心肺运动试验的规范化操作要求和难点-数据分析图示与判读原则*

孙兴国

（中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管病国家重点实验室, 国家心血管病临床医学研究中心，北京 100037）

心肺运动试验的规范化操作要求和难点-数据分析图示与判读原则*

孙兴国△

（中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管病国家重点实验室, 国家心血管病临床医学研究中心，北京 100037）

心肺运动试验是目前唯一的人体心肺代谢等系统整体功能学的检测方法，可以收集以氧气代谢为核心的整体生理学信息。我们用人体功能一体化整体调控理念的全新哲学思维方式来解释呼吸循环调控，并在此理论基础上进行数据分析与解读。只有根据心肺运动试验规范化临床实施操作和数据分析图示与判读原则，才可以为人体功能状态得到一个整体、客观、定量的科学评估，从而达到区分健康、亚健康和疾病诊疗的目的，为多种临床疾病的预防、诊断、鉴别诊断、治疗效果评估、运动康复及预后预测提出优化处理建议。

心肺运动试验；定标；质量控制；标准化操作；数据分析；数据判读

心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing， CPET）作为生命整体调控体系中最重要的人体整体功能学检测方法，在严格实验室管理和高质量的质量控制[1]前提下，将患者从静息状态至运动状态、再至最大极限状态及恢复期全过程中的呼吸、气体交换、心电、血压、血氧饱和度等进行规范化、连续动态监测和数据分析计算，用人体功能一体化整体调控理念[2,3]，以全新方式解释正常呼吸、循环调控[4]为理论基础进行数据解读，以避免传统生理学医学的系统论对氧耗量、通气有效性等需要人体多系统配合共同完成的气体交换指标的片面理解甚至错误理解[5-9]，以便对各种疾病患者整体功能状态进行客观定量的评估，对疾病预防、诊断和治疗(康复)，重症患者预后估计，及可能存在的危机事件进行预测及干预[5-9]。下面，作者将结合多年在美国管理Harbor-UCLA心肺运动实验室工作的经验[7]及国内实际情况，就心肺运动试验规范化临床操作、数据分析图示与判读原则进行讨论。

1 安全为前提的规范化临床实施

“生命在于运动”，正常人均可以安全地进行一定程度的运动。临床上，很多严重心、肺、代谢等疾病患者的症状限制性最大极限运动氧耗量峰值仅仅为其静息代谢率的2～3倍，正常人大便时的新陈代谢率约为其静息状态代谢率的2～4倍，即这类患者在做心肺运动试验时的代谢负担风险基本上等于其正常生活中的排便活动，所以是安全的。

1.1 心肺运动试验的适应证

心肺运动试验是目前整体上无创性客观定量评估人体心、肺、代谢等多系统功能状态的唯一临床试验方法，广泛用于临床诊疗、康复指导、健康管理、职业病防治和个体化医疗等方面，适用于各年龄层次的正常人甚至稳定的危重病人。

1.1.1 临床医学诊疗领域 心肺运动试验广泛用于心、肺、代谢等多种疾病的诊断与鉴别诊断，生理功能评估，疾病严重程度评估，麻醉手术危险性评估，疗效评估，重症患者预后估计，再入院和危机事件预测及指导预防[5-9]。

1.1.2 康复医学领域-指导运动处方的制定 心肺运动试验是唯一能对无氧代谢阈值进行无创伤评估的方法，据此可以客观、定量、精确地制定运动处方，即保证了患者安全，又能取得最佳康复治疗效果[5-9]。1.1.3 职业病防治 职业病患者劳动能力丧失和功能状态评估是个重要的问题，但一直缺乏客观定量的检测手段，心肺运动试验的建立正好填补了这一空白，用于职业病的诊断和评估[5-9]。此外，采用人体功能个体化及一体化健康管理理念，也可指导职业病的预防、早期诊断和功能康复。

1.1.4 现代医学个体化医疗概念 功能和精神正常，无任何病痛和疾病即为健康。正常人群的任何功能检测指标都有其正常值范围与分布；患病前作为正常人群中的一员，只在整体分布中占据一个特定的、或高或低的位置。这个位置恰好正是正常人预计值的几率很小，多数情况下位于正常人预计值之上或之下，就统计学而言位于正常范围内的可能性占95%，另5%的可能是在正常范围之外，这就是该个体该功能指标的特定位置。该个体无功能障碍与疾病时，这些功能指标只受生长发育和衰老退化的影响而呈现一定的规律性变化；当受到疾病影响时，该功能指标测定值明显超出规律性变化的范围，由此可对该个体作出正确的个体化判断。

1.1.5 健康管理新理念 正常人系由不同个体共同组成，如果对所有个体化的功能指标进行个体管理，就可以对国人实施优化的防（疾病预防）治（临床诊断治疗）康（康复）养（养生、养老和养病）一体化健康管理。

1.2 心肺运动试验的禁忌证

在保证安全的前提下，进行症状限制性最大极限运动试验和运动康复，几乎无完全绝对的禁忌证。在Harbor-UCLA心肺运动试验室，只要患者情况允许活动（非卧床），从正常人到需要进行心脏、肺脏或者心肺联合移植的心衰、呼衰患者，均可安全完成本项检查，未发生死亡及严重并发症[7,10-14]。近20年来，我们管理北美200余家医学中心心肺运动试验质量控制和统一判读服务III期临床试验时，即便是NYHA分级Ⅲ和Ⅳ级心衰患者均可安全完成[15-17]。当然，对于主动脉/大动脉夹壁瘤、急性肺栓塞、急性大面积心梗、新近发生或急剧加重且已确诊的心绞痛、多源频发的室性心律失常及进展性血流动力学不稳定的高危险患者，为安全起见，应将症状限制性最大极限运动试验列为禁忌。

2 心肺运动试验实验室和设备要求及气体交换测定系统的定标和质量控制

该内容已有专文论述[1]。

3 试验申请程序和准备工作

3.1 临床医师检查评估患者提出申请

根据正常人健康检查结果，或患者全面检查结果，临床医师可根据需要开出心肺运动试验申请单。应将患者主诉、重要阳性体征、检查结果，已有诊断或怀疑诊断列在申请单上，特别应标明一些相对危险和禁忌的临床情况，供试验医师参考。注明申请测试的目的、要求和其他特殊需要。

3.促进学生创造参与策略。通过对基本知识的学习,学生不能满足于一般的学习任务,还要将所学的知识、方法内化,通过迁移、重组创造性的运用到新的体育知识的学习中,从而深化学生对新知识的理解。这是高层次的参与过程，是学生主动参与的最直接，最彻底的方式。实践中，可以通过集体交流,小组总结将个人学习成果贡献给集体享用,同时接受集体的帮助,享受集体学习的成果。

3.2 病人准备

通知患者穿宽松、舒适的运动鞋、袜和服装，运动前勿饱餐或长时间空腹，勿吸烟或饮用浓咖啡。准备好水杯和饮用水。

3.3 签署知情同意书，告知运动中的注意事项

试验医师首先将心肺运动试验的目的、意义、运动方案、潜在风险和运动中正常反应告诉患者，希望采用提醒、鼓励的方式，在运动中采用非语言方式相互沟通及其意义，并签署书面知情同意书。

3.4 试验准备

告知患者并令其熟悉运动方案、仪器设备和蹬车转速（60 r/min），试戴咬口器和鼻夹（或面罩，作为次选）以保证不漏气，调节自行车功率计座椅和手柄高度至最适位置，熟悉Brog评分表，常见运动停止原因和运动中明显不适时的非语言沟通方法。

3.5 试验医师评估患者，选择确定运动功率递增速率

在自行车功率计优于运动平板、咬口器优于面罩的原则下[1]，医师根据患者心、肺、代谢等疾病的不同严重程度，结合性别、年龄、功能状态选择合适的功率递增速率，达到约10 min完成症状限制性最大极限运动。

3.6 作者强烈推荐使用自行车功率计

4 规范化心肺运动试验实施方案症状限制性“静息-热身-极限运动-恢复”

在静息状态下测定人体的肺功能、心电图，继之连续动态监测记录进出气流、O2浓度、CO2浓度、全导联心电图、血压和血氧饱和度的实时变化。从静息状态（≥3 min），无功率负荷热身运动（≥3 min）,根据性别、年龄、功能状态和疾病严重程度等选择（10～50）W/min的功率递增速率进行症状限制性最大负荷运动，继续记录≥5 min的恢复情况（图1）。正常人主要结合性别、年龄、功能状态选择合适的自行车功率计的递增功率，正常年轻人可以以（30～50）W/min；不同心、肺、代谢等疾病患者，其性别、年龄和功能状态必须结合所患疾病的严重程度，可采用（10～30）W/min，以使达到最大极限运动状态的时间控制在最合适的6～10 min范围。

在心肺运动试验过程中，患者的代谢状态和全身整体反应一直处在应激反应中，务必严密监测，以确保安全。

标准心肺运动试验方案 在静态肺功能、心电图完成后，分别在静息≥3 min、转速60 r/m无负荷热身≥3 min、逐渐递增功率负荷至症状限制性最大极限运动、恢复期≥5 min，连续动态测定各项功能指标变化的数据。

5 心肺运动试验提前停止运动的指证

Fig. 1 Diagrammatic sketch of standard protocol of cardiopulmonary exercise testing

在心肺运动试验过程中，为了患者的安全，在其尚未达到症状限制前，若出现下列危险征象中的一种或多种时，可考虑提前终止运动。⑴头晕、眼花或眩晕等中枢神经系统症状。⑵运动中血压不升反降，下降超过基础静态血压20 mmHg。⑶心电图出现病理性Q波，或严重心律失常，如多源频发的室性心律失常。⑷严重过高血压反应（如收缩压＞300 mmHg)。因安全原因提前停止的运动试验不能称作“最大”，所有使用最大或者峰值氧耗量指标分析的项目都要排除之。当然，亚极限指标如无氧阈值、摄氧效率峰值平台、二氧化碳通气有效性最低值和二氧化碳通气效率斜率等已达到该指标的评测标准，尚可以分析使用。

6 规范化的数据计算和分析计算

6.1 数据分析基本原则

6.1.1 原始呼吸数据的逐秒（s-by-s）切割 首先将每次呼吸（breath-by-breath）原始数据进行每秒数据切割，然后再进行任何所需要的单位时间平均值计算，这样可使数据更加精准[7,10-17]。

6.1.2 不同目的、不同状态下的数据需要进行不同时间周期的平均计算原则 出于不同临床目的，以及在不同生理状态下所测得的数据，其处理原则也不尽相同。从优化临床诊疗应用的角度考虑[7，10-17]，各主要指标的⑴静息状态值平均其最后120 s的数据。⑵热身状态值平均其最后30 s的数据。⑶最大极限运动状态值平均其最后30 s的数据。⑷在无氧阈（AT）状态时的氧耗量值则基本上以10 s值为准。⑸PETCO2@AT和AT则平均AT及之后的60 s的数据，即AT点及之后50 s数据的平均值。⑹但PETO2@AT和@AT（或者）则平均AT及之前60 s的数据，即AT点及之前50 s数据的平均值。⑺最低值选90 s移动平均值的最小数值。⑻氧气吸收通气有效性峰值（OUEP），即最大值，选90 s移动平均值的最大数值。⑼VE/VCO2的斜率，选择从运动开始至通气代偿点（VCP）数据，通过（Y=a+bx）线性回归分析得出（b），但应当特别注意截距（a）的大小及其可能对b的影响。⑽恢复期数值，多以恢复1或2 min时的10 s值表示。

6.2 尽早建立中国人CPET指标的正常值范围和预计值计算公式

心肺代谢各主要功能指标与个体的年龄、性别、身高、体质量及运动方式等有着显著的的相关关系，为正常值预算提供了可靠的理论根据[7，17-20]。我们认为，Harbor-UCLA以办公室工作人员和海港码头工人（非重体力劳动者）为受试人群得出的计算预计公式，比较适合于临床疾病诊断和功能整体评估[7]。

近年来，热点指标OUEP[17,19]，最低值、@AT值(AT时的的值 )及的斜率[20]的预计值公式，更利于临床疾病严重程度和功能状态的评估。

由于心肺运动试验国人的正常值范围尚无较合适的参考文献，希望临床医师共同努力，尽早建立国人正常值范围和预计值计算公式。

7 心肺运动数据的基本图示

用心肺运动试验的10 s平均数据，选择最重要的指标，按新9图[21]进行直观的判读。此外，将以等长的标尺放大到整页图，使用V-斜率法[22]进行AT测定，如利用45°线或三角板进行AT值的直观测定（图2，图2见彩图页XII）。

8 心肺运动数据的基本表格展示

依据心肺运动试验收集信息的10 s平均值，选择主要指标列表，以供数据查阅（表1，表1见彩图页XIII和 XIV）。

此外，还可将不同状态（如上述静息、热身、无氧阈、极限运动和恢复期2 min等）下，各主要指标的平均值归纳为测定指标功能状态列表。

9 心肺运动试验临床报告的最基本要求

心肺运动试验完成后，一般建议72 h（有条件可在24 h）内作出心肺运动试验的临床报告。报告内容主要包括下述6部分。

9.1 患者病史资料及相关信息

9.2 对作CPET前，静态肺功能、静态+运动心电图和血压变化分别进行描述分析

9.3 CPET测试系统装置和测试方案的描述

9.4 首先描述患者在整个CPET检测期间的反应

要对心肺运动是否达到最大极限运动状态和患者努力程度进行描述，患者不能继续运动（停止运动）的主要、次要原因是什么？如果医师从安全因素考虑停止运动，要特别注明。

9.5 传统核心指标的描述

应描述最大耗氧量和无氧阈的测定值、公斤体质量值和%预计值；二氧化碳通气有效性（最低值与斜率）和摄氧效率峰值平台(OUEP)的测定值和%预计值；最大氧脉搏的测定值和%预计值等，以便作客观、定量的整体功能评估。

9.6 最后给予整体系统受限的结论

如果能判明病人运动受限主要是何（心、肺、代谢等）系统疾患所致，可以提出建议。

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Standardizing clinical performance, data analysis, graphics display, interpretation and report for cardiopulmonary exercise testing

SUN Xing-guo△

（State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Research Center of Clinic Medicine for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China）

e cardiopulmonary exercise testing（CPET） is one important clinical functional testing method，which linked to all functions of respiratory, circulatory, metabolic and neurohumoral etc. The most important parameter of CPET is oxygen uptake which can ref l ect the core oxygen metabolic information of the human being’s holistic integrative physiology. We explain why the CPET interpretation needs new philosophy of holistic integrative physiology and medicine. CPET is a unique holistic, objective, quantitative scientific evaluation skill of human function to distinguish health, sub-health and dieases, It can help us to make optimal recommendations for prevention, diagnosis and differential diagnosis, treatment evaluation, exercise rehabilitation and prognosis of many clinical diseases. However, in order to so, we needs pre-qualif i ed and calibrated stable system, standardized clinical practice, data analysis, display illustration and interpretation principle for CPET.

cardiopulmonary exercise testing；holistic integrative physiology and medicine； calibration；quality control； standardized practice； data analysis； display illustration； interpretation

R331

A

1000-6834 (2015) 04-361-008

＊ 【基金项目】国家自然科学基金医学科学部面上项目（81470204）；国家高新技术研究发展计划(863计划)课题(2012AA021009);中国医学科学院国家心血管病中心科研开发启动基金（2012-YJR02)

2015- 06-05

2015-07-05

△【通讯作者】Tel： 010-88398300 ；E-mail： xgsun@labiomed.org