二、心肺运动试验

二、心肺运动试验

心肺运动试验（CPET）被认为是评估心肺运动耐力的最佳方式，是心血管康复风险评估的重要手段，是心肺储备功能检测的“金标准”。

（一）对医生的要求

心肺运动试验的测试需要在受过运动生理基础知识培训的医生指导下进行，并要求医务工作人员参加心血管急症处理培训学习，操作技师和医生均要熟悉心肺运动过程中的正常和异常反应，并能够处理测试中出现的突发事件，最好是掌握运动生理学的心内科医生操作。

进行操作的医生需要知道患者有关的临床信息，特别关注用药情况、吸烟和保健药品的情况，常规活动水平，心绞痛或其他运动诱发的症状。医生应该对患者运动申请、临床评估、近期ECG和其他结果及其他特殊情况考虑决定运动试验类型和方案。

运动试验需填写书面知情同意书，并告知其做最大努力（对大多数试验来说），但也可随时停下运动。须提醒患者与运动有关的潜在不适和风险、所期望获得的信息及这些信息对患者的用处。最后，鼓励患者在同意运动试验前提出相关问题并进行答疑解惑，消除患者的恐惧和不安，更好地配合测试。

（二）实验室准备

实验室温度要求在21～23℃，采光通风良好，勿在潮湿、拥挤的空间中进行。实验室房间要配备一个温度计和一个湿度计，患者的实测心率会根据环境温度的升高和环境湿度的增加（高于60%以上）而相应地加快。一般来说，环境温度在22℃的时候适合测试的开展，即使环境温度短期达到26℃，也可以在良好的通气环境中进行测试。此外，尚需配置的心肺复苏设备包括常规抢救用药；静脉注射装置；氧气筒和抽吸装置；气管内插管和喉镜；除颤器。

（三）受试者准备

（1）试验应在餐后2 h进行，禁烟，运动前12 h不进行过分的体力活动。

（2）受试者着轻便舒适衣物和运动鞋，轻松、平和的心情，勿紧张。

（3）确定受试者病情属运动适应证范畴，排除运动禁忌证。

（4）暂时停用干扰运动反应药物，如β受体阻滞剂、钙离子拮抗剂等。

（5）向患者简要介绍运动试验，详细说明运动中的注意事项和如何运动，并告知患者运动所需时间和医生的期望。

（6）签署知情同意书。

（四）临床适用范围

心肺运动试验作为人体整体生理学客观定量功能测定的唯一方法，适用于所有正常人和各种疾病患者。

（1）人体整体生理学功能评估用于健康、亚健康及疾病的区分和人体健康管理。

（2）客观评估心血管、呼吸和代谢病变为主的各主要系统整体功能受限程度。

（3）通过整体病理生理学分析对原因不明的“心慌气短（呼吸困难）”患者提供鉴别诊断方向。

（4）客观评估心血管、呼吸和代谢疾患治疗（包括药物、仪器等）效果。

（5）客观评估麻醉和围手术期危险性和预后。

（6）客观评估重要脏器病变的整体功能受损、生存潜能和预后预测，而作为脏器移植（心、肺或者心肺联合等）、心衰仪器治疗（心脏辅助装置、CRT-ICD等）患者选择的客观标准。

（7）心肺疾病康复治疗个体化运动康复处方方案制订的客观依据。

（8）运动医学、高原医学、运动训练方案、运动计划等制订的客观依据。

（9）劳动能力评估与劳动能力丧失的客观评估。

（10）某些以氧气需供失衡为特征的疾病（如缺血性心脏病）通过极限运动氧代谢直接测定可以达到“早”早期诊断。

（11）对于某些高危疾患严密监测运动可以将高危现象发现，继而提出预防措施，以减少患者工作和居家猝死可能。

（五）心肺运动试验的临床使用禁忌证

心肺运动试验的禁忌证根据临床可分为绝对禁忌证和相对禁忌证。

绝对禁忌证可见：

（1）急性心肌梗死（＜2 d）。

（2）高危不稳定型心绞痛。

（3）导致血流动力学不稳定的心律失常。

（4）急性心内膜炎。

（5）严重主动脉缩窄。

（6）失代偿的心力衰竭。

（7）急性肺动脉血栓形成或肺栓塞。

（8）近期发生非心脏原因可影响运动能力的疾病或可因运动而加剧病情（如感染、肾衰竭、甲状腺毒症）。

（9）残疾人或不能合作者。

（10）未获得知情同意者。

相对禁忌证可见：

（1）左冠状动脉主干狭窄。

（2）中度狭窄的瓣膜心脏疾病。

（3）电解质紊乱。

（4）心动过速或心动过缓。

（5）心室率未控制的心房颤动。

（6）肥厚型心肌病。

（7）不能合作的脑认知障碍者。

（8）高度房室传导阻滞。

（六）心肺运动试验终止运动指征

为了患者的安全，在其尚未达到症状限制前，若出现下列危险征象中的一种或者多种时可以考虑提前终止心肺运动试验，终止运动的指征同样可以分为绝对指征和相对指征。

终止绝对指征：

（1）达到目标心率。

（2）发生急性心肌梗死或怀疑心肌梗死。

（3）发作严重心绞痛。

（4）随功率递增，血压下降＞10 mmHg（1 mmHg＝0.133 kPa），或持续低于基线血压。此外，收缩压＞220 mmHg，舒张压＞115 mmHg。(https://www.daowen.com)

（5）发生严重心律失常，如Ⅱ～Ⅲ度房室传导阻滞、持续室性心动过速、频发室性早搏、快速心房颤动等。

（6）出现面色苍白、皮肤湿冷及明显气促、呼吸困难。

（7）出现中枢神经系统症状，如眩晕、视觉障碍、共济失调、感觉异常、步态异常、意识障碍。

（8）患者要求停止运动。

终止相对指征：

（1）心电图ST段水平压低或下斜型压低＞2 mm，或ST段抬高＞2 mm。

（2）胸痛进行性加重。

（3）出现严重疲乏、气促、喘鸣音。

（4）出现下肢痉挛或间歇跛行。

（5）出现不太严重的心律失常，如室上性心动过速。

（6）运动诱发束支传导阻滞未能与室性心动过速鉴别。

需要注意的是，因安全原因提前停止的运动试验不能称作“最大”，所有使用最大或者峰值氧耗量指标分析的项目都要排除。当然，亚极限指标如无氧阈值、摄氧效率峰值平台、二氧化碳通气有效性最低值和二氧化碳通气效率斜率等已达到该指标的评测标准，也可以分析使用。

（七）操作方法

1.操作前准备　了解患者的诊断、用药情况以及试验理由。受试者试验前2 h禁食，衣服要宽松、舒适，鞋要安全。严格掌握禁忌证。告知受试者气体交换的咬口器可引起口腔黏膜干燥及有抵抗的感觉，如不能耐受咬口器，可改用面罩。受试者应清楚地知道，只要本人提出请求，试验将会中止，但亦应明白足量的试验反应及恰当的资料分析是非常关键的。在放置电极之前备皮，然后用酒精清洁皮肤，再用细砂纸或薄纱布轻轻打磨表皮，使皮肤阻抗＜5000 Ω。

2.静息资料　包括血压、坐位、立位和休息时的心率应记录下来。理想的VO2基线至少稳定2 min。

3.运动试验方案　患者的气体交换试验可在运动平板或踏车试验上进行。选择方案常根据患者的功能状态及限制运动试验的其他情况选择。方案包括每2～3 min显示一次VO2的增加值，直到每一步都能获得一个稳定的状态，并可以逐步显示所增加的VO2。坡度方案为每分钟或30 s改变一次工作量（做功量）并可得到一个更平滑的VO2曲线。坡度方案同样可以针对患者试验时的能力，这对于患者选择方案可能更重要，不要仅仅依赖1～2种在低工作量时、没有充足时间的方案去观察整个检查。Bruce方案是运动试验室中的常用方案。对于心力衰竭的患者，可应用改良的Naughton方案。运动试验方案应提供大量的资料并高度准确地、可再现性地正确评价患者的极量或接近极量运动功能。运动时要精确监测血压、心率及运动心电图。

最小的运动试验应包括完成无氧阈。通气阈的重复试验必须在稳定的临床状态下进行。应努力去鼓励受试者连续保持RER在1.0 ms以上，并确信达到VT。

6.仪器操作步骤（以意大利科时迈运动心肺测试系统为例）

（1）打开功率车（或跑台）、血氧饱和度仪、外置血压仪、12导联心电监测仪及外部设备电源，再打开电脑主机和心肺功能仪器主机。

（2）仪器定标：流量计的校准对于保证运动心肺测试仪在测试状态下测定的精确性和可重复性是非常必要的。为确保运动心肺测试数据的精准，仪器在使用之前须经过三步定标，分别是流量传感器定标、室内空气定标、气体定标。①流量传感器定标：将流量传感器与打气筒连接，分别以慢、中、快速度均匀抽吸，约12次，点击“OK”界面结束。如果定标通过，在定标结果界面不显示红色字体。②室内空气定标：据界面定标提示，点击“Air”定标，自动完成定标过程，显示定标结果。如果定标通过，在定标结果界面不显示红色。③气体定标：打开标准气体阀门，确认气体压力在正常范围，读取标准气出厂标签气体浓度数值，将气体采样管插入气体主机设备前端的定标器采样口内。打开气体定标程序，点击“Ergo-RMR”开始定标，待程序自动结束并显示定标结果，确认定标数据在正常范围内，保存定标结果并退出程序。如果定标通过，在定标结果界面不显示红色。

（3）测试开始，在患者数据库程序中查找或新建患者基本信息，其中包含：ID编号、姓名、性别、出生日期、身高（cm）、体重（kg）等。

（4）医师评估及人员准备：详细询问受试者基本病情资料并记录，包括：病情诊断、一般资料（生化检查、心脏彩超、双源CT或造影结果等）、既往运动习惯等。告知受试者测试基本流程，明确运动注意事项，告知受试者测试目的及运动中可能会出现的不适和风险、所期望获得的信息及这些信息对受试者的临床意义和用处，并告知其须做最大的努力，但也可随时停下。最后受试者佩戴12导联心电图、血压袖带、血氧饱和度探头、测试面罩或咬口器，并连接流量传感器和气体采样器，调整最佳座椅高度，当脚踏处于最低点时双腿能接近于完全伸直。

（5）根据患者病情、一般病情资料及运动习惯选择合适运动方案，如年老体弱、冠心病PCI术后、慢性心力衰竭或既往无运动习惯的受试者人群，推荐使用Ramp10方案，为的是使患者在运动期2～8 min达到负荷测试。

（6）预实验（静态肺通气功能测定）：受试者和仪器准备完毕后，因最后报告中需用到流量的数据，所以需测定受试者肺活量（VC）、吸气容量（IC）、1 s用力呼气容积（FEV1）、最大通气量（MVV）。对于阻塞性呼吸道疾病稳定期的患者，近期的流量数据可以使用。测定包含三步：用力肺活量测定、慢肺活量测定、肺最大通气量测定，得出以上流量数据。需准备物品：一次性使用咬口器、一次性除菌过滤器、鼻夹等。①受试者取站立位，口含咬口器，通过流量传感器连接肺功能仪，夹上鼻夹，平静呼吸，使其习惯自然呼吸。②用力肺活量测定：平静呼吸数次后在呼气末做最大吸气，吸足后屏气约1 s，令受试者做最大力量、最快速度呼气，直至呼尽，持续6 s，吸气后结束测试。③慢肺活量测定：平静呼吸数次后在呼气末做最大吸气，吸足后屏气约1 s，令受试者缓慢、匀速、均匀呼气，直至呼尽，吸气后结束测试。④最大肺通气量测定：受试者以最快速度、最深呼吸进行深大呼吸，持续12 s。

备注：以上3次测试均可以进行重复测定，首次测定后受试者可在休息1～2 min后进行下一次测定，以选择能够获得最大值的一次计算结束，必要时充分休息后重复测定。

（7）仪器和人员准备完毕后，打开“运动心肺测试系统”程序进入运动心肺试验测试。在启动界面右侧确认受试者摄氧量、二氧化碳排出量、呼吸商（RER）、代谢当量、通气量、实时心率、最大心率预计值、血压、心电图图形无误后点击“start”开始测试。

（8）整个测试过程分为4个阶段，分别是静息期3 min、无负荷踏车热身期3 min、负荷递增运动期和恢复期（通常5 min）。在负荷运动期检查者应密切关注患者心电图、血压以及代谢指标相关参数的波形曲线变化，询问受试者主观感受。如有异常，及时终止试验以确保受试者安全。

（9）恢复期检查者应继续密切观察患者体征及相关参数变化，同时询问受试者主观感受，待受试者已基本恢复正常状态，且不会出现危险的情况下结束整个运动心肺测试流程。

（10）摘下受试者面罩或咬口器，去除心电导联、血压袖带和血氧探头等。

（11）测试完全结束后，分析测试结果，确定无氧阈值，生成报告。

（12）检查时如果出现如下情况时，应立即终止心肺运动试验：①出现急性损害情况如面色苍白、大汗、恐惧、头晕。②严重呼吸困难或出现新的发绀。③复杂的室性心律失常、室上性心动过速、显著的心动过缓。④出现心前区疼痛伴缺血性ST改变＞2 mm。⑤严重高血压（240／140 mmHg）。⑥收缩压下降＞10 mmHg时。⑦严重疲劳、严重腿痛或间歇跛行不能踏板者。

（13）初步的报告应即刻完成。整个试验过程应进行分析，包括血压、心率、运动心电图和气体交换情况的说明。

（八）分析方法

1.心电图　心肌缺血是由于心肌做功增加时没有足够的氧气供应给心肌细胞以满足其所需的供氧量所致。当心肌收缩时没有充足的氧气供应，乳酸产量增加，心肌细胞离子通道通透性改变，在心肌缺血区域的复极过程中，膜电位恢复至原有水平的速率下降，使得运动中的心肌做功增加的需氧量超过了供氧量，因此T波和ST段出现急剧的改变，因此我们在受试者运动过程中通过心电图T波和ST段的异常改变及异常出现的心律失常事件发生，可以给出缺血性心脏病的诊断。

2.最大摄氧量（VO2max）和峰值摄氧量（Peak VO2）　VO2max是指受试者进行功率逐渐增加试验中将达到机体疲惫时不能再正常随功率增加相应上升［＜10 mL／（min·W）］的VO2。然而在进行递增运动试验中，接近峰值VO2时，经常观察不到VO2功率平台期的出现，那么此时的VO2成为峰值摄氧量。因此，VO2max代表了在一定形式的运动试验中，当VO2不再随着功率增加而增加时，获得的最高VO2，平均历时20～30 s。峰值VO2是指假设受试者最大用力时在持续增量功率试验中达到的历时20～30 s的最大VO2。研究发现在递增功率试验达到精疲力竭时产生的VO2非常接近VO2max，即使未能证实有VO2平台的出现。Peak VO2是最重要的测定指标参数，它可以确立受试者允许的最大有氧代谢功能的正常生理反应，是否达到了其自身的预计Peak VO2，正常参考范围是＞84% VO2max预计值。其正常意味着受试者运动耐量正常或处于疾病早期，反之，则需要积极寻找运动受限因素和病因。

3.摄氧量和功率　通过检测口中呼吸气体来测定VO2，VO2的增长反映了肌细胞运动做功时的用氧情况。VO2-功率关系图描述了运动个体对外做功时相应的VO2。提供了从外呼吸到内呼吸的重要信息。VO2-功率关系之斜率（ΔVO2／ΔWR）：VO2作为功率的函数，斜率很重要，因此测定有氧代谢做功的斜率，表示VO2增加与功率增加的关系。若其减低，理论上反映送氧能力的减退，即氧运输至四肢的量受到减损，若结合氧脉搏、AT减低，更有助于心血管异常的诊断。

4.代谢当量（MET）　是以安静且坐位时的能量消耗为基础，表达各种活动时相对能量代谢水平的常用指标。即1MET相当于VO2 3.5 mL／（kg·min），也可以通过心肺运动试验直接测得。

5.无氧阈、乳酸阈和乳酸性酸中毒阈（AT）　AT是指运动中VO2水平。超过此水平，由无氧代谢机制补充有氧代谢产生能量，同时反映乳酸盐水平，乳酸盐／丙酮酸比率在肌肉及动脉血中增加。主要理论取决于无氧糖酵解产生，导致乳酸产量净增加。乳酸盐增加开始出现的早晚与VO2的大小反映了健康体质有氧做功水平，出现得越晚，有氧工作能力越强。AT作为一界限，运动中超过此点，VO2动力学变缓，不再是稳态进行。功率越过AT后VE增加主要靠呼吸频率增加来维持。VO2max和AT可以识别疾病的严重程度，预测最大心排出血量，客观评价患者功能容量，可以此标志心功能损害程度。对慢性心肺功能不全的患者而言AT更有意义，更能反映心功能状况。反映组织灌注的变化AT较VO2max敏感，且与相对用力无关。VO2max同时受心血管储备功能及肌肉利用氧能力的影响，代表循环系统输送氧的能力，而运动耐力较多取决于肌肉线粒体利用氧的能力，与AT关系较密切。正常人AT时摄氧量＞40%预计值。

VO2max和AT最重要的一个方面是可根据数值确定受试者的心功能状态，不同于NYHA心功能分级。根据Weber KT标准，按VO2max／kg和AT分级（见表11-15）。

6.氧脉（VO2／HR）　氧脉是指VO2除以同步测定心率计算而得出的。其取决于周围组织摄取的氧量和每一心跳期间肺血接纳的氧量，是心血管效率的指标，此代谢指标以每搏摄氧量表示，同时反映心脏每搏输氧的能力。按年龄、身高、性别计算的预计值，最大运动时，氧脉低于20%预计值为异常。

7.心率-摄氧量关系曲线和心率储备（HRR）　在功率增长试验中，正常情况下心排血量和心率都随着VO2线性增长，而多种心血管疾病都会出现由于每搏量降低，心率随着VO2更快地增长。此外，冠心病患者心肌缺血时，VO2通常随功率增长的速度减慢，心率-摄氧量曲线更陡地上升而偏离了较低功率时的直线位置，这就意味着搏出量减低，心排血量不能满足对氧气的需求，提示左心室做功功能的严重衰退。

HRR通过最大心率预计值和峰值VO2时测定的心率值之差可估测得出。正常情况下＜15次／min，心肌缺血、心瓣膜病和呼吸循环障碍无症状患者的心率储备通常也可正常，异常增长的相关病态见于以下：①腿脚不便限制运动；②心绞痛限制运动；③病态窦房结综合征；④β受体阻滞剂的使用；⑤合并通气机制受损的肺疾病；⑥未尽力运动。

8.呼吸储备　呼吸储备可用最大通气量（MVV）与最大运动通气量的差值或者二者之差／MVV来描述。除了非常健康的个体可获得较高水平的VE以外，正常男性的呼吸储备应≥11L／min，或为MVV的10%～40%。低呼吸储备是原发性通气受限肺疾病患者的特征性体现，当心血管或其他疾病限制运动时呼吸储备较高。

9.氧通气当量（VE／VO2）和二氧化碳通气当量（VE／VCO2）　通气当量反映呼吸效率，与瞬间摄氧量和二氧化碳排出量相关。运动开始前，静息状态下，氧通气当量（VE／VO2）和二氧化碳通气当量（VE／VCO2）为30～60可能与咬口器或面罩导致过度通气有关。

VE／VO2是指摄入或消耗1L氧量所需要的通气量，反映氧的摄取效率，其倒数为氧吸收量，指每升通气量中吸收的氧量。VE／VO2最低点反映无氧阈的位置，是确定无氧阈最敏感的指标。AT点增大，表明氧吸收量减低，换气功能降低。运动情况下新陈代谢增加，心肺功能有严重损害者其代偿功能减退，氧吸收量及氧吸收率均减低，可出现缺氧现象。VE／VO2最低点正常值为22～27，随年龄增加可达30。

VE／VCO2是无效腔通气的指标之一。显示排出1 L二氧化碳所需要的通气量，反映通气效率。VE／VCO2最低点正常值为26～30，随年龄增加，肺内生理无效腔可达33。

10.呼吸交换率（R或RER）　是指肺内每分钟二氧化碳排出量与每分钟摄氧量之比值，也就是V-Slope法确定AT点的依据。RER＜1时，表示有氧运动，RER＞1时，表示无氧运动。

Wasserman K 9组图评价各系统功能。

用心肺运动试验的10 s平均数据选择最重要的指标按新9图展示，以便于对各指标运动中的反应方式进行直观的判读。具体各个图所示具体内容见表11-16和图11-1。

（九）心肺运动测试报告

通过静态肺功能测试、运动心肺测试的代谢指标、气体交换指标、心电指标及血压数值，我们可以客观地对受试者的心肺储备功能、运动耐力下降原因等做出精准判读。通常心肺运动测试的报告应包含以下内容：①相关临床资料及用药的简短摘要；②与运动相关的特殊主诉；③肺功能测试结果；④测试方法及测试过程的简要介绍；⑤主要气体交换变量的表格和叙述性的分析和解释。