心肺运动试验与心脏康复

1心肺运动试验

心肺运动试验（cardiopulmonaryexercisetesting，CPET）是综合评价人体呼吸系统、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应激的整体反应，通过测定人体在休息、运动及运动结束时恢复期每一次呼吸的氧摄取量（oxygenuptake：VO2）、二氧化碳排出量（carbondioxideoutput：VCO2）和通气量（ventilation：VE），及心率、血压、心电图发现和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（functioncapacity）和功能受损程度的检测方法，是实施心脏康复的客观综合性指标。

CPET通过测定运动时的外呼吸状态即氧摄取量（VO2）和二氧化碳排出量（VCO2）以反映全身器官系统的功能状态，从而将外呼吸与内呼吸相偶联，如图1所示概述了外呼吸（VO2和VCO2）与内呼吸（氧耗量QO2和二氧化碳生成量QCO2）通过循环而相互偶联。

图1偶联外呼吸与内呼吸的气体运输机制

运动试验方案的选择。运动方案根据运动负荷增加的方式分类，可分为递增负荷运动和固定负荷运动两大类；递增负荷运动又分为连续递增运动负荷、分级递增运动负荷两种方案。

1.1Ramp负荷试验

也称为直线递增负荷试验，一般使用电力自行车，在10-40J?s-1?min-1范围增加运动负荷。临床最常用的是10J?s-1?min-1方案递增运动负荷，简称为Ramp10方案。见图2。

图2直线递增负荷试验模式图

1.2分级递增运动负荷试验

分级递增运动负荷是将运动强度分成不同的等级，每隔一定时间增加一次运动负荷，一直增加到极量运动为止。一般使用活动平板，常用的有Bruce方案（第一阶段使用的负荷为5Mets，增加的负荷2-4Mets）、Naughton方案（最初使用的负荷和增加的负荷为大于1小于2Mets）、Balke方案（每分钟固定增加3.3mph，坡度增加逐步1％）等。

2心肺运动试验的检测参数和意义

2.1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。最大氧摄取量VO2max是指人体在极量运动时的最大摄氧能力。有氧运动耐力通常由心肺运动负荷试验的VO2max得出。根据Fick公式：VO2＝CO×AVDO2。由此看出，达到VO2max时，心输出量也达到最大值，最大心搏出量是最大供氧量的保证。所以，VO2max反映了心脏的储备功能。

2.2无氧阈值（anaerobicthreshold：AT）

无氧阈值AT，也称之为乳酸阈值、气体交换阈值或通气阈值，是指运动时的一个VO2，当运动负荷增加时，VO2增加，而VE与VCO2成比例升高，其VE/VCO2比值保持不变，当功率进一步增加，组织对O2的需求超过了循环所能提供的O2，因而组织必须通过无氧代谢以提供更多的能量，其表现是虽然VO2仍随运动量和运动时间而线性上升，但VE、VCO2、血液乳酸水平却脱离原来的线性上升而骤然增加，即VE比VCO2增加的更快，机体需通过增加通气来代偿运动所诱发的乳酸酸中毒。因此AT是反映心肺功能、运动耐力和机体利用氧能力的一个良好指标。

2.3二氧化碳排出量（CO2output：VCO2）

决定CO2排出量的因素包括CO、血液的CO2携带能力、CO2在组织之间的交换等。CO2在组织和血液中易溶解的特性，从呼吸中测得的VCO2比VO2与通气量更为相关。

2.4呼吸交换率（respiratoryexchangeratio,VCO2/VO2：RER）

VCO2/VO2的比值叫做气体交换率或呼吸交换率（RER），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。RER也可为心力衰竭患者提供重要的预后信息：在达到极量心肺运动试验时（峰值运动时R1.1），VO2peak10ml?kg-1?min-1，反映了该患者运动耐力的明显降低，而且伴有较高的死亡率。

2.5VE/VCO2斜率（VE/VCO2slope）

VE和VCO2的关系可用VE/VCO2斜率表示，表明了换气效率，是心衰患者最有力的预测指标之一。

2.6运动心电图

2.6.1心率（heartrate:HR）

心率储备（heartratereserve）是指最大运动后心率的可增加程度，心率储备=最大预测心率﹣最大运动时测得的心率，最大预测心率=﹣年龄（岁）或者=﹣0.65×年龄（岁）。HHR对不同疾病的诊断有帮助，正常情况下，HRR≤15次/分，在临床症状较轻的心肌缺血、心血管疾病及肺循环障碍患者，HRR仍可表现为正常，而在有外周动脉疾病和心脏传导功能不全的患者，HHR常增大。

2.6.2心律失常

运动中和运动恢复期心律失常的监测有助于心血管疾病的危险分层。

2.6.3心肌缺血

运动时心电图动态改变，包括ST段的水平和下斜型的压低（≥0.1mv持续80ms）以及ST段的抬高均提示运动诱发心肌缺血的出现，有助于疾病的危险分层。

2.6.4血压反应

运动血压反映的异常包括过度升高，升高幅度减少或血压下降。运动时血压过度升高经常见于休息时高血压患者，但如果休息时血压正常，而运动时血压过度升高则预示血压控制的异常。运动诱发舒张压升高，是将发生高血压的一个早期表现。如果休息时血压正常，运动时血压≥29.9/12kPa（/95mmHg）则被称为运动性高血压。这些人群中有1/3将在五年内发展成为原发性高血压。

运动诱发的血压降低强烈提示交感控制血压的异常或心脏原因。目前，运动性低血压的诊断标准尚未统一，一般把运动时的收缩压低于运动前血压水平的称作运动性低血压。如果随着运动强度的增加血压下降，运动试验要立即终止，该反应预示着严重的异常可以是心力衰竭、缺血、或血流限制即主动脉瓣狭窄、肺动脉疾病或中央静脉阻塞。

3临床应用

3.1运动氧需求方式判定

通过测定外呼吸可推断运动时通过有氧和无氧方式产生ATP的比率，如果完成的运动在无氧阈值强度以下时，肌肉的细胞呼吸所产生的氧供应量足以满足ATP以有氧方式产生，而VO2和VCO2的动力学表现如图3，VO2要高于VCO2，此时运动是以稳态的形式完成，此时VO2=QO2。若心肺系统不能运送足够的氧以满足细胞对氧的需求，则出现乳酸酸中毒，VCO2要高于VO2，是由于碳酸氢盐缓冲乳酸时释放更多CO2。而个体由于适应运动的能力不同或者基础心肺疾病不同，其VO2的动力学变化也不同，循环障碍的患者其VO2动力学也偏低。

图3低于AT负荷和高于AT负荷时VO2和VCO2动力学曲线

3.2心血管疾病VO2运动心功能分级

根据患者的运动VO2结果可进行Weber运动心功能分级，是定量评价心力衰竭的最客观的指标，见表1。

表1Weber(VO2max和AT)运动心功能分级

3.3收缩性心力衰竭

CPET在收缩性心力衰竭患者中协助判定运动疾病严重程度和运动限制的原因，ACC/AHA推荐等级是IIa，C；可提供重要的预后信息，识别心脏移植候选者，ACC/AHA推荐等级是IIa，B；制定运动处方，ACC/AHA推荐等级是Ia，C。

Arena等研究将心衰患者通气分级VC（ventilatoryclass）基于VE/VCO2slope分为4级，VCI-IV级分别为I：VE/VCO2slope≦29；VCII：30.0～35.9；VCIII:：36.0～44.9；VCIV：≥45.0；而且各级免于心血管事件的生存率分别为97.2％，85.2％，72.3％，44.2％，并证实VE/VCO2slope的分级提高了心肺运动试验的预测价值，优于VO2peak。3.4心脏康复的危险分层和实施的监控策略

CPET的结果明确患者的心肺储备功能，可为心血管疾病患者提供明确的危险程度评估与危险分层，并制定心脏康复实施的监控策略。见表2。

表2美国心脏病学会心脏运动康复危险分层标准

3.5运动处方

CPET可根据运动心率、VO2peak和AT为基础，决定其运动强度，制定个体化的定量有氧运动处方，实施心血管疾病的有氧运动康复。建议运动强度应比诱发缺血的功率时的心率低10bpm作为运动强度的标准。

根据个体化的心肺运动负荷试验结果，参照心脏运动康复危险分层标准，判断是否采用运动下的监护措施。

运动康复需根据患者个体化的心肺储备功能结果，制定运动处方。

运动处方（ExercisePrescription）包括运动形式（Modalities：M）、运动强度（Intensity：I）、运动持续时间（Duration：D）、运动频率（Frequency：F）。

有氧运动（AerobicExercise）一般建议：M=快走、慢跑、踏车等形式；I=运动容量的50-80％，或者根据心肺运动负荷试验的无氧阈值负荷制定有氧运动处方，保证患者的运动治疗均在有氧代谢范围；D=30-60分钟；F=3-5次/周。

阻力运动（ResistanceExercise）一般建议：M=弹力带、哑铃等形式；I=每一组肌肉群的训练重复8-15次；D=完成8-10个肌肉组的训练（20-30分钟）；F=2-3次/周。阻力运动强调以中等或较慢的速度节奏进行、用力阶段呼气、放松阶段吸气以避免Valsalva动作，躯体上部和下部交替锻炼，以便训练肌肉得到充分的休息。

国际上有充分证据表明心脏康复/心脏二级预防可明确降低心血管疾病患者的死亡率和显著改善患者的生活质量。中国需在心血管病患者群实施心脏康复时，应用CPET提供个体化的定量心肺储备功能，进行精确的危险程度评估与危险分层，保障心脏康复实施的安全有效。

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