心肺运动试验指导个体化心脏康复的指标

王乐民同济大学附属同济医院心内科，上海 200065

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心肺运动试验指导个体化心脏康复的指标

王乐民
同济大学附属同济医院心内科，上海 200065

心脏康复；运动疗法；康复指标

1 心血管疾病康复概述

心脏康复（cardiac rehabilitation）起源于20世纪50年代对急性心肌梗死患者处置原则的质疑，心肌梗死患者长期卧床导致全身功能衰退，而运动康复可以纠正机体的废退状态。心脏康复已经被认为是心血管疾病患者能够得到持续治疗的关键[1]。心脏康复的内容包括医学评估、运动疗法、饮食疗法、心理疗法、控制危险因素、健康教育和生活指导[2]。因此，心脏康复不能单纯从字面上理解为仅为心脏自身的康复，而可以理解为心血管疾病的综合性康复。据meta分析，以运动为基础的心脏康复不仅可降低冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）患者心源性死亡率，还可以降低疾病的总死亡率。心脏康复的短期目标：控制心脏症状、改善心脏功能状态、限制由心脏疾病产生的心理和生理不利影响、促进心理和职业回归。长期目标：改变冠状动脉疾病的自然发展过程，降低发病率和病死率，减少猝死和再梗死，稳定和逆转动脉粥样硬化[1]。因此，心血管疾病康复具有二级预防作用，改善心血管疾病的预后作用，提高生活质量和功能状态，降低病死率和再次住院率，减少心肌梗死的复发[1]。

运动疗法是心血管疾病康复方案的核心部分，但仅仅采用运动疗法并不能充分降低冠状动脉硬化的危险，尚需要运动处方，饮食处方，健康教育和生活指导等方案的综合实施[2]。综合性心脏康复方案的实施，可以进一步降低心血管疾病的危险因素，使心脏康复实现倍增效果，综合多要素内容的心血管疾病康复也称为心血管疾病的综合性康复。

要实现心血管疾病康复的最大效果，指导患者改变生活习惯，保持出院后有足够的运动量，合理饮食和用药。因此，开展综合性心血管疾病康复需要综合性医疗团队，由临床心血管医师、康复师、护士、技师、营养师和心理治疗师组成。

2 适于心脏康复的疾病种类

适于心脏康复的疾病种类包括：（1）急性心肌梗死和PCI术后；（2）稳定性冠心病；（3）冠状动脉搭桥或心脏瓣膜置换术后；（4）大血管疾病（①主动脉瘤；②夹层动脉瘤；③大血管病术后）；（5）慢性稳定性心力衰竭；（6）心脏移植术后；（7）周围动脉血管病；（8）糖尿病。

3 心脏康复需要的运动生理学基础知识

运动疗法是综合性心血管疾病康复的核心，开具个体化运动处方是基于患者心肺储备功能的测定结果，心肺运动试验（cardiopulmonary exercise

test，CPX）是客观量化评估心肺储备功能的方法，也是开具运动处方的理论基础。CPX是运动生理学和气体代谢指标关系的组合。

机体运动时的生理学反应表现在机体组织的氧耗量增加。机体对氧摄取量的增加是通过心输出量和肺通气量的增加来实现的（图1）。心输出量增加是通过每搏输出量增加和心率增加共同完成的，机体最大运动时心搏出量可达到静息状态下的的5～6倍。运动早期心搏出量的增加主要是在每搏输出量的增加，每搏输出量的增加可使心搏出量增加到静息状态下的2倍；后期的心搏出量增加主要由心率的增加实现的，心率上升平行于运动强度（氧耗量），心率增加带动的心搏出量增加可达到静息状态下的2.5～3.5倍。运动时每搏输出量增加和心率增加，心搏出量最大可达到静息状态下的5～7倍。每分通气量的增加由每次潮气量和呼吸次数增加所决定，运动早期通气量的增加由潮气量决定；后期的运动强度增加，由呼吸次数增加决定通气量的增加。其发生机制与心搏出量增加机制相似，最大运动时通气量可达到静息状态下的15倍。静息时通气量约0.5 L左右，最大运动强度时可达到3 L左右，静息时呼吸次数约为10次/min，最大运动时的呼吸次数可达到40～50次/min。呼吸系统与循环系统的储备能力不同，呼吸系统的储备能力大于循环系统，因此，最终运动中止的原因往往不是呼吸系统，而是循环系统。

4 CPX原理与方法

图1 呼吸循环系统对递增性运动负荷的应答Fig.1 Response of cardiopulmonary system to increasing exercise load

心搏出量的变动受到自律神经的调节，低负荷运动时副交感神经被阻滞，而高负荷运动时，当运动强度超过无氧代谢阈值时（anaerobic threshold，AT），转变为交感神经功能亢进（图2）。

图2 运动过程中自律神经的调节Fig.2 Regulation of autonomic nerve in exercise

CPX是运动与气体代谢测试技术的结合，是基于内呼吸与外呼吸耦联原理，通过肺通气（吸进O2，呼出CO2）、肺与血液O2和CO2交换（外呼吸）、O2和CO2通过血液转运、毛细血管与周围肌肉组织进行O2和CO2交换（内呼吸）4个过程完成。CPX可精确测定运动状态下外呼吸与内呼吸的异常，而这些异常在机体静息状态下不易被发现。

CPX含有O2和CO2快速反应传感器，检测静息、运动、恢复状态下每次呼吸的氧耗量和CO2呼出量。由于气体分析器、流量表易于偏移，故每次试验前须对气流、流量、O2和CO2分析器进行定标，否则会出现误读性错误。现今，几乎所有的生产厂家都有简便可行的微处理器控制的定标系统。除此之外，周围环境还影响吸入的O2体积百分浓度，比如，温度、大气压力、空气湿度。许多CPX系统可自动校正这些外围因素，然后正确调整吸入的O2体积百分浓度。

CPX须具备一个独特的软件，可处理、分析、输出数据。此外，为了规范CPX的操作，建立维护和质量控制系统显得尤为重要。

临床常选用踏车及运动平板为运动模式，踏车的峰值氧耗量（peak oxygen uptake，peak VO2）平均低于运动平板的peak VO2的10%～20%[3]。基于踏车的安全与方便性，实际通常在临床选用踏车方式的比例高。踏车运动试验采用分级递增运动方案（Ramp方案）。运动平板采用的有Bruce方案和Naughton方案。测定VO2、VCO2、呼吸次数、潮气量，同时监测心电和血压的变化。

检查前的准备；推荐在饭后2～3 h检查，室内温度20℃～25℃、湿度40%～60%。急救条件齐备，以备运动中恶性心律失常发生的急救（有偶发恶性事件）。

5 CPX的重要参数（图3）

1)氧耗量（VO2）：反映机体运动负荷的指标，作为运动能力指标之一被广泛应用。

氧耗量＝每搏输出量×心率×动静脉氧差＝心输出量×动静脉氧差

2)代谢当量（metabolic equivalents，METs）：是心脏康复中重要的指标，可用于各种活动定量及运动强度判断，1 MET=3.5 ml·kg－1·min－1。

3)τon：运动开始时VO2反应的时间常数。

4)VO2变化与功率变化比值（ΔVO2/ΔWR）：即每增加1 W功率运动负荷，所增加氧耗量的指标，表明末梢运动肌肉氧的运送能力，运动肌肉氧的利用状态。

5)呼气代偿点（respiratory compensation point，RCP）：运动强度超过AT后，机体酸性物质增加，通气功能亢进始点。

6)PETCO2：呼气终末期二氧化碳分压，反映运动中肺脏有效血容量。

7)氧脉搏（oxygen pulse）：由VO2除以同时间的心率，是一次心脏搏动摄入肺血液的氧量，等于每搏搏出量与动脉－混合静脉血氧含量差[C(a-v)O2]的乘积，单位ml/beat。

8)τoff：运动后恢复期VO2反应的时间常数。

9)运动心率：运动时的心率变化，通常VO2每增加3.5 ml·min－1·kg－1，心率增加10次/min[4]。心脏病患者的心率受服用β受体阻滞剂因素的影响，因此最大心率不是运动负荷的终极目标，当心率达到85%最大预测心率时可考虑停止运动试验。

10)运动血压：收缩压一般随运动量增加而升高，舒张压增加不明显，VO2每增加3.5 ml·min－1· kg－1，血压增加10 mmHg[5]，若血压随运动负荷增加反而下降，往往提示有严重的心功能障碍。

图3 分级递增运动负荷状态下气体代谢变化模拟图Fig.3 Mimetic figure of air metabolic variation under scaled increasing exercise load

6 CPX的临床应用

经CPX测得的AT、peak VO2、峰值心率、Borg scale自感劳累分级评分，为制定各类心血管疾病运动处方的依据。CPX测得的peak VO2、VO2AT、峰值负荷等结果判断心力衰竭患者的运动耐力。peak VO2、VO2AT、VE/VCO2slope可判断心力衰竭的严重程度及预后，CPX的前后对照，可判断临床的治疗效果。根据peak VO2评估是否需要心脏移植，peak VO2＜10 ml·min－1·kg－1作为心脏移植的指征[6]。

CPX有助于判断肺动脉高压的严重程度及预后，CPX对心肌缺血及心律失常亦有良好的诊断价值。对心脏起搏器功能也具有良好评估价值。CPX还有助鉴别难以解释的呼吸困难、骨骼肌纤维和线粒体肌病，可鉴定残障能力。

6.1 CPX报告原则

（1）描述采用的运动试验模式及方案。（2）总结运动过程中的临床和生理反应（如：运动时限、症状、停止运动的原因），以及患者用力程度，是否达到极量运动。（3）避免直接用阳性或阴性等词汇来报告结果，而是给出最终印象或特定建议，最终报告须明确正常和非正常反应，以示结果的重要性。对心力衰竭患者，若peak VO2＜10 ml·min－1·kg－1，VE／VCO2slope＞40，提示有严重的功能障碍及严重预后不良。对难以解释的呼吸困难患者，报告须指明是心源性还是肺源性等可能性[4]。

6.2 CPX报告须包含的指标

CPX报告须包含的指标见表1[4]。

7 制定运动处方的参考指标

运动处方具有4要素：运动种类、运动强度、运动时间和运动频率。其中有氧运动强度参考指标及方法是制定运动处方的重要内容，直接关系到患者运动的安全性和效果。

7.1 心率法

（1）传统心率，最大预测心率(HRmax=220－年龄)的百分数，采用50%～70%不等的最大预测心率[7]。

表1 CPX报告指标Tab.1 CPX report indicators

（2）储备心率（HRR=最大运动心率－静息心率）[8]。

7.2 峰值氧耗量相关方法

（1）peak VO2以peak VO2的百分数，采用40%～80%不等的peak VO2。（2）储备VO2－（储备VO2=peak VO2－静息VO2）[8]。

7.3 AT

通常决定AT值有3种测试方法：VE/VO2；VCO2/VO2；V slope法，AT通常由V slope方法判定[5]。

7.4 Borg scale自感劳累分级评分

Borg scale自感劳累分级表见表2，表达了受试者感觉的耐受能力，常受到主观因素的影响。

有氧运动强度参考的指标较多，不同状态的受试者可酌情选用。AT值方法的优点在于测定受试者从有氧代谢到无氧代谢的转折点，运动负荷比最大负荷低得多，无乳酸持续升高从而不会发生代谢性酸中毒，不易发生通气功能亢进和气短。血液中儿茶酚胺增加量少，对运动中产生的心律失常影响小，适时准确测定AT值适用中、重程度心脏病的运动疗法，以AT值为标准的有氧运动是安全有效的[9]。

表2 Borg scale自感劳累分级表Tab.2 Borg scale perceived exertion INES

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Interpretation of individualized cardiac rehabilitation indexes in cardiopulmonary exercise test

WANG Lemin
Department of Cardiology，Tongji Hospital，School of Medicine，Tongji University，Shanghai 200065，China

Cardiac rehabilitation；Exercise therapy；Rehabilitation indexes

R54

A

2095-378X（2014）04-0217-04

王乐民(1954—)，男，主任医师，博士研究生导师，主要从事肺栓塞、深静脉血栓形成，心脏康复的临床与基础研究；电子信箱：wanglemin2003@163.com