心肺运动试验

• CPET为心衰患者和成人先心病（adult congenital heart disease，ACHD）患
临床应用——呼吸系统
• CPET应用于呼吸系统疾病诊断及预后的 优越性在于，通过运动诱发患者的病理 性改变，分析得出参数，如Peak VO2、 VE/VCO2、血氧饱和度（blood oxygen saturation，SPO2），协助做出更客观 准确的判断。
心肺运动试验
Cardiopulmonary exercise testing (CPET)
张灵叶
概述
• 心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing，CPET）是指在特定 的运动负荷下，通过收集受试者呼出的 气体并加以分析，监测机体在运动状态 下的各项指标，并同步心电导联监测心 电变化，综合评价心肺等器官系统的整 体功能和储备能力[1]，与常规肺功能和 一般心脏负荷试验不同。
• 正常人两者数值接近。 • 由于最大运动平台极难出现，通常采用
评估指标——代谢当量 (metabolic equivalent，
METs)
• METs是运动生理学和康复医学领域中 最常用来表达各种活动时的相对能量代 谢水平的指标，1MET相当于正常成人 安静坐位状态下的VO2（平均为 3.5ml/kg· min）。
• 通常VE/VCO2斜率更具有临床意义，且不受运动模 式和测试方案影响[4]，VE/VCO2斜率＜30°被认为 是正常范围。
• 氧通气当量是指排出1升氧气时所需要的VE，简写为 VE/VO2
评估指标——无氧阈 (anaerobic threshold，
AT)
• AT是指体内无氧代谢比值突然显著升高的 临界点。
• 将每周总量分解为每天总量。 • 确定运动强度，查表选择适当的活动方
式。 • 将METs总量分解到各项活动中，形成
运动处方。
• 患者男性，肥胖症，100公斤，计划减肥500 克/周，每克脂肪热价9千卡，需要额外消耗 4500千卡。计划每周锻炼5天。
• 4500千卡÷5天=900千卡/天。900千卡 =520METs
机器组装 3.4
轻的木工活
4.5
砖瓦工 3.4
油漆
4.5
挖坑 7.8
开车
2.8
娱乐活动的代谢当量
• 交谊舞(慢) 2.9 排球(非竞赛性)
2.9
• 交谊舞(快) 5.5 羽毛球
5.5
• 有氧舞蹈
6.0 游泳(慢)
4.5
• 跳绳
12.0 游泳(快)
7.0
• 网球
6.0 乒乓球
4.5
娱乐活动的代谢当量
• VO2/HR指心脏每搏动一次周围组织所 能摄取的氧量或进入肺-血液中的氧量， 反映心脏每次搏动输出的血量所摄取的 氧量，常以ml/次表示。
• 氧脉搏越高说明心肺功能越好，效率越 高。
评估指标——呼吸交换率
(respiratory exchange rate，RER)
• RER是指肺内VCO2与VO2之比值 (VCO2/VO2)。
• 织毛线 1.5-2.0
桌球
2.3
• 打牌
1.5-2.0
弹钢琴
2.5
• 缝纫(坐) 1.6
长笛
2.0
• 写作(坐) 2.0
击鼓
3.8
• 手风琴 2.3
小提琴
2.6
评估指标——通气当量
• 二氧化碳通气当量是指呼出1升二氧化碳时，所需要 的通气量（ventilation，VE），即VE与二氧化碳排 出量（carbon dioxide output，VCO2）比值，简写 为VE/VCO2。
• 未达AT前，VE的增加与摄氧量、二氧化碳 排出量及运动量相关；
• 而达无氧阈后，VE/VCO2比VE/VO2更相 关，故当VE/VO2急剧升高时，而 VE/VCO2没有立即升高，以此时间点来测 定AT，是目前认为的最敏感方法。
评估指标——氧脉搏 (oxygen pulse)
• 也是重要参数之一，不是直接测量获得， 而是通过VO2除以同步测定之而来心率 （heart rate，HR），即VO2/HR。
肌梗塞恢复期的功能储备
• 10METs 正常健康水平，药物治ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ预后 与其它手术或介入治疗效果相当
• 13METs 即使运动试验异常，预后仍然 良好
• 18METs 有氧运动员水平 • 22METs 高水平运动员
表示运动强度，制定运动 处方
• 运动强度——靶心率
• 问题：运动时测定困难；心血管活性药 物广泛使用，心率反应难以直接反映运 动情况
历史
• 经典的道格拉斯气袋法(Dagalas bag)：早期 由于没有流量传感器和气体分析器，所以气体 代谢测试采用多个测试气袋，受试者的呼出气 体经过三通单向阀全部收集到道格拉斯气袋中， 每隔一定时间(30秒或1分钟)更换一个气袋， 这样整个测试过程就需要几十个气袋。测试完 成后，使用化学分析方法分析气袋中的氧和二 氧化碳的成分和数量，整个过程缓慢而且非常 繁琐。
历史
• 每口气法(Breath by Breath)：随着气体浓度 分析器分析速度的不断提高，科学家通过提高 采样速度减少混合室的大小，获得了和传统混 合气袋法一致的测试结果，于是就出现了每口 气测试法(Breath by Breath)，即分析每一口 呼出气的气体成分和通气量，这样大大改善了 混合气袋分析的动态性能，克服了传统混合气 袋法反应迟钝，测试样本少的缺点，成为测试 技术上的又一次大飞跃。
• 确定采用步行作为主要锻炼方式，每天2次。 查表知步行4公里/时=3METs，6.5公里/时 =5.6METs
• 步行4公里/时作为准备活动： 3×15=45METs
• 步行6.5公里/时作为基本训练： 5.6×30=168METs
• 步行4公里/时作为准备活动： 3×20=60METs
区分残疾程度
心肺运动试验与心脏康复
• 心脏康复是指综合采用主动积极的医疗、 心理、教育、行为及社会活动进行训练 与再训练，帮助患者缓解症状，改善心 血管功能。
评估指标——摄氧量 (oxygen uptake，VO2)
• 最大摄氧量（maximal oxygen uptake， VO2max）和峰值摄氧量（peak oxygen uptake，Peak VO2）是机体有 氧代谢能力的两项重要指标。
• VO2max是指在最大努力运动时摄取的 最高氧量，
• Peak VO2指运动过程中出现摄氧量的最 高值，
5.7
常用METs值
• 自我护理
– 坐位自己吃饭 1.5
– 上下床
1.65
– 穿脱衣
2.5-3.5
– 站立热水淋浴 3.5
– 挂衣
2.4
– 园艺工作 5.6
– 劈木
6.7
备饭
3.0
铺床
3.9
扫地
4.5
擦地(跪姿) 5.3
擦窗
3.4
拖地
7.7
常用METs值
• 职业活动
秘书(坐) 1.6
焊接工
3.4
临床应用——其他系统
• 心因性障碍（psychogenic disorders） 患者的CPET参数显示，有正常或者接近 正常的运动耐力，在静息或者预测试时 出现与代谢反应水平不相符的规律且浅 快的呼吸频率(breathing frequency， BF)。
• 肥胖症患者的VO2、HR和VE增加，每公 斤摄氧量（VO2/kg）却显著下降。
概述
• CPET始于20世纪50年代。 • 1973年Wasserman[2]等初步介绍了呼吸系统参数的
“每次呼吸法”测定方法。
• 1975年Wasserman[3]进一步提出，所有的运动均需 要心肺协调和周围循环与肺循环的协调来完成气体交 换作用。
• 近20余年来，随着科学技术的迅猛发展及流行病学研 究的深入，CPET能无创、定量、敏感地评测呼吸系 统、循环系统及肌肉摄氧能力之间的关系，并且全面 综合地评价全身运动耐力，进而更加广泛深入地应用 于指导康复治疗，评定康复治疗效果等。
• ≥5METs：可参加中度体力劳动，METs 〈2.0，峰值METs〈4.0
• 3～4METs：可参加轻体力劳动， METs1.2～1.6，峰值METs 2.4～3.2
• 2～3METs：休息时无不适，可参加坐位工作， 不能跑、跪、爬，站立或走动时间不能超过 10%工作时间。
常用METs值
• 生活活动
• CPET包括运动气体代谢分析和运动心电 负荷试验两部分。
测试系统
• 气体代谢测试通过采集气体样本，使用 一口气法、每次呼吸法、运动过程中内 呼吸法、动态流量环等多种分析法，获 得每口气中摄氧量、二氧化碳排出量等 参数，评测运动过程中心脏、肺脏及肌 肉的功能及协调能力；
• 心电负荷试验通过监测安静和运动状态 下的心电反应，为心脏功能及其病理研 究提供重要参考依据。
– 修面
1.0 步行1.6公里/时
– 自己进食 1.4 步行2.4公里/时
– 床上用便盆 4.0 散步4.0公里/时
– 坐厕
3.6 步行5.0公里/时
– 穿衣
2.0 步行6.5公里/时
– 站立
1.0 步行8.0公里/时
– 坐床边
2.0 骑车(中速)
1.5-2.0 2.0-2.5 3.0 3.4 5.6 6.7
• 代谢当量表示运动强度/控制能量摄取与 消耗比例，例如糖尿病和肥胖症的康复， 采用代谢当量是最佳选择。
METs和热卡的关系
• 热卡是指能量消耗的绝对值，代谢当量 是能量消耗水平的相对值，两者之间有 明确的线性关系：
• 热卡＝METs×3.5×kg÷200
METs应用
• 确定每周能耗总量（运动总量）以及运 动训练次数或天数。