心肺运动试验与6 min上下楼梯试验评价心肺功能的比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.02.024

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (2): 292-296.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.02.024

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心肺运动试验与6 min上下楼梯试验评价心肺功能的比较

郭辉^1，2，孙景权¹，张一民¹

^{¹School of Human Movement Sciences, Beijing Sport University, Beijing 100084, China; ²School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, Liaoning Province, China}

收稿日期:2015-11-19 出版日期:2016-01-08 发布日期:2016-01-08
通讯作者: 张一民，博士，教授，博士生导师，北京体育大学运动人体科学学院，北京市 100084
作者简介:郭辉，男，1982年生，汉族，北京体育大学在读博士，讲师，主要从事运动与体质健康研究。
基金资助:
国家科技支撑计划课题(2012BAK21B01)

Evaluation of the cardiopulmonary function: cardiopulmonary exercise test versus 6-minute stair climbing and descending test

Guo Hui^{1, 2}, Sun Jing-quan¹, Zhang Yi-min¹

¹北京体育大学运动人体科学学院，北京市 100084；²沈阳工业大学机械工程学院，辽宁省沈阳市 110870

Received:2015-11-19 Online:2016-01-08 Published:2016-01-08
Contact: Zhang Yi-min, M.D., Professor, Doctoral supervisor, School of Human Movement Sciences, Beijing Sport University, Beijing 100084, China
About author:Guo Hui, Studying for doctorate, Lecturer, School of Human Movement Sciences, Beijing Sport University, Beijing 100084, China; School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, Liaoning Province, China
Supported by:
the National Science and Technology Support Plan of China, No. 2012BAK21B01.

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

6 min上下楼梯试验：是一种运动试验。试验场地为符合国家标准的一层楼梯间(每个台阶高度为16 cm)。以一步一阶的方式在一层楼梯上尽可能快的上下楼梯6 min。监测人员每2 min报时1次，并密切观察受试者是否发生气促、面部表情变化等情况。6 min试验结束时，检测人员说“停止”并记录受试者最后一个往返所在的台阶数。检测人员统计受试者上下楼梯的往返数。

心肺运动试验：是评估患者心肺功能的一种无创方法。心肺运动试验在心血管疾病的诊断、治疗评价、危险分层、愈后预测、康复指导等各方面已经得到了广泛应用，并被证实在许多方面优于传统检测方法。

背景：心肺运动试验在评价人的心肺功能方面起着重要的作用，但需要昂贵的仪器和专业测试人员才能完成，且需要受试者达到极量强度，所以寻找一种亚极量水平，且操作简便，费用低廉，容易推广使用的运动试验方法迫在眉睫。

目的：通过比较心肺运动试验与6 min上下楼梯试验的最大摄氧量，探讨2种不同试验方法评价心肺功能的一致性。

方法：随机招募67名志愿者，按Bruce方案进行心肺运动试验，检测每位受试者的最大摄氧量，再进行6 min上下楼梯试验，测量每位受试者在上下楼梯过程中的最大摄氧量，将心肺运动试验所测得的最大摄氧量与6 min上下楼梯试验所测得的最大摄氧量进行比较。

结果与结论：6 min上下楼梯试验所测得的最大摄氧量小于心肺运动试验所测得的最大摄氧量(P < 0.01)；6 min上下楼梯试验的最大摄氧量与心肺运动试验的最大摄氧量呈正相关(r=0.911，P < 0.01)；2种测试方案下获得的最大摄氧量具有高度相关关系且一致性较好。因此可以用6 min上下楼梯试验来推测最大摄氧量，并且这可能成为一种评价心肺功能的有效方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

ORCID: 0000-0002-1656-4412(张一民)

关键词: 组织构建, 组织工程, 上下楼梯, 心肺运动试验, 心肺功能, 最大摄氧量, 亚极量运动, 台阶, 摄氧量, 心率, 6 min上下楼梯试验, 往返

Abstract:

BACKGROUND: Cardiopulmonary exercise test plays a significant role in the evaluation of cardiopulmonary function, but it is limited by expensive equipments and professional personnel, and moreover, the subjects need to bear the maximal exercise intensity. As a result, it is extremely urgent to find a submaximal exercise test characterized by simple operation, low cost and easy to be popularized and used.
OBJECTIVE: To compare the maximal oxygen uptake in cardiopulmonary exercise test and 6-minute stair climbing and descending test.
METHODS: Sixty-seven volunteers were recruited to undergo the cardiopulmonary exercise test using the Bruce protocol, and then, the maximal oxygen uptake was detected. After that, all the participants were subjected to
6-minute stair climbing and descending test, followed by determination of the maximal oxygen uptake.
RESULTS AND CONCLUSION: The maximal oxygen uptake in the cardiopulmonary exercise test was significantly higher than that in the 6-minute stair climbing and descending test (P < 0.01), and there was a highly positive correlation and consistency between the maximal oxygen uptakes in the two tests (r=0.911, P < 0.01). Therefore, 6-minute stair climbing and descending test can be used to detect the maximal oxygen uptake, which may become an effective method for evaluating cardiopulmonary function.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

郭辉，孙景权，张一民. 心肺运动试验与6 min上下楼梯试验评价心肺功能的比较[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(2): 292-296.

Guo Hui, Sun Jing-quan, Zhang Yi-min . Evaluation of the cardiopulmonary function: cardiopulmonary exercise test versus 6-minute stair climbing and descending test[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(2): 292-296.

图/表（结果） 3

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引言

临床上为了评价患者的心肺功能，需要进行心肺运动试验^[1-10]。心肺运动试验能比较精确、客观的评价个体的心肺功能，是影像学无法替代的检查手段^[6^，^11]。临床上也用心肺运动试验的指标确定手术适应证^[12-13]。最大摄氧量是反应心肺功能的最常用指标^[14-16]。在推测最大摄氧量的方法中，场地测试是比较容易实施的方法之一，尤其在缺乏专业仪器装置时，场地测试是检测心肺功能的最佳方法。场地测试需要在指定的时间内或在指定的距离内进行运动，然后根据运动学参数并结合受试者的生理参数对最大摄氧量进行预测^[1^，¹⁵^，^17-18]。已有的测试方案中，比如20 m折返跑测试和12 min跑测试等；有的虽然不需要专业测试场地和设备但强度过低，对心肺功能障碍的患者比较适用，如12 min步行测试和6 min步行试验测试等^[19]。已有的测试方法均需要一定的仪器设备才能完成，为了更多的患者能够了解自己的心肺功能水平，有必要研制一种更为简便易行的测试方法。登楼梯试验和定时行走距离试验就是最早应用于临床的运动试验^[20-23]。登楼梯试验可作为无专业运动心肺检测设备条件下的初步检测手段。上下楼梯是日常生活中常见的身体活动方式^[23-26]。上下楼梯既可以健身，也可以成为一种有效的检测心肺功能的方法^[20^，^23]。6 min上下楼梯试验操作简便，费用低廉，更接近日常活动，并且作为一种亚极量强度的运动试验，其可以被广泛应用。然而6 min上下楼梯试验能否有效评价心肺功能，需要探讨6 min上下楼梯试验与心肺运动试验的关系及其一致性。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计自身对照试验。

1.2 时间及地点试验于2015年6至9月在北京体育大学运动与体质健康教育部重点实验室完成。

1.3 对象招募健康青年志愿者。

纳入标准：①年龄20-29岁。②身体健康。③了解试验过程并自愿签署知情同意书。

排除标准：①心血管及呼吸系统疾病。②经健康测试或医学问卷筛选确认不能参加高强度运动者。

共收集受试者67人，其中男30人，女37人，年龄20-29岁，平均年龄(24.5±2.5)岁；身高(169.7±7.8) cm；体质量(63.6±14.0) kg。测试期间身体状况良好，测试前均已了解6 min上下楼梯试验和心肺运动试验的测试方法。

1.4 方法

1.4.1 心肺运动试验^[5] 首先对受试者进行身高、体质量等静态指标的测量，然后按Bruce运动方案以逐级递增负荷的运动方式在室内跑台上测定最大摄氧量。在测试过程中，用便携式心肺功能仪(德国，CORTEXMetaMax 3B)动态检测受试者运动时的摄氧量、相对摄氧量、呼吸商、心率等指标。具体过程为：测试前2 min内将跑台速度增至2.7 km/h，坡度为10°，每隔3 min递增坡度2°。第4分钟时将跑速增至4.0 km/h，第7分钟时将跑速增至5.4 km/h，第10分钟时将跑速增至6.8 km/h，第13 分钟时将跑速增至8.0 km/h，第16 分钟时将跑速增至8.8 km/h，第19分钟时将跑速增至8.8 km/h，第22分钟时将跑速增至9.6 km/h，最终的坡度达到22°。

运动终止标准：出现呼吸表浅、紫绀、表情痛苦等症状^[8^，¹⁰^，^27]；受试者提出停止测试；出现摄氧量平台；运动负荷不变或增加时，心率不增加，甚至下降。以上任何一项出现立即停止试验。确定达到最大摄氧量的判断方法按以下4项指标达到3项为判断标准^[16]：①达到摄氧量平台，即运动负荷增加，摄氧量不变或下降。②心率≥180次/min。③呼吸交换率≥1.15。④受试者已发挥本人最大能力经反复鼓励仍不能继续运动。

1.4.2 6 min上下楼梯试验^[7-11] 在完成心肺运动试验1周后再约受试者进行6 min上下楼梯试验。场地为符合国家标准的一层楼梯，在符合国家标准的楼梯间选择一层楼梯(每个台阶高度为16 cm)，在6 min时间内，让受试者以一步一阶的方式在一层楼梯上尽可能快的上下楼梯^[14^，²⁴^，^28-29]，记录上下楼梯的往返数(如一位受试者在6 min的时间内完成了19个往返，而每层楼梯是22个台阶，一个往返就是44个台阶，总台阶数=44×19=836)。在测试前给受试者说明整个测试过程，佩戴上心率表和便携式心肺功能仪，然后进行6 min上下楼梯试验。试验过程中采集呼吸气体参数和心率，并给予受试者适当的鼓励，如“加油”或“你走的很好”。为了保证测试数据的准确，整个测试过程中的每个环节都有专人负责，测试场地在专业实验室内进行，测试环境完全满足测试要求。在测试之前对仪器进行气压、气体成分及容量校准。每次新受试者测试之前进行周围气体检测。

1.5 主要观察指标 ①6 min上下楼梯试验过程中最大摄氧量、相对最大摄氧量。②心肺运动试验中的最大摄氧量、相对最大摄氧量。③6 min上下楼梯试验的最大摄氧量与心肺运动试验最大摄氧量之间的相关性和一致性。

1.6 统计学分析对6 min上下楼梯试验的最大摄氧量、相对最大摄氧量、最大摄氧量时心率、呼吸商、主观疲劳感觉等级和台阶数用平均值进行描述性统计。将心肺运动

试验中的最大摄氧量和6 min上下楼梯试验中的最大摄氧量等指标进行配对样本t 检验和相关性分析。对2种试验方法得到的最大摄氧量进行组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)一致性分析。ICC系数为个体的变异度除以总的变异度，结果为0表示指标不可信，1表示完全可信，低于0.40意味着指标一致性较差，若大于0.75表示一致性良好^[30]。采用SPSS 16.0统计学软件包对测试结果进行统计分析，测试结果采用x(_)±s表示，经正态分布及方差齐性检验后进行下一步分析。P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

最大摄氧量是指在极量运动情况下呼吸、循环系统运输氧和肌肉组织利用氧的能力，它是心肺功能的综合指标。在最大摄氧量的测试方法中动用的肌肉越多，摄氧量越大，跑步比脚踏功率车的最大摄氧量大，研究证明上下楼梯的摄氧量也比脚踏功率车的测得的摄氧量大^[22^，^31]。心肺运动试验是一种相对无创的、评价心肺储备功能和运动耐力的试验^[12-13]。心肺运动试验测得的最大摄氧量精确可靠，能综合的反应心肺功能，但需要精密的仪器设备和专业的测试人员，方法复杂，且运动负荷较大，患者难以承受，且有可能出现危险，这种方法不易普及。所以寻找简便易行，方法可靠、精确度较好的间接推测最大摄氧量的方法成为许多学者的研究目标。基本思想是寻找与最大摄氧量相关性较高的指标，来推测最大摄氧量^[18^，²⁰^，^32]。像台阶试验、6 min走、12 min跑等方法相继而出，都是根据一定的运动程序来推测最大摄氧量。

本试验选择6 min上下楼梯试验作为推测最大摄氧量的一种方法，与心肺运动试验相比其优点是更简便实用，易接受、不需要特殊设备，跟其它的场地试验方法相比其优点是成本更低更容易开展。在运动时间的选择上参考文献[3，32-33]发现，反应心肺功能的试验时间一般为6-12 min。由于上下楼梯要克服自身体质量，若时间过长受试者的耐受力将受到极大的挑战，所以本试验时间选择采用6 min。上下楼梯的方式是一步一阶，其优点首先是运动强度的控制，一步一阶上下楼梯相比一步两阶的运动强度明显降低^[29]。这与6 min步行试验的要求只能走而不能跑相似。从安全的角度考虑，一步一阶是普遍采用的方式，这种方式不容易受伤。从标准化的角度考虑，一步一阶与一步多阶相比能量消耗不同^[20-22^，²⁴^，^34]，如果运动方式不统一则不利于方案标准化。所以要求受试者都采用一步一阶的方式上下楼梯。试验结果显示运动中的心率和主观疲劳感觉等级均没有达到最大，处于亚极量强度范围。因此，6 min上下楼梯试验是一种亚极量强度的运动试验。

对2种试验的一致性评价中，采用简单相关分析和ICC系数作为统计方法。本试验以20-29岁的青年人群为被试，对6 min上下楼梯试验中最大摄氧量与心肺运动试验中的最大摄氧量进行比较，结果显示，两种方法测得的摄氧量具有显著性差异，但显著相关，相关系数高达0.911(P < 0.01)。采用ICC系数分析6 min上下楼梯试验与心肺运动试验测得的定量数据结果的一致性。6 min上下楼梯试验最大摄氧量与心肺运动试验中的最大摄氧量的ICC系数为0.948，2组测试数据有非常显著的一致性，所以可以用上下楼梯的摄氧量来预测最大摄氧量。

本试验与6 min步行试验比较发现，6 min上下楼梯试验的台阶数与心肺运动试验的相关性高于6 min步行试验距离与心肺运动试验的相关性。有研究认为6 min做功和最大摄氧量明显相关，这可能跟受试者的年龄有关。而6 min上下楼梯试验要克服自身的重力，与6 min步行试验相比运动强度明显增加，可以更好的反应心肺功能。对年轻人和体能较好的健康人来说，6 min步行试验不太适用，在慢性疾病患者和身体虚弱者中可能适用^[13^，^35]，而本试验适用于身体健康的正常人。李俊勇等^[33]对50名大学生的研究得出，男生12 min跑成绩同最大摄氧量有较高的相关性(r=0.793)。研究结果与本试验相近(r > 0.7)，分析其原因，这2种方法都充分的调动了人体的大肌肉群参与工作，而最大摄氧量就是在进行有大量肌肉群参加的剧烈运动中，当心肺功能和肌肉组织利用氧的能力达到本人最高水平时，单位时间内所能摄取的氧量^[16]。本试验的6 min上下楼梯试验台阶数与最大摄氧量的相关系数略低于12 min跑成绩与最大摄氧量相关系数，分析原因可能由于一步一阶的运动方式限制受试者的运动能力，使其运动强度略低于12 min跑的运动强度。另一个原因可能是由于6 min上下楼梯试验的运动方式近似于间歇运动^[36]，上楼梯的过程强度较大，下楼梯过程强度相对下降。这一点可以从受试者的主观感觉反映出来，同时也符合本试验的设计初衷。

在测试过程中，对试验结果有影响的因素比较多，如受试者的个体差异和心理因素等。还有精神状态及睡眠情况可能影响试验结果，虽然在试验开始前已询问受试者的精神状态和睡眠情况，且都感觉良好，但受试者之间的精神状态和睡眠还是存在少许差异。这些因素对试验的精准度有一定影响，所以在此处单独表述出来。

综上，以最大摄氧量作为反应人体心肺功能的综合性评价指标，通过比较6 min上下楼梯试验最大摄氧量和心肺运动试验得到的最大摄氧量之间的相关性和一致性，发现心肺运动试验测得的摄氧量与6 min上下楼梯试验测得的最大摄氧量差异有显著性意义(P < 0.05)，但相关性非常显著且两指标的一致性较好。由于6 min上下楼梯试验的最大摄氧量与心肺运动试验的最大摄氧量具有较高的一致性，说明可以用6 min上下楼梯试验来评价心肺功能。最大摄氧量随着运动台阶数的增加而增加，说明6 min上下楼梯试验的台阶数可以对心肺功能水平做出评价。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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Evaluation of the cardiopulmonary function: cardiopulmonary exercise test versus 6-minute stair climbing and descending test

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