作者：
DennyZ.H.Levett,博士
MichaelP.W.Grocott,MBBS,医学博士
摘要：
目的：
这篇综述描述了心肺运动试验（cardiopulmonaryexercisetesting，CPET）在加速康复外科（EnhancedRecoveryAfterSurgery,ERAS）中的现状与未来发展。
主要研究结果：
大量文献证实了健康体质与围手术期临床疗效之间的关系，仅有少数关于手术患者接受ERAS治疗的小型研究证实了体质较差个体的发病率和死亡率较高。在英国，围手术期运动心肺试验正被广泛采用。虽然CPET衍生的变量已经被用来指导外科手术选择的决策和围手术期治疗，筛查罕见并发症，但CPET衍生变量指导治疗从而改善预后的作用仍然不确定。最新研究表明，术前接受新辅助疗法(化疗和放疗)，CPET定义下的体质将有所下降。初步数据显示，这种影响可能与体质较差患者疗效的不利影响相关。早期报告表明，CPET衍生的变量可以用来指导运动训练处方的制定，从而改善术前患者的身体健康状况(即预适应能力)。但这些干预措施对临床疗效的影响仍然不确定。
结论：
围手术期CPET正在探索更多的方向，包括风险评估、协同决策、个性化护理、监测干预和指导预康复处方的制定。这些指征对于应用ERAS的手术患者很重要，但是在ERAS项目中，目前很少有专门针对CPET的文章。
心肺运动试验(CPET)在评估一系列手术的围手术期风险中具有重要作用。早期CPET主要应用于心脏移植和肺切除手术，近年来主要研究腹部手术。从CPET获得的指导方式随着时间而变化。最初，CPET主要用于指导临床决策，如：是否进行手术、术后护理地点(重症监护室或普通病房)，以及筛查罕见并发症。随着发展，CEPT也可促进患者和临床医生之间的协同决策、评估新辅助疗法(包括化疗和放疗)的疗效以及指导预康复策略。
近20年来，加速康复外科(ERAS)发展从新型临床创新到被广泛实施。一个标准的ERAS治疗策略包含术前因素和术后因素，实施ERAS策略可以缩短住院时间，降低再次入院率。一般来说，每个ERAS要素对可观察效益的相对贡献是不确定的。早期活动和进食是缩短住院时间最关键的因素。总的来说，增加ERAS策略的可执行性与缩短住院时间关系密切。术前应用因素的关键包括仔细评估风险与管理患者期望。心肺运动试验有助于评估这些因素，同时可评估ERAS项目中与患者相关的围手术期干预措施的效果，包括抗癌治疗(如新辅助化疗)和运动训练。
本文旨在探讨CPET和预康复在ERAS项目对手术患者的作用。我们对Ovid、Medline进行两次系统检索(年至今，包括正在进行的研究和更新的研究)。为了检索所有ERAS相关研究，我们使用检索词“加速康复”或“ERAS”或“快速恢复”和“手术”。为了检索在ERAS背景下使用CPET的研究，检索策略可将ERAS与“CPET”或“CPX”或“心肺运动测试”或“运动测试”或“CPEX”或“VO2max”和“手术”相结合。为了检索在ERAS背景下使用预康复的研究，可使用检索策略“ERAS”结合“预康复”或“preab”或“运动训练”或“训练”或“运动疗法”或“运动计划”或“运动干预”或“体育训练”。在ERAS结合CPET中，检索到发表在《英国医学杂志》的一篇专家共识，讨论了CPET在ERAS术前评估中的潜在益处，但没有具体研究的详细报告。在ERAS项目中对预康复的搜索确定了两篇系统评价，但没有具体的研究。英国最近的一些研究(包括我们自己小组的研究)在应用ERAS方案的背景下评估了CPET，但没有明确报告患者治疗是基于ERAS的。这在一定程度上是由于年至年在英国国家卫生服务(NHS)范围内实施了ERAS方案，导致大多数NHS信托机构广泛采用ERAS方案应用于一系列常见的选择性手术(结肠直肠、泌尿学、妇科、下肢关节置换)。
由于应用ERAS的主要临床研究很少，我们进行了二次研究，主要探索CPET和术前预康复在所有无论是否采用ERAS的手术患者中的作用。在ERAS实施的地方，我们加强了这一点；然而，这篇综述的大部分内容是基于一般外科文献的研究。在篇文章中，我们增加了一个部分来介绍大量探索健康体质、康复锻炼与健康结果关系的，并描述了CPET的生理机制与实施。
体能活动、锻炼与健康结果
大量证据证实，健康体质对健康和疾病的每一个方面都有好处，此外，不运动是我们这一代面临的主要公共健康问题之一。例如，在冠状动脉疾病、心力衰竭、高血压、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、抑郁症、痴呆、慢性肾病、癌症和中风等疾病中，已经记录了更健康或运动较多患者疗效更好。还表明，体能锻炼降低了慢性疾病的风险，比如2型糖尿病、骨质疏松症、肥胖、抑郁症以及乳腺癌、肾癌和结肠癌。虽然在体能活动或训练期间，瞬时死亡的风险可能会增加，但是有规律的体能活动或锻炼的长期益处超过了相对短暂的风险。
这些数据提出了一个常见假设:是否可以通过干预改善健康状况来改善疗效？所有数据均表明，公共健康可以有效促进体能活动。此外，有监督和无监督训练计划的干预在各种情况下都是有益的，包括COPD、中风、心力衰竭和间歇性跛行，但这种干预的长期益处没有得到很好的评估。
围手术期心肺运动试验
心肺运动试验是一种评估运动能力(功能储备或体质)的客观方法。此外，当运动能力降低时，可以检测到导致运动能力下降的原因。心肺运动试验通过分析呼出气体(氧气和二氧化碳浓度)结合测量通气流量，能够在一系列确定的外部工作负荷所造成的不同生理压力条件下计算摄氧量(VO2)和二氧化碳排出量(VCO2)。同时检测心率、氧饱和度、血压和心电图。因此，CPET全面评估了肺、心血管、血液和代谢系统的综合反应，这些综合反应无法通过个体器官系统在休息时的功能来充分反映。CPET中常用的运动模式包括平板与踏车，偶尔也使用手臂曲柄运动。在围手术期，大多数都采用踏车方式，它优于运动平板方式。踏车可精确控制外部运动速率，从而评估VO2与运动速率的关系，这对于平板来说是比较困难的。此外，与平板相比，踏车运动不需要较多的技巧(锻炼对性能的影响更小)；而且它更便宜，占用的空间更少。运动心肺试验可以使用各种测试方式(例如增量测试、恒定工作速率测试)，以便询问不同的运动反应。在围手术期，持续递增运动试验(递增坡道试验)至耐受极限(症状受限)的应用最为广泛。这种运动方案的优点如下:
1.可评估整个功能能力范围内的训练反应
2.可评估训练反应的正常与否
3.可判断功能锻炼限制的原因
4.可指导训练或制定康复目标
5.初始运动速率低，高强度运动持续时间短
6.整个训练持过程续时间较短——8到12分钟
典型的测试方案包括三分钟静息状态下各项指标的测量，三分钟的空载循环(无阻力循环)，然后持续增加斜坡梯度，至患者最大运动能力。斜坡的梯度需承受8到12分钟的测试持续时间。此外，体能恢复过程中检测5分钟通气。在围手术期心肺运动试验的早期，一些研究小组在症状限制之前就停止了无氧阈值(AT)以上的测试，因为之前未评估的人群存在安全问题。然而，在接受肺和心脏移植的患者中，死亡率约为每，人中有2至5人死亡。因此，以症状限制而停止测试的方式最常用。
表1总结了增量运动试验中的测量结果。增量CPET的结果用惯例用九图表示。运动能力的评估，以及运动受限的原因可表现为图表中的异常模式。运动能力(功能或体质)可以用AT和VO2max来描述:这些变量代表代谢率，用每分钟VO2毫升绝对量表示，或者与体重相关，或者作为预测值的百分比。VO2max是指在增量运动测试中症状限制点时的摄氧量。无氧阈值(也称为乳酸阈值、通气阈值、气体交换阈值或乳酸酸中毒阈值)用来描述运动能力，是指有氧运动可以完成的运动强度上限。低于AT，可以无限期持续运动，高于AT，运动速率的逐渐增加导致运动耐力逐渐降低。AT是指随着耗氧量增加，乳酸从无增加或仅有少量增加的阶段转变为与进行性代谢性酸中毒相关的乳酸快速增加的阶段。可以通过运动测试期间气体交换分析来估计。在此过程中，随着肺CO2输出（VCO2）的增加，会出现代谢性酸中毒，这是由于乳糖相关质子的碳酸氢盐引起的肌肉和血液缓冲造成的。在增量运动测试中VCO2-VO2关系梯度的变化可用V-slope法或改进的V-slope法，随着氧通气当量(VE/VO2)和呼气末PO2(PetO2)的上升，终末潮气氧分压(PetO2)协同下降或CO2通气当量(VE/VCO2)(通气当量法)增加。一些研究人员已经表明，这些间接方法对健康志愿者和心脏病及慢性阻塞性肺疾病患者的乳酸阈值(LaT)提供了有效的估计。每分钟通气量VE与VO2的比值是氧气的通气当量(VE/VO2)，VE与VCO2的比值是二氧化碳的通气当量(VE/VCO2)。O2和CO2的通气当量与无效腔和潮气量的比率(Vd/Vt)相关，并且随着无效腔的增加而增加(尽管它们也随着换气过度而增加)。因此，通气当量在无效腔增加的任何病理情况下都是明显的，例如COPD、肺纤维化、心力衰竭和肺栓塞疾病。总之，循环测力计(增量坡道试验)的增量运动试验已经在临床实践和临床试验中广泛使用。它可以精确评估运动能力，也可在运动异常时确定限制部位。AT和VO2；从这项测试中确定的是运动能力的有效测量，在临床实践和研究试验中用来描述体质健康的合适变量。运动训练项目或许可以使用增量运动测试来评估。有效的预康复会使AT和/或VO2的增加，而且这些变量容易被检测，因此可以用来比较不同临床中心的患者群体，并比较临床试验的结果。
心肺运动试验衍生变量与围手术期疗效
在术前评估的许多方面，关于体质较差病人更容易受到术后不良结果影响的这个假设较被认同。例如，在术前评估中，爬楼梯或步行到当地商店的能力经常被用作功能能力的评估。在20世纪80年代末和90年代初，Paulold等人。在墨尔本，澳大利亚发表了利用CPET进行术前评估的新研究。年，他们报告了名接受择期手术患者的术前CPET数据，AT降低与手术后死亡率升高相关。至今，24项队列研究(包括4多名患者)报告了术前CPET衍生变量与术后疗效之间的关系(详情见表2)。这些数据汇集在几篇系统综述中，这些综述显示了使用CPET衍生变量定义的健康体质与术后疗效之间非常一致的关系。少数没有统计学意义的有显著关系的研究规模小且缺乏效力。事实上，所有对多名患者进行评估的研究都报告了与结果有统计学意义的关系。该文献的一个局限是，在大多数研究中，临床医生依然会利用CPET结果指导临床决策，比如选择性地使用关键护理设施。这种指征的混淆会降低健康体质和手术结果之间关系的真实性。因为临床医生可能会通过以下方式对高风险测试做出反应：建立管理以降低风险，从而减少风险和结果之间的联系。有限的可用盲数据报告了风险和结果之间的更强关联，而潜在的混淆数据支持了指征混淆的概念。CPET在临床试验中不太容易评估的另一个价值是有机会发现意料之外的并发症，如缺血性心脏病(如扁平氧脉冲、心电图改变或心律失常和肺动脉高压，我们在年的少数病例中通过我们自己的研究已经准确地发现了这些并发症)。
在过去十年中，CPET在英国围手术期的使用迅速增加。来自英国的调查数据显示，使用CPET评医院数量从年的17%上升到了年的32%，据传闻，年40-50%。一般来说，围手术期CPET是由外科医生或麻醉师提出的，并由麻醉师进行，但是不同机构的临床安排不同。其他国家的执行没有记载，但传闻中，执行水平比英国低得多
复杂的风险分级
最近的数据以多种方式扩展了包括使用多个CPET衍生变量构建预测模型，探索长期结果的预测，以及CPET与其他候选风险预测因子的比较和组合。科尔森等人。报道了澳大利亚一家机构中名接受选择性大手术的患者的数据，该队列中5年死亡率为36%。虽然没有一个变量能显著预测长期结果，但是一个模型包含了AT预测五年死亡率时测量的四个生理变量。因为预测长期死亡率和使用多变量方法，尚不清楚这个模型是否会推广到其他机构。卡莱尔等人。与单独使用CPET变量相比，当CPET衍生变量与临床风险评分(即修订的心脏风险指数(“Lee评分”)结合使用时，显示出腹主动脉瘤手术后死亡率的预测有所改善。James等人与血浆生物标志物相比，使用CPET衍生变量对主要不良事件和所有并发症有更好的预测。他们没有评估联合使用的不同变量的性能。
使用风险信息
大部分围手术期CPET文献集中在使用CPET衍生的信息来指导临床医生的决策。包括手术选择和围手术期护理环境。手术后不良效果风险高的患者可能会被安排在生理上不太有挑战性的手术中。例如，可以选择去功能结肠造口术和姑息性切除，而不是更明确的肿瘤切除。这种方法的基本原理是，手术的风险和收益之间的平衡是个人特有的，对于风险最高的患者来说，主要手术的风险可能超过任何可能的收益。更常见的是，CPET数据已经被用来指导术后治疗的选择。在加速康复外科的背景下，重点是早期动员和生理功能的快速正常化，这可以从相反的角度来看待，即在正常病房中识别那些可以安全分流到增强恢复护理的低风险患者。
心肺运动试验指导下的术后治疗
据最初研究表明,Older等人认为CPET数据可能有助于指导关于术后治疗环境选择的决策，手术体质较差的患者被送往重症监护室。在随后的前瞻性研究中，同一组使用CPET衍生变量(AT，氧通气当量，心肌缺血)以及手术的规模将患者分配到重症护理、特殊护理和病房护理。分配到病房护理的患者没有一个死于“心血管”相关报道，特殊护理和ICU的死亡率低于同一机构的历史控制数据。这项研究受到非随机设计和历史对照数据的限制，也受到在确定“心血管”死亡标准时存在偏倚风险的限制(没有报道所有死亡原因)。
因为Older年的干预性研究有几个局限性，所以没有达到现代标准来显示介入(由CPET衍生变量分配的术后护理)和结果(术后发病率和死亡率)之间的因果关系，但是这些结果具有不确定性，需进一步研究。英国最近完成了一项评估这一情况的双盲随机对照试验(RCT)。这项研究将名接受选择性结肠直肠癌手术的患者纳入了ERAS项目，预期在年初会有结果。需要进一步研究CPET指导下的干预对结果的影响，但是评估这种多方面干预的复杂性迄今限制了接受这一挑战的研究者数量。尽管大量文献描述各种术前风险标记和结果之间关联，但缺乏使用实验设计评估其实施的研究。
新辅助疗法，健康体质与术后疗效
在大型癌症手术之前，越来越多的使用化疗(NAC)或放化疗(NACRT)的新辅助治疗。这种治疗的目的是在术前减少肿瘤体积，从而增加肿瘤完全(或最佳)清除的可能性，并改善长期结果。使用化疗/NACRT的新辅助治疗广泛用于胃癌和食道癌、直肠癌以及乳腺癌、泌尿外科、肺癌和其他肿瘤类型的手术。最近发表的两项研究探讨了新辅助疗法对术前体质健康的影响。第一项研究评估了NAC对89例食道癌或胃癌患者的影响。NAC后，CPET测量的氧消耗在AT和peak运动时减少，这些变量的较低基线值与完成整个NAC过程并接受手术的患者的一年死亡率增加相关。在ERAS计划中，直肠癌术前接受NACRT的25名患者中的后续研究报告了类似的结果，NACRT后氧消耗变量下降，但对死亡率没有影响。但目前尚不清楚新辅助免疫治疗对体质健康的影响是否类似于NAC和NACRT。
预康复:生理挑战前的运动训练
预康复是指“增强个体功能以使其能够承受事件的压力”。选择性手术之前的体能训练符合这一标准。众所周知，运动训练在患有一系列严重心肺疾病的患者中是可行和安全的。例如，体能训练已经被证明能够改善心力衰竭、缺血性心脏病、慢性阻塞性肺疾病患者的体质健康和临床疗效。此外，参加腹主动脉瘤筛查项目的患者在每周三次中等强度运动干预后，体能状况有所改善。
年，对选择性腹腔手术有氧运动训练的随机对照试验进行了系统评价，共发现10项研究，共有名参与者。大多数文献报道了描述可行性和训练效果的小型单中心研究。一项符合条件的研究报告显示，结果有显著差异。阿瑟等人对名接受心脏手术的患者进行了随机对照试验，结果表明了干预组的ICU和住院时间减少了一天，尽管在有氧间歇训练8周后发现两组之间的运动能力没有差异。
据在ERAS项目中接受选择性结肠直肠癌手术的患者的初步非随机数据显示，提供CPET指导的结构化反应性间歇训练项目是可行的，该项目在新辅助放化疗心肺运动测试和ERAS医院环境中每周进行三次，持续六周。医院的居住距离太远而无法参与运动项目的患者组成。一项随机对照试验目前正在评估CPET指导的结构化反应训练计划在新辅助放化疗后保持体质健康方面的效果。重要的是，新辅助疗法，通常在手术前几周作为一个疗程给予，随后是6至12周或更长时间的恢复期，为在大规模癌症手术前培训患者打提供时间，而以前减少诊断和手术之间的时间压力排除了这种干预。
未来方向
围手术期CPET有许多发展机会，包括越来越复杂的风险预测、协同决策、个性化医疗和有针对性的运动干预。
风险预测
越来越复杂的风险预测可以通过使用来自CPET的变量结合其他数据来源来实现，例如临床风险评分和血浆生物标志物。一般来说，不相关但有效的测试会带来额外的预测价值，而非常有限的可用数据支持这一概念。此外，似乎会演变发展为一种描述风险的测试层次。例如，简单的临床风险评分和筛选生物标志物可以用来低成本筛选低风险患者。根据定义，其余的病人将具有不确定性或高风险，可以通过更复杂的一系列测试来评估，以便更精确地定义他们的风险，并确定特定的限制因素。心肺运动测试可能在这个过程的第二阶段有很大的价值。协同决策越来越认识到“提供者偏见”的问题，即当患者所在地区的手术能力慷慨时，他们往往会更经常地接受手术，同时，向赋予患者权力的文化转变也推动了共享或协作决策议程。风险数据不是简单地用来指导临床医生选择治疗，而是用来帮助患者和临床医生讨论该患者的最佳运动方案。协同决策的目的是向患者提供足够的信息，使他们能够根据自己的情况决定最合适的治疗方案。心肺运动测试在这个过程中很有价值，因为它以直观易懂的方式提供了风险信息——对于特定患者来说，“适合手术”的理念是讨论特定手术的特定风险和益处的良好基础。对于癌症手术，评估围手术期治疗新型辅助化疗和放化疗对身体健康的影响，以及这些干预措施对体质较差患者临床疗效的不利影响，越来越重要。
通常是针对潜在病理的一系列复杂干预措施(如NAC、NACRT、免疫疗法)的一部分。这些干预措施之间复杂的相互作用可能会改变每个患者每个治疗要素的风险-收益关系。除了这篇综述中已经强调的领域，免疫疗法对身体健康的影响尚不清楚。此外，手术对身体健康和术后恢复模式的影响可能对辅助治疗的选择和时机很重要。心肺运动测试是一项候选技术，用于评估单独或联合辅助治疗对身体健康的影响，特别是识别器官特异性伤害造成的运动限制。
个体化用药
这些主题中的许多都集中在个性化或个体化医学的标题下，即在正确的时间给正确的病人提供正确治疗。CPET对围手术期风险评估的贡献就是一个例子——根据个体患者的风险调整手术选择和围手术期护理。CPET更复杂的用途可能出现在新辅助癌症治疗中。肿瘤对治疗的反应的可变性可以通过使用诸如肿瘤基因组测序等信息来预测。将这些信息与CPET衍生的数据进行权衡，评估新辅助治疗对体质健康产生不利影响的风险，有可能评估特定新辅助治疗对个体患者的益处和危害。这些信息可以用来指导治疗，包括化疗的选择，化疗与手术的时间，以及适当的预适应计划的选择。越来越多的领域，使用CPET来定义运动训练计划从而干预运动。这种干预可能会变得越来越复杂。预训练方法包括耐力和力量训练，所谓的高强度训练计划，以及使用营养和药物辅助疗法来提高训练的功效。需要提高对这种干预的最佳持续时间、模式、强度和质量的理解，以最大限度地提高疗效。为了最大限度地提高培训的有效性，我们需要更好地理解住院监督培训干预和自我指导门诊治疗之间的复杂相互作用。
未来的临床试验
虽然有大量证据表明，运动能力预测术后不良结果，但基于运动能力进行干预以改善疗效的理由目前尚不清楚。需要进一步的临床试验来评估基于运动能力数据的两种最普遍推广的临床方法:
1、改变围手术期护理的地方和类型，以降低并发症的风险。
2、提高术前运动能力的运动训练计划——预康复。需要进行试验:首先，确定培训计划对外科手术人群有效，其次，确定改善的健康状况转化为改善的结果。对临床试验数据库的询问确定了29项评估外科患者运动试验的试验。一项RCT评估CPET在指导围手术期护理方面的效用的结果即将发表。20项正在进行的临床试验目前正在评估各种外科专业的预训练干预措施的效果，包括结肠直肠(7项试验)、上消化道(3项试验)、减肥患者(1项试验)、腹主动脉瘤(1项试验)、泌尿外科(3项试验)、整形外科(1项试验)、肝脏患者(2项试验)、普通腹部(1项试验)和冠状动脉旁路移植患者(1项试验)。因此，在不久的将来应该会有大量的新数据。
结论
虽然针对CPET和ERAS的文献有限，但现有数据与CPET和手术广泛一致。体质(降低（由CPET变量定义)会增加术后发病率和死亡率。CPET的指标已经被用来指导外科手术的选择和术后护理环境。心肺运动试验也可能发现意料之外的共病。最近的发展包括协作/共享决策的重要性日益增加，认识到新辅助疗法对身体健康(可能还有临床结果)的不利影响，以及CPET指导的预康复。展望未来，CPET会在提高术前风险评估的复杂性(分层多变量方法)、评估一系列新辅助疗法的影响以及指导多模式预康复方面发挥重要的作用。
附（向上滑动预览）
竞争利益声明(与本文相关)
丹尼·利维特博士是英国围手术期心肺运动课程的课程主任，也是Xtreme-Everest氧气研究联合会的执行委员会成员，该联合会获得了BOCMedical(林德集团)和SmithsMedical的无限制研究资助。迈克尔·格罗科特教授是一年一度的英国国家围术期心肺运动测试会议的联合主席，也是CPX国际的董事会成员。他因代表BOCMedical(林德集团)和CortexGmBH发言和/或支付差旅费而获得酬金。他领导了Fit-4外科研究合作，也领导了Xtreme-Everest氧气研究联盟。迈克尔·格罗科特教授也部分由英国氧气公司主席资助，该公司是由国家麻醉学院授予的皇家麻醉师学院。其中一些工作是在南安普敦大学NHS基金会信托基金——南安普敦大学NIHR呼吸生物医学研究单位进行的，该单位获得了英国卫生部生物医学研究单位资助计划的一部分资助。所有资金都是无限制的。资助者在研究设计、数据收集和分析、出版决策或手稿的准备方面没有任何作用。开放存取本文是根据创作共用归属非商业性许可条款分发的，该许可允许任何媒体的非商业性使用、分发和复制，前提是原始作者和来源被记入贷方。
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