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心脏康复网心肺运动试验应用于冠心病诊治中的研究进展心脏康复网

泰然健康网
2025-08-03 06:04

冠状动脉粥样硬化性心脏病是由于冠状动脉狭窄或闭塞,导致心肌缺血､缺氧甚至坏死的一组疾病,简称冠心病｡尽管在过去的几十年中,冠心病的治疗有了相当大的改进,但冠心病发病率和病死率仍然呈现上升趋势,全球范围内,约2.4亿人患有缺血性心肌病,2021年冠心病患者死亡率较2019年上升72%｡《中国心血管健康与疾病报告2023》显示,目前国内冠心病患病人数高达1139万;2021年,国内城市居民冠心病死亡率为135.08/10万,农村为148.19/10万｡冠心病给居民和社会带来的经济负担持续加重,因此冠心病的早期筛查､诊断､防治尤为重要｡心肺运动试验(CPET)能检测受试者静息状态､负荷运动和恢复状态下的心肺功能,其优势在于能观察负荷递增下心血管系统､呼吸系统的储备能力,目前已广泛应用于人体整体生理功能状态评价､病情评价､治疗效果及预后转归预测等领域,且有无创的优点｡冠状动脉造影术作为诊断冠心病的“金标准”,可准确评估冠状动脉狭窄程度,但冠脉狭窄程度和心肺储备功能并不一定是等比关系｡CPET则作为评估心肺适能(CRF)的“金标准”,不仅具有无创的优点,还能精确评估心肺储备能力,在冠心病的风险预测､诊断､制定运动处方､预后及疗效评价等方面具有独特的临床应用价值｡比如CPET的不同参数指标可以评估冠心病患者的心功能不全情况,能够密切连续检测患者心血管状态,以确保患者治疗的有效性｡现就CPET应用于冠心病的相关研究进展进行系统阐述,以期为冠心病提供更为简便的诊断及评估策略｡

1 CPET简介

CPET是在逐步递增的运动负荷试验中,通过测定人体静息､运动及恢复阶段的耗氧量(VO2)､二氧化碳排出量(VCO2)､通气量(VE)及血压､血氧､心电图等指标,全面客观地评价人体呼吸系统､心血管系统､神经生理系统､骨骼肌及代谢系统功能,阐明在不同负荷运动时发生的病理生理性变化｡CPET利用外呼吸与细胞呼吸耦联的原理,通过外呼吸氧气摄入量和VCO2的变化,了解细胞呼吸过程中线粒体氧利用和二氧化碳生成的变化,对患者心肺运动功能及心肺损伤程度进行评价｡

CPET主要包括静态肺功能测定和踏车运动试验,静态肺功能测定可以获得用力肺活量(FVC)､最大自主通气量(MVV)､第1秒用力呼气容积(FEV1)等呼吸参数及最大流速- 容量环;而踏车运动试验分为:⑴静息期(3min):可以获得静息心率(HR)､血压､心电图､静态气体代谢等指标;⑵无负荷热身运动期(3min):踏车速度保持在55~65r/min,接近结束时记录HR､血压､心电图､血氧饱和度等指标;⑶功率负荷期(6~10min):踏车速度保持在55~65r/min,测试者可密切观察受试者症状､HR､血压､气体代谢指标､血氧饱和度及心电图改变｡⑷恢复期(6~8min):保持无负荷缓慢踏车2~3min,踏车速度可维持在30~40r/min,可观察受试者的HR､血压､心电图及症状｡通过对这些数据信息的综合分析,客观反映受试者运动过程中肺通气与换气､细胞能量代谢及血流动力学变化,阐明运动不耐受以及发生诸如呼吸困难､心绞痛､下肢疲劳等症状的可能原因及其机制｡CPET的主要测试方法是运动,对于病情相对稳定的患者,其运动生理反应是可重复的,而存在重度心肺功能不全､急性心力衰竭､运动功能障碍等症状者禁忌行CPET｡

CPET的主要参数有:

⑴反映运动耐量以及心血管功能的指标:如峰值摄氧量(peakVO2)､无氧阈(AT)､代谢当量[METs,1MET=3.5mL/(kg·min)VO2]､最大氧脉搏(peakVO2/HR)､HR储备(HRR)､呼吸商(RQ)或呼吸交换比(RER)､氧作功效率(摄氧量/功率,ΔVO2/ΔWR)､测试期的心电图､HR及血压变化等;

⑵反映通气功能的指标:如呼吸储备(BR)､MVV､潮气量(VT)､呼吸频率(BF)､分钟通气量(VE)､FEV1､VT/深吸气量(IC)､运动振荡通气(EOV)等;

⑶反映气体交换的指标:如氧通气当量(VE/VO2)､二氧化碳通气当量(VE/VCO2)､生理无效腔/潮气量比值(VD/VT)､动脉氧分压(PaO2)､肺泡与动脉氧分压差[P(A-a)O2]､动脉二氧化碳分压(PaCO2)､潮气末氧分压(PETO2)､潮气末二氧化碳分压(PETCO2)､外周血氧饱和度(SaO2)等｡CPET可提供患者的可重复客观信息,可精确量化心肺功能储备和功能受损程度,是评估CRF的金标准｡

2 冠心病运动受限的病理生理机制及CPET特点

心血管系统是机体内的一个关键系统,负责将氧气和营养物质输送到全身各个细胞,并将废物和二氧化碳带走,该系统最主要和直接的作用之一是气体的转运｡心脏是一个独特的需氧器官,不断由冠状循环血管供氧,心肌血流灌注能很快适应代谢增加的需求,运动时冠状循环血流量成比例增加2~5倍｡冠状动脉病变如冠脉狭窄､冠脉微循环病变､血流停滞等情况下,心肌局部需求与灌注失衡,VO2､VCO2及HR将产生相应的改变｡

冠心病患者在运动过程中的气体交换情况受到心血管系统的影响｡在低负荷运动期,冠心病患者ΔVO2/ΔWR正常,VO2/HR正常,随着运动功率递增,冠心病患者的心肌收缩力下降,而通过增加HR､BF,提高P(A-a)O2,代偿范围内可保持稳定的心输出量､VO2｡在AT水平以上的高负荷运动期,可出现ΔVO2/ΔWR变小､曲线转低平;VO2/HR曲线往往不能升高至正常预计值,且HR陡峭上升;VCO2-VO2斜率中VCO2表现出持续陡峭升高｡且冠心病患者的peakVO2､最大负荷量较低,运动时间较短,RER升高,BR高,VE/VO2､VE/VCO2正常｡CPET将呼吸功能监测和踏车运动试验相结合,能够在患者运动强度逐渐提高的过程中连续监测其运动等级,并通过测量患者运动试验过程中的血压､HR､心电图等指标对患者心肺运动功能及心肺损伤程度进行评价,CPET在评估冠脉功能上具备独特价值｡

3 CPET可以预测冠心病的患病风险

相关研究表明,CPET是健康人群､冠心病高危人群预测冠心病患病风险的重要方法,其中peakVO2､peakVO2/HR预测价值较高｡LETNES等在一项前瞻性队列研究中,纳入了4527例健康成年人(51%为女性),既往无心血管疾病､呼吸系统疾病､肿瘤､服用心血管药物病史,其中83.5%参与者在纳入研究时被评估为心血管疾病低危人群,经过8.8年的随访调查,147例参与者达到主要终点事件(因冠心病住院或死亡)｡该研究发现,当运动能力<5METs,终点事件发生风险增加｡而peakVO2每增加1MET,女性达到终点事件的风险下降12%(P<0.005),男性下降17%(P<0.005);同时peakVO2/HR､VE/VO2､VE/VCO2对冠心病患病风险也有一定的预测价值,在冠心病低中高危分组中,peakVO2/HR每增加8%(95%CI2~13),冠心病风险下降1个等级;VE/VO2每增加3%(95%CI0~6),VE/VCO2每增加4%(95%CI0~8),冠心病风险增加1个等级｡LAUKKANEN等研究也证实,peakVO2/HR是高危人群罹患冠心病的强有力预测因子,该研究纳入了1596名男性,具备吸烟､饮酒､肥胖､高脂血症､糖尿病､高血压､冠心病家族史､运动心电图阳性等冠心病高危因素,研究发现,当peakVO2/HR<13.5mL/beat时,冠心病风险增加2.45倍(P<0.001)｡上述研究提示,增加peakVO2､提高peakVO2/HR､能减轻冠心病的患病风险｡

4 CPET在冠心病诊断中的应用价值

冠状动脉造影术作为冠心病诊断的“金标准”,可以准确地反映冠状动脉狭窄的程度和部位,但其属于有创检查,风险高､费用高,对于非阻塞性冠心病的判断受限｡冠状动脉CT血管成像(CCTA)对判断管壁内斑块分布范围和性质具有意义,但其对狭窄程度的判断仍有一定限度,特别当钙化存在时会显著影响对疾病的判断｡平板运动试验(TET),虽价格低廉且无创,但灵敏度及特异度均较低,临床误诊率及漏诊率较高｡CPET结合了呼吸､心脏､骨骼肌､神经生理系统,能全面评估运动中血流动力学反应､运动心电图､运动试验终止的主观原因,在冠心病诊断中具有不可替代的独特临床价值｡

正常生理条件下,心输出量随运动负荷递增而增加,氧脉搏与耗氧量呈现出持续而稳定的线性递增｡当冠心病患者每搏输出量下降时,一定范围内机体通过提高HR来代偿,peakVO2可≥84%Pred,此时运动耐量正常,但氧脉搏与耗氧量曲线随负荷功率递增,出现递增减少或低水平不变或下降的非线性变化｡CHAUDHRY等的研究发现,CPET在评估运动性心肌缺血时,氧脉搏及ΔVO2/ΔWR曲线出现特征性变化｡心肌缺血时,最大氧脉搏降低,不能升高至正常预计值或保持相对稳定,而运动停止后氧脉搏矛盾性升高｡这可能与患者停止运动后左室后负荷急剧降低,使得左室收缩力改善,导致每搏输出量立即升高,从而表现为氧脉搏曲线不降反升的矛盾改变｡

BELARDINELLI等对202名确诊为冠心病的患者进行了CPET检查和心肌缺血SPECT检查｡多因素Logistic回归分析结果显示,随负荷递增,氧脉搏与耗氧量线性递增的平坦化改变,是心肌缺血的独立预判指标,敏感性为87%,特异性为74%｡而通常的运动负荷试验中,用于运动诱导心肌缺血诊断的“至少在两个相邻导联中出现1.0mmST段水平压低”的标准,其敏感性为46%､特异性为66%｡因此,带有呼吸气体分析的CPET检查,有助于在运动过程中,帮助心电图假阳性的患者排除运动诱导的心肌缺血｡

国内相关研究也证实了VO2/HR､ΔVO2/ΔWR在冠心病诊断中的潜在价值｡朱珊雨等研究纳入156例可疑冠心病患者,研究发现,用于冠心病诊断时,peakVO2%pred的最佳截断点是≤69%,其敏感度为55.1%,特异度为77.0%;peakVO2/HR%pred的敏感度为50.7%,特异度为72.4%;ΔVO2/ΔWR的敏感度为44.9%,特异度为87.4%｡上述参数特异度及诊断价值均较高,可以早期､较准确地诊断冠心病｡

另外,相关研究发现,CPET的多个参数在冠心病组与非冠心病组间存在差异｡AKINCI等研究纳入了30例可疑冠心病患者,其中19例经冠状动脉造影术确诊冠心病,MaxHR(P=0.031)､HRR(P=0.041)､AT时的VE/VCO2(P=0.028)､AT时的VO2(P=0.03)在冠心病组与非冠心病组间比较,差异具有统计学意义,相关指标诊断冠心病的截点值有望进一步研究证实｡FLEG等研究中分析了peakMETs在评估冠状动脉狭窄程度上的应用价值,结果提示peakMETs在冠脉狭窄程度≥50%组､>70%组间的差异具有统计学意义(P<0.001)｡目前国内仍缺乏CPET诊断冠心病的大样本､大数据的临床试验,其诊断冠心病的截点值有待后续进一步的研究证实｡

5 CPET指导冠心病运动处方

相关循证医学证据表明,心脏康复能够降低冠心病患者的死亡率和再住院率,改善生活质量｡运动治疗是心脏康复的重要环节,运动的安全性和有效性是制定运动处方的基本原则｡冠心病患者运动处方的制定有AT法､HR储备法､目标HR法､自我疲劳度分级法等｡AT水平运动是冠心病患者的最佳推荐运动强度｡TERADA等荟萃分析发现,与AT水平的有氧运动相比,肌肉力量训练联合有氧运动后冠心病患者获益更多｡

CPET作为临床制定运动处方的金标准,能为不同危险分层的冠心病患者提供有氧运动处方､缺血阈值､症状阈值,并根据康复疗程和康复效果动态调整运动处方,是冠心病心脏康复领域中不可或缺的评估手段,目前已被广泛应用于心脏康复评估｡CPET通过测定患者的peakVO2､AT､峰值HR､峰值负荷､MET等指标,评估有氧运动能力和心肺储备能力,制定运动处方的目标运动量､目标靶HR,为患者提供AT水平的最佳有氧运动处方｡同时,CPET能提供运动心电图阳性的缺血阈值,以及运动过程中出现不良反应时HR､血压水平,为高危冠心病患者提供更为安全､准确的运动处方｡INGLE等研究纳入了382例冠心病患者,分组制定不同运动处方,经过为期8周的运动治疗,发现所有参与者的ΔVO2/ΔWR､通气效率､最大心输出量均得到改善(P<0.001),且高强度间歇训练(HIIT)组比中等强度稳态训练(MISS)组能更有效地改善患者peakVO2｡PRICE等研究选取了60位进行了12期门诊心脏康复的冠心病患者,发现基础MET高､体能较好的患者,依据CPET制定的有氧运动处方阈值更高,能耐受的运动强度更大,运动处方完成后心血管事件风险更小,生活质量更高(P<0.001)｡

6 CPET应用于冠心病的预后评估

CRF是冠心病的预后强有力预测指标,CRF与冠心病病死率和全因死亡率呈负相关｡老年群体中peakVO2､吸烟群体中CPET检测的肺通气功能障碍均与冠心病患者预后相关｡在另一项研究中,CAI等则发现了AT时的VO2应用于冠心病预后的预测价值｡心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗术后急性期内,AT时的VO2≥10.5mL/(kg·min),在未来2年有更好的预后｡

而近年来多项研究均聚焦于CPET中的HR反应｡CHAUDHRY等研究发现运动高峰期最后2min,冠心病组HR异常升高,HR储备耗尽,HR-功率曲线斜率(ΔHR-WRslope)增加,且运动HR反应的异常程度与冠状动脉狭窄程度成正比(P<0.005)｡DEWAR等研究发现,在CPET恢复期,运动员HR恢复更快,冠心病组HR恢复慢,研究发现1minHRR阈值为12bpm,2minHRR阈值为22bpm,HRR可独立预测冠状动脉疾病患者的病死率｡国内赵依帆等研究纳入了87例经冠脉造影检查确诊的冠心病患者,均行CPET,根据HR恢复值(运动试验终止后2min)分组,探讨HR恢复情况与冠心病心肺功能及生存质量的相关性｡该研究发现,HR恢复异常组peakVO2､AT､peakwatt､SF-36评分结果均显著低于HR恢复正常组(P<0.01,P<0.05,P<0.05,P<0.05),HR恢复异常组心肺储备功能､有氧代谢能力､生存质量更差｡

CPET也是评估冠心病药物疗效､手术疗效､康复疗效的重要手段｡BELARDINELLI等研究表明,与单独运动治疗组相比,曲美他嗪联合运动治疗8周后,缺血性心肌病患者peakVO2､AT时的VO2､peakVO2/HR均有明显升高(分别为25%､24%､33%)｡LI等研究纳入了375例急性心肌梗死患者,经皮冠状动脉介入术术后2周行CPET检查,并追踪随访5年,研究发现,PeakVO2､VE/VCO2斜率是发生心血管不良事件的独立预测因子;当peakVO2≥20mL/(kg·min)且VE/VCO2斜率<33%时,不良事件发生风险显著降低(P<0.05)｡近年来相关研究提到,心梗患者出院后接受远程智能心脏康复治疗,3月后患者peakVO2增加了1.56mL/(kg·min),VO2曲线斜率上升,远程智能心脏康复治疗能改善患者的CRF｡

7 小结与展望

当代冠心病的诊治目标是提高患者生活质量,让患者回归家庭､回归社会｡围绕“药物处方､运动处方､营养处方､心理处方､戒烟处方”五大处方开展的心脏康复治疗让越来越多的冠心病患者获益｡CPET是评估CRF的金标准,与冠心病密不可分｡CPET在冠心病的风险预测､诊断评估､制定运动处方､预后及康复治疗疗效评价等方面具有重要的临床应用价值｡其中peakVO2､peakVO2/HR是冠心病患病风险的预测指标,氧脉搏曲线及摄氧量曲线诊断冠心病的价值较高｡依据CPET制定运动处方更是冠心病心脏康复的重要依据｡HR储备､运动中的HR反应在冠心病中具有独特的预后预测价值｡CPET因其多系统参与､多参数分析､可重复性高等特点被广泛应用于冠心病临床实际工作中｡但国内心脏康复起步较晚,CPET与冠心病的大样本性研究较少,地区差异大,不同CPET实验室所得数据仍有差异,目前冠心病相关评估的截点值欠缺｡将来仍需进行大样本的规范化标准化CPET,为冠心病提供更为简便的诊断及评估方法｡

参考文献：略

作者:李德霞冯双云

单位：丽江市人民医院

来源：现代医学与健康研究2025年第9卷第3期

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