心肺运动试验在心血管疾病诊疗中的临床应用

心肺运动试验在心血管疾病诊疗中的临床应用

崔文欣

【摘要】探讨心肺运动训练在心血管疾病诊断和治疗中的应用价值。CPET是评价人体心肺功能和运动耐力的无创检测方法，通过测量VO2max、AT、BR、VE/VCO2、VE、VD/VT等多个临床指标，可同时评估机体各系统的代谢功能状况。多项研究结果显示CPET已广泛用于心血管疾病的诊断、心功能评价、治疗效果和预后的评估，并可指导冠心病患者的康复训练和运动处方的制定。CPET检测结果客观、可靠、重复性强，对心血管疾病的诊治有重要的指导价值。

【关键词】心肺运动试验；最大摄氧量；无氧阈；冠心病；心力衰竭

作者单位：100034 北京大学第一医院心内科

心肺运动试验（cardiopulmonary exercise test，CPET）是用于评价人体心肺储备功能和运动耐力的无创性检验方法。是通过测定机体在休息、运动及运动恢复期每一次呼吸的氧摄取量（VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）、每分通气量（VE）及心率、血压、心电图、血氧饱和度及多个参数，综合评价人体呼吸系统、心血管系统、血液系统、神经系统以及骨骼肌系统对同一运动应激的整体反应，即把人体各系统作为一个整体，进行全方位的监测和评估。近年来随着运动生理学研究的进展和计算机技术的进步，CPET已广泛应用于心血管疾病的诊断、治疗和康复评估。

1　CPET常用参数及其临床意义

1.1最大摄氧量（VO2max）

机体在运动时需氧量增加，气体交换和心输出量随之增加，当运动负荷增加到一定程度氧摄取量不再增加时，所测得的单位时间内最大的氧摄取量，即为VO2max。反映了人体最大的有氧代谢能力和心肺功能及运动的耐力，是CPET的核心指标。一般正常值应大于预计值（VO2maxpred）的84%。

1.2无氧阈（anaerobic threshold，AT）

人体在运动中随着运动负荷不断递增，组织的需氧量超过了机体的有氧代谢的供氧量，机体需要通过无氧代谢来提供能量，此时开始出现无氧代谢的VO2称为AT，正常值应大于VO2max的40%以上。AT和VO2max有关，也反映了机体最大的有氧运动能力，与运动耐量密切相关，还能够反映人体肌肉组织中线粒体利用氧的能力，而不受运动时努力程度的影响，因此其可重复性较强。

1.3最大运动通气量（VEmax）

指人体运动到极量时的每分钟最大通气量。休息状态下VE 为5～8 L/min，而运动时可增加20～30倍，VEmax可达到100 ～150 L/min，是机体代谢需求增加的表现。肺部疾病患者由于通气灌注比例失调等原因，同等运动强度下，通气需求增大，可造成VEmax升高。

1.4呼吸储备（BR）

反映机体最大运动时的呼吸储备能力，即通气需求与通气能力之间的关系。一般用最大通气量MVV－VEmax表示，（其中MVV是指运动前静息状态下每分钟最大通气量），正常值为（38±22）L/min，或（MVV－VEmax）/MVV%为20%～50%。BR降低是运动受限的因素之一，是原发性肺部疾病患者通气受限的特征性表现。

1.5二氧化碳通气当量（VE/VCO2）

正常状态下，二氧化碳通气当量随着运动强度的增加而增加，处于AT时应＜34，最大运动量时＜36。二氧化碳通气当量和VE/VO2（氧通气当量）是确定AT的敏感指标，也是评估心衰患者预后的重要指标。

1.6生理死腔与潮气量比率（VD/VT）

该比值随着运动量的增加而减少，正常比值为＜0.28（年龄＜40岁），或＜0.3（年龄＞40岁）。若比值增高，则提示通气血流比例失调，或有右向左分流。

1.7肺泡与动脉氧分差［P（A-a）O2］

休息状态下，［P（A－a）O2］＜10 mm Hg，其随运动量的增加而增加，但不超过35 mm Hg，是反映换气功能的指标。

2　CPET在心血管疾病诊疗中的应用

2.1CPET在冠心病诊疗中的应用

冠心病患者早期在临床上多无不适症状，静息状态下心电图和运动负荷心电图检查常无异常发现，而CPET则是在心电图和血压等监测的基础上同时检测了气体交换和运动耐量状况，可早期发现冠心病患者的运动能力减退、气体交换异常和异常反应模式［1-2］。

有研究显示［3］，进行运动康复可使患者一氧化氮（NO）生成增加，内皮素（ET－1）生成减少，在一定程度上减少了PCI术后再狭窄的发生。CPET是冠心病PCI术后心肺功能评价的有效方法，研究结果显示［4-5］PTCA术后患者VO2max、AT、氧脉搏（O2pulse）均较术前增加，因此冠脉血运重建能改善患者心肺功能及运动能力［6-7］。国内陈刚［8］对15例患者PCI术前后和康复训练后进行运动心肺功能评定，结果显示PCI术后患者的运动时间和最大运动负荷量提高，运动中的最大心率和心率增值提高，运动诱发的心电图ST段压低改善，最大代谢当量（Mets）、每分通气量（VE）和最大耗氧量（VO2max）显著提高，康复训练8～12周后患者的运动时间延长，Mets、VE和VO2max进一步提高。

冠状动脉旁路移植术（CABG）后早期进行康复训练，同样可以改善冠状动脉血流，提高运动能力。Engblom等［9］报告CABG术后患者进行运动疗法和健康咨询的康复治疗，随访时间5年，结果显示治疗组体力活动能力好于对照组，并且感觉自我健康及生存质量优良的患者人数多于对照组。

2.2CPET对心力衰竭患者诊断和预后的评估

Weber等［10］于20世纪80年代提出了Weber心功能分级，该分级按照峰值摄氧量及无氧阈水平将左室心功能受损的情况分为A～D共4级。这种分级方法较临床上常用的根据主观症状判断心功能的纽约心脏病协会（NYHA）心功能分级更为客观，更有助于判断患者的病情和预后，对于生存期的预测更为精确［11］。

已证实峰值摄氧量、无氧阈、二氧化碳当量斜率是判断慢性心衰患者预后的有效指标，而其中峰值摄氧量是判断预后的最佳指标。用峰值耗氧量占预测值的百分比（% pred）将心力衰竭的严重程度划分为轻度（65%～79% pred）、中度（50%～64% pred）、重度（35%～49% pred）和极重度（＜35% pred）［12］。

2.3CPET在心脏康复中的应用

无论是对正常人还是心肺疾病的患者进行运动锻炼都是可以获益的［13］。2013年ACC/AHA发布的指南提出，运动锻炼可安全有效地改善慢性心力衰竭患者心功能状态（I级推荐，A级证据），心脏康复可改善慢性心衰患者的运动能力、运动时间和生活质量，降低死亡率（IIa级推荐，B级证据）［14］。运动康复训练方案即运动处方，是康复锻炼最重要的组成部分，是心血管病药物、手术、器械和心理精神等治疗的有效补充。国外荟萃分析显示，对AMI患者进行健康教育、心理支持及运动训练等综合的心脏康复治疗，可使总病死率降低20%～25%［15-16］。Goto等［17］的研究中观察了13 685名AMI患者，21.0%的患者进行了运动康复治疗，认为对于无严重AMI并发症的患者，出院前在严密医学监护下进行运动功能评估和康复训练是必要的和安全的。

2.4CPET在肺动脉高压诊断中的应用

CPET在PAH（肺动脉高压）中的表现特点：最大摄氧量、最大运动功率、氧脉搏和无氧阈呈中度到重度降低，峰值心率有所降低，而二氧化碳通气当量（VE/VCO2）则升高。PAH患者在运动早期往往出现呼吸困难或疲劳，其机制包括（1）通气血流比例失调；（2）过早达到无氧阈，使乳酸增加，氢离子增多，从而刺激机体使每分通气量增加；（3）低氧血症，主要是因为肺血管床减少，流经肺的红细胞减少，或右向左分流所致。研究结果显示，呼吸困难或疲劳行CPET的患者表现为呼吸储备减少，VE/VCO2、VD/VT、肺泡动脉氧分压差同时增加的患者中，有88%右心漂浮导管试验显示肺血管阻力增高。因此，CPET能够全面客观的评价PAH患者的活动耐量和心功能。

2.5CPET对临床药物疗效的评价

CPET可用于临床各种药物治疗的疗效评价和长期随访观察。Tanabe等［18］发现急性心肌梗塞慢性期患者使用西拉普利可减轻运动治疗时的左心负荷。Taniguchi等［19］观察ß受体阻滞剂对CPET的影响，所有患者均显示有益的结果，心力衰竭症状减轻，氧耗量、无氧阈、运动时间无变化，左心室射血分数提高。

2.6CPET对心血管患者手术风险的评估

CPET中AT、VO2max和与患者心脏功能的改变有较强的相关性［20］，因此，能够更全面、准确地评价心脏病患者的心功能状态，并对其作出手术风险的预测。Older等［21］通过对大型腹部手术老年患者的CPET回顾性分析表明，无氧阈值对确定术后心血管并发症的发病率尤为重要，AT值＜11 ml•kg-1•min-1的患者（占总数的30%）术后心血管并发症病死率为18%，无氧阈值＞11 ml•kg-1•min-1的患者术后心血管并发症病死率仅为0.8%，而心电图有心肌缺血征象合并无氧阈值＜11 ml•kg-1•min-1的患者病死率高达42%。也有报道当VO2peak＜14 ml kg-1•min-1、AT＜11 ml•kg-1•min-1应考虑暂缓手术，选择其他的治疗方法［22］。

综上所述，CPET作为一种无创检测手段，在临床工作中可广泛应用于冠心病患者的诊断及心功能评价，指导患者运动处方的制定及康复训练，评价患者临床药物治疗效果，评估手术风险，指导预后。其结果客观可靠，重复性强，在心血管领域有较好的应用前景。

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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

【中图分类号】R54

【文献标识码】A

【文章编号】1674-9316（2015）20-0080-03