心肺运动试验检测原理及报告解读完整版

心肺运动试验检测原理

及报告解读心肺运动试验（CPET）

是用运动呼吸代谢的方法确定受试者运动能力的测试，包括呼吸系统、心

血管系统、血液系统、神经生理、以及骨骼肌系统对同一运动的应激反应

；测定人体在休息、运动及运动结束时的恢复期每一次呼吸的氧摄取量（

VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）和通气量（VE），及心率、血压、心

电图；结合患者运动时出现的症状，全面客观地把握患者的运动反应、心

肺功能储备和功能受损程度的检测方法。-

通过增加运动负荷-

测量气体交换-

测量心肺功能参数-

收集运动过程中相关信息O2运输能力和供需平衡静态功能

运动后呼吸、循环和代谢

的调节能力和储备功能运动运动心肺试验的价值—整体功能评价

静态检测：心电图，心脏超声，冠脉CT（心电活动，心

脏形态结构、血流及心功能，冠脉形态结构）

运动状态检测：运动平板心电图（心脏功能和储备、心肌

缺血的阈值以及缺血发作的程度，运动能力，运动中的血

压变化及运动相关心律失常）；负荷超声（冠脉血流储备

，存活心肌）

心肺运动试验：量化受试者的运动受限水平评估从肺一直到细胞的气体交换的各个

环节的最大工作能力判定限制运动的具体器官水平判断运动受限发生时各个器官的状态1.2.3.4.5.6.7.8.9.CPET的临床应用（功能与诊断）

麻醉手术危险性评估“早”早期诊断：心肌缺血和肺动脉高压诊断与鉴别诊断：区分左、右心衰，区分心、肺源性疾病功能受限严重程度客观定量分级：如心衰，COPD心/肺衰严重程度和心脏/肺脏/心肺联合移植选择心衰、COPD等死亡/存活预后的预测对于某些高危疾患严密监测运动中可以将高危现象发现，继而提出预

防措施，以减少病人工作和居家猝死可能。通气气体交换有效性指导运动康复治疗的处方；心血管病康复和呼吸疾病康复10.

客观定量评估各种治疗效果11.

劳动能力丧失的客观定量评估/鉴定12.

确认功能正常与异常，健康、亚健康及健康管理（零级预防）心肺运动试验的基本系统

（1）运动系统：可以设置递增功率或速度的功率车或运动平板，心肺功能仪可与多种品牌的评估用运动平板和功率车兼容使用。（2）生理信号监测输入系统：心肺功能仪可以选择性或同时监测心电图、血压、呼吸气体、经皮血氧饱和等相关指标，并进行实时的数据采集和分析。（可以选择接入：十二导心电、血压、呼吸气体（面罩式）、经皮血氧饱和度）（3）实时连续一口气接一口气（breath

by

breath）的自动分析及显示系统：这是心肺功能仪的核心部分，包括气体代谢分析、心电分析、运动功率与心率及气体代谢关系分析。心肺运动试验的检测指标

检测的基本原理

关键指标：VE，O2，CO2心肺运动试验仪器的关键技术

传感器：●●●双向压差式双向数字涡轮式Turbine

热线式Massflow-Sensor检测的基本原理

气体分析器:

气体代谢方法:

氧分析器：

永久顺磁法分析器

每口气法Breath

by

Breath

氧化锆化学电池

二氧化碳分析器：

早期的---混合室法

常用的---微型混合室法

超声数字密度法分析器

红外线法

最新的---数字混合室法

心肺运动试验的方案优化根据性别年龄和功能状态等选择10-50W/min的功率递增速率进行症状限制性最大负荷

运动至运动受限，并继续记录>=5min的恢复情况（参见图）5

Watts/min

Severe

impairment

(e.g.

patient

who

isconfined

to

home

or

walks

only

short

distances)10

Watts/min

Moderate

impairment

(e.g.

patient

who

walksoneor

two

city

blocks

before

symptoms)15

Watts/min

Mild

impairment

or

sedentary

older

patient

20

Watts/min

Sedentary

younger

patient25

Watts/min

Active

younger

patient

(regular

sports,physical

exercise)30

Watts/min

Athletic

and

fit

(competitive

sports)40

Watts/min

Extremely

fit

(highly

competitive)每分钟无负荷的VO2

（ml/min)=150+(6x

体重)每分钟峰值VO2

max(ml/min)=（身高CM-年龄Y）x20（男）每分钟峰值VO2

max(ml/min)=（身高CM-年龄Y）x14（女）每分钟递增功率=（每分钟峰值VO2

max-每分钟无负荷的VO2

）/100

心肺运动试验的质量控制

功率自行车负荷输出功率定标：气流、氧气和二氧化碳气体浓度的单项分别反复定标：明确要求至

少每天对气流、氧气和二氧化碳气体浓度的单项分别定标。参考气

和定标气。环境定标和流量流速定标：心肺运动试验系统气体交换综合定标-代谢模拟器定标：建立心肺运动试验严格的质量控制体系：

心肺运动试验的安全性

（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。相关参数分类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。④反应骨骼肌功能的指标：最大功率，最大心率，最大运动时间等。

数据分析和图表展示的原则和要求

正常人预计值计算公式的选择和%预计值：预计值（尚无中国人正常值）：心肺代谢各主要功能与个体的年龄、性别、身高、体重和

运动方式等有着密切的相关关系，因此为我们进行正常值

计算提供了根据。疾病诊断和功能整体评估（KW等心肺

运动书2011）。近年热点指标OUEP（EJAP2012和Chest2012），

VE/VCO2最低值、VE/VCO2@AT值及VE对VCO2的斜率

（AJRCCM2002）的预计公式主要是病人发表的参考资

料。-1•氧摄取量VO2和最大氧摄取量VO2max

•

VO2是指单位时间内机体摄取氧的毫升数。••••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

,称为VO2max。

把波动范围＜1ml/kg/min，持续时

间30s以上的氧摄取量代表VO2max。

临床出现的无法忍受的症状限制了最

大运动，所以当测定到峰值运动水平

的VO2时（VO2peak），就很难获得

清晰的平台期；其结果VO2peak经常被作为VO2max

的估计值。•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；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。无氧代谢阈：AT•

无氧代谢阈

（

AT

：anaerobic

threshold）

，是指当运动负荷增加到一定量后，无氧供能超出了有氧供能，此时VO2称为AT。运动过程的生理变化无氧阈参考心电图的改变•••••每分钟通气量（VE）运动状态下，机体的能量需求增加，肺脏的VE也需增加

，以吸入更多的O2，排出更多的CO2。VE(5-8L—70-

120L):

VT(60%-70%,4-5倍安静状态),

RR(35-50)运动时VE的增加除了同O2需求增大有关外，更重要的原

因是VCO2增加;增加VE的目的是维持体内正常的动脉CO2分压（PaCO2

）和机体酸碱平衡（PH值）。AT前，VE随运动负荷的增加呈线性增加；AT后，由于无氧代谢，VCO2相对VO2高，CO2对呼唤中

枢的刺激增加，VE曲线上出现拐点

运动通气和呼吸储备最大运动通气：在最大运动强度时的通气量

VEmax:5-8/L(安静)—100-150/L（最大运动）

通常用ＭＶＶ来估算：50％－80％MVV

呼吸储备：BR=MVV-Vemax

20%-50%MVV

正常的男性呼吸储备至少大于11L/min或10-

40%VE呼吸储备降低是受通气受限的原发性肺部疾病的

特点（伴有MVV下降）呼吸储备增高见于心血管因素或其他限制运动进

行的因素+-•••二氧化碳排出量（VCO2）当运动过程中以有氧代谢供能为主的，所消耗的

O2和生成的CO2是相当的；继续增加运动强度，无氧代谢参与功能逐渐增多

，产生乳酸，当组织乳酸生成增加，H

增加，与

HCO3

结合生成更多的CO2，机体通过高通气反

应排出过多的CO2（即动脉低碳酸血症）。

运动时每分通气量VE和VCO2紧密相关。摄氧量，二氧化碳排出量和功率的关系

重点关注指标：VO2max,

VO2/kg,

VT,

VO2/HR,

VE/VCO2,

ΔVO2/ΔWR

,OUES呼吸交换率（VCO2

/VO2

：RER）•••••VCO2

/VO2的比值叫做气体交换率或呼吸交换率（RER）

，在稳态下，RER等于呼吸商（respiratory

quotient：

RQ），数值的大小由代谢过程中的物质燃烧所决定。

呼吸商通常在组织水平中表达，而在临床运动试验中难以

测量和判定，呼吸交换率可经呼吸的气体交换测定。

CPET中的RER可解释患者运动时的水平;RER超过1.1后结束试验的患者，通常认为是亚极量的运

动试验；如果患者在1.1之前停止试验，表明限制试验的因素不是

心脏原因。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。显示排出1升CO2所需的通气量，

反映通气效率。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。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，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。

VE/VO2:

26±4.4VE/VCO2斜率（VE/VCO2

slope）•

VE/VCO2回归线的斜率通常被描述为运动时的通气反应

（VE/VCO2

slope），正常值是20～30；•

心衰患者该斜率通常明显增加，可达到80，且随心衰程度

加重斜率越陡峭，伴有运动VCO2

降低和死腔潮气量比率

的增加。•

经有氧运动训练和治疗可以得到改善；•VE/VCO2斜率可提示预后

。

生理无效腔与潮气量比率

VD/VT:是评价通气血流不均的指标。VD：取决于解剖和生理2个因素，也取决于呼吸模

式VD/VT:平静状态下0.28-0.35，接近AT时0.2-0.25

，最大运动时小于0.21VD/VT:增高表示有效通气减少常见于肺血管病变，阻塞性或限制性肺疾病，以及心衰肺泡-动脉氧分压差[P(A-a)O2]PaO2正常值：80mmHg以上，运动不会降低，最大运动时稍有升高。

P(A-a)O2正常值：

反应肺内氧交换的效率。低于35mmHgP(A-a)O2异常增加：VA/Q不均，弥散障碍，右向左分流

气道病变患者

肺动脉高压患者

肺纤维化或者肺血管病变

肺泡蛋白沉积动脉-潮气末二氧化碳分压差

P(a-et)CO2

动脉血与潮气末二氧化碳分压差

P(a-et)CO2P

(a-et)

CO

2

反

映

V

/Q

不

均

、

肺

泡

死

腔

变

化

。

PetCO

2

是

肺

泡

内

最

高

的

PCO2，

而动脉

PCO2代表的是平均肺泡PCO2，运动时因CO2产量增

加

，

运

送

到

肺

的

CO

2

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

。

运动时PetCO2高于PaCO2,P(a-et)CO

2为负值-4mmHg左右。

休息时稍呈正值，PaCO2高于PetCO2

2mmHg左右。P(a-et)CO2为正值是过度通气的重要依据摄氧量，二氧化碳排出量和功率的关系

重点关注指标：VO2max,

VO2/kg,

VT,

VO2/HR,

VE/VCO2,

ΔVO2/ΔWR

,OUES心率，氧脉搏与功率的关系.

正常人oCAD

病人完整的报告

首先对静态肺功能、静态+运动心电图和血压变化分别进

行描述分析。

其次要对心肺运动是否达到最大极限运动状态和病人努力

程度进行描述，病人不能继续运动（停运动）的主、次要

原因是什么和如果医生因安全因素停运动要注明。

再次如果能够判明病人运动受限主要是何（心肺代谢等）

系统可以提出建议，最后给予最大氧耗量和AT的测定值

、公斤体重值和%预计值来作为客观定量的整体功能评估

。病例分析分析：