孫興國

（中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 國家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管病國家重點實驗室, 國家心血管病臨床醫(yī)學研究中心，北京 100037）

心肺運動試驗的規(guī)范化操作要求和難點-數(shù)據(jù)分析圖示與判讀原則*

孫興國△

（中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 國家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管病國家重點實驗室, 國家心血管病臨床醫(yī)學研究中心，北京 100037）

心肺運動試驗是目前唯一的人體心肺代謝等系統(tǒng)整體功能學的檢測方法，可以收集以氧氣代謝為核心的整體生理學信息。我們用人體功能一體化整體調(diào)控理念的全新哲學思維方式來解釋呼吸循環(huán)調(diào)控，并在此理論基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)分析與解讀。只有根據(jù)心肺運動試驗規(guī)范化臨床實施操作和數(shù)據(jù)分析圖示與判讀原則，才可以為人體功能狀態(tài)得到一個整體、客觀、定量的科學評估，從而達到區(qū)分健康、亞健康和疾病診療的目的，為多種臨床疾病的預防、診斷、鑒別診斷、治療效果評估、運動康復及預后預測提出優(yōu)化處理建議。

心肺運動試驗；定標；質(zhì)量控制；標準化操作；數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)判讀

心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise testing， CPET）作為生命整體調(diào)控體系中最重要的人體整體功能學檢測方法，在嚴格實驗室管理和高質(zhì)量的質(zhì)量控制[1]前提下，將患者從靜息狀態(tài)至運動狀態(tài)、再至最大極限狀態(tài)及恢復期全過程中的呼吸、氣體交換、心電、血壓、血氧飽和度等進行規(guī)范化、連續(xù)動態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析計算，用人體功能一體化整體調(diào)控理念[2,3]，以全新方式解釋正常呼吸、循環(huán)調(diào)控[4]為理論基礎(chǔ)進行數(shù)據(jù)解讀，以避免傳統(tǒng)生理學醫(yī)學的系統(tǒng)論對氧耗量、通氣有效性等需要人體多系統(tǒng)配合共同完成的氣體交換指標的片面理解甚至錯誤理解[5-9]，以便對各種疾病患者整體功能狀態(tài)進行客觀定量的評估，對疾病預防、診斷和治療(康復)，重癥患者預后估計，及可能存在的危機事件進行預測及干預[5-9]。下面，作者將結(jié)合多年在美國管理Harbor-UCLA心肺運動實驗室工作的經(jīng)驗[7]及國內(nèi)實際情況，就心肺運動試驗規(guī)范化臨床操作、數(shù)據(jù)分析圖示與判讀原則進行討論。

1 安全為前提的規(guī)范化臨床實施

“生命在于運動”，正常人均可以安全地進行一定程度的運動。臨床上，很多嚴重心、肺、代謝等疾病患者的癥狀限制性最大極限運動氧耗量峰值僅僅為其靜息代謝率的2～3倍，正常人大便時的新陳代謝率約為其靜息狀態(tài)代謝率的2～4倍，即這類患者在做心肺運動試驗時的代謝負擔風險基本上等于其正常生活中的排便活動，所以是安全的。

1.1 心肺運動試驗的適應證

心肺運動試驗是目前整體上無創(chuàng)性客觀定量評估人體心、肺、代謝等多系統(tǒng)功能狀態(tài)的唯一臨床試驗方法，廣泛用于臨床診療、康復指導、健康管理、職業(yè)病防治和個體化醫(yī)療等方面，適用于各年齡層次的正常人甚至穩(wěn)定的危重病人。

1.1.1 臨床醫(yī)學診療領(lǐng)域 心肺運動試驗廣泛用于心、肺、代謝等多種疾病的診斷與鑒別診斷，生理功能評估，疾病嚴重程度評估，麻醉手術(shù)危險性評估，療效評估，重癥患者預后估計，再入院和危機事件預測及指導預防[5-9]。

1.1.2 康復醫(yī)學領(lǐng)域-指導運動處方的制定 心肺運動試驗是唯一能對無氧代謝閾值進行無創(chuàng)傷評估的方法，據(jù)此可以客觀、定量、精確地制定運動處方，即保證了患者安全，又能取得最佳康復治療效果[5-9]。1.1.3 職業(yè)病防治 職業(yè)病患者勞動能力喪失和功能狀態(tài)評估是個重要的問題，但一直缺乏客觀定量的檢測手段，心肺運動試驗的建立正好填補了這一空白，用于職業(yè)病的診斷和評估[5-9]。此外，采用人體功能個體化及一體化健康管理理念，也可指導職業(yè)病的預防、早期診斷和功能康復。

1.1.4 現(xiàn)代醫(yī)學個體化醫(yī)療概念 功能和精神正常，無任何病痛和疾病即為健康。正常人群的任何功能檢測指標都有其正常值范圍與分布；患病前作為正常人群中的一員，只在整體分布中占據(jù)一個特定的、或高或低的位置。這個位置恰好正是正常人預計值的幾率很小，多數(shù)情況下位于正常人預計值之上或之下，就統(tǒng)計學而言位于正常范圍內(nèi)的可能性占95%，另5%的可能是在正常范圍之外，這就是該個體該功能指標的特定位置。該個體無功能障礙與疾病時，這些功能指標只受生長發(fā)育和衰老退化的影響而呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化；當受到疾病影響時，該功能指標測定值明顯超出規(guī)律性變化的范圍，由此可對該個體作出正確的個體化判斷。

1.1.5 健康管理新理念 正常人系由不同個體共同組成，如果對所有個體化的功能指標進行個體管理，就可以對國人實施優(yōu)化的防（疾病預防）治（臨床診斷治療）康（康復）養(yǎng)（養(yǎng)生、養(yǎng)老和養(yǎng)病）一體化健康管理。

1.2 心肺運動試驗的禁忌證

在保證安全的前提下，進行癥狀限制性最大極限運動試驗和運動康復，幾乎無完全絕對的禁忌證。在Harbor-UCLA心肺運動試驗室，只要患者情況允許活動（非臥床），從正常人到需要進行心臟、肺臟或者心肺聯(lián)合移植的心衰、呼衰患者，均可安全完成本項檢查，未發(fā)生死亡及嚴重并發(fā)癥[7,10-14]。近20年來，我們管理北美200余家醫(yī)學中心心肺運動試驗質(zhì)量控制和統(tǒng)一判讀服務(wù)III期臨床試驗時，即便是NYHA分級Ⅲ和Ⅳ級心衰患者均可安全完成[15-17]。當然，對于主動脈/大動脈夾壁瘤、急性肺栓塞、急性大面積心梗、新近發(fā)生或急劇加重且已確診的心絞痛、多源頻發(fā)的室性心律失常及進展性血流動力學不穩(wěn)定的高危險患者，為安全起見，應將癥狀限制性最大極限運動試驗列為禁忌。

2 心肺運動試驗實驗室和設(shè)備要求及氣體交換測定系統(tǒng)的定標和質(zhì)量控制

該內(nèi)容已有專文論述[1]。

3 試驗申請程序和準備工作

3.1 臨床醫(yī)師檢查評估患者提出申請

根據(jù)正常人健康檢查結(jié)果，或患者全面檢查結(jié)果，臨床醫(yī)師可根據(jù)需要開出心肺運動試驗申請單。應將患者主訴、重要陽性體征、檢查結(jié)果，已有診斷或懷疑診斷列在申請單上，特別應標明一些相對危險和禁忌的臨床情況，供試驗醫(yī)師參考。注明申請測試的目的、要求和其他特殊需要。

3.促進學生創(chuàng)造參與策略。通過對基本知識的學習,學生不能滿足于一般的學習任務(wù),還要將所學的知識、方法內(nèi)化,通過遷移、重組創(chuàng)造性的運用到新的體育知識的學習中,從而深化學生對新知識的理解。這是高層次的參與過程，是學生主動參與的最直接，最徹底的方式。實踐中，可以通過集體交流,小組總結(jié)將個人學習成果貢獻給集體享用,同時接受集體的幫助,享受集體學習的成果。

3.2 病人準備

通知患者穿寬松、舒適的運動鞋、襪和服裝，運動前勿飽餐或長時間空腹，勿吸煙或飲用濃咖啡。準備好水杯和飲用水。

3.3 簽署知情同意書，告知運動中的注意事項

試驗醫(yī)師首先將心肺運動試驗的目的、意義、運動方案、潛在風險和運動中正常反應告訴患者，希望采用提醒、鼓勵的方式，在運動中采用非語言方式相互溝通及其意義，并簽署書面知情同意書。

3.4 試驗準備

告知患者并令其熟悉運動方案、儀器設(shè)備和蹬車轉(zhuǎn)速（60 r/min），試戴咬口器和鼻夾（或面罩，作為次選）以保證不漏氣，調(diào)節(jié)自行車功率計座椅和手柄高度至最適位置，熟悉Brog評分表，常見運動停止原因和運動中明顯不適時的非語言溝通方法。

3.5 試驗醫(yī)師評估患者，選擇確定運動功率遞增速率

在自行車功率計優(yōu)于運動平板、咬口器優(yōu)于面罩的原則下[1]，醫(yī)師根據(jù)患者心、肺、代謝等疾病的不同嚴重程度，結(jié)合性別、年齡、功能狀態(tài)選擇合適的功率遞增速率，達到約10 min完成癥狀限制性最大極限運動。

3.6 作者強烈推薦使用自行車功率計

4 規(guī)范化心肺運動試驗實施方案癥狀限制性“靜息-熱身-極限運動-恢復”

在靜息狀態(tài)下測定人體的肺功能、心電圖，繼之連續(xù)動態(tài)監(jiān)測記錄進出氣流、O2濃度、CO2濃度、全導聯(lián)心電圖、血壓和血氧飽和度的實時變化。從靜息狀態(tài)（≥3 min），無功率負荷熱身運動（≥3 min）,根據(jù)性別、年齡、功能狀態(tài)和疾病嚴重程度等選擇（10～50）W/min的功率遞增速率進行癥狀限制性最大負荷運動，繼續(xù)記錄≥5 min的恢復情況（圖1）。正常人主要結(jié)合性別、年齡、功能狀態(tài)選擇合適的自行車功率計的遞增功率，正常年輕人可以以（30～50）W/min；不同心、肺、代謝等疾病患者，其性別、年齡和功能狀態(tài)必須結(jié)合所患疾病的嚴重程度，可采用（10～30）W/min，以使達到最大極限運動狀態(tài)的時間控制在最合適的6～10 min范圍。

在心肺運動試驗過程中，患者的代謝狀態(tài)和全身整體反應一直處在應激反應中，務(wù)必嚴密監(jiān)測，以確保安全。

標準心肺運動試驗方案 在靜態(tài)肺功能、心電圖完成后，分別在靜息≥3 min、轉(zhuǎn)速60 r/m無負荷熱身≥3 min、逐漸遞增功率負荷至癥狀限制性最大極限運動、恢復期≥5 min，連續(xù)動態(tài)測定各項功能指標變化的數(shù)據(jù)。

5 心肺運動試驗提前停止運動的指證

Fig. 1 Diagrammatic sketch of standard protocol of cardiopulmonary exercise testing

在心肺運動試驗過程中，為了患者的安全，在其尚未達到癥狀限制前，若出現(xiàn)下列危險征象中的一種或多種時，可考慮提前終止運動。⑴頭暈、眼花或眩暈等中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。⑵運動中血壓不升反降，下降超過基礎(chǔ)靜態(tài)血壓20 mmHg。⑶心電圖出現(xiàn)病理性Q波，或嚴重心律失常，如多源頻發(fā)的室性心律失常。⑷嚴重過高血壓反應（如收縮壓＞300 mmHg)。因安全原因提前停止的運動試驗不能稱作“最大”，所有使用最大或者峰值氧耗量指標分析的項目都要排除之。當然，亞極限指標如無氧閾值、攝氧效率峰值平臺、二氧化碳通氣有效性最低值和二氧化碳通氣效率斜率等已達到該指標的評測標準，尚可以分析使用。

6 規(guī)范化的數(shù)據(jù)計算和分析計算

6.1 數(shù)據(jù)分析基本原則

6.1.1 原始呼吸數(shù)據(jù)的逐秒（s-by-s）切割 首先將每次呼吸（breath-by-breath）原始數(shù)據(jù)進行每秒數(shù)據(jù)切割，然后再進行任何所需要的單位時間平均值計算，這樣可使數(shù)據(jù)更加精準[7,10-17]。

6.1.2 不同目的、不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)需要進行不同時間周期的平均計算原則 出于不同臨床目的，以及在不同生理狀態(tài)下所測得的數(shù)據(jù)，其處理原則也不盡相同。從優(yōu)化臨床診療應用的角度考慮[7，10-17]，各主要指標的⑴靜息狀態(tài)值平均其最后120 s的數(shù)據(jù)。⑵熱身狀態(tài)值平均其最后30 s的數(shù)據(jù)。⑶最大極限運動狀態(tài)值平均其最后30 s的數(shù)據(jù)。⑷在無氧閾（AT）狀態(tài)時的氧耗量值則基本上以10 s值為準。⑸PETCO2@AT和AT則平均AT及之后的60 s的數(shù)據(jù)，即AT點及之后50 s數(shù)據(jù)的平均值。⑹但PETO2@AT和@AT（或者）則平均AT及之前60 s的數(shù)據(jù)，即AT點及之前50 s數(shù)據(jù)的平均值。⑺最低值選90 s移動平均值的最小數(shù)值。⑻氧氣吸收通氣有效性峰值（OUEP），即最大值，選90 s移動平均值的最大數(shù)值。⑼VE/VCO2的斜率，選擇從運動開始至通氣代償點（VCP）數(shù)據(jù)，通過（Y=a+bx）線性回歸分析得出（b），但應當特別注意截距（a）的大小及其可能對b的影響。⑽恢復期數(shù)值，多以恢復1或2 min時的10 s值表示。

6.2 盡早建立中國人CPET指標的正常值范圍和預計值計算公式

心肺代謝各主要功能指標與個體的年齡、性別、身高、體質(zhì)量及運動方式等有著顯著的的相關(guān)關(guān)系，為正常值預算提供了可靠的理論根據(jù)[7，17-20]。我們認為，Harbor-UCLA以辦公室工作人員和海港碼頭工人（非重體力勞動者）為受試人群得出的計算預計公式，比較適合于臨床疾病診斷和功能整體評估[7]。

近年來，熱點指標OUEP[17,19]，最低值、@AT值(AT時的的值 )及的斜率[20]的預計值公式，更利于臨床疾病嚴重程度和功能狀態(tài)的評估。

由于心肺運動試驗國人的正常值范圍尚無較合適的參考文獻，希望臨床醫(yī)師共同努力，盡早建立國人正常值范圍和預計值計算公式。

7 心肺運動數(shù)據(jù)的基本圖示

用心肺運動試驗的10 s平均數(shù)據(jù)，選擇最重要的指標，按新9圖[21]進行直觀的判讀。此外，將以等長的標尺放大到整頁圖，使用V-斜率法[22]進行AT測定，如利用45°線或三角板進行AT值的直觀測定（圖2，圖2見彩圖頁XII）。

8 心肺運動數(shù)據(jù)的基本表格展示

依據(jù)心肺運動試驗收集信息的10 s平均值，選擇主要指標列表，以供數(shù)據(jù)查閱（表1，表1見彩圖頁XIII和 XIV）。

此外，還可將不同狀態(tài)（如上述靜息、熱身、無氧閾、極限運動和恢復期2 min等）下，各主要指標的平均值歸納為測定指標功能狀態(tài)列表。

9 心肺運動試驗臨床報告的最基本要求

心肺運動試驗完成后，一般建議72 h（有條件可在24 h）內(nèi)作出心肺運動試驗的臨床報告。報告內(nèi)容主要包括下述6部分。

9.1 患者病史資料及相關(guān)信息

9.2 對作CPET前，靜態(tài)肺功能、靜態(tài)+運動心電圖和血壓變化分別進行描述分析

9.3 CPET測試系統(tǒng)裝置和測試方案的描述

9.4 首先描述患者在整個CPET檢測期間的反應

要對心肺運動是否達到最大極限運動狀態(tài)和患者努力程度進行描述，患者不能繼續(xù)運動（停止運動）的主要、次要原因是什么？如果醫(yī)師從安全因素考慮停止運動，要特別注明。

9.5 傳統(tǒng)核心指標的描述

應描述最大耗氧量和無氧閾的測定值、公斤體質(zhì)量值和%預計值；二氧化碳通氣有效性（最低值與斜率）和攝氧效率峰值平臺(OUEP)的測定值和%預計值；最大氧脈搏的測定值和%預計值等，以便作客觀、定量的整體功能評估。

9.6 最后給予整體系統(tǒng)受限的結(jié)論

如果能判明病人運動受限主要是何（心、肺、代謝等）系統(tǒng)疾患所致，可以提出建議。

1. 孫興國，胡大一． 心肺運動試驗的實驗室和設(shè)備要求及其臨床實施難點的質(zhì)量控制[J]. 中華心血管病雜志, 2014, 42(10)： 817-821．

2. 孫興國． 整體整合生理學醫(yī)學新理論體系：人體功能一體化自主調(diào)控[J]．中國循環(huán)雜志, 2013, 28(2)： 88-92．

3. 孫興國． 生命整體調(diào)控新理論體系與心肺運動試驗[J]．醫(yī)學與哲學, 2013, 34(5)： 22-27．

4. 孫興國．服務(wù)于人的生命科學和醫(yī)學工作者必須堅持整體觀[J]．中國應用生理學雜志, 2015, 31(4)： 289-294．

5. 孫興國. 整體整合生理學醫(yī)學新理論體系概論I：呼吸調(diào)控新視野[J].中國應用生理學雜志, 2015, 31(4)： 295-301.

6. 孫興國. 整體整合生理學醫(yī)學新理論體系概論II：循環(huán)調(diào)控新視野[J].中國應用生理學雜志, 2015, 31(4)： 302-307.

7. Wasserman K, Hansen J E, Sue D, et al. Principles of exercise testing and interpretation [M]．5 ed, Philadelphia： Lippincott Williams & Wilkins, 2011．

8. 孫興國． 心肺運動試驗在臨床心血管病學中的應用價值和前景[J]．中華心血管病雜志, 2014, 42(4)： 347-351．

9. 寧亮，孫興國． 心肺運動試驗在醫(yī)學領(lǐng)域的臨床應用[J]．中國全科醫(yī)學, 2013, 16(11)： 3898-3902.

10. Sun X G，Hansen J E，Oudiz R J，et al. Exercise pathophysiology in patients with primary pulmonary hypertension[J]. Circulation, 2001, 104(4)： 429-435．

11. Sun XG， Hansen JE， Oudiz RJ， et al． Gas exchange detection of exercise-induced right-to-left shunt in patients with primary pulmonary hypertension[J]．Circulation, 2002, 105(1)： 54-60．

12. 孫興國，王桂芝，呂婧，等． 攝氧和二氧化碳排出通氣效率是反映循環(huán)功能的指標[J]．中華心血管病雜志, 2014, 42(12)： 1022-1028．

13. 盧志南，黃潔，孫興國，等． 終末期慢性心力衰竭患者運動中攝氧通氣效率指標的臨床應用[J]．中華心血管病雜志, 2015, 43(1)： 44-50．

14. 盧志南，孫興國，胡盛壽，等． 應用峰值攝氧量、N末端B型利鈉肽原和超聲心動圖評估慢性心力衰竭患者心功能的比較[J]．中華心血管病雜志, 2015, 43(3)：206-211．

15. Wasserman K，Sun X，Hansen J E．Effect of biventricular pacing on the exercise pathophysiology of heart failure[J]. Chest, 2007, 132(1)： 250-261．

16. Sun XG，Hansen JE，Beshai JF，et al．OscillatoryBreathing and exercise gas exchange abnormalities prognosticate early mortality and morbidity in heart failure[J]． J Am Coll Cardiol，2010，55(17)： 1814-1823．

17. Sun XG, Hansen JE, Stringer WW. Oxygen uptake efficiency plateau best predicts early death in heart failure[J]．Chest, 2012, 141(5)： 1284-1294．

18. Porszasz J, Casaburi R, Somfay A, et al．A treadmill ramp protocol using simultaneous changes in speed and grade[J]．Med Sci Sport Exerc, 2003, 35(9)：1596-1603．

19. Sun X G, Hansen J E, Stringer W W. Oxygen uptake efficiency plateau： physiology and reference values[J]． Eur J Appl Physiol，2012，112(3)： 919-928．

20. Sun X G, Hansen J E, Garatachea N, et al． Ventilatory Efficiency during Exercise in Healthy Subjects[J]． Am J Res Crit Care Med, 2002, 166(11)： 1443-1448．

21. 孫興國． 更為強化心肺代謝等整體功能的心肺運動試驗新9圖圖解[J]．中國應用生理學雜志, 2015, 31(4)：369-373．

22. Beaver W, Wasserman K, Whipp B. A new method for detecting the anaerobic threshold by gas exchange[J]. J Appl Physiol, 1986, 60(6)： 2020-2027．

Standardizing clinical performance, data analysis, graphics display, interpretation and report for cardiopulmonary exercise testing

SUN Xing-guo△

（State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Research Center of Clinic Medicine for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China）

e cardiopulmonary exercise testing（CPET） is one important clinical functional testing method，which linked to all functions of respiratory, circulatory, metabolic and neurohumoral etc. The most important parameter of CPET is oxygen uptake which can ref l ect the core oxygen metabolic information of the human being’s holistic integrative physiology. We explain why the CPET interpretation needs new philosophy of holistic integrative physiology and medicine. CPET is a unique holistic, objective, quantitative scientific evaluation skill of human function to distinguish health, sub-health and dieases, It can help us to make optimal recommendations for prevention, diagnosis and differential diagnosis, treatment evaluation, exercise rehabilitation and prognosis of many clinical diseases. However, in order to so, we needs pre-qualif i ed and calibrated stable system, standardized clinical practice, data analysis, display illustration and interpretation principle for CPET.

cardiopulmonary exercise testing；holistic integrative physiology and medicine； calibration；quality control； standardized practice； data analysis； display illustration； interpretation

R331

A

1000-6834 (2015) 04-361-008

＊ 【基金項目】國家自然科學基金醫(yī)學科學部面上項目（81470204）；國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)課題(2012AA021009);中國醫(yī)學科學院國家心血管病中心科研開發(fā)啟動基金（2012-YJR02)

2015- 06-05

2015-07-05

△【通訊作者】Tel： 010-88398300 ；E-mail： xgsun@labiomed.org