心肺運動試驗評估麻醉手術危險性的研究進展

王 萌，王古巖，孫興國

?

·新進展·

心肺運動試驗評估麻醉手術危險性的研究進展

王 萌，王古巖，孫興國

本文介紹了心肺運動試驗(CPET)評估麻醉手術危險性常用指標峰值攝氧量和無氧閾,敘述了CPET對麻醉手術危險性評估的臨床應用，可指導手術進程、患者管理和術后轉歸，說明CPET是一種體現人體心肺代謝等功能的整體性檢查方法，可以反映出從心肺到骨骼、肌肉的整體氧運輸代謝的過程，是常規靜態心肺功能檢查的必要補充。

外科手術；麻醉；危險性評估；心肺運動試驗；峰值耗氧量；無氧閾

王萌，王古巖，孫興國.心肺運動試驗評估麻醉手術危險性的研究進展[J].中國全科醫學，2016，19(23)：2869-2872.[www.chinagp.net]

WANG M,WANG G Y,SUN X G.Research progress of risk evaluation of operation with anesthesia using cardiopulmonary exercise testing[J].Chinese General Practice，2016，19(23)：2869-2872.

心肺運動試驗(cardiopulmonary exercise testing,CPET)是一項無創、方便、確切、重復性好、新興的客觀定量評估檢查方法，以氣體交換測量值為核心指標，進而同步評估心血管系統和呼吸系統對同一運動代謝應激的反應情況[1-4]。CPET優于一般靜態檢查(如心臟超聲、肺功能、心電圖等)，可通過考察運動狀態下人體生理指標的動態變化來全面綜合地評價心、肺、神經、骨骼、肌肉功能狀況，從而廣泛地應用于臨床疾病的診斷與鑒別診斷、疾病功能受損狀況、患者管理、治療效果評估、運動處方制定、康復治療效果評估和預后預測等[1-4]。對于患者麻醉手術危險性評估和圍術期管理而言，CPET更具有超越其他檢測方法的明顯優勢[1-4]。

以往評估麻醉手術危險性的方法有多種，包括美國麻醉醫師協會(ASA)功能狀態分級、心功能分級、呼吸功能評估(靜息狀態下肺功能)等，但這些均是基于系統生理學和系統醫學的理論基礎上，除肺功能外均不是客觀量化指標。基于整合醫學的理念，有機整體人的心、肺、代謝等功能環環相扣、緊密關聯、密不可分，正確理解和解讀整體整合生理學指標的連續動態變化具有更為重要的臨床應用價值[5-9]。常規肺功能中的第1秒用力呼氣末容積(FEV1)、CPET中的峰值攝氧量等指標可將患者的心肺功能狀況分層，但以峰值攝氧量為優，且與FEV1相關性較好。峰值攝氧量與術后心肺并發癥發生有關[10]。運動中機體需要動用心肺功能來滿足代謝增快的需求，同理，圍術期患者同樣需要動用心肺功能來滿足手術創傷和應激等引起的代謝增加。運動能力越強，說明心肺代謝等整體功能越強，就越能耐受手術的打擊。本課題組前期研究表明，CPET指標和ASA分級均能預測和提示麻醉手術危險性，且CPET指標具有更高的靈敏度[11]。在運動狀態下全面評估心肺代謝等整體功能，理論上應能更好地評估麻醉手術的危險性。鑒于國內開展CPET臨床應用和研究尚少，正確開展規范化CPET檢查的醫院比例不高，應用CPET評估麻醉手術危險性的研究甚少，因此，本文對國際上相關研究進行綜述。

1　CPET的原理和核心指標

CPET可通過測量氣道內的氣體交換而同步評估心血管系統對同一運動應激的反應情況[1-4]。在測量氣體交換的同時，還可測量心電圖、心率和血壓，重要的是，心血管系統的測量與氣體交換的測量是相關的。這種相互關系也可反映非氣體交換的量綱，因為這些測量結果與運動時實際的能量消耗相關，而不僅依賴于間接估計能量消耗，CPET還可通過測量在特定工作強度時心臟每次搏動所提供的氧而提供關于運動時心搏量方面的反應情況。CPET評估麻醉手術危險性最有價值的核心指標為峰值攝氧量和無氧閾[1-4]。其對于確定高風險的手術患者(包括靜息時通過臨床評估和測定被判定為心肺功能正常的患者)有較高價值。

1.1峰值攝氧量峰值攝氧量是指人體在進行大量肌肉群參加的長時間劇烈運動后，當心肺功能和肌肉利用氧的能力達到人體極限水平時，單位時間內所攝入的氧氣量[1-4]。峰值攝氧量是反映人體有氧運動能力的客觀指標，參考范圍為30～50 ml·min-1·kg-1。峰值攝氧量隨年齡、性別、身高、體質量、日?；顒铀胶瓦\動種類的不同而不同，因此應根據這些來估算峰值攝氧量預計值。當峰值攝氧量占預計值百分比<85%時，則認為峰值攝氧量下降[1-4,12-13]。

1.2無氧閾無氧閾是指在遞增負荷中機體由有氧代謝供能到大量動用無氧代謝供能的轉折點，是血乳酸水平快速升高時所對應的攝氧量[1-4]。正常男性平均無氧閾為峰值攝氧量的49%～63%，最低值為峰值攝氧量的40%；而女性此比值略高[1-4]。由于無氧閾較少受運動時活動程度的影響，而僅反映體內有氧代謝的能力，可重復性較好[1-4，12-13]。

2　CPET對麻醉手術危險性評估的臨床應用

2.1CPET對胸科手術患者的術前評估胸科手術后出現并發癥的風險較大，尤其是胸部腫瘤如肺癌、食管癌或賁門癌等，患者就診時已屬中晚期，手術、放療和化療相結合的綜合治療會導致肺功能損害的疊加。其中部分患者不但年齡大，而且還伴有慢性呼吸、心血管系統疾病或其他疾病，還有部分患者曾有開胸手術史或接受過放療、化療。這些伴隨疾病和治療均會影響患者的心肺功能[14]，可能會導致患者圍術期心肺并發癥發生，甚至死亡。因此，術前心肺功能檢查和手術風險評估對于高危胸科手術患者術前治療方案的制定和選擇至關重要。LOEWEN等[15]報道，CPET對此類術后心肺系統并發癥的預測比其他檢查更加客觀可靠。

MOYES等[16]的研究顯示，在無氧閾<9 ml·min-1·kg-1、9～10 ml·min-1·kg-1、>10 ml·min-1·kg-1時，食管癌術后心肺系統并發癥發生率分別為42%、29%、20%。并且在無氧閾≤10 ml·min-1·kg-1和峰值攝氧量較低時，計劃外的ICU入住率會有所增加。提示術前無氧閾較低的患者出現心肺系統并發癥的危險性更高。

SMITH等[17]的回顧性研究也顯示，術后出現呼吸衰竭、心肌梗死等并發癥者的平均峰值攝氧量明顯低于術后無并發癥者。如峰值攝氧量<15 ml·min-1·kg-1者發生并發癥的概率明顯增加。而對于靜態肺功能顯示為高危的患者，可以通過CPET做出更客觀的評價。MORICE等[18]的前瞻性研究中有37例患者FEV1占預計值百分比<40%，認為不能手術，CPET檢查13例峰值攝氧量>15 ml·min-1·kg-1,8例接受了手術，其中6例未發生并發癥。

2.2CPET對心臟手術患者的術前評估大部分心臟病患者伴有不同程度的心力衰竭，單純的心電圖、心臟超聲等功能性檢查難以準確判斷其心力衰竭的程度。對重度瓣膜疾病患者由于沒有準確指標可以評估患者的功能狀態，很難決定是否手術，而功能狀態是一個重要的預測預后的因素，因為術前功能狀態差的患者預后也比較差[19]。對左房室瓣和主動脈瓣病變患者術前超聲檢查并不能準確地反映其功能狀態[20]，而CPET對此類患者則具有較大優勢。KIM等[19]研究證明，術前峰值攝氧量越高(>19 ml·min-1·kg-1)，術后的心功能分級越好，這其中包括術前心功能分級Ⅲ級的患者；說明在部分患者中，心功能分級不能準確預測術后結果。心功能分級是一個主觀性的指標，客觀的CPET指標對于準確地評估患者的功能狀態更有優勢。KEMPNY等[21]對2 129例成人先天性心臟病患者行CPET檢查，發現多數患者峰值攝氧量、無氧閾較正常者降低，其中Eisenmenger復合征及其他復雜先天性心臟病患者峰值攝氧量、無氧閾最低，說明CPET可以有效評價心臟病患者病情嚴重程度，為術前準備提供依據。也有研究報道當峰值攝氧量<14 ml·min-1·kg-1、無氧閾<11 ml·min-1·kg-1時應考慮暫緩手術，選擇其他的治療方法[22]。

2.3CPET對腹部手術患者的術前評估OLDER等[23]針對進行大型腹部手術的老年患者的一項回顧性研究發現，根據CPET指標無氧閾可以確定其術后并發癥。在187例>60歲的患者中，無氧閾平均為(12.4±2.7)ml·min-1·kg-1。如果無氧閾<11 ml·min-1·kg-1(占研究對象的30%)，術后心血管并發癥發生率為18%。而當無氧閾≥11 ml·min-1·kg-1時，術后心血管并發癥發生率僅為0.8%。值得注意的是，有明顯心肌缺血癥狀的患者，如果無氧閾<11 ml·min-1·kg-1，其術后心血管并發癥發生率為42%。表明無氧閾<11 ml·min-1·kg-1時，腹部手術患者術后心血管并發癥發生率會更高。OLDER等[23]提出所有術后因為心肺系統并發癥死亡的患者，在CPET檢查中無氧閾均<11 ml·min-1·kg-1或者表現出心肌缺血。HENNIS等[24]對450例選擇性腹主動脈修補手術患者術前進行CPET檢查，結果發現，無氧閾<10.2 ml·min-1·kg-1、峰值攝氧量<15 ml·min-1·kg-1者，其術后早期死亡風險明顯增加。CHANDRABALAN等[25]的研究顯示，CPET可以預測胰腺癌術后胰瘺、腹腔內膿腫發生率和住院時間長短，無氧閾低的患者術后胰瘺、腹腔內膿腫發生率高且住院時間長。因此，CPET檢查對大型腹部手術患者術前預測術中、術后手術風險有重要意義。

3　CPET可指導手術進程、患者管理和術后轉歸

CPET檢查結果不僅可以幫助患者了解是否可以接受手術，還可以提供客觀的證據來指導手術方式。有研究表明，峰值攝氧量≥20 ml·min-1·kg-1的患者可以耐受全肺切除，峰值攝氧量在15～19 ml·min-1·kg-1的患者可耐受肺葉切除或一般食管手術，峰值攝氧量在10～14 ml·min-1·kg-1的患者可耐受楔形或部分肺葉切除[10]。

對于術后回何種病房，CPET也可以給予指導。在OLDER等[23]的回顧性研究中，對548例>60歲的患者進行了觀察，并將無氧閾為11 ml·min-1·kg-1作為接受大型手術患者高危和低危的分界線。對于無氧閾<11 ml·min-1·kg-1且進行主動脈或者食管手術的患者術后建議回ICU；對于無氧閾≥11 ml·min-1·kg-1，但是有心肌缺血，且氧通氣當量>35的患者術后建議回高依賴病房(HDU，介于普通病房和ICU之間)；對于無氧閾≥11 ml·min-1·kg-1,且沒有心肌缺血，氧通氣當量<35的患者術后建議回普通病房。

對于部分肺切除且患有慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者，術前肺功能康復管理還有爭議。GAO等[26]共納入342例需要做肺部手術的患者，其中CPET檢查評估高風險患者142例，隨機分成兩組，一組進行術前肺功能康復訓練(肺功能康復組)，另一組僅進行常規術前準備(常規準備組)，結果顯示，肺功能康復組患者肺部感染率(2.81%與13.55%，P=0.009)、其他術后并發癥發生率(16.90%與83.31%，P<0.001)和術后住院時間〔(7.21±3.18)d與(11.07±4.66)d，P<0.001〕均低于常規準備組。術前進行CPET可以辨別出高風險患者，對于高風險患者進行肺功能康復管理，且術前肺功能康復管理的時間長短由CPET檢查的客觀數據來決定而不是主觀感覺，可以提高心肺功能，控制潛在的肺部感染，減少術后并發癥，加快術后恢復[27]。而且術前肺功能康復管理不會延長住院時間和增加經濟負擔。

CPET測定的是患者在運動負荷條件下的心肺代謝整體功能連續動態變化，在理解整體整合生理學醫學新理論基礎上進行正確解讀，較其他傳統靜態檢查更能反映患者的人體心肺代謝整體儲備功能。CPET與ASA分級、心功能分級均有很好的相關性，且靈敏度更高。但并不是患者術前評估均需要進行CPET，對懷疑有心肺代謝等疾病(尤其是心臟病)患者或整體功能處于臨界狀態的老年患者，由于有很高的手術并發癥風險而被排除實施大型腹部、胸部、心臟手術的患者進行CPET客觀定量評估非常重要。

作者貢獻：王萌進行資料收集整理、撰寫論文、成文并對文章負責；王古巖、孫興國進行質量控制及審校。

本文無利益沖突。

[1]WASSERMAN K,HANSEN J,SUE D Y,et al.Principles of exercisetesting and interpretation [M].5th ed.Philadelphia:Lippincott Williams & Wilkins,2011.

[2]孫興國.心肺運動試驗在臨床心血管病學中的應用價值和前景[J].中華心血管病雜志,2014,42(4):347-351.

[3]孫興國.更為強化心肺代謝等整體功能的心肺運動試驗新9圖圖解[J].中國應用生理學雜志，2015，31(4):369-373.

[4]孫興國.心肺運動試驗的標準化規范化規程和難點——數據分析判讀[J].中國循環雜志，2015(z1)：153.

[5]孫興國.整體整合生理學醫學新理論體系概論Ⅰ：呼吸調控新視野[J].中國應用生理學雜志，2015，31(4):295-301.

[6]孫興國.整體整合生理學醫學新理論體系概論Ⅱ：循環調控新視野[J].中國應用生理學雜志，2015，31(4):302-307.

[7]孫興國.整體整合生理學醫學新理論體系概論Ⅲ：呼吸循環代謝一體化調控環路中神經體液作用模式[J].中國應用生理學雜志,2015，31(4)：308-315.

[8]孫興國.整體整合生理學醫學新理論體系:人體功能一體化自主調控[J].中國循環雜志,2013,28(2):88-92.

[9]孫興國.生命整體調控新理論體系與心肺運動試驗[J].醫學與哲學,2013,34(5):22-27.

SUN X G.New theoretical system of holistic control and regulation for life and cardiopulmonary exercise testing[J].Medicine & Philosophy,2013,34(5):22-27.

[10]毛友生,赫捷,嚴紹平，等.常規肺功能檢查與運動心肺功能檢查在預測高危胸部腫瘤患者術后心肺并發癥中的作用[J].中華腫瘤雜志，2012，34(1)：51-56.

MAO Y S,HE J,YAN S P,et al.Role of conventional pulmonary function tests and cardiopulmonary exercise test in the prediction of postoperative cardiopulmonary complications in high risk thoracic cancer patients[J].Chinese Journal of Oncology,2012，34(1)：51-56.

[11]寧亮,孫興國.心肺運動試驗在臨床醫學領域的臨床應用[J].中國全科醫學,2013,16(11):3898-3902.

NING L,SUN X G.Clinical application of cardiopulmonary exercise testing [J].Chinese General Practice,2013,16(11):3898-3902.

[12]HIGHTOWER C E,RIEDEL B J,FEIG B W,et al.A pilot study evaluating predictors of postoperative outcomes aftermajor abdominal surgery:physiological capacity compared withthe ASA physical status classification system [J].Br J Anesth,2010,104(4):465-471.

[13]MILANI R V,LAVIE C J,MEHRA M R,et al.Understanding the basics of cardiopulmonary exercise testing[J].Mayo Clin Proc，2006，81(12):1603-1611.

[14]孫興國，Curtis Hightower，劉方，等.心肺運動試驗評價食管癌患者化療后整體功能變化的臨床研究[J].中國全科醫學，2016,19(17)：2046-2052.

SUN X G,HIGHTOWER C,LIU F,et al.Clinical study of cardiopulmonary exercise testing in the evaluation of the changes of holistic function of patients with esophagus cancer after chemotherapy [J].Chinese General Practice，2016,19(17)：2046-2052.

[15]LOEWEN G M，WATSON D，KOHMAN L，et al.Preoperative exercise VO2measurement for lung resection candidates：results of Cancer and Leukemia Group B Protocol 9238[J].J Thorac Oncol，2007，2(7):619-625.

[16]MOYES L H,MCCAFFER C J,CARTER R C，et al.Cardiopulmonary exercise testing as a predictor of complications in oesophagogastric cancer surgery[J].Ann R Coll Surg Engl，2013，95(2):125-130.

[17]SMITH T P,KINASEWITZ G T,TUCKER W Y,et al.Exercise capacity as a predictor of post-thoracotomy morbidity[J].Am Rev Respir Dis，1984，129(5):730-734.

[18]MORICE R C,PETER E J,RYAN M B,et al.Exercise testing in the evaluation of patients at high risk for complications from lung resection[J].Chest，1992，101(2):356-361.

[19]KIM H J,PARK S W,CHO B R,et al.The role of cardiopulmonary exercise test in mitral and aortic regurgitation:it can predict post-operative results[J].Korean J Intern Med,2003,18(1):35-39.

[20]ENRIQUEZ-SARANO M,SCHAFF H V,ORSZULAK T A,et al.Congestive heart failure after surgical correction of mitral regurgitation.A long-term study[J].Circulation,1995,92(9):2496-2503.

[21]KEMPNY A,DIMOPOULOS K,UEBING A,et al.Reference values for exercise limitations among adults with congenital heart disease.Relation to activities of daily life——single centre experience and review of published data[J].Eur Heart J,2012,33(11):1386-1396.

[22]BOLIGER C T,JORDAN P,SOLR M,et al.Exercise capacity as a predactor of postoperative complications in lung resection candates[J].Am J Respir Crit Care Med,1995,151(5):1472-1480.

[23]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.

[24]HENNIS P J,MEALE P M,GROCOTT M P.Cardiopulmonary exercise testing for the evaluation of preoperative risk in non-cardiopulmonary surgery[J].Postgrad Med J,2011,87(1030):550-557.

[25]CHANDRABALAN V V,MCMILLAN D C,CARTER R,et al.Pre-operative cardiopulmonary exercise testing predicts adverse post-operative events and non-progression to adjuvant therapyafter major pancreatic surgery[J].HPB(Oxford),2013,15(11):899-907.

[26]GAO K,YU P M,SU J H,et al.Cardiopulmonary exercise testing screening and pre-operative pulmonary rehabilitation reduce postoperative complications and improve fast-track recoveryafter lung cancer surgery:A study for 342 cases[J].Thoracic Cancer,2015,6(4):443-449.

[27]LEVETT D Z,GROCOTT M P.Cardiopulmonary exercise testing,prehabilitation,and Enhanced Recovery After Surgery (ERAS)[J].Can J Anaesth,2015,62(2):131-142.

(本文編輯：陳素芳)

Research Progress of Risk Evaluation of Operation With Anesthesia Using Cardiopulmonary Exercise Testing

WANGMeng,WANGGu-yan,SUNXing-guo.

NationalCenterforCardiovascularDisease,FuwaiHospital,ChineseAcademyofMedicalSciences,StateKeyLaboratoryofCardiovascularDisease,NationalCenterforCardiovascularDiseaseClinicalMedicineResearch,PekingUnionMedicalCollege,Beijing100037,China

WANGGu-yan,NationalCenterforCardiovascularDisease,FuwaiHospital,ChineseAcademyofMedicalSciences,StateKeyLaboratoryofCardiovascularDisease,NationalCenterforCardiovascularDiseaseClinicalMedicineResearch,PekingUnionMedicalCollege,Beijing100037,China；E-mail:guyanwang2006@163.com

SUNXing-guo，NationalCenterforCardiovascularDisease,FuwaiHospital,ChineseAcademyofMedicalSciences,StateKeyLaboratoryofCardiovascularDisease,NationalCenterforCardiovascularDiseaseClinicalMedicineResearch,PekingUnionMedicalCollege,Beijing100037,China；E-mail：xgsun@labiomed.org

Cardiopulmonary exercise testing(CPET) can be used to evaluate risk of operation with anesthesia,peak oxygen consumption and anaerobic threshold are the two commonly used indicators.CPET can assess the risk of operation with anesthesia and guide the operation process,patient management and postoperative outcome.CPET is a holistic method which can check cardiopulmonary metabolism,and can reflect the whole process of metabolism and transport of oxygen from the lung to skeletal muscle,so CPET is a necessary complement to conventional static cardiovascular and pulmonary function test.

Surgical procedures,operative；Anesthesia；Risk assessment；Cardiopulmonary exercise testing；Peak oxygen consumption；Anaerobic threshold

國家高技術研究發展計劃(863計劃)(2012AA021009)；國家自然科學基金醫學科學部面上項目(81470204)；中國醫學科學院國家心血管病中心科研開發啟動基金(2012-YJR02)；首都臨床特色應用研究(Z141107002514084)

100037北京市，國家心血管病中心 中國醫學科學院阜外醫院 心血管疾病國家重點實驗室 國家心血管疾病臨床醫學研究中心，北京協和醫學院

王古巖，100037北京市，國家心血管病中心 中國醫學科學院阜外醫院 心血管疾病國家重點實驗室 國家心血管疾病臨床醫學研究中心，北京協和醫學院；E-mail:guyanwang2006@163.com

孫興國，100037北京市，國家心血管病中心 中國醫學科學院阜外醫院 心血管疾病國家重點實驗室 國家心血管疾病臨床醫學研究中心，北京協和醫學院；E-mail：xgsun@labiomed.org

R 542.5

A

A10.3969/j.issn.1007-9572.2016.23.029

2016-03-13；

2016-05-10)