心肺运动试验(cardiopulmonary exercise testing,CPET)通过测定机体从静息状态､渐进性运动至最大运动状态､恢复到静息状态全过程的气体代谢､心电图､血压､心率､肺功能､血氧饱和度等指标的动态变化,结合相应的症状改变,反映不同负荷水平下机体病理生理变化及功能受损程度,从而综合评价心肺整体功能和储备能力｡CPET临床应用在心肺疾病的鉴别诊断､预后评估､干预效果评价､运动处方制订等方面发挥了重要价值,国内儿科临床应用尚未普及｡现介绍CPET在儿童呼吸系统疾病中的应用｡

1.适应证和禁忌证:

适应证:

(1) 急慢性呼吸系统疾病患儿心肺功能评估,协助制订治疗和康复计划;

(2) 评估运动诱发的胸闷､胸痛等症状的严重程度并鉴定病因｡

相对禁忌证:

(1) 严重二尖瓣狭窄､梗阻性肥厚型心肌病､肺血管梗阻性疾病如艾森门格综合征;

(2) 严重室性心律失常｡绝对禁忌证:急性心脏炎性疾病如感染性心肌炎､心包炎､感染性心内膜炎､川崎病急性期和亚急性期等｡

2. 反映气体交换的指标:

(1) 二氧化碳通气当量是指人体每排出1 L二氧化碳所需要的通气量,反映了肺通气血流比值状况｡二氧化碳通气当量升高表明存在通气血流比值不匹配或有右向左分流｡对于儿童而言,年龄越小,二氧化碳通气当量越大,因为年幼儿的肺活量小､呼吸频率快,呼吸效率较年长儿低｡

(2) 氧通气当量是指人体每摄取1L氧气所需要的通气量｡较低的氧通气当量表明更有效的通气反应,而氧通气当量升高提示生理无效腔增加或有病理性过度通气｡

反映运动耐量的指标:

(1) 最大摄氧量指在人体进行最大强度运动时,机体所能摄入的氧气含量,反映的是人体最大有氧代谢和心肺储备能力,适用于大部分呼吸系统疾病｡儿童每千克最大摄氧量较稳定,不会随年龄发生较大变化,因此不同年龄儿童均可将每千克最大摄氧量作为评价运动能力的指标｡临床上常用运动中机体所能摄入的氧气含量实际能达到的最高点即峰值摄氧量来表示｡

(2) 无氧阈是指人体在递增负荷的过程中能量消耗从有氧代谢转为有氧代谢和无氧代谢共同供应的转折点,是人体还未发生无氧代谢的最高氧耗量｡可以用来评价治疗前后心肺功能､运动耐力和康复训练效果｡在健康儿童中,通气无氧阈值通常出现在最大摄氧量的0.55~0.65｡

(3) 静息代谢当量指静坐时消耗的氧量,正常每千克体重每分钟消耗3.5ml氧气｡活动时能量消耗可用静息代谢当量的倍数表示,根据活动时的耗氧量可推算出相应的代谢当量值｡静息代谢当量和运动耐力相关,有利于更安全地制订运动处方｡

3. 预计值:尚无公认的儿童CPET参数预计值,常参照成人数据,或通过和健康儿童对照分析各参数,来综合评估心肺功能整体情况及在疾病中的应用｡有研究发现,参数预计值会受运动方案､体质指数､性别､年龄等因素影响｡

4. 试验方案:CPET一般应用于6岁以上的儿童,按照运动器械分类有平板和踏车运动两种｡平板运动一般应用Bruce方案或Balke方案,踏车运动多采用进行症状限制性斜坡式递增运动试验(Ramp实验)｡年幼儿童平板运动的速度易受限,所以儿童受试者常采用踏车运动｡运动能力较差的儿童还可以采用6min步行实验(6 minute walk test,6MWT),6MWT具=有良好的实用性和有效性,儿童易于接受｡但6MWT不能直接精准测定峰值氧耗量,不能明确运动耐量下降的原因及机制,测试结果也不具有诊断特异性｡且6MWT对测试方法的变化非常敏感,更易受身高､体重等影响｡通常情况下,踏车运动 Ramp方案为在静态肺功能､心电图完成后,分别在静息≥3min､转速60r/min无负荷热身≥3min､逐渐递增功率负荷至症状限制性最大极限运动､转速35r/min恢复期≥5min,连续动态测定心率､血压､气体代谢指标､血氧饱和度及心电图改变｡

1. 运动性呼吸困难:儿童较常见,多数和运动诱导的支气管痉挛有关,运动型喉梗阻､胸壁畸形致活动受限､呼吸模式紊乱和心血管疾病等也可导致｡CPET被认为是评估运动性呼吸困难病因的“金标准”,可为制订治疗方案提供重要信息｡若患儿有哮喘病史或提示有运动诱发的支气管痉挛的症状,在支气管舒张剂治疗无效的情况下,CPET是进一步检查的最佳手段｡在运动过程中连续记录代谢､呼吸和心脏参数可获得可视化气流,有助于识别上或下呼吸道阻塞,也有利于间接获取氧气利用､二氧化碳产生和心率变化等数据,确定最大氧利用率｡在CPET过程中发现吸气气流抑制时,及时用可弯曲喉镜检查上气道,可辨别上气道阻塞是来自较常见的运动性声带功能障碍还是少见的运动性喉软化症｡

2. 囊性纤维化(cystic fibrosis,CF):CF 患儿管理中,除了影像学和肺功能,CPET的价值更大,可以用来预测CF的病死率或需要肺移植,最常用的指标是峰值摄氧量｡Hebestreit等分析了510例 CF患儿(≥10岁)的随访信息,发现峰值摄氧量高的患儿在随后的10年中死亡或接受肺移植的风险比峰值摄氧量居中和峰值摄氧量低的患儿低72%和49%｡有研究表明,峰值摄氧量时的通气量的预测效率更强,结合体质指数､1秒用力呼气量相对于预测值的百分比和峰值摄氧量时的通气量三者的模型预测价值最高｡此外,还可以通过无氧阈和峰值摄氧量计算所消耗的静息代谢当量来设计运动方案和锻炼计划｡可以通过静息代谢当量转换表转化为日常活动和不同强度的体力活动｡有学者建议CF患儿至少每年进行1次CPET｡

3. 闭塞性细支气管炎(obliterans bronchiolitis,BO):与第1秒用力呼气量相比,CPET指标在识别呼吸系统疾病心肺功能早期受累更敏感｡感染后BO会导致运动耐力下降,Frohlich等检测了16例已确诊为感染后BO的患儿(10~23岁),发现峰值摄氧量相对于预计值的百分比低于对照组[(84±15)%比(101±17)%,P<0.01]｡Rodrigues等查阅了81篇文献,大约75.0%的研究表明,BO患儿通过CPET测定发现其峰值摄氧量下降｡提示CPET 指标对于病情评估有一定意义｡

4. 支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia,BPD):是早产最常见的并发症,虽然生存率逐渐提高,但容易遗留气道阻塞等后遗症｡BPD患儿随访到学龄期易出现喘息和呼吸急促,CPET负荷较低,体力活动更困难｡Prenzel等对42例学龄期BPD患儿进行CPET踏车运动,并与足月儿童相比较,发现BPD组峰值摄氧量低于对照组[(1 442±417)比(1 766±541) ml/min],且新生儿期给氧持续时间与学龄期峰值摄氧量和运动量呈负相关,表明 BPD 的严重程度会对学龄期运动能力有影响｡Kim等对1例被诊断为BPD的5岁患儿进行为期4个月跑台训练和随访,显示运动干预后6MWT与基线值相比提高了128.96% [(135.2±4.60)至(309.55±94.73)m],这说明跑台训练可能是改善BPD患儿肺功能和体能表现的一种治疗选择｡

5. 肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH):是一类以肺动脉压力和肺血管阻力进行性升高为主要特征的肺血管增生性疾病,是婴幼儿和儿童肺移植的主要指征｡PAH患儿的运动能力较差,常用6MWT代替常规CPET｡中国学者利用2015年欧洲心脏学会联合欧洲呼吸学会指南提出的参数评估先天性心脏病所致PAH的预后,发现6MWT降低是预后不良的独立危险因素｡Orgun等在进行6MWT同时,对20例年龄≥7岁的PAH患儿进行了脑氧合评估,发现在6MWT期间,PAH患儿的脑氧合显著降低｡对PAH患儿联合应用6MWT和局部脑氧合监测比单独应用6MWT会提供更准确的预测价值｡

6. 间质性肺疾病(interstitial lung disease,ILD):CPET能用于评估ILD儿童运动能力,制订运动处方,并确定药物和非药物干预措施对运动能力和运动相关症状的影响,同时提供有价值的预后信息｡例如,经右心导管证实有静息性PAH的ILD患儿,在CPET增量运动过程中测得的呼气末二氧化碳分压和混合呼出气二氧化碳分压明显低于非静息PAH患儿｡因此,CPET获得的气体交换指标可能有助于揭示ILD的合并症,同时改善该类患儿的管理｡对于ILD合并PAH患儿,Nathan等进行了一项为期16周的随机对照试验,该实验采用 6MWT 评估从基线到第16 周的运动能力,证实了吸入曲前列尼尔对ILD合并PAH患儿的运动能力有改善｡

7. 新型冠状病毒感染后状态:指新型冠状病毒感染3个月后症状持续或出现新的症状,主要表现为慢性疲劳和轻度活动后不适､血栓栓塞､头痛和神经认知受累､皮疹､胃肠道和肌肉骨骼问题｡Mihalick等证实,新型冠状病毒感染患儿在出院或康复后3个月的峰值摄氧量低于同年龄儿童水平｡Pizzuto等收集14例符合新型冠状病毒感染后状态诊断标准的患儿进行胸部锝 99 m大聚合白蛋白单光子发射CT或 CT检查,发现6例存在肺灌注缺损,提示新型冠状病毒感染后状态对心肺功能的影响需要持续关注｡有学者认为CPET对新型冠状病毒感染后状态心肺功能评估有较高的价值,它能够区分是先前存在的心血管疾病和新出现的功能失调状态,并为进一步的治疗和训练提供建议,建议对新型冠状病毒感染后出现持续心肺症状的患儿进行CPET检查｡

CPET是一种非侵入性､耐受性好､可重复性高的检查手段,可为评估儿童呼吸系统疾病严重程度､鉴别病因､制订个性化运动方案等提供依据｡但是儿童CPET尚缺乏公认的预计值,且该检查需要特殊仪器､成本昂贵､操作复杂､需要专业人员执行,是否能完全代表现实生活中的功能,需要开展进一步的研究｡

参考文献：略

作者：孙欣怡 徐昌富 李海燕 张海邻

单位：温州医科大学附属第二医院 育英儿童医院

来源：中华儿科杂志2024年6月第62卷第6期