不同性别、年龄及体力活动心脏康复患者心肺运动试验指标分析

郭小亚，吴雪娇，洪怡，周明成

心肺运动试验（cardiopulmonary exercise test，CPET）是在一定功率负荷下监测分析心电、通气、代谢等指标，如心率、血压、峰值摄氧量（peak oxygen uptake，peak VO2）、无氧阈（anaerobic threshold，AT）、峰值氧脉搏（peak oxygen pulse，peak O2pulse）、二氧化碳通气当量斜率（ventilatory equivalent for carbon dioxide slope，EQCO2slope）等，是全面、客观、定量评价患者心肺功能、运动耐力的一种检测方法［1］，可对心肺功能障碍的严重程度进行分级，也可对干预措施的效果进行客观评估［2］。目前CPET被认为是评估心肺适能（cardiorespiratory fitness，CRF）的“金标准”［3］。CRF不仅是心血管疾病发病的危险因素，在评估患者治疗效果和预后方面也有重要作用［4］。有研究显示，CRF与遗传、性别、年龄和运动密切相关［5］。故本研究选择在上海市第一康复医院进行心脏康复的患者为研究对象，分析不同性别、年龄及体力活动水平的心脏康复患者CPET指标的特点，了解患者心肺功能和运动耐量，评估患者病情和治疗效果，为进一步制定心脏康复处方提供临床依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2015年11月至2020年12月在上海市第一康复医院行心脏康复并进行CPET的患者共413例。纳入标准：（1）符合心脏康复适应证的患者，包括：急性心肌梗死、慢性心力衰竭，接受过冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass grafting，CABG）、经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）、心脏瓣膜手术、心脏起搏器手术、心脏移植手术的患者和慢性稳定型心绞痛、高血压、高脂血症、糖尿病及代谢综合征、周围血管病等；（2）排除CPET禁忌证，行CPET以评估心肺功能。排除标准：（1）生命体征不稳定者；（2）存在意识障碍、严重精神疾病病史、药物及乙醇依赖史，不能配合完成心脏康复治疗者；（3）美国纽约心脏病学会（New York Heart Association，NYHA）分级Ⅳ级；（4）合并肺脏、肾脏、肝脏等其他脏器功能严重不全者；（5）全身严重感染、脓毒症、免疫功能障碍者；（6）主动脉夹层或室壁瘤者；（7）病历资料不全者。本研究获得上海市第一康复医院伦理委员会批准（YK20200403-1-002）。

1.2 方法 采集患者的一般资料，包括性别、年龄、身高、体质量、体质指数（body mass index，BMI）、冠心病、PCI、CABG、高血压、糖尿病、心律失常，收集患者血生化检查指标（血糖、总胆固醇、三酰甘油、高密度脂蛋白及低密度脂蛋白）及CPET指标。

1.3 CPET 采用Masterscreen-CPX型心肺运动功能仪（德国Cortex公司）和SBx/CPX气体分析盒（德国Jager公司）进行CPET，每天校准气压、每周校准容量、每月校准气体，以保证检查结果的准确性。

1.3.1 CPET开始前准备 CPET开始前，测试环境调节到适当的温度和湿度（一般设定温度为26 ℃，湿度为40%～50%）。受试者穿舒适的衣服、低跟鞋或运动鞋，运动前清淡饮食，禁烟和咖啡至少2 h，向患者介绍CPET的必要性、流程、潜在风险和注意事项，患者签署知情同意书。

1.3.2 测试方法及步骤 CPET开始时，调整座位高度（当脚踏处于最低点时双腿能接近于完全伸直），受试者佩戴合适面罩，连接心电监护仪，动态监测心电、血压、氧饱和度等指标，在医师监督下，在功率自行车上进行CPET。

最常使用的方案为使用功率自行车进行最大（症状限制性）递增运动试验。功率递增幅度的选择应综合考虑患者的疾病类型（尤其是心肺疾病和关节类疾病）、日常运动强度、体型等因素。所选择的功率递增幅度以运动试验功率递增部分在8～10 min内结束为宜。通常估计功率自行车增加幅度的步骤如下：（1）无负荷摄氧量（ml/min）=150+〔6×体质量（kg）〕；（2）peak VO2（ml/min）=〔身高（cm）-年龄（y）×20（锻炼较少的男性）或×14（锻炼较少的女性）〕；（3）每分钟递增功率（W）=〔peak VO2（ml/min）-无负荷摄氧量（ml/min）〕/100［6］。先静坐3 min，采集静息时呼吸循环相关数据，再进行3 min无负荷功率自行车热身运动，随后以设定的递增负荷（10～25 W/min）进行8～12 min的运动测试，期间保持功率自行车转速为55～65 r/min。在保证安全的前提下，鼓励患者尽可能坚持运动。

1.3.3 停止测试的标准 （1）达到目标心率；（2）出现胸痛、胸闷、头晕、呼吸困难、末梢低灌注等明显不适；（3）出现明显的心率异常；（4）收缩压高达250 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）或舒张压高达115 mm Hg，或血压比运动时最高值下降20 mm Hg；（5）心电图ST段持续水平型或下斜型压低＞0.1 mV或抬高＞0.2 mV；（6）指脉氧饱和度≤80%并伴有低氧血症的症状及体征；（7）Borg主观疲劳程度量表评分≥17分（很用力）；（8）转速无法维持55 r/min。停止运动后，继续记录恢复期8 min的数据。

1.3.4 AT的确定和CPET指标分析 采用V-slope法测得AT。CPET静息阶段测量静息收缩压、舒张压，运动中间隔1～2 min测量血压并取最大收缩压、舒张压，CPET核心指标包括：峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量、氧通气当量（ventilatory equivalent for oxygen，EQO2）、EQCO2slope、呼气末二氧化碳分压（partial pressure of endtidal carbon dioxide，PETCO2）、峰值每分通气量、每分钟摄氧量变化与功率变化比值（ΔVO2/ΔWR）。

1.4 分组 根据患者性别、年龄、体力活动水平分组，根据性别将患者分为男性组261例，女性组152例。根据联合国世界卫生组织（WHO）2018年年龄划分标准以65岁为分界将患者分为≤65岁组225例，＞65岁组188例。依据体力活动水平将患者分为高体力活动组214例、中体力活动组164例、低体力活动组35例，分组标准［7］：高体力活动满足下述2条标准中任意一条：（1）各类高强度体力活动合计≥3 d，且每周总体力活动水平≥1 500 代谢当量（metabolic equivalents，MET）-min；（2）高、中、低强度体力活动合计≥7 d，且每周总体力活动水平≥3 000 MET-min。中体力活动满足下述3条标准中任意一条：（1）每天至少20 min的各类高强度体力活动，合计≥3 d；（2）每天至少30 min的各类中等强度和/或步行类活动，合计≥5 d；（3）高、中、低强度体力活动合计≥5 d，且每周总体力活动水平≥600 MET-min。低体力活动满足下述2条标准中任意一条：（1）没有报告任何活动；（2）报告了一些活动，但是尚不满足上述中、高体力活动水平标准。

1.5 统计学方法 采用SPSS 23.0统计学软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以（±s）表示，两独立样本比较进行方差齐性检验后采用t检验，多组间比较采用单因素方差分析，多组间的两两比较采用LSD-t检验；计数资料以相对数表示，组间比较采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料、血生化检查指标及CPET指标 413例患者中，男261例（63.2%），女152例（36.8%）；年龄23～90岁，平均（62.4±12.3）岁；身高1.45～1.87 m，平均（1.66±0.08）m；体质量41～105 kg，平均（68±11）kg；BMI 15.06～34.89 kg/m2，平均（24.68±3.14）kg/m2；冠心病患者219例（53.0%），行PCI患者69例（16.7%），行CABG患者68例（16.5%），高血压患者121例（29.3%），糖尿病患者70例（16.9%），心律失常患者54例（13.1%）；血糖3～15 mmol/L，平均（5.7±1.7）mmol/L；总胆固醇1.90～7.82 mmol/L，平均（3.88±1.08）mmol/L；三酰甘油 0.38～7.12 mmol/L，平均（1.58±0.90）mmol/L；高密度脂蛋白0.53～10.40 mmol/L，平均（1.16±0.39）mmol/L；低密度脂蛋白0.79～5.23 mmol/L，平均（2.33±0.84）mmol/L；静息收缩压83～146 mm Hg，平均（114±12）mm Hg；静息舒张压45～100 mm Hg，平均（71±11）mm Hg；最大收缩压93～250 mm Hg，平均（156±24）mm Hg；最大舒张压40～114 mm Hg，平均（79±14）mm Hg；峰值运动负荷3～250 W，平均（73±37）W；AT-运动负荷0～166 W，平均（46±29）W；peak O2pulse 0.41～21.00 ml/beat，平均（9.71±3.64）ml/beat；peak VO20.09～3.42 L/min，平均（1.09±0.50）L/min；AT-摄氧量0.02～2.50 L/min，平均（0.72±0.31）L/min；千克体重摄氧量 2～53 ml•min-1•kg-1，平均（16±6）ml•min-1•kg-1；AT-千克体重摄氧量0～27 ml•min-1•kg-1，平均（11±4）ml•min-1•kg-1；EQO213.2～637.0，平均（44.4±10.5）；EQCO2slope 17.6～53.5，平均（30.9±5.9）；PETCO20.2～40.2 mm Hg，平均（31.8±4.2）mm Hg；峰值每分通气量5.8～126.5 L/min，平均（40.4±16.7）L/min；ΔVO2/ΔWR 0～14.6 ml•min-1•W-1，平均（5.9±2.6）ml•min-1•W-1。

2.2 不同性别心脏康复患者一般资料、血生化检查指标及CPET指标比较 不同性别心脏康复患者身高、BMI、高血压发生率、糖尿病发生率、心律失常发生率、高密度脂蛋白、静息舒张压、最大收缩压、最大舒张压、EQO2、EQCO2slope、PETCO2比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；男性组患者年龄小于女性组，体质量大于女性组，冠心病发生率、PCI率、CABG率高于女性组，血糖、总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、静息收缩压低于女性组，峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR高于女性组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 不同性别心脏康复患者一般资料、血生化检查指标及CPET指标比较Table 1 Comparison of general data，blood biochemical indexes and CPET indexes in cardiac rehabilitation patients with different gender

2.3 不同年龄心脏康复患者一般资料、血生化检查指标及CPET指标比较 不同年龄心脏康复患者性别、身高、高血压发生率、糖尿病发生率、心律失常发生率、血糖、高密度脂蛋白、最大收缩压比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；＞65岁组心脏康复患者体质量、BMI、冠心病发生率低于≤65岁组，PCI率、CABG率高于≤65岁组，总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白低于≤65岁组，静息收缩压高于≤65岁组，静息舒张压、最大舒张压、峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量低于≤65岁组，EQO2、EQCO2slope高于≤65岁组，PETCO2、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR低于≤65岁组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 不同年龄心脏康复患者一般资料、血生化检查指标及CPET指标比较Table 2 Comparison of general data，blood biochemical indexes and CPET indexes in cardiac rehabilitation patients with different ages

2.4 不同体力活动心脏康复患者一般资料、血生化检查指标及CPET指标比较 不同体力活动心脏康复患者身高、PCI率、高血压发生率、糖尿病发生率、心律失常发生率、血糖、三酰甘油、高密度脂蛋白比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；不同体力活动心脏康复患者性别、年龄、体质量、BMI、冠心病发生率、CABG率、总胆固醇、低密度脂蛋白、静息收缩压、静息舒张压、最大收缩压、最大舒张压、峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量、EQO2、EQCO2slope、PETCO2、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；其中中体力活动组心脏康复患者男性比例高于低体力活动组，年龄小于低体力活动组，体质量高于低体力活动组，BMI低于低体力活动组，冠心病发生率、CABG率低于低体力活动组，总胆固醇、低密度脂蛋白高于低体力活动组，静息收缩压低于低体力活动组，静息舒张压、最大收缩压、最大舒张压、峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量高于低体力活动组，EQO2、EQCO2slope低于低体力活动组，PETCO2、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR高于低体力活动组，差异有统计学意义（P＜0.05）；高体力活动组心脏康复患者男性比例高于低体力活动组和中体力活动组，年龄低于低体力活动组和中体力活动组，体质量高于低体力活动组和中体力活动组，BMI低于低体力活动组和中体力活动组，冠心病发生率、CABG率低于低体力活动组和中体力活动组，总胆固醇、低密度脂蛋白及静息舒张压、最大收缩压、最大舒张压、峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量高于低体力活动组和中体力活动组，EQO2低于低体力活动组，EQCO2slope低于低体力活动组和中体力活动组，PETCO2、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR高于低体力活动组和中体力活动组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 不同体力活动心脏康复患者一般资料、血生化检查指标及CPET指标比较Table 3 Comparison of general data，blood biochemical indexes and CPET indexes in cardiac rehabilitation patients with different physical activity

3 讨论

CPET可对涉及肺、心血管、肌肉和细胞氧化系统的运动生理学进行全面评估［8］，是检测病理生理紊乱和确定治疗方案的必要检查手段。CPET被认为是评估有氧运动的最佳方法，主要支持有氧运动处方［9］。CPET可用于已确诊冠心病患者的功能评估，也可用于心肌缺血诊断和预后的评估［10］。在诊断方面，CPET可以帮助确认冠状动脉狭窄≤50%的有症状患者是否存在心功能障碍；在预后方面，CPET可以量化运动能力的变化，衡量患者对生活方式和药物治疗的反应，以确保患者对治疗有反应并长期坚持进行［11］。本研究回顾性分析了413例心脏康复患者的CPET指标，结果发现不同性别、年龄、体力活动组患者CPET指标存在差异。

peak VO2可反映心肺适能及人体的整体运动耐力，被美国心脏病协会（American Heart Association，AHA）推荐作为第五大生命体征，其比吸烟、肥胖、高血压、血脂异常和2型糖尿病等传统心血管危险因素与死亡更为相关［12-13］。既往研究提示，在不同性别、人种中，心肺适应性从低到中/高的变化与全因死亡率风险分别降低35%和59%相关［14-15］。KHAN等［16］研究也提示，peak VO2或CRF与首次非致死性心肌梗死和随后的心力衰竭风险之间呈强烈的、独立的负相关。FUJIMOTO等［17］研究更是将peak VO2和不良预后的关系进一步量化，结果显示心肌梗死患者PCI术后出院时，peak VO2＜16 ml•min-1•kg-1者2年内不良事件的发生风险增加。氧脉搏是摄氧量/心率计算所得，代表心脏每次射血的供氧能力。本研究结果显示，男性组患者峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR高于女性组，提示男性心脏康复患者心肺功能普遍较女性高，性别是影响CRF的重要因素，与先前研究结果一致［18-19］，且KODAMA等［20］研究结果提示，相同年龄的男性比女性CRF值高2 MET。考虑为解剖学和生理上的性别差异所致，其中包括：（1）女性的左心室较小，射血量低［21］；（2）女性左心室舒张顺应性较低［22］；（3）女性肥胖的比例更高［21，23］；（4）女性更容易缺铁，血红蛋白水平低于男性［24］。

ΔVO2/ΔWR是每增加单位功率所需增加的摄氧量，表示向运动的肌肉组织增加运送O2的程度，自行车递增运动试验中，正常人 ΔVO2/ΔWR 是 8.5～11.0 ml•min-1•W-1。peak O2pulse和ΔVO2/ΔWR在运动过程中过早出现平台期或者下降，提示心肌缺血导致左心室功能下降［25］。循环系统疾病患者ΔVO2/ΔWR明显降低［26］。EQCO2slope和PETCO2与通气-灌注有关，其可反映心力衰竭、肺动脉高压、肥厚型心肌病、慢性阻塞性肺疾病和限制性肺疾病患者的病程严重程度和预后［27-28］。EQCO2slope＜ 30 ml•min-1•W-1认为正常，但该指标也会随着年龄增长而轻微增加［29］，CORRÀ等［30］研究发现，EQCO2slope≥ 3 530 ml•min-1•W-1的患者死亡率与低摄氧量水平患者的死亡率相似。在没有明显肺功能障碍的患者中，EQCO2slope可以反映心脏输出和肺动脉灌注情况［31］，也对冠心病患者的诊断和预后评估具有重要价值［32-33］。本研究结果显示：＞65岁组心脏康复患者峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量、PETCO2、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR低于≤65岁组，EQO2、EQCO2slope高于≤65岁组，提示CRF值随着年龄的增长而下降，有研究显示，在30～49岁之间peak VO2每10年降低3%～6%，但70岁以后每10年下降的比例超过20%［34］，考虑和衰老过程中心血管舒张顺应性降低、毛细血管与肌肉纤维比例下降、骨骼肌减少、骨骼肌代谢变化有关。

按体力活动水平分组显示，低、中、高体力活动水平患者分别占51.8%（214/413）、39.7%（164/413）、8.5%（35/413），高体力活动患者占比较少，低体力活动患者占半数以上，且随着体力活动水平的增加，患者峰值运动负荷、AT-运动负荷、peak O2pulse、peak VO2、AT-摄氧量、千克体重摄氧量、AT-千克体重摄氧量、PETCO2、峰值每分通气量、ΔVO2/ΔWR均升高，EQCO2slope降低，提示CRF的提高和体力活动的增加相关，与目前多项研究结果一致［35-37］。国外较大规模的研究及指南表明，有规律的体力活动可以帮助患者提高心搏出量，改善血脂、血糖、血压，并能提高患者生活质量［38-40］。WHO在《英国运动医学杂志》发布了体力活动与久坐行为的最新指南，强调成年人每周至少需要进行150～300 min中等强度或75～100 min的剧烈活动，或两者组合［41］。

综上所述，不同性别、年龄、体力活动心脏康复患者心肺功能有差异，且女性、年龄＞65岁和低体力活动水平患者相比男性、年龄≤65岁和高体力活动水平患者心肺功能降低。因此，通过可CPET评估患者心肺功能，积极干预危险因素，根据CPET结果制定个体化心脏康复方案，以改善患者预后、提高患者生活质量。

作者贡献：郭小亚、吴雪娇、洪怡、周明成进行文章的构思与设计，研究的实施与可行性分析；郭小亚进行资料收集/整理，撰写论文；郭小亚、吴雪娇进行统计学处理；郭小亚、洪怡、周明成进行论文的修订；洪怡、周明成负责文章的质量控制及审校；洪怡对文章整体负责，监督管理。

本文无利益冲突。