由 Valerio Di Fiore 等人撰写
摘要
心肺运动测试与运动负荷超声心动图（CPET-ESE）是一种先进的诊断方式，可评估心血管疾病并制定个体化治疗策略。通过整合代谢、通气和血流动力学数据与实时成像，CPET-ESE提供生理应激下心血管功能的综合评估。CPET提供代谢和通气性能的详细见解，而ESE可在运动期间动态可视化心脏结构和功能。本文综述了CPET和ESE的生理基础及核心参数，强调其在心血管诊断和预后判断中的互补作用，并探索其在评估不明原因呼吸困难和运动诱导血流动力学异常中的临床价值。CPET-ESE在检测细微血流动力学异常、评估功能能力、促进早期诊断和改善临床预后方面具有重要作用。
关键词：心肺运动测试；运动负荷超声心动图；运动血流动力学
1. 引言
运动耐受不良源于心血管、肺和肌肉系统在体力活动中的相互作用受损。尤其表现为心脏功能、肺部疾病或外周氧摄取受限。心肺运动测试（CPET）已成为评估各种病理条件运动耐受不良的重要工具。虽然CPET可分析运动的生理或病理反应，但除非与心导管检查或应激超声心动图（ESE）同时进行，否则无法区分中心（心室功能）和外周成分（氧输送和摄取）。
CPET-ESE联合方法提供互补参数集（图表摘要），分析运动期间的代谢和通气反应，实现更直接的心血管功能评估。此外，该技术能在症状出现前及时揭示早期心血管疾病的病理变化。所有这些特点使该测试成为优化决策、改善预后预测和提供个体化治疗的强大工具，特别是在心力衰竭、心肌病、瓣膜病、冠状动脉疾病、肺动脉高压和肺栓塞后遗症的早期阶段。此外，它在心脏和肺移植以及术前评估的风险分层中具有重要价值。
2. 方法
本叙述性综述旨在总结和解读CPET与ESE整合用于临床评估和风险分层的现有文献，回答一个简单问题：CPET-ESE如何促进心血管疾病运动诱导血流动力学异常的理解和检测。为确保文献综述的全面性和时效性，我们对相关科学数据库进行了结构化搜索。具体而言，在PubMed和Scopus数据库中搜索了与CPET、ESE及其在心力衰竭、心肌病、瓣膜病、冠心病和肺部疾病评估中联合应用相关的文章。
搜索范围包括1991年至2025年的出版物。使用的关键词和MeSH术语包括"心肺运动测试"、"CPET"、"运动负荷超声心动图"、"ESE"、"保留射血分数的心力衰竭"、"降低射血分数的心力衰竭"、"肺动脉高压"、"瓣膜性心脏病"及"诊断准确性"等组合。分析包括原创研究、综述和临床指南，重点关注成人人群。符合条件的文章涉及CPET和/或ESE在临床实践或研究中的应用，并提供与诊断、预后或治疗决策相关的数据。
3. CPET的生理机制和关键参数
外周组织使用氧气作为主要能量资源——即氧消耗量（VO2）——取决于心输出量（CO）、底物向活动组织的有效分布，以及其从血液中摄取的能力。这体现在Fick原理中，VO2通过CO（心率[HR]×每搏输出量[HR]）与动静脉氧差（AVO2diff）的乘积计算，反映肌肉运动期间摄取的氧气量。
健康成年人在最大运动时VO2可增加六倍，表明良好功能能力和预后。较低值，特别是在心力衰竭条件下，与较差预后相关。VO2/功比反映VO2与外部工作负荷的效率关系，有助于识别体能减退或左心室功能障碍。通气效率是运动能力的另一个关键组分。分钟通气量-二氧化碳生成量（VE/VCO2）斜率是肺通气-灌注匹配的指标，描述给定CO2生成量时分钟通气量的增加。它由CO2产生量、生理死腔/潮气量比（VD/VT）和动脉CO2分压决定。呼气末CO2压力（PETCO2）代表呼出空气中的CO2分压，是肺泡通气和通气-灌注匹配的间接标志。呼吸储备（BR）由最大自主通气量（MVV）与VE的差值确定，表明运动期间的通气能力。运动振荡通气（EOV）是指运动期间通气和呼出气体交换的周期性波动，是疾病晚期和预后不良的征兆（见表1）。
表1. 心肺运动测试：参数及解释
4. ESE的生理机制和关键参数
ESE可评估心室几何结构和容积、左心室（LV）和右心室（RV）功能以及瓣膜对运动的反应（见表2）。
表2. 运动负荷超声心动图：参数及解释
LV射血分数（LVEF）在静息至峰值运动期间增加≥7.5%的能力缺失可识别收缩储备缺失，可能与心肌力学进行性损害和/或冠状动脉血流储备相关。组织多普勒衍生的二尖瓣环收缩期早期速度（TDI-S'）和斑点追踪衍生的全球纵向应变（GLS）等参数已被提出作为LV收缩功能的早期标志。通过评估二尖瓣反流峰值速度（TRV）和收缩期肺动脉压（sPAP），可评估运动期间的肺血流动力学。平均E/e'比值与静息时左心室充盈压密切相关，但在运动期间的技术可行性和可靠性受到质疑。
5. CPET-ESE整合协议
CPET提供对肺、心血管和肌肉系统在运动期间整合反应的全局评估，在评估功能能力和揭示呼吸困难的潜在机制方面特别有价值。另一方面，ESE能够动态可视化运动期间的心脏结构和功能。单独来看，这两种技术提供有用但不完整的信息。CPET缺乏解剖和血流动力学细节，而ESE可能遗漏功能和通气参数。将它们整合到统一协议中（CPET-ESE）提供了一个独特的机会，在生理应激下整合气体交换数据与同步超声心动图评估。
CPET-ESE提供对运动耐受不良的客观评估，通常根据四阶段协议测量每个参数（图1）：(i) 休息；(ii) 低负荷运动（通常在前4分钟内HR<100 bpm）；(iii) 无氧阈值（AT，呼吸交换比RER≥1.00）；(iv) 峰值运动（8-12分钟内），随后是约5分钟的恢复阶段。整个运动过程中使用心脏超声探头采集实时超声心动图图像。
图1. 联合CPET-ESE协议
在短暂热身后，开始症状受限的分级递增测试，包含持续的呼吸间气体交换分析，以及血压（BP）和HR监测。运动期间进行12导联心电图。此外，运动前应进行肺功能评估，以识别与运动受限相关的肺部异常。增量递增方案允许逐步且低强度的工作负荷增加（8-15 W/min），这与用于诊断冠心病的Bruce方案中的更突然递增不同。尽管具有优势，但CPET-ESE由于后勤挑战和需要训练有素的多学科团队而未得到充分利用。需要进一步研究来验证其预后价值并将其整合到常规临床算法中。
6. CPET-ESE在心血管疾病诊断和风险分层中的作用
6.1. 心力衰竭谱系
CPET-ESE可能是诊断和风险分层的重要工具，适用于射血分数降低的心衰（HFrEF，LVEF<40%）、保留射血分数（HFpEF，LVEF≥50%）或中间LVEF（40-49%，HFmrEF）的患者。心衰患者常伴有多种合并症，仅靠临床数据难以确定。CPET-ESE帮助临床医生识别心血管和通气改变对运动耐受不良的病理生理和预后影响。该技术还能在症状显现前早期识别受损患者。高血压和糖尿病向明显心衰的转变常常细微，在早期仅在生理应激下才变得明显。静息时VO2峰值降低，AVO2diff减少和轻度左心室收缩功能障碍的标志已在高血压、无症状受试者中发现。
7. 结论和临床展望
CPET-ESE已成为评估心血管和肺部疾病的诊断和预后工具。其联合方法提供对功能能力的全面理解，帮助临床医生评估心血管系统和肺部及外周对运动的反应。除了诊断，CPET-ESE对于风险分层和预后判断至关重要。它允许临床医生识别可能从早期干预、个体化治疗策略或密切随访中受益的高风险患者。CPET参数（如峰值VO2和VE/VCO2斜率）的预后价值已在各种心血管疾病中得到证实，可预测不良事件、疾病进展和死亡率。虽然传统上用于评估心脏移植或机械支持候选者，但最近的欧洲指南已将其应用扩展到评估运动不耐受严重程度和评估运动时血压反应。值得注意的是，CPET-ESE不仅限于患有明显心血管疾病的患者。它在识别无症状个体的早期功能损伤和指导基于运动的康复计划中也很有价值。
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