分钟通气量和二氧化碳生成量关系对于心力衰竭患者的价值

宋燕新 刘萍 赵威，2

(1.北京大学第三医院心内科 血管医学研究所 国家卫生健康委心血管分子生物学与调节肽重点实验室 分子心血管学教育部重点实验室 心血管受体研究北京市重点实验室，北京 100191；2.北京大学第三医院体检中心，北京 100191)

心力衰竭(心衰)是各种心脏疾病的严重和终末阶段，也是21世纪最重要的心血管疾病之一。中国心衰流行病学调查最新结果显示，35岁以上居民的患病率为1.3%，已成为严重影响中国居民健康的重要公共卫生问题。心衰具有患病率高、病死率高和再住院率高等特点，明确心衰患者的严重程度、治疗和预后尤为重要[1]。心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing，CPET)对患者运动期间的呼吸、循环和代谢等多系统功能的连续动态变化进行综合分析，是目前唯一一种连续、客观、定量、可重复以及无创伤地全面评估人体多系统功能的临床检测技术，常用于心衰患者疾病严重程度的分级、预后评估、运动能力评价以及术前风险分层[2-5]。CPET过程中可获得众多心电和气体变化信息，其中研究和应用最多的气体指标是峰值摄氧量(peak volume of oxygen，VO2 peak)和无氧阈。近年来多项临床试验探究了心衰患者运动过程中分钟通气量(ventilation，VE)与二氧化碳生成量(volume of carbon dioxide，VCO2)的关系，并发现其独特价值[4-5]。现试图在借鉴前人经验[3-4]的基础上，将VE和VCO2的关系描述为VE/VCO2比值和/或斜率的形式，并详细叙述VE/VCO2斜率在不同类型心衰、不同人群以及心衰不同治疗策略方面不断发展的价值，为后续开发VE/VCO2比值和/或斜率提供更多的临床和科研价值线索。

1 负荷递增运动试验中VE与VCO2关系的描述

负荷递增运动试验中，VE增加可能分为四个不同阶段。第一阶段是有氧运动阶段，VCO2与摄氧量(volume of oxygen，VO2)平行增加；第二阶段是进入无氧代谢过程，VCO2增加引起的酸中毒被缓冲碱系统缓冲；第三阶段是运动强度进一步增加，酸中毒不能被缓冲后，H+与VCO2结合；第四阶段与热扩散有关，通常见于一些优秀运动员，且仅在运动后期才会出现，很少成为VE的驱动力[3-5]。描述VE与VCO2的关系通常用比值或斜率来表示，在VCO2=1 L·min-1时通常用VE来表示。如图1[3]所示，正常受试者VE/VCO2比值曲线在运动开始时下降，然后保持不变，呼吸补偿点以后上升，呈现典型的U形[3]；而心衰患者的VE/VCO2曲线通常也保持U形，不过每单位VCO2对应VE过量，VE/VCO2比值升高[3]，主要原因有运动诱导的代谢性酸中毒出现过早、心输出量减少和肺血管张力增加等因素导致通气/灌注不匹配[6]，以及由于交感神经过度激活对化学和/或运动感受器刺激过度，通气反射过度激活，并证明了通气效率低下。

VE/VCO2斜率指VE(y轴)与VCO2(x轴)的关系。通过使用最小二乘线性回归推导VE和VCO2(x)之间的线性方程，计算VE/VCO2斜率。VE/VCO2斜率等于线性模型中VCO2的回归系数[7]。有资料指出为了避免患者对运动的适应过程影响VE，通常于运动开始1 min后才测量VE/VCO2斜率，直至呼吸补偿点，VE与VCO2的关系在呼吸补偿点之后通常出现第二个斜率。除直接计算外，还有研究利用其他指标计算VE/VCO2斜率的回归方程。Salvioni等[8]研究了1 136例正常受试者(773例男性和363例女性)的VE/VCO2斜率关系的回归方程，包含所有受试者的回归方程为：VE/VCO2斜率=0.080×年龄+21.413，仅涉及男性的回归方程为：VE/VCO2斜率=0.095×年龄+20.227，仅涉及女性的回归方程为：VE/VCO2斜率=0.052×年龄+23.808。

对于心衰患者，VE/VCO2斜率可直观地展现运动期间的通气效率和死腔通气量变化，也是运动耐受能力的一项指标，广泛反映患者的疾病严重程度和预后[2-3]。Salvioni等[8]的研究还证实对于严重心衰以及需明确预期寿命的患者(VO2 peak<14 mL·min-1·kg-1)，VE/VCO2斜率百分比提高了VE/VCO2斜率的预后评估价值。

2 VE/VCO2斜率对不同心衰患者疾病严重程度的评估

对于心衰患者，VE/VCO2斜率是被广泛分析的指标，其不仅反映运动通气情况，还可用于改善心衰患者的危险分层，公认其临界值为34[8]，但肥厚型心肌病和扩张型心肌病等特定疾病患者的临界值更低，原因可能是此类患者中年轻人和男性所占比例较高[9]。在肥厚型心肌病患者中偶尔发现的VE/VCO2斜率升高与严重的舒张功能障碍和继发性肺动脉高压有关[10]。而对于淀粉样变导致心衰的患者，VE/VCO2斜率显著升高，且比其他原因引起舒张功能不全的心衰患者高得多，可能的原因是毛细血管后肺动脉高压[11]。Guazzi等[12]已提出针对心衰的VE/VCO2斜率分层标准：Ⅰ级为VE/VCO2斜率<30.0，Ⅱ级为VE/VCO2斜率30.0～35.9，Ⅲ级为VE/VCO2斜率36.0～44.9，Ⅳ级为VE/VCO2斜率≥45.0。

Ilarraza-Lomelí等[13]针对有无心衰儿童的研究也发现，心衰儿童VE/VCO2斜率(31±4)较无心衰儿童(28±6)高，VO2 peak[(27±10)mL·min-1·kg-1]较无心衰儿童[(37±10)mL·min-1·kg-1]低。对于不同类型的老年心衰患者，Moore等[14]发现收缩性心衰患者VE/VCO2斜率显著高于舒张性心衰患者(37.0±6.8 vs 34.0±6.7)和健康对照人群(37.0±6.8 vs 32.0±6.5)，而舒张性心衰患者与健康对照人群相比，VE/VCO2斜率无显著差异。另外收缩性心衰患者的VE/VCO2斜率与VO2显著相关(r=50.40，P=5.002)，但舒张性心衰患者和健康对照人群两个指标之间无显著相关性。

3 VE/VCO2斜率对不同心衰患者预后的评估

很多研究证实，VE/VCO2斜率数值与心衰患者预后密切相关。Magrì等[15]的研究发现对于射血分数中间值和射血分数下降的心衰患者，VE/VCO2斜率≥31与5年内心血管死亡风险相关。VE/VCO2斜率的测量不需要患者达到极量运动，因此更适用于不能耐受剧烈运动测试的晚期心衰患者。多项指标联合应用更能提高患者的预后评估价值。对于扩张型心肌病患者，VE/VCO2斜率>29与心血管死亡风险和心脏移植具有相关性，结合VO2 peak小于预计值的60%，预测价值更高[9]。Contaifer等关于心衰患者运动测试和生物学标志物的联合研究也发现，VE/VCO2斜率和VO2 peak是患者心衰表现和预后的最佳预测模型[16]。

心衰患者体重不同，VE/VCO2斜率的预测价值也不同，Valentim Goncalves等[17]发现VE/VCO2斜率对肥胖心衰患者3年和5年的预后评估价值较低。对于不同年龄的心衰患者，VE/VCO2斜率的预后评估意义也不同，Kato等[18]的研究将心衰患者按年龄和射血分数进行分组，发现对于整个研究人群，VE/VCO2斜率的预后评估价值有随年龄增长而增加的趋势，其最佳临界值也随着年龄增长而升高；在射血分数下降和射血分数保留的人群中，也可发现年龄与临界值之间类似的正性相关性。

治疗方法方面，术前VE/VCO2斜率可预测接受左心室辅助装置后心衰患者的术后死亡率[7]，并提示右心室功能受损的临床和血流动力学特征。VE/VCO2斜率≥36者较<36者死亡率更高(分别为30.2%和7.4%)，发生右心衰竭的可能性更大(急性重度右心衰竭发生率分别为9.3%和0%，重度右心衰竭发生率分别为32.6%和25.9%)[5]。除VE/VCO2斜率值对于心衰患者具有预测价值外，极量CPET期间VE/VCO2曲线中无氧阈和/或呼吸补偿点的缺失对死亡率等预后指标也具有一定的预测价值，周期性呼吸、肌纤维灌注或代谢不均等都可能导致心衰患者无氧阈和呼吸补偿点的缺失[3，19]。

Guazzi等[20]最近的研究显示，运动期间对VE/VCO2斜率具有强有力预测价值的因子是心输出量和肺动脉平均压/心输出量斜率，有利于应用CPET影像学指标更新对心衰患者预后的评估。

4 VE/VCO2斜率的影响因素

运动测试实际操作中，测试环境、患者本身状况和治疗方案等诸多因素都会对VE/VCO2斜率产生影响。短期暴露在高原(低压缺氧)环境下进行运动测试时VE/VCO2斜率升高，可能由于代谢反射和化学反射增强使得VE增加，这对运动中缓解缺氧诱导的损伤至关重要[21]。心房颤动也是升高VE/VCO2斜率的因素[22]。患者总体重较大，腿部肌肉质量降低，脂肪含量较高，VE/VCO2斜率也较高。运动训练在提高患者肌肉质量和降低脂肪含量的同时，也能促进VE/VCO2斜率的改善[23]。手术(如心脏再同步化治疗、左心室辅助装置植入和心脏移植)等干预措施也会影响VE/VCO2斜率[5，7]。用于心衰治疗的药物直接影响VE与VCO2的关系。先前有研究[22]报道，服用β受体阻滞剂可降低心衰患者的VE/VCO2斜率，对于伴有心房颤动的心衰患者也是如此。在高海拔地区，卡维地洛也使VE/VCO2斜率明显降低，从39±10降到32±14，很可能是因为卡维地洛阻断了β1、β2和α受体，减少了缺氧对化学感受器的刺激[21]，使得血流动力学和交感驱动重新建立。应用β受体阻滞剂的患者VE/VCO2斜率与预后具有显著相关性。对于特发性扩张型心肌病伴心衰患者，最佳剂量的血管紧张素转化酶抑制剂/血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂药物治疗可促进左心室反向重塑，改善VE/VCO2斜率[24]。据报道，长期沙库必曲/缬沙坦治疗可降低VE/VCO2斜率，但仅适用于VE/VCO2斜率>34者[25]。

5 结论

总之，CPET过程中VE与VCO2关系是反映心衰患者通气效率的重要指标。现综述描述了负荷递增CPET中VE与VCO2的关系，介绍了VE/VCO2斜率对不同情况心衰严重程度分级、预后评估的价值，以及VE/VCO2斜率对不同环境、患者状况和治疗方法的反应，为相关人员在临床工作中针对心衰患者进行个体化综合管理指明了方向。不过，仍需更多研究来进一步探索心衰患者管理中VE与VCO2关系变化的具体机制。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突