心肺运动试验中呼吸代偿点在心脏病患者中的临床意义

  心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing,CPET)为临床医师评估心血管和肺脏功能提供了大量有用信息。这一无创性试验的结果可以反映患者心脏病严重程度、评估日常活动能力,其结果参数主要包括以下几项:峰值摄氧量(peak oxygen uptake,peak VO2)、无氧阈(anaerobic threshold,AT)、VE/VCO2 斜率(VE-VCO2 slope)以及单位功率摄氧量(△VO2/△WR)。其中,peak VO2作为最重要的指标,反映了运动中最大心脏输出能力和储备功能,已被认定为进行心脏移植的金标准。VE-VCO2 slop表示呼吸对运动的反映,即通气效率。呼吸交换率(R)指的是二氧化碳呼出量(VCO2)和摄氧量(VO2)的比值,可用来客观评估个体在运动中的努力程度。根据当前指南,运动试验中的峰值R≧1.1可以认为努力程度充分,试验结果准确有效。


  在运动试验过程中,通气量(VE)与二氧化碳排出量(VCO2)呈平行线性增长。随着运动强度增加,VE/VCO2 斜率逐渐升高,当有氧代谢产生ATP不足以满足机体需要,无氧糖酵解开始发生,这时无氧阈AT就出现了。过了AT以后,运动强度进一步加大,血液代谢性酸中毒导致机体发生呼吸代偿,VE/VCO2斜率变得陡峭上升,这个转折点就称为呼吸代偿点(respiratory compensation point,RCP)。RCP是运动生理学中一个重要的概念,这个点表示在渐进运动中过度通气开始发生,界定了高强度运动和超高强度运动的分界线。但一些心脏病患者即使运动非常努力,还是无法观测到RCP出现。本研究中,我们分析了是否呼吸代偿点的出现在心脏病患者身上具有临床意义。


1 研究对象与方法


  1.1 研究对象

  本课题研究对象来自2013年1月至12月于东京心血管病研究所行CPET的共计416 例心脏病患者。为保证他们运动足够努力且努力程度相差不大,我们从中挑选了peak-R在1.1至1.2之间的152名患者。所有患者在试验前均签署了知情同意书。本研究获得东京心血管病研究所和筑波大学伦理委员会批准。


  1.2 运动试验和呼吸气体分析

  采用Strength Ergo 8 功率踏车仪(东京)和AE-300s呼吸检测仪(大阪)用连续递增功率方案完成症状限制性 CPET;患者在医生监护下,连接心电监护和呼吸面罩等设备。在功率自行车上静息 4 min,以 60 r/min 速率进行 4 min的无负荷热身,之后功率开始递增(10~30 W/min,根据性别、年龄、病情选择合适的递增功率),使患者在 6~10 min 内达到症状限制性极限运动,然后恢复 6~10 min,试验结束。运动结束后不可立刻离开设备和解除心电血压监测。需继续静坐6分钟其中包括1~3分钟主动放松时间(低功率运动),减少运动后下肢末梢静脉淤积效应。整个试验过程从负荷开始到静坐6分钟结束,需每分钟测量1次心电图和血压。


  无氧阈AT值通过V-slope法计算得出,即运动过程中VCO2比VO2相对增加的斜率拐点,所对应的VO2就是无氧阈。最大摄氧量peak VO2的判断标准为:① 继续运动后,摄氧量变化的差小于150 ml/min,持续15秒以上;②peak-R大于等于1.1;③受试者体力达到力竭,不能坚持,经反复鼓励仍不能保持原有的运动速度。界定RCP同样用V-slope的方法,是指当VE/VCO2 斜率在经过一段时间下降或持平后开始陡峭上升的节点,同时伴或不伴呼气末肺泡二氧化碳分压(PETCO2)在达到最高后开始下降。


  1.3 统计方法

  应用 SPSS 22.0 进行统计学处理。计量资料用平均数标准差(x ± s)表示,组间比较采用独立样本 t 检验,计数资料比较采用χ2检验,单因素和多因素Logistic回归用于检测各项指标对RCP出现与否的预测价值。以p<0.05为差异有统计学意义。


2 结果


  2.1  RCP组与无RCP组的临床特征比较

  从表1可见,与RCP组相比,无RCP组年龄较大,体重较轻,差异有统计学意义(p<0.05)。两组在心脏疾病病因诊断上无明显差异,用药上除利尿剂外,其他药物使用无差别。


  2.2  RCP组与无RCP组的心肺功能参数比较

  表2显示了两组在心肺功能参数上的区别。其中peak VO2 (%)为实测peak VO2占日本人口peak VO2预测值的百分比,其调整了年龄、性别等各种因素的影响,更准确反应心肺功能。我们发现,与无RCP组相比,RCP组具有更高的peak VO2(20.2 ± 5.3 vs 13.6 ± 3.4 mL/min/kg, p < 0.001)和 peak VO2 (%)(81.9±19.8 vs 58.1±14.8, p < 0.001)、更高的AT(12.4 ± 3.2 vs 9.2 ± 2.3 mL/min/kg, p < 0.001)、更低的VE-VCO2 slope(31.7 ± 5.8 vs 37.8 ± 9.6, p = 0.001),更高的△VO2/△WR(9.51 ± 1.58 vs 7.22 ± 1.56 mL/min/W, p < 0.001),并且血液中BNP也趋向更低(175.4 ± 364.7 vs 327.9 ± 381.1 pg/mL, p = 0.067)。同样,RCP组具有更高的运动峰值心率和峰值血压,差异有统计学意义。 


  2.3  Logistic回归分析各项指标对RCP出现与否的预测价值

  单因素 Logistic 回归分析结果显示,年龄、身高、体重指数、peak VO2 (%)、VE-VCO2 slope、峰值心率和血压是RCP出现与否的影响因素(p<0.05);以上述单因素分析差异有意义的变量为自变量,行多因素 Logistic 回归分析,结果显示,peak VO2 (%)是RCP出现的独立预测因子(表3)。

  

3 讨论


  3.1 CPET和心肺功能

  CPET结果可反映心脏病患者疾病严重程度和日常活动能力。早在1991年,Mancini等人就指出,对于peak VO2大于14 mL/min/kg的严重左心衰患者,进行心脏移植是安全的。从此以后,peak VO2就成为了心脏移植的关键指标。后续有大量研究证实peak VO2对判断心脏疾病预后的有效价值。但因为peak VO2的大小受到年龄、性别、体重、肌肉量、机体状况等各种因素的影响,peak VO2 (%)就显示出更准确和适用范围更普遍。VE-VCO2 slope主要用于判断通气效率,过高的VE-VCO2 slope预示更差的心肺功能和更高的病死率。本研究我们发现无RCP组具有较低的peak VO2 (%)和较高的VE-VCO2 slope,预示着相对于RCP组,无RCP组心肺功能更差,通气效率也更低。


  3.2 VE-VCO2 slope和呼吸代偿

  通常情况下,随着运动功率递增,VO2、VCO2和VE都呈线性升高。当能量需求增加到一定程度,通过需氧方式再生ATP将会因氧供不足而部分受限,这时发生无氧糖酵解以代偿ATP的不足,无氧阈AT就出现了。过了AT以后,细胞内堆积的乳酸被碳酸氢盐缓冲,产生额外的CO2, VCO2增速大于VO2。   当功率进一步持续增大,代谢性酸中毒导致血液pH值下降,刺激颈动脉体开始加大加深的呼吸代偿反应,使得VE增加速率超过VCO2,VE-VCO2 slope变陡上升,同时呼气末肺泡二氧化碳分压(PETCO2)开始下降。这个VE-VCO2 slope的转折点就是呼吸代偿点RCP(图1)。RCP时VE-VCO2 slope变陡上升是多种因素作用的结果,如通气血流比例失调、心输出下降、肺动脉压和毛细血管压增加、死腔增加等等。近年来,化学感受器的敏感性越来越受到关注。

 

   图 1. 上面两张显示了有RCP的患者在功率递增试验中气体参数变化情况;下面两图为无RCP者的气体参数变化情况。


  3.3 颈动脉体压力感受器和呼吸反应

  人体外周化学感受器位于颈动脉体和主动脉体,主要通过传入延髓和孤束核的呼吸中枢对缺氧作出反应。在调控剧烈运动引起的急性代谢性酸中毒所致动脉pH变化的机制中,颈动脉体化学敏感性起着主导作用。既往对慢性心力衰竭患者的研究表明,在运动过程中,外周化学感受器的过度反应导致呼吸快速增加,而通气效率降低。


  在我们的研究中,无RCP组患者在运动开始后即表现出更陡峭VE/VCO2斜率,提示更早和更高的通气反应活动。与Nariko Takano观点一致,我们认为无RCP患者的这种过度通气可能是由于颈动脉体的敏感性过高所致。Nariko Takano之前的研究表明RCP的个体差异在一定程度上取决于乳酸增加速率和颈动脉体化学敏感性。而后者则可能与交感神经过度活跃有关。动物实验研究提示慢性心衰时颈动脉体化学感受器变得异常活跃,激活脑干前交感神经元,传出到肾脏和心脏的交感神经兴奋性增高。心肺功能差的患者因为颈动脉体敏感性高和通气效率低,可能会在AT之前就过度换气。因此,在无RCP患者中,AT之后他们的通气反应不能对高碳酸血症进一步加强代偿,从而无法检测出明显的呼吸代偿点RCP。


  本研究存在一定局限性。处于保证运动努力程度的可比性,我们选择了peak-R在1.10到1.20这样一个相对狭窄的范围内的患者,但呼吸代偿出现的频率本身取决于peak-R的水平。此外,我们没有对病人进行长期随访以验证我们的观点。期待进一步的研究来证明RCP对预测心脏病患者预后的意义。


  综上,当前研究结果表明心脏病患者在剧烈运动中出现呼吸代偿现象提示相对更好的心肺功能。


    2019/10/24 18:00:54     访问数:1550
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