冠状动脉粥样硬化性心脏病是由于冠状动脉狭窄或闭塞，导致心肌缺血、缺氧甚至坏死的一组疾病，简称冠心病。尽管在过去的几十年中，冠心病的治疗有了相当大的改进，但冠心病发病率和病死率仍然呈现上升趋势，全球范围内，约2.4亿人患有缺血性心肌病，2021年冠心病患者死亡率较2019年上升72%[1]。《中国心血管健康与疾病报告2023》[2]显示，目前国内冠心病患病人数高达1 139万；2021年，国内城市居民冠心病死亡率为135.08/10万，农村为148.19/10万。冠心病给居民和社会带来的经济负担持续加重，因此冠心病的早期筛查、诊断、防治尤为重要。心肺运动试验（CPET）能检测受试者静息状态、负荷运动和恢复状态下的心肺功能，其优势在于能观察负荷递增下心血管系统、呼吸系统的储备能力，目前已广泛应用于人体整体生理功能状态评价、病情评价、治疗效果及预后转归预测等领域，且有无创的优点。冠状动脉造影术作为诊断冠心病的“金标准”，可准确评估冠状动脉狭窄程度，但冠脉狭窄程度和心肺储备功能并不一定是等比关系。CPET则作为评估心肺适能（CRF）的“金标准”，不仅具有无创的优点，还能精确评估心肺储备能力，在冠心病的风险预测、诊断、制定运动处方、预后及疗效评价等方面具有独特的临床应用价值。比如CPET的不同参数指标可以评估冠心病患者的心功能不全情况，能够密切连续检测患者心血管状态，以确保患者治疗的有效性[3]。现就CPET应用于冠心病的相关研究进展进行系统阐述，以期为冠心病提供更为简便的诊断及评估策略。

1、CPET简介

CPET是在逐步递增的运动负荷试验中，通过测定人体静息、运动及恢复阶段的耗氧量（VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）、通气量（VE）及血压、血氧、心电图等指标，全面客观地评价人体呼吸系统、心血管系统、神经生理系统、骨骼肌及代谢系统功能，阐明在不同负荷运动时发生的病理生理性变化[4]。CPET利用外呼吸与细胞呼吸耦联的原理，通过外呼吸氧气摄入量和VCO2的变化，了解细胞呼吸过程中线粒体氧利用和二氧化碳生成的变化，对患者心肺运动功能及心肺损伤程度进行评价。

CPET主要包括静态肺功能测定和踏车运动试验，静态肺功能测定可以获得用力肺活量（FVC）、最大自主通气量（MVV）、第1秒用力呼气容积（FEV1）等呼吸参数及最大流速- 容量环；而踏车运动试验分为：⑴静息期（3 min）：可以获得静息心率（HR）、血压、心电图、静态气体代谢等指标；⑵无负荷热身运动期（3 min）：踏车速度保持在55～65 r/min，接近结束时记录HR、血压、心电图、血氧饱和度等指标；⑶功率负荷期（6～10 min）：踏车速度保持在55～65 r/min，测试者可密切观察受试者症状、HR、血压、气体代谢指标、血氧饱和度及心电图改变。⑷恢复期（6～8 min）：保持无负荷缓慢踏车2～3 min，踏车速度可维持在30～40 r/min，可观察受试者的HR、血压、心电图及症状。通过对这些数据信息的综合分析，客观反映受试者运动过程中肺通气与换气、细胞能量代谢及血流动力学变化，阐明运动不耐受以及发生诸如呼吸困难、心绞痛、下肢疲劳等症状的可能原因及其机制。CPET的主要测试方法是运动，对于病情相对稳定的患者，其运动生理反应是可重复的，而存在重度心肺功能不全、急性心力衰竭、运动功能障碍等症状者禁忌行CPET[5]。

CPET的主要参数有：⑴反映运动耐量以及心血管功能的指标：如峰值摄氧量（peak VO2）、无氧阈（AT）、代谢当量[METs,1 MET=3.5 mL/（kg·min)VO2]、最大氧脉搏（peak VO2/HR）、HR储备（HRR）、呼吸商（RQ）或呼吸交换比（RER）、氧作功效率（摄氧量/功率，ΔVO2/ΔWR）、测试期的心电图、HR及血压变化等；⑵反映通气功能的指标：如呼吸储备（BR）、MVV、潮气量（VT）、呼吸频率（BF）、分钟通气量（VE）、FEV1、VT/深吸气量（IC）、运动振荡通气（EOV）等；⑶反映气体交换的指标：如氧通气当量（VE/VO2）、二氧化碳通气当量（VE/VCO2）、生理无效腔/潮气量比值（VD/VT）、动脉氧分压（Pa O2）、肺泡与动脉氧分压差[P(A-a)O2]、动脉二氧化碳分压（Pa CO2）、潮气末氧分压（PETO2）、潮气末二氧化碳分压（PETCO2）、外周血氧饱和度（Sa O2）等。CPET可提供患者的可重复客观信息，可精确量化心肺功能储备和功能受损程度，是评估CRF的金标准[6]。

2、冠心病运动受限的病理生理机制及CPET特点

心血管系统是机体内的一个关键系统，负责将氧气和营养物质输送到全身各个细胞,并将废物和二氧化碳带走，该系统最主要和直接的作用之一是气体的转运。心脏是一个独特的需氧器官，不断由冠状循环血管供氧，心肌血流灌注能很快适应代谢增加的需求，运动时冠状循环血流量成比例增加2～5倍。冠状动脉病变如冠脉狭窄、冠脉微循环病变、血流停滞等情况下，心肌局部需求与灌注失衡，VO2、VCO2及HR将产生相应的改变。

冠心病患者在运动过程中的气体交换情况受到心血管系统的影响。在低负荷运动期，冠心病患者ΔVO2/ΔWR正常，VO2/HR正常，随着运动功率递增，冠心病患者的心肌收缩力下降，而通过增加HR、BF，提高P(A-a)O2，代偿范围内可保持稳定的心输出量、VO2。在AT水平以上的高负荷运动期，可出现ΔVO2/ΔWR变小、曲线转低平；VO2/HR曲线往往不能升高至正常预计值，且HR陡峭上升；VCO2-VO2斜率中VCO2表现出持续陡峭升高。且冠心病患者的peak VO2、最大负荷量较低，运动时间较短，RER升高，BR高，VE/VO2、VE/VCO2正常[7]。CPET将呼吸功能监测和踏车运动试验相结合，能够在患者运动强度逐渐提高的过程中连续监测其运动等级，并通过测量患者运动试验过程中的血压、HR、心电图等指标对患者心肺运动功能及心肺损伤程度进行评价，CPET在评估冠脉功能上具备独特价值。

3 、CPET可以预测冠心病的患病风险

相关研究表明，CPET是健康人群、冠心病高危人群预测冠心病患病风险的重要方法，其中peak VO2、peak VO2/HR预测价值较高。LETNES等[8]在一项前瞻性队列研究中，纳入了4 527例健康成年人（51%为女性），既往无心血管疾病、呼吸系统疾病、肿瘤、服用心血管药物病史，其中83.5%参与者在纳入研究时被评估为心血管疾病低危人群，经过8.8年的随访调查，147例参与者达到主要终点事件（因冠心病住院或死亡）。该研究发现，当运动能力<5 METs，终点事件发生风险增加。而peak VO2每增加1 MET，女性达到终点事件的风险下降12%(P<0.005），男性下降17%(P<0.005）；同时peak VO2/HR、VE/VO2、VE/VCO2对冠心病患病风险也有一定的预测价值，在冠心病低中高危分组中，peak VO2/HR每增加8%(95%CI 2～13），冠心病风险下降1个等级；VE/VO2每增加3%(95%CI 0～6),VE/VCO2每增加4%(95%CI 0～8），冠心病风险增加1个等级。LAUKKANEN等[9]研究也证实，peak VO2/HR是高危人群罹患冠心病的强有力预测因子，该研究纳入了1 596名男性，具备吸烟、饮酒、肥胖、高脂血症、糖尿病、高血压、冠心病家族史、运动心电图阳性等冠心病高危因素，研究发现，当peak VO2/HR<13.5 mL/beat时，冠心病风险增加2.45倍（P<0.001）。上述研究提示，增加peak VO2、提高peak VO2/HR、能减轻冠心病的患病风险。

4、CPET在冠心病诊断中的应用价值

冠状动脉造影术作为冠心病诊断的“金标准”，可以准确地反映冠状动脉狭窄的程度和部位，但其属于有创检查，风险高、费用高，对于非阻塞性冠心病的判断受限[10-11]。冠状动脉CT血管成像（CCTA）对判断管壁内斑块分布范围和性质具有意义，但其对狭窄程度的判断仍有一定限度，特别当钙化存在时会显著影响对疾病的判断[12-13]。平板运动试验（TET），虽价格低廉且无创，但灵敏度及特异度均较低，临床误诊率及漏诊率较高[14]。CPET结合了呼吸、心脏、骨骼肌、神经生理系统，能全面评估运动中血流动力学反应、运动心电图、运动试验终止的主观原因，在冠心病诊断中具有不可替代的独特临床价值。

正常生理条件下，心输出量随运动负荷递增而增加，氧脉搏与耗氧量呈现出持续而稳定的线性递增。当冠心病患者每搏输出量下降时，一定范围内机体通过提高HR来代偿，peak VO2可≥84%Pred，此时运动耐量正常，但氧脉搏与耗氧量曲线随负荷功率递增，出现递增减少或低水平不变或下降的非线性变化。CHAUDHRY等[15]的研究发现，CPET在评估运动性心肌缺血时，氧脉搏及ΔVO2/ΔWR曲线出现特征性变化。心肌缺血时，最大氧脉搏降低，不能升高至正常预计值或保持相对稳定，而运动停止后氧脉搏矛盾性升高。这可能与患者停止运动后左室后负荷急剧降低，使得左室收缩力改善，导致每搏输出量立即升高，从而表现为氧脉搏曲线不降反升的矛盾改变。

BELARDINELLI等[16]对202名确诊为冠心病的患者进行了CPET检查和心肌缺血SPECT检查。多因素Logistic回归分析结果显示，随负荷递增，氧脉搏与耗氧量线性递增的平坦化改变，是心肌缺血的独立预判指标，敏感性为87%，特异性为74%。而通常的运动负荷试验中，用于运动诱导心肌缺血诊断的“至少在两个相邻导联中出现1.0 mm ST段水平压低”的标准，其敏感性为46%、特异性为66%。因此，带有呼吸气体分析的CPET检查，有助于在运动过程中，帮助心电图假阳性的患者排除运动诱导的心肌缺血。

国内相关研究也证实了VO2/HR、ΔVO2/ΔWR在冠心病诊断中的潜在价值。朱珊雨等[17]研究纳入156例可疑冠心病患者，研究发现，用于冠心病诊断时，peak VO2%pred的最佳截断点是≤69%，其敏感度为55.1%，特异度为77.0%;peak VO2/HR%pred的敏感度为50.7%，特异度为72.4%；ΔVO2/ΔWR的敏感度为44.9%，特异度为87.4%。上述参数特异度及诊断价值均较高，可以早期、较准确地诊断冠心病。

另外，相关研究发现，CPET的多个参数在冠心病组与非冠心病组间存在差异。AKINCI等[18]研究纳入了30例可疑冠心病患者，其中19例经冠状动脉造影术确诊冠心病，Max HR(P=0.031）、HRR(P=0.041）、AT时的VE/VCO2(P=0.028）、AT时的VO2(P=0.03）在冠心病组与非冠心病组间比较，差异具有统计学意义，相关指标诊断冠心病的截点值有望进一步研究证实。FLEG等[19]研究中分析了peak METs在评估冠状动脉狭窄程度上的应用价值，结果提示peak METs在冠脉狭窄程度≥50%组、>70%组间的差异具有统计学意义（P<0.001）。

目前国内仍缺乏CPET诊断冠心病的大样本、大数据的临床试验，其诊断冠心病的截点值有待后续进一步的研究证实。

5、CPET指导冠心病运动处方

相关循证医学证据表明，心脏康复能够降低冠心病患者的死亡率和再住院率，改善生活质量[20-21]。运动治疗是心脏康复的重要环节，运动的安全性和有效性是制定运动处方的基本原则。冠心病患者运动处方的制定有AT法、HR储备法、目标HR法、自我疲劳度分级法等。AT水平运动是冠心病患者的最佳推荐运动强度[22]。TERADA等[23]荟萃分析发现，与AT水平的有氧运动相比，肌肉力量训练联合有氧运动后冠心病患者获益更多。

CPET作为临床制定运动处方的金标准，能为不同危险分层的冠心病患者提供有氧运动处方、缺血阈值、症状阈值，并根据康复疗程和康复效果动态调整运动处方，是冠心病心脏康复领域中不可或缺的评估手段，目前已被广泛应用于心脏康复评估。CPET通过测定患者的peak VO2、AT、峰值HR、峰值负荷、MET等指标，评估有氧运动能力和心肺储备能力，制定运动处方的目标运动量、目标靶HR，为患者提供AT水平的最佳有氧运动处方[24-25]。同时，CPET能提供运动心电图阳性的缺血阈值，以及运动过程中出现不良反应时HR、血压水平，为高危冠心病患者提供更为安全、准确的运动处方[26]。INGLE等[27]研究纳入了382例冠心病患者，分组制定不同运动处方，经过为期8周的运动治疗，发现所有参与者的ΔVO2/ΔWR、通气效率、最大心输出量均得到改善（P<0.001），且高强度间歇训练（HIIT）组比中等强度稳态训练（MISS）组能更有效地改善患者peak VO2。PRICE等[28]研究选取了60位进行了12期门诊心脏康复的冠心病患者，发现基础MET高、体能较好的患者，依据CPET制定的有氧运动处方阈值更高，能耐受的运动强度更大，运动处方完成后心血管事件风险更小，生活质量更高（P<0.001）。

6、CPET应用于冠心病的预后评估

CRF是冠心病的预后强有力预测指标，CRF与冠心病病死率和全因死亡率呈负相关[29]。老年群体中peak VO2、吸烟群体中CPET检测的肺通气功能障碍均与冠心病患者预后相关[30-31]。在另一项研究中，CAI等[32]则发现了AT时的VO2应用于冠心病预后的预测价值。心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗术后急性期内，AT时的VO2≥10.5 mL/（kg·min），在未来2年有更好的预后。

而近年来多项研究均聚焦于CPET中的HR反应。CHAUDHRY等[33]研究发现运动高峰期最后2 min，冠心病组HR异常升高，HR储备耗尽，HR-功率曲线斜率（ΔHR-WR slope）增加，且运动HR反应的异常程度与冠状动脉狭窄程度成正比（P<0.005）。DEWAR等[34]研究发现，在CPET恢复期，运动员HR恢复更快，冠心病组HR恢复慢，研究发现1 min HRR阈值为12 bpm,2 min HRR阈值为22 bpm,HRR可独立预测冠状动脉疾病患者的病死率。国内赵依帆等[35]研究纳入了87例经冠脉造影检查确诊的冠心病患者，均行CPET，根据HR恢复值（运动试验终止后2 min）分组，探讨HR恢复情况与冠心病心肺功能及生存质量的相关性。该研究发现，HR恢复异常组peak VO2、AT、peak watt、SF-36评分结果均显著低于HR恢复正常组（P<0.01,P<0.05,P<0.05,P<0.05),HR恢复异常组心肺储备功能、有氧代谢能力、生存质量更差。

CPET也是评估冠心病药物疗效、手术疗效、康复疗效的重要手段[36]。BELARDINELLI等[37]研究表明，与单独运动治疗组相比，曲美他嗪联合运动治疗8周后，缺血性心肌病患者peak VO2、AT时的VO2、peak VO2/HR均有明显升高（分别为25%、24%、33%）。LI等[38]研究纳入了375例急性心肌梗死患者，经皮冠状动脉介入术术后2周行CPET检查，并追踪随访5年，研究发现，Peak VO2、VE/VCO2斜率是发生心血管不良事件的独立预测因子；当peak VO2≥20 mL/（kg·min）且VE/VCO2斜率<33%时，不良事件发生风险显著降低（P<0.05）。近年来相关研究提到，心梗患者出院后接受远程智能心脏康复治疗，3月后患者peak VO2增加了1.56 mL/（kg·min),VO2曲线斜率上升，远程智能心脏康复治疗能改善患者的CRF[39]。

7、小结与展望

当代冠心病的诊治目标是提高患者生活质量，让患者回归家庭、回归社会。围绕“药物处方、运动处方、营养处方、心理处方、戒烟处方”五大处方开展的心脏康复治疗让越来越多的冠心病患者获益。CPET是评估CRF的金标准，与冠心病密不可分。CPET在冠心病的风险预测、诊断评估、制定运动处方、预后及康复治疗疗效评价等方面具有重要的临床应用价值。其中peak VO2、peak VO2/HR是冠心病患病风险的预测指标，氧脉搏曲线及摄氧量曲线诊断冠心病的价值较高。依据CPET制定运动处方更是冠心病心脏康复的重要依据。HR储备、运动中的HR反应在冠心病中具有独特的预后预测价值。CPET因其多系统参与、多参数分析、可重复性高等特点被广泛应用于冠心病临床实际工作中。但国内心脏康复起步较晚，CPET与冠心病的大样本性研究较少，地区差异大，不同CPET实验室所得数据仍有差异，目前冠心病相关评估的截点值欠缺。将来仍需进行大样本的规范化标准化CPET，为冠心病提供更为简便的诊断及评估方法。

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文章来源:李德霞,冯双云.心肺运动试验应用于冠心病诊治中的研究进展[J].现代医学与健康研究电子杂志,2025,9(03):23-27.