心肺運動試驗應用于冠心病診治中的研究進展

【摘要】冠心病是發病率、病死率均較高的心血管疾病之一，冠心病的早期篩查、診斷、防治尤為重要。心肺運動試驗（CPET）是評估心肺適能的“金標準”，是一種客觀、定量、無創的檢查方法。相關研究表明，心肺運動試驗在冠心病的風險預測、診斷、制定運動處方、預后和療效評價等方面均具有重要的臨床應用價值，依據CPET制定運動處方更是冠心病心臟康復的重要依據。現就CPET應用于冠心病的相關研究進展進行系統闡述，以期為冠心病提供更為簡便的診斷及評估方法。

【關鍵詞】冠心病 ; 心肺運動試驗 ; 心肺適能

【中圖分類號】R541.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2096-3718.2025.03.0023.05

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2025.03.008

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是由于冠狀動脈狹窄或閉塞，導致心肌缺血、缺氧甚至壞死的一組疾病，簡稱冠心病。盡管在過去的幾十年中，冠心病的治療有了相當大的改進，但冠心病發病率和病死率仍然呈現上升趨勢，全球范圍內，約2.4億人患有缺血性心肌病，2021年冠心病患者死亡率較2019年上升72% [1]。《中國心血管健康與疾病報告2023》 [2]顯示，目前國內冠心病患病人數高達1 139萬；2021年，國內城市居民冠心病死亡率為

135.08/10萬，農村為148.19/10萬。冠心病給居民和社會帶來的經濟負擔持續加重，因此冠心病的早期篩查、診斷、防治尤為重要。心肺運動試驗（CPET）能檢測受試者靜息狀態、負荷運動和恢復狀態下的心肺功能，其優勢在于能觀察負荷遞增下心血管系統、呼吸系統的儲備能力，目前已廣泛應用于人體整體生理功能狀態評價、病情評價、治療效果及預后轉歸預測等領域，且有無創的優點。冠狀動脈造影術作為診斷冠心病的“金標準”，可準確評估冠狀動脈狹窄程度，但冠脈狹窄程度和心肺儲備功能并不一定是等比關系。CPET則作為評估心肺適能（CRF）的“金標準”，不僅具有無創的優點，還能精確評估心肺儲備能力，在冠心病的風險預測、診斷、制定運動處方、預后及療效評價等方面具有獨特的臨床應用價值。比如CPET的不同參數指標可以評估冠心病患者的心功能不全情況，能夠密切連續檢測患者心血管狀態，以確保患者治療的有效性[3]。現就CPET應用于冠心病的相關研究進展進行系統闡述，以期為冠心病提供更為簡便的診斷及評估策略。

1 CPET簡介

CPET是在逐步遞增的運動負荷試驗中，通過測定人體靜息、運動及恢復階段的耗氧量（VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）、通氣量（VE）及血壓、血氧、心電圖等指標，全面客觀地評價人體呼吸系統、心血管系統、神經生理系統、骨骼肌及代謝系統功能，闡明在不同負荷運動時發生的病理生理性變化[4]。CPET利用外呼吸與細胞呼吸耦聯的原理，通過外呼吸氧氣攝入量和VCO2的變化，了解細胞呼吸過程中線粒體氧利用和二氧化碳生成的變化，對患者心肺運動功能及心肺損傷程度進行評價。

CPET主要包括靜態肺功能測定和踏車運動試驗，靜態肺功能測定可以獲得用力肺活量（FVC）、最大自主通氣量（MVV）、第1秒用力呼氣容積（FEV1）等呼吸參數及最大流速 - 容量環；而踏車運動試驗分為：⑴靜息期（3 min）：可以獲得靜息心率（HR）、血壓、心電圖、靜態氣體代謝等指標；⑵無負荷熱身運動期（3 min）：踏車速度保持在55～65 r/min，接近結束時記錄HR、血壓、心電圖、血氧飽和度等指標；⑶功率負荷期（6～10 min）：踏車速度保持在55～65 r/min，測試者可密切觀察受試者癥狀、HR、血壓、氣體代謝指標、血氧飽和度及心電圖改變。⑷恢復期（6～8 min）：保持無負荷緩慢踏車2～3 min，踏車速度可維持在30～40 r/min，可觀察受試者的HR、血壓、心電圖及癥狀。通過對這些數據信息的綜合分析，客觀反映受試者運動過程中肺通氣與換氣、細胞能量代謝及血流動力學變化，闡明運動不耐受以及發生諸如呼吸困難、心絞痛、下肢疲勞等癥狀的可能原因及其機制。CPET的主要測試方法是運動，對于病情相對穩定的患者，其運動生理反應是可重復的，而存在重度心肺功能不全、急性心力衰竭、運動功能障礙等癥狀者禁忌行CPET [5]。

CPET的主要參數有：⑴反映運動耐量以及心血管功能的指標：如峰值攝氧量（peakVO2）、無氧閾（AT）、代謝當量[METs，1 MET=3.5 mL/（kg·min）VO2]、最大氧脈搏（peakVO2/HR）、HR儲備（HRR）、呼吸商（RQ）或呼吸交換比（RER）、氧作功效率（攝氧量/功率，ΔVO2/ΔWR）、測試期的心電圖、HR及血壓變化等；⑵反映通氣功能的指標：如呼吸儲備（BR）、MVV、潮氣量（VT）、呼吸頻率（BF）、分鐘通氣量（VE）、FEV1、VT/深吸氣量（IC）、運動振蕩通氣（EOV）等；⑶反映氣體交換的指標：如氧通氣當量（VE/VO2）、二氧化碳通氣當量（VE/VCO2）、生理無效腔/潮氣量比值（VD/VT）、動脈氧分壓（PaO2）、肺泡與動脈氧分壓差［P（A?a）O2]、動脈二氧化碳分壓（PaCO2）、潮氣末氧分壓（PETO2）、潮氣末二氧化碳分壓（PETCO2）、外周血氧飽和度（SaO2）等。CPET可提供患者的可重復客觀信息，可精確量化心肺功能儲備和功能受損程度，是評估CRF的金標準[6]。

2 冠心病運動受限的病理生理機制及CPET特點

心血管系統是機體內的一個關鍵系統，負責將氧氣和營養物質輸送到全身各個細胞，并將廢物和二氧化碳帶走，該系統最主要和直接的作用之一是氣體的轉運。心臟是一個獨特的需氧器官，不斷由冠狀循環血管供氧，心肌血流灌注能很快適應代謝增加的需求，運動時冠狀循環血流量成比例增加2～5倍。冠狀動脈病變如冠脈狹窄、冠脈微循環病變、血流停滯等情況下，心肌局部需求與灌注失衡，VO2、VCO2及HR將產生相應的改變。

冠心病患者在運動過程中的氣體交換情況受到心血管系統的影響。在低負荷運動期，冠心病患者ΔVO2/ΔWR正常，VO2/HR正常，隨著運動功率遞增，冠心病患者的心肌收縮力下降，而通過增加HR、BF，提高P（A?a）O2，代償范圍內可保持穩定的心輸出量、VO2。在AT水平以上的高負荷運動期，可出現ΔVO2/ΔWR變小、曲線轉低平；VO2/HR曲線往往不能升高至正常預計值，且HR陡峭上升；VCO2-VO2斜率中VCO2表現出持續陡峭升高。且冠心病患者的peakVO2、最大負荷量較低，運動時間較短，RER升高，BR高，VE/VO2、VE/VCO2正常[7]。CPET將呼吸功能監測和踏車運動試驗相結合，能夠在患者運動強度逐漸提高的過程中連續監測其運動等級，并通過測量患者運動試驗過程中的血壓、HR、心電圖等指標對患者心肺運動功能及心肺損傷程度進行評價，CPET在評估冠脈功能上具備獨特價值。

3 CPET可以預測冠心病的患病風險

相關研究表明，CPET是健康人群、冠心病高危人群預測冠心病患病風險的重要方法，其中peakVO2、peakVO2/HR預測價值較高。LETNES等[8]在一項前瞻性隊列研究中，納入了4 527例健康成年人（51%為女性），既往無心血管疾病、呼吸系統疾病、腫瘤、服用心血管藥物病史，其中83.5%參與者在納入研究時被評估為心血管疾病低危人群，經過8.8年的隨訪調查，147例參與者達到主要終點事件（因冠心病住院或死亡）。該研究發現，當運動能力lt;5 METs，終點事件發生風險增加。而peakVO2每增加1 MET，女性達到終點事件的風險下降12%（Plt;0.005），男性下降17%（Plt;0.005）；同時peakVO2/HR、VE/VO2、VE/VCO2對冠心病患病風險也有一定的預測價值，在冠心病低中高危分組中，peakVO2/HR每增加8%（95%CI 2～13），冠心病風險下降1個等級；VE/VO2每增加3%（95%CI 0～6），VE/VCO2每增加4%（95%CI 0～8），冠心病風險增加1個等級。LAUKKANEN等[9]研究也證實，peakVO2/HR是高危人群罹患冠心病的強有力預測因子，該研究納入了1 596名男性，具備吸煙、飲酒、肥胖、高脂血癥、糖尿病、高血壓、冠心病家族史、運動心電圖陽性等冠心病高危因素，研究發現，當peakVO2/HRlt;13.5 mL/beat時，冠心病風險增加2.45倍（Plt;0.001）。上述研究提示，增加peakVO2、提高peakVO2/HR、能減輕冠心病的患病風險。

4 CPET在冠心病診斷中的應用價值

冠狀動脈造影術作為冠心病診斷的“金標準”，可以準確地反映冠狀動脈狹窄的程度和部位，但其屬于有創檢查，風險高、費用高，對于非阻塞性冠心病的判斷受限[10-11]。冠狀動脈CT血管成像（CCTA）對判斷管壁內斑塊分布范圍和性質具有意義，但其對狹窄程度的判斷仍有一定限度，特別當鈣化存在時會顯著影響對疾病的判斷[12-13]。平板運動試驗（TET），雖價格低廉且無創，但靈敏度及特異度均較低，臨床誤診率及漏診率較高[14]。CPET結合了呼吸、心臟、骨骼肌、神經生理系統，能全面評估運動中血流動力學反應、運動心電圖、運動試驗終止的主觀原因，在冠心病診斷中具有不可替代的獨特臨床價值。

正常生理條件下，心輸出量隨運動負荷遞增而增加，氧脈搏與耗氧量呈現出持續而穩定的線性遞增。當冠心病患者每搏輸出量下降時，一定范圍內機體通過提高HR來代償，peakVO2可≥ 84%Pred，此時運動耐量正常，但氧脈搏與耗氧量曲線隨負荷功率遞增，出現遞增減少或低水平不變或下降的非線性變化。CHAUDHRY等[15]的研究發現，CPET在評估運動性心肌缺血時，氧脈搏及ΔVO2/ΔWR曲線出現特征性變化。心肌缺血時，最大氧脈搏降低，不能升高至正常預計值或保持相對穩定，而運動停止后氧脈搏矛盾性升高。這可能與患者停止運動后左室后負荷急劇降低，使得左室收縮力改善，導致每搏輸出量立即升高，從而表現為氧脈搏曲線不降反升的矛盾改變。

BELARDINELLI等[16]對202名確診為冠心病的患者進行了CPET檢查和心肌缺血SPECT檢查。多因素Logistic回歸分析結果顯示，隨負荷遞增，氧脈搏與耗氧量線性遞增的平坦化改變，是心肌缺血的獨立預判指標，敏感性為87%，特異性為74%。而通常的運動負荷試驗中，用于運動誘導心肌缺血診斷的“至少在兩個相鄰導聯中出現1.0 mm ST段水平壓低”的標準，其敏感性為46%、特異性為66%。因此，帶有呼吸氣體分析的CPET檢查，有助于在運動過程中，幫助心電圖假陽性的患者排除運動誘導的心肌缺血。

國內相關研究也證實了VO2/HR、ΔVO2/ΔWR在冠心病診斷中的潛在價值。朱珊雨等[17]研究納入156例可疑冠心病患者，研究發現，用于冠心病診斷時，peakVO2%pred的最佳截斷點是≤ 69%，其敏感度為55.1%，特異度為77.0%；peakVO2/HR%pred的敏感度為50.7%，特異度為72.4%；ΔVO2/ΔWR的敏感度為44.9%，特異度為87.4%。上述參數特異度及診斷價值均較高，可以早期、較準確地診斷冠心病。

另外，相關研究發現，CPET的多個參數在冠心病組與非冠心病組間存在差異。AKINCI等[18]研究納入了30例可疑冠心病患者，其中19例經冠狀動脈造影術確診冠心病，Max HR（P=0.031）、HRR（P=0.041）、AT時的VE/VCO2（P=0.028）、AT時的VO2（P=0.03）在冠心病組與非冠心病組間比較，差異具有統計學意義，相關指標診斷冠心病的截點值有望進一步研究證實。FLEG等[19]研究中分析了peak METs在評估冠狀動脈狹窄程度上的應用價值，結果提示peak METs在冠脈狹窄程度≥50%組、gt;70%組間的差異具有統計學意義（Plt;0.001）。

目前國內仍缺乏CPET診斷冠心病的大樣本、大數據的臨床試驗，其診斷冠心病的截點值有待后續進一步的研究證實。

5 CPET指導冠心病運動處方

相關循證醫學證據表明，心臟康復能夠降低冠心病患者的死亡率和再住院率，改善生活質量[20-21]。運動治療是心臟康復的重要環節，運動的安全性和有效性是制定運動處方的基本原則。冠心病患者運動處方的制定有AT法、HR儲備法、目標HR法、自我疲勞度分級法等。AT水平運動是冠心病患者的最佳推薦運動強度[22]。TERADA等[23]薈萃分析發現，與AT水平的有氧運動相比，肌肉力量訓練聯合有氧運動后冠心病患者獲益更多。

CPET作為臨床制定運動處方的金標準，能為不同危險分層的冠心病患者提供有氧運動處方、缺血閾值、癥狀閾值，并根據康復療程和康復效果動態調整運動處方，是冠心病心臟康復領域中不可或缺的評估手段，目前已被廣泛應用于心臟康復評估。CPET通過測定患者的peakVO2、AT、峰值HR、峰值負荷、MET等指標，評估有氧運動能力和心肺儲備能力，制定運動處方的目標運動量、目標靶HR，為患者提供AT水平的最佳有氧運動處方[24-25]。同時，CPET能提供運動心電圖陽性的缺血閾值，以及運動過程中出現不良反應時HR、血壓水平，為高危冠心病患者提供更為安全、準確的運動處方[26]。INGLE等[27]研究納入了382例冠心病患者，分組制定不同運動處方，經過為期8周的運動治療，發現所有參與者的ΔVO2/ΔWR、通氣效率、最大心輸出量均得到改善（Plt;0.001），且高強度間歇訓練（HIIT）組比中等強度穩態訓練（MISS）組能更有效地改善患者peakVO2。PRICE等[28]研究選取了60位進行了12期門診心臟康復的冠心病患者，發現基礎MET高、體能較好的患者，依據CPET制定的有氧運動處方閾值更高，能耐受的運動強度更大，運動處方完成后心血管事件風險更小，生活質量更高（Plt;0.001）。

6 CPET應用于冠心病的預后評估

CRF是冠心病的預后強有力預測指標，CRF與冠心病病死率和全因死亡率呈負相關[29]。老年群體中peakVO2、吸煙群體中CPET檢測的肺通氣功能障礙均與冠心病患者預后相關[30-31]。在另一項研究中，CAI等[32]則發現了AT時的VO2應用于冠心病預后的預測價值。心肌梗死患者經皮冠狀動脈介入治療術后急性期內，AT時的VO2≥10.5 mL/（kg·min），在未來2年有更好的預后。

而近年來多項研究均聚焦于CPET中的HR反應。CHAUDHRY等[33]研究發現運動高峰期最后2 min，冠心病組HR異常升高，HR儲備耗盡，HR-功率曲線斜率（ΔHR-WR slope）增加，且運動HR反應的異常程度與冠狀動脈狹窄程度成正比（Plt;0.005）。DEWAR等[34]研究發現，在CPET恢復期，運動員HR恢復更快，冠心病組HR恢復慢，研究發現1 min HRR閾值為12 bpm，2 min HRR閾值為22 bpm，HRR可獨立預測冠狀動脈疾病患者的病死率。國內趙依帆等[35]研究納入了87例經冠脈造影檢查確診的冠心病患者，均行CPET，根據HR恢復值（運動試驗終止后2 min）分組，探討HR恢復情況與冠心病心肺功能及生存質量的相關性。該研究發現，HR恢復異常組peakVO2、AT、peak watt、SF-36評分結果均顯著低于HR恢復正常組（Plt;0.01，Plt;0.05，Plt;0.05，Plt;0.05），HR恢復異常組心肺儲備功能、有氧代謝能力、生存質量更差。

CPET也是評估冠心病藥物療效、手術療效、康復療效的重要手段[36]。BELARDINELLI等[37]研究表明，與單獨運動治療組相比，曲美他嗪聯合運動治療8周后，缺血性心肌病患者peakVO2、AT時的VO2、peakVO2/HR均有明顯升高（分別為25%、24%、33%）。LI等[38]研究納入了375例急性心肌梗死患者，經皮冠狀動脈介入術術后2周行CPET檢查，并追蹤隨訪5年，研究發現，PeakVO2、VE/VCO2斜率是發生心血管不良事件的獨立預測因子；當peakVO2≥20 mL/（kg·min）且VE/VCO2斜率lt;33%時，不良事件發生風險顯著降低（Plt;0.05）。近年來相關研究提到，心梗患者出院后接受遠程智能心臟康復治療，3月后患者peakVO2增加了1.56 mL/（kg·min），VO2曲線斜率上升，遠程智能心臟康復治療能改善患者的CRF [39]。

7 小結與展望

當代冠心病的診治目標是提高患者生活質量，讓患者回歸家庭、回歸社會。圍繞“藥物處方、運動處方、營養處方、心理處方、戒煙處方”五大處方開展的心臟康復治療讓越來越多的冠心病患者獲益。CPET是評估CRF的金標準，與冠心病密不可分。CPET在冠心病的風險預測、診斷評估、制定運動處方、預后及康復治療療效評價等方面具有重要的臨床應用價值。其中peakVO2、peakVO2/HR是冠心病患病風險的預測指標，氧脈搏曲線及攝氧量曲線診斷冠心病的價值較高。依據CPET制定運動處方更是冠心病心臟康復的重要依據。HR儲備、運動中的HR反應在冠心病中具有獨特的預后預測價值。CPET因其多系統參與、多參數分析、可重復性高等特點被廣泛應用于冠心病臨床實際工作中。但國內心臟康復起步較晚，CPET與冠心病的大樣本性研究較少，地區差異大，不同CPET實驗室所得數據仍有差異，目前冠心病相關評估的截點值欠缺。將來仍需進行大樣本的規范化標準化CPET，為冠心病提供更為簡便的診斷及評估方法。

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