心肺運動試驗在心血管疾病診療中的臨床應用

心肺運動試驗在心血管疾病診療中的臨床應用

崔文欣

【摘要】探討心肺運動訓練在心血管疾病診斷和治療中的應用價值。CPET是評價人體心肺功能和運動耐力的無創檢測方法，通過測量VO2max、AT、BR、VE/VCO2、VE、VD/VT等多個臨床指標，可同時評估機體各系統的代謝功能狀況。多項研究結果顯示CPET已廣泛用于心血管疾病的診斷、心功能評價、治療效果和預后的評估，并可指導冠心病患者的康復訓練和運動處方的制定。CPET檢測結果客觀、可靠、重復性強，對心血管疾病的診治有重要的指導價值。

【關鍵詞】心肺運動試驗；最大攝氧量；無氧閾；冠心病；心力衰竭

作者單位：100034 北京大學第一醫院心內科

心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise test，CPET）是用于評價人體心肺儲備功能和運動耐力的無創性檢驗方法。是通過測定機體在休息、運動及運動恢復期每一次呼吸的氧攝取量（VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）、每分通氣量（VE）及心率、血壓、心電圖、血氧飽和度及多個參數，綜合評價人體呼吸系統、心血管系統、血液系統、神經系統以及骨骼肌系統對同一運動應激的整體反應，即把人體各系統作為一個整體，進行全方位的監測和評估。近年來隨著運動生理學研究的進展和計算機技術的進步，CPET已廣泛應用于心血管疾病的診斷、治療和康復評估。

1　CPET常用參數及其臨床意義

1.1最大攝氧量（VO2max）

機體在運動時需氧量增加，氣體交換和心輸出量隨之增加，當運動負荷增加到一定程度氧攝取量不再增加時，所測得的單位時間內最大的氧攝取量，即為VO2max。反映了人體最大的有氧代謝能力和心肺功能及運動的耐力，是CPET的核心指標。一般正常值應大于預計值（VO2maxpred）的84%。

1.2無氧閾（anaerobic threshold，AT）

人體在運動中隨著運動負荷不斷遞增，組織的需氧量超過了機體的有氧代謝的供氧量，機體需要通過無氧代謝來提供能量，此時開始出現無氧代謝的VO2稱為AT，正常值應大于VO2max的40%以上。AT和VO2max有關，也反映了機體最大的有氧運動能力，與運動耐量密切相關，還能夠反映人體肌肉組織中線粒體利用氧的能力，而不受運動時努力程度的影響，因此其可重復性較強。

1.3最大運動通氣量（VEmax）

指人體運動到極量時的每分鐘最大通氣量。休息狀態下VE 為5～8 L/min，而運動時可增加20～30倍，VEmax可達到100 ～150 L/min，是機體代謝需求增加的表現。肺部疾病患者由于通氣灌注比例失調等原因，同等運動強度下，通氣需求增大，可造成VEmax升高。

1.4呼吸儲備（BR）

反映機體最大運動時的呼吸儲備能力，即通氣需求與通氣能力之間的關系。一般用最大通氣量MVV－VEmax表示，（其中MVV是指運動前靜息狀態下每分鐘最大通氣量），正常值為（38±22）L/min，或（MVV－VEmax）/MVV%為20%～50%。BR降低是運動受限的因素之一，是原發性肺部疾病患者通氣受限的特征性表現。

1.5二氧化碳通氣當量（VE/VCO2）

正常狀態下，二氧化碳通氣當量隨著運動強度的增加而增加，處于AT時應＜34，最大運動量時＜36。二氧化碳通氣當量和VE/VO2（氧通氣當量）是確定AT的敏感指標，也是評估心衰患者預后的重要指標。

1.6生理死腔與潮氣量比率（VD/VT）

該比值隨著運動量的增加而減少，正常比值為＜0.28（年齡＜40歲），或＜0.3（年齡＞40歲）。若比值增高，則提示通氣血流比例失調，或有右向左分流。

1.7肺泡與動脈氧分差［P（A-a）O2］

休息狀態下，［P（A－a）O2］＜10 mm Hg，其隨運動量的增加而增加，但不超過35 mm Hg，是反映換氣功能的指標。

2　CPET在心血管疾病診療中的應用

2.1CPET在冠心病診療中的應用

冠心病患者早期在臨床上多無不適癥狀，靜息狀態下心電圖和運動負荷心電圖檢查常無異常發現，而CPET則是在心電圖和血壓等監測的基礎上同時檢測了氣體交換和運動耐量狀況，可早期發現冠心病患者的運動能力減退、氣體交換異常和異常反應模式［1-2］。

有研究顯示［3］，進行運動康復可使患者一氧化氮（NO）生成增加，內皮素（ET－1）生成減少，在一定程度上減少了PCI術后再狹窄的發生。CPET是冠心病PCI術后心肺功能評價的有效方法，研究結果顯示［4-5］PTCA術后患者VO2max、AT、氧脈搏（O2pulse）均較術前增加，因此冠脈血運重建能改善患者心肺功能及運動能力［6-7］。國內陳剛［8］對15例患者PCI術前后和康復訓練后進行運動心肺功能評定，結果顯示PCI術后患者的運動時間和最大運動負荷量提高，運動中的最大心率和心率增值提高，運動誘發的心電圖ST段壓低改善，最大代謝當量（Mets）、每分通氣量（VE）和最大耗氧量（VO2max）顯著提高，康復訓練8～12周后患者的運動時間延長，Mets、VE和VO2max進一步提高。

冠狀動脈旁路移植術（CABG）后早期進行康復訓練，同樣可以改善冠狀動脈血流，提高運動能力。Engblom等［9］報告CABG術后患者進行運動療法和健康咨詢的康復治療，隨訪時間5年，結果顯示治療組體力活動能力好于對照組，并且感覺自我健康及生存質量優良的患者人數多于對照組。

2.2CPET對心力衰竭患者診斷和預后的評估

Weber等［10］于20世紀80年代提出了Weber心功能分級，該分級按照峰值攝氧量及無氧閾水平將左室心功能受損的情況分為A～D共4級。這種分級方法較臨床上常用的根據主觀癥狀判斷心功能的紐約心臟病協會（NYHA）心功能分級更為客觀，更有助于判斷患者的病情和預后，對于生存期的預測更為精確［11］。

已證實峰值攝氧量、無氧閾、二氧化碳當量斜率是判斷慢性心衰患者預后的有效指標，而其中峰值攝氧量是判斷預后的最佳指標。用峰值耗氧量占預測值的百分比（% pred）將心力衰竭的嚴重程度劃分為輕度（65%～79% pred）、中度（50%～64% pred）、重度（35%～49% pred）和極重度（＜35% pred）［12］。

2.3CPET在心臟康復中的應用

無論是對正常人還是心肺疾病的患者進行運動鍛煉都是可以獲益的［13］。2013年ACC/AHA發布的指南提出，運動鍛煉可安全有效地改善慢性心力衰竭患者心功能狀態（I級推薦，A級證據），心臟康復可改善慢性心衰患者的運動能力、運動時間和生活質量，降低死亡率（IIa級推薦，B級證據）［14］。運動康復訓練方案即運動處方，是康復鍛煉最重要的組成部分，是心血管病藥物、手術、器械和心理精神等治療的有效補充。國外薈萃分析顯示，對AMI患者進行健康教育、心理支持及運動訓練等綜合的心臟康復治療，可使總病死率降低20%～25%［15-16］。Goto等［17］的研究中觀察了13 685名AMI患者，21.0%的患者進行了運動康復治療，認為對于無嚴重AMI并發癥的患者，出院前在嚴密醫學監護下進行運動功能評估和康復訓練是必要的和安全的。

2.4CPET在肺動脈高壓診斷中的應用

CPET在PAH（肺動脈高壓）中的表現特點：最大攝氧量、最大運動功率、氧脈搏和無氧閾呈中度到重度降低，峰值心率有所降低，而二氧化碳通氣當量（VE/VCO2）則升高。PAH患者在運動早期往往出現呼吸困難或疲勞，其機制包括（1）通氣血流比例失調；（2）過早達到無氧閾，使乳酸增加，氫離子增多，從而刺激機體使每分通氣量增加；（3）低氧血癥，主要是因為肺血管床減少，流經肺的紅細胞減少，或右向左分流所致。研究結果顯示，呼吸困難或疲勞行CPET的患者表現為呼吸儲備減少，VE/VCO2、VD/VT、肺泡動脈氧分壓差同時增加的患者中，有88%右心漂浮導管試驗顯示肺血管阻力增高。因此，CPET能夠全面客觀的評價PAH患者的活動耐量和心功能。

2.5CPET對臨床藥物療效的評價

CPET可用于臨床各種藥物治療的療效評價和長期隨訪觀察。Tanabe等［18］發現急性心肌梗塞慢性期患者使用西拉普利可減輕運動治療時的左心負荷。Taniguchi等［19］觀察?受體阻滯劑對CPET的影響，所有患者均顯示有益的結果，心力衰竭癥狀減輕，氧耗量、無氧閾、運動時間無變化，左心室射血分數提高。

2.6CPET對心血管患者手術風險的評估

CPET中AT、VO2max和與患者心臟功能的改變有較強的相關性［20］，因此，能夠更全面、準確地評價心臟病患者的心功能狀態，并對其作出手術風險的預測。Older等［21］通過對大型腹部手術老年患者的CPET回顧性分析表明，無氧閾值對確定術后心血管并發癥的發病率尤為重要，AT值＜11 ml?kg-1?min-1的患者（占總數的30%）術后心血管并發癥病死率為18%，無氧閾值＞11 ml?kg-1?min-1的患者術后心血管并發癥病死率僅為0.8%，而心電圖有心肌缺血征象合并無氧閾值＜11 ml?kg-1?min-1的患者病死率高達42%。也有報道當VO2peak＜14 ml kg-1?min-1、AT＜11 ml?kg-1?min-1應考慮暫緩手術，選擇其他的治療方法［22］。

綜上所述，CPET作為一種無創檢測手段，在臨床工作中可廣泛應用于冠心病患者的診斷及心功能評價，指導患者運動處方的制定及康復訓練，評價患者臨床藥物治療效果，評估手術風險，指導預后。其結果客觀可靠，重復性強，在心血管領域有較好的應用前景。

參考文獻

［1］Belardinelli R，Lacalaprice F，Carle F，et al. Exercise-induced myocardial ischemic detected by cardiopulmonary exercise testing［J］. Eur Heart J，2003，24（14）: 1304-1313.

［2］Chaudhry S，Arena RA，Hansen JE，et al. The utility of cardiopulmonary exercise testing to detect and track early-stage ischemic heart disease［J］. Mayo Clin Proc，2010，85（10）: 928-932.

［3］祝善俊，孟素榮. 冠心病患者血管內皮細胞損傷的研究［J］. 中華心血管病雜志，1995，23（6）: 427-428.

［4］Klainman E，Fink G，Lebzelter J，et al. Assessment of functional results after percutaneous transluminal coronary angioplasty by cardiopulmonary exercise test［J］. Cardiology，1998，89（4）: 257-262.

［5］Inbar O，Yamin C，Bar-On I，et al. Effects of percutaneous transluminal coronary angioplasty on cardiopulmonary responses during exercise ［J］. J Sports Med Phys Fitness，2008，48（2）: 235-245.

［6］Ajisaka R，Watanabe S，Yamanouchi T，et al. Effect of percutaneous transluminal coronary angioplasty on exercise ventilation in patients with coronay artery disease and normal left ventricular function［J］. Am Heart J，1996，132（1 pt 1）: 48-53.

［7］Lan C，Chen SY，Hsu CJ，et al. Improvement of cardiorespiratory function after percutaneous transluminal coronary angioplasty orcoronary artery bypass grafting［J］. Am J Phys Med Rehabil，2002，81（5）: 336-841.

［8］陳剛，李京平. 冠心病患者PTCA或支架術后的康復運動訓練［J］.中國康復醫學雜志，1998，13（4）: 146-148.

［9］Engblom E，Korpilahti K，Hamalainen H，et al. Quality of life and return to work 5 years after coronary artery bypass surgery. Long-term results of cardiac rehabilitation［J］. J Cardiopulm Rehabil，1997，17（1）: 29-36.

［10］Weber KT，Janicki JS，McElory PA. Determination of aerobic capacity and the severity of chronic cardiac and circulatory failure［J］. Circulation，1987，76（6 Pt 2）: VI40-VI45.

［11］Myers J，Gullestad L，Vagelos R，et al. Clinical，hemodynamic，and cardiopulmonary exercise test determinants of survival in patients referred for evaluation of heart failure［J］. Ann Intern Med，1998，129（4）: 286-293.

［12］Sun XG，Hansen JE，Oudiz RJ，et al. Exercise pathophysiology in patients with primary pulmonary hypertension［J］. Circulation，2001，104（4）: 429-435.

［13］Wasserman K，Hansen J，Sue D，et al. Principles of exercise testing and interpretation［M］. 5th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins，2011: 1-8，194-234.

［14］Yancy CW，Jessup M，Bozkurt B，et al. 2013 ACCF/AHA guideline for the management of heart failure: a report of the American Collage of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines［J］. J Am Coll Cardiol，2013，62（16）: e147-e239.

［15］O’Connor GT，Buring JE，Yusuf S，et al. An overview of randomized trials of rehabilitation with exercise after myocardial infarction［J］. Circulation，1989，80（2）: 234-244.

［16］Hedback B，Perk J，Wodlin P. Long term reduction of cardiac mortality after myocardial infarction: 10 year results of a comprehensive rehabilitation programme［J］. Eur Heart J，1993，14（6）: 831-835.

［17］Goto Y，Sumida H，Ueshima K，et al. Safety and implementation of exercise testing and training after coronary stenting in patients with acute myocardial infarction［J］. Circulation J，2002，66（10）: 930-936.

［18］Tanabe K，Suzuki N，Osada N，et al. Effects of cilazapril on exercise tolerance in the chronic phase of acute myocardial infarction ［J］. Jpn Circ J，1996，60（11）: 831-840.

［19］Taniguchi Y，Ueshima K，Chiba I，et al. A new method using pulmonary gas-exchange kinetic to evaluate efficacy of ? blocking agents in patients with dilated cardiomyopathy ［J］. Chest，2003，124（3）: 954-961.

［20］Matsumura N，Nishjima H，Kojima S，et al. Determination of anaerobic threshold for assessment of functional state in patients with chronic heart failure［J］. Circulation，1983，68（2）: 360-367.

［21］Older P，Hall A，Hader R. Cardiopulmonary exercise testing as a screening test for perioperative management of major surgery in the elderly［J］. Chest，1999，116（2）: 355-362.

［22］Boliger CT，Jordan P，Soler M，et al. Exercise capacity as a predator of postoperative complications in lung resection candates［J］. Am J Respir Crit Care Med，1995，151（9）: 1472-1480.

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

【中圖分類號】R54

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-9316（2015）20-0080-03