运动心肺功能测定(简)

运动心肺功能测定广东省人民医院呼吸科黄思贤2020/5/292肺―细胞气体运输机制运动心肺功能测定(CardiopulmonaryExerciseTesting，CPET)是指伴有代谢测定(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。心血管系统与呼吸系统的基本功能是维持细胞呼吸。CPET是综合心与肺，在一定功率负荷下测出VO2及VCO2等代谢指标、通气指标及心电图变化。所以它反映细胞呼吸功能的变化。2020/5/294心脏病学家WeberKT指出“心脏病学家和肺病学家不是把注意力集中于左心室，就是把注意力集中于肺泡。这种局限性不能恰当地理解和较全面地观察心肺单元”，因而提出“心肺单元”的概念。呼吸病学家WassermanK更进一步提出“单独给心或肺增加负荷是不可能的，所有的运动均需要心脏功能和肺脏功能的协调，以及周围循环和肺循环的协调作用来完成生存和工作所需要的气体交换作用”，并强调外呼吸―细胞呼吸正常耦联（Normalcouplingofexternaltocellularrespiration）即肺-心-活动肌群，因而它反映人体的最大有氧代谢能力和心肺储备能力，特别强调心肺联合功能测定(见图1)。2020/5/295肺-心-运动肌群的气体运输机制O2CO2图1运动心肺偶联机制（引自WassermanK）2020/5/297气体交换处于动态平衡细胞内QO2与呼出气体VO2是处于动态平衡的QO2=VO2,QCO2=VCO2血管内VO2与肺泡内VO2是处于动态平衡的VO2max=C.Omax×(C(a-v)O2)VO2max=VEmax×(FiO2-FeO2)呼吸商RQ与气体交换率R是处于动态平衡的RQ=R;RQ=QCO2/QO2R=VCO2/VO2常用参数意义和正常值一、耗氧量（Oxygenconsumption，QO2）与摄氧量（Oxygenuptake，VO2）机体一定时间内消耗的氧气量称为耗氧量，反映细胞中氧的利用程度，包括运动中肌肉细胞氧的利用情况。经肺泡与肺血流摄取的氧量称为摄氧量。通常情况下供氧需氧平衡，摄氧量即为耗氧量，通过血液循环将氧输送至运动肌群。单位以L/min或ml/min/kg表示，是用气体分析法来测定的。（一）最大摄氧量VO2max（MaximalOxygenUptake）：指在运动的最后阶段，即竭尽全力阶段，循环和呼吸系统发挥最大作用时每分钟所能摄取的氧量。此时随着功率的增加，VO2不再增加而形成一个平台，相邻两次（1分钟内）VO2差值150ml/min-1,称为VO2max。亦可用公斤摄氧量2ml·kg-1·min-1表示，消除了体重的影响。通常也称为最大耗氧量、最大有氧代谢能力等。其计算公式为：VO2max=COmax×(C（a—v）O2)⑴VO2max=VEmax×(FiO2-FeO2）⑵由公式（1）可以看出，每分钟最大摄氧量取决于循环系统的功能，主要是心排出量，反映循环系统氧转运的能力，由公式（2）可以看出，每分钟最大摄氧量也取决于呼吸系统的功能，主要是每分钟最大通气量，反映呼吸系统通气能力。因而呼吸和循环受限均是其影响因素。VO2max减少，说明运动耐量下降。其数值大小与运动方式有关,如平板运动VO2max比踏车运动高5%-11%。(二)峰值摄氧量VO2peak(peakormaximumoxygenuptake)：指运动过程中出现摄氧量的最高值，正常人VO2peak与VO2max二者数值接近，因最大运动平台极难出现，峰值摄氧量可以近似认为是最大摄氧量。(三)症状限制最大摄氧量（VO2maxsymptomlimited）：通常指患者的运动终点为各种症状所限，如呼吸困难、心悸、心绞痛、血压过高和心电图异常等,不能达到竭尽全力的极量运动阶段，此时测出的峰值摄氧量即为症状限制最大摄氧量。VO2max,PeakVO2三、无氧阈(Anaerobicthreshold,AT或VO2AT)指运动时有氧供能尚未需要无氧代谢补充供能时的最大VO2值，即尚未发生乳酸性酸中毒时的最高VO2,反映了机体耐受负荷的潜能,同时也反映了乳酸盐和乳酸盐/丙酮酸比率在肌肉和动脉血中增加,它取决于无氧代谢时乳酸产量，是运动时无氧代谢能力的标志。用于运动医学、运动训练、生理及航空医学等方面。ATV-SlopeVCO2,VO2A正常反映斜率=1S1，S2B异常反映①弱体质，心脏病②McArdle’sdisease糖原代谢病Ⅴ型（肌型，缺少磷酸化酶）AT通气当量法AT2020/5/2917VO2max和AT的临床意义VO2max和AT可以识别疾病的严重程度,预測最大心排出量,客观评價患者功能容量,故用以标誌心功能损害程度。直接測定VO2max需要进行力竭运动試驗,易受主观客观因素的影响，对心肺疾患患者或老年人具有一定危險性。当前臨床倾向亞极量运动。对慢性心肺功能不全的患者測定AT更有意义，更能反映心功能状况。反映组织灌注的变化AT較VO2max敏感，且相对与用力无关。VO2max同受心血管储備功能及肌肉利用氧能力的影响，代表循环系统輸送氧的能力。而运动耐力較多取决于肌肉线粒体利用氧的能力,与AT关係較密切.VO2max与AT最重要的一个方面是可根据其数值确定运动者的心功能状态，不同于NYHAⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分级。心功能分级系根据WeberKT标准，按VO2max/kg及AT分级：心功能分级(ml·min-1·kg-1)VO2max/kgATA级2014B级16-2011-14C级10-168-11D级1082020/5/2919(六)美国医学会肺功能不全分级标准（2000年）表1.美国医学会肺功能不全分级标准（2000年）肺功能指标一级二级三级四级（功能减损（功能减损（功能减损（功能减损0%～9%）10%～25%）26%～50%）51%～100%)FVC≥正常低限60～7951～59≤50FEV1≥正常低限60～7941～59≤40DLco≥正常低限60～7941～59≤40VO2/kg≥2520～2515～2015四、心率与摄氧量正常情况下，随着运动负荷增加，心输出量与心率呈线形递增。而心脏病患者由于心搏出量减低，随着VO2的增加，心率呈陡直上升；冠状动脉供血不足之患者由于心肌缺血，VO2通常随着功率的增加缓慢递增，因而心输出量不能与负荷增加同步；肺血管病时，由于肺血管压力增加，左心室输出量减低，也表现为随负荷增加，心率增加呈陡直反映(见图5)。HRVO2六、血压动脉血压决定于心输出量和末梢血管阻力，运动时，由于心排出量大幅度增加，收缩压上升，上升程度与运动强度、心排出量密切相关。正常情况下，运动量越大，血压越高。收缩压增加大于舒张压的增加，而由于运动时外周总阻力下降，舒张压通常不变或稍下降。运动时血压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发生。当运动时收缩压高于240mmHg（我院为220mmHg）、舒张压高于115mmHg时运动要立即停止。正常情况下,最大运动时收缩压可升至180-220mmHg、舒张压可升至70-90mmHg，若舒张压升高超过15mmHg，要警惕隐性高血压。七、反映通气变化的几个指标：1.潮气量（VT）与深吸气量（IC）的比值（VT/IC）运动时正常人VT通常小于静息时IC的70%，VT/IC罕见超过0.8。由于VC测定影响因素较多，VT/IC比VT/VC更有价值。2020/5/29242.通气量(VE)、最大运动通气量(VEmax)与呼吸频率（RR）VE常指每一分钟进入或从肺中排出的气体量。等于VT与RR的乘积。随着运动量的增加V̉E呈不同程度的增加。VE与患者身高、年龄、性别、死腔通气等有关。VEmax是指极量运动时的通气量。安静时VE为5-8L/min,最大运动时VEmax可达70-120L/min。无氧阈以下的运动负荷，通气量与运动负荷呈线性相关。无氧阈以上运动负荷,通气量与VO2呈非线性关系,通气量增加超过了摄氧量的增加。RR是指呼吸频率,正常人最大运动时RR可达34-46bpm，很少超过50bpm。3.呼吸储备（BR）反映最大运动时的最大呼吸能力，BR降低通常为运动受限的因素之一，由于通气功能障碍，通气能力减低（MVV低）所致。故限制性或阻塞性肺疾患常导致低BR(见图8),而因心血管因素运动受限者BR升高。公式BR=（MVV-VEmax）或（MVV-VEmax)/MVV%（正常值：38±22L/min，或20-50%）VT,IC,VE,MVV,BR2020/5/2927MVV与运动中潮气流量-容积环（extFVL）比较1.左图，MVV为自主性，在MFVL中，位于FRC之上，是在高肺容量部位进行，EELV增加，EILV接近TLC，于高弹性负荷下呼吸，在一开始呼气就要用较高胸内压以获取高流量，是处于用力依赖部分，呼吸功增加。它不能提供通气受限类型。2.右图，实际运动之呼吸类型，最大运动时EELV降低，extFVL在MEFV中是在肺胸压力/容积曲线的最佳部位下进行，呼吸功低。八、V/Q不均的测定（一）死腔通气：生理死腔与潮气量比值（VD/VT）正常值：男性40岁，静息时≤0.40，AT时≤0.25，最大运动时≤0.21；男性40岁，静息时0.30±0.08，AT时0.20±0.07，最大运动时0.19±0.07。A正常V/Q≈0.8B静-动脉分流V/Q0.8C死腔通气V/Q0.8V/Q不均,VD/VT（二）肺泡-动脉氧分压差[P(A-a)O2]PaO2正常值：休息时约为80mmHg以上，最大运动时稍有升高。P(A-a)O2正常值：20-39岁静息为8mmHg，AT时为11mmHg，最大运动为15mmHg；40-69岁静息为6-20mmHg，AT时为10-24mmHg，最大运动为10-28mmHg。P(A-a)O2(三)动脉血与潮气末二氧化碳分压差P(a-ET)CO2P(a-ET)CO2反映V/Q不均、肺泡死腔变化。PETCO2是肺泡内最高的PCO2，而动脉PCO2代表的是平均肺泡PCO2，运动时因CO2产量增加，运送到肺的CO2增加，由于呼气时新鲜空气不稀释肺泡内气体，此时的肺泡PETCO2接近静脉PCO2，PETCO2明显高于PaCO2。运动时PETCO2高于PaCO2,P(a-ET)CO2为负值-4mmHg左右。休息时稍呈正值，PaCO2高于PETCO22mmHg左右。PaCO2,PETCO2P(a-ET)CO22020/5/2935（四）二氧化碳通气当量（VE/VCO2）氧通气当量（VE/VO2）二氧化碳通气当量（VE/VCO2）VE/VCO2是死腔通气的指标之一。显示排除1升CO2所需的通气量，反映通气效率。计算公式：VE/VCO2=K/[PaCO2×(1-VD/VT）]公式中可以看出：1、当VD/VT增大时，VE/VCO2随之增加；2、过度通气时，PaCO2下降，VE/VCO2增加。正常值在AT点时，VE/VCO2约为29±4.3。若升高，表明过度通气、死腔增加。氧通气当量（VE/VO2）指摄入或消耗1升氧量所用的通气量。VE/VO2反映氧提取效率，运动时其最低点反映无氧阈的位置，是确定无氧阈最敏感的指标，也反映化学感受器的敏感度。当化学感受器不敏感时，V̉E/V̉O2到运动终末时才下降。COPD时V/Q不均，运动最大耗氧量减低，VE/VO2就增加；代酸时，通过过度通气代偿酸中毒，因而VE/VCO2也增加。过度通气的气体代谢特点是VD/VT升高,PaCO2减低,VE/VCO2及VE/VO2增加。正常值在AT点时，VE/VO2约为26.5±5.4。VE/VCO2,VE/VO2九、最大二氧化碳产量（VCO2max）反映机体清除代谢产物二氧化碳的量。在递增运动初始阶段，随着运动负荷的增加，VCO2也不断增加，增加幅度近似于耗氧量的增加。一旦到达无氧阈，VCO2增加比VO2增加要快，这时就需要HCO3-/H2CO3缓冲机制来调节。