運動心肺功能測定-2003.9.15

運動心肺功能測定-2003.9.15

運動心肺功能測定（CardiopulmonaryExerciseTesting，CPET）是指伴有代謝測定（攝氧量VO2，二氧化碳排除量VCO2等氣體交換指標(biāo)）的心肺運動測驗，不同于一般的只是單純觀察心電圖ST-T的變化或心律變化的運動試驗；也不同于靜態(tài)肺功能。心血管系統(tǒng)與呼吸系統(tǒng)的基本功能是維持細(xì)胞呼吸。CPET是綜合心與肺，在一定功率負(fù)荷下測出VO2及VCO2等代謝指標(biāo)、通氣指標(biāo)及心電圖變化。所以它反映細(xì)胞呼吸功能的變化。

血管內(nèi)VO2與肺泡內(nèi)VO2是處于動態(tài)平衡的，心臟病學(xué)家WeberKT指出“心臟病學(xué)家和肺病學(xué)家不是把注意力集中于左心室，就是把注意力集中于肺泡。這種局限性不能恰當(dāng)?shù)乩斫夂洼^全面地觀察心肺單元因而提出“心肺單元”的概念。呼吸病學(xué)家WassermanK更進(jìn)一步提出“單獨給心或肺增加負(fù)荷是不可能的，所有的運動均需要心臟功能和肺臟功能的協(xié)調(diào)，以及

周圍循環(huán)和肺循環(huán)的協(xié)調(diào)作用來完成生存和工作所

需要的氣體交換作用”，并強調(diào)外呼吸-細(xì)胞呼吸正

常耦聯(lián)（Normalcouplingofexternaltocellular

respiration）即肺-心-活動肌群，因而它反映人體的

最大有氧代謝能力和心肺儲備能力，特別強調(diào)心肺聯(lián)合

功能測定(見圖1)。

6/24/20232圖1運動心肺偶聯(lián)機(jī)制6/24/20233常用參數(shù)意義和正常值

6/24/20234

觀察指標(biāo)可分為三大類：

①反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)，如最大攝氧量、

公斤攝氧量、無氧閾、代謝當(dāng)量、最大氧脈、最大

心率儲備、呼吸商、氣體交換率以及攝氧量與運動

負(fù)荷之間的關(guān)系等；

②反映通氣功能的指標(biāo)，如呼吸儲備、最大運動通氣

量、最大潮氣量、最大呼吸頻率以及潮氣量與深吸

氣量的比值等；

③反映氣體交換的指標(biāo)，如動脈氧分壓、肺泡與動脈

氧分壓差、動脈二氧化碳分壓、潮氣末二氧化碳分

壓、動脈-潮氣末二氧化碳分壓差、氧當(dāng)量、二氧

化碳當(dāng)量、死腔和潮氣量的關(guān)系等?，F(xiàn)簡要分析如

下：6/24/20235一、耗氧量（Oxygenconsumption，QO2）與

攝氧量（Oxygenuptake，VO2）

機(jī)體一定時間內(nèi)消耗的氧氣量稱為耗氧量，反映

細(xì)胞中氧的利用程度，包括運動中肌肉細(xì)胞氧的利

用情況。

經(jīng)肺泡與肺血流攝取的氧量稱為攝氧量。

通常情況下供氧需氧平衡，攝氧量即為耗氧量，

通過血液循環(huán)將氧輸送至運動肌群。

單位以L/min或ml/min/kg表示，是用氣體分析

法來測定的。

6/24/20236（一）最大攝氧量VO2max

（MaximalOxygenUptake）：

指在運動的最后階段，即竭盡全力階段，循環(huán)和呼吸系統(tǒng)發(fā)揮最

大作用時每分鐘所能攝取的氧量。此時隨著功率的增加，VO2不再增

加而形成一個平臺，相鄰兩次（1分鐘內(nèi)）VO2差值<150ml/min-1,

稱為VO2max。亦可用公斤攝氧量<2ml·kg-1·min-1表示，消除了體重的影

響。通常也稱為最大耗氧量、最大有氧代謝能力等。其計算公式為：

VO2max=COmax×(C（a—v）O2)

⑴

VO2max=VEmax×（FiO2-FeO2）⑵

由公式（1）可以看出，每分鐘最大攝氧量取決于循環(huán)系統(tǒng)的功能，

主要是心排出量，反映循環(huán)系統(tǒng)氧轉(zhuǎn)運的能力，

由公式（2）可以看出，每分鐘最大攝氧量也取決于呼吸系統(tǒng)的功

能，主要是每分鐘最大通氣量，反映呼吸系統(tǒng)通氣能力。

因而呼吸和循環(huán)受限均是其影響因素。VO2max減少，說明運動耐量

下降。

其數(shù)值大小與運動方式有關(guān)，如平板運動VO2max比踏車運動高5%-11%。6/24/20237

峰值攝氧量VO2peak

(peakormaximumoxygenuptake)：指運動過程中出現(xiàn)攝氧量的最高值，正常人VO2peak與VO2max二者數(shù)值接近，因最大運動平臺極難出現(xiàn)，峰值攝氧量可以近似認(rèn)為是最大攝氧量。

癥狀限制最大攝氧量（VO2maxsymptomlimited）：通常指患者的運動終點為各種癥狀所限，如呼吸困難、心悸、心絞痛、血壓過高和心電圖異常等，不能達(dá)到竭盡全力的極量運動階段，此時測出的峰值攝氧量即為癥狀限制最大攝氧量(見圖2)。

6/24/20238VO2max,PeakVO2

6/24/20239

VO2max自然變動

廣東省人民醫(yī)院觀察健康醫(yī)務(wù)工作者14例前后平均11年（7-13年）的運動心肺功能測驗自然變動。

男7例，平均年齡由30.3±6.7歲增長至41.0±8.3歲；

女7例，平均年齡由29.0±6.6歲增長至39.0±5.5歲。結(jié)果表明男女兩性運動耐力或有氧代謝能力隨年齡增長均有下降。

VO2max/kg男性平均每年下降1%，

女性平均每年下降1.3%。

6/24/202310VO2max實測值與VO2max預(yù)計值

VO2max實測值必須與預(yù)計值相比較，達(dá)到預(yù)計值的84%以上為正常。

VO2max預(yù)計值公式取自WassermanK（小于預(yù)計體重20%為消瘦，超過預(yù)計體重20%為肥

胖）。

男性：

(1)正常體重預(yù)計值=0.79×H-60.7

(2)正常體重者最大耗氧量預(yù)計值VO2maxpred（ml/min）=實際體重×（50.72-

0.372×年齡）

消瘦者VO2maxpred（ml/min）=[（實際體重+預(yù)計體重）/2]×（50.72-

0.372×年齡）

肥胖者VO2maxpred（ml/min）=[預(yù)計體重×（50.72-0.372×年齡）]+6×

（實際體重-預(yù)計體重）

女性：

(1)正常體重預(yù)計值=0.65×H-42.8

(2)正常體重VO2maxpred（ml/min）=（實際體重+43）×（22.78-0.17×年齡）

消瘦者VO2maxpred（ml/min）=[（實際體重+預(yù)計體重+86）/2]×（22.78-

0.17×年齡）

肥胖者VO2maxpred（ml/min）=[（預(yù)計體重+43）×（22.78-0.17×年齡）]

+6×（實際體重-預(yù)計體重）

如果是平板運動，VO2maxpred為踏車運動VO2maxpred的1.11倍

6/24/202311

廣東省人民醫(yī)院對29例COPD患者進(jìn)行

靜態(tài)肺功能與踏車遞增運動肺功能測定的研究，

發(fā)現(xiàn)VO2max/VO2max

pred與MVV/MVVpred呈正相關(guān)(r=0.70，P<0.001),

回歸方程式為

VO2max/VO2maxpred(%)=40.21+0.58MVV/MVVpred（%）

VO2max＝

40.21+0.58MVV/MVVpred（%）

VO2maxpred(%)

只需測定MVV，即可推算VO2max。而MVVpred及VO2maxpred系按年齡、

身高和體重等計算取得。6/24/202312二、代謝當(dāng)量（MET）

1MET是指人安靜時平均VO2，相當(dāng)于每分鐘每公斤3.5ml的攝氧量，用來衡量運動強度，生活活動強度，如用于康復(fù)運動處方。

6/24/202313

（三）VO2–workrate曲線斜率可用來評價無氧供能;該斜率反映的是功率增加時氧的消耗量，即作功效率。如果氧轉(zhuǎn)運不足，肌肉不能獲得足夠的氧，則斜率低于正常，VO2max降低(見圖3)。

6/24/202314

四、無氧閾(Anaerobicthreshold，AT或VO2AT)

指運動時有氧供能尚未需要無氧代謝補充供能時

的最大VO2值，即尚未發(fā)生乳酸性酸中毒時的最高VO2，

反映了機(jī)體耐受負(fù)荷的潛能，同時也反映了乳酸鹽和

乳酸鹽/丙酮酸比率在肌肉和動脈血中增加，它取決于

無氧代謝時乳酸產(chǎn)量。是運動時無氧代謝能力的標(biāo)志

可用于運動醫(yī)學(xué)、運動訓(xùn)練、生理及航空醫(yī)學(xué)等方面。

6/24/202315

確定AT點常用有三種方法

1.乳酸法：即撓動脈插管后持續(xù)取動脈血作血氣分析檢測乳酸水

平，出現(xiàn)乳酸性酸中毒時即為無氧閾；

2.V-slope法；

3.通氣當(dāng)量法：根據(jù)VO2,VCO2,VE,VE/VO2,VE/VCO2趨勢圖AT點上

①VE,VCO2突然非線性增加使直線呈角度上升，而VO2仍呈線

性不變；

②VE/VO2開始增加，而沒有VE/VCO2的相應(yīng)增加。后者增加

為呼吸代償點（RC點）；

③PetO2開始增加，而PetCO2處于平段，尚未降低，后者降低

時為RC點(見圖4)。

6/24/202316ATV-Slope

VCO2,VO2

A

正常反映

斜率=1

S1，S2

B異常反映

①弱體質(zhì)，心臟病

②McArdle’sdisease

糖原代謝?、跣?/p>

（肌型，缺少磷酸化酶）

6/24/202317AT

通氣當(dāng)量法

6/24/202318

AT6/24/202319

VO2max與AT最重要的一個方面是可根據(jù)其數(shù)值確定運動者的心功能狀態(tài)，不同于NYHAⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分級。心功能分級系根據(jù)WeberKT標(biāo)準(zhǔn)，按VO2max/kg及AT分級：

心功能分級(ml·min-1·kg-1)

VO2max/kgAT

A級>20>14B級16-2011-14C級10-168-11D級<10<86/24/202320五、心率與攝氧量

正常情況下，隨著運動負(fù)荷增加，心輸出量與心率呈線

性遞增。而心臟病患者由于心搏出量減低，隨著VO2的增

加，心率呈陡直上升；冠狀動脈供血不足之患者由于心

肌缺血，VO2通常隨著功率的增加緩慢遞增，因而心輸出

量不能與負(fù)荷增加同步；肺血管病時，由于肺血管壓力

增加，左心室輸出量減低，也表現(xiàn)為隨負(fù)荷增加，心率

增加呈陡直反映(見圖5)。

6/24/202321HR

VO2

6/24/202322

六、最大心率（HRmax）、心率儲備（HRreserve，HRR）

HRmax為最大運動時實測的最高心率。

HRR=HRmaxpred-

HRmax它反映了最大運動時心率增加的潛能。

最大心率預(yù)計值（HRmaxpred）=220―年齡（歲）或210-0.65×年齡。

主要用在運動受限的鑒別診斷。

正常情況下，HRR<15beat/min；

高血壓病和冠脈缺血的患者由于血壓過高、心肌缺血而提前停止運動，

HR尚未接近最大值，故HRR大；

心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)疾病及竇房結(jié)疾病患者HRR大乃因其心率增加緩慢；

用力不足者和服用了β受體阻滯劑或因肺臟因素受限的患者HRR均較大。

6/24/202323八、氧脈（O2pulse,VO2/HR）

攝氧量與心率的比值即氧脈，VO2/HR=SV(CaO2-CvO2)

是指每一次心搏時攝取的氧量或氧進(jìn)入肺血管中的量。

運動中，隨著功率的增加，動脈-混合靜脈氧含量差增加，因而氧脈增

加。

貧血、碳氧血紅蛋白升高、嚴(yán)重的低氧血癥、肺血氧合能力降低及右向

左分流均可導(dǎo)致動脈氧含量下降，氧脈隨之下降。

骨骼肌氧化能力低下、心功能減退每搏出量降低也可導(dǎo)致氧脈下降。

正常情況下運動開始和終止時的氧脈不同。運動開

始時，隨著心輸出量

增加，動脈-混合靜脈氧含量差增加，氧脈逐步增加。運動后期至終止時，

正常人氧脈下降（見圖7）。

心衰患者氧脈增加，考慮可能與運動接近終止時血壓開始下降、左心室

后負(fù)荷突然降低、左室射血分?jǐn)?shù)明顯增加和心搏出量增加等有關(guān)。

最大氧脈預(yù)計值計算公式（VO2/HR）maxpred

=VO2maxpred/HRmaxpred

若氧脈實測值大于最大氧脈預(yù)計值，表明運動者心血管系統(tǒng)正?；蚍昧?/p>

β受體阻滯劑。

6/24/202324VO2/HR,O2pulse

6/24/202325九、血壓

動脈血壓決定于心輸出量和末梢血管阻力，運動時，由于心排出量大幅度增加，收縮壓上升，上升程度與運動強度、心排出量密切相關(guān)。正常情況下，運動量越大，血壓越高。收縮壓增加大于舒張壓的增加，而由于運動時外周總阻力下降，舒張壓通常不變或稍下降。運動時血壓不能正常上升反而下降表明左心室功能低下，要警惕冠心病心肌缺血的發(fā)生。

當(dāng)運動時收縮壓高于240mmHg（我院為220mmHg）、舒張壓高于115mmHg時運動要立即停止。

正常情況下，最大運動時收縮壓可升至180-220mmHg、舒張壓

可升至70-90mmHg，若舒張壓升高超過15mmHg，要警惕隱性高血壓。

6/24/202326十、反映通氣變化的幾個指標(biāo)：（一）潮氣量（VT）與深吸氣量（IC）,VT/IC的比值運動時正常人VT通常小于靜息時IC的70%，VT/IC罕見超過0.8。由于VC測定影響因素較多，VT/IC比VT/VC更有價值。（二）通氣量（VE）、最大運動通氣量（VEmax）與呼吸頻率（RR）

VE常指每一分鐘進(jìn)入或從肺中排出的氣體量。等于VT與RR的乘積。隨著運動量的增加VE呈不同程度的增加。VE與患者身高、年齡、性別、死腔通氣等有關(guān)。

VEmax是指極量運動時的通氣量。安靜時VE為5-8L/min，最大運動時VEmax可達(dá)70-120L/min。無氧閾以下的運動負(fù)荷，通氣量與運動負(fù)荷呈線性相關(guān)。無氧閾以上運動負(fù)荷，通氣量與VO2呈非線性關(guān)系，通氣量增加超過了攝氧量的增加。

RR是指呼吸頻率，正常人最大運動時RR可達(dá)34-46bpm，很少超過50bpm。6/24/202327（三）呼吸儲備（BR）

反映最大運動時的最大呼吸能力，BR降低通常為運動受限的因素之一，由于通氣功能障礙，通氣能力減低（MVV低）所致。故限制性或阻塞性肺疾患常導(dǎo)致低BR(見圖8),而因心血管因素運動受限者BR升高。公式BR=（MVV-VEmax）或（MVV-VEmax）/MVV%（正常值：38±22L/min，或20-50%），

6/24/202328VT,IC,VE,MVV,BR

6/24/202329MVV與運動中潮氣流量-容積環(huán)（extFVL）比較6/24/202330呼氣流量受限的程度VFL，extFVL，MFVL6/24/202331COPD患者M(jìn)FVL與extFVL6/24/202332ILD患者M(jìn)FVL與extFVL6/24/202333十一、V/Q不均的測定（一）死腔通氣：生理死腔與潮氣量比值（VD/VT）

正常值：男性<40歲，

靜息時0.29±0.06，

AT時0.17±0.05，

最大運動時0.16±0.04；男性>40歲，

靜息時0.30±0.08，

AT時0.20±0.07，

最大運動時0.19±0.07。6/24/202334V/Q不均,VD/VT

6/24/202335（二）肺泡-動脈氧分壓差[P（A-a）O2]

PaO2正常值：休息時約為80mmHg以上，最大運動時稍有升高。P（A-a）O2正常值：20-39歲靜息為8mmHg，AT時為11mmHg，最大運動為15mmHg；40-69歲靜息為6-20mmHg，AT時為10-24mmHg，最大運動為10-28mmHg。

氣道阻塞性疾病患者，由于肺泡通氣量降低，V/Q降低，運動時隨著功率增加PaO2降低，P（A-a）O2增大；運動時心排出量增加，由于肺泡通氣降低，故小動脈缺氧而收縮。但V/Q均衡區(qū)域的肺泡血流量增加，減少低氧血癥的發(fā)生。

肺纖維化、肺血管病患者血管床減少，運動時心排出量增加，但血管床不能增加，血流通過僅有的血管床使氣體交換不足，導(dǎo)致明顯的低氧血癥。

肺泡蛋白沉著癥患者，運動時心排出量增加，肺泡灌注增加，因彌散障礙肺泡氧不能與紅細(xì)胞內(nèi)的氧達(dá)到平衡，出現(xiàn)低氧血癥。休息時，PaO2可以在正常水平。

過度通氣時，肺疾病的患者PaO2可以正常，但P（A-a）O2會出現(xiàn)異常。此外，右房壓力增加，導(dǎo)致分流，P（A-a）O2增加（見圖10）。P（A-a）O2增大表明VA/Q不均，彌散異常，右向左分流（見圖10）

6/24/202336P(A-a)O2

6/24/202337（三）動脈血與潮氣末二氧化碳分壓差P（a-et）CO2P（a-et）CO2反映V/Q不均、肺泡死腔變化。PetCO2是肺泡呼氣期最高的PCO2，而PaCO2代表的是平均肺泡PCO2，代表理想氣體交換肺單元的PACO2，運動時因CO2產(chǎn)量增加，運送到肺的CO2增加，由于呼氣時新鮮空氣不稀釋肺泡內(nèi)氣體，此時的肺泡PetCO2接近靜脈PCO2，PetCO2明顯高于PaCO2。因此，運動時PetCO2高于PaCO2，P(a-et)CO2為負(fù)值-4mmHg左右。休息時稍呈正值，PaCO2高于PetCO22mmHg左右。

若運動后P(a-et)CO2為正值，證明有通氣的肺泡灌注減少，VA/Q增高。右向左分流時，PaCO2>PetCO2,為了代償PaCO2增加，肺泡必然過度通氣，VA/Q增高。

由于VD/VT增加，P(a-et)CO2增高，表明VA/Q不均發(fā)生在高VA/Q肺單位中。P(a-et)CO2為正值是過度通氣的重要依據(jù)。反之P（A-a）O2增加，VA/Q不均發(fā)生在低VA/Q肺單元中。(見圖11）6/24/202338PaCO2,PetCO2

6/24/202339P(a-et)CO2

6/24/202340（四）二氧化碳通氣當(dāng)量（VE/VCO2）氧通氣當(dāng)量（VE/VO2）

二氧化碳通氣當(dāng)量（VE/VCO2）VE/VCO2是死腔通氣的指標(biāo)之一。顯示排除1升CO2所需的通氣量，反映通氣效率。計算公式：VE/VCO2=K/[PaCO2×(1-VD/VT）]公式中可以看出：1、當(dāng)VD/VT增大時，VE/VCO2隨之增加；2、過度通氣時，VE/VCO2增加，PaCO2下降。正常值在AT點時，VE/VCO2約為29±/4.3。若升高，表明過度通氣、死腔增加。

6/24/202341

氧通氣當(dāng)量（VE/VO2）指攝入或消耗1升氧量所用的通氣量。VE/VO2反映氧提取效率，運動時其最低點反映無氧閾的位置（見圖12），是確定無氧閾最敏感的指標(biāo)，也反映化學(xué)感受器的敏感度。當(dāng)化學(xué)感受器不敏感時，VE/VO2到運動終末時才下降。

COPD時V/Q不均，運動最大耗氧量減低，VE/VO2就增加；而出現(xiàn)代酸時，通過過度通氣代償酸中毒，因而VE/VCO2也增加。

過度通氣的氣體代謝特點是VD/VT升高，PaCO2減低,VE/VCO2及VE/VO2增加。

6/24/202342VE/VCO2,VE/VO2

6/24/202343十二、最大二氧化碳產(chǎn)量（VCO2max）反映機(jī)體清除代謝產(chǎn)物二氧化碳的量。在遞增運動初始階段，隨著運動負(fù)荷的增加，VCO2也不斷增加，增加幅度近似于耗氧量的增加。一旦到達(dá)無氧閾，VCO2增加比VO2增加要快，這時就需要HCO3-/H2CO3緩沖機(jī)制來調(diào)節(jié)。

最大運動時VCO2可增加到約為正常靜息時的20倍左右。

6/24/202344十四、氣體交換率（Respiratoryexchangeratio,R）與呼吸商（Respiratoryquotient,RQ）氣體交換率（R）表示外呼吸過程中肺內(nèi)每分鐘CO2排除量與每分鐘O2攝取量之比，R=VCO2/VO2。呼吸商（RQ）表示組織內(nèi)每分鐘CO2的產(chǎn)量（QCO2）與每分鐘O2消耗量（QO2）之比，RQ=QCO2/QO2。肺內(nèi)和組織中的比率相等，因此R=RQ，這種氣體交換的平衡對于保證體內(nèi)生理平衡正常狀態(tài)是必需的。在遞增運動初始階段，VCO2增加幅度近似于（或稍低于）耗氧量的增加，此階段的R和RQ之值均小于1。達(dá)到無氧閾時，VCO2增加比VO2增加要快，此階段的R和RQ之值均大于1，即由靜息時的0.8增加到1以上的水平，最高可達(dá)1.5。

6/24/202345

表1.CPET各參數(shù)正常值范圍（最大運動時）

參數(shù)正常范圍攝氧量VO2

max>84%預(yù)計值A(chǔ)T>40%VO2

maxpredΔVO2/ΔWR>8.29ml/min.w-1(10.3±1.0)心血管反應(yīng)VO2/HR（O2pulse）>80%predHRreserve<15bpmHRresponse<50bpmBP<220/90mmHg通氣反應(yīng)DImaxVEmax/MVV<75%BRmaxMVV-VEmax>11LRR<50bpmVT/VC<55%VT/IC<80%氣體交換VE/VCO2@AT<34VE/VO2@AT<30VD/VT<0.28P(a-et)CO2<0PaO2>80mmHgP(A-a)O2<35mmHgSaO2<4%6/24/202346

運動心肺功能的特征性反應(yīng)

各種疾病運動心肺功能表現(xiàn)

（參考WassermanK的總結(jié)）

6/24/202347一、心臟病

心血管系統(tǒng)最主要、最直接的作用是氣體運輸。4種類型心臟?。ü谛牟　⑿募〔?、瓣膜病和先天性心臟?。┬墓δ懿蝗?，在運動中引起VO2，VCO2，HR的變化。HR與VO2關(guān)系密切，VO2=SVHR（CaO2-CvO2），心臟病患者心搏出量（SV）減低，VO2減低，運動時心排出量的增加依靠心率（HR）的增加，在HR-VO2坐標(biāo)圖上呈低氧耗-高心率改變，在心排出量低的情況下，于低功率時CvO2已達(dá)到低值，CaO2-CvO2加寬，氧脈{SV（C(a-v)O2）}低，且增加至一定程度后不再繼續(xù)上升，呈平坦趨勢。最大功率時ΔVO2/ΔWR變淺，反映無氧代謝比率增加，乃因氧運輸受限之故。某些心力衰竭患者VD/VT增高，發(fā)展至通氣/灌注比率失調(diào)，為維持血pH體內(nèi)平衡需要而進(jìn)一步增加通氣。慢性代謝性酸中毒，運動中急性加重加之伴隨死腔增加，均為慢性心衰患者呼吸困難癥狀明顯的重要原因。6/24/202348（一）瓣膜心臟病氣體交換指標(biāo)特點⒈低ΔVO2/ΔWR，而且逐漸降低；⒉低VO2max；⒊低AT；⒋低VO2/HR，于低功率時達(dá)一平臺；⒌HR-VO2斜率變陡，呈低氧耗-高心率改變；⒍恒定功率運動時，VO2遞升減緩。6/24/202349二、阻塞性肺疾患CPET特點（見圖13.）

COPD

V/Q比例失調(diào)

呼吸功

VD/VTPaO2

，pH

氣流阻塞

彈性回縮力

通氣需要

通氣能力

運動限制（呼吸困難）

圖13.COPD患者運動受限的機(jī)制示意圖6/24/202350

阻塞性肺疾患CPET特點

慢性阻塞性肺疾患（COPD）患者CPET特點主要表現(xiàn)為通氣能力減低和通氣需要增加，肺氣腫患者通氣能力減低系由于氣流阻塞增加伴肺彈性回縮力降低，而慢性支氣管炎和哮喘乃系氣流阻力增加之故。COPD通氣需要增加是基于肺通氣不足導(dǎo)致V/Q比率失調(diào)，部分肺區(qū)通氣不足，部分肺區(qū)過度通氣，致使VD/VT增加，因而需要增加通氣排出CO2，維持血中PCO2恒定。在有灌注的肺單元，因低通氣引起低血氧，通過頸動脈體化學(xué)感受器也使肺通氣增加。

1.低VO2max；2.高VD/VT；3.高P（a-et）CO2；4.高P（A-a）O2；5.低BR；6.作功耗氧量增加，于低功率時出現(xiàn)乳酸酸中毒，代謝性酸中毒時不能進(jìn)行呼吸補償；7.高HRR；8.異常（矩形Trapezoidal）呼氣流量型。

6/24/202351

三、

限制性肺疾患CPET特點

肺間質(zhì)纖維化使肺總量（TLC），及深吸氣量（IC）降低，運動中潮氣量（VT）能增加的程度受限，故而VT/IC比值接近1，同時患者必須用快的呼吸頻率以達(dá)到運動中通氣需要，RR超過50次/分鐘，于最大功率時通氣量接近MVV。

肺間質(zhì)纖維化功能性肺毛細(xì)血管床減少，運動中不能增加。當(dāng)功率和心排血量增加時，紅細(xì)胞經(jīng)過肺毛細(xì)血管內(nèi)時間縮短，導(dǎo)致PaO2降低，由于通氣-灌注原因，死腔通氣增加，加之快速、淺表的呼吸形式使低血氧惡化，導(dǎo)致呼吸困難。

胸壁病變患者如肺間質(zhì)纖維化一樣，運動過程中VT增加受限，最大胸內(nèi)壓不能使VT隨功率增加而正常增加。因此VE增加需要RR增快。VO2降低。但ΔVO2/ΔWR即VO2隨功率增加而正常成比增加。由于肺實質(zhì)正常，PaO2正常并不降低。主要特點是呼吸動力機(jī)制限制最大運動實施。反之HRR高。6/24/202352四、肺血管病變?nèi)绶嗡ㄈ?、特發(fā)性肺血管阻塞肺血管病變使通氣好的肺泡灌注減少，沒有血管病變即灌注好的肺泡高灌注，而且需高通氣排出CO2以維持PaCO2及pH于正常水平。低灌注肺泡的過度通氣造成肺泡死腔。死腔通氣增加導(dǎo)致高VD/VT和P（a-et）CO2持續(xù)正值。

低血氧隨功率增加而加重。首先，功能性毛細(xì)血管床減少，運動肺血流加速，氧彌散平衡時間縮短，肺泡和毛細(xì)血管末端間PO2很少能達(dá)到平衡；其次，運動使肺血管阻力增加，肺動脈壓增高，發(fā)展成右至左分流，導(dǎo)致低血氧。吸100%氧情況下，重復(fù)運動試驗，如出現(xiàn)低血氧當(dāng)可確定右至左分流。第三、低V/Q肺單元所致低血氧常見于急性肺栓塞，但在慢性肺血管阻塞性疾病中不是重要原因，后者高V/Q肺單元明顯，不引起低血氧癥。肺血管阻力引起血流動力學(xué)障礙使右室輸送至左心房血液難以滿足運動中心排出量增加的需要。運動中心排出量降低，同心臟病相似，其VO2max、AT和VO2/HR降低。同時氣體交換出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為VD/VT、P（a-et）CO2和P（A-a）O2增高。

6/24/202353肺循環(huán)疾病CPET特點1.高VE：于次極量功率時；2.高VD/VT；3.高P（a-et）CO2；4.PaO2隨功率增加而降低；5.P（A-a）O2隨功率增加而增加；6.低VO2max；7.低AT；8.ΔVO2/ΔWR接近最大功率時斜率變淺；9.低VO2/HR。6/24/202354

五.各種疾患運動心肺功能測驗特征性反映的機(jī)制6/24/202355運動心肺功能試驗的臨床應(yīng)用

6/24/202356一、心肺運動試驗在臨床上廣泛開展已有數(shù)十年歷史，主要用于：（一）評價運動受限的病理生理、功能損害的嚴(yán)重程度；（二）呼吸困難的鑒別診斷（心、肺、肺血管等）；（三）評定心血管和肺疾患治療方式的效果；（四）評估外科大手術(shù)的危險性及預(yù)后；（五）評估器官移植生存潛能（心臟移植、肺移植等）；（六）康復(fù)醫(yī)學(xué)運動處方個體化制定；（七）運動醫(yī)學(xué)、運動計劃、訓(xùn)練方案的制定；（八）勞動力評定。6/24/202357二、運動心肺功能在外科手術(shù)的應(yīng)用Older報告了60歲以上老年腹腔大手術(shù)患者187例，用運動無氧閾時的攝氧量（AT），以>11ml/kg.min-1（單位下同）和11為界對心力衰竭分級，發(fā)現(xiàn)AT>11者病死率為0.8%；<11者為18%。ECG已有心肌缺血者，AT<11病死率為42%，>11者病死率為4%，差異顯著。氧的供需在外科手術(shù)負(fù)荷與運動負(fù)荷之間主要區(qū)別在于全身氧的提取率（globaloxygenextractionratio，OER即[（CaO2-CvO2）/CaO2]。老年患者運動時OER為50%時是在近無氧閾處。外科大手術(shù)OER罕見越過35-46%，通常在30%左右。在相同攝氧量情況下，外科手術(shù)后心排出量比運動負(fù)荷下多65-70%，即外科手術(shù)低OER需高心排出量。

大手術(shù)后平均攝氧量（VO2

max/kg）約4.5-5，也達(dá)6-7。因此運動負(fù)荷下AT不能達(dá)到8.5-11.5就不能滿足大手術(shù)需氧量增加和繼之引起的心排出量增加，以適應(yīng)手術(shù)時高代謝狀態(tài)和術(shù)后的組織修復(fù)。6/24/202358

運動心肺功能測定可客觀評價心肺系統(tǒng)對需氧增加時的反應(yīng)，可測定心血管儲備和在負(fù)荷下心排出量增加的能力。運動測驗攝氧量能反映心功能及氧的運輸，代表心臟儲備能力。同樣AT的測定反映循環(huán)系統(tǒng)維持氧運輸?shù)哪芰?，且與患者用力無關(guān)。它關(guān)系到圍手術(shù)期ATP有氧代謝內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。對心肺功能不全，靜態(tài)肺功能認(rèn)為不宜手術(shù)但又必須手術(shù)者，運動負(fù)荷測驗將圍手術(shù)期屬高危患者與低?；颊邊^(qū)別開，甚至只需測定AT即可，遠(yuǎn)不需達(dá)到極量運動（可參看表4）6/24/202359

表4.胸科手術(shù)或上腹部大手術(shù)運動負(fù)荷測驗

VO2max/kg>20罕見并發(fā)癥10-15高?；颊?lt;10

病死率接近30%，并發(fā)癥發(fā)生率接近45%AT>11危險性低（>基礎(chǔ)代謝2倍以上）<11危險性高最近Bolliger等認(rèn)為VO2max%（VO2max/VO2maxpred%）相對值更具優(yōu)越性。因VO2max絕對值沒有用性別、年齡作校正。建議：VO2max%>75%，無手術(shù)并發(fā)癥，可耐受手術(shù)；VO2max%<60%，肺葉切除危險性大，應(yīng)盡量避免作一葉以上肺葉切除；VO2max%<40%，不適宜作任何剖胸術(shù)。6/24/202360（二）、COPD與MVD運動心肺功能測定比較

COPD與MVD之VEmax/MVV關(guān)系6/24/202361

（一）、原發(fā)性肺動脈高壓患者運動心肺功能測定參數(shù)項目例1例2預(yù)計值實測值預(yù)計值實測值Wmax6480VO2max17288221587740HRmax196136184163VO2/HRmax8.868.54.5VO2AT>691570>631501VO2AT/VO2maxpred>4032.9>4031.7BPrest81/5190/64max96/72132/70VEmax67.551.9VTmax1.41.41RRmax4837BRmax>1526.4>1519.1PaO2rest,max缺,10.110.4,10.5P(A-a)O2rest,max缺,5.74.5,6P(a-et)CO2缺,缺,-0.25,+0.23VD/VTrest,max0.50,0.580.24,0.41HCO3-rest,max缺,16.123.6,16.5VE/VCO2atAT95466/24/202362表5.各種疾患運動心肺功能測定的特征性反應(yīng)

心臟病慢阻肺肺間質(zhì)纖維化肺血管疾患體弱

VO2maxATNN或VO2/HRNHRRNBRNN或NRRNN>50NVT/ICNN>80%NNPaO2NNP（a-et）CO2NNVD/VTNNΔVO2/ΔWR斜率NNEKG異常NNNN6/24/202363（五）運動心肺功能測定的禁忌癥運動心肺試驗是一種較為安全的試驗，我院19年來無1例出現(xiàn)并發(fā)癥。但也有關(guān)于運動中出現(xiàn)心肌梗塞甚至死亡的報道，運動試驗并發(fā)癥的死亡率在0.01%以下。因此，必須熟悉運動試驗的并發(fā)癥，并掌握其禁忌癥。對于肺疾病或心血管疾病患者運動前需要仔細(xì)評估保證進(jìn)行運動試驗的安全性和有效性，其禁忌癥如下：6/24/202364

禁忌癥1.吸入室內(nèi)空氣情況下PaO2<45mmHg；2.PaCO2>70mmHg；3.FEV1<30%pred；4.近期心肌梗死；5.不穩(wěn)定心絞痛；6.急性肺栓塞或者肺梗塞；7.IIO-IIIO心臟房室傳導(dǎo)阻滯；8.快速室性/房性心律失常；9.嚴(yán)重身體畸形未糾正者；10.嚴(yán)重的主動脈狹窄；11.充血性心力衰竭；12.未控制的高血壓；13.神經(jīng)系統(tǒng)疾病所致的運動受限；14.室壁動脈瘤；15.嚴(yán)重的肺動脈高壓。6/24/202365（六）運動心肺試驗可能出現(xiàn)的并發(fā)癥如下：1.心動過緩的心律失常；2.猝死（室性心動過速/室顫）；3.心肌梗死；4.充血性心力衰竭；5.低血壓和休克；6.肌肉骨骼損傷；7.嚴(yán)重疲勞，頭暈，乏力，全身不適，身體疼痛和持續(xù)數(shù)日的疲乏等。

6/24/202366三、終止運動的指征（一）新出現(xiàn)或者加重的心絞痛；（二）中樞神經(jīng)癥狀，如共濟(jì)失調(diào)、頭暈、或接近暈厥；（三）末梢低灌注情況，如紫紺、蒼白；（四）疲乏、氣促、喘息、腿痙攣或者間歇性跛行；（五）運動中收縮壓較基礎(chǔ)值下降>10mmHg，運動功率增加血壓不升，并伴有缺血癥狀；或高血壓反應(yīng)（無明顯癥狀時，收縮壓>250mmHg，我院為220mmHg）和/或舒張壓>115mmHg；（六）在無Q波的導(dǎo)聯(lián)（不包括V1和aVR導(dǎo)聯(lián)）出現(xiàn)ST段抬高（1.0mm)，此外，ST段持續(xù)性壓低，或者心電軸明顯偏移；（七）較嚴(yán)重的心律失常，室上性心動過速，高度室性心律失常如多源性、短陣室速等。6/24/202367系統(tǒng)評價

運動心肺功能測驗

WassermanK9幅圖

6/24/202368Case2

6/24/202369Case2

6/24/202370Case6(Normal)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age37SexMH.cm157W.Kg6367VC.L3.304.38IC.L2.202.80TLC.L4.525.30FEV1.L2.663.52FEV1/FVC%8180MVV.L/min127124DLco.22.429.8ml/mmHg/min

CPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min2.362.23VO2max/kg.ml/min33HRmax.

bpm183188VO2/HRmax.ml/beat12.911.9△VO2/△WR.ml/min/W10.310.4AT.L/min>0.991.1BP.mmHg(r,max)125/75,188/94VEmax.L/min90BR.L/min>1534PaO2.mmHg(r,max)84,114P(A-a)O2.mmHg(r,max)7,2P(a-et)CO2.mmHg(r,max)0,-4VD/VT(r,max)0.31,0.16HCO3-mmol/L(r,2minrecov)24,166/24/2023716/24/202372Case27(MI)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age43SexMH.cm160W.Kg6156VC.L2.882.03IC.L1.921.49TLC.L4.333.32FEV1.L2.361.81FEV1/FVC%8289MVV.L/min9090DLco.21.723.5ml/mmHg/minCPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min1.570.79VO2max/kg.ml/min14HRmax.177186VO2/HRmax.ml/beat8.94.2△VO2/△WR.ml/min/W10.35.6AT.L/min>0.740.66BP.mmHg(r,max)VEmax.L/min31BR.L/min>1559PaO2.mmHg(r,max)P(A-a)O2.mmHg(r,max)P(a-et)CO2.mmHg(r,max)VD/VT(r,max)HCO3-mmol/L(r,2minrecov)6/24/2023736/24/202374Case40(Emphysema)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age65SexMH.cm170W.Kg7499VC.L3.722.17IC.L2.481.31TLC.L5.858.22FEV1.L2.890.56FEV1/FVC%7626MVV.L/min12331DLco.25.113.2ml/mmHg/minCPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min2.110.90VO2max/kg.ml/min9HRmax.bpm155129VO2/HRmax.ml/beat13.67.0△VO2/△WR.ml/min/W10.38.9AT.L/min>0.93notrBP.mmHg(r,max)175/94,256/138VEmax.L/min28BR.L/min>153PaO2.mmHg(r,max)56,46P(A-a)O2.mmHg(r,max)39,48P(a-et)CO2.mmHg(r,max)4,6VD/VT(r,max)0.40,0.41HCO3-mmol/L(r,2minrecov)28,276/24/2023756/24/202376Case41(Emphysema&PVD)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age65SexMH.cm173W.Kg7663VC.L4.004.37IC.L2.672.62TLC.L6.159.11FEV1.L3.132.11FEV1/FVC%7848MVV.L/min13187DLco.268.4ml/mmHg/minCPETdataMeasurementPred.Meas.VO2max.L/min1.951.25VO2max/kg.ml/min20HRmax.bpm159149VO2/HRmax.ml/beat12.38.4△VO2/△WR.ml/min/W10.38.5AT.L/min>0.860.7BP.mmHg(r,max)127/75,190/96VEmax.L/min85BR.L/min>152PaO2.mmHg(r,max)83,72P(A-a)O2.mmHg(r,max)32,52P(a-et)CO2.mmHg(r,max)4,8VD/VT(r,max)0.28,0.41HCO3-mmol/L(r,2minrecov)22,13VE/VCO2atAT38VE/VO2atAT426/24/2023776/24/202378Case49(IILD)PFTdataMeasurementPred.Meas.Age45SexFH.cm