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心肺功能评定
一、概述
心肺功能是人体新陈代谢和运动耐力的基础，泛指有氧运动系统通过肺呼吸和心脏活动推动血液循环向机体输送氧气和营养物质，从而满足各种人体生命活动物质与能量代谢需要的生理学过程，与人的体质健康和竞技运动能力有着极为密切的关系。
1、氧运输功能 通过心脏的循环，把氧气及能量物质运送到全身组织进行新陈代谢。心脏功能减退会导致循环功能障碍，产生缺氧缺血状态。
2、气体交换功能 包括肺通气功能和换气功能，主要通过内呼吸和外呼吸两个基本过程来实现。
3、心肺功能与运动耐力 运动耐力是指机体持续活动的能力，取决于心肺功能及骨骼肌的代谢。心肺功能下降会影响运动能力；长期制动和缺乏运动也会导致心肺功能的减退。
4、纽约心脏病学会心功能分级（NYHA）可用于评价心脏疾病病人的新功能，并指导病人的日常生活活动和康复治疗。但是，该方法，主要依据病人自己有无心悸、呼吸困难、乏力等主观症状，因而评定时结果可能存在一定的差异。其具体功能分级标准如下。
I级：体力活动不受限。一般体力活动不引起疲劳，心悸，呼吸困难和心绞痛等症状。
II级：体力活动稍受限。一般体力活动时即可引起疲劳，心悸，呼吸困难和心绞痛等症状。
III级：体力活动明显受限。休息时感到舒适，低于正常日常生活活动的运动量即可引起心悸，呼吸困难等症状。
IV级：不能从事任何体力活动。休息时仍有心悸、呼吸困难等症状。
二、心电运动试验
心电运动试验（ECG）是指通过观察受试者运动时的各种反应（呼吸、血压、心率、心电图、气体代谢、临床症状与体征等），来判断其心、肺、骨骼肌等的储备功能（实际祝负荷能力）和机体对运动的实际耐受能力。
（一）心电运动试验的目的
1、冠心病的早期诊断 具有较高的灵敏度（60%-80%）和特异性（71%-97%）。主要通过运动增加心脏负荷和心肌耗氧量，根据心电图st段偏移情况诊断冠心病。
2、鉴定心律失常 运动中诱发或加剧心律失常往往提示为器质性心脏病，应注意休息，避免运动，并及时调整康复训练计划和强度；运动中心率失常减少或消失提示属于良性心律失常，并非一定要限制运动和日常生活。
3、鉴定呼吸困难或胸闷的性质 如果在运动实验中诱发呼吸困难和胸闷，多属于器质性疾病。
4、判断冠状动脉病变的严重程度及预后 运动试验中发生心肌缺血的运动负荷越低、心肌耗氧水平越低、st段下移程度越大，则说明冠状动脉病变也越严重，预后也越差。运动试验阳性无症状的病人发生冠心病的危险性增大。
5、确定病人进行运动的危险性 低水平运动实验中诱发心肌缺血、心绞痛、严重心律失常、心力衰竭症状等，均提示病人进行运动的危险性大。通过运动试验，确定病人安全的日常生活活动范围，为制定运动处方提供依据，确保康复训练的有效性和安全性。
6评定康复治疗效果 参加心电运动试验的病人大部分心脏病诊断已经明确，此时评定的目的不仅仅是诊断，而是从心脏负荷试验中获得心脏电活动和血流动力学参数，结合运动超声心动图和气体代谢等指标，来判断冠状动脉病变的程度、心功能和预后，为病人制定合理的运动处方，通过重复进行运动试验，根据病人对运动耐受程度的变化，评定康复治疗效果。
7、其他 根据运动试验的反应，协助病人选择必要的治疗，如手术适应症。
（二）适应症与禁忌症
1、适应症 病情稳定；无明显步态和骨关节异常。；无感染及活动性疾病；精神正常及主观上愿意接受并能主动配合检查的病人。
2、禁忌症 包括绝对禁忌症和相对禁忌症。

（1）绝对禁忌症：未控制的心力衰竭和急性心衰；血流动力学不稳定的严重心律失常；稳定型心绞痛、增剧型心绞痛，近期心肌梗死后非稳定期；急性心包炎、心肌炎和心内膜炎；严重主动脉瓣狭窄；急性肺动脉栓塞或肺梗死或肺水肿；血栓性脉管炎和心脏血栓；精神疾病发作期间或严重神经症。
（2）相对禁忌症：严重高血压（高于200mmHg/120mmHg）和肺动脉高压；重度主动脉瓣狭窄或严重阻塞型心肌病；重度房室传导阻滞及重度窦房传导阻滞；严重左右冠状动脉左主干狭窄或类似病变；明显的心动过速或过缓；电解质紊乱；慢性感染性疾病；晚期妊娠或妊娠有并发症者；运动可能会导致神经肌肉、骨骼肌肉和风湿性等疾病病情恶化。；精神障碍者，不能配合进行运动。
（三）心电运动试验种类
1、按所用设备分类 包括活动平板试验、踏车运动试验、手摇车运动试验和台阶试验。
（1）活动平板试验：又成跑台试验，是指装有电动传送带的运动装置。检查方法：病人按预先设计的运动方案，载人自动调节坡度和速度（运动强度）的活动平板上进行走—跑的运动，逐渐增加心率和心脏负荷，最终达到预期的运动目标。优点是接近日常活动生理状态，可以逐步增加负荷量，诊断的敏感性和特异性较高，在运动中可以连续监测心电变化，安全性好。
（2）踏车运动试验：是指坐位或卧位下，在固定的功率车上进行运动，可真加踏车阻力，调整运动负荷。优点是运动中心电图记录较好血压测量较容易，受试者心理负担较轻。缺点是对于体力较好的运动员往往达不到最大心脏负荷，不会骑车者也难以完成运动。
（3）手摇车运动试验：原理与踏车运动相似，只是将下肢踏车改为上肢摇车。适用于下肢功能障碍者。
（4）台阶试验：是一种简便易行的评定新功能的方法。试验中的运动负荷是由台阶高度、运动节律、运动时间组成，按性别、体重、和肺活量不同，评价指标不同。台阶试验指数值越大，心血管系统的功能水平越高，反之亦然。严重心血管疾病的人禁忌。
2、按终止试验的运动强度分类 包括极量运动试验、亚（次）极量运动试验、症状限制性运动试验和低水平运动试验。
（1）极限运动试验: 是指运动强度到达极致和主观最大运动强度的试验。可按病人的性别和年龄推算出预计最大心率(220-年龄) 作为终止试验的标准。适用于健康的青年人和运动员，以测定个体最大运动能力、最大心率和最大摄氧量。
（2）亚（次）极量运动试验：是指运动至心率达到亚极量心率，即按年龄预计最大心率(220-年龄)的85%-90%，或达到参照值（195-年龄）时结束试验。适用于测定非心脏病病人的心功能和体力活动能力。服用某些药物如β肾上腺素能受体阻断药以及抗高血压药物的病人，由于这些药物会影响安静心率和运动心率，因此不宜采用预计的亚极量心率作为终止试验的标准。
（3）症状限制性运动试验：是指运动进行至出现必须停止运动的指征为止，是临床上最常用的作为运动终点的实验方法。用于诊断冠心病、评估心功能和体力活动能力，为制定运动处方提供依据。
症状限制性运动试验中指的指征：1) 出现呼吸急促或困难、胸闷、胸痛、心绞痛、极度疲劳、下肢痉挛、严重跛行、身体摇晃、步态不稳、头晕、耳鸣、恶心、意识不清、面部有痛苦表情、面色苍白、发绀、出冷汗的症状和体征；2）运动负荷增加时收缩压不升高反而下降，低于安静时收缩压10mmHg以上；运动负荷增加时收缩压上升，超过220-250mmHg以上；运运动负荷增加时舒张压上升，超过110-120mmHg以上；或舒张压上升，超过安静时15-20mmHg以上；3）运动负荷不变或增加时，心率不增加，甚至下降超过10次/分;4) 心电图显示st段下降或上升，超过或等于1mm；出现严重心律失常，如异位心动过速、频发、多源和成对出现的期前收缩、R—ON—T、房颤、房扑、室扑、室颤、2度以上房室传导阻滞或窦房阻滞、完全性束支传导阻滞等；5）病人要求停止运动；6）仪器故障等。实验室内应备有急救药品和设备，并对出现的严重并发症及时处理。
（4）低水平运动试验：是指运动至特定的、低水平的靶心率、血压和运动强度为止。即运动中最高心率达到130-140次/分，或与安静时相比增加20次/分；最高血压达160mmHg，或与安静时比增加20-40mmHg；运动强度达3-4METs作为终止试验的标准吃饭目的在于检测从事轻度活动及日常生活活动的耐受能力，用于诊断冠心病、评估心功能和体力活动能力，作为住院评价，制定运动处方等依据。
3、按实验方法分类 包括单级运动试验和多级运动试验。
（1）单级运动试验：是指运动试验过程中运动强度始终保持不变的运动试验，如台阶试验。
（2）多级运动试验：是指运动实验过程中运动强度逐渐增加的运动试验，如活动平板试验、踏车试验，又称为分级运动试验、递增负荷运动试验。
（四）运动试验方法
1、活动平板试验 运动强度以MET值表示，MET值的大小取决于活动平板试验速度和坡度的组合。Bruce方案为应用最早、最广泛的运动方法。主要通过增加速度和坡度来增加运动强度和负荷。表3-8
表3-8 活动平板改良Bruce方案
分级
速度（km/h）
坡度（%）
时间（min）
代谢当量（METs）
0
2.7
0
3
1.7
1/2
2.7
5
3
2.9
1
2.7
10
3
4.7
2
4.0
12
3
7.1
3
5.5
14
3
10.2
4
6.8
16
3
13.5
5
8.0
18
3
17.3
6
8.9
20
3
20.4
7
9.7
22
3
23.8
注：坡度1°=1.75%
2、踏车运动试验 运动强度以功率表示，单位为瓦特（W）和
千克.米/分（kg.m/min）。1W=6.12 kg.m/min（kg为运动阻力单位；m/min表示每分钟功率自行车转动距离）。运动负荷，男：300kg/min起始，每3分钟增加300 kg/min，女：200kg/min起始每3分钟增加300 kg/min。最常用的是WHO推荐的方案表3-9
3-9 WHO推荐的方案

分级
运动负荷（kg.m/min）
男 女
运动时间(min )

1
300
200
3
2
600
400
3
3
900
600
3
4
1200
800
3
5
1500
1000
3
6
1800
1200
3
7
2100
1400
3

3

3、手摇车试验 运动起始荷为150-200kg/min，每级负荷增量100-150 kg/min，持续时间3-6分钟。
4、等长收缩试验 常用最大收缩力的30%- 50%作为运动强度，持续收缩2-3分钟. 一般采用握力试验，还可采用定滑车重量法，即通过一个滑轮将重力引向受试者的手和腿，受试者进行抗阻屈肘和伸膝，并始终保持关节角度不变。受试的重力可以从2.5kg开始，每级持续2-3分钟，负荷增加2.5kg，直至受试者不能继续保持关节活动范围为止。
5、简易运动实验 适用于体力较弱无法进行活动平板或踏车运动试验的病人，包括定时运动法和固定距离法。1）定时运动法：病人尽力行走6分钟，计算所走的距离，距离越长，说明体力活动能力越好；2）固定距离法：固定距离，如30米，计算完成该距离的时间。
（五）运动试验结果及其意义
1、心率 正常人运动负荷每增加1MET，心率增加8-12次/分。运动中反应性心率过慢见于窦房结功能减退、严重左心室功能不全和严重多支血管病变的冠心病病人。心率过快分为窦性心动过速和异位心动过速，如运动中窦性心率增加过快，提示体力活动能力较差；异位心动过速主要是在室上性和房性心动过速，少数是室性心动过速，提示应限制病人的体力活动。
2、血压 运动负荷每增加1MET，收缩压相应增高5-12mmHg，舒张压改变相对较小，250/120mmHg为上限。运动中收缩压越高，心源性猝死的概率越低。运动中舒张压升高，超过安静水平时的15mmHg以上，甚至超过120mmHg，常见于严重冠心病。运动中收缩压不升高和升高不超过130mmHg，或血压下降，甚至低于安静水平时，提示冠状动脉多支病变；如果这些情况与st段等其他指标同时出现，则提示严重心肌缺血引起左室功能障碍及心脏收缩储备能力差。诱发血压下降的其他疾病，包括心肌病、心律失常、血管反应、左心流出道阻塞、抗高血压药物应用、贫血、长时间剧烈运动等。出现异常低血压反应的工作荷量越低，则说明病情越重。
3、每搏量和心排血量 运动时每搏量逐渐增加，心排血量也逐渐增加，最高可达安静时的两倍左右。但达到40%-50%最大吸氧量时，每搏量不再增加，此后心排血量增加主要依靠心率加快。心排血量最大值可达安静时的4-5倍。但是运动肌的血流需求量高于心排血量的增加，因此需要进行血流再分配，以确保运动组织和重要脏器的血液供应。
4、心率-收缩压乘积 是反映心肌耗氧量和运动强度的重要指标，其数值一般用10-2表达。运动中心率-收缩压乘积越高，冠状血管储备越好，心率-收缩压乘积越低，提示病情严重。康复训练后，心率-收缩压乘积额定的条件下运动时间和强度增高，说明心血管及运动系统效率提高，相对减轻清血管负担，你只病人可以耐受更大的运动负荷。
5、心电图st段改变 正常st段应该始终保持在基线。运动中st段出现偏移为异常反应，包括st段上抬和下移。st段上抬：有q波的st上抬提示室壁瘤或室壁运动障碍，见于50%的前壁心肌梗死和15%的下壁心肌梗死病人；无q波的st段上抬提示严重近段冠脉的病变或痉挛和严重的穿壁性心肌缺血。st段正常化是指安静时有st段下移，在运动中下移程度反而减轻，甚至消失，这种情况见于严重冠心病或正常人。引起st段改变的其他心脏情况还有：心肌病、左心肥厚、二尖瓣脱垂、洋地黄作用、室内传导阻滞、预激综合征、室上性心动过速；非心脏情况包括: 严重主动脉狭窄、严重高血压、贫血、低血压、葡萄糖负荷、过度通气、严重容量负荷过重等。
6、心脏传导障碍 窦性停搏，如见于运动后即刻，多为严重缺血性心脏病人；预激综合征（WPW），如在运动中消失的预激综合征预后较好（约占50%）；束支传导阻滞，运动可诱发频率依赖性左、右束支传导阻滞及双束支传导阻滞。如在心率低于120次/分时发生可能与冠心病有关；心率高于125次/分时发生的病理意义不大。心室内传导阻滞可见于运动前，动中可加重甚至消失
7、运动性心律失常 运动性心律失常的原因与交感神经兴奋性增高和心肌需要量增加有关。利尿剂和洋地黄制剂可使运动中发生心律失常；冠心病病人心肌缺血也可诱发心律失常。室性期前收缩是运动中最常见的心律失常，其次是室上性心律失常和并行心率。运动中和运动后一过性窦性心律失常和良性游走心率也较常见。运动诱发短阵房颤和房扑低于1%，可见于健康人或风湿性心脏病、甲亢、预激综合征、心肌病病人。单独出现的运动诱发性室上性心律失常与惯性定冠，而与肺部疾患、近期饮酒和咖啡有关。窦性停搏，偶见于运动后即刻，多为严重缺血性心脏病病人。
8、症状 正常人在亚极量运动试验中应无症状。极量运动实验时，可有疲劳、下肢无力、气急并伴有轻度眩晕、恶心和皮肤湿冷，这些症状如发生在亚极量运动时则视为异常。胸痛、发绀、极度呼吸困难，发生在任何时期均属异常。在发生心绞痛的同时不一定有st段的下移。st段的改变可以在心绞痛前、后或同时发生。对于运动诱发不典型心绞痛的病人，可以选择另一方案重复运动试验，观察病人是否在同等RPP的情况下诱发症状。由于冠心病病人的心肌缺血阈值比较恒定，所以如果症状确实是心肌缺血所致，就应该在同等RPP情况下出现症状。
9、药物对实验结果的影响 许多药物对心电运动试验的结果有影响，解释结果时应充分考虑。
10、主观劳累程度分级 主观劳累程度分级（RPE）是由Borg提出，故又称Borg量表（3-10）。是根据运动过程中自我感觉劳累程度来衡量相对运动水平的半定量指标，在康复界广泛应用，确定合理运动强度的最好办法是RPE和靶心率两种方法结合。评估的基本原则：将最轻微用力定义为6分，将最大和衰竭性运动定义为20分。分值的设计与正常心率反应相关，将分值乘以10即为运动时的正常心率反应。
表3-10 主观用力程度分级
RPE 主观运动感觉特征 相应心率(次/分)
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
（安静）
非常轻松

很轻松

轻松

稍费力（稍累）

费力（累）

很费力（很累）

非常费力（非常累）
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
三、有氧运动能力测定
在康复医学中反映有氧运动中体内气体代谢能力最常用的指标是最大摄氧量（VO2max）；在制定运动处方的运动强度方面则是以代谢当量作为临床主要参考依据。
1、摄氧量 是指机体所摄取和消耗的氧量，是反映机体能量消耗和运动强度的指标，也反映机体摄取、利用氧的能力。摄氧量为20-30ml/（kg.min）者，可从事重体力劳动15ml/（kg.min）者可以从事中等体力劳动；5-7ml/（kg.min）者仅能从事轻体力劳动。
2、最大摄氧量 是指机体在运动强度达到最大时所能摄取的最大氧量，是综合反映心肺功能状态和最大体力活动能力的最好生理指标。
目前仍被美国纽约心脏病协会采用作为新功能分级的客观依据。其数值大小主要取决于新排血量、动静脉分压差、氧弥散能力和肺通气量。适当的康复训练，尤其是耐力训练，可通过中心效应（心肺功能改善）和外周效应（骨骼肌代谢能力改善）提高最大摄氧量。测定最大摄氧量可以通过极量运动试验直接测定，也可用压极量负荷时获得的心率负荷量等参数间接推测，后者可能有20%- 30%的误差。最大摄氧量的直接测定方法如下。
1、新排血量和动静脉分压差测定：最大摄氧量=心排血量x动静脉氧分压差；心排血量=每搏量x心率。安静时每搏量为80-100ml，最大时可达150ml；安静时心率为60-到100次/分, 最大时可达180-200次/分。动静脉氧分压差代表组织利用氧的效率，安静时为5ml，指100ml动脉血液中通过组织后，有5ml氧被组织吸收利用；运动时动静脉氧分压差逐步增大，最大时可达到15-17ml。
（2）呼吸气分析测定：最大摄氧量=吸气量x呼吸气氧分压差。肺通气量与最大摄氧量呈线性关系。安静时呼吸器气氧分压差为4%- 5%，即吸入100ml空气时有4-5ml氧被人体吸收；运动中呼吸气氧分压差最大可增加两倍左右。
（3）运动方案：参与运动的肌群越多，所测得的最大摄氧量越高（平板运动最高），因此以平板运动试验测定结果最为准确，也有踏车运动、手臂摇轮运动、台阶试验的运动方案。
（4）运动程序：可分为单级负荷，即一次达最大值；或分级负荷，即逐渐增加负荷，每一级负荷至少持续3-5分钟，直到达到最大值。
（5）最大摄影量的测定标准：1）主关筋疲力尽，不能继续运动和不能维持原先的速度；2）分级运动中两级负荷的摄氧量差值小于或等于5%，或者数值小于或等于2ml/（kg.min）；3）呼吸量商大于1.10（成人）或1.00（儿童）。
（6）最大摄氧量直接测定的局限性1）极量运动试验的运动量大，具有一定危险性，不易为一般受试者所接受；2）标准不易掌握，因主观因素使检测重复性受影响；3）需要气体分析设备。为此，许多学者试图通过亚极量负荷下的生理指标来推测最大摄氧量，但误差较大。由于人体极量运动能力和亚极量运动能力有密切联系，古间接推算法仍具有一定的实用意义。
3、代谢当量（MET）是表示相对能量代谢水平和运动强度的重要指标。健康成年人安静、坐位时，每千克体重、每分钟的耗氧量为3.5ml/（kg.min），即1MET. 代谢当量的临床应用如下：
Ø （1）判断体力活动能力和预后：一般将运动试验所能达到的最大摄氧量折算为代谢当量，或采用间接判断的方式确定代谢当量，用以判断体力活动水平和预后，以及是否手术治疗的选择参考。关键的最高代谢当量值为：
Ø 小于5METs，提示65岁以下的患者预后不良；
Ø 5METs，提示日常生活受限，相当于急性心肌梗死恢复期的功能储备；
Ø 10METs，提示正常健康水平，药物治疗预后与其它手术或介入治疗效果相当；
Ø 13METs，提示即使运动试验异常，预后仍然良好；
Ø 18METs，提示有氧运动员水平；
Ø 22METs，提示高水平运动员。
（2）用以判断心功能及相应的活动水平：由于心功能与运动能力密切相关，因而最高代谢当量的水平与心功能直接相关。表3-11
表3-11 各种心功能状态时的代谢当量及可以进行的活动
心功能
METs
可以进行的活动
Ⅰ级
≥7
携带10.90kg重物连续上8级台阶
携带36.32kg重物进行铲雪、滑写、打篮球、回力球、手球或踢足球
慢跑或走（速度为8.045km/h）
Ⅱ级
≥5，＜7
携带10.90kg以下的重物上8级台阶
性生活
养花种草类型的工作
步行（速度为6.436km/h）
Ⅲ级
≥2，＜5
徒手走下8级台阶
可以自己淋浴、换床单、拖地、擦窗
步行（速度为4.023km/h）
打保龄球、连续穿衣
Ⅳ级
＜2
不能进行上述活动

（3）制定运动处方：采用代谢当量表示运动强度得到广泛认可。代谢当量与能量消耗直接相关，所以在需要控制能量摄取和消耗比例的情况下（如糖尿病和肥胖病人的康复），采用代谢当量是最佳选择。在计算上可以先确定每周的能耗总量（运动总量）及运动训练次数或天数，将每周总量分解为每天总量，然后确定运动强度，查表选择适当的活动方式，并将全天总的代谢当量分解到各项活动中去，组成运动处方。
（4）区分残疾程度：将最大代谢当量小于5作为残疾标准。
（5）指导日常生活活动与职业活动：职业活动（每天八小时）平均能量消耗水平不应该超过病人代谢当量峰值的40%，峰值强度不可超过代谢当量峰值的70%-80%。美国的标准如下：
Ø 最高运动能力大于或等于7METs者，可参加重体力劳动，平均METs2.8～3.2，峰值METs5.6～6.4；
Ø 最高运动能力大于或等于5METs，可参加中度体力劳动，平均METs小于2.0，峰值METs小于4.0；
Ø 最高运动能力3～4METs者，可参加轻体力劳动， 平均METs1.2～1.6，峰值METs2.4～3.2；
Ø 最高运动能力2～3METs者，休息时无不适，可参加坐位工作，不能跑、跪、爬、站立或走动时间不能超过工作时间的10％。