心肺運動試驗在慢性阻塞性肺疾病評估和診治中的臨床應(yīng)用

劉柳，何建華

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種以持續(xù)氣流受限為特征的可預(yù)防和治療的疾病，其氣流受限多呈進(jìn)行性發(fā)展，通常是由于機體長期暴露于有害顆粒或氣體，引起氣道和肺組織異常慢性炎癥所致[1]。COPD的常見癥狀是勞力性呼吸困難和運動不耐受，嚴(yán)重影響了患者的勞動力和日常生活質(zhì)量。

1 心肺運動試驗在慢性阻塞性肺疾病的評估

心肺運動試驗(Cardiopulmonary exercise testing，CPET)是一種無創(chuàng)性的動態(tài)檢測方法，可檢測機體在不同的運動負(fù)荷下，耗氧量和二氧化碳排出量的實時動態(tài)變化[2]，評估機體的心肺儲備能力和運動耐受力。目前CPET被認(rèn)為是評價心肺功能最先進(jìn)的技術(shù)。進(jìn)行CPET時患者需要達(dá)到其呼吸循環(huán)和心血管系統(tǒng)的功能極限，因而可能出現(xiàn)心血管意外及猝死等嚴(yán)重后果，但只要嚴(yán)格掌握其禁忌癥和并發(fā)癥，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)時，立即終止試驗，并及時給予相應(yīng)處理，CPET仍是一項較為安全的檢查[3]。目前CPET已經(jīng)廣泛用于COPD患者的臨床治療和生理評估研究，但國內(nèi)對COPD的診斷及評估常采用靜態(tài)肺功能檢查，治療上也多局限于急性加重期呼吸科的藥物緩解治療，CPET這項技術(shù)并未完全普及。本文綜述了CPET在COPD患者評估、治療方面應(yīng)用的最新進(jìn)展，有助于醫(yī)生對COPD患者進(jìn)行必要的臨床決策。

2 CPET指標(biāo)在COPD中的表現(xiàn)及應(yīng)用[4-6]

通常測量的CPET指標(biāo)中最大運動通氣量 (maximal expiratory ventilation，VEmax)、呼吸儲備(breathe reserve，BR)等可反映COPD患者的肺通氣功能；二氧化碳通氣當(dāng)量 (minute ventilation carbon dioxide output，VE/VCO2)、呼氣末二氧化碳分壓、動脈二氧化碳分壓、動脈氧分壓(partial pressure of oxygen，PaO2)、動脈血與呼吸末二氧化碳分壓差可反映患者的肺氣體交換功能；攝氧量(oxygen uptake，VO2)、最大攝氧量(maximal oxygen uptake，VO2max)、峰值攝氧量(peak oxygen uptake，peakVO2)、公斤攝氧量(VO2/kg)、代謝當(dāng)量等可反映患者的代謝反應(yīng)情況。COPD患者的氣流受限和肺彈性回縮力降低造成其通氣失衡，同時肺泡和毛細(xì)血管喪失導(dǎo)致彌散面積減少，通氣血流比例失調(diào)和彌散障礙共同造成換氣功能障礙。即可出現(xiàn)VO2max、VO2/kg、AT、VEmax、BR、攝氧效率斜率下降，而VE/VCO2可升高，且其值越高，表明病情越嚴(yán)重。臨床上可將CPET指標(biāo)用于評估COPD高危人群心肺功能損害、鑒別呼吸困難原因、判斷疾病嚴(yán)重程度及預(yù)后、指導(dǎo)COPD患者治療、用于COPD合并癥患者的評估治療。

2.1 COPD高危人群的心肺功能評估 COPD的高危人群包括吸煙、接觸職業(yè)粉塵及氣道高反應(yīng)人群。目前診斷COPD的必備條件是吸入支氣管擴張劑后第1秒用力呼氣容積(Forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1)/用力肺活量<70% 。有研究發(fā)現(xiàn)[7-8]，靜態(tài)肺功能正常的吸煙者在尚無癥狀時,胸部CT檢查就提示肺氣腫及氣體陷閉征象，并出現(xiàn)VO2max、VEmax及BR等運動心肺指標(biāo)下降，吸煙量越大，其心肺功能損害越嚴(yán)重，最終可能演變?yōu)镃OPD。黃建明[9]的研究也證實了這一點。這表明COPD的患者患病初期(還未達(dá)到上述靜態(tài)肺功能診斷標(biāo)準(zhǔn)時)即可出現(xiàn)運動肺功能下降，因此可將CPET用于COPD高危人群心肺功能評估[10-11]，從而進(jìn)行早期干預(yù)，例如戒煙、隔離職業(yè)粉塵等手段，避免病情進(jìn)一步發(fā)展為COPD。

2.2 鑒別呼吸困難的原因 呼吸困難是COPD患者的常見癥狀。對呼吸困難的患者，若AT≥40% peak VO2預(yù)計值可基本排除循環(huán)系統(tǒng)疾病，同時BR<30%或評估運動潮氣流量容積環(huán)時存在呼氣氣流受限認(rèn)為與呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)，若BR≥30%則考慮肌肉組織疾??；peakVO2≥85%預(yù)計值,認(rèn)為與焦慮、肥胖相關(guān)；若peakVO2<85%預(yù)計值,BR≥30%且AT<40%peakVO2預(yù)計值考慮為循環(huán)系統(tǒng)或血液系統(tǒng)疾病, 若BR<30%則考慮心肺混合性疾病可能[10，12]。

2.3 評估病情嚴(yán)重程度與預(yù)后 目前普遍利用FEV1占預(yù)計值的百分比(FEV1%pred)對COPD患者進(jìn)行病情嚴(yán)重程度分級[1]。但有學(xué)者認(rèn)為FEV1%pred只能判斷機體氣流受限的嚴(yán)重程度，而不能反映患者的運動耐力，從而無法全面評估患者病情，因此有必要將peakVO2、AT、BR等[13]CPET指標(biāo)補充用于評估COPD嚴(yán)重程度。美國醫(yī)學(xué)會根據(jù)峰值VO2/kg對肺功能減退者制定了運動狀態(tài)下的肺功能補充分級標(biāo)準(zhǔn)，按峰值VO2/kg>25、20-25、l5-20、<15 ml/(min·kg)分為輕、中、重、極重4級[14]。賈慧英[15]對FEV1%pred和峰值VO2/kg兩種分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)CPET能提前對COPD的嚴(yán)重程度做靈敏的診斷。以FEV1%pred進(jìn)行分級的患者，即使級別相同，其運動耐力也可能存在較大的差異[16]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CPET檢查中出現(xiàn)不同程度的呼氣氣流受限的患者時，進(jìn)行運動潮氣流量容積環(huán)檢測可以量化氣流受限的嚴(yán)重程度，從而對病情嚴(yán)重程度進(jìn)行分級[10]。人們認(rèn)為CPET參數(shù)可能為COPD患者提供更好的預(yù)后評估[17]。Hiraga等[18]發(fā)現(xiàn)雖然FEV1%pred是預(yù)后的良好預(yù)測指標(biāo)，但對死亡率影響較弱，而CPET的客觀參數(shù)PaO2斜率對死亡率的影響最大。Yoshimura[19]的研究也證實了這一點。對于輕度至中度COPD患者來說，心血管疾病是比呼吸衰竭更為普遍的死亡原因，心率恢復(fù)(heart rate recovery，HRR)為運動高峰時和恢復(fù)期心率之差，HRR<14次/min是COPD患者死亡率的獨立預(yù)測因子[20]。有研究發(fā)現(xiàn)[21-22]，VE/VCO2最低點否定了如peakVO2、心率等更傳統(tǒng)的CPET預(yù)后指標(biāo)，是全因死亡率的獨立預(yù)測因子。當(dāng)高VE/VCO2最低點(>34)與低深吸氣量/肺總量比率相結(jié)合時，對預(yù)測死亡率的影響更加明顯。另外評估運動潮氣流量容積環(huán)時若存在呼氣氣流受限提示在接下來的4年內(nèi)發(fā)生不良事件的的風(fēng)險極高[10]。

2.4 指導(dǎo)COPD患者的治療 ①指導(dǎo)藥物治療：有研究表明[23]，連用2周支氣管擴張劑前后患者肺功能檢查指標(biāo)無顯著差異，而CPET的VO2max、最大運動功率等指標(biāo)均有統(tǒng)計學(xué)意義，表明CPET評估COPD患者藥物療效更為敏感。長效β2受體激動劑(如茚達(dá)特羅)和長效抗膽堿能藥物(如格隆溴銨)，以及兩者的固定劑量組合對運動耐量的影響均可通過恒定負(fù)荷運動試驗評估[24-25]。這為COPD的藥物治療提供了有用且敏感的觀察指標(biāo)，通過評估藥物療效可指導(dǎo)臨床醫(yī)生選擇有效的藥物。②指導(dǎo)肺康復(fù)運動處方的制定：以運動訓(xùn)練為核心的肺康復(fù)是COPD綜合治療的重要內(nèi)容，它屬于COPD康復(fù)指南的Ⅰ類推薦證據(jù)，有氧運動訓(xùn)練能增加COPD患者肌肉力量，維持機體炎癥因子的平衡，穩(wěn)定期及急性加重早期的COPD患者進(jìn)行肺康復(fù)可安全有效地改善其運動耐力、呼吸困難癥狀及生活質(zhì)量[26-36]。個體對持續(xù)有氧運動的耐受能力不盡相同，多項CPET指標(biāo)可指導(dǎo)運動強度的確定，醫(yī)生可據(jù)此為COPD患者制定安全有效的個性化運動處方[10]。輕中度COPD患者可選擇高強度(最大功率的60%～80%)的訓(xùn)練，無法耐受高強度訓(xùn)練者可選用低強度(最大功率的30%～40%)的訓(xùn)練；靶攝氧量儲備指導(dǎo)下的訓(xùn)練強度也適用于制定運動處方，靶攝氧量儲備=[VO2max-靜息攝氧量(VO2rest)]×目標(biāo)運動強度%+ VO2rest；運動訓(xùn)練時控制患者運動心率小于無氧閾心率或靶心率(70%HRR+靜息心率)、控制患者運動負(fù)荷為AT時功率的70%均為推薦的運動處方[37-41]。另外臨床上還可通過代謝當(dāng)量的值指導(dǎo)患者在日常生活中選擇合適運動強度的運動項目。③指導(dǎo)氧療：有新增證據(jù)表明，在康復(fù)訓(xùn)練過程中給予經(jīng)鼻高流量氧療較常規(guī)吸氧可能改善COPD患者的運動耐力，延長其恒定功率運動訓(xùn)練的運動時長并改善呼吸困難癥狀，使患者能耐受較高的活動水平[1，42]，這說明在康復(fù)訓(xùn)練的同時進(jìn)行氧療能在一定程度上改善患者的運動能力。④指導(dǎo)外科手術(shù)治療：外科手術(shù)可使某些內(nèi)科治療無效的晚期肺氣腫COPD患者獲益，改善患者的死亡率、生活質(zhì)量和運動能力[1，43]。因為受試者在CPET中的生理反應(yīng)類似于術(shù)中的應(yīng)激反應(yīng)，所以CPET較常規(guī)檢查更能預(yù)測患者對手術(shù)的耐受能力[44]。有研究發(fā)現(xiàn)，以上葉肺氣腫為主的COPD患者，當(dāng)術(shù)前峰值功率女性<25W、男性<40W時，肺切除手術(shù)才能使患者獲益[24]。當(dāng)peakVO2>20ml/(kg·min)或>75%預(yù)計值、二氧化碳通氣當(dāng)量斜率(VE/VCO2slope)<30手術(shù)風(fēng)險低；當(dāng)peakVO2<10ml/(kg·min)或<35%預(yù)計值、VE/VCO2slope≥45，手術(shù)風(fēng)險極高，不建議進(jìn)行手術(shù)[10,24]。

2.5 用于COPD合并癥的診治評估 ①心血管疾病例如充血性心力衰竭(Congestive heart failure，CHF)、冠狀動脈疾病(Coronary artery disease，CAD)及肺動脈高壓(Pulmonary hypertension，PH)在COPD患者中普遍存在[24]:a.如果COPD患者每分鐘二氧化碳排出量的通氣量截距≤3.5 L/min，VE/VCO2slope≥34或峰值VE/VCO2≥37及呼氣末二氧化碳分壓≤31mmHg，考慮該患者可能合并CHF。b.合并CAD的COPD患者較無CAD的COPD患者峰值功率負(fù)荷、peakVO2，峰值氧脈搏均更低，而VE/VCO2最低點更高，運動心電圖可協(xié)助發(fā)現(xiàn)COPD患者中CAD的存在；c.合并PH的COPD患者較無PH的COPD患者VE/VCO2slope和VE/VCO2最低點明顯增大，運動時氧飽和度降低更明顯，其肺動脈壓與VE/VCO2的最低點正相關(guān)，而與經(jīng)皮血氧飽和度負(fù)相關(guān),這表明CPET可早期評估COPD患者是否合并PH[45]。②與非貧血患者相比，合并貧血的COPD患者peakVO2、峰值功率較低，提示臨床醫(yī)生可在進(jìn)行CPET前進(jìn)行血紅蛋白測定，以免對CPET檢查結(jié)果分析出現(xiàn)誤差[24]。③合并肥胖的COPD患者VO2與功率的關(guān)系斜率存在向上平移，這說明其代謝需求增加[46]，證明減重有助于改善肥胖COPD患者的運動能力。④COPD患者常合并骨質(zhì)疏松，李霞[47]發(fā)現(xiàn)高強度間歇訓(xùn)練不僅可以提高合并骨質(zhì)疏松患者的峰值功率、運動測試持續(xù)時間、AT、peakVO2及峰值通氣量，還可改善其骨質(zhì)疏松狀況。⑤COPD患者抑郁發(fā)生率可達(dá)27%～67%，合并抑郁的患者peakVO2、AT占預(yù)計值的百分比下降[48]。使用艾司西酞普蘭輔助治療合并抑郁癥的COPD患者時VO2max、VEmax及HRR均升高，其心肺功能及運動耐力得到明顯提高[49]。這提醒我們在臨床中治療這種患者時要注意聯(lián)合抗抑郁治療。

3 小結(jié)

近年來國內(nèi)外對于CPET在COPD方面的應(yīng)用研究不斷增加，對各種新型評價指標(biāo)的研究也不斷涌現(xiàn)。CPET為鑒別呼吸困難原因、評估COPD患者病情嚴(yán)重程度及預(yù)后、輔助制定治療方案、評價療效等各方面提供了重要的信息和有價值的數(shù)據(jù)。但CPET在我國仍是一項較新的測定技術(shù)，其指標(biāo)涉及人體多個系統(tǒng)，檢查結(jié)果分析方法復(fù)雜，臨床對CPET的實際應(yīng)用還存在著很大的空白。目前對于利用CPET對COPD進(jìn)行早期診斷時的診斷標(biāo)準(zhǔn)、制定最理想康復(fù)運動處方的統(tǒng)一方法尚未明確，根據(jù)CPET各項指標(biāo)進(jìn)行COPD患者病情嚴(yán)重程度分級最理想的標(biāo)準(zhǔn)也尚未達(dá)成共識，還需要更多進(jìn)一步的深入研究。