内容简介
心肺运动试验作为重要的人体整体功能学检测方法,是将患者从静息状态、热身运动状态、再逐渐递增功率至极限运动状态及随后逐渐恢复静息状态全过程中的呼吸、气体交换、心电图、血压、血氧饱和度等各种指标进行连续动态监测,数据经计算分析,再用人体功能一体化整体调控的全新理念,全方位地解释呼吸、循环、代谢等功能主轴在神经体液统一调控下的生理学、病理生理学,对整体整合各系统功能指标进行精准解读,对正常人和各种疾病患者的整体功能状态进行客观定量评估,并对健康管理、疾病预防、诊断、鉴别诊断、指导康复、治疗效果评估及重症的预后预测等方面发挥其他检查方法无法替代的重要作用。与睡眠医学一样,CPET是人体功能学各系统一体化整体调控在临床医学的具体例证和典范。
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目录
第一章 运动试验及其解读
第二章 运动生理学
第三章 运动过程中血气和pH的变化
第四章 心肺运动试验的检测指标
第五章 限制运动疾病的病理生理学
第六章 临床运动试验
第七章 正常值
第八章 运动不耐受的诊断特征:流程图法
第九章 心肺运动试验的临床应用
第十章 病例点评
病例1 正常男性
病例2 正常运动员
病例3 正常女性:空气和氧气呼吸研究
病例4 正常男性
病例5 有轻度肺病的超健康男性
病例6 正常受试者:踏车和平板研究
病例7 正常受试者:应用β肾上腺素受体阻滞剂前后
病例8 正常受试者:吸烟时的即时效应
病例9 一例疑似心脏病的正常活跃男性
病例10 久坐不动的正常女性
病例11 衰老的正常男性运动员
病例12 慢性心力衰竭:非缺血性心肌病
病例13 慢性心力衰竭:治疗前后
病例14 慢性心力衰竭:振荡呼吸和气体交换
病例15 慢性心力衰竭:心肌病伴室内传导阻滞
病例16 心肌缺血:未诊断的心绞痛和高血压
病例17 心肌缺血:非典型胸痛
病例18 心肌缺血:小血管疾病
病例19 心肌缺血:3年后出出的冠状动脉疾病
病例20 心肌缺血:曾经的运动员出现冠状动脉疾病
病例21 外周动脉疾病
病例22 心血管受损伴高血压与碳氧血红蛋白血症
病例23 β肾上腺素受体阻滞剂治疗系统性高血压致心率紊乱
病例24 运动试验中的心房颤动伴快速心室反应
病例25 心脏变时功能不全伴逸搏心律
病例26 肥厚型心肌病合并运动后血管迷走神经性晕厥
病例27 二尖瓣关闭不全
病例28 婴儿期矫正术后的先天性心脏病
病例29 先天性心脏病:外科矫正的大动脉转位
病例30 左向右分流的动脉导管未闭
病例31 右向左分流的动脉导管未闭(艾森门格综合征)
病例32 艾森门格综合征(室间隔缺损伴肺动脉高压)
病例33 运动早期出现的乳酸酸中毒:肌肉受损所致微循环变化
病例34 运动早期乳酸酸中毒提示循环受损
病例35 肺动脉高压伴卵圆孔未闭
病例36 特发性肺动脉高压:治疗前后对比
病例37 长期特发性肺动脉高压:在17年的治疗时间里进行的一系列试
病例38 特发性肺动脉高压
病例39 混合性结缔组织病伴有肺浸润
病例40 肺循环和体循环血管炎:空气和氧气呼吸研究
病例41 肺及肺血管受累的硬皮病
病例42 继发于结节病的严重肺血管病:呼吸空气和氧气研究
病例43 运动诱导的肺动脉高压,继发于左心室舒张功能不全
病例44 肺内右向左分流,肺动静脉瘘
病例45 轻度的慢性支气管炎,运动能力正常
病例46 肺气肿伴轻度气道阻塞
病例47 重度肺气肿
病例48 肺气肿合并肺血管病
病例49 重度肺气肿和支气管炎:呼吸空气和氧气研究
病例50 大泡性肺气肿:肺大泡切除前后
病例51 慢性阻塞性肺疾病伴心力衰竭病史
病例52 轻度呼吸道阻塞疾病合并重度劳力性呼吸困难
病例53 轻度石棉肺
病例54 重度石棉肺
病例55 特发性间质性肺疾病
病例56 间质性肺疾病
病例57 结节病
病例58 间质性肺炎:糖皮质激素治疗前后
病例59 间质性肺纤维化:呼吸空气和氧气研究
病例60 肥胖导致通气受限
病例61 肺外限制:强直性脊柱炎
病例62 肺外限制:脊柱侧凸
病例63 McArdle病
病例64 伴劳力性横纹肌溶解的肌病
病例65 先天性线粒体肌病
病例66 线粒体肌病
病例67 混合性疾病:慢性支气管炎和肥胖
前言/序言
心肺运动试验(cardiopulmonary exercise tes-ting,CPET)作为最重要的人体整体功能学检测方法,是将患者从静息状态、热身运动状态、再逐渐递增功率至最大极限运动状态及随后逐渐恢复静息状态全过程中的呼吸、气体交换、心电图、血压、血氧饱和度等各种指标进行连续动态监测,数据经计算分析,再用人体功能一体化整体调控的全新理念,全方位地解释呼吸、循环、代谢等功能主轴在神经体液统一调控下的生理学、病理生理学,对整体整合各系统功能指标进行精准解读,对正常人和各种疾病患者的整体功能状态进行客观定量评估,并对健康管理、疾病预防、诊断、鉴别诊断、指导康复、治疗效果评估及重症的预后预测等方面发挥其他检查方法无法替代的重要作用。与睡眠医学一样,CPET是人体功能学各系统一体化整体调控在临床医学的具体例证和典范。
CPET作为一种客观、定量、无创的方法,可同时检测心肺代谢等多系统的整体功能状态,正被医学工作者越来越广泛地应用于临床诊断、评价、治疗、预后预测及慢病防治和健康管理中。CPET的主要临床用途包括:①术前麻醉手术风险评估和术后患者管理。②对不明原因呼吸困难和运动耐力下降疾病进行系统的鉴别诊断,包括心肌缺血、心力衰竭、慢性阻塞性肺疾病、间质性肺炎等,少部分为肺栓塞、肌病,甚至是心理因素等。③可以更客观、全面地评价心脏病患者的功能状态,应用于心脏病严重程度分级、心脏移植适应证选择、心脏病预后等方面。④可用于慢性阻塞性肺疾病患者的预后评估,特别对预测慢性阻塞性肺疾病患者的早期死亡最有意义。⑤对于肺血管病、肺栓塞等疾病,CPET与肺功能相互配合可以为诊断、治疗及评估预后提供非常有用的检测手段。⑥指导心肺代谢等脏器疾病的康复。⑦可动态观察药物、手术、器械和介入治疗的临床疗效。⑧对劳动能力丧失的客观定量评估。⑨确认一般人群功能状态正常与异常,健康及亚健康管理,实现疾病的“零级预防”。⑩对航天员、运动员等特殊人群的训练管理。
在现代科学以还原论为主潮流的大背景下,近400年生理学和西医学以系统、器官和细胞甚至基因、分子等为主线不断深入分割,建立了完整的理论体系及相应的精细分支学科,由此带来了医疗进步和医学知识剧增;但同时也伴随着分科过细、过窄,使医生特别是年轻医生,可能只了解人体的某个局部,难免导致片面、机械的“头痛医头,脚痛医脚”,限制了“以人为本”的医疗服务质量的提高,而在一定程度上偏离了从整体上“治病救人,救死扶伤”和“减少人民疾病发生,提高人民健康水平”的根本职责。而医学研究的深入专科化和认知进步,恰恰是创立和发展整体整合医学的先决条件。整体整合生理学医学反对医学的过度细化,尤其是在医学人才培养上忽视通科教育和人文素质的培养,从而导致医生对患者整体状态的把握和综合处理能力低下。本人自从20世纪80年代初到90年代初在国内从事麻醉、急救、危重医学,特别是呼吸心跳停止、心肺脑复苏方面的研究时,发现了人体生理学系统论人为分割各个系统的局限和不足,在多次受到北京大学生理学家王志均及大系统理论创立者钱学森等科学大家的指点下,决定用30~50年的时间完成“整体医学新理论”。因此,本人最终放下国内创办的麻醉学系,选择了美国加州大学洛杉矶分校Harbor-UCl_A医学中心“心肺运动之父”Karlman Wasserman教授建立的CPET实验室进行深入研究。在Harbor-UCLA医学中心学习工作的18年里主要从事CPET、运动康复(呼吸病康复和心血管病康复)的研究,并在睡眠实验室专门从事氧气代谢在心血管、呼吸和代谢疾病的发生、发展、转归、治疗、预防和康复等方面的基础与临床应用研究;同时在深入探讨的基础上,提出、创立并完成了“生命整体整合生理学医学”的基本理论框架,从整体整合生理学、整体整合生物学、整体整合病理生理学到整体整合医学、预防医学、环境和高原医学、数字医学和个体化医学诸层面进行了描述,用于指导临床医学实践。
心肺运动试验:探索人体运动的极限与健康密码 心肺运动试验(CPET),一项集多学科知识于一体的精细化评估技术,为我们揭示了人体在运动应激下的心肺功能表现,是理解个体生理极限、诊断心肺疾病、评估治疗效果以及指导运动处方的金标准。它不仅仅是一项简单的检测,更是一扇深入了解人体健康状况的窗口,通过精密的数据分析,洞察潜在的病理生理改变,从而为临床决策提供坚实的依据。 一、 心肺运动试验的基石:生理学的奥秘 要深入理解心肺运动试验的价值,必须回归其核心——人体生理学。在静息状态下,人体的心血管系统和呼吸系统能够满足机体的基本需求。然而,当身体进入运动状态时,能量需求的急剧增加,迫使心肺系统进行一系列复杂的协同工作,以确保足够的氧气供应和二氧化碳排出。 氧气摄取与运输: 运动时,肌肉细胞对氧气的需求呈指数级增长。大脑首先发出指令,激活自主神经系统,使心率和收缩力增加,从而提高每搏输出量,将更多富含氧气的血液泵送到全身。同时,肺部也加快通气速度,增加潮气量,从而提高气体交换的效率,确保氧气充分弥散到血液中。血液中的血红蛋白是氧气的主要载体,它将氧气运送到需要能量的组织。 二氧化碳的清除: 运动过程中,肌肉代谢产生的二氧化碳也急剧增加。这些二氧化碳随血液返回肺部,通过肺泡与外界进行交换,然后通过呼吸排出体外。呼吸系统的代偿机制,包括呼吸频率和潮气量的增加,是有效清除二氧化碳的关键。 能量代谢的转换: 运动的能量主要来源于三磷酸腺苷(ATP)的分解。ATP的再生依赖于不同的代谢途径,包括磷酸肌酸系统、糖酵解和有氧氧化。在低强度运动下,有氧氧化是主要的能量供应方式,效率最高,产物是二氧化碳和水。随着运动强度的增加,无氧糖酵解的比例逐渐上升,虽然速度快,但会产生乳酸,导致酸中毒,限制运动的持续时间。 二、 心肺运动试验的“为何”:疾病诊断的利器 心肺运动试验之所以被广泛应用于临床,是因为它能够以一种“压力测试”的方式,将潜藏的心肺功能异常显露出来。许多心肺疾病在静息状态下可能没有任何明显症状,但在运动时,其代偿能力不足的缺陷就会暴露无遗。 冠状动脉疾病的筛查与评估: 冠状动脉疾病(CAD)是心肌缺血最常见的原因。当冠状动脉狭窄超过一定程度时,运动时心肌对氧气的需求增加,而狭窄的血管无法提供足够的血液供应,导致心肌缺血。CPET可以通过监测心电图的变化(如ST段压低)、胸痛等症状,以及血流动力学指标,来评估运动诱发的心肌缺血,并确定其严重程度。这对于指导PCI(经皮冠状动脉介入治疗)或CABG(冠状动脉搭桥手术)等治疗方案至关重要。 心力衰竭的功能分级与预后评估: 心力衰竭(HF)患者的心脏泵血功能受损,在运动时更容易出现心悸、呼吸困难等症状。CPET能够客观地评估HF患者的运动耐力,预测其预后,并指导康复治疗。例如,测定最大摄氧量(VO2max)是评估HF患者运动能力的重要指标,VO2max的降低与不良预后密切相关。 肺部疾病的诊断与鉴别诊断: 慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支气管哮喘、肺间质疾病等多种肺部疾病都会影响气体交换和呼吸肌功能。CPET可以帮助鉴别运动时出现的呼吸困难是由心源性还是肺源性因素引起的,并量化肺功能损害的程度。例如,在CPET过程中,观察呼吸交换率(RER)的异常升高、分钟通气量(VE)与二氧化碳产量(VCO2)之间比例的失调,可以提示肺部疾病的存在。 瓣膜性心脏病的评估: 心脏瓣膜的狭窄或关闭不全,会在运动时加重心脏负荷,导致心悸、胸闷等症状。CPET可以评估瓣膜病变对血流动力学的影响,以及患者对运动的耐受能力,为手术指征的判断提供重要依据。 其他心肺血管疾病的评估: 除了上述常见疾病,CPET还可用于评估肺动脉高压、先天性心脏病、心律失常等多种心肺血管疾病。 三、 心肺运动试验的“如何”:精密的仪器与严谨的操作 心肺运动试验是一项需要专业设备和经验丰富的技术人员来完成的检查。整个过程通常在一个专业的运动试验室中进行,患者会在跑步机或功率自行车上进行不同强度的运动,同时连接各种监测设备。 核心监测指标: 心电图(ECG): 实时监测心率、心律和ST段的变化,是评估心肌缺血和心律失常的关键。 血压(BP): 监测运动过程中的收缩压和舒张压变化,反映心血管系统的反应能力。 氧饱和度(SpO2): 监测动脉血氧饱和度,评估气体交换的效率。 呼吸气体分析: 通过呼出气体测量摄氧量(VO2)、二氧化碳排出量(VCO2)、分钟通气量(VE)、呼吸频率(RR)和呼吸交换率(RER)等参数。这些参数是评估运动耐力、能量代谢和通气/灌注关系的核心。 运动方案的设计: 运动方案的设计至关重要,需要根据患者的个体情况、疾病类型和预期目标来定制。常见的运动方案包括递增负荷方案(如Bruce方案)和稳定负荷方案。 专业团队的协作: 心肺运动试验的成功实施离不开一个经验丰富的专业团队,包括心脏病学家、呼吸科医生、运动生理学家、心电图技师以及护理人员。他们的专业知识和默契配合,能够确保检查的安全性和准确性。 四、 心肺运动试验的“解读”:数据背后的故事 CPET不仅仅是收集数据,更重要的是对这些数据的深入解读,从而转化为临床有价值的信息。这需要对生理学、病理生理学以及运动医学有深刻的理解。 最大摄氧量(VO2max): 这是评估心肺运动能力最重要的指标,代表了人体最大摄氧能力。VO2max的降低通常与心肺疾病、缺乏运动等因素有关。 呼吸阈值(AT)与最大通气量(MVV): 呼吸阈值是无氧代谢开始显著增加的运动强度。AT的降低提示运动耐力下降。最大通气量(MVV)是指每分钟最大通气能力,与呼吸肌力量和肺功能有关。 氧脉搏(O2 pulse): 氧脉搏是每搏的摄氧量,反映了左心室的搏出量和心肌对氧气的利用情况。 二氧化碳排出量/摄氧量比值(VE/VCO2 slope): 这个指标在评估心力衰竭患者的预后方面具有重要价值,其升高提示通气不足和灌注不足的比例失调。 运动诱发的心电图改变: ST段压低、T波倒置、心律失常等,是心肌缺血的重要证据。 运动中的血压反应: 运动时收缩压的升高是正常的,但如果收缩压下降、过高升高或舒张压显著升高,都可能提示存在问题。 运动中的症状评估: 患者在运动过程中出现的胸痛、呼吸困难、头晕等症状,结合客观数据进行分析,可以更全面地理解其生理状态。 五、 心肺运动试验的临床应用:从诊断到康复的全方位指导 CPET的应用范围广泛,贯穿于心肺疾病的诊疗全过程。 诊断心肺疾病: 如前所述,CPET是诊断冠心病、心力衰竭、肺部疾病等的重要工具。 评估疾病严重程度与预后: 通过量化运动耐力、血流动力学反应和气体交换异常,CPET能够更准确地评估疾病的严重程度,并预测患者的长期预后。 指导治疗方案的选择: 对于冠心病患者,CPET结果可以指导是否需要药物治疗、介入治疗或手术治疗。对于心力衰竭患者,CPET可以帮助确定其是否适合心脏移植。 评估手术风险: 在接受大型手术前,CPET可以评估患者的心肺功能储备,预测术后并发症的风险,为手术决策提供依据。 指导运动康复: CPET是制定个性化运动康复计划的基础。根据患者的运动耐力、有氧能力和无氧阈值,可以设计安全有效的运动处方,帮助患者改善心肺功能,提高生活质量。 监测治疗效果: 在治疗过程中,定期进行CPET可以监测治疗的有效性,及时调整治疗方案。 评估运动员的运动潜能: 对于竞技体育运动员,CPET可以评估其心肺功能水平,识别潜在的风险,并优化训练方案。 结语: 心肺运动试验,是一项集科学性、严谨性和临床应用价值于一体的综合性评估技术。它不仅仅是诊断疾病的工具,更是理解生命运动规律、优化个体健康管理、提升生活品质的有力助手。随着医学技术的不断发展,CPET将在未来的心肺疾病防治中扮演越来越重要的角色,为人类健康保驾护航。