心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)在心血管疾病診療中的臨床應(yīng)用

心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)在心血管疾病診療中的臨床應(yīng)用

崔文欣

【摘要】探討心肺運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在心血管疾病診斷和治療中的應(yīng)用價(jià)值。CPET是評(píng)價(jià)人體心肺功能和運(yùn)動(dòng)耐力的無創(chuàng)檢測(cè)方法，通過測(cè)量VO2max、AT、BR、VE/VCO2、VE、VD/VT等多個(gè)臨床指標(biāo)，可同時(shí)評(píng)估機(jī)體各系統(tǒng)的代謝功能狀況。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示CPET已廣泛用于心血管疾病的診斷、心功能評(píng)價(jià)、治療效果和預(yù)后的評(píng)估，并可指導(dǎo)冠心病患者的康復(fù)訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)處方的制定。CPET檢測(cè)結(jié)果客觀、可靠、重復(fù)性強(qiáng)，對(duì)心血管疾病的診治有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)；最大攝氧量；無氧閾；冠心??；心力衰竭

作者單位：100034 北京大學(xué)第一醫(yī)院心內(nèi)科

心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)（cardiopulmonary exercise test，CPET）是用于評(píng)價(jià)人體心肺儲(chǔ)備功能和運(yùn)動(dòng)耐力的無創(chuàng)性檢驗(yàn)方法。是通過測(cè)定機(jī)體在休息、運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)恢復(fù)期每一次呼吸的氧攝取量（VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）、每分通氣量（VE）及心率、血壓、心電圖、血氧飽和度及多個(gè)參數(shù)，綜合評(píng)價(jià)人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及骨骼肌系統(tǒng)對(duì)同一運(yùn)動(dòng)應(yīng)激的整體反應(yīng)，即把人體各系統(tǒng)作為一個(gè)整體，進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。近年來隨著運(yùn)動(dòng)生理學(xué)研究的進(jìn)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，CPET已廣泛應(yīng)用于心血管疾病的診斷、治療和康復(fù)評(píng)估。

1　CPET常用參數(shù)及其臨床意義

1.1最大攝氧量（VO2max）

機(jī)體在運(yùn)動(dòng)時(shí)需氧量增加，氣體交換和心輸出量隨之增加，當(dāng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷增加到一定程度氧攝取量不再增加時(shí)，所測(cè)得的單位時(shí)間內(nèi)最大的氧攝取量，即為VO2max。反映了人體最大的有氧代謝能力和心肺功能及運(yùn)動(dòng)的耐力，是CPET的核心指標(biāo)。一般正常值應(yīng)大于預(yù)計(jì)值（VO2maxpred）的84%。

1.2無氧閾（anaerobic threshold，AT）

人體在運(yùn)動(dòng)中隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷不斷遞增，組織的需氧量超過了機(jī)體的有氧代謝的供氧量，機(jī)體需要通過無氧代謝來提供能量，此時(shí)開始出現(xiàn)無氧代謝的VO2稱為AT，正常值應(yīng)大于VO2max的40%以上。AT和VO2max有關(guān)，也反映了機(jī)體最大的有氧運(yùn)動(dòng)能力，與運(yùn)動(dòng)耐量密切相關(guān)，還能夠反映人體肌肉組織中線粒體利用氧的能力，而不受運(yùn)動(dòng)時(shí)努力程度的影響，因此其可重復(fù)性較強(qiáng)。

1.3最大運(yùn)動(dòng)通氣量（VEmax）

指人體運(yùn)動(dòng)到極量時(shí)的每分鐘最大通氣量。休息狀態(tài)下VE 為5～8 L/min，而運(yùn)動(dòng)時(shí)可增加20～30倍，VEmax可達(dá)到100 ～150 L/min，是機(jī)體代謝需求增加的表現(xiàn)。肺部疾病患者由于通氣灌注比例失調(diào)等原因，同等運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下，通氣需求增大，可造成VEmax升高。

1.4呼吸儲(chǔ)備（BR）

反映機(jī)體最大運(yùn)動(dòng)時(shí)的呼吸儲(chǔ)備能力，即通氣需求與通氣能力之間的關(guān)系。一般用最大通氣量MVV－VEmax表示，（其中MVV是指運(yùn)動(dòng)前靜息狀態(tài)下每分鐘最大通氣量），正常值為（38±22）L/min，或（MVV－VEmax）/MVV%為20%～50%。BR降低是運(yùn)動(dòng)受限的因素之一，是原發(fā)性肺部疾病患者通氣受限的特征性表現(xiàn)。

1.5二氧化碳通氣當(dāng)量（VE/VCO2）

正常狀態(tài)下，二氧化碳通氣當(dāng)量隨著運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加而增加，處于AT時(shí)應(yīng)＜34，最大運(yùn)動(dòng)量時(shí)＜36。二氧化碳通氣當(dāng)量和VE/VO2（氧通氣當(dāng)量）是確定AT的敏感指標(biāo)，也是評(píng)估心衰患者預(yù)后的重要指標(biāo)。

1.6生理死腔與潮氣量比率（VD/VT）

該比值隨著運(yùn)動(dòng)量的增加而減少，正常比值為＜0.28（年齡＜40歲），或＜0.3（年齡＞40歲）。若比值增高，則提示通氣血流比例失調(diào)，或有右向左分流。

1.7肺泡與動(dòng)脈氧分差［P（A-a）O2］

休息狀態(tài)下，［P（A－a）O2］＜10 mm Hg，其隨運(yùn)動(dòng)量的增加而增加，但不超過35 mm Hg，是反映換氣功能的指標(biāo)。

2　CPET在心血管疾病診療中的應(yīng)用

2.1CPET在冠心病診療中的應(yīng)用

冠心病患者早期在臨床上多無不適癥狀，靜息狀態(tài)下心電圖和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷心電圖檢查常無異常發(fā)現(xiàn)，而CPET則是在心電圖和血壓等監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上同時(shí)檢測(cè)了氣體交換和運(yùn)動(dòng)耐量狀況，可早期發(fā)現(xiàn)冠心病患者的運(yùn)動(dòng)能力減退、氣體交換異常和異常反應(yīng)模式［1-2］。

有研究顯示［3］，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)可使患者一氧化氮（NO）生成增加，內(nèi)皮素（ET－1）生成減少，在一定程度上減少了PCI術(shù)后再狹窄的發(fā)生。CPET是冠心病PCI術(shù)后心肺功能評(píng)價(jià)的有效方法，研究結(jié)果顯示［4-5］PTCA術(shù)后患者VO2max、AT、氧脈搏（O2pulse）均較術(shù)前增加，因此冠脈血運(yùn)重建能改善患者心肺功能及運(yùn)動(dòng)能力［6-7］。國內(nèi)陳剛［8］對(duì)15例患者PCI術(shù)前后和康復(fù)訓(xùn)練后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)心肺功能評(píng)定，結(jié)果顯示PCI術(shù)后患者的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和最大運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量提高，運(yùn)動(dòng)中的最大心率和心率增值提高，運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的心電圖ST段壓低改善，最大代謝當(dāng)量（Mets）、每分通氣量（VE）和最大耗氧量（VO2max）顯著提高，康復(fù)訓(xùn)練8～12周后患者的運(yùn)動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，Mets、VE和VO2max進(jìn)一步提高。

冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)（CABG）后早期進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，同樣可以改善冠狀動(dòng)脈血流，提高運(yùn)動(dòng)能力。Engblom等［9］報(bào)告CABG術(shù)后患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)療法和健康咨詢的康復(fù)治療，隨訪時(shí)間5年，結(jié)果顯示治療組體力活動(dòng)能力好于對(duì)照組，并且感覺自我健康及生存質(zhì)量?jī)?yōu)良的患者人數(shù)多于對(duì)照組。

2.2CPET對(duì)心力衰竭患者診斷和預(yù)后的評(píng)估

Weber等［10］于20世紀(jì)80年代提出了Weber心功能分級(jí)，該分級(jí)按照峰值攝氧量及無氧閾水平將左室心功能受損的情況分為A～D共4級(jí)。這種分級(jí)方法較臨床上常用的根據(jù)主觀癥狀判斷心功能的紐約心臟病協(xié)會(huì)（NYHA）心功能分級(jí)更為客觀，更有助于判斷患者的病情和預(yù)后，對(duì)于生存期的預(yù)測(cè)更為精確［11］。

已證實(shí)峰值攝氧量、無氧閾、二氧化碳當(dāng)量斜率是判斷慢性心衰患者預(yù)后的有效指標(biāo)，而其中峰值攝氧量是判斷預(yù)后的最佳指標(biāo)。用峰值耗氧量占預(yù)測(cè)值的百分比（% pred）將心力衰竭的嚴(yán)重程度劃分為輕度（65%～79% pred）、中度（50%～64% pred）、重度（35%～49% pred）和極重度（＜35% pred）［12］。

2.3CPET在心臟康復(fù)中的應(yīng)用

無論是對(duì)正常人還是心肺疾病的患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉都是可以獲益的［13］。2013年ACC/AHA發(fā)布的指南提出，運(yùn)動(dòng)鍛煉可安全有效地改善慢性心力衰竭患者心功能狀態(tài)（I級(jí)推薦，A級(jí)證據(jù)），心臟康復(fù)可改善慢性心衰患者的運(yùn)動(dòng)能力、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和生活質(zhì)量，降低死亡率（IIa級(jí)推薦，B級(jí)證據(jù)）［14］。運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練方案即運(yùn)動(dòng)處方，是康復(fù)鍛煉最重要的組成部分，是心血管病藥物、手術(shù)、器械和心理精神等治療的有效補(bǔ)充。國外薈萃分析顯示，對(duì)AMI患者進(jìn)行健康教育、心理支持及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等綜合的心臟康復(fù)治療，可使總病死率降低20%～25%［15-16］。Goto等［17］的研究中觀察了13 685名AMI患者，21.0%的患者進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療，認(rèn)為對(duì)于無嚴(yán)重AMI并發(fā)癥的患者，出院前在嚴(yán)密醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估和康復(fù)訓(xùn)練是必要的和安全的。

2.4CPET在肺動(dòng)脈高壓診斷中的應(yīng)用

CPET在PAH（肺動(dòng)脈高壓）中的表現(xiàn)特點(diǎn)：最大攝氧量、最大運(yùn)動(dòng)功率、氧脈搏和無氧閾呈中度到重度降低，峰值心率有所降低，而二氧化碳通氣當(dāng)量（VE/VCO2）則升高。PAH患者在運(yùn)動(dòng)早期往往出現(xiàn)呼吸困難或疲勞，其機(jī)制包括（1）通氣血流比例失調(diào)；（2）過早達(dá)到無氧閾，使乳酸增加，氫離子增多，從而刺激機(jī)體使每分通氣量增加；（3）低氧血癥，主要是因?yàn)榉窝艽矞p少，流經(jīng)肺的紅細(xì)胞減少，或右向左分流所致。研究結(jié)果顯示，呼吸困難或疲勞行CPET的患者表現(xiàn)為呼吸儲(chǔ)備減少，VE/VCO2、VD/VT、肺泡動(dòng)脈氧分壓差同時(shí)增加的患者中，有88%右心漂浮導(dǎo)管試驗(yàn)顯示肺血管阻力增高。因此，CPET能夠全面客觀的評(píng)價(jià)PAH患者的活動(dòng)耐量和心功能。

2.5CPET對(duì)臨床藥物療效的評(píng)價(jià)

CPET可用于臨床各種藥物治療的療效評(píng)價(jià)和長(zhǎng)期隨訪觀察。Tanabe等［18］發(fā)現(xiàn)急性心肌梗塞慢性期患者使用西拉普利可減輕運(yùn)動(dòng)治療時(shí)的左心負(fù)荷。Taniguchi等［19］觀察?受體阻滯劑對(duì)CPET的影響，所有患者均顯示有益的結(jié)果，心力衰竭癥狀減輕，氧耗量、無氧閾、運(yùn)動(dòng)時(shí)間無變化，左心室射血分?jǐn)?shù)提高。

2.6CPET對(duì)心血管患者手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估

CPET中AT、VO2max和與患者心臟功能的改變有較強(qiáng)的相關(guān)性［20］，因此，能夠更全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)心臟病患者的心功能狀態(tài)，并對(duì)其作出手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)。Older等［21］通過對(duì)大型腹部手術(shù)老年患者的CPET回顧性分析表明，無氧閾值對(duì)確定術(shù)后心血管并發(fā)癥的發(fā)病率尤為重要，AT值＜11 ml?kg-1?min-1的患者（占總數(shù)的30%）術(shù)后心血管并發(fā)癥病死率為18%，無氧閾值＞11 ml?kg-1?min-1的患者術(shù)后心血管并發(fā)癥病死率僅為0.8%，而心電圖有心肌缺血征象合并無氧閾值＜11 ml?kg-1?min-1的患者病死率高達(dá)42%。也有報(bào)道當(dāng)VO2peak＜14 ml kg-1?min-1、AT＜11 ml?kg-1?min-1應(yīng)考慮暫緩手術(shù)，選擇其他的治療方法［22］。

綜上所述，CPET作為一種無創(chuàng)檢測(cè)手段，在臨床工作中可廣泛應(yīng)用于冠心病患者的診斷及心功能評(píng)價(jià)，指導(dǎo)患者運(yùn)動(dòng)處方的制定及康復(fù)訓(xùn)練，評(píng)價(jià)患者臨床藥物治療效果，評(píng)估手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)預(yù)后。其結(jié)果客觀可靠，重復(fù)性強(qiáng)，在心血管領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］Belardinelli R，Lacalaprice F，Carle F，et al. Exercise-induced myocardial ischemic detected by cardiopulmonary exercise testing［J］. Eur Heart J，2003，24（14）: 1304-1313.

［2］Chaudhry S，Arena RA，Hansen JE，et al. The utility of cardiopulmonary exercise testing to detect and track early-stage ischemic heart disease［J］. Mayo Clin Proc，2010，85（10）: 928-932.

［3］祝善俊，孟素榮. 冠心病患者血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的研究［J］. 中華心血管病雜志，1995，23（6）: 427-428.

［4］Klainman E，F(xiàn)ink G，Lebzelter J，et al. Assessment of functional results after percutaneous transluminal coronary angioplasty by cardiopulmonary exercise test［J］. Cardiology，1998，89（4）: 257-262.

［5］Inbar O，Yamin C，Bar-On I，et al. Effects of percutaneous transluminal coronary angioplasty on cardiopulmonary responses during exercise ［J］. J Sports Med Phys Fitness，2008，48（2）: 235-245.

［6］Ajisaka R，Watanabe S，Yamanouchi T，et al. Effect of percutaneous transluminal coronary angioplasty on exercise ventilation in patients with coronay artery disease and normal left ventricular function［J］. Am Heart J，1996，132（1 pt 1）: 48-53.

［7］Lan C，Chen SY，Hsu CJ，et al. Improvement of cardiorespiratory function after percutaneous transluminal coronary angioplasty orcoronary artery bypass grafting［J］. Am J Phys Med Rehabil，2002，81（5）: 336-841.

［8］陳剛，李京平. 冠心病患者PTCA或支架術(shù)后的康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練［J］.中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，1998，13（4）: 146-148.

［9］Engblom E，Korpilahti K，Hamalainen H，et al. Quality of life and return to work 5 years after coronary artery bypass surgery. Long-term results of cardiac rehabilitation［J］. J Cardiopulm Rehabil，1997，17（1）: 29-36.

［10］Weber KT，Janicki JS，McElory PA. Determination of aerobic capacity and the severity of chronic cardiac and circulatory failure［J］. Circulation，1987，76（6 Pt 2）: VI40-VI45.

［11］Myers J，Gullestad L，Vagelos R，et al. Clinical，hemodynamic，and cardiopulmonary exercise test determinants of survival in patients referred for evaluation of heart failure［J］. Ann Intern Med，1998，129（4）: 286-293.

［12］Sun XG，Hansen JE，Oudiz RJ，et al. Exercise pathophysiology in patients with primary pulmonary hypertension［J］. Circulation，2001，104（4）: 429-435.

［13］Wasserman K，Hansen J，Sue D，et al. Principles of exercise testing and interpretation［M］. 5th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins，2011: 1-8，194-234.

［14］Yancy CW，Jessup M，Bozkurt B，et al. 2013 ACCF/AHA guideline for the management of heart failure: a report of the American Collage of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines［J］. J Am Coll Cardiol，2013，62（16）: e147-e239.

［15］O’Connor GT，Buring JE，Yusuf S，et al. An overview of randomized trials of rehabilitation with exercise after myocardial infarction［J］. Circulation，1989，80（2）: 234-244.

［16］Hedback B，Perk J，Wodlin P. Long term reduction of cardiac mortality after myocardial infarction: 10 year results of a comprehensive rehabilitation programme［J］. Eur Heart J，1993，14（6）: 831-835.

［17］Goto Y，Sumida H，Ueshima K，et al. Safety and implementation of exercise testing and training after coronary stenting in patients with acute myocardial infarction［J］. Circulation J，2002，66（10）: 930-936.

［18］Tanabe K，Suzuki N，Osada N，et al. Effects of cilazapril on exercise tolerance in the chronic phase of acute myocardial infarction ［J］. Jpn Circ J，1996，60（11）: 831-840.

［19］Taniguchi Y，Ueshima K，Chiba I，et al. A new method using pulmonary gas-exchange kinetic to evaluate efficacy of ? blocking agents in patients with dilated cardiomyopathy ［J］. Chest，2003，124（3）: 954-961.

［20］Matsumura N，Nishjima H，Kojima S，et al. Determination of anaerobic threshold for assessment of functional state in patients with chronic heart failure［J］. Circulation，1983，68（2）: 360-367.

［21］Older P，Hall A，Hader R. Cardiopulmonary exercise testing as a screening test for perioperative management of major surgery in the elderly［J］. Chest，1999，116（2）: 355-362.

［22］Boliger CT，Jordan P，Soler M，et al. Exercise capacity as a predator of postoperative complications in lung resection candates［J］. Am J Respir Crit Care Med，1995，151（9）: 1472-1480.

The Clinical Application of Cardiopulmonary Exercise Test in Diagnosis and Treatment of Cardiovascular Disease

CUI WenxinDepartment of Cardiology，Peking University First Hospital，Beijing 100034，China

【Abstract】

Discuss the application value of cardiopulmonary exercise test（CPET）in diagnosis and treatment of cardiovascular disease. CPET is a noninvasive detection method that could evaluate human body’s cardiopulmonary function and exercise tolerance. By measuring several clinical indices such as VO2max、AT、BR、VE/VCO2、VE、VD/VT，the status of human body’s metabolism and function assessed. It is revealed that CPET has been widely applied in diagnosis of cardiovascular disease，evaluation of cardiac function，estimation of treatment effect and prognosis，also regarded as an important guidance of formulating exercise prescription and rehabilitation training plan for patients with coronary heart disease. The result of CPET is objective，reliable and with high repeatability，which could be used as one of the significant guidelines in diagnosis of cardiovascular disease.

【Key words】Cardiopulmonary exercise test，Maximal oxygen uptake，Anaerobic threshold，Coronary heart disease，Heart failure

doi:10.3969/j.issn.1674-9316.2015.20.061

【中圖分類號(hào)】R54

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1674-9316（2015）20-0080-03