心肺运动试验与冠状动脉狭窄程度的相关性及其诊断冠心病的临床价值

苗孟丹，信栓力，邵丽莉

冠心病是一种严重威胁人类健康的慢性疾病。流行病学调查显示，近年来我国冠心病患病率和死亡率呈逐年升高趋势，每年因冠心病死亡的人数超过150万例，占总死亡人数的20%[1]。目前诊断冠心病的金标准是冠状动脉造影检查，但其是有创操作，且费用昂贵，增加了病人经济负担。传统的平板运动试验(treadmill exercise test，TET)，虽价格低廉且无创，但灵敏度及特异度均较低，临床误诊率及漏诊率较高。心肺运动试验(cardiopulmonary exercise test，CPET)是一种综合应用呼吸气体监测技术、电子计算机和踏车运动技术，实时监测机体在不同强度负荷运动下气道内气体交换情况及血压、心电等指标，较TET可客观、全面地反映心肺储备功能和运动耐力[2]。有研究表明，CPET的监测指标对冠心病的诊断和筛查具有重要的临床意义[3]。本研究旨在探讨CPET与冠状动脉狭窄程度的相关性及其诊断冠心病的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本研究为单中心、前瞻性研究，选取2019年1月—2019年8月邯郸市第一医院心内科行冠状动脉造影检查的胸痛病人131例。纳入标准：存在心绞痛症状；既往无血运重建术史；至少运动3 min以上。排除标准：急性心肌梗死(3～5 d)；未控制的严重心律失常；急性感染性心内膜炎或心包炎；晕厥；严重主动脉狭窄；未控制的心力衰竭；疑似夹层动脉瘤；急性肺栓塞；未控制的哮喘；肺水肿；呼吸衰竭；下肢深静脉血栓；非心肺系统的急性功能障碍(如肾衰竭、甲状腺毒症)；休息时血氧饱和度≤85%；精神疾病导致不配合；未控制高血压[>200/120 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)]。将131例病人根据冠状动脉造影结果分为观察组(冠状动脉主要大血管或分支管腔狭窄≥50%，66例)和对照组(冠状动脉主要大血管或分支无管腔狭窄或狭窄<50%，65例)。收集所有病人的临床资料，并签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 冠状动脉造影检查 使用西门子Artis Zee Ceiling数字减影血管造影机(DSA)对所有病人行冠状动脉造影，由心内科介入医师完成冠状动脉造影同时判读结果，采用Judkins法进行检查。评价冠状动脉病变的严重程度采用国际公认的Gensini积分：冠状动脉狭窄≤25%计1分，狭窄26%～50%计2分，狭窄51%～75%计4分，狭窄76%～90%计8分，狭窄91%～99%计16分，完全闭塞计32分。根据冠状动脉狭窄部位对心肌供血的重要性，将每个病变部位评分乘以相应的系数，如左主冠状动脉×5，冠状动脉左前降支近段、回旋支近段×2.5，左前降支中段×1.5，右冠状动脉远段、冠状动脉左前降支动脉后外侧、第一对角支、回旋支中远段、钝缘支动脉×1，其他节段×0.5。各节段冠状动脉狭窄病变总和即为Gensini积分，积分越高提示病变程度越严重。

1.2.2 CPET 所有病人行冠状动脉造影之前均采用德国耶格心肺Master Screen PFT System心肺功能仪进行CPET检查，首先向病人介绍检查目的及检查过程需要注意的事项、蹬车转速(平均60 r/min)，熟悉Borg评分表并与病人沟通，运动过程中出现不适症状及时挥手示意；连接心电、血压、指脉血氧饱和度等监测设备，佩戴面罩至舒适位置并保证不漏气；将自行车功率器座椅调至舒适高度。运动方案选择次极量运动试验或症状限制性运动试验，目标心率=(220-年龄)×85%，运动前先进行静态肺功能测定，之后在功率自行车上静息3 min后，以55～65 r/min的速度在无负荷状态下匀速踏车3 min进行热身，再以功率10～15 W/min速度递增，直至达到目标心率或出现症状限制，一般以运动负荷递增到运动峰值时间控制8～12 min为宜[4]，此为极限运动期，之后去掉阻力，继续慢速空蹬自行车约5 min直至停止，此为恢复期。运动过程中连续监测病人耗氧量、血压、运动负荷量、肺通气指标及心电变化。出现下列情况即终止试验：到达目标心率；发生严重心绞痛或急性心肌梗死；运动过程中病人血压≥250/120 mmHg或收缩压下降超过基础值10 mmHg，同时伴有心肌缺血症状；出现面色苍白、皮肤湿冷等低灌注体征；出现腿部酸痛不能继续试验、呼吸困难等症状；持续性室性心动过速；逐渐加重的神经系统症状(眩晕、共济失调等)。

1.3 观察指标 记录病人行CPET检查时到达峰值运动时摄氧量(Peak VO2)、公斤摄氧量(VO2/kg)、氧脉搏(O2/HR)、功率负荷(Load)、代谢当量(Mets)及极限运动期的运动时间(Time)，并根据V-slope法确定无氧阈(AT)。

2 结 果

2.1 两组临床资料比较 共纳入131例胸痛病人，其中观察组66例，对照组65例。观察组高血压、糖尿病、血脂异常患病率及冠状动脉血管病变、Gensini积分均高于对照组(P<0.05)。详见表1。

表1 两组临床资料比较

2.2 两组CPET相关指标比较 观察组Peak VO2、AT、VO2/kg、O2/HR、Load、Mets、Time均低于对照组，差异有统计学意义(P<0.01)。详见表2。

表2 两组CPET相关指标比较(±s)

2.3 CPET相关指标与冠状动脉Gensini评分的相关性分析 相关性分析结果显示：病人Peak VO2、AT、VO2/kg、O2/HR、Load、Mets、Time均与Gensini积分呈负相关(P<0.01)。详见表3。

表3 CPET相关指标与冠状动脉Gensini评分的相关性分析

2.4 CPET相关指标诊断冠心病临床价值的ROC分析 Peak VO2、AT、VO2/kg、O2/HR、Load、Mets、Time诊断冠心病的ROC曲线下面积分别为0.843、0.744、0.850、0.701、0.763、0.855、0.894，均>0.7，其中Time曲线下面积最大，为0.894。Peak VO2灵敏度(96.90%)最高，O2/HR特异度(92.4%)最高。上述7个指标联合诊断冠心病的ROC曲线下面积(0.974)高于任一指标的单独诊断价值，灵敏度为86.40%，特异度为98.50%。详见表4，图1。

图1 CPET相关指标诊断冠心病的ROC曲线

表4 CPET诊断冠心病临床价值的ROC分析

3 讨 论

机体运动是由心脏和肺脏相互协作满足肌肉需氧的增加，通常肺脏代偿能力较强，因此运动一般首先受限于心血管系统。冠心病病人由于存在冠状动脉狭窄，导致心肌供血供氧不足，引起心肌能量代谢异常，心脏收缩功能障碍，心排血量降低，肌肉做功减少，从而引起机体耗氧量、氧利用率等一系列生理指标改变。这些改变无法由传统的无创性检查TET监测，而CPET从生理角度出发，通过监测气道内气体交换，精确评估心脏供血、供氧情况，并且筛查出一些不易被TET发现的早期冠心病病人[5-6]。有研究表明，CPET对冠心病的诊断价值优于TET检查，CPET灵敏度和特异度可达88%，98%[7]。

Peak VO2是指在递增负荷运动试验中，受试者由于各种原因不能维持功率继续增加而达到最大运动状态的每分钟摄氧量，代表循环系统的氧输送能力，是反映心肺功能的重要指标，但易受到体重、年龄、性别等影响。VO2/kg排除了体重对摄氧量的影响，可精确反映心脏功能[8]。AT是指人体到达一定运动强度后，有氧代谢产生的能量不能满足机体需要，无氧代谢开始参与供能时刻即为AT。AT不受主观用力程度的影响，较Peak VO2可反映肌肉线粒体利用氧的能力[9]。Peak VO2和AT可判断心功能损害的严重程度，评估病人心功能状态。有研究表明，冠心病病人Peak VO2低于非冠心病病人[6]。Popovic等[10]研究发现，冠状动脉病变越严重，摄氧量越低，与上述研究结果一致，本研究结果发现，观察组Peak VO2、AT、VO2/kg均低于对照组，且与Gensini积分呈负相关(P<0.01)。O2/HR是摄氧量与心率比值，相当于心脏每搏输出量与动脉-混合静脉血氧含量差的乘积。Munhoz等[11]研究发现，O2/HR降低对心肌缺血有诊断价值，心肌缺血越严重，O2/HR降低越明显。这是由于随着运动负荷增加，冠心病病人心脏每搏输出量降低导致。本研究结果发现，观察组O2/HR低于对照组，且与Gensini积分呈负相关(P<0.05)。Mets是指在静息状态下，由40岁体重为70 kg的正常男性平均每分钟摄氧量计算得来，即1个代谢当量等于每公斤体重每分钟消耗3.5 mL氧。最大运动负荷及运动时间是反映人体运动强度及运动耐量的重要指标[12]。本研究结果发现，观察组Load、Mets、Time均低于对照组，且与Gensini积分呈负相关(P<0.01)，提示冠状动脉狭窄程度越重，运动耐量越低。本研究结果显示，CPET相关指标单独诊断冠心病ROC曲线下面积从大到小依次为Time>Mets>VO2/kg>Peak VO2>Load>AT>O2/HR，分别为0.894，0.855，0.850，0.843，0.763，0.744，0.701。其中Peak VO2灵敏度最高(96.90%)，但特异度较低(59.10%)，O2/HR灵敏度较低(41.50%)，但特异度最高(92.40%)，可见上述指标单独诊断冠心病存在局限。本研究将上述7项指标进行联合诊断，ROC曲线下面积可达0.974，灵敏度86.40%，特异度98.50%，与Belardinelli等[7]研究结果一致。可见联合诊断临床价值优于上述CPET相关指标单独诊断。

本研究存在一定的局限性：入选的病例有限，尚需大规模、多中心的前瞻性研究证实；由于部分病例为冠状动脉微循环病变，可能导致CPET假阳性结果。综上所述，CPET诊断冠心病具有较高的临床价值，可间接反映冠状动脉狭窄程度，且为无创性检查，价格低廉，易于操作，可广泛应用于临床实践。