心肺运动试验介绍

关于心肺运动试验介绍自从1986年Weber等在论著Cardiopulmonaryexercisetesting中总结了他们应用CPET(Cardiopulmonaryexercisetesting)十年的经验，1987年Wasserman等在论著Principlesofexercisetestingandinterpretation中明确提出要消除心脏运动负荷试验和肺脏运动负荷试验分家的概念以来，心肺运动功能负荷试验—这一把运动心功能和运动肺功能融为一体的试验方法和试验内容就在国际上被广泛接受和推行。第2页,共40页，2024年2月25日，星期天心肺功能运动负荷试验简称心肺运动试验（cardiopulmonaryexercisetestCPET）是用运动呼吸代谢的方法确定受试者从事体力活动的能力。人体在运动时，虽然新陈代谢是在肌肉中进行的，但其气体（O2、CO2）的运输是通过心血管系统和呼吸系统来完成。如果能够在负荷连续递增的运动全过程中准确的、不间断的连续监测和分析受试者的通气量和呼出气中的O2和CO2，再配以连续的血氧饱和度（SaO2）监测、完全计算机化的12导联运动心电图监测和血压、血乳酸、血气等监测，就能在不同做功水平准确的诊断出受试者的心、肺功能状况，又凭借分析受试者在运动各程段的反应和气体交换，即可推导出相应的疾病。

第3页,共40页，2024年2月25日，星期天心肺运动试验就是具备这种功能的一种独特的检查方式和诊断工具。之所以其独特，是由于国内外的学者普遍认为——那就是这些诊断不能用其它较容易的诊断方式来完成，但是能够从心肺运动试验所出现的气体交换反应中推导出来。（Thatis,thesediagnosescannotbemadeveryeasilywithotherdiagnosticmodalities,butcanbeinferredfromthegasexchangeresponsestoexercise）第4页,共40页，2024年2月25日，星期天现以我院2003年引进的德国耶格公司OxyconDelta心肺运动功能测试系统为例简要介绍心肺运动试验原理及临床应用。第5页,共40页，2024年2月25日，星期天仪器组成：由相互紧密联系的三大部分组成：1）运动系统（踏车或平板）2）生理信号监测输入系统（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（breathbybreath）的自动分析及显示系统（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）。第6页,共40页，2024年2月25日，星期天运动试验方法及运动方案常用的运动方式有功率任意可调的电动踏车和活动平板。由于踏车较之平板具有：①可直接控制和准确测定在任意时间的运动功率、②运动中心电图干扰小、③运动中血压测定方便干扰小、④在需要时能容易采集运动各程段血标本、⑤运动方式为主动运动、安全、各年龄段和性别的患者无紧张和运动恐惧感、⑥价格较低等许多优点，所以心肺运动试验普遍采用踏车的运动方式。第7页,共40页，2024年2月25日，星期天运动试验方案：目前均采用症状自限性的方法，患者准备就绪并测量静息阶段各项指标后，首先以35~45转/分零负荷蹬车热身运动三分钟，接着恒以此转速以负荷功率近似线性递增（2瓦/7秒）方式运动，至完成预计运动指标（预计心率和预计运动负荷）或患者不能保持至少35转/分的转速时，卸载负荷继续运动2分钟后停止运动。运动试验全程监测并记录十二导联心电图、血压、血氧饱和度（SpO2）、摄氧量（VO2）、公斤摄氧量（VO2/kg）、每分钟通气量（VE）、氧脉搏（O2pulse=VO2/HR）、无氧阈（AT）、呼吸困难指数（DI）、代谢当量（MET）、心率储备（RR）、呼吸储备（Br）等。AT的测量采用V-slope法，以各阶段最大耗氧量的百分数表示，DI的测量以最大耗氧量（V’O2max）除以最大运动负荷功率和最大通气量（V’E）既DI=VO2/W/V’E表示。第8页,共40页，2024年2月25日，星期天心肺运动试验中常用的监测项目、指标及意义：通过心肺运动试验可以监测提供、推导出多达几十项试验项目的指标，这里仅介绍其最常用的项目和意义：第9页,共40页，2024年2月25日，星期天最大摄氧量（VO2max）是指运动中每分钟能吸入体内并被身体利用掉的最大的氧的数量。常用绝对值L/min和相对值ml/kg/min表示。健康人约为2~3L/min。当在负荷逐渐递增的运动过程中的一定时刻，氧的摄入量（VO2）不再随运动负荷（功率）和心率的增加而增加，出现一个平台，把这时的VO2叫做VO2max。它表示肌体氧利用的最大上限，同时它反映肌体的气体运输系统（肺、心血管、血红蛋白）以及肌肉细胞的有氧代谢是否正常。心、肺疾病及贫血等使氧利用和氧流障碍的疾病均可使VO2max下降。第10页,共40页，2024年2月25日，星期天影响VO2max的生理因素有很多，如性别、年龄、是否经常运动锻炼等。

正常值：大于预计值的84%第11页,共40页，2024年2月25日，星期天无氧阈（anaerobicthreshold，AT）国外Fox对无氧阈的定义是：只有当最大吸氧量的百分利用率达到一个临界点时，身体中才开始聚集乳酸，这个临界点称之为无氧阈。也就是说无氧阈是指在负荷递增的运动过程中，肌体内的供能方式由有氧代谢向无氧代谢过渡的临界点，此点时体内乳酸的形成率和从血液中的清除率达到动态的平衡。第12页,共40页，2024年2月25日，星期天AT值表明体力活动和心肺系统能为肌肉提供足以维持有氧代谢摄氧量的最高水平。由于AT对氧流入组织敏感而一般不受患者是否努力的影响，所以它既可用于运动受限的诊断和鉴别诊断，还可以用于治疗前后的功能评价及锻练效果与运动耐力的评价。一般用在AT点时VO2占VO2max的百分数表示AT值。正常人AT>40%VO2max。第13页,共40页，2024年2月25日，星期天最大每分钟通气量（VEmax）是指伴随着VCO2的上升而增加的VE，正常情况运动期间的最大通气量VEmax一般可以达到MVV的60~70%，VE的增加取决于肺的代偿能力，因而VEmax是呼吸疾病运动受限的关键指标。第14页,共40页，2024年2月25日，星期天氧通气当量（VE/VO2或EQO2），是指消耗一升摄氧量时所需要的通气量。是确定无氧阈的最敏感的指标。二氧化碳通气当量（VE/VCO2或EQCO2）是指排出一升二氧化碳时所需要的通气量。是评估运动试验结果的重要指标。第15页,共40页，2024年2月25日，星期天代谢当量（MET）

是指在1分钟做1kg的功时肌体所能提供的摄氧量。目前根据健康40岁70kg男子静息VO2，计算出1MET相当于3.5mlO2/min.kg。用MET为基本单位表示作功量，有助于制定运动处方、评价运动能力是否丧失以及可将不同运动方案的极量与次极量运动负荷标准化。第16页,共40页，2024年2月25日，星期天由于在某些心血管疾病或肺病患者，VO2并不随运动功率的增加而增加，通过心肺运动试验所测得的指标，有助于解释病人的运动反应。对有呼吸困难症状病人的诊断颇有帮助。第17页,共40页，2024年2月25日，星期天

MET与对应的运动方式和运动量MET

相对应的运动方式和量3~5用扫耙扫落叶、作轻木工活、打高尔夫球、以4.8~6.8公里/小时的速度散步。5~7做外部木工活、网球轻打、轻负荷背包徒步旅行。>9重体力生产劳动、打手球、打软式网球、以9.7公里/小时的速度跑步。第18页,共40页，2024年2月25日，星期天有学者根据CPET中最大运动负荷时所达到的MET，作为判断心功能是否受损及其程度的指标之一第19页,共40页，2024年2月25日，星期天最大运动负荷时MET与心功能状况

MET心功能状况

>7心功能正常7心功能轻度受损5~6.9 心功能中度受损3~4.5心功能重度受损第20页,共40页，2024年2月25日，星期天氧脉搏(O2.pulse,VO2/HR)是评价心功能常用的指标之一,是心脏疾病限制运动的关键生理参数。氧脉搏不是直接测量的参数，是由VO2/HR计算出来的。第21页,共40页，2024年2月25日，星期天由于运动早期心脏主要是通过心搏量（SV）的增加使VO2增加，运动后期主要靠心率（HR）的增加，来使VO2增加，当心功能不全时，心搏量不能随着运动负荷的增加而增加，心脏只有通过HR的增加来满足运动着的肌体对氧的需求，HR增大，VO2/HR就减小，反应了心脏的储备功能降低。氧脉搏降低也可见于贫血、高碳氧血红蛋白或严重的动脉低氧血症等动脉血氧含量减少的病症。第22页,共40页，2024年2月25日，星期天

公斤摄氧量(VO2max/kg)是衡量不同的个体完成同样功率负荷的运动能力和综合评价心肺功能的客观指标。具体评估参考标准见下表。第23页,共40页，2024年2月25日，星期天根据公斤摄氧量评估运动能力和心肺功能障碍标准

运动级别

公斤摄氧量VO2/kg（ml/kg

运动能力

备注

160--80

最高强度的竞技比赛：如马拉松、游泳、划船等优秀运动员250--59高强度的娱乐比赛：如爬山、滑雪、踢足球等340—49中等强度的娱乐比赛：如舞蹈、滑冰等425—39低强度的娱乐比赛：如赛马、高尔夫球等胜任日常工作520—24娱乐运动：如走路（7km/h）、骑车（14km/h）等610—19休闲活动：如走路（5km/h）、作家务活动等76—9少量活动：如坐着或站着干点轻微小活等来自美国心脏和胸科协会对心肺功能障碍的评估标准（VO2max/kg）(ml/kg)116-20轻度心肺功能障碍可康复治疗210-15中度心肺功能障碍胜任外科手术36—9重度心肺功能障碍能耐受手术，但并发症较多发4<6严重心肺功能障碍手术禁忌症第24页,共40页，2024年2月25日，星期天呼吸储备（Breathingreserve,BR）呼吸储备为最大通气量(MVV)与最大负荷运动通气量VE之差的绝对值,或以最大负荷运动通气量占MVV之百分数表示。既:BR=MVV－最大负荷运动VE=38±22L/min最大负荷运动VE/MVV=72%±15正常情况下的BR男性在VO2=1.5L时,VE=35±5.4L/min;女性在VO2=1L时,VE=27±4.4L/min第25页,共40页，2024年2月25日，星期天正常BR应大于15L/min。BR降低是原发性肺疾病患者通气限制的特点;BR增高是心血管疾病患者运动限制的特点。第26页,共40页，2024年2月25日，星期天呼吸交换率（Respiratoryexchangerate,RER或R）是指肺内每分钟CO2排出量（VCO2）与每分钟摄氧量（VO2）之比值，也是V-Sslop法确定AT点的依据。RER<1时，表示有氧运动，RER>1时，表示无氧运动。第27页,共40页，2024年2月25日，星期天呼吸商(RespiratoryQuotient,RQ)是反映细胞水平的气体交换率。肌体只有在恒定状态下，RQ=RER第28页,共40页，2024年2月25日，星期天其它呼吸参数：CPET中还用到其它一些呼吸参数，如潮气量（Vt）、死腔/潮气量（Vd/Vt）、潮气量/吸气肺总量（Vt/IC）、吸气时间/呼吸时间（Ti/Ttot）、肺泡气-动脉氧分压差（P（A-a）O2）（需要采血）、动脉呼气末二氧化碳分压差（P（a-ET）CO2）（需要采血）、氧通气当（VE/VO2）、二氧化碳通气当量（VE/VCO2）、经皮血氧饱和度（SpO2）等。第29页,共40页，2024年2月25日，星期天、心肺运动试验的临床应用由于CPET是以综合的运动—心肺—细胞气体代谢藕联为基础的测试手段，又有丰富、科学的综合评价方法和材料来源，因此被广泛的应用于心血管疾病、呼吸系统疾病、不明原因的呼吸困难等许多方面的患者的评价，为这些患者的疾病和症状的诊断和鉴别诊断提供了可靠的依据。第30页,共40页，2024年2月25日，星期天CPET的适应症：1.不能解释的呼吸困难、胸闷气短患者的评价。2.心血管疾病或疑似心血管疾病患者的评价。3.肺及呼吸系统疾病及疑是患者的评价。4.合并存在心、肺疾病患者的心、肺功能评价。5.药物疗效的评价。6.心肺手术或涉及心肺功能状况的外科手术前风险评价。7.有氧运动能力的评价。8.制定心肺康复的运动处方。第31页,共40页，2024年2月25日，星期天9.功能障碍的评价。10.近些年来，国内有许多学者和临床工作者还利用CPET进行体动感知式频率适应性心脏起搏器起搏频率和肌体代谢的关系研究、研究慢性阻塞性肺疾病营养状态对运动心肺功能的影响、研究结缔组织疾病患者的早期肺损害等，均取得肯定的结果。第32页,共40页，2024年2月25日，星期天CPET的禁忌症

CPET有较广泛的安全适应范围，包括急性心肌梗塞3周后、慢性心力衰竭Ⅰ~Ⅱ度 、COPD、运动性哮喘等，但也有禁忌症，主要的禁忌症有：急性心肌梗塞。不稳定性心绞痛。严重心率失常。急性心包炎。心内膜炎严重主动脉瓣狭窄。严重左心功能受损。急性肺动脉栓塞或肺梗塞。严重下肢脉管炎或肢体功能障碍。第33页,共40页，2024年2月25日，星期天（二）、心肺运动试验结果的评价和应用CPET的主要特点是探讨导致患者运动受限的原因，定量的评价心肺功能。患者在试验中因某种原因导致运动受限—终止运动，提示肺—心血管—血液—肌肉系统这个环节中的一个或几个系统有病变，结合患者在运动中产生的症状、病史，综合的分析CPET的结果，不难看出患者所患何疾和心肺功能的真正状况。在CPET过程中由于心血管疾病导致氧运输不足而造成的运动受限，除了胸闷、胸痛的症状和心电图异常外，主要表现为VO2max、O2/HRmax、AT、MET的降低以及较低的运动负荷却产生较高的心率；第34页,共40页，2024年2月25日，星期天心功能不全者并有心率升高时可有SpO2下降。由于呼吸系统疾病慢性气流受限（阻塞性肺疾病）或肺弹性异常（限制性肺疾病）导致运动受限者，除了随着运动负荷的增加气短、呼吸困难加重的症状较为突出外，VO2max、O2/HRmax降低，AT较低或有时难以确定，其中阻塞性肺疾病由于静息时VD增加因而在运动中通气需要增加，但通气能力限制，表现出MVV及VEmax降低可是VEmax/MVV比率仍然>75%;限制性肺疾病则VEmax/MVV<75%,呼吸频率增高（BF>50次/分），呼吸困难指数（DI）增高呼吸储备降低（BR<28）。第35页,共40页，2024年2月25日，星期天当达到一定运动量时，随着运动负荷的增加，SpO2显著持续下降是间质性肺疾病最具特征性的变化。与心血管疾病不同的是呼吸系统疾病在运动受限时心率储备（HRR）均较高。当患者同时患有心血管疾病和呼吸系统疾病时，在CPET中表现出较多的观察指标的异常，且以较重疾病所导致的运动受限的观察指标异常为主。植物神经功能紊乱及过度肥胖者，在CPET过程中大多除了运动耐力降低，心率上升较快外，心电图、VO2max、O2/HRmax、MET均在正常范围。第36页,共40页，2024年2月25日，星期天心肺运动试验是通过定量化的最大摄氧量等指标来衡量心肺功能的。由于它不同于一般的心脏负荷试验和肺功能检查，不受患者主观努力与否的影响，因而对于鉴别产生呼吸困难的原因有特殊的价值，尤其是对同时合并有心