張 也，孫興國,△，劉 方，郝 璐,5，宋 雅,，臺文琦，葛萬剛，李 浩，石 超，徐 凡，王繼楠,，張艷芳,， 周晴晴,，陳 榮,3，鄒昱馨,4,5，馬銘欣,3，夏 蕊,3，黃 燕,3，謝友紅

（1. 國家心血管病中心 中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院，北京協(xié)和醫(yī)學院心血管疾病國家重點實驗室，心血管疾病國家臨床醫(yī)學研究中心，北京 100037；2.重慶醫(yī)科大學附屬康復醫(yī)院，重慶 400050；3.遼寧省大連兒童醫(yī)院，大連 116000；4.聊城市立醫(yī)院兒童醫(yī)院，山東 聊城 252000；5. 河南省人民醫(yī)院，鄭州 450003）

心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise testing ，CPET）是一種客觀、定量、精準的人體整體功能學檢測方法[1-8]，把人看做一個整體[1-3]，全面綜合精確地評估運動負荷過程中人體心肺代謝一體化聯(lián)合調控反應，在臨床醫(yī)學領域具有極其重要的價值和應用前景[4-7]。CPET 也被稱為癥狀限制的最大極限心肺運動試驗，對心肺運動試驗規(guī)范化操作[8,9]和對“最大極限運動”準確的評估尤為重要，但對于最大極限運動定義及CPET 中呼吸交換率（respiratory exchange ratio，RER）、血壓及心率達到何值作為停止運動的標準目前尚無統(tǒng)一[10-12]。臨床工作中既要準確的評估患者的真實狀態(tài)，又需避免病人處于危險之中，所以我們在進行CPET 檢查時，一定強調的是“個體化的癥狀限制”的最大極限運動[13]，為了客觀定量精準的驗證患者在CPET 測試的數據是準確的評估數據，對于運動中血壓心率及RER 嚴重不升而被質疑非極限運動的CPET來說，設計一種個體化的驗證受試者CPET 數據是否為準確極限運動的方法，首先在受試者完成CPET 后，再次給予受試者自身峰值功率130%的個體化的的恒定功率，使得受試者再次運動至不能堅持，即Max 測試[14]。比較第二次測試的最大數據與峰值數據，探討驗證受試者CPET 峰值數據是否極限運動，不斷總結完善操作方法，對臨床CPET 最大極限運動數據的準確性給予進一步驗證，同時探討CPET 終止標準。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2017 年6 月至2019 年1 月在中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院完成CPET 后再次施加130%自身峰值功率完成Max 試驗的216 例受試者為研究對象。其中41例正常健康受試者，175 例患有心血管疾病。本研究所有受試者均簽署本項檢查知情同意書。

納入標準：正常組為阜外醫(yī)院體檢結果未見異常的正常健康人。患者組選擇其CPET 檢查時峰值RER＜1.10 或整個運動過程中心率和血壓嚴重不升。

排除標準：病情嚴重非穩(wěn)定期患者（高危不穩(wěn)定心絞痛；未控制的嚴重心力衰竭；有癥狀的嚴重主動脈瓣狹窄；嚴重的心律失常急性肺栓塞或肺梗死，急性主動脈夾層等）。

1.2 一般資料收集

記錄研究對象的一般臨床資料，包括年齡、性別、疾病、身高、體重等信息，并計算體質量系數（body mass index，BMI）。

1.3 CPET 和Max 方案實施

所有受試者簽署知情同意書后，首先完成坐位靜態(tài)肺功能檢查，然后在功率自行車上進行癥狀限制性踏車運動，同時記錄12 導聯(lián)心電圖、血氧飽和度、無創(chuàng)血壓、各項肺通氣指標[10]，完成癥狀限制性CPET，恢復期結束后，再給予自身峰值功率130%的恒定功率，鼓勵病人盡自己最大可能運動至不能堅持狀態(tài)，驗證受試者峰值數據達到最大極限狀態(tài)。平均其Max 測試恒定功率運動過程中產生的30 s 的平均數據最大值，用Max 值表示。CPET 數據按照Habor-UCLA 醫(yī)學中心數據解讀原則解讀，用10 s 平均數據制作孫氏新九圖[15]。CPET 峰值數據用Peak 值表示。運動結束后詢問受試者停止運動的原因，并記錄其Borg 評分表的評分數。

1.4 受試者完成整套CPET 測試，Max 測試相關指標分析

相關研究表明，人體的自身功能狀態(tài)在一定時期是相對恒定的，范圍在10%以內[16]。計算分析數值：差值=Max 值-Peak 值；差值百分比=（Max 值-Peak值）/Max 值 × 100%。結果評測：（1）若心率和攝氧量任一指標的差值百分比≤-10%（表明Max 值低于Peak 值）則定義Max 試驗操作失敗，否則為成功；（2）若心率和攝氧量的差值百分比均在-10%～10%,則Max 試驗操作成功，證明CPET 數據為極限運動，Peak 值較為準確的評估病人狀態(tài)；（3）若心率和攝氧量差值任一指標差值百分比≥10%時，則Max 試驗操作成功證明CPET 結果為非極限運動，受試者存在未盡力的情況。若條件允許可重新進行CPET 測試，測試超過無氧閾后技術員加強鼓勵；若條件不允許，可用Max 最大攝氧量代替結果Peak 攝氧量，用于臨床診療評估，尤其對于心臟移植，手術風險評估等患者保證所得峰值攝氧量的準確性更好的為臨床服務。（注：Max試驗給予是130%自身峰值速率的恒定運動，此運動方案下所得攝氧量若受試者盡力且操作無問題的情況下理論上應約等于CPET 遞增方案時峰值攝氧量或略高于峰值）。

1.5 研究分階段進行

1.5.1 研究初步報告60 例受試者

2017 年6 月至2017 年12 月在中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院完成癥狀限制性最大極限CPET 后再次施加130%自身峰值功率完成Max 試驗的60 例受試者為研究對象。其中20 例體檢健康者為正常組，40 例心臟疾病患者為病例組。先進行20 例正常組探索實施操作方法，總結一定方法后應用臨床40 例患者。

1.5.2 進一步擴大病例及臨床研究階段156 例受試者

2018 年1 月至2018 年10 月（技術員操作相對成熟期間）強化階段。其中21 例體檢健康者為正常組，101 例心臟疾病患者為病例組。

2018 年10 月至2018 年12 月（實驗室操作員更換）換新操作員階段。34 例心臟疾病患者為病例組。

1.6 統(tǒng)計學處理

2 結果

2.1 受試者CPET 特點比較

正常組與病例組整體功能狀態(tài)評估結果比較如下表1 所示：病例組峰值攝氧量（L/min、ml/（min·kg）、%pred）、無氧閾（L/min、ml/（min·kg）、%pred）、峰值氧脈搏（ml/beats、%pred）、Peak RER、峰值收縮壓（mmHg）、峰值運動負荷（W/min）、峰值心率（bpm）、攝氧有效性峰值平臺（OUEP）（比值、%pred）低于正常組，差異有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05）。二氧化碳通氣有效性平均90 s 最低值（Lowest V.e/V.CO2）（比值、%pred）、二氧化碳通氣效率斜率（V.e/V.CO2Slope）（比值、%pred）高于正常組，差異有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05）。

表1. 病人和正常人CPET 核心指標

2.2 216 例峰值RER 分布情況

病人組Peak RER （0.77～1.42，1.03±0.1）明顯低于正常組（1.12～1.53，1.27±0.11）,差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01，t=-8.372）。病例組共175 例患者，其中100 例（57.1%）Peak RER＜1.05，155 例（88.6%）Peak RER＜1.15，20 例（5.0%）Peak RER ≥1.15。

正常組共41 例正常人，其中0 例（0.0%）Peak RER＜1.05，5 例（12.2%）Peak RER＜1.15，36 例（87.8%）Peak RER ≥1.15。其具體分布如圖1 表示。

圖1. 216 例研究對象完成癥狀限制性最大極限運動受試者峰值RER 分布情況

2.3 運動持續(xù)時間及運動轉速

所有（健康和病人）Max 試驗成功例恒定負荷功率運動持續(xù)時間為（48±13，22～77 ） s，而失敗者持續(xù)時間為（27±12，8～35 ）s，差異顯著（P＜0.05,t=3.326）。成功例轉速范圍多在60～90 r/min。

2.4 攝氧量差值、心率差值百分比絕對值＞10%原因分析

在初步研究階段：先行的20 例健康受試者探索Max 試驗成功16 例（80%），其中證明CPET 為極限運動12 例（75%）和非極限運動4 例（25%）；失敗4 例（20%）。而后對40 例病人臨床使用Max 試驗成功37 例（92.5%），其中證明CPET 為極限運動34 例（91.9%）和非極限運動3 例（8.1%）；失敗3 例（7.5%）。該階段總試驗成功率為88.3%。失敗原因為鼓勵不足[13]。

中間階段：122 例受試者中，Max 試驗成功116例（95.1%），其中證明CPET 為極限運動111 例,為非極限運動5 例；失敗6 例（4.9%）。

后期換操作員階段：34 例受試者中，Max 試驗成功29 例（85.3%），其中證明CPET 為極限運動25 例,為非極限運動4 例；失敗5 例（14.7%）。

所有正常組與病例組均安全無任何事件完成CPET 和Max 試驗。216 例受試者中，Max 試驗成功198 例（91.7%），其中證明CPET 為極限運動182 例,為非極限運動16 例；失敗18 例（8.3%）（表2）。

表2. 攝氧量差值、心率差值百分比絕對值＞10%原因分析

3 討論

本研究結果顯示，以心血管疾病為主體的病例組患者峰值攝氧量、無氧閾、峰值氧脈搏、峰值收縮壓、峰值運動負荷、峰值心率和OUEP[16-19]均低于正常組，說明患者得到整體功能狀態(tài)普遍受限。峰值攝氧量、峰值氧脈搏和峰值心率是可以反映循環(huán)、呼吸配合的代謝指標。無氧閾是指在遞增負荷運動過程中，反映人體內的代謝供能方式由有氧代謝為主開始向無氧代謝過渡的拐點，是反映機體運氧能力的指標。病例組由于疾病影響，無論是呼吸、循環(huán)及骨骼肌任一器官系統(tǒng)受限，均影響了其呼吸循環(huán)代謝一體的整體功能狀態(tài)，所以在臨床診斷評估患者時需注意樹立整體的觀念，以人為本全面評估。

在不同學科CPET 指南[20-30]里也分別提到峰值RER 的定為1.05、1.10、1.20 等數值時作為極限運動或盡力程度的指征，但尚無統(tǒng)一結論。Chase 等[31,32]研究心力衰竭患者的峰值攝氧量預后評估中也提到了RER 達到1.10 表明最大努力的提法。美國心臟協(xié)會（AHA）指出峰值RER 是評價受試者是否盡力的最為精準可靠的指標，將RER ≥1.10 作為受試者盡力運動的指標，但同時指出不能將其作為終止試驗的標準[26]。美國胸科協(xié)會（ATS）指出RER＞1.15 被認為受試者是近似于極限運動或者是極限運動[25]。病例組其峰值RER（0.77～1.42，1.03±0.1）明顯低于正常組（1.12～1.53，1.27±0.11）,差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01,t=-9.372）。本研究中病例組多為心力衰竭或肺循環(huán)等有嚴重疾病活動受限的患者，我們發(fā)現(xiàn)很大一部分患者即使主觀上非常配合的盡力運動，其峰值RER也很難達到1.15 或是1.10，病例組共175 例患者，其中100 例（57.1%）Peak RER＜1.05，155 例（88.6%）Peak RER＜1.15,有一部分的患者其峰值RER 也大于1.15，雖然其Peak RER 相對較高，但CPET 功率遞增至最大狀態(tài)的整個過程中血壓、心率嚴重不升，心血管反應嚴重受限，無法準確判斷患者是否到達極限運動，不能確定其評估測定核心指標的準確性。所以決不能以峰值RER、峰值心率和峰值血壓特定數據作為停止運動的標準，一方面容易造成運動試驗的危險，另一方面因過早停止而使臨床測量數據不準確。

通過分析，得到以下原因導致測試失?。海?）患者疾病導致的失敗。病例組受試組編號P71、P91、P113、P118 和P127，心率差值、攝氧量差值百分比 分 別 為-12.9% 與4.7%、-0.3% 與-33.8%、0.0%與-29.8%、-7.4% 與-26.6%、2.1% 與-28.7%，Max試驗失敗，Max 試驗不能證明CPET 峰值數據是否為極限運動。分析患者出現(xiàn)此結果的原因為：此5 例患者患者均診斷心衰，其心肺運動試驗9 圖［33-35］的多個指標（分鐘通氣量、攝氧量、二氧化碳排出量、呼吸頻率和潮氣量等指標）呈現(xiàn)典型的波浪式呼吸，符合嚴重左心衰竭的病理生理表現(xiàn)。波浪式呼吸是部分心力衰竭患者呈現(xiàn)的異常呼吸形式[36-40]，心力衰竭患者的波浪式呼吸最早由Cheney 和Stokes 分別在一百多年前報道［36,37］。這種波浪式呼吸病理生理狀態(tài)，一般不易逆轉，如果選擇的時間不恰當，容易造成患者峰值狀態(tài)時，攝氧量處于波浪式呼吸的下降階段，使得患者的攝氧量不容易上升或者不上升，從而得到的Max 攝氧量相對較低，測試無法起到證明CPET 的作用。如何避免心力衰竭患者波浪式呼吸的影響？施加Max 試驗的功率的時間是否不用卡定5 min 的時間，選在波浪的上升階段還是波浪的下降階段，或者是如何根據個體化呼吸波浪的時間寬度選定，這些問題需要我們進一步擴大此類患者數量做進一步研究，來找到其中的規(guī)律。（2）轉速的問題。病例組受試者（編號P165）攝氧量差值、心率差值百分比分別為-11.3%、-13.2%，Max 試驗失敗，Max 試驗不能證明CPET 峰值數據是否為極限運動。該患者診斷為冠心病，高脂血癥，2 型糖尿病。分析患者出現(xiàn)此結果的原因:該患者在開始Max 試驗后的10 s 內，蹬車轉速平均127 r/min；且總蹬車時間不足25 s。患者本來屬于心血管疾病患者，蹬車的速度過快后很快的停止，所以導致克服阻力的時間過短。應保證患者蹬車的速度在60～90 r/min，以患者蹬車最舒服的轉速進行Max試驗。提示對于操作者不要一味地要求患者盡可能快蹬，作好導演和鼓勵者的角色，使患者在轉速在60 r/min 以上，90 r/min 以下保證患者用最適合自己的轉速進行，同時操作者在旁鼓勵，不要一直用“加快，加快”的詞語，使得患者速度過快而導致試驗失敗。（3）患者堅持的時間。病例組受試組編號P151、P166、P170 和P171，心率差值、攝氧量差值百分比分別為-0.5%與-32.3%，-10.6%與-22.4%，-0.8%與-27.9%和-2.0%與-38.6%。Max 試驗失敗，Max試驗不能證明CPET 峰值數據是否為極限運動。分析患者出現(xiàn)此結果的原因為：Max 試驗操作鼓勵程度不夠，受試者Max 試驗堅持時間均少于35 s。由于Max試驗的功率相對較高，如果不給予受試者足夠的鼓勵，會非常容易產生疲勞感，以至轉速減慢很難維持，導致Max 的攝氧量未明顯上升而失敗。屬于前期試驗階段的鼓勵不足，該失敗的幾例多為實驗室技術操作員更換，對技術方法不熟練，由結果3.2.2 可得，應保證Max 試驗有效的運動盡可能維持50 s 以上。（4）對技術員操作方法的培訓。P151、P166、P170 和P171, P143、P146、P147、P148，CPET 峰值攝氧量和峰值心率與Max 最大攝氧量和最大心率的差值百分比較大屬于新的技術員對該方法應用不熟練。對于結果2.4 不同階段失敗率分析我們可以看出，前期初步試驗階段初步摸索方法后的操作失敗率為88.3%，總結一定技術方法后，擴大病例應用臨床病人，技術員操作熟練后在116 例受試者中成功率達到95.1%，且如果去除患者疾病特殊呼吸模式的影響，成功率可達到99.2%，可驗證CPET 峰值數據的準確性。當實驗室技術員工作原因更換時，雖然在操作時，交待新技術員一定的操作要領，但該方法成功率仍僅到達85.3%，可見對于技術員的培訓尤為重要。（5）Max 測試的試驗成功，但驗證CPET 峰值數據為非極限運動數據。Max 試驗數據高于CPET 峰值數據10%，Max 測試的試驗是成功的，證明CPET 為非極限運動，CPET 測試時患者并未盡力。病例組編號P143、P146、P147 和P148 攝氧量差值、心率差值百分比絕對值至少有一項＞10%，此結果驗證CPET 峰值數據為非極限運動數據，在CPET 過程還有空間可以繼續(xù)堅持。說明受試者Max 試驗前的CPET 測試并未盡力，該CPET 的峰值數據是不準確的。臨床指導如果受試者條件允許可以重新做一次CPET，如果受試者條件不允許，即計算Max 試驗攝氧量最大值代表CPET 峰值攝氧量，這樣使得臨床評估報告的結果更為準確，對于部分整體功能狀態(tài)很差的患者來說，準確的數值評估對于其病情診斷、預后預測等具有極為重要的意義。

操作方法小結：本研究選取的216 例受試者，鼓勵不足在Max 試驗失敗的原因中占比最大，可較好的應用于臨床實踐。對于當前國內其他試驗室來說如果想實行這種方法安全有效地驗證CPET 評估結果的準確性，規(guī)范化的質量控制[2]和嚴格地操作標準尤為重要。對于操作者來說首先Max 試驗開始前充分交待CPET 是一個極限運動，運動過程中尤其無氧閾狀態(tài)以后一定要盡可能加強鼓勵，當運動至峰值狀態(tài)發(fā)現(xiàn)其CPET Peak RER＜1.10 或者整個運動過程中心率、血壓嚴重不升甚至無反應時，在CPET 恢復期5 min 后，準備進行Max 試驗，首先讓患者空蹬至轉速60 r/min以上，保持最適合自己的蹬車速度可在60～90 r/min，然后施加130%自身峰值恒定功率運動，拍手打著節(jié)拍，口喊加油鼓勵患者，關注血壓和心電圖的情況，在保證安全的情況下盡最大可能鼓勵受試者，直到蹬不動，或轉速不能維持40 r/min，此過程盡量鼓勵患者，使患者Max 試驗的持續(xù)時間盡可能保證在50 s 以上，以保證Max 試驗的成功驗證。停止運動后評價Brog 主觀疲勞程度量表評分及停止運動的原因。隨后結合分析攝氧量差值、心率差值百分比綜合分析患者CPET 結果是否為準確的極限運動結果，并給予不同的臨床評估結論。Max 試驗不以特定的血壓、心率和RER 等指標為終止運動的標準或者作為其最大極限運動的證明，不用主觀勞累程度，是以受試者自身的功能狀態(tài)為標準實行的個體化客觀定量的評估方法來驗證CPET 峰值數據是否真實準確地反映最大極限運動狀態(tài)的結果。

本研究的局限性：（1）Max 測驗是在CPET 整個過程結束后再次施加的恒定功率運動，受試者會有一定的疲勞感；（2）本次初步研究納入樣本量較小，接下來有待進一步擴充樣本量進行研究，不斷完善Max 測驗的操作及分析方法。

綜上所述：CPET 應該是個體化的癥狀限制的極限運動，而不是定義RER、心率或血壓達到某值作為判斷是否為最大極限運動的指標。Max 試驗操作方法在保證安全的前提下，從個體化客觀定量精準的角度得出明確的證據，保證我們得到的CPET 峰值數據可用來準確評估患者整體功能狀態(tài)，對疾病診斷和預后預測，尋找可靠的危險分層指標等具有重要的意義。