心肺运动试验在心内科的临床应用Word文件下载.docx
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心肺运动试验在运动康复中的作用是任何检查都替代不了的。
具体作用是：
运动风险评估、制定运动处方、评价运动康复效果。
七、指导运动健身
运动的生理效应与运动强度成正比，但过高的运动强度又蕴藏着意外风险。
不同的人、不同的疾病、不同的患者运动风险也不同，心肺运动试验可帮助确定个体化的运动处方，以达到最佳运动强度和最低的运动风险。
心肺运动试验概述
心肺功能测定不仅对于慢性心肺疾病患者的诊断康复治疗及预后非常重要，而且也是其他许多残疾患者康复评估的重要内容，如高位截瘫、严重的脊柱侧弯及胸椎后凸畸形、运动神经元病、肌病等程度不等地影响心肺功能，在康复医疗中应引起重视，勿以遗漏。
一、心功能评估
康复医学科在临床心脏专科的检查、诊断和心功能检查（如右心功能测定，左心功能测定、肺臂循环时间测定等）基础上，侧重心功能容量的测定，主要方法为运动试验。
（一）运动试验
运动试验在心血管疾病康复方面，已被广泛使用。
许多学者认为试验不仅安全，而且提供了心脏功能容量（cardiacfunctionalcapacity）的客观指标。
运支试验在心血管疾病康复中的用途，见表2-4-1。
表2-4-1运动试验在心脏病康复中的应用
调整住院过程中的体力活动
出院前评价
运动处方，预告危险
用于心导管检查、药物治疗或体育疗法的筛选
确定所需运动程序（监测、不监测、医务人员在场、不在场
随访检查内容的一部分
一般主张急性心肌梗塞、冠脉搭桥术后等住院过程中，以及出院前评价，应用低水平运动试验；
复工以及制定运动处方等心脏功能容量测定时，可以采用运动量较大的次极限量运动试验，但试验终点，不应以心率标准而以试验中出现的症状，如心绞痛、呼吸困难或运动引起血压下降≥（10mmHg）,连续3个以上室性早搏或室性心动过速为终点，此即DeB’usk所主张的症状限制性运动试验，其终点标准见表2-4-2。
表2-4-2极限量、次数限量运动试验终点
1．出现胸痛、疲乏、呼吸困难、心悸、头晕等症状
2．有冷汗、苍白、步态不稳、低血压等体征
3．有室性心律失常，有意义的ST段偏移，房室或室内传导阻滞等心电图改变
4．收缩压达30Pa（225mmHg），舒张压较休息时升高（20mmHg）以上
5．血压不升或下降（10mmHg）以上
6．被检人不愿继续进行试验
低水平运动试验：
在心血管疾病康复活动早期，如AMI或心脏手术后康复，康复活动都很有限，一般都无需参考心脏功能的最高限界，不必冒次极限量运动的风险。
美国至今仍有人主张在康复活动早期例如出院前后做低水平运动试验，只有在复工时才做症状限制性运动试验。
他们认为低水平运动试验，同样可以得到有用的资料，借以指导康复活动。
具体方法如下：
（1）平板试验方法应用必进的Bruce运动试验方案，颇为适合（表2-4-3）。
（2）踏车试验方法开始时按3个METs，给予功量150KPM，增至4个METs时，可给300KPM，转速60次/分，前后两次共4分钟，中间可休息2分钟。
表2-4-4可供试验时参考。
表2-4-3改进的Bruce运动试验方案
分级
时间
min
能量需要
速度
km/h
坡度
%
摄氧量ml
代谢当量METSs
A
2
3.%
B
3
C
6
Ⅰ
10
Ⅱ
12
Ⅲ
14
Ⅳ
16
Ⅴ
18
表2-4-4体重和踏车试验摄氧量
瓦特（W）
25
50
75
100
125
150
175
200
250
公斤米（）
300
450
600
750
900
1050
1200
1500
耗氧总量升
热卡/分
体重公斤摄氧量（ml/
40
60
70
80
90
110
（3）二级梯运动试验方法本法简便易行，1/2单倍量试验相当于4METs，单倍量和双倍量试验分别相当于或。
以上低水平运动试验时，也应有医生在场监护，至于心率一般不应超过115次/分，出现症状时，应按照表2-4-2终止运动试验标准及时停止。
应用代谢用量（METs）指导康复活动方法
在心血管疾病康复中，体力活动既不应不足，也不应过度，才能取得最好的疗效。
早年多依据心脏功能分级，结合活动后心率和心电图改变，指导康复活动，这种方法简便易行，目前也用于一些疾病，如心力衰竭的康复，但近年来发现本法过于简单，主张应用更为精确的方法，即应用METs指导康复活动，特别是用于冠心病的康复。
应用METs指导康复活动，首先要做好心脏功能容量测定。
精确地了解心脏能够负担的体力活动限度，结合METs指导心脏康复的体力活动。
METs或按音称之为“梅脱”，系指机体在坐位休息时，摄氧，将此定为1个METs。
所谓心脏功能容量又称体力工作容量（physicalworkingcapacity）,也就是体力活动的最高限度，其测定一般应用平板或踏车运动试验，测定时应从最低负荷量开始，在测定时有医生在场，连续监测心电图，直至体力疲惫或出现症状时，即达到终点的负荷量，经折算成METs，即是心脏或体力工作容量。
根据所测得的患者心脏功能容量，指导患者的生活自理、家务、体育娱乐，职业等活动。
应用METs指导康复活动时，应参考运动生理学知识，避免机械搬用，一般对所求得的容量，主张适当留有余地，按70%左右予以应用，如二级梯1/2单倍量、单倍量和双倍量试验阴性患者，经折算后只按3、4、5个METs指导患者活动。
也有人将各项活动的METs划一个范围，以便合理地应用这顶方法。
另外，在心脏功能评估中还要重视动态心电图和遥测心电图的应用。
不仅应用于运动试验过程中，而且在患者出院前及回家后定期监测，以更深入了解日常生活细节和不同体力活动对心脏的影响，及早发现恶性心律失常，更合理地安排日常生活活动。
一．
什么是心肺运动试验？
心肺运动试验包括二个部分：
心电图负荷试验和气体代谢分析，前者早已广泛的应用于临床，用于诊断心肌是否有潜在的缺血，但对心脏的功能状况不能进行评价。
气体代谢分析是对肺、心脏、血红蛋白携氧、肌肉等系统进行功能评价。
人的1天时间主要分三个部分：
睡眠、静态和运动。
当机体的心脏和肺发生病变时，早期在静态下由于心肺功能处于代偿阶段，应用人们现有的诸如肺功能仪、心脏彩超等仪器往往不能发现异常，从而无法早期诊断。
运动时，机体的能量需求增加，要求①肺的潮气量和呼吸频率增加，以吸进更多的氧气，排出更多的二氧化碳，②心脏的每搏输出量和心率增加，以输送更多的O2和CO2，因此，运动调动了心肺的贮备功能。
除了心脏和肺的功能加强外，其他如血管扩张、血流加快等均是运动的反应，所有这些反应的目的就是增加供O2和排除CO2。
任何一个环节（肺—心脏—肺循环和体循环—肌肉）的异常均会造成供O2和/或排除CO2出现异常。
气体代谢分析就是在运动中对O2和CO2进行实时连续的（breath-by-breath）测定分析以判断心肺等系统的贮备功能。
此外心肺运动试验时，同时还监测经皮血氧饱和度、血气，以便综合评价机体的生理状况。
二．
为什么要做心肺运动试验？
运动性呼吸困难是临床上常见的患者就诊的主诉，其原因有时很复杂，有的是病理性的，有的是功能性的，以往都是在静态下进行各种检查，如：
胸片、血气、肺功能、心脏彩超等，但患者的症状仅仅发生在运动状态下，因此，运动试验是探讨这类患者病因的检查方法之一。
心肺运动试验是通过定量化的最大摄氧量（VO2max）等指标来衡量心肺功能的。
有些指标如：
氧脉搏（O2pulse）、无氧阈（AT），主要是反映心脏功能；
另一些指标如：
呼吸储备、二氧化碳当量（EgCO2）等主要是反映肺脏功能。
因此，用定量化的指标对心肺贮备功能进行评价，比目前现用的纽约心功能分类标准更科学。
国外学者依据VO2max将心功能定量分为4级，A级>
B级=16-20ml/min/kg，轻度－中度F；
C级=10-15ml/min/kg,中度－重度心功能不全；
与传统的纽约心功能分级标准相关性不好，提示定量分级的重要性。
我们研究了37例慢性心衰患者的运动反应与预后的关系，平均随访年，结果表明A组（VO2max<
10ml/min/Kg，AT<
8ml/min/Kg）8例病人在随访中，有3例死亡，有4例（7人次）因心衰再住院，再住院率为%,而B组（VO2max>
10ml/min/Kg，AT>
8ml/min/Kg）病人无一例死亡，因心衰再住院9例（9人次）,再住院率为%，显著低于A组。
提示当VO2max<
8ml/min/Kg时预后差，死亡率及再住院率高。
国外资料显示，冠心病伴心脏扩大的患者如运动能力<
5METS或运动最大血收缩压<
130mmHg时，行冠脉搭桥术能改善预后，减少死亡率。
如MET>
10ml/min/Kg，则手术或药物治疗对生存率的影响无显著差异。
冠脉搭桥术后，如运动能力超过9METS，患者预后好，而运动诱发的ECG的ST段改变并不能判断患者的预后。
行心脏移植前，该实验已成为评价患者的常规检查，VO2max低于14ml/kg/min的患者死亡率高，需立即进行移植。
尽管肺功能检查是定量化的，但它不具备评价肺脏的贮备功能，有资料显示：
FEV1与VO2max有很好的相关性，但有个体差异。
间质性肺病患者的FVC、FEV1和肺总量与VO2max相关性也不好。
此外，肺功能检查的结果在一定程度上受患者的配合好坏有很大关系，在进行劳动力鉴定时有一定的局限性。
运动试验可以排除病人不配合因素的干扰。
在临床上，心肺功能不全可以同时存在一个患者身上，如慢性肺心病合并冠心病，二者均可引起呼吸困难，如何找出主要原因常常有一定的困难，运动试验可以帮助鉴别何者是主要原因。
Patrick等人分别研究了心衰和慢阻肺的运动反应，发现呼吸储备和运动中的呼吸形式可以帮助鉴别心源性或肺原性呼吸困难。
三、运动试验方法
常用的运动工具有功率自行车。
自行车功量计是用电磁阻力调节蹬踏负荷，其控制电路可以根据蹬踏速度自动调节电磁阻力大小，蹬踏速度快时阻力减少，速度减慢时阻力增加，因此在一定的蹬踏速度范围内可以得到恒定做功量，患者可采取坐位或卧位进行运动，对测定的参数影响较小，如心电图、气体分析等，当需做动脉保留导管采集血标本时，常选用此种运动工具。
患者也比较安全，当运动中出现血压低等情况时可迅速调整体位。
运动程序主要有2种－递增功率运动和恒功率运动。
递增功率运动常是每隔1分钟或几分钟增加一次等量的负荷，至到受试者不能耐受而终止运动。
平板是通过调节运动的速度（以里/小时或公里/小时为单位）和平板的坡度（以％为单位）来调节负荷量。
自行车功量计的运动负荷可以直接调节和显示（以瓦为单位）。
具体的运动方案很多（表3-2），目前常用的运动方案是症状自限性的方法，即每分钟递增功率5－25瓦，至到患者不能保持自行车转数50转/分，结束运动，整个运动时间控制在8－12分钟完成。
我们肺功能室采用的是在0瓦进行热身运动2分钟后开始增加负荷，起始负荷20瓦，每分钟增加5－15瓦，至到不能耐受。
递增功率运动的目的是测定患者的最大运动能力，即所能达到的最大VO2及研究患者在极量运动时的通气量、心率、心电图和血氧饱和度的改变，以便判断患者是否存在运动受限以及运动受限的原因是什么。
在这种情况下，患者并不能达到一个稳定状态。
严格的说，VO2max是指运动到一定负荷量后，尽管负荷还在增加，但VO2不再增加，出现平台，提示机体的摄氧能力已达到极限。
正常情况下，肺的储备功能较心脏大，运动极限的原因是心脏的收缩能力和心率达到了极限。
但在实际测定中，大部分人（包括正常人和患者）在出现VO2平台前，就因疲劳或其它原因而终止运动。
恒功率运动常是在某一功率下运动，如在50％或75％VO2max的功率下运动5－8分钟，以便达到稳定状态。
这种运动方案可以用来评价某一治疗（手术或药物）措施对运动能力的改善作用。
四、
心肺运动试验的常用指标及其意义：
1．
最大摄氧量（maximaloxygenuptake，VO2max）
VO2max反映了机体利用的最大上限。
在逐渐递增的CEPT中，当运动到一定时刻，VO2出现一个平台，这时即使再增加功率，VO2也不增加，我们称这时的VO2为VO2max。
实际上多数人在VO2出现平台前就已经因为疲劳或其它原因而终止了运动。
VO2反映了机体气体运输系统（包括肺、心血管、血红蛋白）及肌肉细胞有氧代谢是否正常，任何一个环节的功能障碍如心脏病、肺病或贫血等，均能使氧流或氧利用障碍，引起VO2max下降。
正常应大于正常预计值的84％。
代谢当量（Metabolicequivalent，MET）是以安静状态下每公斤体重每分钟的VO2的倍数表示之，1MET为每分钟每公斤体重的VO2。
我们测定了94例正常成人（心肺血管病杂志,1997，16：
196－199），其中男性48例，年龄为21—73岁（平均45岁），女性46例，年龄23—70岁（平均48岁）。
结果显示，VO2max与年龄（AGE）和体表面积（BSA）有关，预计方程为：
女性VO2max（l/min）＝×
×
AGE＋；
男性VO2max（l/min）=×
AGE＋。
根据预计方程可以算出每个受试者的正常预计VO2max，将实测值与预计值比较，就可得出运动耐量是否减低的结论。
但是必须指出，VO2max的变异比较大，因为影响VO2max的因素很多，除了年龄（随着年龄的增长而降低）、性别（男性大于女性）、身体大小（与体重成正比）这些因素外，还有如运动方式（平板>
脚踏功率车>
上肢功率车）、工作性质、是否经常参与锻炼等均会影响VO2max，
2．
心排血量（CO）
根据FICK原理，采用重复呼吸法可无创间接推算CO。
FICK原理是：
到达右心的氧加上由肺进入血的一定等于左心送出的氧。
用二氧化碳代替氧可表达为：
Q=VCO2/（CaCO2-CvCO2）。
其中Q=CO，VCO2是二氧化碳排出量，可直接测定，CvCO2是混合静脉血的二氧化碳浓度，通过受试者与装有O2和CO2混合气体的气袋进行重复呼吸，使气袋、肺泡和毛细血管的CO2达到平衡，此时的CO2浓度就等于混合静脉血的CO2浓度，以此来计算Q，故称为间接FICK方法。
许多作者及我们的研究结果表明（基础医学与临床,1996，16：
45－48），该方法能正确地测定正常人、心脏病、慢性阻塞性肺病、肺间质疾病及严重疾病患者在静态或运动状态下心排血量。
3．
无氧阈（AT）
AT定义为机体在逐渐递增的运动当中，当VO2达到某一点，这时有氧代谢已不能满足运动肌肉的能量需求，于是动用无氧代谢以补充有氧代谢提供的能量不足。
由于AT对氧流入组织比较敏感并且相对不受患者是否努力的影响，所以它不仅用于运动受限的诊断与鉴别诊断，还可以用于治疗前后的功能评价及锻炼的效果与运动耐力的评价。
为此许多作者做了大量的研究，最早观察到血乳酸、疲劳及呼吸气体交换三者之间的关系是1920年Hill和Lupton研究，后来Wasseerman又进一步进行了研究发展并定义为无氧阈。
AT假说认为：
①当运动负荷达到一定水平时，运动肌肉对氧的需求超过供给。
②氧供需之间的不平衡使细胞质中的无氧酵解增加，伴随着丙酮酸变为乳酸。
③乳酸主要被细胞内的HCO3-中和。
④中和反应产生的CO2使机体CO2产生量增多。
⑤中和反应的酸碱平衡紊乱产生预计的代谢气体变化。
近10年来人们都试图用无创方法发现AT，主要有以下几种方法：
①V-slope方法：
由于乳酸被HCO3-中和产生CO2，使VCO2突然增加与VO2不成比例。
BEAVER等采用计算机进行回归分析10名正常人的VCO2—VO2关系曲线，结果显示，VCO2突然增高这一点能正确确定乳酸和HCO3-的阈值。
SUE对正常人和COPD的试验也得出相同的结论。
PATESSIO的试验结果表明，该方法过高的估计了阈值，但当受试者在运动2分钟后才发生乳酸性酸中毒时，VCO2就能比较近似地反映血中HCO3-的下降点。
而BELMAN则认为，VS方法不能正确估计代谢性酸中毒的发生时间。
②通气当量方法（VEM）：
即VE/VO2增高但不伴VE/VCO2增高。
由于酸中毒刺激呼吸化学感受器，使呼吸驱动进一步加强，通气明显增加，故VE/VO2增高，同时，通气增加使CO2排出增加，故VE/VCO2不增高。
一些作者认为VEM与乳酸阈值相关，而另一些作者则持否定态度。
③呼气末氧方法：
呼气末氧分压增高，但二氧化碳分压不降低。
成人AT的正常范围是41－54％的预计VO2max，久坐的中年男性的最低AT是最大VO2的40％，这一数值常被很多作者作为正常值的最低限。
4．
氧脉搏（O2Pulse）
O2Pulse不是直接测量的参数，而是由VO2/HR计算出的。
心脏在输送O2的过程中靠2个机制完成①每搏输出量（SV）②心率（HR），一般认为运动早期心脏主要是通过SV的增加使VO2增加，在运动的后期主要靠HR的增加使VO2达到最大。
如果心功能不全，SV不能随着运动而相应增加，心脏只有通过HR的增加来满足肌细胞对氧的需求，HR增大，O2Pulse就减小，因此，O2Pulse减小，反应了心脏的贮备功能下降。
5．
呼吸参数
呼吸参数包括：
每分钟通气量（Ve）、潮气量（Vt）、呼吸储备（BR）、死腔/潮量（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）、动脉呼气末二氧化碳分压差（P（a-ET）CO2）、氧通气当量（Ve/VO2）、二氧化碳通气当量（Ve/VCO2）和经皮血氧饱和度（SpO2）。
在负荷递增的运动中，Ve相应地增加。
运动初期Ve的增加主要靠Vt的增加,当Vt达到VC的50%后，Ve的增加主要靠f继续增加。
当运动达到极限时，Vt也只达到肺活量的50%，可见正常人具有很大的通气量储备功能。
运动时Ve的增加除了同氧需求增大有关外，更重要的是因为CO2产生量增加，增加Ve的目的是维持体内正常的PaCO2和PH值。
在AT前，Ve随运动负荷的增加成线性增加，在AT后，由于无氧代谢参与能量合成，二氧化碳生成量相对耗氧量高，二氧化碳对呼吸中枢的刺激增加，使得Ve曲线上出现拐点。
正常男性在VO2=min，Ve=±
min，女性在VO2=1L/min时，Ve=27±
min。
运动到达极限时的Ve与运动前的每分钟最大通气量（MVV）比较可得出呼吸储备，即BR=MVV-Vemax，正常BR应大于15L/min。
或者用Vemax/MVV表示，正常人的Vemax/MVV范围较大，但不超过70－75％，这一数值常被众多人作为正常值范围。
COPD患者的BR缩小。
当定义运动时正常的VT和f时存在着同样的困难，观察通气的反应形式比仅仅依靠正常值范围更具有价值。
P（A-a）O2和P（a-ET）CO2反映了VA/Q是否平衡，正常人在整个运动中P（A-a）O2应<
35mmHg，P（a-ET）<
0mmHg，高于正常见于VA/Q失调和右向左分流等情况。
P（A-a）O2和P（a-ET）CO2的测定需抽取动脉血，血样最好通过置于动脉内的导管获得，氧当量和二氧化碳当量可无创间接反映VA/Q和Vd/Vt，正常氧当量为22-27，二氧化碳当量为26-30。
我们用有创的方法—即行桡动脉穿刺，在运动中每2分钟取动脉血2ml至运动结束。
对17例患者进行了研究，结果表明：
EgCO2与VD/VT具有一定的相关性，提示用无创的方法可以反应肺的死腔通气（中华结核和呼吸杂志2000;
23（3）:
173）。
心功能不全患者氧当量在AT后较正常人明显升高，并且与功能不全程度成正比。
其原因可能为死腔增加或PaCO2设置点的下降。
五、
心肺运动试验的临床应用：
（一）
试验适应症：
心肺运动试验在临床上有着重要和广泛的实用价值，国外的研究表明，它是无创测定心肺功能最敏感和可靠的指标之一。
在临床上有着广泛的应用价值，它具有无创、定量、可重复的反映心脏和肺脏储备功能的特点，因此愈来愈受到内外科医师的重视。
主要适应症有：
不能解释的呼吸困难的评价
合并存在心肺疾病患者运动受限的
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