心肺运动试验(Cardiopulmonary Exercise Testing,CPET)通过对受试者静息以及不同运动负荷状态下中的分钟通气量(V_E)､耗氧量(VO₂)､二氧化碳排出量(VCO₂)､心电图､血压､心率､氧饱和度､动脉血气等各项指标的分析,衍生出一系列客观的可动态反应各系统(主要为循环､呼吸)功能以及各系统间相互协调､配合工作的多项心功能及肺功能指标,如摄氧通气效率(OUE,即VO₂/V_E)､二氧化碳通气效率(VE/VCO2)､摄氧通气效率斜率(OUES,即VO₂/V_Eslope)､摄氧通气效率峰值平台(OUEP,即VO₂/V_Eplateau)､无氧阈(AT)､氧脉搏(VO₂/HR)､呼吸交换率(RER,即VCO₂/VO₂)等等｡CPET的每项测试指标均可反应机体生理功能的一部分,人是时刻处于动态变化的平衡之中的,单纯测量静息状态下的心功能及肺功能已经不能满足我们对疾病和人体生理功能的探索｡在人体各系统不断的动态变化调节过程中,CPET就表现出了特有的优势,它是目前唯一一种可动态反映人体循环､呼吸系统功能的辅助检查方式,其独有的动态性､客观性､全面性､无创性､准确性,为循环､呼吸系统疾病的诊断､治疗及疾病预后评估等方面做出了贡献,也正在被越来越多的人所接受｡ 

心肺运动试验理论从20世纪50年代初步建立以来,Wasserman和Weber等人对其建立及推广应用做出了极大的贡献,起初CPET多侧重于对肺部疾病的研究,直至Wasserman提出,单独给心脏或肺脏增加负荷是不可能的,所有的运动均需要心肺以及周围循环的协调作用来完成｡这一理论为CPET的应用拓展了新思路,人们开始意识到心脏和肺脏是不可能单独工作的,便对心肺协同工作模式开展了大量研究｡近年来CPET受到了越来越多的国内外各学者的关注,并逐步应用于临床协助诊治多种疾病｡

目前CPET主要用于对心脏疾病的分级和疾病严重程度的评估､预后分析,预测心脏移植时机,对心肺疾病､心脏康复运动处方的制定,对药物､手术效果的评估,以及患者手术前的评估,评估和鉴定劳动能力的丧失,鉴别呼吸困难为心源性､肺源性､心肺混合性还是非心肺性等等多方面,同时其对高血压､卒中偏瘫患者的运动处方制定､骨骼肌疾病的诊断､白血病患者全身状况的预测有一定的临床意义｡有较强的证据显示,CPET多项指标对运动康复､外科干预､改善生活方式均有良好的反应｡

1982年Weber等将CPET应用于慢性心力衰竭患者的临床严重程度以及预后的评估,其研究方法指出CPET需要达到极限运动得到peakVO₂等指标,才能进行一系列的评估,具有一定的局限性;1996年日本学者Baba指出可以在亚极限运动中测出的OUES能够很好地评估心力衰竭患者的心功能和预后｡亚极限运动虽不能直接评估最大运动能力,但对于日常活动强度下的劳动及锻炼有很大的指导意义｡同时有研究显示OUEP,OUES,lowestVE/VCO₂受年龄､性别､体型､运动方式影响的规律明显且稳定性好,易于在亚极限运动中获得｡这些通气效率指标因其特有的稳定性､客观性,且不依赖个体差异,而越来越受到重视,能良好地反应心肺储备功能｡

有研究表明,对心力衰竭患者进行适当运动康复训练是安全有益的｡Meta分析显示心脏康复可降低心力衰竭死亡率,改善心功能､运动耐力,减少住院率,并且能够改善内皮细胞功能,减少儿茶酚胺分泌,增加外周氧气摄取,从而提高患者心肺功能｡一项随机试验将2331例患者分为运动训练组或一般护理组,3个月后,校正冠心病危险因素后,运动训练组全因死亡率,心血管疾病死亡率或住院率降低11%(P<0.03)｡

孙兴国等通过CPET对正常人的心肺功能进行评估的过程中发现,从静息状态到达无氧阈再到峰值运动时OUE逐渐升高,到达AT附近达到最大值,而后下降,而VE/VCO₂则是先下降,到AT附近达到最低值,而后上升,由此得出摄氧通气效率和二氧化碳通气效率可以反映循环系统的功能｡在AT附近OUE,VE/VCO₂通常达到最大值或最小值,这两个反应通气效率的指标恰好可以在亚极限运动中取得,这样就大大避免了心肺疾病患者达到极限运动时所面临的风险,且对日常生活[33]的活动量有很好的指导意义｡卢志南等对26例心脏移植患者CPET的分析得出OUEP与OUES两项摄氧通气效率指标与传统峰值摄氧量相关性好(r=0.535,P<0.01;r=0.840,P<0.001),也同样印证了OUEP可用于对患者心功能的检测｡

ShahryarM等通过CPET观察了肺动脉瓣置换前后VE/VCO₂和VO₂peak的变化,结果发现术后6个月VE/VCO₂显著降低,而VO₂peak没有明显升高,说明VO₂peak可以部分反映瓣膜疾病的严重程度,但不是手术后短期内可以改善的指标,得出结论:VE/VCO₂可能是反映瓣膜疾病的严重程度及外科术后功能改善程度以及预后的重要标志｡

CPET在欧美国家已经广泛应用于心血管疾病的诊断､治疗及预后评估,在国内也开始较多地应用于心血管疾病如心力衰竭等的辅助诊断和心脏康复等,“心肺不分家”,人在心肺偶联的每一个环节都少不了呼吸和循环的共同作用,心脏和肺脏并不可能脱离任意一方而单独工作,很多呼吸系统疾病患者病情进展可累及心血管,这就要求我们拓展思路,使CPET在呼吸系统疾病中同样受到重视,为呼吸系统疾病诊治提供便利｡通气效率可以反应循环功能,那么其对呼吸系统有又怎样的意义呢?

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是世界上第四大死亡原因,是全世界慢性发病和死亡的主要原因,许多人多年来都患有这种疾病,并且由于它或其并发症而过早死亡｡全球范围内,由于持续暴露于COPD危险因素和人群老龄化,预计未来几十年COPD负担会增加｡

那么,对COPD的早期诊断､干预治疗､预后等方面就更加需要引起重视｡COPD患者的运动耐力是降低的,袁玮等人研究显示稳定期COPD患者在静息､AT､峰值运动时VE/VCO₂是进行性下降的,这可能与COPD患者运动能力下降密切相关｡任建明等研究证实COPD患者摄氧效率及运动耐力均低于正常人,且其与疾病严重程度有关,运动耐力同时也影响摄氧效率｡吴常伟等研究显示在COPD患者中摄氧效率越小,有效摄取氧的能力越差,心肺功能状态越弱,并随气道阻塞严重程度加重而减低｡越来越多的研究结果证实,肺康复运动能够有效减缓心肺疾病患者呼吸困难的症状,提高患者的运动能力和生活质量｡2017年全球慢性阻塞性肺病倡议中提出肺康复的主要目标是减轻症状,提高生活质量,增加日常活动中的身体和情感参与｡为了实现这些目标,肺康复涵盖了一系列非肺源性问题,这些问题可能无法通过COPD药物治疗得到充分解决,包括运动调节,改变情绪状态(特别是抑郁)､肌肉萎缩和减轻体重｡但辅助以运动疗法,健康管理,肺康复,精准制定个体化运动处方,可提高患者生活质量｡大量临床试验对肺康复进行了仔细评估,表示其可以增加峰值负荷,最大耗氧量和运动持续时间｡而CPET比6MWT能更准确地评估和提供有关过度通气和呼吸肌肌力的更多详细信息｡

CPET也同样应用于其他肺部疾病,谭晓越等人回顾性分析了32例确诊特发性肺动脉高压患者的CPET,表明随运动强度增大,特发性肺动脉高压患者的OUE在AT附近达到最大(即OUEP),随后又逐渐下降;特发性肺动脉高压患者的OUEP%pred(OUEP实测值/预计值%)与NYHA心功能分级(r=-0.724,P<0.005),总肺血管阻力(TPVR)(r=-0.694,P<0.005),一氧化碳弥散量(DLCO)(r=0.577,P<0.05)都有显著相关性(r=-0.902,P<0.0001),表明OUE是可以反应呼吸系统功能的指标｡OUES可以反映肺动脉高压,COPD和限制性肺病患者的严重程度和预后;COPD患者并发肺动脉高压会导致其运动耐力及通气有效性进一步降低,其降低程度与肺动脉压力呈正相关;心肺运动试验可预测特发性肺动脉高压患者预后;肺栓塞患者通气效率指标OUEP,OUES和OUE@AT低于正常人,VE/VCO₂@AT,VE/VCO₂slope,LowestVE/VCO2高于正常人,从而对肺栓塞患者抗凝时间窗的选择及治疗效果评估有指导意义;VE/VCO2明显异常可以用来提示肺栓塞患者气体交换异常和运动耐力下降,lowest VE/VCO₂可能作为评估肺栓塞患者心肺功能的可靠指标,特发性肺纤维化使患者的通气有效性明显降低,严重影响患者的运动耐力｡总之,患有肺血管病变的患者,无论其机制如何,通常存在有氧运动能力的显着受损｡

CPET提供了联合数据分析,可以在运动过程中对心血管､呼吸､肌肉和代谢系统进行全面评估,被认为是心肺功能评估的金标准｡人不是静止的,所以动态监测人体运动状态下的各项指标就显得尤为重要,而CPET的多项测试指标共同协调､相互作用,可更准确地反应人体的生理变化过程｡心肺运动试验以其特有的动态性､客观性､全面性､无创性､准确性,为循环､呼吸系统疾病的诊断､治疗以及疾病预后评估等方面做出了贡献,可以用来识别不同类型心肺功能减退状态,目前已较为广泛地应用于心力衰竭的分级和疾病严重程度的评估､干预治疗,心脏康复,运动处方的制定,对药物､手术效果的评估等｡而通气效率相关指标因受年龄､性别､体型､运动方式影响的规律明显且稳定性好,易于在亚极限运动中获得,也越来越多的受到关注,有较好的应用前景,值得更深一步研究｡