劉杰,李壽霖編譯,胡大一審校

心肺運動試驗(CPET)是能向醫(yī)生提供重要信息、評估包括肺、心血管、造血、神經(jīng)心理和骨骼肌系統(tǒng)在內(nèi)的運動整合反應(yīng)的無創(chuàng)性試驗方法。測定運動中的呼出氣體可以最好地估計功能容量,對受損的嚴(yán)重程度分級,客觀評估干預(yù)效果,客觀追蹤疾病進(jìn)展,以及鑒別運動容量減低的心、肺原因。為了在日常臨床實踐中更好地使用這一方法,闡明概念、對CPET標(biāo)準(zhǔn)化是必要的。由歐洲心臟病學(xué)會心臟康復(fù)和運動生理工作組發(fā)起、意大利心臟康復(fù)預(yù)防特別工作組起草的左室功能不全所致的慢性心力衰竭(CHF)患者心肺運動試驗總結(jié)聲明于2007年公布。

近年來,下列因素促進(jìn)了CPET的應(yīng)用:①運動生理學(xué)的發(fā)展以及認(rèn)識到了運動整合反應(yīng)在臨床評估中的重要性;②已經(jīng)證明CPET數(shù)據(jù)是評估和處理CHF患者的重要而可靠的測量指標(biāo),而靜息的肺功能和心功能檢查不能可靠地預(yù)測運動能力和功能容量;③運動耐量指標(biāo)比靜息的測量指標(biāo)能更好地預(yù)測總的健康狀態(tài)和預(yù)后;④CPET對運動受限和心肺功能提供了可重復(fù)性的指標(biāo),是危險分層和選擇恰當(dāng)治療方法的有用試驗方法;⑤具有強大數(shù)據(jù)采集、處理和個體監(jiān)測能力的自動運動系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。

委員會通力合作,基于當(dāng)前的科學(xué)知識和技術(shù)進(jìn)步,制定了關(guān)于CPET在左室功能不全的CHF患者中應(yīng)用的綜合、實用、及時、概念統(tǒng)一性的文件,包括了對CPET的解釋、實施標(biāo)準(zhǔn)化和臨床應(yīng)用等推薦建議。建議以現(xiàn)有的最好證據(jù)、當(dāng)前流行的科學(xué)知識和專家意見為基礎(chǔ),以發(fā)現(xiàn)那些有爭議的、不能達(dá)成共識的領(lǐng)域,并提出可能的解決途徑。

面向的讀者包括CPET操作者、根據(jù)CPET結(jié)果進(jìn)行臨床決策制定者和開具運動處方者,而對致力于CPET領(lǐng)域信息擴充并用于臨床評估的臨床讀者將特別有用。

文件分三部分:①適宜CHF的CPET參數(shù)解釋;②在CHF中如何實施CPET;③CPET在CHF中的解釋和未來應(yīng)用。

第一部分 適宜CHF的心肺運動試驗參數(shù)定義

CPET能為機體對運動的反應(yīng)提供全面的評估,包括了肺、心血管、造血、神經(jīng)心理和骨骼肌系統(tǒng)。這些信息是通過研究個別器官系統(tǒng)所不能獲得的。無創(chuàng)、動態(tài)的生理學(xué)觀察對極量和次極量運動反應(yīng)進(jìn)行評估,能向醫(yī)生提供臨床決策的相關(guān)信息。由于靜息心肺功能檢查不能可靠預(yù)測運動能力和功能容量,并且,運動耐量指標(biāo)比靜息參數(shù)能更好的預(yù)測總的健康狀態(tài)和預(yù)后,CPET在處理CHF中的應(yīng)用逐漸增加。本聲明基于當(dāng)代科學(xué)知識和技術(shù)進(jìn)步,就CPET在心力衰竭中的臨床應(yīng)用和解釋提供建議:重點強調(diào)CPET的臨床適應(yīng)證、標(biāo)準(zhǔn)化問題和解釋策略。

本聲明由歐洲心臟病學(xué)會心臟康復(fù)和運動生理工作組發(fā)起,目的是針對左室功能不全所致的CHF患者應(yīng)用CPET的話題,產(chǎn)生綜合性的、概念統(tǒng)一性文件。

CPET是充分確立的適用于多個臨床情況的診斷試驗方法。不同心肺疾病患者的運動反應(yīng)存在顯著的重疊。對于CHF患者來說,其適應(yīng)證、實施和解釋均具有特殊性。

該文件共有8個部分:①CPET的定義;②CPET在CHF中的適應(yīng)證;③安全性;④儀器設(shè)備;⑤運動方案;⑥實施方式;⑦數(shù)據(jù)報告和⑧解釋。

CPET的定義

CPET為機體對運動的整合反應(yīng)提供全面的評估,可以對肺、心血管、造血、神經(jīng)心理和骨骼肌系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價。這種無創(chuàng)、動態(tài)的生理評估允許對極量和次極量運動反應(yīng)進(jìn)行評價。一般在癥狀限制性的最大運動耐量試驗中,除了監(jiān)測心電信號、血壓和血氧飽和度之外,還包括呼吸氣體交換、攝氧量(VO2)、二氧化碳排出量(VCO2)和分鐘通氣量(VE)的測定。穩(wěn)態(tài)條件下經(jīng)口測定的VO2和VCO2相當(dāng)于機體總的O2消耗量和CO2生成量。

下面討論呼吸氣體交換參數(shù)的臨床意義和重要性。

氧攝取量(VO2)

運動期間工作輸出、VO2、心率(HR)和心輸出量(CO)之間近似線性關(guān)系。VO2取決于細(xì)胞O2消耗和O2的運輸速率。可通過血流量和組織對O2的利用計算VO2。

SV表示心搏量,C(A-V)O2diff為動靜脈O2差。

一些因素可影響VO2:①血液的攜氧能力(取決于可用的血紅蛋白(Hb),Hb-O2飽和/分離曲線隨溫度、CO2和pH移動);②心功能(HR、SV);③外周血流的區(qū)域分布和局部分配;④組織對O2的利用(毛細(xì)血管密度、線粒體密度和功能、充分的灌注和組織彌散)。在正常人中這些影響VO2的因素也同樣影響CHF患者的運動反應(yīng)。

VO2-功率(WR)關(guān)系(VO2/WR)

正常情況下,VO2隨外部做功(功率輸出)的增加而呈線性增加。外部功率以瓦(W)為單位的精確測定可以測定這一關(guān)系。自行車測力計可以測定外部做功。VO2對外部功率的斜率反映了化學(xué)能向機械做功的代謝轉(zhuǎn)化以及肌肉骨骼系統(tǒng)的機械能力。VO2相對于外部功率的變化率決定斜率,正常人在自行車測力計上進(jìn)行遞增運動試驗的斜率大約為10～11 ml/min/W,不受性別、年齡和身高的影響。

有氧代謝能力應(yīng)該直接測定,因為從靜息指標(biāo)、功率或次極量運動方案中得來的估計值受生理機制和方法學(xué)不精確性的限制而不可靠。反過來,在正常個體和CHF患者中直接測定是可靠和可重復(fù)性的。正常或的主要決定因素是遺傳因素和運動肌群的量。和也依賴性別、年齡和體重,并受訓(xùn)練的影響?；虻南陆凳沁\動能力下降的總體“指示劑”。運動受限的潛在具體原因可通過觀察其他變量的反應(yīng)形式加以確定。

CO2生成量()

在短時運動期間,糖原主要為肌肉利用以提供能量,O2耗量與CO2生成之間的關(guān)系幾乎是等分子的。因此,進(jìn)行性運動期間,在較低的功率范圍內(nèi),的增加幾乎與的增加一樣多,平均與的關(guān)系略微小于1.0。

當(dāng)組織中乳酸(H+)增加時,反應(yīng)向右側(cè)驅(qū)動,產(chǎn)生多于有氧代謝時生成的CO2。過多的CO2也可來自因過度通氣(表現(xiàn)為動脈低碳酸血癥)造成的機體CO2的儲存減少。由于運動期間VE與成比例密切耦聯(lián),分析 VE與的關(guān)系是有用的。精確測定CO2的生成也很重要,因為它是計算一些衍生變量的基礎(chǔ),包括(1)呼吸交換比率,(2)生理死腔與潮氣量的比值和(3)肺泡通氣量。

穩(wěn)態(tài)條件下RQ=1.0表示為碳水化合物代謝,RQ＜1.0表示為碳水化合物與脂肪(RQ≈0.7)或與蛋白質(zhì)(RQ≈0.8)的混合代謝。在真正的穩(wěn)態(tài)下,血液和氣體運輸系統(tǒng)與組織代謝保持同步,因此RER可用作代謝事件(RQ)的粗略指標(biāo)。但在無氧閾值以上,RER＞1.0也可由乳酸來源的CO2或過度通氣所造成,因為CO2的組織溶解度是 O2的20倍以上,并且HCO3-和蛋白質(zhì)是組織運輸CO2的顯著形式,而O2運輸?shù)奈┮伙@著形式是與血紅蛋白結(jié)合。

這一指標(biāo)為CPET期間所實施的運動水平提供了指示:在RER未達(dá)到1.1以上時,通常認(rèn)為試驗是次極量的。若患者在達(dá)到此值前停止運動,應(yīng)該考慮心臟以外的其他限制因素。這一信息可對CHF提供重要的預(yù)后價值:在極量CPET試驗(峰值運動時RQ＞1.1)期間發(fā)生運動耐量受損(反映于＜10 ml/min/kg與高死亡率相關(guān)。

無氧閾值(AT)

AT也稱作乳酸閾值、氣體交換閾值或通氣閾值,是VE的增加與VO2和做功的增加不成比例的點。它表示遞增運動期間肌肉組織轉(zhuǎn)向無氧代謝作為額外能量來源的理論點:乳酸開始堆積,由血清中碳酸氫鹽系統(tǒng)緩沖,導(dǎo)致CO2的生成增加,產(chǎn)生反射性過度通氣。根據(jù)方程(3),它被認(rèn)為是運動期間動脈乳酸升高速率增加所致代謝性酸中毒發(fā)生的估計指標(biāo)。

在AT以下水平做功滿足了大部分的日?；顒?。大多數(shù)的重大心血管疾病患者AT下降。訓(xùn)練提高AT,可顯著增加個體進(jìn)行持續(xù)次極量活動的能力,提高生活質(zhì)量。

描述這一轉(zhuǎn)變點的命名學(xué)差異反映了關(guān)于在AT點肌肉和血液乳酸增加的潛在生理機制存在爭議。盡管有關(guān)AT的傳統(tǒng)觀點受到支持,但其他學(xué)者對這一觀點持有質(zhì)疑。如果不同的肌群在不同的時間達(dá)到無氧代謝,轉(zhuǎn)變點將是平滑的,可能很難精確確定一個截然分界的點,即AT。

機制

人們對AT的起因存在爭議:當(dāng)運動強度增加時,氧運輸與氧化能力之間的失衡以及所調(diào)動的肌纖維類型可能均促成乳酸的增加。對于后一種機制,在氧化酶與糖酵解酶的平衡中,即“有氧”與“無氧”代謝的平衡中,肌纖維的類型有所不同。在低強度運動中,所調(diào)動的是以氧化代謝為主的纖維,但隨運動強度的增加,主要依賴糖酵解途徑的纖維被激活,從而增加乳酸的生成。

因此,AT這一術(shù)語應(yīng)該在描述的意義上使用。不同乳酸來源的相對貢獻(xiàn)也可隨疾病的不同而不同。例如在心力衰竭中,不僅有氧運輸能力的降低,也存在肌纖維組成和代謝的變化,以至于隨運動強度的增加,的上升速率開始下降而乳酸的上升速率過早增加。

不管機制如何,隨運動強度增加而血中乳酸的增加具有重要的生理后果。首先,乳酸的堆積降低血液和間質(zhì)液的pH值,最終將會損害細(xì)胞的功能。第二,pH的降低以及與之相關(guān)的其他事件使機體試圖通過降低動脈CO2分壓()來緩沖酸增加,從而可能刺激通氣。第三,pH的降低使氧離曲線右移,增加O2向肌肉的運輸(即所謂的波爾效應(yīng)(Bohr effect))。當(dāng)O2飽和度下降時,工作肌毛細(xì)血管床末端的PO2的確保持不變。因乳酸堆積影響細(xì)胞功能,運動期間乳酸升高的幅度及其相對于變化而升高的形式,在運動試驗中可能是有用的指標(biāo)。再者,乳酸堆積發(fā)生越早,長期持久的越低。

臨床應(yīng)用

AT界定了幾乎完全由有氧代謝完成的運動強度的上限。AT以下的做功功率可基本上無限的持續(xù),而在AT以上功率的進(jìn)行性增加將導(dǎo)致運動耐量的進(jìn)行性降低。不愛活動的正常個體,其A T出現(xiàn)于預(yù)計值的50%～60%。正常值范圍可延伸至35%～80%。AT的測定具有年齡、運動方式和方案特異性。

AT測定作為心肺適能的指標(biāo),有助于制訂運動處方、監(jiān)測訓(xùn)練效果。當(dāng)未達(dá)到AT時(如在一些嚴(yán)重慢阻肺患者),或AT不能經(jīng)通氣反應(yīng)測定時(如存在振蕩形式),使用峰功率、和心率的百分比作為參照,仍可制訂運動處方。

測定

現(xiàn)有幾種方法測定AT,包括有創(chuàng)(乳酸和標(biāo)準(zhǔn)碳酸氫鹽)和無創(chuàng)法(通氣當(dāng)量法[、潮氣末呼出氧壓(PE)、潮氣末呼出CO2壓(PE)]、V-斜率法和改良 V-斜率法)。

有創(chuàng)方法盡管具有科學(xué)和生理學(xué)的重要性,但很少用于臨床實踐。在臨床上,隨著運動強度的增大,通過觀察和VE相對于的變化形式,可以無創(chuàng)性地測定乳酸酸中毒。

改良 V-斜率法:由于評估的復(fù)雜性,開始的V-斜率法已被簡化的方法所取代。改良V-斜率法則是確定斜率的變化點,在無過度通氣的情況下測定的增加快于的增加時的。

當(dāng)使用這些方法檢測AT時,應(yīng)該注意有創(chuàng)和無創(chuàng)方法測定的AT具有很好的相關(guān)性,但不一定是肯定的生理性聯(lián)系,運動時不尋常的呼吸形式(如振蕩呼吸)可對AT的測定產(chǎn)生不利影響。

CHF患者典型的AT下降與運動耐量的下降有關(guān)。由于AT測定了可持續(xù)的O2攝取,是心肺運動能力的客觀參數(shù),可從次極量運動試驗中得出,因此對它的計算不僅可提供輔助信息,而且是對的補充。因此它不受患者努力不足或檢查者過早終止試驗等因素的影響。作為常規(guī),低于預(yù)計值40%的A T值視為異常。最近的資料建議閾值＜11 ml/min/kg作為預(yù)后不良的指標(biāo)。

然而,在綜合征晚期的大多數(shù)患者,如NYHA心功能Ⅲ、Ⅳ級,常常不能發(fā)現(xiàn)明確的A T值,這主要發(fā)生于振蕩呼吸時。AT不受患者主觀努力的影響。低時檢測到正常的AT值提示為次極量運動。因測定問題,AT從來不能取代作為CHF患者的功能容量或預(yù)后指標(biāo)。在大多數(shù)日?；顒由踔领o息時,患者的代謝接近甚至超過AT。

通氣

運動期間通氣(VE)增加是運動肌代謝需求增加時穩(wěn)態(tài)控制動脈血氣和酸堿平衡狀態(tài)的主要途徑之一。盡管VE與氣體交換(代謝需要)耦聯(lián)的機制尚不完全清楚,但運動中通氣反應(yīng)的一些指標(biāo)可評估通氣反應(yīng)的正?；虿蛔?。

運動期間最常評估的通氣指標(biāo)包括總的分鐘通氣量(VE)的變化和呼吸形式(潮氣量VT和呼吸頻率 f),同時也評估通氣儲備。不經(jīng)常評價的指標(biāo)是通氣時間(吸氣時間TI和總時間)和潮氣量相對于特定肺容量(如VT/VC)的變化。

最近,吸氣容量(IC)的變化和運動中通氣受限的更全面評估指標(biāo)也得以應(yīng)用。因為通氣是呼吸力學(xué)最優(yōu)化與氣體交換的維持之間的平衡,許多通氣指標(biāo)均表示這些聯(lián)合的要素,如通氣效率(VE/或 VE/)。

運動中VE的增加與潮氣量(VT)和頻率(f)的增加均有關(guān)。健康個體低水平運動時通氣的增加主要來自VT的增加。隨著運動的進(jìn)行,直到峰值運動的70%～80%,VT和 f均增加,之后 f占主導(dǎo)。VT通常在肺活量(VC)的50%～60%保持平臺,但有相當(dāng)大的變異。

在CHF患者,即便在靜息狀態(tài)下也觀察到通氣形式的變化。呼吸計量研究顯示用力VC和總肺容量的減小,而用力呼氣肺活量相對保持正常。這種總的呼吸限制形式歸因于間質(zhì)水腫造成的肺實質(zhì)僵硬度增加和隨后的纖維化,可能也源于心臟增大的壓迫作用。值得注意的是,總肺容量的減小與肺毛細(xì)血管楔壓有關(guān),這種異常在藥物治療或心臟移植后具有部分的可逆性,表明這種異?？赡軞w因于液體的失衡,而不是永久性的變化如纖維化。

在充血狀態(tài)下,CHF導(dǎo)致肺毛細(xì)血管楔壓異常增加,促成間質(zhì)水腫提前形成或加重,從而導(dǎo)致運動期間肺順應(yīng)性異常、動態(tài)地減低。這些異常導(dǎo)致運動期間的呼吸形式以低潮氣量和高呼吸頻率為特征。

再者,不要忘記心臟增大對肺的直接壓迫作用,因為已經(jīng)觀察到心臟移植后2/3以上的肺活量改善可歸因于心臟的減小。盡管存在限制性的呼吸改變,通氣能力似乎并未限制CHF患者的運動能力,因為運動期間通氣的增加大約是正常對照個體的2倍。

通氣能力可通過第一秒用力呼氣量(FEV1)乘以假定的最高呼吸頻率(通常為35%～40)來估算,給出了理論上可以獲得的分鐘通氣量,稱為最大自愿通氣(MVV)。為了評估通氣能力是否限制運動時的氣體交換,將MVV與峰值運動時測定的實際最大分鐘通氣量相關(guān)聯(lián)(peakVE/MVV)。對于正常個體,此比值約為0.6～0.8,但對于阻塞性或限制性肺病患者或訓(xùn)練有素的運動員,當(dāng)肺容量減小或循環(huán)和肌肉氣體交換能力增加時,此值可增大。但在主觀努力不足的患者中評價VE/M VV關(guān)系時應(yīng)該小心。CHF患者的VE/M VV低于正常人;這可能源于肌肉和循環(huán)氣體交換能力的降低。

肺彌散能力

氣體彌散遵循Fick定律:

VG為氣體彌散率,k為常數(shù)(溫度依賴性),A為膜面積,d為膜厚度,α為氣體溶解度,M為氣體分子量,⊿p為氣體跨膜壓差。因此,肺泡彌散率與肺泡面積、O2和CO2的溶解度以及O2和CO2的平均肺泡-毛細(xì)血管壓力差成正比,與肺泡-毛細(xì)血管膜厚度成反比。因CO2的溶解度高,其穿過肺泡-毛細(xì)血管膜的速度比O2快約23倍。因此,肺的任何彌散受限都將主要影響O2而非CO2的彌散?？梢灶A(yù)計,在理論上影響CO2彌散的任何肺彌散受限都必然已經(jīng)導(dǎo)致危及生命的O2彌散障礙。除了肺泡-毛細(xì)血管膜的大小和特征外,O2的彌散還依賴毛細(xì)血管的O2含量(即O2攝取對O2分壓變化的比率)。這取決于毛細(xì)血管血容量、血紅蛋白濃度和O2與血紅蛋白反應(yīng)的速率。因此,在血紅蛋白濃度正常的前提下,肺的彌散能力(DL)有兩個決定因子:肺泡-毛細(xì)血管膜阻力的通透性(DM)和毛細(xì)血管血容量(Qc)。因此,肺彌散的總阻力可以描述為:

CHF患者的肺彌散能力(DL)下降,并與心力衰竭的嚴(yán)重程度相關(guān)。主要的促成因素是DM的降低,而毛細(xì)血管血容量是可變的。DM的降低源于間質(zhì)水腫和纖維化,這兩者均是可逆的。使用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)和抗醛固酮藥物可改善彌散能力,與VE/和VD/VT的改善相平行。

然而有證據(jù)表明即便在心臟移植的數(shù)年后DM仍保持低下。CHF患者的這種彌散能力降低是否真正導(dǎo)致運動受限和運動中的通氣反應(yīng)增強,這一問題一直未得到解決。DM與密切相關(guān),但一方面已經(jīng)顯示由于間質(zhì)水腫的形成,DM在運動期間可能降低,另一方面DM可能增加,但增加的程度很有限并伴隨著VC的增加,致使DL保持不變。

然而,彌散能力似乎并未限制肺泡氧耗量,即動脈低氧血癥并非CHF的典型發(fā)現(xiàn)。因此,彌散能力(或DM)和運動容量指標(biāo)之間的相關(guān)性可能未揭示一種因果關(guān)系,而是反映了一種常見的決定因子,即運動時的血流動力學(xué)反應(yīng)不良,伴有左室充盈壓的升高和肺毛細(xì)血管楔壓的持續(xù)增加。

肺灌注

肺循環(huán)以低血管張力為特征,并且在血流增加時肺血管阻力進(jìn)一步降低。因而肺動脈壓力較低,當(dāng)心輸出量增加時僅輕度增高。除了這種整體的血流動力學(xué)特征外,肺內(nèi)局部的血流分布受毛細(xì)血管前阻力小血管的緊密調(diào)節(jié)。局部血流分布的主要調(diào)節(jié)因子是低氧性血管收縮(Euler-Liljestrand機制);肺泡氧分壓的降低導(dǎo)致血管張力增高和相關(guān)肺腔的血流減少。這樣就形成了肺通氣與灌注的匹配,減少肺內(nèi)分流和死腔通氣。許多血管擴張劑(一氧化氮、前列環(huán)素)和血管收縮劑(血栓素、內(nèi)皮素-1)參與調(diào)節(jié)過程。

CHF左室充盈壓的升高導(dǎo)致肺靜脈高壓。肺動脈壓因肺血管阻力的增加而進(jìn)一步升高。對瓣膜置換術(shù)前后二尖瓣狹窄患者的血流動力學(xué)研究顯示肺靜脈壓正常后肺血管阻力迅速下降,這表明肺血管張力的增加是對肺靜脈壓升高的直接反應(yīng)。血管張力的增加來自基礎(chǔ)的血管舒張活動的受損和血管收縮刺激的增高。已經(jīng)顯示心力衰竭患者肺血管內(nèi)皮細(xì)胞NO的釋放減少和繼發(fā)性肺動脈高壓,但可被乙酰膽堿所刺激。前列環(huán)素的合成減少而血栓素的合成增加。心力衰竭中內(nèi)皮素-1的水平升高,伴有肺ET-B受體的下調(diào),產(chǎn)生肺血管收縮。

這些機制不僅導(dǎo)致總的肺血管阻力增加,而且導(dǎo)致肺局部血流分布受損(來自熒光顯像研究證據(jù))。這導(dǎo)致盡管通氣分布正常但灌注不規(guī)則。CHF患者運動期間不能充分減少這種匹配不良,可導(dǎo)致運動容量減低。

(未完,待續(xù))