世界范围内心力衰竭（HF）患者和HF并发症患者正在逐步增加，虽然HF住院期死亡率在下降，但1年死亡率和再住院率依然较高。因此，需要新的治疗和评估方法。

心肺运动试验（CPET）是用于评估心衰患者预后的一种方法。在CPET过程中，分钟通气量/二氧化碳生成量（VE/VCO₂）和VE vs. VCO₂斜率是通气效率的指标（VEV）。这些VEV能够预测HF患者的死亡率和住院率，与峰值摄氧量（VO_2peak）一样重要。虽然VE/VCO₂最小值和VE/VCO₂斜率是应用不同的计算方法来评估的，但这些VEV具有相似的数值。不过，临床上偶尔也会出现CPET过程中VEVs值不同的情况，不一致的原因尚不清楚。

VE/VCO₂可通过动脉二氧化碳分压（PaCO₂）和肺死腔通气量（Vd/Vt）来测定，公式为：863/PaCO₂[1−Vd/Vt]。PaCO₂的测量方法是有创的；然而，测量PaCO₂的最佳估算指标，即潮气末二氧化碳分压（PETCO₂），是无创的。Vd/Vt表示低心排量（CO）或肺功能不全。CO可通过心指数（CI）来确定，而CI是通过心阻抗图来无创测量的。心阻抗图法可获得每搏输出量近似值，因此可用于计算CO。潮气量与呼吸频率比值（TV/RR）可评估运动期间的通气稳定性。在负荷递增运动试验中，应用呼吸补偿（RC）点之前VE和VCO2线性关系的Y轴截距（Y-int）来评估机械性死腔通气量的变化。总之，这些无创方法可以精确描述VEV。

本研究假设可以应用4项无创指标来评估VEV，包括PETCO₂，TV/RR比值、CI和Y-int。随后，分析了这4项无创指标与VEV的相关性、VEV之间的关系以及VEV之间的不一致性。

2016年1月至2018年12月，在Gunma Prefectural心血管中心连续对4700例患者进行CPET检查。我们纳入同时进行心阻抗图检查的1412例心脏病患者的数据。排除由于腿部肌力低下、膝关节问题和贫血（血红蛋白水平＜10mg/dL）而无法确定无氧阈（AT）或RC，或疑似心脏病但诊断试验如体检、胸片、心电图、经胸超声心动图、脑钠肽<80pg/mL和CPET阴性的患者。最后，本研究对1052例心脏病患者的数据进行了回顾性分析（图1）。所有患者均不存在严重的肺部疾病或处于病情不稳定状态。本研究调查了4项无创指标与VEV之间的相关性、VEV之间的关系以及VEV之间的不一致性。

2.1 CPET

在直立踏车功率计上进行症状限制性负荷增量运动试验，评估AT和RC时的通气模式，以及VO_2peak。CPET过程包括静息3分钟，无负荷热身3分钟，随后运动强度以每6秒1W的速度持续增加，直至患者力竭。为确保CPET过程中，患者运动达到足够高的强度，指导患者维持一定的功率（WR），以实现VCO₂/VO₂>1.10。CPET过程中记录VO₂、VCO₂、VE和PETCO₂。

在峰值运动负荷时记录VO_2peak，AT通过V-slope法来确定。RC定义为VE/VCO₂开始上升和PETCO2开始下降的点。在RC之前，VE和VCO₂之间呈线性关系（VE=aVCO₂+b），其中“a”是VE vs. VCO2斜率值，“b”是VE轴上的截距（Y-int）。将负荷递增运动测试期间VE/VCO₂比值最低点和30秒的平均数据定义为VE/VCO₂最小值。本研究还记录了静息、热身、AT和RC时的TV、RR和PETCO₂值，以及20秒平均的峰值WR。在每个运动阶段测定TV/RR比值。

2.2 心阻抗图方案

CPET期间的CO使用心阻抗图来测量。在每个运动阶段记录20秒CO。CI计算方法为CO÷体表面积。

3.1 患者的基线临床特征

本研究中患者的平均年龄为66±13岁，男性占73%。51%的患者患有缺血性心脏病，19%的患者存在充血性心力衰竭。左心室射血分数平均值为56.9±13.5%，VO_2peak值为17.3±4.5mL/min/kg，VE/VCO₂最小值和VE vs. VCO₂斜率分别为36.4±6.0和33.1±6.2（表1）。

3.2 运动期间PETCO₂、TV/RR比值、CI、Y-int和VEV之间的相关性

图2和图3分别显示了静息和运动期间PETCO₂、TV/RR比值、CI、Y-int和VEV之间的相关性。所有时间点的数值都是显著的，并呈现负性相关。

与下列指标相关系数最大，AT时PETCO₂与VE/VCO₂最小值(−0.877），RC点PETCO₂与VE vs.VCO₂斜率(−0.813），和AT时PETCO₂与VE vs. VCO₂斜率(−0.797)。

RC点时TV/RR比值与VE/VCO₂最小值，以及峰值WR时TV/RR比值与VE vs. VCO₂斜率之间的相关系数最大。在峰值WR时， TV/RR比值与VE/VCO₂最小值相关系数为−0.477，与VE vs. VCO₂斜率最低值相关系数为−0.422。

同样，CI与VE/VCO₂最小值 (−0.408）和RC点VE vs. VCO₂斜率(−0.344）的相关系数值最强。Y-int和VE vs. VCO₂斜率之间的相关系数（R=−0.472，P<0.01）高于Y-int和VE/VCO₂最小值（R=−0.098，P<0.01）之间的相关系数。图3显示了PETCO₂、TV/RR和CI与VEV的相似动态平行关系。相比之下，只有Y-int的动力学变化与VEV相交。

3.3 PETCO₂、TV/RR比值、CI和Y-int对VEV的贡献

使用每个指标与VEV之间的最大相关系数，进行多元线性回归分析，校正PETCO₂、TV/RR比值、CI、Y-int、年龄、性别、身高和体重计算VEV公式，如下所示（表2）：VE/VCO₂最小值=−1.064[AT时PETCO₂（mmHg）]−0.050[RC点时TV/RR比值（mL·min/呼吸频率]−0.083[RC点处的CI（L/min/m2）]−0.070[Y-int]+0.030[年龄（年）]+0.753[性别：男性=1，女性=0]+0.027[身高（cm）]−0.056[体重（kg）]+78.894（R=0.919，校正后R2=0.842，P<0.01）；VE vs. VCO₂斜率=−0.974[RC点时的PETCO₂（mmHg）]−0.056[峰值WR时的TV/RR比值（mL·min/呼吸频率）]−0.053[RC点时CI（L/min/m2）]−1.001[Y-int]−0.020[年龄（年）]+1.077[性别：男性=1，女性=0]+0.012[身高（cm）]−0.012[体重（kg）]+75.228（R=0.906，校正后R2=0.819，P<0.01）。

在模型2中，我们为每个指标设置相同的时间点时，通过上述公式获得相似的相关系数。从模型2来看，PETCO₂对VEV的影响大于TV/RR比值。CI仅与VE/VCO2最小值相关，Y-int仅与VE vs. VCO₂斜率相关（表2）。

3.4 Y-int对VEV之间相关性的贡献

图4显示了VE vs. VCO₂斜率对VE/VCO₂最小值的影响（R=0.868，P<0.01）。然而，VE vs. VCO₂斜率和Y-int组合与VE/VCO₂最小值的相关性更强（R=0.940，P<0.01）。当对年龄、性别、身高和体重校正后进行多元线性回归分析时，观察到VE vs. VCO₂斜率和VE/VCO₂最小值之间存在中等程度相关（R=0.889，校正后R2=0.789，P<0.01）；然而，VE vs. VCO₂斜率+Y-int与VE/VCO₂最小值的相关性更大（R=0.952，校正后R2=0.906，P<0.01）。

本研究的主要结论如下。首先，我们发现CPET过程中获得的PETCO₂、TV/RR比值、CI和Y-int与VEVs密切相关。这4个指标可以预测84.2%的VE/VCO₂最小值和81.9%的VE vs. VCO₂斜率。其次，CPET指标对VEVs的影响顺序为：PETCO₂>TV/RR比值；CI仅与VE/VCO₂最小值相关；Y-int仅与VE vs. VCO₂斜率相关。VE vs. VCO₂斜率与VE/VCO₂最小值（校正后R2=0.789）之间观察到中等程度相关。然而，在考虑这4个指标时，加上Y-int、VE vs. VCO₂斜率和Y-int可以解释90.6%的VE/VCO₂最小值。

本研究验证了这4项无创指标可以预测VEV，以及它们对VEV的贡献顺序。此外，我们确定了一个新的VEV关系公式如下：VE/VCO₂最小值∝VE vs. VCO₂斜率+Y-int。

由于VE vs. VCO₂斜率和VE/VCO₂最小值可预测心衰患者的死亡率和心衰相关住院率，VEV如同VO_2peak，也是CPET的重要指标。尤其是，VE vs. VCO₂斜率与VO_2peak精确度相同。VEV值>34或33可以预测心衰患者死亡率。

本研究假设无创指标PETCO₂、CI、TV/RR比值和Y-int可以评估VEV。结果显示，82–84%的VEV可以通过这4个指标预测（表2）。PETCO₂与Vd/Vt、PaCO₂和CI相关。CI也是Vd/Vt的一个心脏指标。TV/RR比值是呼吸稳定性的指标之一，可能与Vd/Vt有关。心脏病有几种病理生理学特点导致TV/RR比值较低。包括肺充血导致的TV下降、肺毛细血管旁受体的刺激，以及与较高的RR相关的刺激压力反射的骨骼肌力量下降。因此，TV/RR比值较高可能表示通气效率较高。在负荷递增运动试验中，在RC点之前，VE和VCO₂呈线性关系，Y-int可以通过数学计算得出。我们认为TV/RR比值是肺限制性疾病或过度通气的指标，Y-int是运动期间无创评估阻塞性肺病的指标。这是PETCO₂、TV/RR比值、CI和Y-int与VEV相关的原因。

有趣的是，VEV对CPET指标的影响顺序如下：PETCO₂>TV/RR比值；CI仅与VE/VCO₂最小值呈弱相关；Y-int仅与VE vs. VCO2斜率相关。此外，在AT时，PETCO₂对VE/VCO₂最小值的影响比VE vs. VCO₂斜率大。在我们的研究中，PETCO2与TV/RR比率（R=0.334）的相关性大于与CI（R=0.313）的相关性。此外， VE/VCO₂最小值与TV/RR比值的相关性大于VE vs. VCO₂斜率的相关性（图2）。然而，这些结果表明，由于TV/RR比值与PETCO₂和VE/VCO₂最小值的相关性强于其与CI的相关性，PETCO₂与VE/VCO₂最小值的相关性强于VE vs. VCO₂斜率的相关性。

先前研究中，VE vs. VCO₂斜率与VE/VCO₂最小值具有明显的强相关性。相关系数为R=0.85–0.92.5，我们的研究结果与先前研究一致（R=0.868）（图4）。此外，图3显示，Y-int是四个指标中与VEV唯一动态相交的指标。因此，将Y-int添加到VE vs. VCO₂斜率中， VE/VCO₂最小值与VE vs. VCO₂斜率和Y-int之间的相关性更强（R=0.940）（图4）。大约91%的VE/VCO₂最小值可以反映VE vs. VCO₂斜率和Y-int。这个百分比高于VE/VCO₂最小值和VE vs. VCO₂斜率（79.8%）。

Y-int数值较高和数值为负数可能分别表示COPD和肺动脉高压（PAH）。在没有COPD或PAH的患者中，Y-int值几乎为0，VE vs. VCO₂斜率和VE/VCO₂最小值几乎相同。当观察到不同的VEV时，由于Y-int数值较高和数值为负数，可能隐藏患者共病情况，该公式可能表示患者存在共病。

一份日本流行病学报告发现，24%的70岁以上人群和16%的男性患有COPD。心脏病患者常患有COPD；因此，VE/VCO₂最小值∝VE vs. VCO₂斜率+Y-int有助于评估心脏病患者的共病。无创指标PETCO₂、TV/RR比值、CI和Y-int可以反映>80%VEVs。与2个VEVs相比，CI与VE/VCO₂最小值密切相关，而Y-int与VE vs. VCO₂斜率密切相关。在这4个指标中，PETCO₂是VEVs最具影响力的指标。

VE/VCO₂最小值和VE vs. VCO₂斜率通常数值相似，如本研究中观察到的79%。然而，VE vs. VCO₂斜率+Y-int值可以反映更准确的VE/VCO₂最小值。公式： VE/VCO₂最小值∝VE vs. VCO₂斜率+Y-int，可以反映超过90%的VEVs值。当观察到VEVs数值不同时，应考虑评估心脏病患者的共病情况。

VE/VCO₂最小值和VE vs. VCO₂斜率与VEV一样重要，是心脏病死亡率的预测因子。在运动期间使无创指标PETCO₂、TV/RR比率、CI和Y-int可以预测VEVs。此项研究对VEV建立了贡献顺序公式，VE/VCO₂最小值∝VE vs. VCO₂斜率+Y-int，可以推测超过90%VEVs。识别Y-int高值和Y-int负值或VEV的不同数值有助于诊断心脏病患者的共病。在进行CPET时，我们建议检测VE/VCO₂最小值和VE与VCO₂斜率之间的数值和二者之间的关系。

本文由北京大学第三医院心内科宋燕新翻译整理，转载请注明出处和作者。

原文

Murata M, Kobayashi Y, Adachi H. Examination of the Relationship and Dissociation Between Minimum Minute Ventilation/Carbon Dioxide Production and Minute Ventilation vs. Carbon Dioxide Production Slope. Circ J, 2021, 86(1): 79-86. doi: 10.1253/circj.CJ-21-0261.