1、心、肺功能检查的新进展心肺运动试验简介心肺运动试验简介 自从1986年Weber 等在论著 Cardiopulmonary exercise testing 中总结了他们应用CPET (Cardiopulmonary exercise testing )十年的经 验，1987年Wasserman等在论著Principles of exercise testing and interpretation 中明确提出要 消除心脏运动负荷试验和肺脏运动负荷试验分家 的概念以来，心肺运动功能负荷试验这一把运 动心功能和运动肺功能融为一体的试验方法和试 验内容就在国际上被广泛接受和推行。 心肺功能运动负荷
2、试验简称心肺运动试验（cardiopulmonary exercise test CPET） 是用运动呼吸代谢的方法确定受试者从事体力活动的能力。 人体在运动时，虽然新陈代谢是在肌肉中进行的，但其气 体（O2、CO2）的运输是通过心血管系统和呼吸系统来 完成。如果能够在负荷连续递增的运动全过程中准确的、 不间断的连续监测和分析受试者的通气量和呼出气中的 O2和CO2，再配以连续的血氧饱和度（SaO2）监测、完 全计算机化的12导联运动心电图监测和血压、血乳酸、血 气等监测，就能在不同做功水平准确的诊断出受试者的心、 肺功能状况，又凭借分析受试者在运动各程段的反应和气 体交换，即可推导出相应的疾
3、病。 心肺运动试验就是具备这种功能的一种独特的检查方式和诊断工具。之所以其独特，是由于国内外的学者普遍认为那就是这些诊断不能用其它较容易的诊断方式来完成，但是能够从心肺运动试验所出现的气体交换反应中推导出来。（That is, these diagnoses cannot be made very easily with other diagnostic modalities, but can be inferred from the gas exchange responses to exercise） 现以我院2003年引进的德国耶格公司 Oxycon Delta 心肺运动功能测试系统为例
4、 简要介绍心肺运动试验原理及临床应用。仪器组成：由相互紧密联系的三大部分组成：1）运动系统（踏车或平板）2）生理信号监测输入系统（十二导心电、血压、呼吸气体（面罩式）、经皮血氧饱和度）3）实时连续一口气接一口气（breath by breath）的自动分析及显示系统（气体代谢分析、心电分析、运动功率与心率及气体代谢关系分析）。运动试验方法及运动方案常用的运动方式有功率任意可调的电动踏车和活动平板。由于踏车较之平板具有：可直接控制和准确测定在任意时间的运动功率、运动中心电图干扰小、运动中血压测定方便干扰小、在需要时能容易采集运动各程段血标本、运动方式为主动运动、安全、各年龄段和性别的患者无紧张和
5、运动恐惧感、价格较低等许多优点，所以心肺运动试验普遍采用踏车的运动方式。 运动试验方案：目前均采用症状自限性的方法， 患者准备就绪并测量静息阶段各项指标后，首先以3545转/分零负荷蹬车热身运动三分钟，接着恒以此转速以负荷功率近似线性递增（2瓦/7秒）方式运动，至完成预计运动指标（预计心率和预计运动负荷）或患者不能保持至少35转/分的转速时，卸载负荷继续运动2分钟后停止运动。运动试验全程监测并记录十二导联心电图、血压、血氧饱和度（SpO2）、摄氧量（VO2）、公斤摄氧量（VO2/kg） 、每分钟通气量（VE ）、氧脉搏（O2pulse=VO2/HR）、无氧阈（AT）、呼吸困难指数（DI）、代谢
6、当量（MET）、心率储备（RR）、呼吸储备（Br）等。AT的测量采用V-slope法，以各阶段最大耗氧量的百分数表示，DI的测量以最大耗氧量（VO2max）除以最大运动负荷功率和最大通气量（VE） 既DI=VO2 / W / VE表示。心肺运动试验中常用的监测项目、指标及意义：通过心肺运动试验可以监测提供、推导出多达几十项试验项目的指标，这里仅介绍其最常用的项目和意义： 最大摄氧量最大摄氧量（VO2max）是指运动中每分钟能吸入体内并被身体利用掉的最大的氧的数量。常用绝对值L/min 和相对值ml/kg/min表示。健康人约为23L/min。当在负荷逐渐递增的运动过程中的一定时刻，氧的摄入量（
7、VO2）不再随运动负荷（功率）和心率的增加而增加，出现一个平台，把这时的VO2叫做VO2max。它表示肌体氧利用的最大上限，同时它反映肌体的气体运输系统（肺、心血管、血红蛋白）以及肌肉细胞的有氧代谢是否正常。心、肺疾病及贫血等使氧利用和氧流障碍的疾病均可使VO2max下降。 影响VO2max的生理因素有很多，如性别、年龄、是否经常运动锻炼等。 正常值：大于预计值的正常值：大于预计值的84% 无氧阈无氧阈（anaerobic threshold，AT）国外Fox对无氧阈的定义是：只有当最大只有当最大吸氧量的百分利用率达到一个临界点时，吸氧量的百分利用率达到一个临界点时，身体中才开始聚集乳酸，这个
8、临界点称之身体中才开始聚集乳酸，这个临界点称之为无氧阈。为无氧阈。也就是说无氧阈是指在负荷递增的运动过程中，肌体内的供能方式由有氧代谢向无氧代谢过渡的临界点，此点时体内乳酸的形成率和从血液中的清除率达到动态的平衡。 AT值表明体力活动和心肺系统能为肌肉提供足以维持有氧代谢摄氧量有氧代谢摄氧量的最高水平。由于AT对氧流入组织敏感而一般不受患者是否努力的影响，所以它既可用于运动受限的诊断和鉴别诊断，还可以用于治疗前后的功能评价及锻练效果与运动耐力的评价。 一般用在AT点时VO2占VO2max的百分数表示AT值。 正常人正常人AT 40%VO2max。最大每分钟通气量最大每分钟通气量（VEmax）
9、是指伴随着VCO2的上升而增加的VE，正常情况运动期间的最大通气量VEmax一般可以达到MVV的6070%，VE的增加取决于肺的代偿能力，因而VEmax是呼吸疾病运动受限的关键指标。氧通气当量氧通气当量（VE/VO2或EQO2），是指消耗一升摄氧量时所需要的通气量。是确定无氧阈的最敏感的指标。二氧化碳通气当量二氧化碳通气当量（VE/VCO2或EQCO2）是指排出一升二氧化碳时所需要的通气量。是评估运动试验结果的重要指标。 代谢当量（代谢当量（METMET） 是指在1分钟做1kg的功时肌体所能提供的摄氧量。目前根据健康40岁70kg 男子静息VO2，计算出1MET相当于3.5 mlO2/min.
10、kg。用MET为基本单位表示作功量，有助于制定运动处方、评价运动能力是否丧失以及可将不同运动方案的极量与次极量运动负荷标准化。 由于在某些心血管疾病或肺病患者，VO2并不随运动功率的增加而增加，通过心肺运动试验所测得的指标，有助于解释病人的运动反应。对有呼吸困难症状病人的诊断颇有帮助。 MET与对应的运动方式和运动量MET 相对应的运动方式和量 35用扫耙扫落叶、作轻木工活、打高尔夫球、以4.86.8公里/小时的速度散步。 57做外部木工活、网球轻打、轻负荷背包徒步旅行。 9重体力生产劳动、打手球、打软式网球、以9.7公里/小时的速度跑步。 有学者根据CPET中最大运动负荷时所达到的MET，作
11、为判断心功能是否受损及其程度的指标之一最大运动负荷时MET与心功能状况 MET 心功能状况 7 心功能正常 7 心功能轻度受损 56.9 心功能中度受损 34.5 心功能重度受损 氧脉搏(O2.pulse,VO2/HR)是评价心功能常用的指标之一,是心脏疾病限制运动的关键生理参数。氧脉搏不是直接测量的参数，是由VO2/HR计算出来的。 由于运动早期心脏主要是通过心搏量（SV）的增加使VO2增加，运动后期主要靠心率（HR）的增加，来使VO2增加，当心功能不全时，心搏量不能随着运动负荷的增加而增加，心脏只有通过HR的增加来满足运动着的肌体对氧的需求，HR增大，VO2/HR就减小，反应了心脏的储备功
12、能降低。氧脉搏降低也可见于贫血、高碳氧血红蛋白或严重的动脉低氧血症等动脉血氧含量减少的病症。 公斤摄氧量(VO2max/kg) 是衡量不同的个体完成同样功率负荷的运动能力和综合评价心肺功能的客观指标。具体评估参考标准见下表。根据公斤摄氧量评估运动能力和心肺功能障碍标准 运运 动动 级级 别别 公斤摄氧量公斤摄氧量VO2/kg（ml/kg 运运 动动 能能 力力 备备 注注 160-80 最高强度的竞技比赛：如马拉松、游泳、划船等 优秀运动员 250-59 高强度的娱乐比赛：如爬山、滑雪、踢足球等 34049 中等强度的娱乐比赛：如舞蹈、滑冰等 42539 低强度的娱乐比赛：如赛马、高尔夫球等
13、胜任日常工作 52024 娱乐运动：如走路（7km/h）、骑车（14km/h）等 61019 休闲活动：如走路（5km/h）、作家务活动等 769 少量活动：如坐着或站着干点轻微小活等 来自美国心脏和胸科协会对心肺功能障碍心肺功能障碍的评估标准（VO2max/kg）(ml/kg) 116-20 轻度心肺功能障碍 可康复治疗 210-15 中度心肺功能障碍 胜任外科手术 369 重度心肺功能障碍 能耐受手术，但并发症较多发 46 严重心肺功能障碍 手术禁忌症 呼吸储备（Breathing reserve, BR） 呼吸储备为最大通气量(MVV)与最大负荷运动通气量VE之差的绝对值,或以最大负荷运
14、动通气量占MVV之百分数表示。既:BR=MVV最大负荷运动VE=3822L/min最大负荷运动VE/ MVV=72%15正常情况下的BR男性在VO2=1.5L时, VE=355.4L/min;女性在VO2=1L时, VE=274.4L/ min 正常BR应大于15L/min。 BR降低是原发性肺疾病患者通气限制的特点; BR增高是心血管疾病患者运动限制的特点。 呼吸交换率（Respiratory exchange rate,RER或R） 是指肺内每分钟CO2排出量（VCO2）与每分钟摄氧量（VO2）之比值，也是V-Sslop法确定AT点的依据。RER1时，表示无氧运动。 呼吸商(Respira
15、tory Quotient,RQ) 是反映细胞水平的气体交换率。 肌体只有在恒定状态下，RQ=RER 其它呼吸参数： CPET中还用到其它一些呼吸参数，如潮气量（Vt）、死腔/潮气量（Vd/Vt）、潮气量/吸气肺总量（Vt/IC）、吸气时间/呼吸时间（Ti/Ttot）、肺泡气-动脉氧分压差（P（A-a）O2）（需要采血）、动脉呼气末二氧化碳分压差（P（a-ET）CO2）（需要采血）、氧通气当（VE/VO2）、二氧化碳通气当量（VE/VCO2）、经皮血氧饱和度（SpO2）等。 、心肺运动试验的临床应用 由于CPET是以综合的运动心肺细胞气体代谢藕联为基础的测试手段，又有丰富、科学的综合评价方法和
16、材料来源，因此被广泛的应用于心血管疾病、呼吸系统疾病、不明原因的呼吸困难等许多方面的患者的评价，为这些患者的疾病和症状的诊断和鉴别诊断提供了可靠的依据。CPET的适应症： 1.不能解释的呼吸困难、胸闷气短患者的评价。2.心血管疾病或疑似心血管疾病患者的评价。3.肺及呼吸系统疾病及疑是患者的评价。4.合并存在心、肺疾病患者的心、肺功能评价。5.药物疗效的评价。6.心肺手术或涉及心肺功能状况的外科手术前风险 评价。7.有氧运动能力的评价。8.制定心肺康复的运动处方。9. 功能障碍的评价。10. 近些年来，国内有许多学者和临床工作者还利用CPET进行体动感知式频率适应性心脏起搏器起搏频率和肌体代谢的
17、关系研究、研究慢性阻塞性肺疾病营养状态对运动心肺功能的影响、研究结缔组织疾病患者的早期肺损害等，均取得肯定的结果。CPET的禁忌症 CPET有较广泛的安全适应范围，包括急性心肌梗塞3周后、慢性心力衰竭度 、COPD、运动性哮喘等，但也有禁忌症，主要的禁忌症有：急性心肌梗塞。不稳定性心绞痛。严重心率失常。急性心包炎。心内膜炎严重主动脉瓣狭窄。严重左心功能受损。急性肺动脉栓塞或肺梗塞。严重下肢脉管炎或肢体功能障碍。（二）、心肺运动试验结果的评价和应用 CPET的主要特点是探讨导致患者运动受限的原因，定量的评价心肺功能。患者在试验中因某种原因导致运动受限终止运动，提示肺心血管血液肌肉系统这个环节中的
18、一个或几个系统有病变，结合患者在运动中产生的症状、病史，综合的分析CPET的结果，不难看出患者所患何疾和心肺功能的真正状况。 在CPET过程中由于心血管疾病导致氧运输不足而造成的运动受限，除了胸闷、胸痛的症状和心电图异常外，主要表现为VO2max、O2/HRmax、AT、MET的降低以及较低的运动负荷却产生较高的心率； 心功能不全者并有心率升高时可有SpO2下降。由于呼吸系统疾病慢性气流受限（阻塞性肺疾病）或肺弹性异常（限制性肺疾病）导致运动受限者，除了随着运动负荷的增加气短、呼吸困难加重的症状较为突出外，VO2max、 O2/HRmax降低，AT较低或有时难以确定，其中阻塞性肺疾病由于静息时
19、VD增加因而在运动中通气需要增加，但通气能力限制，表现出MVV及VE max降低可是VE max/MVV比率仍然75%;限制性肺疾病则VE max/MVV50次/分），呼吸困难指数（DI）增高呼吸储备降低（BR28）。 当达到一定运动量时，随着运动负荷的增加，SpO2显著持续下降是间质性肺疾病最具特征性的变化。 与心血管疾病不同的是呼吸系统疾病在运动受限时心率储备（HRR）均较高。 当患者同时患有心血管疾病和呼吸系统疾病时，在CPET中表现出较多的观察指标的异常，且以较重疾病所导致的运动受限的观察指标异常为主。 植物神经功能紊乱及过度肥胖者，在CPET过程中大多除了运动耐力降低，心率上升较快外
20、，心电图、VO2max、 O2/HRmax、 MET均在正常范围。 心肺运动试验是通过定量化的最大摄氧量等指标来衡量心肺功能的。由于它不同于一般的心脏负荷试验和肺功能检查，不受患者主观努力与否的影响 ，因而对于鉴别产生呼吸困难的原因有特殊的价值，尤其是对同时合并有心血管和肺疾病所产生呼吸困难时通过心肺运动试验提供的患者运动心功能和运动肺功能状态，可以明显的区别出呼吸困难的主要原因。 我们对50例主诉活动性呼吸困难、胸闷气短的患者进行测试，测试结果参考WASMAN评定系统进行评定并与健康对照组比较。结果：50名呼吸困难者4例为肥胖性运动性呼吸困难，3例为心理因素及植物神经功能紊乱性呼吸困难，11
21、例为呼吸系统疾病，17例为心血管疾病，9例为呼吸系统疾病合并心血管疾病，4例为运动性高血压，2例为运动性哮喘。其中，心血管病患者最大摄氧量（VO2max）、氧脉搏（O2/HR）、无氧阈（AT）、心率储备（RR），公斤摄氧量（VO2/kg） 、 代谢当量 （MET）减低，与健康组比较有显著差异（p0.05 ）； 呼吸系统疾病患者最大通气量（VEmax）、最大摄氧量（VO2max）、呼吸储备（Br）、血氧饱和度（SpO2）减低而呼吸频率（BF）、呼吸困难指数（DI）增高，与对照组比较差异显著（p0.05）； 合并有心血管疾病和呼吸系统疾病者异常指标增多且主要表现为反应较严重的疾病指标的显著异常，如心血管疾病严重者心率储备（HRR）减低显著，肺疾病严重者呼吸储备减低显著。 过度肥胖者公斤摄氧量（VO2/kg） 、无氧阈（AT）、最大运动负荷（WR max）减低。 心理因素性呼吸困难者无特殊异常指标改变，且在即使达到预计运动负荷的85%以上时也未出现患者日常所常发生的“活动性气短、胸闷”等症状，反而在运动后身体和精神感到舒畅。谢 谢 ！
