文摘
增量心肺运动试验工作效率理想线性增加的公差内大约10分钟。广泛使用跑步机协议往往会产生更短的锻炼时间在虚弱的病人。我们比较最近跑步机协议中描述的线性工作效率增加,体重和调整先天的运动耐量估计与标准周期和跑步机协议。我们也比较单调和循环反应检查机制oxyhaemoglobin稀释的差异。
总共16个受试者与慢性阻塞性肺疾病(慢性阻塞性肺病;均值±sd用力呼气量在1 s 36.5±10.9%预测)执行增量运动的使用周期,布鲁斯线性跑步机和修改协议。
初始线性跑步机速度和年级取得了耗氧量(V′O2)类似于循环卸载蹬车;布鲁斯协议第一阶段引起高得多V′O2。布鲁斯的运动持续时间短得多比周期或线性跑步机协议。指出在高峰锻炼,大减饱和线性跑步机和布鲁斯协议相比,周期(-8.9±4.9与-8.5±4.7与-3.7±3.3%;p < 0.001);在iso -V′O2值这一差异扩大进行锻炼。Iso -V′O2稀释的差异在很大程度上与高通气反应周期比跑步机锻炼。
线性增量跑步机协议生成响应类似于严重的慢性阻塞性肺病周期肌力测试。然而,周期测力学抒发稀释比移动,使线性跑步机协议有利在评估慢性阻塞性肺病患者。
临床增量心肺运动试验理想包含初始工作率低其次是短渐进步骤导致工作效率最大限度容忍在大约10分钟1。线性增加工作效率更好的使生理运动响应歧视必要评估运动不耐受。具体来说,乳酸酸中毒的无创性检测阈值(LAT)依赖于线性工作效率增加2。有争议关于运动模式最适合心肺运动试验3。周期肌力测试经常被利用,因为它允许更方便intra-test程序如血液采样和血压监测,具有潜在的安全优势,并允许更容易率量化工作。跑步机协议的优势更好的模仿例行日常活动4。
常用的跑步机协议,比如心脏压力测试中使用的那些特性不理想的心肺运动试验。对于严重受损的患者,最初的大多数跑步机协议通常方法工作效率最大运动能力,导致测试不允许足够的生理反应评估。此外,这些协议通常采用非均匀速度和等级的增加,导致非线性的代谢率增加。
在增量跑步机练习中,大多数的工作都是针对重力。工作速度做反重力是体重的产物,引力常数,跑步机速度和跑步机角的正弦。患者不同的质量执行不同数量的工作时行走在给定的年级和速度。因此,测试,调整运动耐量和体重的变化是需要创建一个练习测试合适的持续时间。跑步机协议利用最初的工作效率和可调利率低工作效率增加,连续的速度和等级调整收益率线性增加工作效率做反重力,被Porszasz描述et al。5。这个初始的报告,然而,只有描述协议的理论基础,只引起健康受试者的反应。因此,本研究的第一个目的是评估这个协议的效用有限的受试者锻炼耐力:慢性阻塞性肺病(COPD)患者。要做到这一点,我们将反应使直线化跑步机测试与增量循环测力学和跑步机协议中常用心脏压力测试(球州立大学(BSU;曼西,美国)/布鲁斯协议6)。
第二个目的是检查一个临床上重要的问题在运动测试。一些作者已经观察到,慢性阻塞性肺病患者表现出更大的oxyhaemoglobin稀释比骑自行车时走路时7- - - - - -9;这种差异的机制还不了解。我们推断病人执行进步在跑步机上运动测试和循环几乎相同的工作效率配置文件将促进负责任的机制(s)的定义。这些结果表明一个新颖的机制,解释的差异运动相当可观的部分稀释在步行和骑自行车锻炼。
方法
主题
洛杉矶生物医学研究所的机构审查委员会(美国CA托伦斯)批准了这项研究。总共16 COPD患者给予书面同意参与。受试者包括如果他们在1 s (FEV用力呼气量1)≤60%的预测10。最近的受试者排除如果他们呼吸恶化,严重心脏疾病、休息脉搏血氧仪< 88%,诊断肺心病,骨科运动限制或需要长期补充氧气。
实验设计
对象执行三个增量运动试验在同一时间在两天在不同的日子。受试者继续处方药和每一天的测试,他们把两个沙丁胺醇泡芙(美国华立克医药、雷诺、NV)通过肺量测定法测量之前计量剂量吸入器(Vmax 229和Autobox 6200;SensorMedics Yorba琳达,美国CA)。在最初的访问,身体体积描记法和肺一氧化碳(的扩散能力DL,有限公司)进行。
最初的测试是一个增加电磁制动循环测力计(Ergoline 800;SensorMedics)测试。时间3分钟休息3分钟卸载循环60 rpm是紧随其后的是加息ramp-wise工作;斜率是5 W·分钟−1如果FEV1< 1.0 L和10 W·分钟−1如果FEV1≥1.0 L。在后续测试两天,受试者执行增量跑步机测试(马奎特2000;SensorMedics)以随机顺序。一个是修改布鲁斯协议(BSU /布鲁斯)。这个协议修改原七协议,每个非线性步骤是3分钟的时间,所以每个阶段被逐步达到“增加”的变化速度和品位6。注意,BSU /布鲁斯协议达到2.7公里的速度·h−1(每小时1.7英里)和10%等级3分钟的锻炼,无论主题的重量,不赋予个性增量阶段,使用在大多数循环测试1和一些跑步机协议11。第二个跑步机测试利用最近描述线性增加跑步机协议5。目标是创建一个个性化的工作速度剖面匹配循环测力计测试(即。将达到相同的工作速度目标10分钟增量测试持续时间)。在0.8公里步行3分钟后·h−1(每小时0.5英里),跑步机速度线性增加了0.27公里·h−1(每小时0.17英里)每分钟。在年级0.5% 3分钟后,跑步机级调整曲线产生一个线性工作加息做反重力。跑步机时间进程级的算法推导5,是根据病人的体重所需的初始和目标最终跑步机速度,初始级和目标工作效率达到顶峰。科目直立行走和rails不能掌握跑步机。
测量
在运动期间,受试者进行12导心电图(Cardiosoft;SensorMedics)和脉搏血氧仪(Nellcor n - 200,而钙、美国),他们的血压血压测量法(Welch-Allyn Skaneateles瀑布,纽约,美国)。对象通过喉舌气息奄奄的鼻子夹到位。静止,每2分钟锻炼和运动在高峰期间,受试者评估Borg-perceived发挥评级对呼吸道和腿不舒服。呼气肺容积(EELV)评估从吸气量(IC)演习三次休息,锻炼和在高峰期间每2分钟锻炼12,13。在这些演习,EELV后观察到稳定在3 - 4次,受试者被要求激励最大肺活量(TLC)。为每一个测量,计算EELV休息TLC - IC。
耗氧量(V′O2),二氧化碳输出(V′有限公司2)和每分通气量(V′E)是由呼吸测量呼吸(Vmax光谱;SensorMedics)。气流和气体浓度校准之前,每个测试和系统精度与代谢模拟器定期检查14。Breath-by-breath数据被用来计算10平均响应time-courses;每隔10包括和IC演习后被删除。高峰值平均过去30年代的运动;LAT V-slope方法定义了修改15。
统计分析
美国华盛顿州西雅图,微软Excel 2003)计算均值和sd。SigmaStat 3.5和SigmaPlot 10(美国SPSS科学,芝加哥,IL)产生的图形显示和单向方差分析进行重复措施;测量之间的显著差异对被Holm-Sidak孤立的过程16。意思表达的变化意味着±sd在文本和表和均值±se在数字。被宣布重大差异p < 0.05。
结果
本研究涉及16个受试者患有严重慢性阻塞性肺病,低意味着FEV就证明了这一点1和DL,有限公司(表1⇓)。肺量测定的值之前获得每天的测试三个测试中没有显著差异。
反应的比较这三个运动测试
图1⇓提出了运动概要文件和V′O2反应的三个协议代表主题。按计划,计算线性跑步机工作效率配置文件复制周期配置文件(图1 b⇓)利用线性速度变化和曲线变化(图1一个年级⇓和c)。这产生了类似V′O2概要文件(图1 d⇓)。相比之下,BSU /布鲁斯协议中快速的年级和速度变化(图1⇓和c),导致陡峭和非线性工作率增加(图1 b⇓)和运动持续时间要短得多。注意,BSU /布鲁斯协议级和速度迅速上升,导致测试∼4分钟后终止。相比之下,线性上升速度和年级在线性曲线上升跑步机协议导致工作效率计算线性上升密切匹配周期测力计协议工作效率,导致运动终止∼13分钟后(10分钟增量运动)。图2⇓显示响应的V′有限公司2,通气当量二氧化碳(V′E/V′有限公司2)和end-tidal天然气紧张关系的函数V′O2的三个测试相同的主题呈现在图1⇓。注意,LAT和峰值V′O2较低的周期协议相比,要么两个跑步机协议。还要注意,因为BSU /布鲁斯协议增量工作率快得多,数据点(平均10)更稀疏的,有更多的变异范围V′O2纬度的地方发生,因此倾向于减少检测的可靠性。
表2⇓提出了生理反应的三个运动协议对所有科目。BSU /布鲁斯协议锻炼持续时间是不到一半的另两个测试。低初始工作率的线性跑步机协议了V′O2在3分钟的运动周期引发的与测力计卸载蹬车。这与高得多V′O2在3分钟BSU /布鲁斯协议,平均81%的峰值V′O2。然而,这两个跑步机协议导致类似的高峰V′O2值,平均高出14%周期测力计值。我们可以在所有三个测试确定LAT V-slope 12个科目的方法。在剩下的四个纬度是不确定在一个或多个测试。在这12个科目,LAT,平均高35%在线性和BSU /布鲁斯跑步机协议与肌力测试周期。峰V′E和心率协议之间没有显著差异。在高峰运动,周期运动产生了更高的腿部疲劳评分和倾向于引起呼吸困难比跑步机锻炼。
跑步机之间有明显的差异和周期测力计测试时间进程的血氧饱和度下降,评估脉搏血氧仪(表2所示⇑)。在血氧饱和度水平相似的所有三个协议,减少从静止水平明显更大的线性和BSU /布鲁斯跑步机协议相比,周期在纬度(12受试者持续体现一个LAT),在高峰锻炼和氧饱和度的最低点,这通常发生在复苏早期。如图3所示⇓,血氧饱和度的差异有不同的锻炼方法观察早期锻炼;这种差异的百分比的函数峰值增加工作效率。图3 b⇓显示这种关系的函数V′O2。因为峰值V′O2不同学科之间,这个情节显示值只有0.9 L·分钟−1(最高V′O2大多数患者为代表)。很明显,在一个给定的V′O2在跑步机测试中,血氧饱和度低于循环测试。这些差异有临床意义。病人往往被认为有资格获得补充氧气供移动如果锻炼饱和度低于88%。根据这个标准,基于循环测试,三个主题会符合流动的氧气;基于使用跑步机测试,11个16主体资格。
生理差异的相关运动减饱和
我们寻求生理之间的这种差异在血氧饱和度与跑步机和循环测试。平均V′E逐步提高对于一个给定的吗V′O2与跑步机锻炼相比,循环(图4⇓)。增加V′E对于一个给定的V′O2在周期与跑步机协议成为具有统计学意义V′O20.7 L·敏−1和保持重要的后续值(p < 0.001)。没有显著差异V′E然而,价值观。呼吸频率和潮汐卷进展也检查了。潮汐卷,但不是呼吸频率,往往是高循环测试(数据没有显示)。图4 b⇓显示EELV测量的函数V′O2和在高峰运动。进步的动态恶性通胀被视为进行锻炼,但在EELV增加并没有显著差异运动之间的协议。
图5⇓图6生理变量的函数V′O2。总的来说,这个数字表明,反应周期的差异与跑步机锻炼与换气过度对氧气——是一致的,但不是碳dioxide-related变量。图5一个⇓表明,至于V′E(图4⇑),V′有限公司2在一个给定的高吗V′O2锻炼强度更高。这种相似性的V′E和V′有限公司2概要文件被确认的时间进程V′E/V′有限公司2(图5度⇓)和end-tidal二氧化碳张力(P等,公司2;图5 e⇓)不同测试。相比之下,氧的通气当量(V′E/V′O2;图5 d⇓)和end-tidal氧张力(P啊,等2;图5 f⇓)在循环测试中明显更高V′O2。这个区别是确诊呼吸道交换比率(R;V′有限公司2/V′O2为周期)明显高于跑步机锻炼(图5 b⇓)。这表明,周期测力计锻炼抒发过剩V′有限公司2的比例V′O2这V′E跟踪V′有限公司2,而不是V′O2。这种差异可能与更大的在一个给定的乳酸酸中毒V′O2与周期与跑步机锻炼相比,由于较低的纬度在循环测试(见讨论)。
而P啊,等2会是一个可怜的反映动脉氧张力(P啊,一个2),特别是在肺部疾病患者,差异P啊,等2跑步机和循环协议之间的变化应该反映的差异P啊,一个2改变如果肺气体交换特性在给定运动水平提出不不同。图6⇓表明,事实上,变化P啊,等2和血氧饱和度在单调和循环测试相互平行;P啊,等2和氧饱和度下降周期测力计的温和得多比跑步机测试。
分析机制的差异运动减饱和
通气反应在给定的越高V′O2周期,与跑步相比,应该导致更高的肺泡通气和,因此,高P啊,一个2和氧饱和度,假设肺气体交换特性不不同。通气反应的一个关键问题是观察到的差异是否足以解释观察到的P啊,等2和血氧饱和度差异。这个评价是促进通过检查iso -V′O2反应使直线化单调和循环运动相关的生理反应在0.1 - l·分钟−1间隔16个受试者的研究(122数据点)和肺气体交换特性进行合理的假设在给定的没有什么差别V′O2之间的周期和跑步机测试。肺泡气体方程规定:
在哪里P啊,一个2是理想的肺泡氧张力,F阿,我2是吸入氧气分数,PB气压,P,有限公司2是动脉二氧化碳张力和R是呼吸道交换比率(V′有限公司2/V′O2)。作为F阿,我2和PB不要在不同周期(C)和跑步机(T)测试,如果假设呢P,有限公司2并不在不同周期和跑步机(注意吗P等,公司2不不同(图5 e⇑)),那么:
由于肺泡规定二氧化碳的质量平衡方程:
在哪里VD/VT死亡空间分数和k是一个常数,可以看出,在iso -V′O2点,
如果VD/VT不不同运动模式之间,这个方程表明,iso -V′O2的差异P啊,一个2结果直接从通气反应的差异。如果它是进一步假设之间的差异P啊,一个2和P啊,等2不运动模式之间,有何不同P,有限公司2是40托在这两种运动模式,然后计算P啊,一个2基于观察到的差异R可以与观察到的差异P啊,等2不同周期和跑步机。图7⇓表明,在给定的V′O2,平均Δ计算P啊,一个2并测量ΔP啊,等2玫瑰与V′O2相似的大小。图7 c⇓表明这两个变量之间的相关性良好(r = 0.73, p < 0.001)。
血氧饱和度差异是否可以同样占通气反应差异,我们认为一个正常的oxyhaemoglobin(减饱和曲线P,有限公司240托和pH值7.4)19。对于每个数据点,我们决定在多大程度上的差异P啊,一个2(假定反映平等的差异P啊,一个2)之间的差异引起通气反应和衡量是否可以预测观察到跑步机上氧饱和度降低。操作上,对于每个122 iso -V′O2数据点,我们开始跑步机氧饱和度,利用解离曲线估计跑步机P啊,一个2,添加到这个Δ计算P啊,一个2再次,然后利用解离曲线来确定氧饱和度“纠正”通风的区别。最后,区别“纠正”跑步机饱和度和观察到跑步机上饱和与观测周期的区别饱和度和观察跑步机饱和。图7 b⇑表明这些差异都在增加V′O2和类似的大小;计算平均血氧饱和度差异∼70%的测量差异。图7 d⇑表明,计算血氧饱和度差异基于通气反应差异与观察血氧饱和度差异显著相关(r = 0.65, p < 0.001)。
讨论
本研究有两个主要集中。首先,我们证明了新跑步机协议描述收益率的线性增加工作效率和代谢率和结果在测试足够的时间让良好的生理反应来描述严重慢性阻塞性肺病。其次,主要测定了在运动检测慢性阻塞性肺病(和其他疾病)是运动性血氧饱和度下降时,作为补充氧气处方通常是基于这样的评价。我们观察到临床上重要的血氧饱和度下降削弱在自行车与跑步机锻炼。此外,我们定义了一个机制可能会负责这个迟钝的很大一部分。
一些跑步机锻炼协议已发现临床上有用的5,20.。尽管跑步机协议与线性工作效率配置文件被推荐11,布鲁斯协议被广泛使用,尤其是在心脏运动测试。然而,布鲁斯协议的非线性生理反应很难评估V′O2反应和心血管锻炼的局限性4,21- - - - - -24。Balke或搁浅地测试,等测试,实现线性增加工作效率,同时保持较高的恒速(5.3和8.0公里·h−1(分别为3.3和5.0英里))。然而,他们组级增量率对病人产生不同的工作不同的质量。在这些协议,高速度和大年级变化产生短的测试时间在受损的病人。这些测试不能调整的体重和功能3,21,25。
最近,跑步机协议描述了利用线性速度变化和非线性倾角变化,导致一个线性ramp-like变化对重力执行工作5。这个协议之前在22个健康受试者评估而不是受损的病人。类似的研究在健康受试者中,我们发现附近的线性跑步机协议产生测试持续时间10分钟的目标。相比之下,BSU /布鲁斯协议产生了更短的测试时间。图2⇑展示了这样的后果,即。稀疏数据的中档代谢率响应。此外,图1⇑显示了一个明显的非线性V′O2响应BSU /布鲁斯协议。线性跑步机协议产生了相似的响应time-courses周期测力计测试,但仔细检查揭示了重要的差异,强调生理差别。相似之处包括类似V′O2反应初始运动阶段和类似的高峰V′E、心脏频率和工作效率。峰V′O2跑步机运动平均高出14%循环运动,与先前的研究一致,可能反映了更大的肌肉参与跑步机锻炼1,5,11,26,27。纬度较低的周期与跑步机测试受试者表现一个纬度。再次,这可能归因于小肌肉使用自行车1,5,8,28。应该注意的是,当它可以检测到,LAT从气体交换测定已被证明导致轻微高估了在慢性阻塞性肺病患者29日。
最大的兴趣是明显不同的两个跑步机协议相比,血氧饱和度time-courses周期肌力测试(图3所示⇑)。其他人也注意到更大的血氧饱和度下降流动的形式与肌力测试周期7- - - - - -9。然而,据我们所知,这是第一个氧饱和度评价速度相当于新陈代谢率,利用类似的工作概要文件的两种运动形式。两个跑步机协议导致相似的配置文件在iso -氧饱和度变化V′O2值。相比之下,循环测力计反应表现出大幅削弱了血氧饱和度下降。这是临床上重要的11个病人会被考虑补充氧气治疗期间运用基于跑步机测试,但只有三个16基于循环测试。
这种血氧饱和度差异通过测量脉搏血氧仪似乎反映出真正的动脉氧饱和度和差异P啊,一个2。首先,研究通过移动测试周期的对比中,动脉血气标本被吸引(尽管只在运动峰值)证实了这些差异8。其次,目前的研究显示并行的变化P啊,等2和动脉氧饱和度估计脉搏血氧仪(图6所示⇑)。如果它是被允许的,在一个给定的V′O2,大量alveolar-end-tidal和alveolar-arterial氧张力的差异之间的区别不太可能周期和跑步机锻炼,然后之间的差异P啊,等2配置文件可能真正反映P啊,一个2概要文件的差异。
几种解释这些差异的机制提出了稀释。肺气体交换坐在自行车测力计和直立行走之间的差异已经被提出。其他调查人员指出降低峰值V′有限公司2和增加V′E/V′有限公司2比步行测试和猜测,这可能与恶化VD/VT导致低效率的气体交换和低血氧症的8。我们的研究并没有证实这一发现;相反,我们发现更高的峰值V′有限公司2和V′E/V′有限公司2与周期与跑步机协议。与航天飞机和自学行走测试之前,我们的研究利用一个线性单调和循环协议,取得了相同的计算工作概要和类似的测试时间。我们发现没有区别V′E/V′有限公司2当在iso -检查V′O2(图5度⇑)。然而,V′E/V′有限公司2只能用作代理VD/VT和串行血气分析(允许P,有限公司2测量)将有助于进一步评估这个。另一个可能性是更好的通风/灌注匹配或更好的氧扩散中存在周期比在跑步机上锻炼;但是,没有这样的差别提出了合理的机制。
似乎不太可能有一个很大的优势在通气力学而骑自行车。理论上,患者可以使用把手撑上胸腔周期测力计。然而,病人在本研究通气有限公司(作为记录的低呼吸储备;表2⇑),我们等等8,28没有发现,峰值V′E不同周期和跑步机测试。此外,我们没有发现iso -V′O2动态的差异之间的恶性通货膨胀周期和跑步机测试(图4 b⇑)。
我们提出一个新颖的解释氧饱和度差异。图4⇑和5⇑表明,V′E和V′有限公司2是相似的静止和运动水平较低,但在更高的吗V′O2,逐步V′E和V′有限公司2在周期运动。图5⇑表明,该转化为高V′E/V′O2和高r的机制V′有限公司2在给定的V′O2可能与早期乳酸酸中毒发病周期的测力计测试。乳酸是主要由碳酸氢盐缓冲,生成二氧化碳呼出的气息。越高V′E可能是与高V′有限公司2;锻炼通风已被证明是紧密耦合的V′有限公司2(而不是V′O2)30.。
这些差异可以调用来解释所观察到的差异的至少一部分在动脉氧饱和度?我们已经执行的计算基于合理的假设。图7⇑和b显示多余的周期V′E预测不同的理想P啊,一个2观察大致相似的大小P啊,等2周期和跑步机的区别。同样,计算理想P啊,一个2差异被证明能够预测很大一部分的跑步机和循环氧饱和度之间的区别。明确知道的几个这些计算中使用的假设不太可能准确(如。那P,有限公司2是40托),虽然我们不能看到任何假设的显著偏差我们观察到的关系。这肯定会是适当的研究来证实这些发现动脉血液收集连续,允许iso -V′O2的比较P啊,一个2,P,有限公司2和血氧饱和度与代谢和气体交换反应两种运动模式。然而,设计策略在iso -动脉血液样本V′O2点在增量运动和方法比较的数量我们实现(图7 c⇑和d)将极具挑战性。
总之,我们证明了线性跑步机协议适用于严重慢性阻塞性肺病患者,优于常用的跑步机协议。重要的是,这种新的跑步机协议赋予个性的优势工作效率增加引起最佳测试时间,同时保持步行速度在舒适的范围内。似乎也有类似的优势在其他虚弱的病人群体,虽然研究温和的COPD患者和其他心肺疾病患者是有价值的。许多心肺锻炼测试执行诊断运动不耐受机制的目的。检测血氧饱和度下降,可能发生在日常活动往往是评价的一个重要组成部分。很明显,周期测力计测试是相当不容易引起血氧饱和度下降,可能会遇到在移动。因此我们建议线性跑步机协议我们描述可能会考虑采用心肺运动试验诊断的首选方法。
支持声明
r . Casaburi占据Grancell /烧伤康复科学椅子(洛杉矶生物医学研究所的加州大学洛杉矶分校医疗中心,托兰斯,CA,美国)。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 收到了2008年5月5日。
- 接受2009年3月3日。
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