课件：运动心肺功能测定定稿.ppt

心肺运动试验的临床应用,姜洪，主任医师，医学博士，南京军区福州总医院侨宾科主任、心血管内科副主任 中华医学会福建省心脏起搏和电生理学分会副主任委员、无创学组组长 中华医学会福建省老年医学分会副主任委员 福建省心血管病分会委员、心力衰竭学组副组长 福建省康复医学分会常务理事、心血管康复分会副主任委员 南京军区重症医学专业委员会副主任委员 中国老年医学学会医养结合促进委员会常委 海峡两岸医药卫生交流协会老年医学专业委员会常委,心肺运动试验的临床应用,南京军区福州总医院 姜 洪,心肺运动试验简介,心肺运动试验包括两个部分 心电图负荷试验和气逆代谢分析，前者早已广泛引用于临床，用于诊断心肌是否有潜在的缺血，但对心脏的功能状况不能进行评价 气体代谢分析是对肺、心脏、血红蛋白携氧、肌肉等系统进行功能评价,机体的心脏和肺发生病变时，早期在静态下由于心肺功能处于代偿阶段，应用人们现有的诸如肺功能仪、心脏彩超等仪器往往不能发现异常，从而无法早期诊断 运动时，机体的能量需求增加，要求 肺的潮气量和呼吸频率增加，以吸进更多的氧气，排出更多的二氧化碳 心脏的每搏输出量和心率增加，以输送更多的O2和CO2,心肺运动试验简介,运动调动了心肺的贮备功能 心脏和肺的功能加强，血管扩张、血流加快，以增加供O2和排除CO2 任何一个环节（肺心脏肺循环和体循环肌肉）的异常均会造成供O2和/或排除CO2出现异常 气体代谢分析就是在运动中对O2和CO2进行实时连续的（breath-by-breath）测定分析以判断心肺等系统的贮备功能,心肺运动试验简介,气体传输机制,从血液灌流肌肉中增加提取O2 选定周围血管床扩张 心输出量的增加（每搏量和心率） 增加肺部血液流量（肺血管补充和扩张） 通气增加,什么可能使O2利用率增加？,功能模型,- 测量气体交换,- 收集相关信息,- . 通过增加运动负荷,- 测量心功能参数,通过测量气道内的气体交换，同步评估心血管系统和呼吸系统对同一运动应激的反应情况 是伴有代谢测定（摄氧量VO2，二氧化碳排除量VCO2等气体交换指标）的心肺运动测验 不同于一般的只是单纯观察心电图ST-T的变化或心律变化的运动试验；也不同于静态肺功能 综合心与肺，在一定功率负荷下测量代谢指标、通气指标及心电图变化。反映细胞呼吸功能的变化 优于并可代替运动ECG,心肺运动试验的定义 （Cardiopulmonary Exercise Testing，CPET）,心脏血流,肺,肌肉,O2,肺循环,外周循环,肌肉活动,O2和CO2 传输,CO2,O2,O2,O2,CO2,CO2,CO2,环境 空气,心肺运动发展历史,心肺疾病综合途径,Ergospirometry氧气供应,心脏 4% 皮肤 11% 其他 2% 大脑 4% 肾脏 3% 肌肉 73% 消化系统 3%,心肺运动试验测量内容,心肺运动试验常用指标及意义,反映运动耐量以及心功能的指标 最大摄氧量、公斤摄氧量、无氧阈、代谢当量、最大氧脉搏、最大心率储备、呼吸商、气体交换率以及摄氧量与运动负荷之间的关系 反映通气功能的指标 呼吸储备、最大运动通气量、最大潮气量、最大呼吸频率以及潮气量与深吸气量的比值 反映气体交换的指标 动脉氧分压、肺泡与动脉氧分压差、动脉二氧化碳分压、潮气末二氧化碳分压、动脉-潮气末二氧化碳分压差、氧当量、二氧化碳当量、死腔和潮气量的关系,反映运动耐量以及心功能的指标,最大摄氧量（VO2max） 当在负荷逐渐递增的运动过程中的一定时刻，氧的摄入量（VO2）不再随运动负荷（功率）和心率的增加而增加，出现一个平台，这时的VO2叫做VO2max 表示肌体氧利用的最大上限，同时它反映肌体的气体运输系统（肺、心血管、血红蛋白）以及肌肉细胞的有氧代谢是否正常 心、肺疾病及贫血等使氧利用和氧流障碍的疾病均可使VO2max下降。 正常值：大于预计值的84%,反映运动耐量以及心功能的指标,公斤摄氧量(VO2max/kg) 衡量不同的个体完成同样功率负荷的运动能力 综合评价心肺功能的客观指标 具体评估参考标准见下表,根据公斤摄氧量评估运动能力和心肺功能障碍标准,反映运动耐量以及心功能的指标,无氧阈（anaerobic threshold，AT） 无氧阈是指在负荷递增的运动过程中，肌体内的供能方式由有氧代谢向无氧代谢过渡的临界点，此点时体内乳酸的形成率和从血液中的清除率达到动态的平衡 AT值表明体力活动和心肺系统能为肌肉提供足以维持有氧代谢摄氧量的最高水平 既可用于运动受限的诊断和鉴别诊断，还可以用于治疗前后的功能评价及锻练效果与运动耐力的评价 一般用在AT点时VO2占VO2max的百分数表示AT值 正常人AT 40%VO2max,反映运动耐量以及心功能的指标,代谢当量（MET） 指在1分钟做1kg的功时肌体所能提供的摄氧量 用MET为基本单位表示作功量，有助于制定运动处方、评价运动能力是否丧失以及可将不同运动方案的极量与次极量运动负荷标准化 通过心肺运动试验所测得的指标，有助于解释病人的运动反应 对有呼吸困难症状病人的诊断颇有帮助 有学者根据CPET中最大运动负荷时所达到的MET，作为判断心功能是否受损及其程度的指标之一,反映运动耐量以及心功能的指标,MET与对应的运动方式和运动量,美国纽约心脏病学会（NYHA）1928年心功能分级 级： 患者患有心脏病但活动量不受限制，平时一般活动 不引起疲乏、心悸、呼吸困难或心绞痛。 级：心脏病患者的体力活动受到轻度的限制，休息时无 自觉症状，但平时一般活动下可出现疲乏、心悸、 呼吸困难或心绞痛。 级：心脏病患者体力活动明显限制，小于平时一般活动 即引起上述的症状。 级：心脏病患者不能从事任何体力活动。休息状态下也 出现心衰的症状，体力活动后加重。,6分钟步行试验 要求患者尽可能快的行走，测定六分钟步行的距离。 如150m，为重度心功能不全； 150425m，为中度心功能不全； 426550m，为轻度心功能不全。,MET量化心衰病人的心功能分级标准,心功能-代谢当量（METs） 级：- 7 级：- 5 7 级：- 2 5 级：- 2 衡量体力： 5METs： 65岁以下的病人5METs则预后不良； 5METs： 日常生活受限，通常是急性心肌梗死病人恢复的功能储量； 10METs： 属于相当正常的健康水平，药物治疗的预后和冠脉搭桥术一 样好； 13METs： 虽然运动试验有异常表现，但是预后好； 18METs： 有氧运动员的体力； 22METs： 有充分运动的竞技运动员才能达到的运动量。,反映运动耐量以及心功能的指标,反映运动耐量以及心功能的指标,氧脉搏(O2.pulse,VO2/HR) 评价心功能常用的指标之一 由VO2/HR计算出来的 当心功能不全时，心搏量不能随着运动负荷的增加而增加，心脏只有通过HR的增加来满足运动着的肌体对氧的需求，HR增大，VO2/HR就减小，反应了心脏的储备功能降低 氧脉搏降低也可见于贫血、高碳氧血红蛋白或严重的动脉低氧血症等动脉血氧含量减少的病症,反映运动耐量以及心功能的指标,呼吸交换率（Respiratory exchange rate,RER或R） 指肺内每分钟CO2排出量（VCO2）与每分钟摄氧量（VO2）之比值 是V-Sslop法确定AT点的依据 RER1时，表示无氧运动 呼吸商(Respiratory Quotient,RQ) 反映细胞水平的气体交换率,反映通气功能的指标,呼吸储备（Breathing reserve, BR） 最大通气量(MVV)与最大负荷运动通气量VE之差的绝对值 以最大负荷运动通气量占MVV之百分数表示 BR降低是原发性肺疾病患者通气限制的特点 BR增高是心血管疾病患者运动限制的特点,反映通气功能的指标,最大每分钟通气量（Vemax） 是指伴随着VCO2的上升而增加的VE 正常情况运动期间的最大通气量VEmax一般可以达到MVV的6070% VE的增加取决于肺的代偿能力 VEmax是呼吸疾病运动受限的关键指标,反映气体交换的指标,氧通气当量（VE/VO2或EQO2） 指消耗一升摄氧量时所需要的通气量 确定无氧阈的最敏感的指标 二氧化碳通气当量（VE/VCO2或EQCO2） 指排出一升二氧化碳时所需要的通气量 评估运动试验结果的重要指标,其它呼吸参数,潮气量（Vt）、死腔/潮气量（Vd/Vt）、潮气量/吸气肺总量（Vt/IC）、吸气时间/呼吸时间（Ti/Ttot）、肺泡气-动脉氧分压差（P（A-a）O2）、动脉呼气末二氧化碳分压差（P（a-ET）CO2）、经皮血氧饱和度（SpO2）等,CPET各参数正常值范围（最大运动时） 参数 正常范围 摄氧量 VO2 max 84% 预计值 AT 40% VO2 max pred VO2/WR 8.29 ml/min.w-1(10.31.0) 心血管反应 VO2/HR（O2 pulse） 80% pred HR reserve 11L RR 80mmHg P(A-a)O2 35mmHg SaO2 4%,2019/8/22,31,可编辑,常见心肺疾病的心肺运动功能反应,一、心脏病 心血管系统最主要、最直接的作用是气体运输 4种类型心脏病（冠心病、心肌病、瓣膜病、先天性心脏病）可引起心功能不全 在运动中引起VO2，VCO2，HR的变化,(一）瓣膜性心脏病气体交换指标特点 VO2/WR逐渐降低 VO2 max降低 AT降低 低VO2/HR，于低功率时达一平台 HR-VO2斜率变陡，呈低氧耗-高心率改变 恒定功率运动时，VO2动力学减缓，VO2升高,(二）冠心病患者运动气体交换指标特点 低功率时VO2/WR正常，单在AT水平以上斜率变缓 最大氧脉搏降低 心率与VO2呈非直线关系，在接近峰值VO2时，曲线斜率 异常陡峭 呼吸储备高 运动末出现代谢性酸中毒 运动后氧脉搏迅速升高,(三）心肌病患者运动气体交换指标特点 接近峰值VO2时，VO2随功率增加的速度逐渐下降 峰值VO2降低 AT降低 最大氧脉搏降低 HR/VO2斜率变陡伴有最大HR降低 在低功率可能出现45-90秒的呼吸和气体交换波动，当达 到峰值功率时，波动模式则明显减弱 7. 运动后氧脉搏迅速矛盾性升高 8. 恒定功率试验期间，在AT水平以上出现低的VO2动力学变 缓和VO2（6到3分钟之间的差值）的升高 9. VD/VT、VE/Vco2升高，且VE/Vco2与与疾病的严重程度相关,(四）先天性心脏病患者运动气体交换指标特点 A.右向左分流 1 峰值VO2降低 2 AT降低 3 VE/Vco2升高 4 当伴有肺血管或瓣膜阻力增加时，期VO2降低 5 恒定功率试验期间，VO2动力学减慢，VO2（6到3分钟 之间的差值）的升高 6. 在发绀型，迅速发生过度通气和PETCO2降低，VE增加和 PETCO2降低的程度与右到左分流的大小相关 7. 运动中低血氧症加剧 B. 左向右分流 1. 峰值VO2降低 2. AT降低 3. VE/Vco2正常 4. 运动中动脉血氧正常,二、阻塞性肺疾患CPET特点,通气血流比例失调,气流阻塞,PaO2 ，pH,COPD,呼吸功,VD/VT,弹性回缩力,通气需要,运动限制,通气能力,阻塞性肺疾患CPET特点 通气能力减低和通气需要增加 肺通气不足导致V/Q比率失调，部分肺区通气不足，部分肺区过度通气 VD/VT增加，因而需要增加通气排出CO2，维持血中PCO2恒定 在有灌注的肺单元，因低通气引起低血氧，通过颈动脉体化学感受器也使肺通气增加 1.低VO2 max； 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，于低功率时出现乳酸酸中毒，代谢性酸中毒时不能进行呼吸补偿； 7.高HRR； 8.异常（矩形Trapezoidal）呼气流量型,三、 限制性肺疾患CPET特点 肺间质纤维化使肺总量（TLC）、深吸气量（IC）降低 运动中潮气量（VT）能增加的程度受限，故VT/IC比值接近1 患者必须用快的呼吸频率以达到运动中通气需要，RR超过50 次/分钟，于最大功率时通气量接近MVV,四、肺血管病变如肺栓塞、特发性肺血管阻塞 肺血管病变使通气好的肺泡灌注减少，没有血管病变即灌注好的肺泡高灌注，而且需高通气排出CO2以维持PaCO2及pH于正常水平） 低灌注肺泡的过度通气造成肺泡死腔 死腔通气增加导致高VD/VT和P（a-etCO2持续正值 肺血管阻力引起血流动力学障碍使右室输送至左心房血液难以满足运动中心排出量增加的需要 运动中心排出量降低，同心脏病相似，其VO2 max、AT和 VO2/HR 降低 气体交换出现异常，表现为VD/VT、P（a-et）CO2 和P（A-a）O2增高,肺循环疾病CPET特点 1.高VE：于次极量功率时； 2.高VD/VT； 3.高P（a-et）CO2； 4.PaO2随功率增加而降低； 5.P（A-a）O2随功率增加而增加； 6.低VO2max； 7.低AT； 8.VO2/WR接近最大功率时斜率变浅； 9.低VO2/HR。,小结：各种疾患运动心肺功能测验特征性反映的机制,各种疾患运动心肺功能测定的特征性反应 心脏病 慢阻肺 肺间质纤维化 肺血管疾患 体弱 VO2 max AT N N 或 VO2/HR N HRR N BR N N 或 N RR N N 50 N VT/IC N N 80% N N PaO2 N N P（a-et）CO2 N N VD/VT N N VO2/WR斜率 N N ECG 异常 N N N N,运动心肺功能实验的临床应用,心血管疾病 通气和气体交换障碍 药物评估 手术前风险评估 有效的调整身体活动 能力的测量 优化康复治疗措施 评估康复和治疗过程 重症患者营养控制,客观评价心肺系统对需氧增加时的反应 测定心血管储备和在负荷下心排出量增加的能力 运动测验摄氧量能反映心功能及氧的运输，代表心脏储备能力 AT的测定反映循环系统维持氧运输的能力 对心肺功能不全，静态肺功能认为不宜手术但又必须手术者，运动负荷测验将围手术期属高危患者与低危患者区别开，甚至只需测定AT即可，远不需达到极量运动,运动试验，尤其是峰值和无氧阈点VO2的测定，对于确定高风险的手术患者（包括那些在静息时通过临床评估和测定被判定为心肺功能正常的患者）是很有用的 CPET 对于老年人特别有用，因为这些老年人可能患有未知的心肺疾病，其器官系统功能处于临界状态,心肺运动测试在外科手术风险的术前评估,由于肺量计、放射核素扫描和动脉血气不能成功地完全确认所有胸科手术高危患者，同时可能会漏掉有心血管疾病的患者，需要通过心肺运动试验加以辅助检查 静息肺功能显示为“高危”的患者，可以依据运动试验的数据做更客观的评价 最大VO260%预计值可行手术，若60%则需行核素量肺成像检测；FEV1、 DLco240%预计值时，患者有很高的围手术期死亡率和心肺并发症的风险，不宜进行手术治疗,心肺运动测试在外科手术风险的术前评估 胸部手术,大部分心脏病人常伴有不同程度肺心力衰竭，单纯的心电图、心脏超声等功能性检查难以准确判断心功能衰竭的程度 在CPET中AT、VO2peak和心功能分级具有很好的相关性，能有效分析心脏病人的心功能和病情严重程度，对其做出有效术前风险预测 当VO2peak14mL/(kgmin)、 AT 11mL/(kgmin)应考虑暂缓手术，选择其他方式治疗,心肺运动测试在外科手术风险的术前评估 心血管手术,Older报告了60岁以上老年腹腔大手术患者187例，用运动无氧阈时的摄氧量（AT），以11ml/kg.min-1（单位下同）和11为界对心力衰竭分级，发现AT11者病死率为0.8%；11者病死率为4%，差异显著 大手术后平均摄氧量（VO2 max/kg）约4.5-5，也达6-7。因此运动负荷下AT不能达到8.5-11.5就不能满足大手术需氧量增加和继之引起的心排出量增加，以适应手术时高代谢状态和术后的组织修复,心肺运动测试在外科手术风险的术前评估 腹部手术,运动心肺功能测定的禁忌症 运动心肺试验是一种较为安全的试验，但也有关于运动中出现心肌梗塞甚至死亡的报道，运动试验并发症的死亡率在0.01%以下 对于肺疾病或心血管疾病患者运动前需要仔细评估保证进行运动试验的安全性和有效性,禁忌症 1. 吸入室内空气情况下 PaO270mmHg； 3. FEV1 30%pred； 4. 近期心肌梗死； 5. 不稳定心绞痛； 6. 急性肺栓塞或者肺梗塞； 7. IIO-IIIO心脏房室传导阻滞； 8. 快速室性/房性心律失常； 9. 严重身体畸形未纠正者； 10. 严重的主动脉狭窄； 11. 充血性心力衰竭； 12. 未控制的高血压； 13. 神经系统疾病所致的运动受限； 1