不同功率递增速率对正常人心肺运动试验整体功能的影响Ⅱ—亚极限运动相关指标的影响*

郝 璐，孙兴国，宋 雅，刘 方，台文琦，葛万刚，李 浩，张 也，陈 荣，邹昱馨,5，马铭欣,4，夏 蕊,4，黄 燕,4，谢友红

（1.国家心血管病中心 中国医学科学院阜外医院，北京协和医学院心血管疾病国家重点实验室 心血管疾病国家临床医学研究中心，北京 100037；2. 河南省人民医院，郑州 450003；3. 重庆医科大学附属康复医院，重庆 400050；4.辽宁省大连儿童医院，大连 116000；5.聊城市立医院儿童医院，山东 聊城 252000）

心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing,CPET）测得的无氧阈、通气有效性相关指标、单位功率摄氧量等亚极限指标因为不需要受试者尽最大努力即可测得，并且可以很好评价受试者的功能状态以及预测心衰患者预后而在临床上得到很广泛的应用。无氧阈是指运动中有氧代谢尚不需要无氧代谢补充供能时，即尚未发生乳酸过量产生（无氧代谢）时的最高氧耗量[1],能够很好的反映出受试者的有氧运动耐力，以及评价心衰患者的预后[2-4]。通气效率相关指标主要包括二氧化碳通气当量最小值（lowest value of carbon dioxide ventilatory efficiency, Lowest/CO2）、摄氧通气效率峰值平台（oxygen uptake efficiency plateau, OUEP）、二氧化碳通气当量斜率（slope of linear regression of minute ventilation over carbon dioxide elimination,CO2Slope）等。/CO2Slope 是 通过对运动开始到通气代偿点之间分钟通气量（minute ventilation,）和二氧化碳排出量（carbon dioxide elimination,CO2）进行线性回归得出来的；LowestE/CO2是指运动过程中连续90 sE/CO2的最小平均值；OUEP 为运动过程中连续90 sO2/的最大平均值[5]。心衰患者由于无效通气的增加，使得通气效率在运动过程中相比于正常人有明显的降低，因此临床上经常利用通气效率相关指标评估、预测心衰患者的预后[6-11]。

通气效率相关指标主要反映受试者运动过程中的通气血流匹配情况，正常人运动开始后，通气效率逐渐增高，在无氧阈前后，通气血流达到最优的匹配，通气效率达到最高。无氧阈后随着二氧化碳和氢离子增多，对呼吸的刺激加强，肺脏通过过度通气代偿体内的酸中毒情况，通气效率会逐渐降低。心肺运动试验的结果中与通气有效性相关的指标有很多,主要包括/CO2Slope、LowestE/CO2、OUEP 、摄氧通气效率斜率（OUES）、无氧阈时的摄氧效率（OUE@AT）、无氧阈时的二氧化碳通气当量（E/CO2@AT）等。Sun 等对健康受试者OUEP 进行研究发现OUEP 主要受身高、年龄、性别和心血管功能状态的影响。对OUEP、OUES、OUE@AT 对比研究发现，OUEP 和OUE@AT 很接近，和OUES 相比，OUEP 具有更低的变异性。不同运动方式（踏车和平板）下完成的症状限制性CPET 对OUEP 没有明显影响。对24 名受试者进行重复症状限制性CPET 发现OUEP、OUES 的重复性都很好。证明OUEP 是反应摄氧通气效率的一个很好的指标[12]。Sun 等对健康个体的E/CO2Slope、LowestE/CO2、E/CO2@AT 进行对比研究发现Lowest/ V.CO2和V.E/ V.CO2@AT 很接近，和/CO2Slope 相比，Lowest/CO2有更低的变异性，最终得出结论Lowest/CO2要优于E/CO2Slope 能更好的评估受试者的通气有效性[13]。

目前心肺运动试验临床操作过程中对于功率递增速率的选择比较随意，存在过早或者过晚结束功率递增速率过程的情况。而不同功率递增速率对于心肺运动试验结果影响的研究目前尚少，特别是对于以通气有效性为核心的亚极限运动指标的影响目前尚缺少相关研究。本研究以正常健康志愿者为研究对象，分别设置了比较低、中等适度、比较高三组不同功率递增速率组，观察3 组不同功率递增速率相比对于无氧阈、单位功率摄氧量、通气有效性指标等亚极限运动相关指标会产生怎样的影响。不同功率递增速率对于心肺运动试验极限运动相关指标的影响参考不同功率递增速率对正常人心肺运动试验整体功能评估的影响Ⅰ—峰值运动相关指标及呼吸交换率的变化[14]。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取在中国医学科学院阜外医院学习工作、无疾病诊断的志愿者12 名为研究对象，其中男性4 例、女性8 例，年龄（29.7±6.0）岁、身高（1.64±0.06）m、体质指数（body mass index，BMI）（22.3±2.8）kg/m2。所有受试者的基本信息详见[14]。

1.2 CPET 设备与日常定标

CPET 使用意大利科时迈（COSMED S.R.L.）公司Quark PFT Ergo 型心肺运动测试系统，每天检测前均需通过气体容量定标、高中低流速定标、空气、氧气和二氧化碳气体定标以及代谢模拟器定标，定标全部通过后方可对受试者进行测试。

1.3 CPET 规范化操作

根据美国Harbor－UCLA 中心心肺运动实验室的标准，首先完成静息状态肺功能检查，然后采用连续功率递增方案完成症状限制性最大极限CPET。本研究所有对象签署知情同意书后在医生监测下于一周内随机安排不同天完成3 次相差2～3 倍的不同功率递增速率的CPET。在完成CPET 过程中需要连续测定12导联心电图、无创袖带血压、氧饱和度，以100 Hz 测定气流并采集气样连续作氧气和二氧化碳测定并计算得出每次呼吸的数据。CPET 共包括4 个阶段：静息3 min，热身3 min，然后以10 W/min、30 W/min 或60 W/min 功率递增速率运动直至症状限制最大极限运动，随之恢复5 min 以上。

1.4 CPET 实验分组

根据同一个健康受试者完成CPET 的功率递增速率将实验分为3 组：以30 W/min、10 W/min 和60 W/min 功率递增速率完成的CPET 分别定义为中等适度功率递增速率（30 W/min）组、比较低功率递增速率（10 W/min）组和比较高功率递增速率（60 W/min）组。

1.5 CPET 数据的标准化处理与分析

根据美国 Harbor－UCLA 医学中心FDA 临床试验CPET 数据分析解读的标准化原则[5-7,12-18]，导出原始数据，对每次呼吸（breath-by-breath）的数据进行每秒分割（second-by-second），计算出所有指标的10 s 平均值以便进行图解和数据分析。用每10 s 的CPET 数据，以O2为横坐标CO2为纵坐标，CO2-vs-VO2数据进行无氧阈的图示，采用Beaver 氏Vslope 法测得无氧阈[5]。用10 s 的数据进行静息（后120 s）、热身（后30 s）、峰值（后30 s）、恢复(10 s)等指标的数据分析计算[5-7,12-18]。所有图形及数据处理均使用Sigma Plot 专业制图软件分析和制作完成。

1.6 统计学处理

符合正态分布的计量资料以均值±标准差（±s）表示，使用SPSS 统计软件进行数据处理。对3 组不同功率递增速率下各个指标分别进行ANOVA 统计分析并进一步行组间两两配对t检验。

2 结果

2.1 不同功率递增速率对于通气有效性相关指标的影响

比较低、比较高功率递增速率组与中等适度功率递增速率组相比OUEP 呈现下降趋势，LowestE/CO2呈现上升趋势（图1）。比较低、比较高功率递增速率组和中等适度功率递增速率组相比OUEP 明显降 低（42.22±4.76vs39.54±3.30vs39.29±4.29），比较低、比较高功率递增速率组OUEP 与中等适度功率递增速率组相比差异均有统计学意义（P＜0.01，P＜0.05，表1）；比较低、比较高功率递增速率组和中等适度功率递增速率组相比LowestE/CO2明显降低（24.13±2.88vs25.60±2.08vs26.06±3.05），比较低、比较高功率递增速率组Lowest/CO2与中等适度功率递增速率组相比差异均有统计学意义（P＜0.05，表1）；比较低、比较高功率递增速率组和中等适度功率递增速率组相比E/CO2Slope（＜VCP）明显降低（23.26±3.62vs25.55±2.79vs25.14±3.54）， 其中比较低功率递增速率组与中等适度功率递增速率组相比差异有统计学意义（P＜0.05，表1）。

图1. 十二名志愿者不同功率递增速率CPET 下OUEP、LowestE/ CO2、 / CO2 Slope 及其百分预计值

表1. 不同功率递增速率CPET 对应通气有效性相关指标

2.2 不同功率递增速率CPET 对无氧阈和单位功率摄氧量指标的影响

与中等适度功率递增速率组相比，比较低和比较高功率递增速率组的单位功率摄氧量明显升高和降低（（8.45±0.66vs10.04±0.58vs7.16±0.60） ml/（min·kg）），组间比较差异均有统计学意义（P＜0.01）；无氧阈之前的单位功率摄氧量没有随功率递增速率的增加发生明显改变，组间比较无统计学意义（P＞0.05）。比较低、比较高功率递增速率组无氧阈之后的单位功率摄氧量与中等适度功率递增速率组相比明显的升高和降低（8.15±0.77vs10.14±0.73vs6.67±0.90），组间比较差异均有统计学意义（P＜0.01，表2）。

表2. 不同功率递增速率CPET 对应无氧阈和单位功率摄氧量

3 讨论

3.1 不同功率递增速率对于CPET 亚极限运动相关指标的影响

本研究对12 名无任何疾病诊断的健康志愿者比较低、中等适度、比较高功率递增速率的亚极限运动相关指标进行讨论分析。比较研究了与中等适度功率递增速率组相比，比较低、比较高功率递增速率组的亚极限运动相关指标发生了哪些改变。其中与中等适度功率递增速率组相比，比较低、比较高功率递增速率组的无氧阈没有发生明显改变。我们分析认为无氧阈受日常锻炼、心血管功能情况等的影响[15]，即主要反应受试者运动耐力，不同功率递增速率对于健康受试者的运动耐力没有产生显著的影响，因此无氧阈不会有明显的变化。与中等适度功率组相比，比较低、比较高功率递增速率组的单位功率摄氧量显著的被升高和降低。而目前单位功率摄氧量正常值的建立是在中等适度功率递增速率下完成的。如果临床操作过程中为健康受试者选择了比较低或者比较高的功率递增速率，其单位功率摄氧量与真实状态相比显著的被升高或降低，临床医师在判读结果时一旦忽略了功率递增速率对单位功率摄氧量产生的影响，很容易得出错误的结论。Hansen 等[15]对健康受试者和有循环系统疾病的患者分别进行心肺运动试验，发现健康受试者的单位功率摄氧量一般为10.3 ml/W 左右，高血压患者的单位功率摄氧量和正常人相比无明显差异，而外周血管疾病患者、肺血管疾病患者和运动过程中出现心电异常表现患者的单位功率摄氧量明显降低。Hansen 等[16]对10 名健康志愿者分别进行15 W/min，30 W/min，60 W/min 三次不同功率递增速率CPET，发现随着功率递增速率的增高，单位功率摄氧量显著降低。本研究与其随功率递增速率增加单位功率摄氧量降低的结果相一致。通气有效性相关指标反应了受试者运动过程中的通气效率，是一类很重要的亚极限心肺运动试验指标。目前对于通气有效性相关指标的研究已经很多，但是尚缺乏不同功率递增速率对其影响的研究。本研究设置了比较低、中等适度、比较高三组不同功率递增速率组，对健康志愿者不同功率递增速率组的结果进行分析发现中等适度功率递增速率组的通气有效性要明显优于比较低、比较高功率递增速率组的通气有效性。这提示我们在中等适度功率递增速率下，受试者进行心肺运动试验时能达到最优化的通气血流匹配情况。中等适度功率递增速率CPET得到的通气有效性指标才能够反映受试者最佳的通气效率。因此我们在临床心肺运动试验操作过程中一定要为受试者选择合适的功率递增速率，这样测得的通气有效性相关指标才最能反应受试者的最佳功能状态。

3.2 通气有效性相关指标在临床上的应用