。所采樣的氣體通過電子束轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姾傻碾x子,電子束在電場中加速并受磁場環(huán)境的支配:磁場中離子的方向取決于它們的質(zhì)量/電荷比率。不同的離子代表著不同的氣體,可被適當(dāng)定位的檢測器所檢測,每一檢測器均產(chǎn)生高電壓輸出,與單位時間內(nèi)撞擊集電極的離子數(shù)目成正比。

氧氣分析儀

根據(jù)不同的原理,現(xiàn)代代謝計算表中常用3種氧氣分析儀。

通過設(shè)計極譜電極或直流電“燃料電池”,產(chǎn)生與氧氣壓力成比例的穩(wěn)定電流:這些電極很小,適用于便攜系統(tǒng),但壽命短(6～12個月),存在某些穩(wěn)定性問題。

順磁分析儀是目前最常用的類型,利用氧的順磁特性,使懸掛于磁場中的充氮玻璃啞鈴旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的量或者說消除這種旋轉(zhuǎn)所需的電流與采樣氧濃度有直接的比例關(guān)系。這些分析儀穩(wěn)定,幾乎不需維護(hù)保養(yǎng),在逐次呼吸研究中反應(yīng)迅速。

氧化鋯燃料電池使用電化直流電池,由帶多孔鉑金的鈣穩(wěn)定氧化電解溶液組成。多孔鉑金是一種選擇性通過氧離子的半透膜。這些分析儀精確穩(wěn)定,很少需要保養(yǎng)。

二氧化碳分析儀

最現(xiàn)代的分析儀依賴二氧化碳吸收紅外線的事實。紅外光通過含有一定量二氧化碳的小室,傳遞的光量與已知定值比較。差值與采樣中二氧化碳的分濃度成比例關(guān)系。

代謝測定技術(shù)

現(xiàn)有3種評估分鐘通氣量(VE)、攝氧量(VO2)和二氧化碳生成量(VCO2)的方法:Douglas袋、混合室和逐次呼吸模式(表8)。

袋收集

為金標(biāo)準(zhǔn)?？墒褂煤唵卧O(shè)備進(jìn)行,需要大的氣體容量進(jìn)行測定(采用容量可變袋,通常容量為100～300 L),評估氣體濃度不需分析者的快速反應(yīng)?；炯夹g(shù)包括收集呼出氣體進(jìn)入收集袋,一定時間后,測定氧耗和二氧化碳的濃度,計算 VO2和VCO2。

表8 CPET設(shè)備:代謝測定方法

混合室

呼出氣體通過帶有障板的小室(通常為5～15 L),采用上述的氣流設(shè)備在混合室遠(yuǎn)端連續(xù)測定O2和CO2的濃度,呼出氣的平均(每15～20 s)濃度和相應(yīng)的容量用于計算VO2和VCO2,經(jīng)30～60 s做平均值。對于遞增運(yùn)動試驗來說,VE和呼出O2和CO2濃度變化緩慢,因此,設(shè)計良好、固定容量的混合室的精確性和忠實性可與逐次呼吸系統(tǒng)相當(dāng)。

逐次呼吸法

這種方法在每次呼吸期間對氣流和濃度采樣,獲得每次呼吸的O2和CO2吸入和呼出容量。計算每次呼吸的CO2生成量和攝O2量,經(jīng)一定時間累計所有呼吸的測定量,報告出VO2和VCO2。為得到精確的結(jié)果,必須盡可能連續(xù)地測定VE和氣體濃度。流量測定幾乎可以瞬時進(jìn)行,而氣體濃度信號因需要?dú)怏w沿采樣管傳送到儀器而有些延遲。在進(jìn)行逐次呼吸整合時,臨時重調(diào)氣體濃度和流量信號是很重要的。逐次呼吸的數(shù)據(jù)收集和分析最受關(guān)注:這一方法的可信性取決于為校正(每一測定變量的)聯(lián)合測量誤差所建立和實施的規(guī)則系統(tǒng)。

氣體交換測定和計算

袋收集、混合室和逐次呼吸法均采用同一套計算VO2和VCO2的基本方程,即:

VI、VE表示同步收集的氣體(吸入和呼出)容量,FIO2和FEO2分別表示吸入和“混合”呼出氣體的 O2濃度,t表示氣體容量測定的時間。此方程既有吸入又有呼出氣體容量,但其中僅一種需要測定,通常為呼出容量:

FIN2為吸入N2濃度,FEN2為混合呼出 N2濃度(袋內(nèi)),STPD表示標(biāo)準(zhǔn)化至標(biāo)準(zhǔn)溫度(0℃)、海平面氣壓(101.3 kPa)和干燥空氣。

校準(zhǔn)操作和質(zhì)量控制

氣體交換分析是一項不完美的科學(xué)。如果不遵循一定的操作則會產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。導(dǎo)致CPET結(jié)果錯誤的兩個主要原因是校準(zhǔn)錯誤和漏氣。為確保獲得的數(shù)據(jù)有效,技師必須具備氣體交換分析的基本技能,必須維護(hù)質(zhì)量控制,并有能力發(fā)現(xiàn)錯誤和錯誤的潛在原因。應(yīng)該在試驗前的校準(zhǔn)中、試驗期間和解釋結(jié)果時識別錯誤。也應(yīng)該考慮廠家提供技術(shù)服務(wù)的能力,即便是有經(jīng)驗的使用者有時也會發(fā)現(xiàn)需要與公司服務(wù)部聯(lián)系以獲得幫助。在購買代謝系統(tǒng)的談判中務(wù)必包括服務(wù)合同。

定期質(zhì)量控制試驗常常先假定代謝測定裝置和測力計處于正常工作狀態(tài)。例如,常常通過給正常人做運(yùn)動試驗,將給定強(qiáng)度下測定的呼出氣體和容量與該工作強(qiáng)度下的預(yù)計值相比較來判斷代謝系統(tǒng)的有效性。如果測力計未恰當(dāng)校準(zhǔn),則會在代謝測定中發(fā)現(xiàn)“錯誤”。

好的做法是每天都對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn),并編寫校準(zhǔn)手冊,從而發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)期趨勢。校準(zhǔn)報告應(yīng)該包括周圍環(huán)境論證,以及氣流儀、O2和CO2分析儀的精確性(表9)。每天的校準(zhǔn)可從測定周圍的大氣壓、溫度和相對濕度開始,因此實驗室必須有氣壓計、溫度計和濕度計。CPET前對容量、氣流設(shè)備和氣體分析儀的校準(zhǔn)操作報告列于表10。尚需進(jìn)行其他的校準(zhǔn)操作,只是不那么頻繁。踏車測力計和平板機(jī)應(yīng)每年校準(zhǔn)。

表9 校準(zhǔn)報告中應(yīng)包括的信息

對靜止期的分析很重要,可提供一些深入的認(rèn)識。在測定氣體交換時需要靜止等待3～4 min以保證獲得穩(wěn)定狀態(tài)?；€VO2應(yīng)該介于3～5 ml/min·kg之間,但在嚴(yán)重心力衰竭患者中可發(fā)現(xiàn)更低的值,如果通氣正確通過,則呼吸交換比(RER)應(yīng)該低于0.90。在這一階段可以觀察到通氣振蕩,這是周期性呼吸的結(jié)果,總是與嚴(yán)重的循環(huán)衰竭和/或肺動脈高壓有關(guān)。機(jī)制尚不很清楚,但似乎與極低的氧運(yùn)輸動力學(xué)和化學(xué)反射的刺激增加有關(guān)。在功率增加的過程中,通氣振蕩趨于減弱或消失。

表10 CPET前的校準(zhǔn)操作

(未完,待續(xù))