1、心肺运 动试验Cardiopulmonary exercise testing (CPET)张 灵叶概述心肺运 动试验 （ cardiopulmonary exercise testing， CPET）是指在特定的运 动负 荷下，通 过 收集受 试 者呼出的气体并加以分析， 监测 机体在运 动 状 态下的各 项 指 标 ，并同步心 电导联监测心 电变 化， 综 合 评 价心肺等器官系 统 的整体功能和 储备 能力 1，与常 规 肺功能和一般心 脏负 荷 试验 不同。历 史 经 典的道格拉斯气袋法 (Dagalas bag)：早期由于没有流量 传 感器和气体分析器，所以气体代 谢测试 采用多个
2、测试 气袋，受 试 者的呼出气体 经过 三通 单 向 阀 全部收集到道格拉斯气袋中，每隔一定 时间 (30秒或 1分 钟 )更 换 一个气袋， 这样 整个 测试过 程就需要几十个气袋。 测试 完成后，使用化学分析方法分析气袋中的氧和二氧化碳的成分和数量，整个 过 程缓 慢而且非常繁 琐 。历 史 混合气袋法 (Mixing-bag)：由于 经 典的格拉斯气袋法不能做到 测试 数据的 实时 (On-line)分析，于是有人就提出呼出气的 动态 混合概念，即混合气袋法 (Mixing-bag)，借助于当 时 的苹果II计 算机、 电 子气体 浓 度分析器和流速 传 感器，在 测试 的同 时 得到了
3、气体代 谢 的数据。 这 是气体代 谢测试 技 术 的一次大的 飞跃 。混合气袋法比 较 符合道格拉斯气袋法，缺点是 动态 性能差，反映 迟钝 。适合于 稳态 功率 负 荷的 试验 ，但 该测试 方法不能 满 足短 时间 快速精确的 测量。历 史 每口气法 (Breath by Breath)：随着气体 浓 度分析器分析速度的不断提高，科学家通 过 提高采 样 速度减少混合室的大小， 获 得了和 传统 混合气袋法一致的 测试结 果，于是就出 现 了每口气 测试 法 (Breath by Breath)，即分析每一口呼出气的气体成分和通气量， 这样 大大改善了混合气袋分析的 动态 性能，克服了
4、传统 混合气袋法反 应迟钝 ， 测试样 本少的缺点，成 为测试技 术 上的又一次大 飞跃 。概述 CPET始于 20世 纪 50年代。 1973年 Wasserman2等初步介 绍 了呼吸系 统 参数的“每次呼吸法 ”测 定方法。 1975年 Wasserman3进 一步提出，所有的运 动 均需要心肺 协调 和周 围 循 环 与肺循 环 的 协调 来完成气体交 换 作用。 近 20余年来，随着科学技 术 的迅猛 发 展及流行病学研究的深入， CPET能无 创 、定量、敏感地 评测 呼吸系统 、循 环 系 统 及肌肉 摄 氧能力之 间 的关系，并且全面综 合地 评 价全身运 动 耐力， 进 而更
5、加广泛深入地 应 用于指 导 康复治 疗 ， 评 定康复治 疗 效果等。概述目前， 对 于心肺运 动试验 在 临 床上的 应用价 值 已研究多年，它可以反映人体的气体代 谢 能力、最大运 动 能力，揭示心肺病理和病理生理，指 导 心肺康复和出院后治 疗 。但是在外科 术 前 预 后，及其它系 统 （如，中 风 后患者、 肿 瘤患者等）的具体 评 定方法、运 动训练 方案等，仍需要 进 一步深入研究。测试 系 统随着 电 子 计 算机和 电 子 传 感器技 术 的 发展，运 动负 荷、心 电图 和气体代 谢变 化的 测 量有机 结 合 产 生了 CPET（运 动负荷气体交 换 法）。CPET包括
6、运 动 气体代 谢 分析和运 动 心电负 荷 试验 两部分。测试 系 统 气体代 谢测试 通 过 采集气体 样 本，使用一口气法、每次呼吸法、运 动过 程中内呼吸法、 动态 流量 环 等多种分析法， 获 得每口气中 摄 氧量、二氧化碳排出量等参数， 评测 运 动过 程中心 脏 、肺 脏 及肌肉的功能及协调 能力； 心 电负 荷 试验 通 过监测 安静和运 动 状 态下的心 电 反 应 ， 为 心 脏 功能及其病理研究提供重要参考依据。评 估指 标 摄 氧量 (oxygen uptake， VO2) 最大 摄 氧量（ maximal oxygen uptake，VO2max）和峰 值摄 氧量（
7、peak oxygen uptake， Peak VO2）是机体有氧代 谢 能力的两项 重要指 标 。 VO2max是指在最大努力运 动时摄 取的最高氧量， Peak VO2指运 动过 程中出 现摄 氧量的最高 值， 正常人两者数 值 接近。 由于最大运 动 平台极 难 出 现 ，通常采用 Peak VO2表示最大有氧能力。一般来 说 ， Peak VO2占 预计值 百分比 84%提示 Peak VO2下降。评 估指 标 代 谢 当量 (metabolic equivalent，METs)METs是运 动 生理学和康复医学 领 域中最常用来表达各种活 动时 的相 对 能量代谢 水平的指 标 ，
8、 1MET相当于正常成人安静坐位状 态 下的 VO2（平均 为3.5ml/kgmin）。评 估指 标 代 谢 当量 (metabolic equivalent，METs)判断体力活 动 能力和 预 后。将运 动试验 所能达到的最高 VO2折算 为METs或采用 间 接判断方式确定 METs，用以判断体力活 动 水平和 预 后以及是否手 术 治 疗 的 选择 参考。判断体力活 动 能力和 预 后 5METs 65岁 以下的患者 预 后不良 5METs 日常生活受限，相当于急性心肌梗塞恢复期的功能 储备 10METs 正常健康水平， 药 物治 疗预后与其它手 术 或介入治 疗 效果相当 13MET
9、s 即使运 动试验 异常， 预 后仍然良好 18METs 有氧运 动员 水平 22METs 高水平运 动员表示运 动 强 度，制定运 动处 方运 动 强 度 靶心率问题 ：运 动时测 定困 难 ；心血管活性药 物广泛使用，心率反 应难 以直接反映运 动 情况代 谢 当量表示运 动 强 度 /控制能量 摄 取与消耗比例，例如糖尿病和肥胖症的康复，采用代 谢 当量是最佳 选择 。METs和 热 卡的关系热 卡是指能量消耗的 绝对值 ，代 谢 当量是能量消耗水平的相 对值 ，两者之 间 有明确的 线 性关系：热 卡 METs3.5kg200METs应 用确定每周能耗 总 量（运 动总 量）以及运动训
10、练 次数或天数。将每周 总 量分解 为 每天 总 量。确定运 动 强 度， 查 表 选择 适当的活 动 方式。将 METs总 量分解到各 项 活 动 中，形成运 动处 方。 患者男性，肥胖症， 100公斤， 计 划减肥 500克 /周，每克脂肪 热 价 9千卡，需要 额 外消耗4500千卡。 计 划每周 锻炼 5天。 4500千卡 5天 =900千卡 /天。 900千卡=520METs 确定采用步行作 为 主要 锻炼 方式，每天 2次。查 表知步行 4公里 /时 =3METs， 6.5公里 /时=5.6METs 步行 4公里 /时 作 为 准 备 活 动 ：315=45METs 步行 6.5公
11、里 /时 作 为 基本 训练 ：5.630=168METs 步行 4公里 /时 作 为 准 备 活 动 ：320=60METs 273METs/次 2次 = 546METs区分残疾程度最大 METs 5作 为 残疾 标 准。指 导 日常生活活 动 与 职业活 动确定患者的安全运 动 强 度之后， 查 表 选择 合适的活 动 。职业 活 动 (每天 8小 时 )的平均能量消耗水平不 应该 超 过 患者峰 值 代 谢 当量的40%，峰 值 强 度不可超 过 峰 值 代 谢 当量的 70% 80%。指 导 日常生活活 动 与 职业 活 动 7METs：可参加重体力 劳动 ， METs 2.83.2，
12、峰 值 METs 5.6 6.4 5METs：可参加中度体力 劳动 ， METs2.0，峰 值 METs 4.0 3 4METs：可参加 轻 体力 劳动 ， METs1.2 1.6，峰 值 METs 2.4 3.2 2 3METs：休息 时 无不适，可参加坐位工作，不能跑、跪、爬，站立或走 动时间 不能超过 10%工作 时间 。常用 METs值 生活活 动 修面 1.0 步行 1.6公里 /时 1.5-2.0 自己 进 食 1.4 步行 2.4公里 /时 2.0-2.5 床上用便盆 4.0 散步 4.0公里 /时 3.0 坐 厕 3.6 步行 5.0公里 /时 3.4 穿衣 2.0 步行 6.
13、5公里 /时 5.6 站立 1.0 步行 8.0公里 /时 6.7 坐床 边 2.0 骑车 (中速 ) 5.7常用 METs值自我 护 理 坐位自己吃 饭 1.5 备饭 3.0 上下床 1.65 铺 床 3.9 穿脱衣 2.5-3.5 扫 地 4.5 站立 热 水淋浴 3.5 擦地 (跪姿 ) 5.3 挂衣 2.4 擦窗 3.4 园 艺 工作 5.6 拖地 7.7 劈木 6.7常用 METs值 职业 活 动 秘 书 (坐 ) 1.6 焊 接工 3.4机器 组 装 3.4 轻 的木工活 4.5砖 瓦工 3.4 油漆 4.5挖坑 7.8 开 车 2.8娱乐 活 动 的代 谢 当量 交 谊 舞 (慢
14、 ) 2.9 排球 (非 竞赛 性 ) 2.9 交 谊 舞 (快 ) 5.5 羽毛球 5.5 有氧舞蹈 6.0 游泳 (慢 ) 4.5 跳 绳 12.0 游泳 (快 ) 7.0 网球 6.0 乒乓 球 4.5 娱乐 活 动 的代 谢 当量 织 毛 线 1.5-2.0 桌球 2.3 打牌 1.5-2.0 弹钢 琴 2.5 缝纫 (坐 ) 1.6 长 笛 2.0 写作 (坐 ) 2.0 击 鼓 3.8 手 风 琴 2.3 小提琴 2.6评 估指 标 通气当量 二氧化碳通气当量是指呼出 1升二氧化碳 时 ，所需要的通气量（ ventilation， VE），即 VE与二氧化碳排出量（ carbon
15、dioxide output， VCO2）比 值 ， 简 写为 VE/VCO2。 通常 VE/VCO2斜率更具有 临 床意 义 ，且不受运 动 模式和 测试 方案影响 4， VE/VCO2斜率 30被 认为是正常范 围 。 氧通气当量是指排出 1升氧气 时 所需要的 VE， 简 写 为VE/VO2评 估指 标 无氧 阈 (anaerobic threshold，AT)AT是指体内无氧代 谢 比 值 突然 显 著升高的临 界点。未达 AT前， VE的增加与 摄 氧量、二氧化碳排出量及运 动 量相关；而达无氧 阈 后， VE/VCO2比 VE/VO2更相关，故当 VE/VO2急 剧 升高 时 ，而VE/VCO2没有立即升高，以此 时间 点来 测定 AT，是目前 认为 的最敏感方法。
