陳子奇 張煥基 吳奮生 伍貴富

524023 湛江，廣東醫(yī)科大學研究生院(陳子奇)；518033 深圳，中山大學附屬第八醫(yī)院(深圳福田)心臟中心(張煥基、吳奮生、伍貴富)

心肺運動試驗(cardiopulmonary exercise testing，CPET)起源于20世紀50年代，最初用于評估肺部疾病患者的運動功能，曾被誤稱為肺臟運動試驗。它可記錄患者從靜息到運動至極限狀態(tài)再逐漸恢復的數(shù)據(jù)，包括心率、血壓、心電分析等傳統(tǒng)信息，并提供以氧氣代謝為核心的重要數(shù)據(jù)，如峰值攝氧量(peak VO2)和二氧化碳通氣當量(minute ventilation/carbon dioxide production，VE/VCO2)斜率等參數(shù)，通過豐富而全面的監(jiān)測指標，詳細描述患者在運動狀態(tài)下的生理狀況。

1 CPET的主要測定指標及生理學意義

1.1 峰值運動水平攝氧量

峰值運動水平攝氧量指人體在極量運動時最大程度攝取氧的毫升數(shù)，常被作為人體供氧能力極限水平的估計值[1]。一旦達到該水平，即使增加運動負荷，peak VO2也不再增加，攝氧曲線表現(xiàn)出明顯的平臺樣改變。若臨床出現(xiàn)無法耐受的癥狀使最大運動受限，在測定peak VO2時將很難獲得清晰的平臺期。因此，它是使用最廣泛的反映心肺功能的指標，但同時也受運動肌群數(shù)量的影響。由于peak VO2受個體差異影響，peak VO2占預計值的百分比(ppMVO2)可能有更大的臨床意義。

1.2 無氧閾

在運動負荷遞增的情況下，組織對O2的需求超過了循環(huán)所能提供的O2，機體由有氧代謝向無氧代謝過度，但尚未發(fā)生乳酸性酸中毒時的最高VO2稱為無氧閾，它可以反映機體耐受負荷的潛能，通常由亞極量運動測得，很少受主觀和客觀因素的影響，能敏感地表現(xiàn)組織氧供需平衡，較準確地評價運動時無氧代謝能力和心肺功能[2]。

1.3 VE/VCO2斜率

VE/VCO2斜率代表排除1 L CO2所需的通氣量，其反映通氣效率，升高提示肺灌注減少、無效腔增加。疾病越嚴重，VE/VCO2斜率往往越高，尤其是與肺動脈平均壓和肺血管阻力有很強的相關(guān)性[3]，并常見于各種原因所致的心功能受損。它在疾病預后評估中的地位也越來越高。

1.4 氧脈搏

氧脈搏為每搏量與動靜脈氧含量差的乘積，以氧耗量和心率的比值來表示，通常認為它可以反映每搏量的大小。CPET過程中，氧脈搏以線性的方式增加，達到高強度運動時將會出現(xiàn)平臺期，若平臺期提早出現(xiàn)常提示每搏量受損引起的心源性運動受限，尤以冠心病最常見[4]。O2攝取不足或肺氧合能力降低等情況也可導致氧脈搏降低[4]。

1.5 攝氧效率斜率

攝氧效率斜率最初由Baba等于1996年提出，采取對數(shù)曲線擬合的方法，通過建立回歸方程VO2=a×lg VE+b，反映VO2(y軸)和VE的對數(shù)(x軸)之間的關(guān)系，其中a為攝氧效率斜率。因其變異系數(shù)較小，穩(wěn)定性較高，在預測心血管風險方面可能優(yōu)于其他傳統(tǒng)CPET測定指標[5]。

2 心力衰竭評估

2.1 評估心力衰竭患者預后

目前用于評估心力衰竭嚴重程度和預后的指標主要為NYHA心功能分級、6 min步行距離、左心室射血分數(shù)和N末端B型利鈉肽原等。

對于射血分數(shù)降低的心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)，CPET指標主要表現(xiàn)為peak VO2明顯降低，VE/VCO2斜率升高，攝氧效率斜率降低[6]。1982年，Webber等[7]首次根據(jù)peak VO2建立A～D的心力衰竭嚴重程度分級系統(tǒng)。此后，各類心力衰竭指南和專家共識均將peak VO2作為心力衰竭患者風險評級的一部分。此外，CPET指標如攝氧效率斜率、運動通氣功率、最大攝氧量與功率的變化關(guān)系(ΔVO2/ΔWR)[4， 8]等也被證實是心力衰竭患者預后的強有力的獨立預測因子。但僅通過觀察單個指標來評估心力衰竭預后會導致必要信息的丟失，而且特異性較差，因此更多CPET指標被逐步納入心力衰竭預后評估系統(tǒng)的建立中，其預測能力明顯強于單個CPET指標[9]。最近，一項名為MECKI(Metabolic Exercise test data combined with Cardiac and Kidney Indexes)的針對HFrEF患者建立的多中心數(shù)據(jù)評分系統(tǒng)，以CPET指標(包括peak VO2、VE/VCO2斜率等)為中心，與超聲心動圖和實驗室結(jié)果相結(jié)合，預測患者心血管死亡及行緊急心臟移植的風險[10]，因其簡單、可靠、易于計算且個性化的特點，成為目前預測HFrEF預后的最佳評分系統(tǒng)。

而對于射血分數(shù)保留性心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)，有研究顯示CPET對HFpEF的風險識別甚至較HFrEF更具特異性[11]。對于隱匿性HFpEF，靜息超聲心動圖往往難以發(fā)現(xiàn)異常，Nedeljkovic等[12]通過CPET結(jié)合運動負荷超聲觀察此類患者，發(fā)現(xiàn)運動負荷超聲顯示E/e’>15，提示左室舒張末壓升高，而CPET指標中除peak VO2和無氧閾降低外，VE/VCO2斜率顯著升高，認為VE/VCO2斜率是HFpEF的獨立預測因子。Shafiq等[13]通過對HFpEF患者平均5.2年的隨訪發(fā)現(xiàn)，ppMVO2每提高10%，死亡率降低30%。通過CPET對HFpEF患者進行早期識別和預后評估，有利于盡早開展疾病隨訪和健康教育，幫助制定治療方案，在一定程度上可提高患者長期生存率。

2.2 通過評估預后指導治療方案的選擇

對于終末期心力衰竭患者，CPET一直對評估心臟移植的手術(shù)時機具有較高的臨床價值，Mancini等[14]對114例終末期心力衰竭的患者進行隨訪，發(fā)現(xiàn)peak VO2<14 ml·kg-1·min-1的患者預后極差(1年和2年生存率分別為47%和32%)，需盡快行心臟移植手術(shù)；peak VO2>14 ml·kg-1·min-1的患者與心臟移植術(shù)后患者的生存率相當，可暫緩手術(shù)。根據(jù)2016年國際心肺移植協(xié)會標準，peak VO2<14 ml·kg-1·min-1、ppMVO2<50%或VE/VCO2斜率>35，已作為心臟移植的手術(shù)指征，對于能耐受β受體阻滯劑的患者，手術(shù)指征可放寬至peak VO2<12 ml·kg-1·min-1[15]。Levy等[16]證實，結(jié)合peak VO2的多變量評分系統(tǒng)能有效地對左室輔助裝置植入術(shù)后患者進行預后評估，為手術(shù)時機提供可靠的參考依據(jù)。此外，有研究顯示peak VO2與某些氣體交換指標能夠較好地反映藥物干預作用，包括β受體阻滯劑、ACEI等，CPET與藥物的相關(guān)性研究在某種程度上對用藥方案具有指導意義[6， 17]。除了藥物及手術(shù)治療以外，運動鍛煉在心力衰竭穩(wěn)定期治療中也必不可少，其中運動強度為運動處方的核心，關(guān)系到運動的安全性和治療效果，相關(guān)指南指出，根據(jù)無氧閾對應(yīng)的心率和功率制定運動強度，是制定運動處方的原則之一[4]。

3 冠心病評估

冠心病患者的心室功能降低常常先于臨床表現(xiàn)(如心絞痛、心電圖ST-T改變或超聲心動圖異常等)出現(xiàn)，而當出現(xiàn)明顯癥狀時，疾病往往已很嚴重。與靜息心電圖、冠狀動脈CT造影等傳統(tǒng)方式相比，CPET提供了一種評估運動性心肌缺血及微小血管病變的獨特方法。在運動負荷逐級遞增下，心搏量和心率會同時增加以維持心排血量。在正常情況下，氧脈搏會顯著增加，攝氧量也會隨著功率的增加呈線性增加，斜率約為10 ml·min-1·W-1；而在狹窄血管分布的區(qū)域，ATP再生需氧量超過可攝取氧流量，引發(fā)心肌氧供需失衡，即使是微小冠狀動脈的血流儲備受損，都可導致心肌灌注減少，形成可逆的左室功能障礙。因此，冠心病患者行CPET過程中，當運動功率超過誘發(fā)心肌缺血的閾值時，每搏量會減少，心率將急劇上升以維持心排。在CPET中，健康人心率與攝氧量會呈線性增加至正常峰值，而冠心病患者表現(xiàn)為心率增加速度相對攝氧量更快，peak VO2、ΔVO2/ΔWR和氧脈搏將提前出現(xiàn)平臺期，甚至降低，患者的運動耐力、通氣效率和攝氧效率均下降[18]。有研究指出，CPET指標的變化出現(xiàn)在同步心電圖ST段異常之前，并顯示出比傳統(tǒng)負荷心電圖更好的預測性和精確性[19]。負荷心電圖對心肌缺血的檢出多在臨床癥狀發(fā)生之后，且缺乏特異性，有一定的假陽性率和假陰性率，尤其是服用β受體阻滯劑后可能導致負荷心電圖漏診率升高。在冠心病早期，靜息狀態(tài)下心功能相對正常，此時患者血管造影多達不到診斷標準(狹窄程度低于50%～70%)，而CPET在運動下誘發(fā)心肌氧供需失衡，同時量化心肌微循環(huán)缺血時的運動功率閾值，在冠心病的診斷篩查和評估預后方面將有重要價值。

4 肺動脈高壓評估

肺動脈高壓是由各種原因引起的肺血管床結(jié)構(gòu)和(或)功能改變，即使是在規(guī)律藥物治療下其1年死亡率仍高達15%，因此及早診斷和治療極為關(guān)鍵[20]。肺動脈高壓患者行CPET時，可表現(xiàn)為peak VO2、最大運動功率、氧脈搏和無氧閾呈中至重度降低，VE/VCO2斜率顯著升高，通氣/灌注比例失調(diào)和生理無效腔增加是引起各項指標異常的基礎(chǔ)[21]。機制包括：(1)機體運動時，為排出生成增多的CO2，分鐘通氣量增加，肺動脈高壓患者因肺循環(huán)阻力升高，肺血流灌注降低，導致生理無效腔增加。由于無氧閾提早出現(xiàn)，無氧運動引起乳酸增多，為保持酸堿平衡分鐘通氣量進一步增加，VE/VCO2斜率異常升高；(2)呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)與CO2的肺泡分壓(PACO2)密切相關(guān)，二者均隨通氣量的增加而下降(過度換氣)；(3)CO與peak VO2相關(guān)，肺動脈壓力升高增加右心后負荷，嚴重者右室張力增加影響左室充盈壓，左心排量減少，使peak VO2呈不同程度降低。Held等[22]對42例慢性血栓栓塞性肺動脈高壓患者進行超聲檢查，有13例患者超聲檢查呈陰性，而其中12例經(jīng)CPET檢查確診。對于臨界性肺動脈高壓(靜息mPAP 21～24 mmHg)的患者，由于通氣效率降低，CPET能通過運動誘發(fā)肺動脈壓反應(yīng)性升高。在不明原因的呼吸困難患者中，無氧閾時VE/VCO2≥60且PETCO2≤20 mmHg強烈提示存在肺動脈高壓，因此CPET有助于對肺動脈高壓的篩查和診斷[23]。Zhao等[24]通過CPET發(fā)現(xiàn)3種類型肺動脈高壓之間的心肺功能存在顯著差異，先心病型肺動脈高壓的始動機制在于體-肺分流導致肺血流量增加，經(jīng)一系列神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)和肺血管重構(gòu)后，最終引起右向左分流，在運動中其特殊表現(xiàn)為PETCO2急劇下降，PETO2、VE/VCO2和氣體交換率(RER)急劇升高。自身免疫性肺動脈高壓由于血管彌漫病變，對運動反應(yīng)性差，且氧彌散障礙，外周肌肉灌注不足，運動耐力和預后明顯較先心病型肺動脈高壓差。Shi等[25]研究發(fā)現(xiàn)，慢性血栓栓塞性肺動脈高壓的攝氧效率平臺和無氧閾時的攝氧效率較特發(fā)性肺動脈高壓組明顯下降，考慮可能與慢性肺血管阻塞引起無效腔增加和右心后負荷增多有關(guān)。在評估肺動脈高壓預后方面，多變量分析顯示，ppMVO2、肺血管阻力和運動心率增加是其獨立預測因素。低peak VO2、高肺血管阻力和低△HR提示預后不佳[ 26]。因此，CPET對于肺動脈高壓的早期診斷、預后評估及各種分型的鑒別具有重要意義。

5 運動反應(yīng)性高血壓和低血壓評估

運動反應(yīng)性高血壓通常被定義為男性峰值運動收縮壓≥210 mmHg，女性≥190 mmHg，在CPET中表現(xiàn)為收縮壓增加≥20 mmHg/3.5 ml VO2。其機制主要為運動中交感神經(jīng)張力過高，主動脈擴張性降低，內(nèi)皮和舒張功能障礙等[27]。這些人群中有1/3將在5年內(nèi)發(fā)展成原發(fā)性高血壓。運動誘發(fā)舒張壓升高，也是即將發(fā)生高血壓的一個早期表現(xiàn)。2016年，歐洲心血管預防和康復學會/聯(lián)合美國心臟學會發(fā)布的CPET用于特定患者人群的科學聲明指出，靜息血壓正常，但運動中血壓異常升高的人群未來發(fā)生高血壓的風險明顯增加[8]。Schultz等[28]統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在中等強度運動時收縮壓每增加10 mmHg，心血管事件發(fā)生和死亡率也會增加4%。此外，在3～5個代謝當量運動負荷下較能反映日?；顒又械难獕海瑢υu估高血壓藥物的治療效果有一定作用。另一方面，運動誘發(fā)的血壓下降強烈預示交感控制血壓的異?；蛐呐K疾病發(fā)生，Barlow等[29]的臨床薈萃分析顯示，任何運動形式或強度下誘發(fā)的低血壓是致命性心血管事件和全因死亡率的獨立預測因子，尤其是運動收縮壓下降10 mmHg以上者未來患心血管疾病風險明顯升高。

6 小結(jié)

目前，CPET的開展和研究在國內(nèi)尚處于起步階段，可能與臨床醫(yī)生對CPET安全性的擔憂，和操作復雜、普及程度低有關(guān)。作為一種能整體、客觀、定量評價患者心肺整體功能的工具，CPET對疾病的診斷、預后評估、后續(xù)治療和干預措施等具有獨特優(yōu)勢。隨著人們對其認識程度的增加，相信在臨床上將會有更廣泛的應(yīng)用。

利益沖突：無