CPET徐泉科内讲课

肺容积和肺容量
• 肺容积：
– – – – 潮气量TV 补吸气量IRV 补呼气量ERV 残气量RV
• 肺容量
– – – – 深吸气量IC 肺活量VC 功能残气量FRC 肺总量TLC
肺容积和肺容量
• 肺活量VC：低于预计值80%----限制性通气功 能障碍 • 残气量RV、功能残气量FRV、肺总量TLC： 升高降低均异常
心肺运动试验
• Cardiopulmonary exercise testing (CPET)
– 通过测量气道内的气体，同步评估心血管系统和呼吸 系统对同一运动应激的反应情况 – 同步测量ECG、心率、血压等
• 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
病人准备工作
• 试验应在餐后2小时进行、禁烟，运动前12小时不 进行过分的体力活动； • 确定患者病情属运动适应证范畴，排除运动禁忌 证； • 暂时停用干扰运动反应药物，如β-受体阻滞剂等。 • 安静时12导联心电图和静态肺功能测定； • 运动中连续记录心电活动和血压； • 详细说明运动中的注意事项和如何运动。 • 停止运动：拇指向下，指出不适部位胸或腿；满 意拇指向上
• 要求呼吸系统必须从血液中通过肺呼吸排除CO2
外呼吸(VO2和VCO2)与内呼吸(氧耗量QO2 二氧化碳生成量QCO2)通过循环而相互偶联
静态---动态
• 安静状态
• 满足基本生命活动需求，正常人、运动员、病人（代偿 阶段）差别不大 • 静态心电图、血生化指标等对患者的预后预测价值有限
• 运动状态
– 流量计 – 气体分析仪 – 平板的坡度和速度 – 踏车的阻力
运动心电图
• CPET与传统运动试验 一致 • 在递增的负荷下运动 并同时记录模拟12导 心电图 • 分析运动时的心率、 心肌缺血和心律失常
运动血压
• 记录运动时的血压
– 识别运动高血压或运动低血压 – 心输出量CO主要影响收缩压 – 外周阻力则决定舒张压水平
VO2max/V02peak
• 决定因素
– 参与运动肌肉的数量有关
• 影响因素
– 年龄、性别、体表面积以及是否经常运动锻炼
• VO2max反映了心脏的储备功能
VO2 max/预测值
• • • • • >80% 正常 65-79%轻度减退 50-64%中度减退 35-49%重度减退 <35%极重度减退
• 固定负荷运动
连续递增运动负荷
分级递增运动负荷
CPET常规
• 静息肺功能 • 运动心肺功能
– 静息心电图、血压、心率 – 运动心电图、血压、心率
静息肺功能
• 测试内容：
– 肺容量和肺容积 – 时间-容量曲线和流速-容量曲线 – 最大通气量
肺活量
• 1. 点击F2开始，让患者均匀呼吸（正常通 气），待呼吸逐渐平稳之后会在图表右下角出 现两个柱状条，均为绿色说明呼吸平稳 • 2. 点击F2，让患者迅速呼气→保持（约5秒） 持续呼气直至最大补呼气量→迅速吸气→保持 （约5秒）持续吸气直至最大补吸气量→迅速 呼气→保持（约5秒）持续呼气直至最大补呼 气量（或者完成吸气→呼气→吸气这一过程） • 3. 平稳呼吸→结束（点击calculate按钮计算数 据，一个计算器的图标）
心肺运动试验
康复医学科 徐 泉
发展简史
• CPET始于20世纪50年代
• 早期研究侧重于肺部疾患运动心肺功能特点的探讨
• 1975年呼吸疾病学者Wasserman曾提出
• 单独给心脏或肺脏增加负荷是不可能的，所有的运 动均需要心肺的协调，以及周围循环与肺循环的协 调作用来完成生存和工作所需要的气体交换作用
• 动用人体储备，达到最大功能状态，正常人、运动员、 病人差别巨大 • 运动状态指标，如peakVO2、AT、VE/V来自百度文库O2等对患者的预后 预测价值超过静态指标，对心肺功能储备进行评估
卢志南，黄洁，孙兴国等《中华心血管病杂志》2015,43（1）
• 安静状态
– 骨骼肌氧耗量占整体氧输送量为30-40％ – 机体整体的氧摄取率大约为25％
• 最大氧摄取量V02max
– 极量运动时最大摄氧能力，供氧能力极限水平
• 峰值运动水平氧摄取量VO2peak
– 临床早期出现的无法忍受的症状限制了最大运 动， – 当测定到峰值运动水平的V02时(VO2peak)，很 难获得清晰的平台期 – VO2peak经常被作为VO2max的估计值 – 生理意义不同，两者互换使用
氧摄取量
• 每分钟机体氧摄取量V02
– 单位时间内机体摄取氧的毫升数 – 心输出量和动静脉氧含量差之积 • 单位为ml· kg-1· win-1 • AVD02
• arterial—mixed venous 02 content difference » 动脉血和混合静脉血的氧含量之差
VO2max/V02peak
无氧阈值
• 无氧阈值(anaerobic threshold：AT)
– 运动时的一个VO2 – 当运动负荷增加时，VO2增加，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
• AT>40% 最大摄氧量预测值，正常40-80%
最大通气量MVV
点击F4开始，在4秒后 开始让患者大口大口 的吸呼气（不要呼吸 过深，要用力并且保 证频率）持续呼吸10 秒结束 点击calculate按钮计 算数据MVV
• 阻塞性通气：凹陷性下降 • 限制性通气：肺容积和流速等比例缩小和提前完成 • 混合性通气：肺容积下降和凹陷性改变同时存在
机体外呼吸与细胞呼吸偶联系统
• 机体运动时骨骼肌的有氧代谢增强
– 导致氧需求量和摄取量明显增加 – 要求心血管系统提供足够的氧以满足肌肉收缩 时细胞呼吸的增加
• 氧耗量(02 consumption，Q02)和二氧化碳生成量 (C02 production，QC02)的增加
– 同时肌肉运动后产生过多的CO2
时间-容量曲线
• 用力肺活量FVC • 第一秒用力呼气 容积FEV1 • 一秒率： FEV1/FVC • 中段呼气流速 MMEF
• 吸气或呼气时吸入 或呼出的气体流量 随肺容量变化的关 系曲线
• 最大呼气或吸气流 量-容量环
流量-容量曲线
• 峰值呼气流速Vmax • 用力肺容积75%、 50%、25%时的最大 呼气流速V75%、 V50%、V25%
实验室准备
• 实验室温度要求在21-23OC，此外尚必需配 置复苏设备包括：
– 常规抢救用药及静脉注射装置； – 氧气筒和抽吸装置； – 气管内插管和喉镜； – DC除颤器。
仪器定标和系统质量验证
• 仪器使用前需要进行流量传感器和气体分 析器的定标
– 流量传感器的定标过程是使用标准容积的定 标筒（通常为3L）对传感器进行标定 – 气体分析器定标是使用含有已知浓度的氧和 二氧化碳的标准混合气体，校正氧和二氧化 碳分析器
• 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：V02)、二 氧化碳排出量(carbon dioxide output：VC02)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 和功能受损程度
• 平板运动因要克服重力影响，对运动时器官系统的 负荷要求更多
• 功率自行车
– 占地小、活动幅度不大，更利于测量心电图、 血压和气体交换 – 能够精确量化外部功率 – 其峰值VO2要低于平板的10—20％
准备工作
• 运动心肺试验需要在受过运动生理基础知 识培训的医师指导下进行; • 参加心血管急症处理培训学习; • 技师和医师熟悉运动过程中正常和异常反 应并能够认识或预防发生或者将要发生的 突然事件
– 阻塞性通气功能障碍：RV、FRV、TLC升高，VC正常或 下降； – 限制性通气功能障碍： RV、FRV、TLC、VC下降 – 混合性通气功能障碍： RV、FRV、TLC不定，VC下降
时间-容量曲线和流量-容量曲线
• 点击F3开始，让患者均匀呼吸（正常通气），待呼吸逐 渐平稳（不用考虑柱状条，同时让患者不要刻意用力吸 呼气） • 让患者快呼气将补呼气量呼出 • 喊“用力吸气！！！”同时患者尽自己最大的努力吸满 气，然后不停顿，喊“吹！！！”同时患者尽自己最大 的努力吹气（同时让患者注意自己的口型，要长大嘴巴 大口吐气）吹气时不要停止，要尽可能的达到最大补呼 气量，保证右侧两个柱状条都变绿，即可停止 • 平稳呼吸→结束（点击calculate按钮计算数据，一个计 算器的图标） • 注：在分析时，如果有多次数据，可以选取数值比较好 的数据（在吸气相和呼气相分别选取，不同颜色的流量 环曲线，点击不用颜色的标示，打叉即为不选取）
• 运动状态
– 氧输送量显著增加 – 骨骼肌的血流量增加 – 整体氧耗量占整体氧输送量可高达75～80％
动态平衡
• 组织代谢是前提 • 血液循环是基础 • 呼吸是表征 • 氧化能量物质为人体各功能结构提供能量 是代谢的核心 • 在神经和体液调控下，人体多个系统的配 合下所完成的一个动态趋向平衡，而永远 不能达到真正平衡的这样一种功能状态
• 血压反映的异常
– 过度升高或升高幅度减少 – 血压下降
• 运动诱发血压降低提示交感控制血压异常或心脏原 因
运动血压
• 运动血压：<220/90mmHg
运动血氧饱和度监测
• 测定动脉氧饱和度
– 以便计算动静脉氧含量差
运动负荷增加的方式
• 递增负荷运动
– 连续递增运动负荷（直线递增负荷试验） – 分级递增运动负荷
外呼吸与内呼吸
• 外呼吸
– 气体从周围环境进入到肺和血液
• 内呼吸
– 气体在血液和组织中的交换
• 外呼吸
– 肺通气
• 气体进出肺的过程
– 肺弥散
• O2和CO2在肺和血液中的交换
– O2和CO2在血液中的转运
• 内呼吸
– 肌肉组织毛细血管气体交换
机体外呼吸与细胞内呼吸偶联系统
• 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
孙兴国。《医学与哲学》，2013:34（3）：22-27
运动仪器
• 运动平板
– 通过运动速度和平板抬高的级数调节运动负荷
• 功率自行车
– 通过电磁闸或机械闸调控踏板的阻力，以调节 外部功率
• 四制联动
– 在无法完成下肢运动的患者
平板和功率车
优缺点
• 运动平板
– 平板上的走或跑的形式更熟悉和更常见 – 一般峰值VO2平板比自行车高
• 1982年Weber等
• 报道CPET应用于慢性心力衰竭患者心肺功能测定的经验
• 1990年Wasserman等提出
• 应用运动气体代谢指标建立康复方案及其在康复进程中监测作 用的重要性
• 目前CPET的应用范畴得到极大拓展
– 临床心脏病学 – 呼吸病学 – 烧伤病学 – 重症监护 – 外科手术评估及预后 – 康复医学运动处方个体化制订 – 运动医学 – 劳动力评估
• AT以下的活动
– 日常生活的大部分活动
• 高于AT的运动可引起多种生理反应
– – – – – – – 糖酵解加速 运动持续时间缩短 促进氧和血红蛋白解离 血液浓缩 儿茶酚胺水平升高 加重心肌缺血 诱发心律失常
限制性通气障碍
• FVC<70%
阻塞性通气功能障碍
• FEV1/FVC:<80%
混合性通气障碍
• FVC<70%；FEV1/FVC:<80%
运动心肺功能
• • • • • • • • • • • 峰值氧摄取量VO2 峰值心率HR和心率储备HRR 氧脉搏VO2/HR 血压 无氧阈AT 最大运动通气VE 通气或呼吸储备VR 潮气容积VT和呼吸频率RR 通气效率VE/VCO2 生理无效腔与潮气容积比值VD/VT 血氧饱和度SaCO2
• O2、CO2传感器和气体流量计必须进行校正 后方可进行CPET • 受检者呼入和呼出的气体通过O2、CO2传感 器和气体流量计测定，可得到VO2、VCO2 • 基于实时的BbB(Breath by Breath)呼吸模式 ，根据计算机程序，可以描绘气体在运动 时的曲线
质控、校准和维护
• 质控、校准和维护均对于获取CPET的精确 性和可重复性至关重要