心肺運動試驗在慢性心力衰竭預后評估中的價值

唐 毅，柳志紅，黃智偉，王 勇

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心肺運動試驗在慢性心力衰竭預后評估中的價值

唐 毅，柳志紅*，黃智偉，王 勇

（中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院阜外醫(yī)院心內(nèi)科，國家心血管病中心心血管疾病重點實驗室，肺血管病中心，北京 100037）

心肺運動試驗通過測定機體對運動的反應，可以評估包括心血管、肺、骨骼肌等多系統(tǒng)的功能和儲備，顯示出其獨特的優(yōu)勢，特別是對于慢性心力衰竭患者的功能狀態(tài)及預后能夠進行客觀定量的評估，具有極其重要的價值和意義。本文重點闡述心肺運動試驗主要指標的意義及其在慢性心力衰竭預后評估中的價值。

心肺運動試驗；心力衰竭；臨床應用

臨床上，左室射血分數(shù)（LVEF）、N端腦鈉肽前體（NT-proBNP）/腦鈉肽（BNP）等指標對左心衰竭的診斷、治療、預后評估提供了客觀有效的證據(jù)，但其多反映靜息狀態(tài)下心臟功能。6min步行試驗、紐約心功能分級雖然在一定程度上反映了心力衰竭患者在運動狀態(tài)下的心臟功能，但卻存在主觀性較強、重復性欠佳等缺點。而心肺運動試驗（cardiopulmonary exercise testing，CPET）通過測量氣道內(nèi)的氣體交換可以評估心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)對同一運動應激的反應情況，且同步測量心電圖、心率、血壓和血氧飽和度等指標，經(jīng)過軟件整合計算，最終可獲得峰值氧耗量（peak oxygen consumption，peak VO2）、無氧閾（anaerobic threshold，AT）、通氣效率等諸多數(shù)據(jù)，通過對心力衰竭患者的心肺功能以及代謝等整體功能狀態(tài)進行全面的測定、分析，可以較好地對慢性心力衰竭患者進行客觀定量分級以及預后評估，是目前臨床上對心力衰竭患者整體功能狀態(tài)進行無創(chuàng)評估的唯一檢測方法。本文重點闡述CPET主要指標的意義及其在慢性心力衰竭預后評估中的價值。

1 峰值氧耗量

peak VO2是指受試者在持續(xù)增量功率試驗中最大用力時達到的持續(xù)約20～30s的最大VO2，其大小取決于最大心排量、動脈血氧含量、心輸出量向運動肌肉的分配指數(shù)以及肌肉的用氧能力，因此可以很好地反映心力衰竭患者心臟功能狀態(tài)和儲備能力[1]。1991年Mancini等[2]的研究奠定了peak VO2作為心力衰竭患者心臟移植指征的基石。該研究表明，對于可以獲得AT的心力衰竭患者，peak VO2＞14ml/（kg·min）時無須緊急行心臟移植，可以推遲手術(shù)。其后多項研究證實了該結(jié)果的準確性，并引入指南被推薦[3]。但是，在正常人群中，peak VO2隨年齡、性別、日?；顒铀揭约斑\動種類的不同而不同。同時個體間脂肪含量的差異性也會影響peak VO2的預測價值，Osman等[4]研究表明，在穩(wěn)定的慢性心力衰竭患者中，經(jīng)去脂體質(zhì)量（lean body mass，LBM）校正的peak VO2優(yōu)于經(jīng)總體質(zhì)量校正的peak VO2，對peak VO2/LBM＜19ml/（kg·min）的患者建議行心臟移植治療，特別是婦女和肥胖患者。因此，當把個體的peak VO2與群體的peak VO2進行比較時，要求是在相同運動模式所產(chǎn)生的預計值公式，最好產(chǎn)生該預計值公式的人群特征與受試者相似。對于不能獲得AT的患者，目前尚無明確的peak VO2值，有人推薦氣體交換率（respiratory exchange ratio，RER）＞1.00作為達到無氧代謝的替代指標[5]。

2 無氧閾

AT定義為遞增運動期間肌肉組織轉(zhuǎn)向無氧代謝作為能量來源的點，此時CO2生成增加，從而導致反射性過度通氣，以保證機體內(nèi)pH穩(wěn)定在一定水平[6]。多項研究表明，在AT時所獲得的VO2可被用來評價心力衰竭的嚴重程度以及治療效果。同時由于AT不依賴患者的動機、運動方案以及運動時間，因此也被推薦替代peak VO2來評估心血管風險[7]。然而并不是所有的心力衰竭患者都能測得AT[8]。Agostoni等[6]進一步研究表明，對于不能測得AT的嚴重心力衰竭患者，其預后較差，推測其主要原因在于此類嚴重心力衰竭患者的3個不均肌肉之間和肌肉之內(nèi)血流分布的不均一，毛細血管與線粒體之間O2流動阻力的不均一以及肌纖維中O2攝取和利用的不均一。

3 氧脈搏

氧脈搏[VO2/heart rate （HR）]定義為最大耗氧量除以心率，其主要意義在于將運動時的氧氣利用與心臟變時性結(jié)合起來，以替代每博量反映心臟的收縮能力。Lavie等[9]研究表明，VO2/HR高的心力衰竭患者臨床事件發(fā)生率低。多因素回歸分析顯示，相比最大耗氧量，最大耗氧占預計值百分比、經(jīng)LBM校正的最大耗氧量，低的VO2/HR是心力衰竭患者發(fā)生臨床事件的最強的獨立預測因子。同樣，Oliveira等[10]研究顯示，當心力衰竭患者peak VO2在-14.3ml/（kg·min）之間時，峰值VO2/HR占預計值百分比＜85%的患者，其3年的病死率高于峰值VO2/HR占預計值百分比＞85%的患者。

4 氣體交換率

在遞增運動過程中，患者心率如達到年齡預測的最大心率的85%，提示患者已充分努力地運動，但是年齡預測的最大心率在普通人群中存在很大的變異性，且由于β?受體阻斷劑等減慢心率的藥物的普遍使用，其在一定程度上限制了年齡預測的最大心率在運動試驗中的使用。RER定義為分鐘二氧化碳生成量（carbon dioxide production，VCO2）/VO2，當比值＞1時，提示CO2的排出大于O2的攝入，體內(nèi)存在無氧代謝，peak RER＞1.10提示患者已經(jīng)達到主觀最大努力程度。Mezzani等[11]研究顯示，對于嚴重運動功能受限的心力衰竭患者[VO2＜10ml/（kg·min）]，當峰值RER＞1.15時，患者的2年生存率為52%，而當峰值RER＜1.15時，患者的2年生存率為83%，提示對于運動能力減弱的心力衰竭患者應該鼓勵其更努力地運動從而使VO2更具有預后價值。Ingle等[12]通過對445例心力衰竭患者進行研究發(fā)現(xiàn)：在峰值RER≥1.0時，peak VO2和通氣效率[分鐘通氣量（minute ventilation volume，VE）/ VCO2slope，VE/VCO2slope]是患者死亡的獨立預測因子，而在峰值RER≤1.0時，年齡、VO2/HR、心絞痛病史與患者預后相關(guān)。但Chase等[13]研究卻顯示，在RER＜1.0，RER＝1.0～1.04，RER＝1.05～1.09，RER＞1.10各亞組間,心力衰竭患者的3年事件發(fā)生率無明顯差異性。

5 攝氧效率斜率

攝氧效率斜率（oxygen uptake efficiency slope，OUES）定義為在運動狀態(tài)下，在一定VE情況下，VO2增加的速率，其生理意義在于氧氣被攝入體內(nèi)以及被利用的效率，因此其反映了心血管、呼吸以及骨骼肌功能狀況。OUES主要受代謝性酸中毒、生理死腔和動脈CO2分壓的影響，其可以在亞極量運動中獲得，且不依賴于觀察者之間的變異。Van Laethem等[14]研究表明，在整個心肺運動過程中OUES 保持相對穩(wěn)定，在伴或者不伴有LVEF下降的成人心力衰竭患者中，OUES與peak VO2呈明顯正相關(guān)。因此在嚴重心力衰竭的患者中，對不能達到極量運動的患者，OUES可以作為評估患者運動耐力的指標。Davies等[15]對243例心力衰竭患者進行了長達9年的隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)peak VO2、VE/VCO2和OUES都是患者預后的重要指標，但是在多變量回歸模型中，只有OUES能預測心力衰竭患者的預后。

6 潮氣末二氧化碳分壓

潮氣末二氧化碳分壓（end-tidal carbon dioxide tension，PetCO2）是指呼氣末肺泡中最高PCO2值，在正常靜息狀態(tài)下為36～44mmHg，其壓力高低與CO2的排出量、異常通氣模式（如淺快呼吸）、代償性高通氣、心輸出量及心衰嚴重程度有關(guān)。從靜息狀態(tài)下遞增到AT時，PetCO2可增加3～8mmHg，而繼續(xù)增加達到最大運動耐量時，則出現(xiàn)下降，其下降主要是由于堆積的乳酸刺激通氣所致。由于不同的人在乳酸刺激狀態(tài)下的通氣功能存在個體差異，因此削弱了其對心力衰竭預后的指導意義。但在AT時，由于不受通氣功能影響，PetCO2可以更好反映心輸出量，從而對心衰預后具有較好的指導意義。Arena等[16]研究表明，PetCO2可以很好地預測心力衰竭患者心臟相關(guān)事件[ROC曲線下面積（AUC）為0.82，＜0.001]，多因素回歸分析顯示，在VE/VCO2slope和peak VO2基礎(chǔ)上聯(lián)合PetCO2可以更好預測心力衰竭患者的預后。而且在靜息狀態(tài)下獲得的PetCO2同樣具有上述預后預測作用[17]。

7 通氣效率（VE/VCO2 slope）

通氣效率（VE/VCO2slope）定義為每排出1L CO2所需要的通氣量。可用比值或斜率來表示。其計算公式為：VE＝863×VCO2/PaCO2×（1?VD/VT），表明VE/VCO2slope與動脈CO2分壓、VD（殘余量）、VT（潮氣量）有關(guān)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，肺血流灌注減少也可引起VE/VCO2slope升高，且在峰值運動時VE/VCO2slope與心輸出量成呈負相關(guān)[18]。Arena等[19]將VE/VCO2按照數(shù)值大小進行分組，經(jīng)Kaplan-Meier分析結(jié)果顯示，各組患者生存率明顯存在差異，表明對VE/VCO2的數(shù)值大小進行分層對于心力衰竭患者的臨床決策具有進一步指導意義。Kleber等[20]認為，相比peak VO2，VE/VCO2slope能更好地預測心力衰竭患者的臨床事件。但由于VE/VCO2slope未能像peak VO2一樣考慮患者的體力情況，如VE/VCO2slope＞34的患者，其可能表現(xiàn)為正常的運動耐力[其peak VO2＞18ml/（kg·min）]。最近Guazzi等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與VE/VCO2slope以及peak VO2相比，用VO2校正VE/VCO2，即VE/VCO2/VO2，對心力衰竭患者預后具有更好的預測作用。

8 運動振蕩呼吸

在心力衰竭患者中，振蕩呼吸（震蕩換氣）不僅可存在于休息、睡眠中，在運動過程中同樣可以出現(xiàn)，即運動振蕩呼吸（exercise oscillatory ventilation，EOV）[22]。然而，目前對于EOV的定義尚無統(tǒng)一的標準。孫興國等[23]將EOV定義為在CPET過程中，受試者通氣出現(xiàn)連續(xù)≥3個周期性波動。其振幅應超過同步通氣量平均值的30%，具有完整的振蕩周期（40～140s），同時要求≥3個下列變量中出現(xiàn)類似頻率的振蕩：VO2/HR、VO2、VCO2、VE/VCO2、RER、PetCO2和PetO2。

血液從肺到達化學感受器以及呼吸調(diào)節(jié)中樞的時間延長、外周化學感受器敏感性增強、肺淤血以及肌動力感受器異常等機制可能參與調(diào)節(jié)了心力衰竭患者的振蕩呼吸。研究表明，EOV存在于19%～51%有癥狀左心功能不全患者中[22]。Corra等[24]研究顯示，對于心力衰竭患者，與無振蕩呼吸的患者相比，存在EOV的患者死亡率增加了三倍。孫興國等[23]的研究表明，當EOV與VE/VCO2相結(jié)合時，心力衰竭患者6個月死亡風險比增加了4倍（從9.4到38.9），從而提示EOV對心力衰竭患者預后具有很好的預測價值。

盡管peak VO2、OUES、PetCO2以及VE/VCO2slope等都可以不同程度地預測心力衰竭患者的預后，每項研究在其特定的人群中都可以獲得各個指標的臨床意義。但其中也不乏存在矛盾的結(jié)果，可能與入選人群、樣本量等有關(guān)。而Myers等[25]分別根據(jù)VE/VCO2slope、OUES、靜息時PetCO2、peak VO2、心率恢復時間的風險比，賦予各因素一定的分值，最后將所有分值相加來綜合評估心力衰竭患者的風險，發(fā)現(xiàn)具有很好的臨床意義。其以710例心力衰竭患者為研究對象，將VE/VCO2slope≥34、心率恢復≤6/min、OUES＞1.4、PetCO2＜33mmHg、peak VO2≤14ml/（kg·min）的得分分別定為7、5、3、3、2分，當總分＞15分時其風險比7.6，年死亡率為27.0%；而當總分＜5分時，年死亡率為0.4%。上述結(jié)果進一步在2625例心力衰竭患者中得到了證實[26]。

綜上，CPET能客觀、定量地評價慢性心力衰竭患者的心肺功能和運動耐力，對心力衰竭嚴重程度和預后評價具有極其重要的價值和意義。由于CPET可以很好地反映人體的最大有氧代謝能力以及心肺儲備能力，有助于闡明機體內(nèi)在的病理生理變化，近年來在國內(nèi)也逐漸開展起來，其可應用的參數(shù)越來越多，用于疾病的種類也逐漸增加。相信未來隨著科學技術(shù)的進步，對CPET認識的進一步加深，其所應用的廣度及深度也必將進一步增加。

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（編輯: 王雪萍）

Value of cardiopulmonary exercise testing in assessment of chronic heart failure

TANG Yi, LIU Zhi-Hong*, HUANG Zhi-Wei, WANG Yong

(Center for Pulmonary Vascular Diseases, State Key Laboratory of Cardiovascular Diseases, National Center for Cardiovascular Diseases, Department of Cardiology, Fuwai Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China)

Cardiopulmonary exercise testing can evaluate the functions and reserve capacities of multiple organ systems, for example, the cardiovascular system, lung and skeletal muscle system, through measuring the body’s reaction to exercise. The test shows unique advantages, especially in objective and quantitative assessment for functional status and prognosis in patients with chronic heart failure. In this paper, we mainly introduced the clinical significance of major indices of CPET in chronic heart failure.

cardiopulmonary exercise testing; heart failure; clinical application

R541.6

A

10.11915/j.issn.1671-5403.2015.03.044

2015?03?01;

2015?03?15

柳志紅, Email: liuzhihong@fuwai.com