心肺運動試驗對慢性阻塞性肺疾病患者肺功能的評估價值研究

桂珍珍，夏岑峰，高 艷，王紹金，張 鵬，張 錦

作者單位：750004寧夏回族自治區銀川市，寧夏醫科大學總醫院呼吸與危重癥醫學科

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·專題研究·

心肺運動試驗對慢性阻塞性肺疾病患者肺功能的評估價值研究

桂珍珍，夏岑峰，高 艷，王紹金，張 鵬，張 錦

作者單位：750004寧夏回族自治區銀川市，寧夏醫科大學總醫院呼吸與危重癥醫學科

【摘要】目的探討心肺運動試驗(CPET) 評估慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者肺功能的特點以及與常規肺功能檢查(PFT)評估的一致性。方法選取2014年1—9月在寧夏醫科大學總醫院門診就診的穩定期COPD患者26例為試驗組，同期體檢健康志愿者29例為對照組。兩組均行PFT及CPET，記錄相關參數并進行比較，且分析PFT與CPET評估COPD患者肺功能的吻合性。結果PFT結果顯示，兩組用力肺活量(FVC)間差異無統計學意義(P>0.05)；而試驗組第1秒用力呼氣末容積(FEV1)、FEV1占預計值百分比(FEV1% pred)、FEV1/FVC均低于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。CPET檢查結果顯示，兩組峰值運動時CO2輸出量(peakVCO2)、無氧閾(AT)時CO2通氣當量(VE/VCO2)間差異均無統計學意義(P>0.05)；而試驗組峰值功率(Wmax)、峰值攝氧量(peakVO2)、峰值公斤攝氧量(peakVO2/kg)、peakVO2占預計值百分比(peakVO2%pred)、AT、最大心率(HRmax)、氧脈搏(O2/HRmax)、最大分鐘通氣量(VEmax)、呼吸儲備(BRmax)均低于對照組，運動前后血氧飽和度(SaO2)差值高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)。PFT與CPET評估COPD患者肺功能嚴重程度分布間差異有統計學意義(u=3.290，P=0.001)。26例患者中，有8例(30.8%)患者兩種評估方法分級一致；16例(61.5%)患者CPET評估的肺功能損害程度較PFT嚴重；PFT評估為重度和極重度的10例患者中，僅有2例與CPET評估分級不一致。結論CPET在COPD患者肺功能早期診斷中較靜態肺功能靈敏。

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種常見病、多發病，我國40歲以上人群的患病率為8.2%[1]，寧夏地區為8.9%[2]。目前對于COPD的診斷及評估多依據2014版慢性阻塞性肺疾病防治全球倡議(GOLD)指南，采用癥狀評估和常規肺功能檢查(PFT)[3]，但癥狀評分具有主觀性，PFT無法反映患者在運動狀態下的運動耐量和心肺功能儲備。而且，有研究表明采用GOLD指南診斷COPD存在一定的漏診和誤診[4]，故其肺功能評估存在局限性。心肺運動試驗(CPET)可以在運動過程中實時監測機體氧(O2)耗量和二氧化碳(CO2)排出量的動態變化，客觀、定量地評估患者心肺儲備功能和運動耐力，目前已廣泛應用于心肺疾病病情的評估、術前手術風險的評價、治療反應及預后等的研究中[5]，但其在COPD的應用及與肺功能的關系尚未明確。因此，本研究旨在探討CPET評估COPD患者肺功能的特點以及與PFT評估的一致性。

1對象與方法

1.1研究對象選取2014年1—9月在寧夏醫科大學總醫院門診就診的穩定期COPD患者26例為試驗組。納入標準：患者均符合2014版GOLD指南中COPD的診斷標準[3]；均為男性；年齡>40歲。排除標準：(1)COPD處于急性加重期者；(2)近兩周有急性呼吸道感染史者；(3)合并有間質性肺疾病、睡眠呼吸暫停低通氣綜合征、肺栓塞、結締組織病者；(4)合并有支氣管哮喘、支氣管擴張癥、肺癌、肺結核等慢性支氣管、肺部疾病史者；(5)有胸廓畸形、脊柱畸形、胸膜廣泛粘連、胸廓成形術后等胸廓運動障礙性疾病者；(6)有高血壓、冠心病等心血管疾病、血液疾病、內分泌疾病、骨骼肌疾病及其他疾病者；(7)有職業粉塵及其他化學物質暴露史者；(8)有行CPET檢查禁忌證者；(9)有雙下肢活動受限疾病者；(10)體育工作者及過度疲勞者等。另外選取同期體檢健康志愿者29例為對照組，均為男性，年齡>40歲，排除所有器質性疾病者。受試者均自愿加入本研究，并簽署知情同意書。

1.2儀器設備PFT和CPET均采用德國耶格公司生產的Master ScreenTM心肺功能儀，運動設備為Ergoselect 100/200功率自行車，心電監測、血壓和指脈血氧飽和度(SaO2)測定采用該公司生產的配套多參數監護儀。定標氣體為：16%的O2，4.78%的CO2，氮氣(N2)平衡氣。

1.3研究方法

1.3.1資料收集檢查前2 d避免過勞,檢查當天餐后2 h來院。測量并記錄受試者的一般資料，詢問病史，完善Epworth量表評分、WELLS評分、胸部CT、心電圖、超聲心動圖等。

1.3.2PFT系統校準完畢后囑受試者取坐位，夾鼻夾，將肺功能測試儀調至合適高度，每次檢測之前都由檢查醫師示范，直至受試者領會。每項測試至少測量3次以上，記錄結果最佳1次。對第1秒用力呼氣末容積/用力肺活量(FEV1/FVC)<70%者吸入硫酸沙丁胺醇氣霧劑200 μg，休息15 min后，再次測量，標準同前。PFT根據2014版GOLD指南采用FEV1占預計值百分比(FEV1%pred)進行肺功能損害嚴重程度分級，分為輕度(≥80%)、中度(50%～)、重度(30%～)及極重度(<30%)[3]。

1.3.3CPET系統校準完畢后讓患者頭帶固定面罩，取騎坐位，檢查面罩無漏氣后接能耗系統，行血壓、SaO2及心電監測。檢查前由操作醫師示范動作要領，采用癥狀限制的連續踏車負荷遞增法，首先靜息狀態1 min，0 W熱身2 min，之后選擇10～20 W/min連續遞增，維持轉速為50 r/min左右。當受試者出現極度呼吸困難、極度疲乏無法維持轉速、胸悶胸痛、SaO2跌至85%以下、心電監護出現ST-T段壓低或者達到最大運動量時予以解除負荷，再行>3 min的恢復運動后結束試驗，記錄終止試驗的原因和運動過程中的相關指標。CPET根據美國醫學會對COPD肺功能減退患者的補充分級采用峰值公斤攝氧量(peakVO2/kg)分為輕度(≥25 ml·min-1·kg-1)、中度(20～ ml·min-1·kg-1)、重度(15～ ml·min-1·kg-1)及極重度(<15 ml·min-1·kg-1)[5]。

2結果

2.1兩組一般資料及PFT指標比較兩組受試者均為男性。兩組年齡、身高、體質量、體質指數(BMI)及FVC比較，差異均無統計學意義(P>0.05)；而FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC比較，差異有統計學意義(P<0.05，見表1)。

2.2兩組CPET指標比較兩組峰值運動時CO2輸出量(peakVCO2)、無氧閾(AT)時CO2通氣當量(VE/VCO2)比較，差異無統計學意義(P>0.05)；而峰值功率(Wmax)、峰值攝氧量(peakVO2)、peakVO2/kg、peakVO2占預計值百分比(peakVO2%pred)、AT、最大心率(HRmax)、氧脈搏(O2/HRmax)、最大分鐘通氣量(VEmax)、呼吸儲備(BRmax)、運動前后SaO2差值比較，差異有統計學意義(P<0.05，見表2)。

2.3PFT與CPET評估COPD患者肺功能嚴重程度分布比較PFT與CPET評估COPD患者肺功能嚴重程度分布間差異有統計學意義(u=3.290，P=0.001,見表3)。26例患者中，有8例患者(30.8%)兩種評估方法分級一致；16例(61.5%)患者CPET評估的肺功能較PFT嚴重，其中輕度4例、中度10例、重度2例；PFT評估為重度和極重度的10例患者中，僅有2例與CPET評估分級不一致。

表3PFT與CPET評估COPD患者肺功能嚴重程度分布比較(例)

Table3ComparisonbetweenPFTandCPETintheassessmentofthedistributionoflungfunctionabnormalityseverity

評估方法例數輕度中度重度極重度PFT26412 8 2CPET261 3 157

注：PFT=常規肺功能檢查，CPET=心肺運動試驗

2.4運動終止原因分析受試者均順利完成CPET，測試過程中未發生需要緊急處理的不良事件。試驗中停止運動的原因：試驗組12例因力竭終止運動，11例因下肢疲勞合并呼吸困難終止運動，3例因呼吸困難終止運動；對照組29例患者均因力竭終止運動。

3討論

COPD早期可無明顯表現，靜息狀態下PFT等常不能發現潛在病變[6]，CPET可以在運動負荷下動態監測心肺功能變化特點，能夠發現靜息狀態下不能發現的病理生理學改變，從而客觀、定量地評估COPD患者的心肺功能和運動耐力，是唯一客觀、定量測定人體整體功能學的試驗[7]。因此，CPET較PFT有較大的優勢，可為臨床提供較全面的數據。本研究表明，COPD患者運動耐力較健康人群明顯降低，除peakVO2外，Wmax、運動后SaO2亦均明顯下降，且CPET檢查時運動終止的原因主要是呼吸困難和下肢疲勞，而對照組均為下肢疲勞，也說明了這一情況。

peakVO2是患者峰值運動時的分鐘攝氧量，反映了機體最大有氧代謝和心肺儲備能力，正常時應大于其預計值的84%。本研究中，試驗組peakVO2較對照組明顯降低，peakVO2%pred為(55.7±11.9)%，提示COPD患者有氧運動能力明顯下降，心肺儲備功能已經受到損害，這與相關研究報道一致[8-9]，而本研究中健康人群peakVO2%pred偏低，可能與本研究運動方案有關。本研究還依據peakVO2/kg對COPD患者肺損傷嚴重程度進行了分級，結果發現僅有30.8%的患者與靜態肺功能分級一致，表明公斤攝氧量與氣流受限程度的相關性差，即使是相似的FEV1，攝氧量也存在較大的差異，這可能與個體間年齡、BMI、平時運動量、吸煙指數等多種因素有關。此外，本研究中61.5%的患者通過CPET評估的肺功能較靜態肺功能嚴重，尤其是在輕度、中度患者，提示部分患者臨床癥狀不明顯，靜息狀態下

±s)

注： BMI=體質指數，FVC=用力肺活量，FEV1=第1秒用力呼氣末容積，FEV1%pred =FEV1占預計值百分比

Table2　ComparisonofCPETindicatorsbetweenthetwogroups

組別例數Wmax(W)peakVO2(ml/min)peakVO2/kg(ml·min-1·kg-1)peakVO2%pred(%)AT(%)HRmax(次/min)O2/HRmaxVEmax(L/min)BRmax(%)peakVCO2(ml/min)VE/VCO2運動前后SaO2差值(%)對照組29157.6±14.41735±31925.5±4.786.0±15.052.8±14.6150.9±13.711.7±2.361.9±12.347.9±10.91732.3±404.533.6±4.22.2±1.9試驗組26117.4±29.11125±31117.0±3.555.7±11.936.8±14.1135.0±16.5 8.4±2.2 54.0±16.223.9±18.51621.4±508.333.0±7.14.0±3.0t值6.3757.1567.4408.2044.1203.8775.6162.0425.7730.901-2.5702.708P值<0.001<0.001<0.001<0.0010.001<0.001<0.0010.046<0.0010.3720.7980.009

注：Wmax=峰值功率，peakVO2=峰值攝氧量，peakVO2/kg=峰值公斤攝氧量，peakVO2%pred=peakVO2占預計值百分比，AT=無氧閾，HRmax=最大心率，O2/HRmax=氧脈搏，VEmax=最大分鐘通氣量，BRmax=呼吸儲備，peakVCO2=峰值CO2輸出量，VE/VCO2= CO2通氣當量，SaO2=氧飽和度

肺功能下降也不明顯，但患者的心肺儲備功能已經出現了明顯下降，這為COPD的早期診斷和治療提供了依據，也說明CPET較靜態肺功能對COPD的診斷靈敏度更高。Fink等[10]對216例COPD患者分別行PFT和CPET，發現65例(30.1%)患者二者分級一致，132例(61.1%)患者通過CPET分級的結果較PFT分級肺功能損害程度輕，這與本研究結果相反，原因為其采用的分級方法與本研究不同。國內任紅巖等[11]、吳浩等[9]根據GOLD分期將COPD患者分組后行CPET，也發現使用GOLD分期并不能全面評估COPD患者病情嚴重程度，但他們并未立足于COPD的早期診斷。

AT是運動時有氧代謝能力的標志，研究表明AT與peakVO2的高低可以反映心排血量的高低，故可用以標志心功能的損害程度[12]，文獻報道HRmax、O2/HR也可反映心功能受損的程度[8-9]。本研究中，COPD組AT、peakVO2、HRmax、O2/HRmax等均較對照組明顯降低,且受試者運動前均進行了超聲心動圖、胸片、心電圖等相關檢查，已除外心血管疾病，運動過程中動態心電圖、動態血壓均未見異常，故考慮上述指標的下降與肺功能受損相關，是一種代償反應，而非心功能受損。HRmax降低的原因可能是COPD患者運動耐力下降，運動過程中未能刺激HRmax出現；氧脈搏的降低可能與COPD患者逐漸加重的低氧血癥、肺臟過度充氣、肺血流異常等多種因素導致攝氧量明顯降低有關。國外Boerrigter等[13]研究也證實了這一點，Chuang等[14]還提出CPET中反映心功能的指標如peakVO2、AT、O2/HRmax、VE/VCO2、O2通氣當量(VE/VO2)對心功能的評價沒有特異性，這與傳統認識存在一定差異，臨床需要進一步研究證實。

CPET中，BRmax反映最大運動時呼吸儲備能力，VEmax反映極量運動時的通氣量。本研究中，COPD組BRmax、VEmax均較對照組明顯降低，VEmax降低的原因可能與COPD患者氣道阻塞進行性加重導致運動時呼吸肌易于疲勞，肺泡通氣量明顯降低有關；BRmax較對照組降低，但仍在參考值(20%～50%)下限以上，可能與本研究所選擇的患者大多病情較輕有關。此外，本研究中AT時VE/VCO2兩組間無差異，未能提示有通氣/血流失調的線索，這與呂福禎等[8]研究結果相反，可能與儀器、操作者水平、人群的地域分布等因素有關。

綜上所述，PFT在COPD的診斷及病情評估中具有一定的局限性，CPET可做進一步補充，并在COPD的早期診斷中發揮重要作用；COPD患者CPET的特點為Wmax、peakVO2、AT、HRmax、O2/HRmax、VEmax、BRmax、SaO2明顯降低，提示COPD患者運動耐力、心肺儲備功能受損。本研究的不足之處是樣本量較小，CPET的運動方案需要改進。目前課題組經過系統學習后已經嚴格遵循標準化方案[15]，未來將在這一領域進行更加深入的研究。

作者貢獻：桂珍珍、張錦負責試驗設計與實施、論文撰寫、成文并對文章負責；桂珍珍、夏岑峰、高艷、王紹金、張鵬負責試驗的實施及資料的評估；桂珍珍、張錦、高艷負責數據的質量控制及審校；桂珍珍、夏岑峰、高艷、王紹金負責數據評估。

本文無利益沖突。

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(本文編輯：崔沙沙)

【關鍵詞】肺疾病,慢性阻塞性；心肺運動試驗；肺功能

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Value of Cardiopulmonary Exercise Test in the Evaluation of the Pulmonary Function of Patients With Chronic Obstructive Pulmonary DiseaseGUIZhen-zhen,XIACen-feng,GAOYan,etal.RespiratoryandCriticalDisciplineofNingxiaMedicalUniversityGeneralHospital,Yinchuan750004,China

【Abstract】ObjectiveTo investigate the features of cardiopulmonary exercise test(CPET) in the evaluation of the pulmonary function of patients with chronic obstructive pulmonary disease(COPD) and its consistency with conventional pulmonary function test(PFT) in the evaluation of pulmonary function of COPD patients.MethodsWe enrolled 26 patients who were at the stable period of COPD and received treatment in the outpatient department of Ningxia Medical University General Hospital from January to September in 2014.We also enrolled 29 healthy volunteers who received physical examinations in the same period.PFT and CPET were conducted on both groups,and relevant parameters were recorded and compared between the two groups.The consistency between PFT and CPET in the assessment of the lung function of COPD patients was analyzed.ResultsThe result of PFT showed that the two groups were not significantly different in forced vital capacity(FVC) (P>0.05);the trial group was lower than control group in FEV1,FEV1% pred and FEV1/FVC(P<0.05 for all).The result of CPET showed that the two groups were not significantly different in peakVCO2and VE/VCO2(P>0.05 for all);trial group was lower in Wmax,peakVO2,peakVO2/kg,peakVO2%pred,AT,HRmax,O2/HRmax,VEmax and BRmax and was higher in SaO2before and after exercise than control group (P<0.05 for all);there were significant differences between PFT and CPET in the assessment of the distribution of lung function abnormality severity (u=3.290，P=0.001).Among the 26 patients,there were 8 (30.8%) patients who had consistency in the results made by the two assessment methods;there were 16 (61.5%)patients who had higher grade in lung function abnormalities assessed by CPET than by PFT;of the 10 patients who were severe and extremely severe in lung function abnormalities assessed by PFT,only 2 patients had results inconsistent with CPET.ConclusionCPET may be a more sensitive test in early diagnosis in patients with COPD compared with resting pulmonary function test.

【Key words】Pulmonary disease,chronic obstructive;Cardiopulmonary exercise testing;Lung function

(收稿日期：2015-08-18；修回日期：2015-10-24)

【中圖分類號】R 563

【文獻標識碼】A

doi：10.3969/j.issn.1007-9572.2016.05.003

通信作者：張錦，750004寧夏回族自治區銀川市，寧夏醫科大學總醫院呼吸與危重癥醫學科；E-mail:jinzhangnew@hotmail.com