心肺運動試驗在心肺康復中的應用現狀及展望

陳偉 ，范秋季

心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise testing，CPET）是一種客觀、定量、無創、可同時反映心肺代謝及整體功能的方法［1］，也是目前國際上普遍使用的評定人體呼吸和循環功能的無創性檢查手段，并被認為是評估心肺功能的“金標準”。結合“整體整合生理學-醫學”新理論體系，CPET可全面、精確地評估遞增負荷試驗中人體心肺代謝一體化聯合調控反應［2］，目前其已廣泛用于手術及麻醉風險評估、各種循環及呼吸系統疾病功能受限、病情嚴重程度及預后評估、指導心血管系統和呼吸系統疾病患者運動處方的制定及康復治療效果評估等［3］，并在心肺康復領域具有極其重要的價值和應用前景。本文主要對CPET在心肺康復中的應用現狀及發展趨勢進行總結、分析如下。

1 心肺康復發展歷程及發展趨勢

1.1 心肺康復臨床實踐逐漸擴展并在相關疾病中達成共識心臟、肺臟是維持人體生命活動的重要器官，其主要功能為心臟泵血、肺部攝氧及進行氣體交換，二者健康是保持機體健康的基本保障。研究表明，心肺功能障礙是導致患者死亡的獨立危險因素［4］，并會給患者家庭及社會造成嚴重經濟負擔，而針對心肺功能障礙進行康復訓練并以此而改善心肺功能、提高有氧運動能力的方式則稱為心肺康復［5］，其主要包括心臟康復和肺康復。2018年《中國社區心肺康復治療技術專家共識》［6］指出，心肺康復指通過全面、規范、系統化的康復評估并采取運動訓練、藥物、營養、健康教育、心理干預等綜合醫療干預措施而改善患者心血管系統和呼吸系統功能，提高患者生活質量并促使其早日回歸家庭、回歸社會。在此之前，臨床常將心臟康復與肺康復割裂開來，但單獨進行心臟康復或肺康復均得不到最佳康復治療效果，因此需將心肺功能看作一個整體，積極倡導心肺康復一體化理念，以促進患者整體功能恢復。

1.2 心臟康復發展歷程 國外心臟康復起源于冠心病心絞痛患者的康復訓練，至今已有250多年歷史；我國心臟康復始于20世紀60年代，當時主要是針對風濕性心臟病患者的康復訓練，近30年來我國心臟康復事業受到越來越多的重視，心臟康復對象從開始的慢性冠心病患者發展為無合并癥的急性心肌梗死患者，并逐漸擴展到幾乎所有心臟病患者，并包括術后及介入治療后患者［7］。近幾年，中國康復醫學會心血管專業委員會先后制定了《冠心病康復與二級預防中國專家共識》《慢性穩定性心力衰竭運動康復中國專家共識》《冠心病患者運動治療中國專家共識》《經皮冠狀動脈介入治療術后運動康復專家共識》等，但目前我國仍缺乏諸如起搏器植入術后、先天性心臟病、外周血管疾病、心臟移植術后及心臟瓣膜病術后康復指南/專家共識，且部分患者對心臟康復參與率及依從性較低，因此我國心臟康復現狀仍不容樂觀，心臟康復的發展仍不成熟，仍需進一步推廣及完善。

1.3 肺康復發展歷程 國外肺康復始于1940—1950年，當時主要針對的是肺結核及急性脊髓灰質炎所致呼吸肌麻痹患者，后隨著疾病譜改變及肺康復醫學發展，肺康復越來越廣泛地應用于各種疾病所引起的呼吸功能低下患者。美國胸科協會和歐洲呼吸協會于2013年頒布的關于肺康復的聲明中對肺康復的定義進行了更新，指出肺康復是基于全面康復評估后的綜合的、個體化的干預措施，包括但不限于運動鍛煉、健康教育和生活習慣的干預，旨在改善慢性呼吸系統疾病患者生理及心理健康狀況，促進患者形成長期健康行為［8］。近年來我國慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、支氣管哮喘、肺癌、肺減容術、肺移植等圍術期肺康復逐漸發展，但目前尚無相關肺康復指南/專家共識；與心臟康復相比，肺康復發展相對遲緩或基本處于停滯狀態。此外，由于臨床對肺康復重視程度不夠、開展肺康復的醫院較少、專門從事肺康復的人員水平參差不齊，因此相關醫療機構應加大對肺康復的投入及宣傳力度，以促進肺康復快速發展。

1.4 心肺康復發展趨勢 隨著近年來對心肺康復的認識逐漸深入，心肺康復已不再單純地應用于心臟疾病或呼吸系統疾病患者，而是廣泛應用于存在心肺功能障礙的患者。研究表明，腦卒中患者常因年邁及長期臥床而導致心肺功能減退，心肺康復除可改善其心肺功能外，還可協助其控制血壓、血糖、血脂等［9］；脊髓損傷患者因長期制動而導致一系列并發癥（如冠狀動脈粥樣硬化、深靜脈血栓形成等）、心肺功能減退，心肺康復除可促進其心肺功能恢復外，還可提高其運動耐力并使其更好地耐受康復治療、提高其日常生活能力［10］。因此，應加強對非心肺疾病患者心肺功能評估及心肺康復治療，以促進其身心健康恢復并改善其預后。

2 CPET

良好的康復效果是基于全面、系統性、規范化康復評估基礎之上的，這就需要借助全面的心肺功能一體化評估手段——CPET來完成。因此，患者在心肺康復前均應采用癥狀限制性CPET進行運動風險評估，以全面、客觀地把握患者運動反應情況、心肺功能儲備和功能受損程度［11］，最終使心肺疾病等慢性病患者得到安全、有效、個體化心肺康復指導并進行精準的康復治療效果評估等。

2.1 CPET是目前量化評估心肺功能的最佳手段 運動功能評估的目的在于識別靜息狀態下所不能發現的功能受限及高危風險人群，進而指導臨床采取各種積極的干預措施以防患于未然。傳統的心肺功能檢查手段如超聲心動圖、心電圖、靜態肺功能、胸部X線、胸部CT等多在靜息狀態下完成，主要反映機體靜息狀態下心肺功能，由于靜息狀態下可能存在儲備功能代償，因此傳統的心肺功能檢查手段難以真實反映患者心肺功能受限程度。6分鐘步行試驗（6-minute walk test，6MWT）是一種臨床常用的運動試驗，常用于評估老年或功能狀態差患者早期運動功能，具有成本低、與日常活動相關性好、耐受性好等優點，但其僅能獲得受試者6分鐘步行距離這一指標，難以精確反映患者最大有氧運動能力、難以實現標準化。CPET可精確地量化受試者通氣功能、氣體代謝及運動功能并反映心肺整體功能，可用于評估慢性心力衰竭患者病情嚴重程度及預后、鑒別呼吸受限原因、量化手術干預或臨床治療效果、指導手術方案及個體化運動處方的制定等，因此CPET成為目前評估心肺功能的“金標準”［12］及量化評估心肺功能的最佳手段［13］。由于CPET成本較高并需專門的設備和專業的操作人員、測量結果易受受試者測試熟練程度及輔助工具的影響、不適用于早期及重癥患者、可能延緩康復治療的啟動等，因此目前主要推薦有條件的醫療中心將CPET作為評估心肺功能的主要手段，而6MWT可作為有效補充。

2.2 CPET的臨床應用及發展趨勢

2.2.1 疾病嚴重程度分級及心肺功能評估 20世紀80年代，WEBER等［14］和JANICKI等［15］分別提出將CPET中的峰值攝氧量（peak oxygen uptake，VO2peak）和無氧閾（anaerobic threshold，AT）用于慢性心力衰竭患者心功能分級，并將VO2peak＞20 ml·kg-1·min-1、AT＞14 ml·kg-1·min-1歸為 A 級，將 VO2peak介于 16～20 ml·kg-1·min-1、AT 介于 11～14 ml·kg-1·min-1歸為 B 級，將 VO2peak介于 10～15 ml·kg-1·min-1、AT介于 8～10 ml·kg-1·min-1歸為 C 級，將 VO2peak＜10 ml·kg-1·min-1、AT＜8 ml·kg-1·min-1歸為 D 級。VO2peak指運動過程中受試者不能維持功率繼續增加、達到峰值時的攝氧量，無平臺期出現，易受受試者性別、年齡、運動習慣、功能狀態等多種因素影響，而凡是能影響血液系統攜氧能力（如血乳酸水平、溫度、血氧分壓及血紅蛋白等）、心功能（如心輸出量）、組織攝氧能力（如線粒體數量、線粒體氧化酶活性）等的因素均會導致VO2peak下降，且VO2peak與慢性心力衰竭患者血流動力學指標密切相關；AT指隨著運動負荷增加、循環血液中氧氣供應由于無法滿足機體有氧代謝需求而由無氧代謝代替有氧代謝的臨界點，反映的是亞極量運動負荷，避免了主觀因素的干擾［16］。因此，將AT與VO2peak相結合并用于心力衰竭患者心肺功能評估科學且合理。

有研究表明，CPET可發現既往無心血管系統疾病、靜息血壓正常的受試者運動過程中血壓異常反應并預測受試者未來高血壓發生風險［17］，與動態血壓監測相比，CPET具有操作簡單、耗時短等優勢，有助于早期識別高血壓并為臨床干預前移提供重要依據。WINTER等［18］研究發現，CPET結果與冠心病患者有創心血管檢測結果相關性良好，VO2peak、AT、峰值氧脈搏越低則冠心病患者冠狀動脈病變支數越多、左心室射血分數越低，因此CPET可用于評估冠心病患者冠狀動脈病變嚴重程度并具有客觀、精確、定量、無創、敏感性較好等優點，但其特異性較差。

2.2.2 量化手術或臨床治療效果 KATAOKA等［19］研究表明，卡維地洛較美托洛爾能更有效地降低基線腦鈉肽（BNP）水平較高的充血性心力衰竭患者二氧化碳通氣當量斜率（VE/VCO2slope）、改善患者通氣功能；AGOSTONI等［20］研究表明，卡維地洛對心力衰竭患者過度通氣、VE/VCO2slope及潮氣末二氧化碳分壓（end-tidal partial pressure of carbon dioxide，PETCO2）的改善效果優于比索洛爾。與傳統肺通氣功能檢查相比，CPET由于盡可能地排除了主觀因素的干擾而使檢測結果更客觀、可靠。

鄭宏超等［21］對穩定性冠心病患者經皮冠狀動脈介入治療（percutaneous coronary intervention，PCI）前后分別行CPET以評估其心肺功能，結果顯示其PCI前后左心室射血分數、靜息及峰值血壓、心率均無明顯變化，而PCI后VO2peak、AT、峰值氧脈搏則較PCI前明顯改善，提示PCI可有效改善穩定性冠心病患者心肺功能。因此，CPET作為新型手術或臨床治療效果評估手段，可精確量化藥物、手術等治療效果，有助于動態、長期觀察藥物、手術、康復治療效果等，具有一定推廣應用價值。

2.2.3 手術及麻醉風險評估 與超聲心動圖、心電圖、肺功能、血氣分析、胸部X線檢查等相比，CPET能更加精確、全面地評估受試者心肺功能及整體功能，進而為手術及麻醉風險評估、管理提供客觀、可靠的參考依據。《美國胸科醫師協會肺癌診治指南》［22］指出，CPET可用于指導擬行肺切除術肺癌患者手術方案的選擇及圍術期風險評估，而肺癌患者術前心肺功能狀態與術后并發癥發生率及死亡率均呈負相關，術前心肺功能越差的肺癌患者術后并發癥發生風險及死亡風險越高：術前VO2peak＞20 ml·kg-1·min-1或峰值攝氧量占預計值的百分比（VO2peak%pred）＞75%的肺癌患者可耐受計劃之中的肺切除術甚至是全肺切除術，且術后不良心血管事件發生風險較低；術前VO2peak＜10 ml·kg-1·min-1或VO2peak%pred＜35%是肺癌患者圍術期死亡及心肺并發癥的危險因素，并被認為是解剖性肺切除術的禁忌證。由于CPET在識別圍術期高危因素方面顯示出獨特的優越性，因此建議所有擬行手術的患者術前行CPET以提高患者風險管理水平，并于術前、術后采取積極的干預措施如呼吸訓練、吸氣肌功能訓練、有氧訓練等心肺康復手段，以達到改善患者心肺功能、提高患者對手術的應激能力、減少術后并發癥及死亡、為患者生命安全保駕護航的目的。

2.2.4 健康人群心肺功能評估 隨著近年來心肺康復發展，CPET應用范圍逐漸從患病人群基礎功能評估、疾病嚴重程度分級、手術或臨床治療效果、手術及麻醉風險評估擴展到健康人群心肺功能及有氧能力評估，并逐漸成為當前研究的熱點，但健康人群心肺功能評估目前尚處于起步階段。

2013年，美國心臟協會呼吁建立個體有氧運動能力登記中心，并指出準確量化有氧運動能力在評估個人整體健康狀況和未來非傳染性疾病及不良事件發生風險方面具有重要作用；2016年更新的CPET指南指出，有氧運動能力是看似健康（無疾病診斷）人群未來不良事件（如腦卒中、急性心肌梗死等）發生風險強有力的預測因子［23］。ARENA等［24］研究認為，未來有氧運動能力可能作為與體溫、脈搏、呼吸、血壓等同等重要的生命體征并廣泛應用于臨床實踐，但由于目前尚無針對健康人群的大樣本量CPET研究，因此進一步提高公眾對CPET的認識、加強CPET在健康人群心肺功能評估中的應用、探究適用于健康人群的心肺功能評估標準成為目前亟待解決的問題。

3 心肺康復臨床實踐中的問題

3.1 制定運動強度的一系列問題 運動處方是康復訓練的核心組成部分，遵循FITT-VP原則，涉及頻率（frequency）、強 度（intensity）、 時 間（time）、 運 動 類 別（type of exercise）、總量（volume）、進度（progression）及相應運動注意事項等，其中運動強度是決定康復治療效果和保證康復訓練安全性的關鍵。有氧運動的運動強度可參照AT、心率、同時結合Borg評分法（6～20分）等進行制定，借助于高強度功率自行車。AT法：AT相當于VO2peak的50%～70%時的運動強度是最安全、有效的，并避免了受試者主觀感受的影響，同時也是指南推薦的心血管疾病患者康復訓練的最佳運動強度［25］；目標心率法：指安靜狀態下基礎心率增加20～30次/min，由于此法較為粗略、精確性欠佳，因此常用于院外低風險患者運動強度的粗略判斷；心率儲備法：靶心率=（峰值心率-靜息心率）×靶強度+靜息心率，一般靶強度為40%～70%，相關指南推薦中國心血管疾病患者康復訓練從低靶強度（40%）開始，并隨著體能改善而逐步調整運動強度；峰值心率法：目標心率指預測峰值心率（220-年齡）的65%～75%，但近年研究發現以65%～75% 的峰值心率作為心血管疾病患者運動強度存在較高的運動風險［16］，同時由于多數心血管疾病患者常使用β-受體阻滯劑，因此根據心率制定運動處方可能會受到藥物影響、缺乏準確性；Borg評分法：通常建議有氧運動強度為Borg評分達10～16分［26］，但此法易受患者主觀因素影響，因此常作為制定運動強度的有效補充。

3.2 高強度間歇訓練（high-intensity interval training，HIIT）長期以來冠心病患者康復訓練強度均控制在心肌缺血閾值以下以避免心肌缺血發作、保護受損的心肌細胞，但近年研究發現，短暫的心肌缺血可促進心肌側支循環形成并改善受損心肌的血液供應，進而改善患者心肺功能［27］。HIIT指短時間高強度（＞85% VO2peak）訓練與低水平主動運動或被動恢復相結合，適合于病情較輕、心肺功能狀態較好的患者［28］，根據間歇時間長短可分為長時間（85%～95% VO2peak，3～15 min）、中等時間（96%～99% VO2peak，1～3 min）、短時間（100%～120%VO2peak，10 s～1 min）三種類型［29］，但目前尚無指南對 HIIT的運動強度及間歇時間進行明確，因此HIIT仍處于探索階段、并未在臨床上常規開展。此外，由于目前對HIIT的相關作用機制研究仍不完善、臨床醫師對高強度負荷康復訓練安全性存在擔憂，因此今后尚需進一步完善其相關機制研究并開展大規模臨床研究以探討HIIT最佳運動強度及間歇時間，提高HIIT在心肺康復訓練中的安全性及有效性。

4 小結與展望

CPET作為一種無創、可重復的心肺功能評估手段，可提供精確、量化的心肺功能及整體功能評估指標，已廣泛用于多種疾病嚴重程度分級及心肺功能評估、量化手術或臨床治療效果、手術及麻醉風險評估、健康人群心肺功能評估及運動處方制定等心肺康復各個方面，相信隨著未來更多關于CPET臨床應用研究的逐步開展、CPET適用人群及使用范圍逐步擴大、CPET在非心肺系統疾病患者中的逐步應用等，CPET將更好地指導包括健康人群在內的受試者心肺功能及運動能力研究，并通過制定符合相應人群心肺功能狀態的評估標準而提高其健康管理水平，更好地規避未來不良事件發生等；同時進一步完善CPET結果分析、解釋將更好地提高CPET的臨床應用價值，從而更好地服務于臨床、指導臨床決策等。