【继续教育】宋培玉｜术前心肺适能水平预测外科术后风险

【引用本文】宋培玉，郭琪．术前心肺适能水平预测外科术后风险[J]．中华外科杂志，2019，57（9）：707-712．

术前心肺适能水平预测外科术后风险

宋培玉　郭琪

｛泰达国际心血管病医院　天津医科大学心血管临床学院康复医学科｝

心肺适能与呼吸系统、心血管系统和肌肉骨骼系统等生理系统的综合功能直接相关，被认为是反映全身功能状态的最佳指标[1]。最近美国心脏病协会发表声明，建议将心肺适能作为继心率、脉搏、血压、呼吸频率后的第5生命体征[2]。流行病学和临床证据显示，心肺适能预测心血管疾病、全因死亡的价值大于已知危险因素（如吸烟、高血压、高胆固醇和2型糖尿病等），预测外科术后风险和预后的价值超过心电图、超声心动图、静态肺功能等传统指标。此外心肺适能联合传统风险因素可明显优化术后风险预测模型[3]。美国心脏病协会在2014年就以B级证据推荐将心肺适能作为非心脏手术术前心血管风险评估及管理的方法，并建议术前对高危患者进行评估，预测其术后风险[2]。心肺适能评估可采用运动测试方法，客观、无创地评价患者在静息和运动状态下的心肺功能，以及生理系统对运动的反应，判断运动受限的病理生理机制，进而有助于进行预后分层，具有较高的实用性[4]。探讨心肺适能常用指标对胸腹部手术后风险的预测价值，可以更准确地指导临床干预措施的选择。

一、心肺适能的测试方法

根据美国运动医学学会运动测试与运动处方指南，心肺适能常用的运动测试方法包括场地测试、电动跑台测试、功率车测试和台阶测试[5]（表1）。场地测试需在指定的时间内或距离内进行运动，然后根据运动学参数并结合受试者的生理参数预测心肺适能，是缺乏专业仪器装置时检测心肺功能的最佳方法[6]。常用场地测试包括6 min步行测试、12 min步行或跑步测试及1.5英里（2.41 km）步行或跑步测试。但是，对于心肺功能低下的个体来说，场地测试可能属于极量测试，需承担较高的风险。因此，对于围手术期患者来说，建议病情稳定后选择此种测试方法[7,8]。电动跑台测试运动形式简单，受试者可根据自己的体能状况选择相应的运动方案（调节运动负荷递增幅度），适用人群广泛[9]。但测试过程中不易监测血压和心电图。而且为了保持平衡与稳定性，跑台应配有扶手，然而抓紧扶手会影响心肺适能评估的准确性，导致实测峰值摄氧量高于实际。功率车测试成本相对较低，便于运输，易于监测血压与心电图，测试功率也可进行调节。但是未经训练的受试者通常会因为股四头肌疲劳而终止测试，其运动强度比电动跑台测试低10%～20%[10]。台阶测试是通过测量受试者在固定时间内完成一定负荷后的心率和休息期心率恢复情况来评估心肺适能[11]。此试验设备运输方便，测试方法简单，时间短，适用于群体测试。但是，在以往台阶测试研究中，台阶的高度、运动时间尚无统一的标准[12]。而且，单次台阶测试的运动强度较高（7～9代谢当量），存在平衡问题，体能较差的人群需谨慎使用。

二、评价术后风险的常用心肺适能指标及对术后风险的预测价值

1．峰值摄氧量：

峰值摄氧量是个体运动过程中测得的摄氧量最大值，反映机体通过有氧代谢产生能量的最大能力。它可以用Fick方程来定义：摄氧量=心输出量×动静脉氧含量之差[13]。严格意义上的峰值摄氧量需在严格标准下测得，称为O2max；由于此测定标准对于非运动员群体来说较难达到，且鼓励患有某些疾病者或年长者尽'最大努力'需承担很大风险，因此实际工作中多采用在某些特定条件下测得的摄氧量最大值作为峰值摄氧量，称为O2peak[14]。下文中使用的峰值摄氧量即属于后一种情况。峰值摄氧量降低，说明患者运动耐量下降。

峰值摄氧量可作为胸腹部手术后风险的预测指标（表2[15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28]），预测肾脏手术、结直肠手术、减重手术及肺切除手术后并发症发生风险的切点值为15.8～18.6 ml·min－1·kg－1，预测肺脏手术、腹主动脉瘤修复术、上消化道手术等胸腹部手术后长期死亡风险的切点值为14.0～17.0 ml· min－1·kg－1，预测心脏手术后短期死亡风险的切点值为17.5～20.0 ml·min－1·kg－1；肝脏术后峰值摄氧量降低的患者住院时间明显延长，但尚无研究结果能够准确界定其切点值。

以上研究中，如果患者接受的是肝脏手术、结直肠手术及心肺手术，控制术后风险需更高的术前峰值摄氧量，这一现象可能与此类型患者功能状态更差有关。文献报道，患者常因术前疾病及生活方式改变等导致体力活动明显减少，机体功能随之急剧降低。功能障碍的严重程度而非病因与患者的术后风险相关[29]。因此，临床上常见到的情况是，手术更为复杂的患者术前功能下降程度越大，降低术后风险所需的峰值摄氧量切点值也越高。

2．通气无氧阈：

通气无氧阈指运动中有氧代谢尚不需要无氧代谢补充供能时的最高氧耗量[30]。正常男性平均无氧阈为峰值摄氧量的49%～63%，其最低值为峰值摄氧量的40%；女性此值略高[31]。无氧阈降低则代表有氧代谢能力的降低。

无氧阈主要作为腹部手术后风险的预测指标（表3[16,17,18,19,24,26,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44]），预测腹部手术（肝脏手术、胰腺手术、肾脏手术、结直肠手术、腹主动脉瘤手术、上消化道手术及减重手术）术后并发症发生风险、住院时间及死亡风险的切点值为9.0～11.5 ml·min－1·kg－1。

胰腺术后最常发生的并发症为胰漏和腹腔内脓肿，可能与切口氧供不足有关。无氧阈作为组织有氧代谢与无氧代谢的交界点，预测胰腺术后并发症的灵敏度较高。有研究结果显示，无氧阈降低可影响炎症因子水平，与术后感染相关并发症的相关性较强[45]。另有多项研究结果显示，无氧阈降低的患者术后心血管并发症发生风险和死亡风险升高。然而，一项观察术前心肺适能与上消化道手术后呼吸系统并发症之间相关性的研究结果显示，无氧阈降低与术后肺部并发症发生风险无明显相关性[26]。因此，无氧阈降低可能与腹部手术后切口感染及心血管系统并发症发生风险增加的相关性较高，与术后肺部并发症发生风险的相关性暂不明确。

3．CO2当量：

CO2当量是指机体每排出1 L CO2所需要的通气量，反映了肺通气血流比，是衡量气体交换效率的指标[29]。CO2当量由3个因素决定，数学关系为：通气量=863×CO2排出量/动脉CO2分压×（1－生理无效腔量/潮气量），其中863为常数（校正不同的环境条件，并假定核心体温为37 ℃）[2,29]。CO2当量增高则提示过度通气、无效腔量增加。

CO2当量可作为部分胸腹部手术及心脏手术后并发症发生风险及死亡风险的预测指标（表4[46,47,48]），预测肝脏手术、结直肠手术、腹主动脉瘤手术及肺切除手术后并发症发生风险的切点值为30.9～35.0，预测腹主动脉瘤手术、胰腺手术后死亡风险的切点值为41～42，预测心肺手术后死亡风险的切点值为34～35。

三、心肺适能指标的具体应用

虽然心肺适能可以识别围手术期不良结局风险增加的患者，但是，由于手术程序和患者术前功能状态的不同，所选择的指标及其切点值的预测价值也存在差异[49]。在腹部手术中，不同心肺适能指标对术后不同系统的并发症的预测灵敏度不同，无氧阈和峰值摄氧量与术后心血管系统并发症的相关性较强，且无氧阈的灵敏度高于峰值摄氧量。峰值摄氧量为运动过程中机体所能达到的最大摄氧量，但其重复性和对预后能力的预测受到许多因素的影响，包括试验方案设计、患者努力程度、对测试机器的熟悉程度及疾病严重程度[13]。相较于峰值摄氧量，无氧阈更能反映肌肉细胞线粒体利用氧的能力，且不受患者主观因素的影响，这可能是无氧阈预测腹部手术后风险的价值高于峰值摄氧量的原因。多个队列研究结果也证实无氧阈具有比其他心肺适能指标更精确的预测效果[50]。胸部手术后风险预测主要选择峰值摄氧量和CO2当量。CO2当量反映肺通气效率，它与术后发生肺部并发症的相关性较强，但尚未得到充分利用[48]。

心肺适能指标的切点值可能与切口大小相关。腹主动脉瘤手术中，在同一无氧阈值下，腔内修复术比开放手术术后住院时间减少54%～60%[41]。对于切口大小不同的手术（即使手术类型相同），因手术程序不同，心肺适能各项指标的阈值也可能存在差别。因此，使用心肺适能预测不同切口大小手术的术后风险需要更精细的研究。从目前已有的研究结果看，拟接受腹腔手术，术前无氧阈<11.5 ml·min－1·kg－1的患者，拟接受心肺手术，术前峰值摄氧量<15 ml·min－1·kg－1、CO2当量>35的患者需谨慎对待。

对于术前心肺适能较低的患者，有氧代谢不能满足机体能量需求，线粒体启动无氧代谢供能，不仅加速糖原消耗，而且造成细胞氧化还原状态改变，导致机体酸碱平衡紊乱及代谢中间产物（如磷酸甘油及丙氨酸等）堆积。随之血液中的水分因渗透压梯度移入细胞内，进一步造成血浆电解质紊乱及血液浓缩，而且在功能状态较差患者中儿茶酚胺类物质生成增加，心率与收缩压的乘积升高，心脏做功不断增加来代偿氧供不足，对患者的心血管系统造成极大的压力；细胞内酸性物质的堆积升高血液中H+浓度，刺激呼吸中枢加强通气，对患者的呼吸系统同样造成极大的压力。在特殊的器官系统疾病中，外呼吸-细胞呼吸间的耦联不仅可帮助临床医师发现疾病，而且因其表现方式具有一定的特殊性，可通过心肺适能不同指标予以识别，从而预测疾病风险[51]。但其具体机制仍需进一步的研究来阐明。

虽然术前心肺适能水平对外科术后风险评估很有意义，但标准的心肺适能评估方法对测试环境要求较高，测试仪器设备昂贵，且需专业人员进行操作，费用较高[52]；为了保证测试精度与稳定性，测试仪器系统定标与质量控制需反复进行，操作较为繁琐[53,54]；此外，其检测参数及数据解读较为复杂[4]。这些因素均对其临床推广造成不利影响。但在可能的范围内，通过多种运动测试方案推测患者的心肺适能水平，可以简要地对患者心肺功能进行评估，在临床应用中也有较大的应用价值。

综上所述，心肺适能是患者术前功能状态的客观评价指标，是术后风险的有力预测指标，对预测拟行胸腹部及心脏手术患者的术后并发症发生风险、死亡风险和住院时间有一定的价值。但是，对于不同的术式，因患者年龄、性别差异及观察结果的侧重不同，心肺适能各项指标预测风险的灵敏度也可能不一致。未来需探索使用更精准的方法来进一步阐明心肺适能预测术后风险的价值。

（参考文献略）

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