慢性阻塞性肺疾病患者在六分钟阶梯试验期间的心肺和代谢峰值反应：一项预先计划的横断面辅助研究

《Pulmonology》：Peak cardiorespiratory and metabolic responses during the six-minute stepper test in people with COPD: A pre-planned cross-sectional ancillary study

　　

背景 六分钟阶梯试验（6MST）越来越多地用于评估慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的功能性运动能力。然而，研究人员对6MST期间引发的心肺和代谢反应及其与心肺运动试验（CPET）期间获得的反应之间的关系尚不完全清楚。研究问题 6MST期间获得的心肺和代谢峰值反应与CPET期间测量的反应相比如何？6MST是否引发最大生理反应？研究设计和方法 这项预先计划的辅助横断面研究纳入了COPD患者，这些患者完成了递增CPET和两次6MST，并进行逐次呼吸（breath-by-breath）气体交换分析。研究人员比较了各项试验之间的峰值反应和症状。结果 共纳入65名参与者（平均年龄61（SD 9）岁；中位FEV₁ 1.3（IQR 0.9至1.7）L）。大多数峰值生理反应在6MST和CPET之间相当，并呈现中等至强的相关性，但存在显著的个体内变异性。心率（heart rate, HR）和症状负担在6MST期间相似或略高，而收缩压（systolic arterial blood pressure, SBP）在临床上更高。在两项试验中，峰值摄氧量（peak oxygen uptake, VO_2peak）约为预测值的60%，约10%的参与者在6MST期间达到了传统的心肺和代谢运动最大性标准。通气限制是两项试验中最主要的限制因素。解释 6MST引发显著但通常为次大强度的（submaximal）心脏和代谢压力，并为CPET提供互补而非可互换的信息。这些发现支持6MST的临床实用性，同时强调需要谨慎进行心血管监测。临床试验注册 NCT04008615。

**论文解读文章**

**研究背景**
慢性阻塞性肺疾病（COPD）是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一。活动性呼吸困难（dyspnoea）是COPD患者的常见症状，会逐渐限制体力活动，形成呼吸困难–不活动的恶性循环，进一步加剧身体失健（deconditioning）和运动不耐受。心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing, CPET）被认为是全面评估运动不耐受的参考方法，但该试验需要专门设备、训练有素的人员和专用设施，在许多临床环境中可及性有限。因此，现场运动试验（field exercise tests）越来越多地被用于评估COPD患者的功能性运动能力。六分钟阶梯试验（six-minute stepper test, 6MST）因其可在受限环境中进行，且适合居家或远程监督实施而受到关注。然而，尽管已有大量证据支持6MST的敏感性、可重复性、结构效度和干预反应性，但关于6MST的生理学解释仍不完整。以往研究主要集中于以性能为导向的结果，较少直接比较6MST与CPET期间的心肺和代谢反应。目前尚不清楚6MST的峰值生理变量是否能反映与CPET类似的限制机制，或两种试验是否捕捉了运动不耐受的不同方面。此外，虽然6MST因其自定步速（self-paced）性质而被视为次大强度试验，但既往研究表明其可能引发高于其他常用次大强度试验（如六分钟步行试验）的心血管压力。这些问题在临床上具有重要意义，因为限制机制有助于指导康复策略；同时，6MST是否持续引发高或接近最大强度的心血管压力尚不确定，需要澄清以确定该试验是否适用于居家或远程监督环境。因此，本研究旨在探讨COPD患者在6MST期间的心肺和代谢峰值反应与递增CPET期间的反应有何差异、两种试验之间的关联性，以及6MST是否符合传统运动最大性标准。本研究论文发表在《Pulmonology》。

**研究方法与技术**
研究人员开展了一项预先计划的辅助横断面研究，纳入ADIR Association（法国鲁昂）肺康复中心筛查的COPD患者，样本为便利样本（共65例），入组时间为2019年9月至2023年6月。主要关键技术方法包括：①肺功能测定（pulmonary function testing）；②递增心肺运动试验（CPET），在电磁节律自行车功量计（electromagnetic cycle ergometer, Xercise, Cardiowise GmbH, Pirmasens, Germany）上进行，采用增量斜坡方案（5–20 W/min）直至力竭，使用面罩、 pneumotach和代谢系统（Vyntus CPX, Care Fusion, San Diego, CA）进行逐次呼吸（breath-by-breath）气体交换分析，同时监测12导联心电图、经皮氧饱和度（SpO₂）和血压；③六分钟阶梯试验（6MST），采用Athlitec（Sassenage, France）阶梯装置，要求每位参与者完成两次6MST（取最佳成绩），使用与CPET相同的仪器连续记录心率、SpO₂和逐次呼吸气体交换数据，随后将逐次呼吸数据重采样为5秒历元，并采用逆向移动平均（backward moving average）平滑处理（三个连续历元，共15秒），以平滑后VO₂的最高值作为峰值摄氧量（VO_2peak）。所有参与者均签署书面知情同意书。

**研究结果**

**参与者特征**
共65名参与者纳入分析（38%为女性；平均年龄61（SD 9）岁；中位FEV₁ 1.3（IQR 0.9至1.7）L，占预测值的45%（IQR 35%至68%））；14名参与者（22%）为长期氧疗（long-term oxygen therapy, LTOT）使用者，其中5人（8%）仅需在行走时吸氧。CPET与6MST之间的中位时间间隔为28天（IQR 17至48天）。

**峰值生理反应**
通过比较两种试验的峰值反应发现：峰值VO₂（VO_2peak）在两者之间相似（均差-0.3 ml/kg/min，95%CI -1.1至0.5），但估计存在不确定性；SpO₂、潮气量（tidal volume, Vt）、Vt/肺活量（Vt/VC）、呼吸频率（RR）、分钟通气量（VE）、呼吸储备（BR）、VE/VO₂、VE/VCO₂和舒张压（DBP）在峰值时也相似；心率（HR）、呼吸困难和下肢疲劳在6MST期间更高（均差5 bpm、0.6和1.2，95%CI分别为2至9、-0.1至1.2、0.5至1.9），但差异可能在临床上较小；峰值呼吸交换比（RER）在6MST期间更低（均差-0.09，95%CI -0.13至-0.05），而收缩压（SBP）在6MST期间更高（均差20 mmHg，95%CI 13至27）。亚组探索性分析（根据LTOT状态和COPD严重程度）的结果详见在线补充材料。

**峰值生理反应的关联和一致性**
通过回归和Bland–Altman分析发现：步数与CPET期间VO_2peak（r2=0.570）和6MST期间VO_2peak（r2=0.576）均呈强相关（95%CI分别为0.388至0.716和0.394至0.719）。两种试验间的Vt和VE在峰值时呈强相关（r2=0.681和0.702）。VO_2peak、HR、RR、BR、Vt/VC和VE/VCO₂呈中度至强相关；而SpO₂、SBP、DBP、VE/VO₂和下肢疲劳呈弱至中度相关；RER和呼吸困难的相关性则可忽略至中度。Bland–Altman分析显示大多数生理变量的平均偏倚较小，但SBP偏倚较大，且一致性界限宽，表明显著的个体内变异性（intraindividual variability）。

**运动最大性**
根据美国胸科学会和美国胸科医师学会推荐的标准评估运动最大性：在两种试验中，极少数参与者达到预测VO_2peak（<5%）或预测最大心率（约10%），差异无统计学意义（均p=1.000）。大多数参与者存在通气受限（CPET 63%，6MST 71%，p=0.073）。相比之下，CPET期间达到RER>1.15的参与者比例显著高于6MST（12% vs 2%，p=0.045），而6MST期间下肢疲劳作为限制因素的比例更高（14% vs 3%，p=0.045）。

**讨论与结论**
**讨论总结**：本研究主要发现如下。1）大多数峰值生理反应在6MST和CPET之间相当并呈中度至强相关，6MST期间HR和症状稍高、SBP更高，但VO₂相似或略低、RER更低。2）不同试验间存在明显的个体内变异性。3）6MST在大多数参与者中未引发最大代谢或心脏反应，通气限制是最常见的限制因素，与CPET相似。这些结果提示，尽管6MST涉及的肌肉群更广泛（多下肢肌群和姿势肌），但整体代谢负荷相对较低，导致对无氧代谢途径的依赖延迟（RER较低）。峰值VO₂约为预测值的60%，进一步支持6MST的次大强度性质。心血管方面，HR达到年龄预测最大值的约80%，但仅约10%参与者达到最大HR标准；SBP更高，可能因6MST为负重、直立性运动，涉及反复等长收缩和大量姿势肌及下肢肌群，导致外周血管阻力和运动加压反射增强，且该队列中高血压患病率较高（40%）。此外，两种试验间氧饱和度相似，提示6MST可能有助于评估标准化运动任务中的去饱和情况，但不应替代基于步行评估的吸氧处方。显著的个体内变异性表明两种试验在个体层面不可互换，可能反映了不同疾病阶段生理限制的相对贡献差异。本研究的优势包括招募了不同严重程度的COPD患者（包括LTOT者），并进行了相同的逐次呼吸测量，使生理比较更稳健。局限性包括：轻度COPD患者代表性不足、体重>90 kg者未纳入、未评估外周肌肉氧合或血气、未评估外周肌力以及横断面设计无法判断预后价值。
**结论翻译**：6MST引发显著但通常为次大强度的心脏和代谢反应，这些反应与CPET期间观察到的反应呈中度至强相关。6MST能够识别通气作为常见的限制因素，与CPET相似。尽管如此，显著的个体内变异性和部分个体中更高的心血管负荷提示，6MST为CPET提供可靠的互补信息而非可互换信息。未来研究应关注识别6MST期间运动限制的外周和中枢决定因素（包括肌肉和自主神经贡献），同时评估其在居家或远程监督肺康复方案中的安全性、可重复性和临床效用。