OUES摄氧量效率斜率综述写作纲要.docx

OUES摄氧量效率斜率综述写作纲要.docx

《OUES摄氧量效率斜率综述写作纲要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《OUES摄氧量效率斜率综述写作纲要.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

OUES摄氧量效率斜率综述写作纲要

摄氧量效率斜率在评价儿童心肺功能中的应用进展

朱小烽1马云2

（1.嘉兴学院医学院2.国家体育总局运动医学研究所）

摘要：

摄氧量效率斜率（Oxygenuptakeefficiencyslope,OUES）是在递增负荷的运动中，采用对数曲线拟合的方式，通过分析摄氧量（Oxygenuptake，VO2）和每分通气量（Minuteventilation，VE）的关系，该指标无需进行最大负荷的运动试验即能获得，且与个体的最大摄氧量，峰值摄氧量、VE等具有高度的相关性。

其在临床实践中既可以有效地用来测评患者的心肺储备能力，也可以用来评估健康儿童的心肺适能。

关键词：

OUES；肥胖儿童；心肺功能；心肺运动试验；最大摄氧量；峰值摄氧量

随着生活方式的改变，儿童疾病发生率呈现逐年递增趋势，伴随儿童肥胖率上升、体质下降等现象，个体表现出较差的心肺机能、肌肉力量和耐力等。

心肺功能是一项重要的健康指标，准确评估和测量儿童的心肺功能，能更好地筛查儿童心血管病的患病风险，并能有效促进运动干预和行为改变策略的最优化[1]。

无氧阈（Anaerobicthreshold，AT）、最大摄氧量速度（Velocitywithmaximumoxygenuptake,vVO2max）、跑步经济性（Runningeconomy,RE）、最大摄氧量（Maximumoxygenuptake,VO2max）等最大运动负荷测试普遍被认为是评估心肺功能的“黄金标准”[2-6]。

但该类测试仅限于健康成年人群。

对于心脏病患者或者儿童而言，这些指标都具有一定的局限性。

最大运动负荷测定时，一般要求受试者达到力竭，这对于心脏病患者或者儿童来讲，是非常危险的，也是不宜采用的测量方法[1、7]。

此外，无氧阈也曾被相关文献报道，受营养摄入状况（碳水化合物满载和耗尽）等多重因素的制约，测试结果不能很好地区分[8]。

也有研究者[9]利用每分通气量和每分二氧化碳生成量的回归线性斜率（Aminuteventilation/Aminutecarbondioxideproductionslope,VE/VCO2slope）来评估儿童的心肺储备能力，但是该指标依赖于运动持续时间，汇集了运动过程中多重复杂的数据，且这种线性斜率在所谓的第二无氧阈附近经常找不到，并且与受试者最大摄氧量相关性不高也屡被报道[10、11]。

1996年日本学者Baba[12]提出用摄氧量效率斜率（Oxygenuptakeefficiencyslope,OUES）这一指标来评价儿童心脏病患者的心肺储备功能。

OUES被认为是在递增负荷中，VO2（ml/min）和VE之间的关系。

OUES代表着在递增运动负荷中，相对于每分通气量的摄氧量增加率，指示着机体摄氧和利用氧气的能力。

运动生理上，OUES依赖于代谢性酸中毒的发展（依赖于工作肌的血液分配）、肌肉总量、氧气的摄入和利用、生理无效腔等影响，简单的一项指标包含着心血管系统、骨骼肌系统和呼吸系统的协作功能[12-17]。

OUES由运动过程中每分通气量的对数与摄氧量的线性关系计算得出，回归方程描述为：

VO2=a×log10VE+b[12]

此方程中a为OUES，b为常数。

可以看出，OUES反映了通气倍增情况下摄氧量增加的绝对效率，预示着肺转移氧气到全身各处的效率，理论上

该指标不受受试者主观能动性影响[13-16、18]。

在肥胖儿的心肺功能评估中，Marinov&Kostianev采用回归分析，用身高和体表面积来预测幼儿的OUES值，方程描述为（其中H为身高，BSA为幼儿体表面积）：

OUES=–3346.9+28.08×H+794.2×BSA[19]

对于OUES，我们所了解的知识还较为局限，但其在临床及科研中的应用前景十分广阔。

可以用来评价健康儿童的心肺适能，筛查心脏病患儿童的病危情况，及运动康复干预效果评估及心肺功能量化等方面都具有实际相当的应用价值和前景，而且在测试过程中，所需应用的仪器也较为简单，只需要一台运动跑台或者功率自行车，配备一套心肺功能系统及软件就可以开始相应的进行监测。

笔者认为即便对于儿童进行心肺功能评估，OUES提供了一个客观的，不依赖于主观能动性的评估指标。

近些年，国外也有较多研究利用OUES来对健康和患病儿童的心肺功能进行评估[20-25]。

但是OUES在科学研究和临床实践的有用性和有效性上，需要进行全面理解和进一步证实。

因此，本研究的目的是对当前所了解的儿童OUES进行归纳和整理。

1.OUES的影响因素

1.1性别、年龄和人体测量等因素

现有的研究证实，OUES与体表面积、身高、体重、瘦体重和年龄存在显著相关性，男童的OUES峰值显著高于女童[19、24]。

Marinov等的一项具有代表性的研究证实，年龄7-14周岁个体的峰值摄氧量、VE、OUES等指标的增长呈现稳态，其中男童的OUES和峰值摄氧量显著高于女童[24]。

峰值摄氧量、OUES增长与身高的相关性远高于与年龄的相关性[24]。

健康儿童的OUES平均值与健康成年人相比较要低得多（1900-2200VS2910-4300）[15、19、22、24、25-29]。

Marinov的研究发现：

OUES随着儿童年龄的增长呈现线性增长[24]，而在在健康人群的衰老过程中，OUES呈现线性下降[30]。

Arena[31]曾将受试者按照身体质量指数（BodyMassIndex，BMI）的不同分为3个试验小组：

正常体重组、超重组和肥胖组。

研究结果发现人体体成分变化对OUES有显著影响（p<0.05）。

令人诧异的是OUES最佳值是肥胖组的受试者。

这个结果与Marinov的研究结果一致：

超重儿童（BMI平均值40.0±8.0kg/m2）通气无氧阈时的OUES和完整运动测试过程获得的OUES绝对值显著高于正常体重的同龄人[19]。

相反，与正常体重组儿童相比，肥胖组的瘦体重、运动参数指标低得多[19、24]。

1.2运动时间和运动强度

运动时间和运动强度对儿童OUES影响的研究还未有一致的定论。

较多研究认为在整个运动过程中儿童的OUES保持相对稳定的状态[15、32、33]，运动强度对于儿童OUES值的表现似乎不是非常相关。

研究者证实了最大强度和次最大强度运动时OUES没有表现出明显的差异[26、29、30]。

一项研究还证实[28]，OUES值从运动的前半段、后半段或者从完整的运动测试过程推导没有存在明显的区别。

另外一项研究指出[27]，与完成的测试数据相比较，在75%和85%最大跑速下，推导出的OUES值显得尤为高。

一些研究者对基于时间变化从而推算儿童OUES最大值的方法也进行了相关的讨论[19、34]，pogliaghi等[26]研究者从心率储备的60%和80%获得数据，从而计算儿童OUES值，通过心率储备百分比计算获得儿童OUES与完整的运动测试试验获得OUES值没有发现明显的差异。

这些研究再一次揭示了儿童OUES值不受受试者主观能动性的影响。

1.3病理因素的影响

儿童心力衰竭是现在比较常见的一种发病于心血管的疾，临床上儿童心力衰竭是各种儿童心脏病的严重阶段，是一个综合征，由4部分组成：

心功能障碍，运动耐力减低，肺、体循环充血，以及后期出现心律失常。

Davies等[35]在2006年首次对心力衰竭患者监测OUES，他们发现OUES值与峰值摄氧量，通气无氧阈、VE/VCO2斜率有较强的相关性。

另外一些研究也有类似的发现，在心力衰竭和冠状动脉疾病儿童中，OUES有较强的鉴别价值[32、34]，可以用来有效量化和评估这些患儿的运动机能[37]。

在冠状动脉疾病的儿童中OUES出现显著下降[32、34、38]。

Arena的研究认为[39]，OUES是心力衰竭儿童致死的重要预测信号，尽管他们推断VE/VCO2斜率也有类似的预测价值。

然而，VE/VCO2斜率在他们的研究中需要通过最大运动测试计算获得，Davies[35]的研究也证实了同样的结果。

尽管在这些儿童患者中，OUES具有很好的鉴别能力，但在患儿的风险筛查中，还需要进一步地对OUES的预测能力开展深入研究。

另外，还需要进一步地证实和研究患儿OUES指数与其他检查标准的相关性（如，多普勒回声，心脏磁共振成像，血脑钠肽浓度，或肺动脉压力等）。

1.4运动训练对儿童OUES的影响

较多的研究涉及对不同人群的OUES进行运动干预[33-34、40-41]，其中也有不少针对儿童。

研究发现，运动训练能显著提高儿童心脏疾病患者峰值摄氧量，OUES和VE[34、40]。

Defoor的研究[34]指出，训练使得峰值摄氧量和OUES（r=0.61，P<0.001）和通气无氧阈（r=0.55，P<0.001）的相关性出现了变化。

在年龄、性别、体重、身、训练强度和训练频率（r=0.57，r=0.52，各自为P<0.001）调整后，这些关系仍然显著。

多元回归分析显示体育训练中训练频率是改变儿童OUES最显著的决定性因素（r=0.249,P<0.001），而VE的改变是导致OUES改变最大的贡献者[34]。

综上所述，OUES是一个客观且可重复性的测量，具有广泛的适用性。

OUES对于运动强度、持续时间来讲，具有相对的独立性。

而对于其他一些运动参数联系紧密。

对于心脏病患者的成人来讲，体育锻炼致使OUES具有一定的敏感度。

但是，OUES值被认为受人体测量变量的影响且个体差异较大。

2.OUES变更的生理机制

2.1PaCO2与OUES

PaCO2称动脉血二氧化碳分压，指物理溶解的二氧化碳所产生的张力，可以衡量肺泡的通气情况，对呼吸的影响为先兴奋，后抑制。

正常情况下浓度为35~45mmHg，当大强度的运动致使代谢产物乳酸在体内的集聚增多，进而导致代谢性酸中毒的产生时，PaCO2则大于50mmHg。

儿童的OUES与呼吸运动的反射性调节也有一定的联系[30、42]。

虽然呼吸运动起源于脑，但是呼吸器官本身以及血液循环等其他器官系统感受器传入冲动的反射性调节也起到重要的作用。

PaCO2升高时，刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器呼吸反射和大脑皮层对呼吸运动的调节，引起呼吸中枢兴奋，呼吸增强。

但是，当PaCO2上升到一定高度后，则表现为对呼吸的抑制，严重时则产生昏迷等现象，进而影响个体的OUES。

另外，有研究者认为，骨骼肌的VO2下降与运动时血液在血管内流速过快也有一定的联系[30]。

2.2血液pH值与OUES

OUES与个体酸碱平衡关系密切[30]。

儿童在从事大强度剧烈运动时，由于糖酵解加强，乳酸生成量增加，可造成其在肌肉组织内和血液中大量累积，进而影响体内的酸碱度。

人体正常的生理活动和运动，除需要适宜的温度、渗透压等条件外，还需保持体液酸碱度的相对恒定。

如果酸碱度的变化超过一定范围，将会引起组织代谢紊乱，进而影响各种生理机能。

通常呼吸在调节人体的酸碱平衡中起到重要的作用。

血液的pH值变化不大的情况下，NaHCO3/H2CO3的比值一般为20。

当代谢产物中有大量的酸性物质存在时，它与HCO3ˉ结合生成H2CO3，后者分解为CO2和H2O，血中的CO2分压上升，导致了呼吸运动的加强，促使CO2排出体外。

这就使得NaHCO3/H2CO3比值恢复，pH值恢复正常。

当体内的碱性物质增多时，与H2CO3作用使血中重碳酸氢盐浓度增高，于是CO2分压下降，从而导致呼吸减弱，使碳酸的浓度逐渐升高，维持其与重碳酸氢盐的正常比值，因此pH值恢复正常。

由此可见，如果血液酸碱度发生变化时，呼吸功能可以随时发生代偿反应。

PH值降低时，人体内血红蛋白对氧气的亲和力下降，Hb的构型变为T型。

另外，红细胞无氧酵解的产物2,3-DPG（二磷酸甘油酸）也可以提高H﹢的浓度，使得Hb的构型变为T型，间接影响Hb对O2的亲和力，从而影响OUES。

2.3肺通气、肺换气与OUES

肺通气及其功能直接影响人体的OUES，随着人体功能状态的不同和呼吸深度的变化，会发生相应的变化。

其主要影响因素有肺容量、肺通气量和肺泡通气量和解剖无效腔等。

儿童OUES值随年龄的增大而增大，与呼吸肌的力量增强，胸内压下降得愈明显，导致肺通气量增加有一定的关系[42、43]。

另外，由于无效腔的存在，每次吸入的空气都不能完全到达肺泡进行气体交换，无效腔的大小直接影响肺泡的通气量。

通气/血流比值影响着肺换气。

通气/血流比值是指每分肺泡通气量与每分肺血流量之间的比值。

正常成年人安静状态下为0.84，当处于0.84时，气体交换才能保持最高的效率，如果血流灌注不足，则导致通气过剩，比值增大，部分肺泡气未能与血液气进行充分的交换，导致肺泡无效腔增大；反之，如果通气不足，则比值下降，血流过剩，部分血液流经通气不良的肺泡，混合静脉血中的气体未充分更新而流回心脏。

由此可见，此值升高或者降低都意味着气体交换不能充分进行。

心力衰竭儿童OUES值下降，其生理机制主要在于肺通气/血流比值的不平衡而造成生理无效腔的增大[30]。

3.OUES与儿童心肺功能评定研究进展

运动测试在临床实践中被广泛地用来评估各类人群的运动耐量和风险[44-50]。

VO2max是个体在运动中利用氧的能力的最大化，被广泛地看作是有氧体适能最佳的测量指标。

理论上，它被定义为无论运动强度是否增加，摄氧量达到平稳后的值。

但实际上，在递增负荷的测试中这种摄氧量平稳期不是经常能达到的，因此这种客观的测试指标也被峰值摄氧量所取代。

而对于儿童而言，亚极量的运动试验更适宜，在他们身上，VO2max是很难达到和获取的，通过极量运动试验评估尤其不可取的[24-25]。

而其他一些不需要力竭运动试验测试的指标，诸如，由气体交换率推导出的AT、VE/VCO2斜率、EMOC等指标被广泛的运用[21、24、25、36]。

而1996年Baba提出的OUES指标是综合了机体心血管、肺、骨骼肌等器官的功能，采用对线曲线拟合的方式，在递增负荷的运动中通过分析VO2和VE的关系，建立回归方程获得[12]。

Drinkaed等研究指出[22]，超重与正常体重的儿童，在完成一系列不同强度的运动后，峰值摄氧量与OUES存在显著的关联性。

甚至有一些研究者指出，OUES比峰值摄氧量表现得更加稳定，原因也是儿童心肺机能评估不适宜采用极限负荷的运动试验[30、32、33]。

一些研究者利用相关分析和回归分析总结出，儿童OUES值的评估可以做到像VO2max一样准确[15、16、30，32]。

为了评估幼儿OUES的影响因素，Marinov&Kostianev[19]，应用了回归分析，用身高和体表面积来预测OUES，方程为：

OUES=–3346.9+28.08×H（身高）+794.2×BSA（体表面积）；最近，Marinov[19、24]又介绍了一个新的方程来推导健康儿童的OUES值，其中体表面积和性别是主要的参考系数，OUES=–398+1958.1×BSA－199.5×性别。

Baba的一项研究涉及了心脏疾病的儿童[12]，研究结果发现与健康儿童相比较OUES没有显著性的差异。

研究者指出，把OUES理解为在儿童健康发展过程中的运动参数时建议谨慎使用，因为人体测量指数变化对儿童OUES有显著的影响[19、24]。

关于慢性疾病儿童与健康同龄人的OUES值的比较研究，至今发表的研究成果尚不多见，我们现在还无法断定，健康儿童与慢性疾病儿童或者残疾儿童相比较，OUES是否存在区别，虽然已有的研究启示不同成人的OUES值存在判别价值[54-57]，但是，对于幼儿人群OUES用以评估心肺适能的价值还需要进一步研究。

而且，也没有一项研究涉及青春期阶段发育对个体OUES的影响，由于青春期的发育显著地影响和改变人体成分，肌肉力量、最大通气量、通气当量、身体活跃类型等也可能影响个体的OUES值[24、58]，对于上述指标的可变性和影响还需要我们进行深入研究。

自从儿童OUES被认为受人体测量变化而影响后，就有较多的国外研究者建议应根据体形进行标准量化。

许多指标，例如峰值摄氧量，受体形的影响，已根据体重进行了标准和规范化[25]。

Marinov&Kostianev[19]的研究用体表面积（依赖于体重和身高）标准化了峰值摄氧量，借此补偿了不同个体体重的差异。

从生理角度看，我们认为体表面积虽然提供了肺总容量的最好指证（身高和体重都计算在内），但是OUES与体表面积的最佳推导标准还需我们继续进行深入研究，所以应该根据这些差异建立不同儿童人群OUES的标准参考值。

虽然有冠状动脉和心力衰竭患者在体育干预后OUES出现增长，但研究几乎都集中在成年人[59-63]，对于患病儿童在体育锻炼过程中的OUES反应还没进行过研究。

因此，OUES指标对于临床的运动医务监督和评估儿童体育锻炼具有一定的意义。

4．小结与展望

OUES是一个可以重复进行心肺功能测试的指标，它并不需要最大强度的运动试验，而可以采用对数曲线拟合的方法，对递增运动负荷过程中个体VO2与VE之间的关系，建立回归方程即可获得。

这个指标可以客观和独立地评估健康和病患儿童心肺适能和储备，反映了运动过程中对应耗氧量时的通气效率。

尽管儿童OUES与峰值摄氧量与最大摄氧量存在高度的相关性，但不能取代这些通过最大强度试验获得的参数指标。

后续的研究应根据儿童身高、体重、瘦体重和体表面积的差异，建立OUES值的量化标准，使其更加科学地应用于临床的医务监督和健身评估；对于健康与各种病患儿童应证实其OUES是否存在差异，并探讨相关病理与生理机制；不同运动干预方式对儿童OUES的增长效率还需进一步研究。

参考文献

[1]AkkermanM,BrusselMV,HulzebosE,etal.Theoxygenuptakeefficiencyslopewhatdoweknow?

.JournalofCardiopulmonaryRehabilitationandPrevention,2010,30:

357-373.

[2]BlaisS,BerbariJ,CounilFP,etal.ASystematicReviewofReferenceValuesin

PediatricCardiopulmonaryExerciseTesting.PediatricCardiology,2015,8（36）:

1553-1564.

[3]Barron,A.J.,Dhutia,N.M.,Glaser,S.,etal.Physiologyofoxygenuptakekinetics:

InsightsfromincrementalcardiopulmonaryexercisetestingintheStudyofHealthinPomerania.IJCMetabEndocr,2015,7:

3-9.

[4]VanheesL,LefevreJ,PhilippaertsR,etal.Howtoassessphysicalactivity?

Howtoassessphysicalfitness?

.EurJCardiovascPrevRehabil,2005,12:

102-114.

[5]Cornelis,J.,Taeymans,J.,Hens,W.,etal.Prognosticrespiratoryparametersinheartfailurepatientswithandwithoutexerciseoscillatoryventilation-asystematicreviewanddescriptivemeta-analysis.IntJCardiol,2015,182:

476-86.

[6]Charlot,K.,Waltz,X.,Hedreville,M.,etal.Impairedoxygenuptakeefficiencyslopeandoff-transientkineticsofpulmonaryoxygenuptakeinsicklecellanemiaareassociatedwithhemorheologicalabnormalities.ClinHemorheolMicrocirc,2015,60（4）:

413-21.

[7]RowlandTW,CunninghamLN.Oxygenuptakeplateauduringmaximaltreadmillexerciseinchildren.Chest,1992,101:

485-489.

[8]ShimizuM,MyersJ,BuchananN,etal.Theventilatorythreshold:

method,protocol,andevaluatoragreement.AmHeartJ,1991,122:

509-516.

[9]FrancisDP,ShaminW,DaviesLC,etal.Cardiopulmonaryexercisetestingforprognosisinheartfailure:

continuousandindependentprognosticvaluefromVE/VCO2slopandpeakVO2.EurHeartJ,2000,21:

154-161.

[10]MezzaniA,GiordanoA,MoussaNB,etal.Hemodynamic,notventilatory,inefficiencyisassociatedwithhighVE/VCO2slopeinrepaired,noncyanoticcongenitalheartdisease.IntJCardiol,2015,191:

132-137.

[11]BarronAJ,MedlowKI,GiannoniA,etal.ReducedconfoundingbyimpairedventilatoryfunctionwithoxygenuptakeefficiencyslopeandVE/VCO2sloperatherthanpeakoxygenconsumptiontoassessexercisephysiologyinsuspectedheartfailure.CongestHeartFail,2010,16:

259-264.

[12]BabaR,NagashimaM,GotoM,etal.Oxygenuptakeefficiencyslope:

anewindexofcardiorespiratoryfunctionalreservederivedfromtherelationbetweenoxygenuptakeandminuteventilationduringincrementalexercise.JAmCollCardiol,1996,28:

1567-1572.

[13]BabaR,NagashimaM,GotoM,etal.Oxygenintakeefficiencyslope:

anewindexofcardiorespiratoryfunctionalreservederivedfromtherelationshipbetweenoxygenconsumptionandminuteventilationduringincrementalexe