運動心肺功能測定定稿

運動心肺功能測定定稿第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心肺運動試驗的臨床應(yīng)用南京軍區(qū)福州總醫(yī)院

姜洪第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心肺運動試驗簡介心肺運動試驗包括兩個部分心電圖負荷試驗和氣逆代謝分析，前者早已廣泛引用于臨床，用于診斷心肌是否有潛在的缺血，但對心臟的功能狀況不能進行評價氣體代謝分析是對肺、心臟、血紅蛋白攜氧、肌肉等系統(tǒng)進行功能評價第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二機體的心臟和肺發(fā)生病變時，早期在靜態(tài)下由于心肺功能處于代償階段，應(yīng)用人們現(xiàn)有的諸如肺功能儀、心臟彩超等儀器往往不能發(fā)現(xiàn)異常，從而無法早期診斷運動時，機體的能量需求增加，要求①肺的潮氣量和呼吸頻率增加，以吸進更多的氧氣，排出更多的二氧化碳②心臟的每搏輸出量和心率增加，以輸送更多的O2和CO2心肺運動試驗簡介第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二運動調(diào)動了心肺的貯備功能心臟和肺的功能加強，血管擴張、血流加快，以增加供O2和排除CO2任何一個環(huán)節(jié)（肺—心臟—肺循環(huán)和體循環(huán)—肌肉）的異常均會造成供O2和/或排除CO2出現(xiàn)異常氣體代謝分析就是在運動中對O2和CO2進行實時連續(xù)的（breath-by-breath）測定分析以判斷心肺等系統(tǒng)的貯備功能心肺運動試驗簡介第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二氣體傳輸機制從血液灌流肌肉中增加提取O2選定周圍血管床擴張心輸出量的增加（每搏量和心率）增加肺部血液流量（肺血管補充和擴張）通氣增加什么可能使O2利用率增加？第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二功能模型-測量氣體交換-收集相關(guān)信息-...通過增加運動負荷-測量心功能參數(shù)第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二通過測量氣道內(nèi)的氣體交換，同步評估心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)對同一運動應(yīng)激的反應(yīng)情況是伴有代謝測定（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)肺功能綜合心與肺，在一定功率負荷下測量代謝指標(biāo)、通氣指標(biāo)及心電圖變化。反映細胞呼吸功能的變化優(yōu)于并可代替運動ECG心肺運動試驗的定義（CardiopulmonaryExerciseTesting，CPET）第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心臟血流肺肌肉O2QO2.QCO2.肺循環(huán)外周循環(huán)肌肉活動

O2和CO2傳輸通氣(VA+VD=VE)...VO2.VCO2.CO2O2O2O2CO2CO2CO2環(huán)境空氣第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心肺運動發(fā)展歷史第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心肺疾病綜合途徑心輸出量通氣氣體彌散O2萃取第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二Ergospirometry氧氣供應(yīng)心臟 4%皮膚 11%其他 2%大腦 4%腎臟 3%肌肉 73%消化系統(tǒng) 3%第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心肺運動試驗測量內(nèi)容第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二心肺運動試驗常用指標(biāo)及意義①反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)——最大攝氧量、公斤攝氧量、無氧閾、代謝當(dāng)量、最大氧脈搏、最大心率儲備、呼吸商、氣體交換率以及攝氧量與運動負荷之間的關(guān)系②反映通氣功能的指標(biāo)——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③反映氣體交換的指標(biāo)——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)系第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)最大攝氧量（VO2max）當(dāng)在負荷逐漸遞增的運動過程中的一定時刻，氧的攝入量（VO2）不再隨運動負荷（功率）和心率的增加而增加，出現(xiàn)一個平臺，這時的VO2叫做VO2max表示肌體氧利用的最大上限，同時它反映肌體的氣體運輸系統(tǒng)（肺、心血管、血紅蛋白）以及肌肉細胞的有氧代謝是否正常心、肺疾病及貧血等使氧利用和氧流障礙的疾病均可使VO2max下降。正常值：大于預(yù)計值的84%第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)公斤攝氧量(VO2max/kg)衡量不同的個體完成同樣功率負荷的運動能力綜合評價心肺功能的客觀指標(biāo)具體評估參考標(biāo)準(zhǔn)見下表第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二根據(jù)公斤攝氧量評估運動能力和心肺功能障礙標(biāo)準(zhǔn)

運動級別

公斤攝氧量VO2/kg（ml/kg

運動能力

備注

160--80

最高強度的競技比賽：如馬拉松、游泳、劃船等優(yōu)秀運動員250--59高強度的娛樂比賽：如爬山、滑雪、踢足球等340—49中等強度的娛樂比賽：如舞蹈、滑冰等425—39低強度的娛樂比賽：如賽馬、高爾夫球等勝任日常工作520—24娛樂運動：如走路（7km/h）、騎車（14km/h）等610—19休閑活動：如走路（5km/h）、作家務(wù)活動等76—9少量活動：如坐著或站著干點輕微小活等來自美國心臟和胸科協(xié)會對心肺功能障礙的評估標(biāo)準(zhǔn)（VO2max/kg）(ml/kg)116-20輕度心肺功能障礙可康復(fù)治療210-15中度心肺功能障礙勝任外科手術(shù)36—9重度心肺功能障礙能耐受手術(shù)，但并發(fā)癥較多發(fā)4<6嚴(yán)重心肺功能障礙手術(shù)禁忌癥第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)無氧閾（anaerobicthreshold，AT）無氧閾是指在負荷遞增的運動過程中，肌體內(nèi)的供能方式由有氧代謝向無氧代謝過渡的臨界點，此點時體內(nèi)乳酸的形成率和從血液中的清除率達到動態(tài)的平衡AT值表明體力活動和心肺系統(tǒng)能為肌肉提供足以維持有氧代謝攝氧量的最高水平既可用于運動受限的診斷和鑒別診斷，還可以用于治療前后的功能評價及鍛練效果與運動耐力的評價一般用在AT點時VO2占VO2max的百分?jǐn)?shù)表示AT值正常人AT>40%VO2max第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)代謝當(dāng)量（MET）指在1分鐘做1kg的功時肌體所能提供的攝氧量用MET為基本單位表示作功量，有助于制定運動處方、評價運動能力是否喪失以及可將不同運動方案的極量與次極量運動負荷標(biāo)準(zhǔn)化通過心肺運動試驗所測得的指標(biāo)，有助于解釋病人的運動反應(yīng)對有呼吸困難癥狀病人的診斷頗有幫助有學(xué)者根據(jù)CPET中最大運動負荷時所達到的MET，作為判斷心功能是否受損及其程度的指標(biāo)之一第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)MET與對應(yīng)的運動方式和運動量MET相對應(yīng)的運動方式和量3~5用掃耙掃落葉、作輕木工活、打高爾夫球、以4.8~6.8公里/小時的速度散步。5~7做外部木工活、網(wǎng)球輕打、輕負荷背包徒步旅行。>9重體力生產(chǎn)勞動、打手球、打網(wǎng)球、以9.7公里/小時的速度跑步。第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二美國紐約心臟病學(xué)會（NYHA）1928年心功能分級

Ⅰ級：

患者患有心臟病但活動量不受限制，平時一般活動不引起疲乏、心悸、呼吸困難或心絞痛。

Ⅱ級：心臟病患者的體力活動受到輕度的限制，休息時無自覺癥狀，但平時一般活動下可出現(xiàn)疲乏、心悸、呼吸困難或心絞痛。

Ⅲ級：心臟病患者體力活動明顯限制，小于平時一般活動即引起上述的癥狀。

Ⅳ級：心臟病患者不能從事任何體力活動。休息狀態(tài)下也出現(xiàn)心衰的癥狀，體力活動后加重。

第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二6分鐘步行試驗要求患者盡可能快的行走，測定六分鐘步行的距離。如<150m，為重度心功能不全；150~425m，為中度心功能不全；426~550m，為輕度心功能不全。

第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二MET量化心衰病人的心功能分級標(biāo)準(zhǔn)

心功能-------------------代謝當(dāng)量（METs）Ⅰ級：-----------------

≥7

Ⅱ級：-----------------

≥5

＜7

Ⅲ級：-----------------

≥2

＜5

Ⅳ級：-----------------

＜2衡量體力：＜5METs：65歲以下的病人＜5METs則預(yù)后不良；5METs：日常生活受限，通常是急性心肌梗死病人恢復(fù)的功能儲量；10METs：屬于相當(dāng)正常的健康水平，藥物治療的預(yù)后和冠脈搭橋術(shù)一樣好；13METs：雖然運動試驗有異常表現(xiàn)，但是預(yù)后好；18METs：有氧運動員的體力；22METs：有充分運動的競技運動員才能達到的運動量。反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)氧脈搏(O2.pulse,VO2/HR)評價心功能常用的指標(biāo)之一由VO2/HR計算出來的當(dāng)心功能不全時，心搏量不能隨著運動負荷的增加而增加，心臟只有通過HR的增加來滿足運動著的肌體對氧的需求，HR增大，VO2/HR就減小，反應(yīng)了心臟的儲備功能降低氧脈搏降低也可見于貧血、高碳氧血紅蛋白或嚴(yán)重的動脈低氧血癥等動脈血氧含量減少的病癥第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映運動耐量以及心功能的指標(biāo)呼吸交換率（Respiratoryexchangerate,RER或R）指肺內(nèi)每分鐘CO2排出量（VCO2）與每分鐘攝氧量（VO2）之比值是V-Sslop法確定AT點的依據(jù)RER<1時，表示有氧運動RER>1時，表示無氧運動呼吸商(RespiratoryQuotient,RQ)反映細胞水平的氣體交換率第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映通氣功能的指標(biāo)呼吸儲備（Breathingreserve,BR）最大通氣量(MVV)與最大負荷運動通氣量VE之差的絕對值以最大負荷運動通氣量占MVV之百分?jǐn)?shù)表示BR降低是原發(fā)性肺疾病患者通氣限制的特點BR增高是心血管疾病患者運動限制的特點第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映通氣功能的指標(biāo)最大每分鐘通氣量（Vemax）是指伴隨著VCO2的上升而增加的VE正常情況運動期間的最大通氣量VEmax一般可以達到MVV的60~70%VE的增加取決于肺的代償能力VEmax是呼吸疾病運動受限的關(guān)鍵指標(biāo)第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二反映氣體交換的指標(biāo)氧通氣當(dāng)量（VE/VO2或EQO2）指消耗一升攝氧量時所需要的通氣量確定無氧閾的最敏感的指標(biāo)二氧化碳通氣當(dāng)量（VE/VCO2或EQCO2）指排出一升二氧化碳時所需要的通氣量評估運動試驗結(jié)果的重要指標(biāo)第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二其它呼吸參數(shù)潮氣量（Vt）、死腔/潮氣量（Vd/Vt）、潮氣量/吸氣肺總量（Vt/IC）、吸氣時間/呼吸時間（Ti/Ttot）、肺泡氣-動脈氧分壓差（P（A-a）O2）、動脈呼氣末二氧化碳分壓差（P（a-ET）CO2）、經(jīng)皮血氧飽和度（SpO2）等第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二

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%第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二常見心肺疾病的心肺運動功能反應(yīng)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?、心肌病、瓣膜病、先天性心臟?。┛梢鹦墓δ懿蝗谶\動中引起VO2，VCO2，HR的變化第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(一）瓣膜性心臟病氣體交換指標(biāo)特點⒈ΔVO2/ΔWR逐漸降低⒉VO2max降低⒊AT降低⒋低VO2/HR，于低功率時達一平臺⒌HR-VO2斜率變陡，呈低氧耗-高心率改變⒍恒定功率運動時，VO2動力學(xué)減緩，ΔVO2升高第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(二）冠心病患者運動氣體交換指標(biāo)特點⒈低功率時ΔVO2/ΔWR正常，單在AT水平以上斜率變緩⒉最大氧脈搏降低⒊心率與VO2呈非直線關(guān)系，在接近峰值VO2時，曲線斜率異常陡峭⒋呼吸儲備高⒌運動末出現(xiàn)代謝性酸中毒⒍運動后氧脈搏迅速升高第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(三）心肌病患者運動氣體交換指標(biāo)特點⒈接近峰值VO2時，VO2隨功率增加的速度逐漸下降⒉峰值VO2降低⒊AT降低⒋最大氧脈搏降低⒌HR/VO2斜率變陡伴有最大HR降低⒍在低功率可能出現(xiàn)45-90秒的呼吸和氣體交換波動，當(dāng)達到峰值功率時，波動模式則明顯減弱7.運動后氧脈搏迅速矛盾性升高8.恒定功率試驗期間，在AT水平以上出現(xiàn)低的VO2動力學(xué)變緩和ΔVO2（6到3分鐘之間的差值）的升高9.VD/VT、VE/Vco2升高，且VE/Vco2與與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(四）先天性心臟病患者運動氣體交換指標(biāo)特點A.右向左分流1峰值VO2降低2AT降低3

VE/Vco2升高4當(dāng)伴有肺血管或瓣膜阻力增加時，Ⅰ期VO2降低5恒定功率試驗期間，VO2動力學(xué)減慢，ΔVO2（6到3分鐘之間的差值）的升高6.在發(fā)紺型，迅速發(fā)生過度通氣和PETCO2降低，VE增加和PETCO2降低的程度與右到左分流的大小相關(guān)7.運動中低血氧癥加劇B.左向右分流1.峰值VO2降低2.AT降低3.VE/Vco2正常4.運動中動脈血氧正常第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二二、阻塞性肺疾患CPET特點

通氣血流比例失調(diào)氣流阻塞

PaO2

，pH

COPD呼吸功VD/VT彈性回縮力

通氣需要

運動限制

通氣能力

第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二

阻塞性肺疾患CPET特點

通氣能力減低和通氣需要增加肺通氣不足導(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行呼吸補償；7.高HRR；8.異常（矩形Trapezoidal）呼氣流量型第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二

三、

限制性肺疾患CPET特點肺間質(zhì)纖維化使肺總量（TLC）、深吸氣量（IC）降低運動中潮氣量（VT）能增加的程度受限，故VT/IC比值接近1患者必須用快的呼吸頻率以達到運動中通氣需要，RR超過50次/分鐘，于最大功率時通氣量接近MVV第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二四、肺血管病變?nèi)绶嗡ㄈ⑻匕l(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-etCO2持續(xù)正值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

第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二

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。第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二

小結(jié)：各種疾患運動心肺功能測驗特征性反映的機制第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二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NNECG異常NNNN第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二運動心肺功能實驗的臨床應(yīng)用心臟疾病胸腔醫(yī)學(xué)運動醫(yī)學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)危險分層重病護理·心血管疾病·通氣和氣體交換障礙·藥物評估·手術(shù)前風(fēng)險評估·有效的調(diào)整身體活動能力的測量·優(yōu)化康復(fù)治療措施·評估康復(fù)和治療過程·重癥患者營養(yǎng)控制第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二客觀評價心肺系統(tǒng)對需氧增加時的反應(yīng)測定心血管儲備和在負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AT的測定反映循環(huán)系統(tǒng)維持氧運輸?shù)哪芰π姆喂δ懿蝗?，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，遠不需達到極量運動第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二運動試驗，尤其是峰值和無氧閾點VO2的測定，對于確定高風(fēng)險的手術(shù)患者（包括那些在靜息時通過臨床評估和測定被判定為心肺功能正常的患者）是很有用的CPET對于老年人特別有用，因為這些老年人可能患有未知的心肺疾病，其器官系統(tǒng)功能處于臨界狀態(tài)心肺運動測試在外科手術(shù)風(fēng)險的術(shù)前評估第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二由于肺量計、放射核素掃描和動脈血氣不能成功地完全確認(rèn)所有胸科手術(shù)高?；颊?，同時可能會漏掉有心血管疾病的患者，需要通過心肺運動試驗加以輔助檢查靜息肺功能顯示為“高?！钡幕颊?，可以依據(jù)運動試驗的數(shù)據(jù)做更客觀的評價最大VO2<10ml/(min·kg）或峰值VO2<60%，F(xiàn)EV1值為47.4%時，術(shù)后并發(fā)癥顯增加，死亡率也明顯提高肺切除手術(shù)患者，若FEV1、DLco2>60%預(yù)計值可行手術(shù)，若≤60%則需行核素量肺成像檢測；FEV1、DLco2<40%預(yù)計值時，患者有很高的圍手術(shù)期死亡率和心肺并發(fā)癥的風(fēng)險，不宜進行手術(shù)治療心肺運動測試在外科手術(shù)風(fēng)險的術(shù)前評估——胸部手術(shù)第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二大部分心臟病人常伴有不同程度肺心力衰竭，單純的心電圖、心臟超聲等功能性檢查難以準(zhǔn)確判斷心功能衰竭的程度在CPET中AT、VO2peak和心功能分級具有很好的相關(guān)性，能有效分析心臟病人的心功能和病情嚴(yán)重程度，對其做出有效術(shù)前風(fēng)險預(yù)測當(dāng)VO2peak<14mL/(kg·min)、AT<11mL/(kg·min)應(yīng)考慮暫緩手術(shù)，選擇其他方式治療心肺運動測試在外科手術(shù)風(fēng)險的術(shù)前評估——心血管手術(shù)第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二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%，差異顯著大手術(shù)后平均攝氧量（VO2max/kg）約4.5-5，也達6-7。因此運動負荷下AT不能達到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)心肺運動測試在外科手術(shù)風(fēng)險的術(shù)前評估——腹部手