孫興國
(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 國家心血管病臨床醫(yī)學(xué)研究中心,北京 100037)
心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的規(guī)范化操作要求和難點(diǎn)-數(shù)據(jù)分析圖示與判讀原則*
孫興國△
(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 國家心血管病臨床醫(yī)學(xué)研究中心,北京 100037)
心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)是目前唯一的人體心肺代謝等系統(tǒng)整體功能學(xué)的檢測方法,可以收集以氧氣代謝為核心的整體生理學(xué)信息。我們用人體功能一體化整體調(diào)控理念的全新哲學(xué)思維方式來解釋呼吸循環(huán)調(diào)控,并在此理論基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與解讀。只有根據(jù)心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)規(guī)范化臨床實(shí)施操作和數(shù)據(jù)分析圖示與判讀原則,才可以為人體功能狀態(tài)得到一個(gè)整體、客觀、定量的科學(xué)評估,從而達(dá)到區(qū)分健康、亞健康和疾病診療的目的,為多種臨床疾病的預(yù)防、診斷、鑒別診斷、治療效果評估、運(yùn)動(dòng)康復(fù)及預(yù)后預(yù)測提出優(yōu)化處理建議。
心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn);定標(biāo);質(zhì)量控制;標(biāo)準(zhǔn)化操作;數(shù)據(jù)分析;數(shù)據(jù)判讀
心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)(cardiopulmonary exercise testing, CPET)作為生命整體調(diào)控體系中最重要的人體整體功能學(xué)檢測方法,在嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)室管理和高質(zhì)量的質(zhì)量控制[1]前提下,將患者從靜息狀態(tài)至運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、再至最大極限狀態(tài)及恢復(fù)期全過程中的呼吸、氣體交換、心電、血壓、血氧飽和度等進(jìn)行規(guī)范化、連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析計(jì)算,用人體功能一體化整體調(diào)控理念[2,3],以全新方式解釋正常呼吸、循環(huán)調(diào)控[4]為理論基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)解讀,以避免傳統(tǒng)生理學(xué)醫(yī)學(xué)的系統(tǒng)論對氧耗量、通氣有效性等需要人體多系統(tǒng)配合共同完成的氣體交換指標(biāo)的片面理解甚至錯(cuò)誤理解[5-9],以便對各種疾病患者整體功能狀態(tài)進(jìn)行客觀定量的評估,對疾病預(yù)防、診斷和治療(康復(fù)),重癥患者預(yù)后估計(jì),及可能存在的危機(jī)事件進(jìn)行預(yù)測及干預(yù)[5-9]。下面,作者將結(jié)合多年在美國管理Harbor-UCLA心肺運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室工作的經(jīng)驗(yàn)[7]及國內(nèi)實(shí)際情況,就心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)規(guī)范化臨床操作、數(shù)據(jù)分析圖示與判讀原則進(jìn)行討論。
“生命在于運(yùn)動(dòng)”,正常人均可以安全地進(jìn)行一定程度的運(yùn)動(dòng)。臨床上,很多嚴(yán)重心、肺、代謝等疾病患者的癥狀限制性最大極限運(yùn)動(dòng)氧耗量峰值僅僅為其靜息代謝率的2~3倍,正常人大便時(shí)的新陳代謝率約為其靜息狀態(tài)代謝率的2~4倍,即這類患者在做心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的代謝負(fù)擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)基本上等于其正常生活中的排便活動(dòng),所以是安全的。
1.1 心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的適應(yīng)證
心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)是目前整體上無創(chuàng)性客觀定量評估人體心、肺、代謝等多系統(tǒng)功能狀態(tài)的唯一臨床試驗(yàn)方法,廣泛用于臨床診療、康復(fù)指導(dǎo)、健康管理、職業(yè)病防治和個(gè)體化醫(yī)療等方面,適用于各年齡層次的正常人甚至穩(wěn)定的危重病人。
1.1.1 臨床醫(yī)學(xué)診療領(lǐng)域 心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)廣泛用于心、肺、代謝等多種疾病的診斷與鑒別診斷,生理功能評估,疾病嚴(yán)重程度評估,麻醉手術(shù)危險(xiǎn)性評估,療效評估,重癥患者預(yù)后估計(jì),再入院和危機(jī)事件預(yù)測及指導(dǎo)預(yù)防[5-9]。
1.1.2 康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域-指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)處方的制定 心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)是唯一能對無氧代謝閾值進(jìn)行無創(chuàng)傷評估的方法,據(jù)此可以客觀、定量、精確地制定運(yùn)動(dòng)處方,即保證了患者安全,又能取得最佳康復(fù)治療效果[5-9]。1.1.3 職業(yè)病防治 職業(yè)病患者勞動(dòng)能力喪失和功能狀態(tài)評估是個(gè)重要的問題,但一直缺乏客觀定量的檢測手段,心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的建立正好填補(bǔ)了這一空白,用于職業(yè)病的診斷和評估[5-9]。此外,采用人體功能個(gè)體化及一體化健康管理理念,也可指導(dǎo)職業(yè)病的預(yù)防、早期診斷和功能康復(fù)。
1.1.4 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)個(gè)體化醫(yī)療概念 功能和精神正常,無任何病痛和疾病即為健康。正常人群的任何功能檢測指標(biāo)都有其正常值范圍與分布;患病前作為正常人群中的一員,只在整體分布中占據(jù)一個(gè)特定的、或高或低的位置。這個(gè)位置恰好正是正常人預(yù)計(jì)值的幾率很小,多數(shù)情況下位于正常人預(yù)計(jì)值之上或之下,就統(tǒng)計(jì)學(xué)而言位于正常范圍內(nèi)的可能性占95%,另5%的可能是在正常范圍之外,這就是該個(gè)體該功能指標(biāo)的特定位置。該個(gè)體無功能障礙與疾病時(shí),這些功能指標(biāo)只受生長發(fā)育和衰老退化的影響而呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化;當(dāng)受到疾病影響時(shí),該功能指標(biāo)測定值明顯超出規(guī)律性變化的范圍,由此可對該個(gè)體作出正確的個(gè)體化判斷。
1.1.5 健康管理新理念 正常人系由不同個(gè)體共同組成,如果對所有個(gè)體化的功能指標(biāo)進(jìn)行個(gè)體管理,就可以對國人實(shí)施優(yōu)化的防(疾病預(yù)防)治(臨床診斷治療)康(康復(fù))養(yǎng)(養(yǎng)生、養(yǎng)老和養(yǎng)?。┮惑w化健康管理。
1.2 心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的禁忌證
在保證安全的前提下,進(jìn)行癥狀限制性最大極限運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)康復(fù),幾乎無完全絕對的禁忌證。在Harbor-UCLA心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)室,只要患者情況允許活動(dòng)(非臥床),從正常人到需要進(jìn)行心臟、肺臟或者心肺聯(lián)合移植的心衰、呼衰患者,均可安全完成本項(xiàng)檢查,未發(fā)生死亡及嚴(yán)重并發(fā)癥[7,10-14]。近20年來,我們管理北美200余家醫(yī)學(xué)中心心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)質(zhì)量控制和統(tǒng)一判讀服務(wù)III期臨床試驗(yàn)時(shí),即便是NYHA分級Ⅲ和Ⅳ級心衰患者均可安全完成[15-17]。當(dāng)然,對于主動(dòng)脈/大動(dòng)脈夾壁瘤、急性肺栓塞、急性大面積心梗、新近發(fā)生或急劇加重且已確診的心絞痛、多源頻發(fā)的室性心律失常及進(jìn)展性血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定的高危險(xiǎn)患者,為安全起見,應(yīng)將癥狀限制性最大極限運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)列為禁忌。
該內(nèi)容已有專文論述[1]。
3.1 臨床醫(yī)師檢查評估患者提出申請
根據(jù)正常人健康檢查結(jié)果,或患者全面檢查結(jié)果,臨床醫(yī)師可根據(jù)需要開出心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)申請單。應(yīng)將患者主訴、重要陽性體征、檢查結(jié)果,已有診斷或懷疑診斷列在申請單上,特別應(yīng)標(biāo)明一些相對危險(xiǎn)和禁忌的臨床情況,供試驗(yàn)醫(yī)師參考。注明申請測試的目的、要求和其他特殊需要。
3.促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造參與策略。通過對基本知識的學(xué)習(xí),學(xué)生不能滿足于一般的學(xué)習(xí)任務(wù),還要將所學(xué)的知識、方法內(nèi)化,通過遷移、重組創(chuàng)造性的運(yùn)用到新的體育知識的學(xué)習(xí)中,從而深化學(xué)生對新知識的理解。這是高層次的參與過程,是學(xué)生主動(dòng)參與的最直接,最徹底的方式。實(shí)踐中,可以通過集體交流,小組總結(jié)將個(gè)人學(xué)習(xí)成果貢獻(xiàn)給集體享用,同時(shí)接受集體的幫助,享受集體學(xué)習(xí)的成果。
3.2 病人準(zhǔn)備
通知患者穿寬松、舒適的運(yùn)動(dòng)鞋、襪和服裝,運(yùn)動(dòng)前勿飽餐或長時(shí)間空腹,勿吸煙或飲用濃咖啡。準(zhǔn)備好水杯和飲用水。
3.3 簽署知情同意書,告知運(yùn)動(dòng)中的注意事項(xiàng)
試驗(yàn)醫(yī)師首先將心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的目的、意義、運(yùn)動(dòng)方案、潛在風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)動(dòng)中正常反應(yīng)告訴患者,希望采用提醒、鼓勵(lì)的方式,在運(yùn)動(dòng)中采用非語言方式相互溝通及其意義,并簽署書面知情同意書。
3.4 試驗(yàn)準(zhǔn)備
告知患者并令其熟悉運(yùn)動(dòng)方案、儀器設(shè)備和蹬車轉(zhuǎn)速(60 r/min),試戴咬口器和鼻夾(或面罩,作為次選)以保證不漏氣,調(diào)節(jié)自行車功率計(jì)座椅和手柄高度至最適位置,熟悉Brog評分表,常見運(yùn)動(dòng)停止原因和運(yùn)動(dòng)中明顯不適時(shí)的非語言溝通方法。
3.5 試驗(yàn)醫(yī)師評估患者,選擇確定運(yùn)動(dòng)功率遞增速率
在自行車功率計(jì)優(yōu)于運(yùn)動(dòng)平板、咬口器優(yōu)于面罩的原則下[1],醫(yī)師根據(jù)患者心、肺、代謝等疾病的不同嚴(yán)重程度,結(jié)合性別、年齡、功能狀態(tài)選擇合適的功率遞增速率,達(dá)到約10 min完成癥狀限制性最大極限運(yùn)動(dòng)。
3.6 作者強(qiáng)烈推薦使用自行車功率計(jì)
在靜息狀態(tài)下測定人體的肺功能、心電圖,繼之連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測記錄進(jìn)出氣流、O2濃度、CO2濃度、全導(dǎo)聯(lián)心電圖、血壓和血氧飽和度的實(shí)時(shí)變化。從靜息狀態(tài)(≥3 min),無功率負(fù)荷熱身運(yùn)動(dòng)(≥3 min),根據(jù)性別、年齡、功能狀態(tài)和疾病嚴(yán)重程度等選擇(10~50)W/min的功率遞增速率進(jìn)行癥狀限制性最大負(fù)荷運(yùn)動(dòng),繼續(xù)記錄≥5 min的恢復(fù)情況(圖1)。正常人主要結(jié)合性別、年齡、功能狀態(tài)選擇合適的自行車功率計(jì)的遞增功率,正常年輕人可以以(30~50)W/min;不同心、肺、代謝等疾病患者,其性別、年齡和功能狀態(tài)必須結(jié)合所患疾病的嚴(yán)重程度,可采用(10~30)W/min,以使達(dá)到最大極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)間控制在最合適的6~10 min范圍。
在心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)過程中,患者的代謝狀態(tài)和全身整體反應(yīng)一直處在應(yīng)激反應(yīng)中,務(wù)必嚴(yán)密監(jiān)測,以確保安全。
標(biāo)準(zhǔn)心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)方案 在靜態(tài)肺功能、心電圖完成后,分別在靜息≥3 min、轉(zhuǎn)速60 r/m無負(fù)荷熱身≥3 min、逐漸遞增功率負(fù)荷至癥狀限制性最大極限運(yùn)動(dòng)、恢復(fù)期≥5 min,連續(xù)動(dòng)態(tài)測定各項(xiàng)功能指標(biāo)變化的數(shù)據(jù)。
Fig. 1 Diagrammatic sketch of standard protocol of cardiopulmonary exercise testing
在心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)過程中,為了患者的安全,在其尚未達(dá)到癥狀限制前,若出現(xiàn)下列危險(xiǎn)征象中的一種或多種時(shí),可考慮提前終止運(yùn)動(dòng)。⑴頭暈、眼花或眩暈等中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。⑵運(yùn)動(dòng)中血壓不升反降,下降超過基礎(chǔ)靜態(tài)血壓20 mmHg。⑶心電圖出現(xiàn)病理性Q波,或嚴(yán)重心律失常,如多源頻發(fā)的室性心律失常。⑷嚴(yán)重過高血壓反應(yīng)(如收縮壓>300 mmHg)。因安全原因提前停止的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)不能稱作“最大”,所有使用最大或者峰值氧耗量指標(biāo)分析的項(xiàng)目都要排除之。當(dāng)然,亞極限指標(biāo)如無氧閾值、攝氧效率峰值平臺(tái)、二氧化碳通氣有效性最低值和二氧化碳通氣效率斜率等已達(dá)到該指標(biāo)的評測標(biāo)準(zhǔn),尚可以分析使用。
6.1 數(shù)據(jù)分析基本原則
6.1.1 原始呼吸數(shù)據(jù)的逐秒(s-by-s)切割 首先將每次呼吸(breath-by-breath)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行每秒數(shù)據(jù)切割,然后再進(jìn)行任何所需要的單位時(shí)間平均值計(jì)算,這樣可使數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)[7,10-17]。
6.1.2 不同目的、不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行不同時(shí)間周期的平均計(jì)算原則 出于不同臨床目的,以及在不同生理狀態(tài)下所測得的數(shù)據(jù),其處理原則也不盡相同。從優(yōu)化臨床診療應(yīng)用的角度考慮[7,10-17],各主要指標(biāo)的⑴靜息狀態(tài)值平均其最后120 s的數(shù)據(jù)。⑵熱身狀態(tài)值平均其最后30 s的數(shù)據(jù)。⑶最大極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)值平均其最后30 s的數(shù)據(jù)。⑷在無氧閾(AT)狀態(tài)時(shí)的氧耗量值則基本上以10 s值為準(zhǔn)。⑸PETCO2@AT和AT則平均AT及之后的60 s的數(shù)據(jù),即AT點(diǎn)及之后50 s數(shù)據(jù)的平均值。⑹但PETO2@AT和@AT(或者)則平均AT及之前60 s的數(shù)據(jù),即AT點(diǎn)及之前50 s數(shù)據(jù)的平均值。⑺最低值選90 s移動(dòng)平均值的最小數(shù)值。⑻氧氣吸收通氣有效性峰值(OUEP),即最大值,選90 s移動(dòng)平均值的最大數(shù)值。⑼VE/VCO2的斜率,選擇從運(yùn)動(dòng)開始至通氣代償點(diǎn)(VCP)數(shù)據(jù),通過(Y=a+bx)線性回歸分析得出(b),但應(yīng)當(dāng)特別注意截距(a)的大小及其可能對b的影響。⑽恢復(fù)期數(shù)值,多以恢復(fù)1或2 min時(shí)的10 s值表示。
6.2 盡早建立中國人CPET指標(biāo)的正常值范圍和預(yù)計(jì)值計(jì)算公式
心肺代謝各主要功能指標(biāo)與個(gè)體的年齡、性別、身高、體質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)方式等有著顯著的的相關(guān)關(guān)系,為正常值預(yù)算提供了可靠的理論根據(jù)[7,17-20]。我們認(rèn)為,Harbor-UCLA以辦公室工作人員和海港碼頭工人(非重體力勞動(dòng)者)為受試人群得出的計(jì)算預(yù)計(jì)公式,比較適合于臨床疾病診斷和功能整體評估[7]。
近年來,熱點(diǎn)指標(biāo)OUEP[17,19],最低值、@AT值(AT時(shí)的的值 )及的斜率[20]的預(yù)計(jì)值公式,更利于臨床疾病嚴(yán)重程度和功能狀態(tài)的評估。
由于心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)國人的正常值范圍尚無較合適的參考文獻(xiàn),希望臨床醫(yī)師共同努力,盡早建立國人正常值范圍和預(yù)計(jì)值計(jì)算公式。
用心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的10 s平均數(shù)據(jù),選擇最重要的指標(biāo),按新9圖[21]進(jìn)行直觀的判讀。此外,將以等長的標(biāo)尺放大到整頁圖,使用V-斜率法[22]進(jìn)行AT測定,如利用45°線或三角板進(jìn)行AT值的直觀測定(圖2,圖2見彩圖頁XII)。
依據(jù)心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)收集信息的10 s平均值,選擇主要指標(biāo)列表,以供數(shù)據(jù)查閱(表1,表1見彩圖頁XIII和 XIV)。
此外,還可將不同狀態(tài)(如上述靜息、熱身、無氧閾、極限運(yùn)動(dòng)和恢復(fù)期2 min等)下,各主要指標(biāo)的平均值歸納為測定指標(biāo)功能狀態(tài)列表。
心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)完成后,一般建議72 h(有條件可在24 h)內(nèi)作出心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的臨床報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容主要包括下述6部分。
9.1 患者病史資料及相關(guān)信息
9.2 對作CPET前,靜態(tài)肺功能、靜態(tài)+運(yùn)動(dòng)心電圖和血壓變化分別進(jìn)行描述分析
9.3 CPET測試系統(tǒng)裝置和測試方案的描述
9.4 首先描述患者在整個(gè)CPET檢測期間的反應(yīng)
要對心肺運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到最大極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和患者努力程度進(jìn)行描述,患者不能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)(停止運(yùn)動(dòng))的主要、次要原因是什么?如果醫(yī)師從安全因素考慮停止運(yùn)動(dòng),要特別注明。
9.5 傳統(tǒng)核心指標(biāo)的描述
應(yīng)描述最大耗氧量和無氧閾的測定值、公斤體質(zhì)量值和%預(yù)計(jì)值;二氧化碳通氣有效性(最低值與斜率)和攝氧效率峰值平臺(tái)(OUEP)的測定值和%預(yù)計(jì)值;最大氧脈搏的測定值和%預(yù)計(jì)值等,以便作客觀、定量的整體功能評估。
9.6 最后給予整體系統(tǒng)受限的結(jié)論
如果能判明病人運(yùn)動(dòng)受限主要是何(心、肺、代謝等)系統(tǒng)疾患所致,可以提出建議。
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Standardizing clinical performance, data analysis, graphics display, interpretation and report for cardiopulmonary exercise testing
SUN Xing-guo△
(State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Research Center of Clinic Medicine for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China)
e cardiopulmonary exercise testing(CPET) is one important clinical functional testing method,which linked to all functions of respiratory, circulatory, metabolic and neurohumoral etc. The most important parameter of CPET is oxygen uptake which can ref l ect the core oxygen metabolic information of the human being’s holistic integrative physiology. We explain why the CPET interpretation needs new philosophy of holistic integrative physiology and medicine. CPET is a unique holistic, objective, quantitative scientific evaluation skill of human function to distinguish health, sub-health and dieases, It can help us to make optimal recommendations for prevention, diagnosis and differential diagnosis, treatment evaluation, exercise rehabilitation and prognosis of many clinical diseases. However, in order to so, we needs pre-qualif i ed and calibrated stable system, standardized clinical practice, data analysis, display illustration and interpretation principle for CPET.
cardiopulmonary exercise testing;holistic integrative physiology and medicine; calibration;quality control; standardized practice; data analysis; display illustration; interpretation
R331
A
1000-6834 (2015) 04-361-008
* 【基金項(xiàng)目】國家自然科學(xué)基金醫(yī)學(xué)科學(xué)部面上項(xiàng)目(81470204);國家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題(2012AA021009);中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院國家心血管病中心科研開發(fā)啟動(dòng)基金(2012-YJR02)
2015- 06-05
2015-07-05
△【通訊作者】Tel: 010-88398300 ;E-mail: xgsun@labiomed.org