运动心肺功能测定

运动心肺功能测定

广东省人民医院呼吸科黄思贤运动心肺功能测定

运动心肺功能测定（CardiopulmonaryExerciseTesting，CPET）是指伴有代谢测定（摄氧量VO2，二氧化碳排除量VCO2等气体交换指标）的心肺运动测验，不同于一般的只是单纯观察心电图ST-T的变化或心律变化的运动试验；也不同于静态肺功能。心血管系统与呼吸系统的基本功能是维持细胞呼吸。CPET是综合心与肺，在一定功率负荷下测出VO2及VCO2等代谢指标、通气指标及心电图变化。所以它反映细胞呼吸功能的变化。

血管内VO2与肺泡内VO2是处于动态平衡的，心脏病学家WeberKT指出“心脏病学家和肺病学家不是把注意力集中于左心室，就是把注意力集中于肺泡。这种局限性不能恰当地理解和较全面地观察心肺单元因而提出“心肺单元”的概念。呼吸病学家WassermanK更进一步提出“单独给心或肺增加负荷是不可能的，所有的运动均需要心脏功能和肺脏功能的协调，以及

周围循环和肺循环的协调作用来完成生存和工作所

需要的气体交换作用”，并强调外呼吸-细胞呼吸正

常耦联（Normalcouplingofexternaltocellular

respiration）即肺-心-活动肌群，因而它反映人体的

最大有氧代谢能力和心肺储备能力，特别强调心肺联合

功能测定(见图1)。

运动心肺功能测定

图1运动心肺偶联机制运动心肺功能测定常用参数意义和正常值

运动心肺功能测定

观察指标可分为三大类：

①反映运动耐量以及心功能的指标，如最大摄氧量、

公斤摄氧量、无氧阈、代谢当量、最大氧脉、最大

心率储备、呼吸商、气体交换率以及摄氧量与运动

负荷之间的关系等；

②反映通气功能的指标，如呼吸储备、最大运动通气

量、最大潮气量、最大呼吸频率以及潮气量与深吸

气量的比值等；

③反映气体交换的指标，如动脉氧分压、肺泡与动脉

氧分压差、动脉二氧化碳分压、潮气末二氧化碳分

压、动脉-潮气末二氧化碳分压差、氧当量、二氧

化碳当量、死腔和潮气量的关系等。现简要分析如

下：运动心肺功能测定一、耗氧量（Oxygenconsumption，QO2）与

摄氧量（Oxygenuptake，VO2）

机体一定时间内消耗的氧气量称为耗氧量，反映

细胞中氧的利用程度，包括运动中肌肉细胞氧的利

用情况。

经肺泡与肺血流摄取的氧量称为摄氧量。

通常情况下供氧需氧平衡，摄氧量即为耗氧量，

通过血液循环将氧输送至运动肌群。

单位以L/min或ml/min/kg表示，是用气体分析

法来测定的。

运动心肺功能测定（一）最大摄氧量VO2max

（MaximalOxygenUptake）：

指在运动的最后阶段，即竭尽全力阶段，循环和呼吸系统发挥最

大作用时每分钟所能摄取的氧量。此时随着功率的增加，VO2不再增

加而形成一个平台，相邻两次（1分钟内）VO2差值<150ml/min-1,

称为VO2max。亦可用公斤摄氧量<2ml·kg-1·min-1表示，消除了体重的影

响。通常也称为最大耗氧量、最大有氧代谢能力等。其计算公式为：

VO2max=COmax×(C（a—v）O2)

⑴

VO2max=VEmax×（FiO2-FeO2）⑵

由公式（1）可以看出，每分钟最大摄氧量取决于循环系统的功能，

主要是心排出量，反映循环系统氧转运的能力，

由公式（2）可以看出，每分钟最大摄氧量也取决于呼吸系统的功

能，主要是每分钟最大通气量，反映呼吸系统通气能力。

因而呼吸和循环受限均是其影响因素。VO2max

减少，说明运动耐量

下降。

其数值大小与运动方式有关，如平板运动VO2max比踏车运动高5%-11%。运动心肺功能测定

峰值摄氧量VO2peak

(peakormaximumoxygenuptake)：指运动过程中出现摄氧量的最高值，正常人VO2peak

与VO2max二者数值接近，因最大运动平台极难出现，峰值摄氧量可以近似认为是最大摄氧量。

症状限制最大摄氧量（VO2maxsymptomlimited）：通常指患者的运动终点为各种症状所限，如呼吸困难、心悸、心绞痛、血压过高和心电图异常等，不能达到竭尽全力的极量运动阶段，此时测出的峰值摄氧量即为症状限制最大摄氧量(见图2)。

运动心肺功能测定VO2max,PeakVO2

运动心肺功能测定

VO2max自然变动

广东省人民医院观察健康医务工作者14例前后平均11年（7-13年）的运动心肺功能测验自然变动。

男7例，平均年龄由30.3±6.7岁增长至41.0±8.3岁；

女7例，平均年龄由29.0±6.6岁增长至39.0±5.5岁。结果表明男女两性运动耐力或有氧代谢能力随年龄增长均有下降。

VO2max/kg男性平均每年下降1%，

女性平均每年下降1.3%。

运动心肺功能测定VO2max实测值与VO2max预计值

VO2max实测值必须与预计值相比较，达到预计值的84%以上为正常。

VO2max预计值公式取自WassermanK（小于预计体重20%为消瘦，超过预计体重20%为肥

胖）。

男性：

(1)正常体重预计值=0.79×H-60.7

(2)正常体重者最大耗氧量预计值VO2maxpred（ml/min）=实际体重×（50.72-

0.372×年龄）

消瘦者VO2maxpred（ml/min）=[（实际体重+预计体重）/2]×（50.72-

0.372×年龄）

肥胖者VO2maxpred（ml/min）=[预计体重×（50.72-0.372×年龄）]+6×

（实际体重-预计体重）

女性：

(1)正常体重预计值=0.65×H-42.8

(2)正常体重VO2maxpred（ml/min）=（实际体重+43）×（22.78-0.17×年龄）

消瘦者VO2maxpred（ml/min）=[（实际体重+预计体重+86）/2]×（22.78-

0.17×年龄）

肥胖者VO2maxpred（ml/min）=[（预计体重+43）×（22.78-0.17×年龄）]

+6×（实际体重-预计体重）

如果是平板运动，VO2maxpred为踏车运动VO2maxpred的1.11倍

运动心肺功能测定

广东省人民医院对29例COPD患者进行

静态肺功能与踏车递增运动肺功能测定的研究，

发现VO2max/VO2max

pred与MVV/MVVpred呈正相关(r=0.70，P<0.001),

回归方程式为

VO2max/VO2maxpred(%)=40.21+0.58MVV/MVVpred（%）

VO2max＝

40.21+0.58MVV/MVVpred（%）

VO2maxpred(%)

只需测定MVV，即可推算VO2max。而MVVpred及VO2maxpred系按年龄、

身高和体重等计算取得。运动心肺功能测定二、代谢当量（MET）

1MET是指人安静时平均VO2，相当于每分钟每公斤3.5ml的摄氧量，用来衡量运动强度，生活活动强度，如用于康复运动处方。

运动心肺功能测定

（三）VO2–workrate曲线斜率可用来评价无氧供能;

该斜率反映的是功率增加时氧的消耗量，即作功效率。如果氧转运不足，肌肉不能获得足够的氧，则斜率低于正常，VO2max降低(见图3)。

运动心肺功能测定

四、无氧阈(Anaerobicthreshold，AT或VO2AT)

指运动时有氧供能尚未需要无氧代谢补充供能时

的最大VO2值，即尚未发生乳酸性酸中毒时的最高VO2，

反映了机体耐受负荷的潜能，同时也反映了乳酸盐和

乳酸盐/丙酮酸比率在肌肉和动脉血中增加，它取决于

无氧代谢时乳酸产量。是运动时无氧代谢能力的标志

可用于运动医学、运动训练、生理及航空医学等方面。

运动心肺功能测定

确定

AT点常用有三种方法

1.乳酸法：即挠动脉插管后持续取动脉血作血气分析检测乳酸水

平，出现乳酸性酸中毒时即为无氧阈；

2.V-slope法；

3.通气当量法：根据VO2,VCO2,VE,VE/VO2,VE/VCO2趋势图AT点上

①VE,VCO2

突然非线性增加使直线呈角度上升，而VO2仍呈线

性不变；

②VE/VO2开始增加，而没有VE/VCO2

的相应增加。后者增加

为呼吸代偿点（RC点）；

③PetO2开始增加，而PetCO2处于平段，尚未降低，后者降低

时为RC点(见图4)。

运动心肺功能测定ATV-Slope

VCO2,VO2

A

正常反映

斜率=1

S1，S2

B异常反映

①弱体质，心脏病

②McArdle’sdisease

糖原代谢病Ⅴ型

（肌型，缺少磷酸化酶）

运动心肺功能测定AT

通气当量法

运动心肺功能测定

AT运动心肺功能测定

VO2max与AT最重要的一个方面是可根据其数值确定运动者的心功能状态，不同于NYHAⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分级。心功能分级系根据WeberKT标准，按VO2max/kg及AT分级：

心功能分级(ml·min-1·kg-1)

VO2max/kgAT

A级>20>14B级16-2011-14C级10-168-11D级<10<8运动心肺功能测定五、心率与摄氧量

正常情况下，随着运动负荷增加，心输出量与心率呈线

性递增。而心脏病患者由于心搏出量减低，随着VO2的增

加，心率呈陡直上升；冠状动脉供血不足之患者由于心

肌缺血，VO2通常随着功率的增加缓慢递增，因而心输出

量不能与负荷增加同步；肺血管病时，由于肺血管压力

增加，左心室输出量减低，也表现为随负荷增加，心率

增加呈陡直反映(见图5)。

运动心肺功能测定HR

VO2

运动心肺功能测定

六、最大心率（HRmax）、心率储备（HRreserve，HRR）

HRmax为最大运动时实测的最高心率。

HRR=HRmaxpred-

HRmax它反映了最大运动时心率增加的潜能。

最大心率预计值（HRmaxpred）=220―年龄（岁）或210-0.65×年龄。

主要用在运动受限的鉴别诊断。

正常情况下，HRR<15beat/min；

高血压病和冠脉缺血的患者由于血压过高、心肌缺血而提前停止运动，

HR尚未接近最大值，故HRR大；

心脏传导系统疾病及窦房结疾病患者HRR大乃因其心率增加缓慢；

用力不足者和服用了β受体阻滞剂或因肺脏因素受限的患者HRR均较大。

运动心肺功能测定八、氧脉（O2pulse,VO2/HR）

摄氧量与心率的比值即氧脉，VO2/HR=SV(CaO2-CvO2)

是指每一次心搏时摄取的氧量或氧进入肺血管中的量。

运动中，随着功率的增加，动脉-混合静脉氧含量差增加，因而氧脉增

加。

贫血、碳氧血红蛋白升高、严重的低氧血症、肺血氧合能力降低及右向

左分流均可导致动脉氧含量下降，氧脉随之下降。

骨骼肌氧化能力低下、心功能减退每搏出量降低也可导致氧脉下降。

正常情况下运动开始和终止时的氧脉不同。运动开

始时，随着心输出量

增加，动脉-混合静脉氧含量差增加，氧脉逐步增加。运动后期至终止时，

正常人氧脉下降（见图7）。

心衰患者氧脉增加，考虑可能与运动接近终止时血压开始下降、左心室

后负荷突然降低、左室射血分数明显增加和心搏出量增加等有关。

最大氧脉预计值计算公式（VO2/HR）maxpred

=VO2maxpred/HRmaxpred

若氧脉实测值大于最大氧脉预计值，表明运动者心血管系统正常或服用了

β受体阻滞剂。

运动心肺功能测定VO2/HR,O2pulse

运动心肺功能测定九、血压

动脉血压决定于心输出量和末梢血管阻力，运动时，由于心排出量大幅度增加，收缩压上升，上升程度与运动强度、心排出量密切相关。正常情况下，运动量越大，血压越高。收缩压增加大于舒张压的增加，而由于运动时外周总阻力下降，舒张压通常不变或稍下降。运动时血压不能正常上升反而下降表明左心室功能低下，要警惕冠心病心肌缺血的发生。

当运动时收缩压高于240mmHg（我院为220mmHg）、舒张压高于115mmHg时运动要立即停止。

正常情况下，最大运动时收缩压可升至180-220mmHg、舒张压

可升至70-90mmHg，若舒张压升高超过15mmHg，要警惕隐性高血压。

运动心肺功能测定十、反映通气变化的几个指标：（一）潮气量（VT）与深吸气量（IC）,VT/IC的比值运动时正常人VT通常小于静息时IC的70%，VT/IC罕见超过0.8。由于VC测定影响因素较多，VT/IC比VT/VC更有价值。（二）通气量（VE）、最大运动通气量（VEmax）与呼吸频率（RR）

VE常指每一分钟进入或从肺中排出的气体量。等于VT与RR的乘积。随着运动量的增加VE呈不同程度的增加。VE与患者身高、年龄、性别、死腔通气等有关。

VEmax是指极量运动时的通气量。安静时VE为5-8L/min，最大运动时

VEmax可达70-120L/min。无氧阈以下的运动负荷，通气量与运动负荷呈线性相关。无氧阈以上运动负荷，通气量与VO2呈非线性关系，通气量增加超过了摄氧量的增加。

RR是指呼吸频率，正常人最大运动时RR可达34-46bpm，很少超过

50bpm。运动心肺功能测定（三）呼吸储备（BR）

反映最大运动时的最大呼吸能力，BR降低通常为运动受限的因素之一，由于通气功能障碍，通气能力减低（MVV低）所致。故限制性或阻塞性肺疾患常导致低BR(见图8),而因心血管因素运动受限者BR升高。公式BR=（MVV-VEmax）或（MVV-VEmax）/MVV%

（正常值：38±22L/min，或20-50%），

运动心肺功能测定VT,IC,VE,MVV,BR

运动心肺功能测定MVV与运动中潮气流量-容积环（extFVL）比较2023/4/2830运动心肺功能测定呼气流量受限的程度VFL，extFVL，MFVL2023/4/2831运动心肺功能测定COPD患者MFVL与extFVL2023/4/2832运动心肺功能测定ILD患者MFVL与extFVL2023/4/2833运动心肺功能测定十一、V/Q不均的测定（一）死腔通气：生理死腔与潮气量比值（VD/VT）

正常值：男性<40岁，

静息时0.29±0.06，

AT时0.17±0.05，

最大运动时

0.16±0.04；男性>40岁，

静息时

0.30±0.08，

AT时

0.20±0.07，

最大运动时

0.19±0.07。运动心肺功能测定V/Q不均,VD/VT

运动心肺功能测定（二）肺泡-动脉氧分压差[P（A-a）O2]

PaO2正常值：休息时约为80mmHg以上，最大运动时稍有升高。P（A-a）O2正常值：

20-39岁静息为8mmHg，AT时为11mmHg，最大运动为15mmHg；

40-69岁静息为6-20mmHg，AT时为10-24mmHg，最大运动为10-28mmHg。

气道阻塞性疾病患者，由于肺泡通气量降低，V/Q降低，运动时随着功率增加PaO2降低，P（A-a）O2增大；运动时心排出量增加，由于肺泡通气降低，故小动脉缺氧而收缩。但V/Q均衡区域的肺泡血流量增加，减少低氧血症的发生。

肺纤维化、肺血管病患者血管床减少，运动时心排出量增加，但血管床不能增加，血流通过仅有的血管床使气体交换不足，导致明显的低氧血症。

肺泡蛋白沉着症患者，运动时心排出量增加，肺泡灌注增加，因弥散障碍肺泡氧不能与红细胞内的氧达到平衡，出现低氧血症。休息时，PaO2可以在正常水平。

过度通气时，肺疾病的患者PaO2可以正常，但P（A-a）O2会出现异常。此外，右房压力增加，导致分流，P（A-a）O2增加（见图10）。

P（A-a）O2增大表明VA/Q不均，弥散异常，右向左分流（见图10）

运动心肺功能测定P(A-a)O2

运动心肺功能测定（三）动脉血与潮气末二氧化碳分压差P（a-et）CO2P（a-et）CO2反映V/Q不均、肺泡死腔变化。PetCO2是肺泡呼气期最高的PCO2，而PaCO2代表的是平均肺泡PCO2，代表理想气体交换肺单元的PACO2，运动时因CO2产量增加，运送到肺的CO2增加，由于呼气时新鲜空气不稀释肺泡内气体，此时的肺泡PetCO2接近静脉PCO2，PetCO2明显高于PaCO2。因此，运动时PetCO2高于PaCO2，P(a-et)CO2为负值-4mmHg左右。休息时稍呈正值，PaCO2高于PetCO22mmHg左右。

若运动后P(a-et)CO2为正值，证明有通气的肺泡灌注减少，VA/Q增高。右向左分流时，PaCO2>PetCO2,为了代偿PaCO2增加，肺泡必然过度通气，VA/Q增高。

由于VD/VT增加，P(a-et)CO2增高，表明VA/Q不均发生在高VA/Q肺单位中。

P(a-et)CO2为正值是过度通气的重要依据。反之P（A-a）O2增加，VA/Q不均发生在低VA/Q肺单元中。(见图11）运动心肺功能测定PaCO2,PetCO2

运动心肺功能测定P(a-et)CO2

运动心肺功能测定（四）二氧化碳通气当量（VE/VCO2）氧通气当量（VE/VO2）

二氧化碳通气当量（VE/VCO2）VE/VCO2是死腔通气的指标之一。显示排除1升CO2所需的通气量，反映通气效率。计算公式：VE/VCO2=K/[PaCO2×(1-VD/VT）]公式中可以看出：1、当VD/VT增大时，VE/VCO2随之增加；2、过度通气时，VE/VCO2增加，PaCO2下降。正常值在AT点时，VE/VCO2约为29±/4.3。若升高，表明过度通气、死腔增加。

运动心肺功能测定

氧通气当量（VE/VO2）指摄入或消耗1升氧量所用的通气量。VE/VO2反映氧提取效率，运动时其最低点反映无氧阈的位置（见图12），是确定无氧阈最敏感的指标，也反映化学感受器的敏感度。当化学感受器不敏感时，VE/VO2到运动终末时才下降。

COPD

时V/Q不均，运动最大耗氧量减低，VE/VO2就增加；而出现代酸时，通过过度通气代偿酸中毒，因而VE/VCO2也增加。

过度通气的气体代谢特点是VD/VT升高，PaCO2减低,VE/VCO2

及VE/VO2增加。

运动心肺功能测定VE/VCO2,VE/VO2

运动心肺功能测定十二、最大二氧化碳产量（VCO2max）反映机体清除代谢产物二氧化碳的量。在递增运动初始阶段，随着运动负荷的增加，VCO2也不断增加，增加幅度近似于耗氧量的增加。一旦到达无氧阈，VCO2增加比VO2增加要快，这时就需要HCO3-/H2CO3缓冲机制来调节。

最大运动时VCO2可增加到约为正常静息时的20倍左右。

运动心肺功能测定十四、气体交换率（Respiratoryexchangeratio,R

）与呼吸商（Respiratoryquotient,RQ）气体交换率（R）表示外呼吸过程中肺内每分钟CO2排除量与每分钟O2摄取量之比，R=VCO2/VO2。呼吸商（RQ）表示组织内每分钟CO2的产量（QCO2）与每分钟O2消耗量（QO2）之比，RQ=QCO2/QO2。肺内和组织中的比率相等，因此R=RQ，这种气体交换的平衡对于保证体内生理平衡正常状态是必需的。在递增运动初始阶段，VCO2增加幅度近似于（或稍低于）耗氧量的增加，此阶段的R和RQ之值均小于1。达到无氧阈时，VCO2增加比VO2增加要快，此阶段的R和RQ之值均大于1，即由静息时的0.8增加到1以上的水平，最高可达1.5。

运动心肺功能测定

表1.CPET各参数正常值范围（最大运动时）

参数正常范围摄氧量

VO2

max>84%预计值

AT>40%VO2

maxpredΔVO2/ΔWR>8.29ml/min.w-1(10.3±1.0)

心血管反应

VO2/HR（O2pulse）>80%predHRreserve<15bpmHRresponse<50bpmBP<220/90mmHg

通气反应

DImaxVEmax/MVV<75%BRmaxMVV-VEmax>11LRR<50bpmVT/VC<55%VT/IC<80%

气体交换

VE/VCO2@AT<34VE/VO2@AT<30VD/VT<0.28P(a-et)CO2<0PaO2>80mmHgP(A-a)O2<35mmHgSaO2<4%运动心肺功能测定

运动心肺功能的特征性反应

各种疾病运动心肺功能表现

（参考WassermanK的总结）

运动心肺功能测定一、心脏病

心血管系统最主要、最直接的作用是气体运输。4种类型心脏病（冠心病、心肌病、瓣膜病和先天性心脏病）心功能不全，在运动中引起VO2，VCO2，HR的变化。HR与VO2关系密切，VO2=SVHR（CaO2-CvO2），心脏病患者心搏出量（SV）减低，VO2减低，运动时心排出量的增加依靠心率（HR）的增加，在HR-VO2坐标图上呈低氧耗-高心率改变，在心排出量低的情况下，于低功率时CvO2已达到低值，CaO2-CvO2加宽，氧脉{SV（C(a-v)O2）}低，且增加至一定程度后不再继续上升，呈平坦趋势。最大功率时ΔVO2/ΔWR变浅，反映无氧代谢比率增加，乃因氧运输受限之故。某些心力衰竭患者VD/VT增高，发展至通气/灌注比率失调，为维持血pH体内平衡需要而进一步增加通气。慢性代谢性酸中毒，运动中急性加重加之伴随死腔增加，均为慢性心衰患者呼吸困难症状明显的重要原因。运动心肺功能测定（一）瓣膜心脏病气体交换指标特点⒈低ΔVO2/ΔWR，而且逐渐降低；⒉低VO2max；⒊低AT；⒋低VO2/HR，于低功率时达一平台；⒌HR-VO2斜率变陡，呈低氧耗-高心率改变；⒍恒定功率运动时，VO2递升减缓。运动心肺功能测定二、阻塞性肺疾患CPET特点（见图13.）

COPD

V/Q比例失调

呼吸功

VD/VTPaO2

，pH

气流阻塞

弹性回缩力

通气需要

通气能力

运动限制（呼吸困难）

图

13.COPD患者运动受限的机制示意图运动心肺功能测定

阻塞性肺疾患CPET特点

慢性阻塞性肺疾患（COPD）患者CPET特点主要表现为通气能力减低和通气需要增加，肺气肿患者通气能力减低系由于气流阻塞增加伴肺弹性回缩力降低，而慢性支气管炎和哮喘乃系气流阻力增加之故。COPD通气需要增加是基于肺通气不足导致V/Q比率失调，部分肺区通气不足，部分肺区过度通气，致使VD/VT增加，因而需要增加通气排出CO2，维持血中PCO2恒定。在有灌注的肺单元，因低通气引起低血氧，通过颈动脉体化学感受器也使肺通气增加。

1.低VO2max；

2.高VD/VT；

3.高P（a-et）CO2；

4.高P（A-a）O2；

5.低BR；

6.作功耗氧量增加，于低功率时出现乳酸酸中毒，代谢性酸中毒时不能进行呼吸补偿；

7.高HRR；

8.异常（矩形Trapezoidal）呼气流量型。

运动心肺功能测定

三、

限制性肺疾患CPET特点

肺间质纤维化使肺总量（TLC），及深吸气量（IC）降低，运动中潮气量（VT）能增加的程度受限，故而VT/IC比值接近1，同时患者必须用快的呼吸频率以达到运动中通气需要，RR超过50次/分钟，于最大功率时通气量接近MVV。

肺间质纤维化功能性肺毛细血管床减少，运动中不能增加。当功率和心排血量增加时，红细胞经过肺毛细血管内时间缩短，导致PaO2降低，由于通气-灌注原因，死腔通气增加，加之快速、浅表的呼吸形式使低血氧恶化，导致呼吸困难。

胸壁病变患者如肺间质纤维化一样，运动过程中VT增加受限，最大胸内压不能使VT随功率增加而正常增加。因此VE增加需要RR增快。VO2降低。但ΔVO2/ΔWR即VO2随功率增加而正常成比增加。由于肺实质正常，PaO2正常并不降低。主要特点是呼吸动力机制限制最大运动实施。反之HRR高。运动心肺功能测定四、肺血管病变如肺栓塞、特发性肺血管阻塞肺血管病变使通气好的肺泡灌注减少，没有血管病变即灌注好的肺泡高灌注，而且需高通气排出CO2以维持PaCO2及pH于正常水平。低灌注肺泡的过度通气造成肺泡死腔。死腔通气增加导致高VD/VT和P（a-et）CO2持续正值。

低血氧随功率增加而加重。首先，功能性毛细血管床减少，运动肺血流加速，氧弥散平衡时间缩短，肺泡和毛细血管末端间PO2很少能达到平衡；其次，运动使肺血管阻力增加，肺动脉压增高，发展成右至左分流，导致低血氧。吸100%氧情况下，重复运动试验，如出现低血氧当可确定右至左分流。第三、低V/Q肺单元所致低血氧常见于急性肺栓塞，但在慢性肺血管阻塞性疾病中不是重要原因，后者高V/Q肺单元明显，不引起低血氧症。肺血管阻力引起血流动力学障碍使右室输送至左心房血液难以满足运动中心排出量增加的需要。运动中心排出量降低，同心脏病相似，其VO2max、AT和VO2/HR降低。同时气体交换出现异常，表现为VD/VT、P（a-et）CO2和P（A-a）O2增高。

运动心肺功能测定

肺循环疾病CPET特点

1.高VE：于次极量功率时；

2.高VD/VT；

3.高P（a-et）CO2；

4.PaO2随功率增加而降低；

5.P（A-a）O2随功率增加而增加；

6.低VO2max；

7.低AT；

8.ΔVO2/ΔWR接近最大功率时斜率变浅；

9.低VO2/HR。运动心肺功能测定

五.各种疾患运动心肺功能测验特征性反映的机制运动心肺功能测定

运动心肺功能试验的临床应用

运动心肺功能测定一、心肺运动试验在临床上广泛开展已有数十年历史，主要用于：（一）评价运动受限的病理生理、功能损害的严重程度；（二）呼吸困难的鉴别诊断（心、肺、肺血管等）；（三）评定心血管和肺疾患治疗方式的效果；（四）评估外科大手术的危险性及预后；（五）评估器官移植生存潜能（心脏移植、肺移植等）；（六）康复医学运动处方个体化制定；（七）运动医学、运动计划、训练方案的制定；（八）劳动力评定。运动心肺功能测定二、运动心肺功能在外科手术的应用

Older报告了60岁以上老年腹腔大手术患者187例，用运动无氧阈时的摄氧量（AT），以>11ml/kg.min-1（单位下同）和11为界对心力衰竭分级，发现AT>11者病死率为0.8%；<11者为18%。ECG已有心肌缺血者，AT<11病死率为42%，>11者病死率为4%，差异显著。氧的供需在外科手术负荷与运动负荷之间主要区别在于全身氧的提取率（globaloxygenextractionratio，OER即[（CaO2-CvO2）/CaO2]。老年患者运动时OER为50%时是在近无氧阈处。外科大手术OER罕见越过35-46%，通常在30%左右。在相同摄氧量情况下，外科手术后心排出量比运动负荷下多65-70%，即外科手术低OER需高心排出量。

大手术后平均摄氧量（VO2

max/kg）约4.5-5，也达6-7。因此运动负荷下AT不能达到8.5-11.5就不能满足大手术需氧量增加和继之引起的心排出量增加，以适应手术时高代谢状态和术后的组织修复。运动心肺功能测定

运动心肺功能测定可客观评价心肺系统对需氧增加时的反应，可测定心血管储备和在负荷下心排出量增加的能力。运动测验摄氧量能反映心功能及氧的运输，代表心脏储备能力。同样AT的测定反映循环系统维持氧运输的能力，且与患者用力无关。它关系到围手术期ATP有氧代谢内环境的稳定。对心肺功能不全，静态肺功能认为不宜手术但又必须手术者，运动负荷测验将围手术期属高危患者与低危患者区别开，甚至只需测定AT即可，远不需达到极量运动（可参看表4）运动心肺功能测定

表4.胸科手术或上腹部大手术运动负荷测验

VO2max/kg>20罕见并发症

10-15高危患者

<10

病死率接近30%，并发症发生率接近45%AT>11危险性低（>基础代谢2倍以上）

<11危险性高最近Bolliger等认为VO2max%（VO2max/VO2maxpred%）相对值更具优越性。因VO2max绝对值没有用性别、年龄作校正。建议：

VO2max%>75%，无手术并发症，可耐受手术；

VO2max%<60%，肺叶切除危险性大，应尽量避免作一叶以上肺叶切除；

VO2max%<40%，不适宜作任何剖胸术。运动心肺功能测定（二）、COPD与MVD运动心肺功能测定比较

COPD与MVD之VEmax/MVV关系运动心肺功能测定

（一）、原发性肺动脉高压患者运动心肺功能测定参数项目例1例2

预计值实测值预计值实测值Wmax6480VO2max17288221587740HRmax196136184163VO2/HRmax8.868.54.5VO2AT>691570>631501VO2AT/VO2maxpred>4032.9>4031.7BPrest81/5190/64max96/72132/70VEmax67.551.9VTmax1.41.41RRmax4837BRmax>1526.4>1519.1PaO2rest,max缺,10.110.4,10.5P(A-a)O2rest,max缺,5.74.5,6P(a-et)CO2缺,缺,-0.25,+0.23VD/VTrest,max0.50,0.580.24,0.41HCO3-rest,max缺,16.123.6,16.5VE/VCO2atAT9546运动心肺功能测定表5.各种疾患运动心肺功能测定的特征性反应

心脏病慢阻肺肺间质纤维化肺血管疾患体弱

VO2maxATNN或

VO2/HRNHRRNBRNN或NRRNN>50NVT/ICNN>80%NNPaO2NNP（a-et）CO2NNVD/VTNNΔVO2/ΔWR斜率NNEKG异常NNNN运动心肺功能测定（五）运动心肺功能测定的禁忌症运动心肺试验是一种较为安全的试验，我院19年来无1例出现并发症。但也有关于运动中出现心肌梗塞甚至死亡的报道，运动试验并发症的死亡率在0.01%以下。因此，必须熟悉运动试验的并发症，并掌握其禁忌症。对于肺疾病或心血管疾病患者运动前需要仔细评估保证进行运动试验的安全性和有效性，其禁忌症如下：运动心肺功能测定

禁忌症1.吸入室内空气情况下PaO2<45mmHg；2.PaCO2>70mmHg；3.FEV1<30%pred；4.近期心肌梗死；5.不稳定心绞痛；6.急性肺栓塞或者肺梗塞；7.IIO-IIIO心脏房室传导阻滞；8.快速室性/房性心律失常；9.严重身体畸形未纠正者；10.严重的主动脉狭窄；11.充血性心力衰竭；12.未控制的高血压；13.神经系统疾病所致的运动受限；14.室壁动脉瘤；15.严重的肺动脉高压。运动心肺功能测定（六）运动心肺试验可能出现的并发症如下：1.心动过缓的心律失常；2.猝死（室性心动过速/室颤）；3.心肌梗死；4.充血性心力衰竭；5.低血压和休克；6.肌肉骨骼损伤；7.严重疲劳，头晕，乏力，全身不适，身体疼痛和持续数日的疲乏等。

运动心肺功能测定三、终止运动的指征（一）新出现或者加重的心绞痛；（二）中枢神经症状，如共济失调、头晕、或接近晕厥；（三）末梢低灌注情况，如紫绀、苍白；（四）疲乏、气促、喘息、腿痉挛或者间歇性跛行；（五）运动中收缩压较基础值下降>10mmHg，运动功率增加血压不升，并伴有缺血症状；或高血压反应（无明显症状时，收缩压>250mmHg，我院为220mmHg）和/或舒张压>115mmHg；（六）在无Q波的导联（不包括V1和aVR导联）出现ST段抬高（1.0mm)，此外，ST段持续性压低，或者心电轴明显偏移；（七）较严重的心律失常，室上性心动过速，高度室性心律失常如多源性、短阵室速等。运动心肺功能测定系统评价

运动心肺功能测验

WassermanK9幅图

运动心肺功能测定Case2

运动心肺功能测定Case2

运动心肺功能测定Case6(Normal)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age37SexMH.cm157W.Kg6367VC.L3.304.38IC.L2.202.80TLC.L4.525.30FEV1.L2.663.52FEV1/FVC%8180MVV.L/min127124DLco.22.429.8ml/mmHg/min

CPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min2.362.23VO2max/kg.ml/min33HRmax.

bpm183188VO2/HRmax.ml/beat12.911.9△VO2/△WR.ml/min/W10.310.4AT.L/min>0.991.1BP.mmHg(r,max)125/75,188/94VEmax.L/min90BR.L/min>1534PaO2.mmHg(r,max)84,114P(A-a)O2.mmHg(r,max)7,2P(a-et)CO2.mmHg(r,max)0,-4VD/VT(r,max)0.31,0.16HCO3-mmol/L(r,2minrecov)24,162023/4/2871运动心肺功能测定2023/4/2872运动心肺功能测定Case27(MI)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age43SexMH.cm160W.Kg6156VC.L2.882.03IC.L1.921.49TLC.L4.333.32FEV1.L2.361.81FEV1/FVC%8289MVV.L/min9090DLco.21.723.5ml/mmHg/minCPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min1.570.79VO2max/kg.ml/min14HRmax.177186VO2/HRmax.ml/beat8.94.2△VO2/△WR.ml/min/W10.35.6AT.L/min>0.740.66BP.mmHg(r,max)VEmax.L/min31BR.L/min>1559PaO2.mmHg(r,max)P(A-a)O2.mmHg(r,max)P(a-et)CO2.mmHg(r,max)VD/VT(r,max)HCO3-mmol/L(r,2minrecov)2023/4/2873运动心肺功能测定2023/4/2874运动心肺功能测定Case40(Emphysema)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age65SexMH.cm170W.Kg7499VC.L3.722.17IC.L2.481.31TLC.L5.858.22FEV1.L2.890.56FEV1/FVC%7626MVV.L/min12331DLco.25.113.2ml/mmHg/minCPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min2.110.90VO2max/kg.ml/min9HRmax.bpm155129VO2/HRmax.ml/beat13.67.0△VO2/△WR.ml/min/W10.38.9AT.L/min>0.93notrBP.mmHg(r,max)175/94,256/138VEmax.L/min28BR.L/min>153PaO2.mmHg(r,max)56,46P(A-a)O2.mmHg(r,max)39,48P(a-et)CO2.mmHg(r,max)4,6VD/VT(r,max)0.40,0.41HCO3-mmol/L(r,2minrecov)28,272023/4/2875运动心肺功能测定2023/4/2876运动心肺功能测定Case41(Emphysema&PVD)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age65SexMH.cm173W.Kg7663VC.L4.004.37IC.L2.672.62TLC.L6.159.11FEV1.L3.132.11FEV1/FVC%7848MVV.L/min13187DLco.268.4ml/mmHg/minCPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min1.951.25VO2max/kg.ml/min20HRmax.bpm159149VO2/HRmax.ml/beat12.38.4△VO2/△WR.ml/min/W10.38.5AT.L/min>0.860.7BP.mmHg(r,max)127/75,190/96VEmax.L/min85BR.L/min>152PaO2.mmHg(r,max)83,72P(A-a)O2.mmHg(r,max)32,52P(a-et)CO2.mmHg(r,max)4,8VD/VT(r,max)0.28,0.41HCO3-mmol/L(r,2minrecov)22,13VE/VCO2atAT38VE/VO2atAT422023/4/2877运动心肺功能测定2023/4/2878运动心肺功能测定Case49(IILD)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age45SexFH.cm