慢阻肺患者陡坡厌氧试验的复测信度和生理反应

摘要

在慢性心力衰竭和慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者中，陡峭坡道厌氧试验(SRAT)作为无氧腿肌肉功能的临床试验，用于确定无氧功率和处方高强度间歇运动;然而，该试验的复测信度和生理特性均未见报道。因此，我们评估了SRAT的复测可靠性以及与COPD患者试验相关的生理特征。11例COPD患者(平均FEV₁43%预测）在第1天进行心肺运动试验（CPET），在第2天和第3天分别进行SRAT和30秒Wingate无氧试验（WAT）。SRAT具有高度的重测信度(；%，偏差4.5 W，误差−15.3-24.4 W)。SRAT的输出功率为157 W，而CPET的输出功率为66 W, WAT的输出功率为231 W。尽管工作量不同，患者在三种测试中表现出相似的代谢和呼吸反应。呼吸限制措施与CPET的相关性比WAT更强;然而，生理变量与WAT的相关性更强。SRAT是一种高度可靠的测试，可以更好地反映WAT功率测试的生理性能，尽管与CPET相比，呼吸受限水平相似。

1.导言

慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者在日常生活活动中经常被要求进行有氧运动，以增强功能和减少呼吸急促。该运动处方的一般指导方针建议患者应持续进行中等强度的运动[1- - - - - -3.]然而，有证据表明，高强度的运动可能对这一人群更有益[4］．

传统上，心肺运动试验（CPET）的结果包括持续时间为8-12分钟的递增分级运动试验（GXT），已被用于COPD患者的运动处方，并被广泛认为是测量心肺功能和有氧能力的金标准[5］．然而，CPET可能低估了从运动训练中获得最佳生理效益所需的工作量，因为呼吸受限导致早期试验停止和钝化的峰值工作速率[6，7］．健康人可根据无氧能力和能力测试开出高强度间歇运动强度处方，如30秒温盖特无氧测试(WAT)，该测试被认为是无氧能力的黄金标准测量[8];然而，这些类型的检测尚未被广泛使用，也不适合COPD患者的典型临床使用。然而，陡坡无氧试验(SRAT)已被提出作为一种临床试验，它可能更准确地反映慢性心力衰竭患者的腿部肌肉能力，并更好地设置间歇训练强度[7，9，10]慢性阻塞性肺病[11］．

SRAT由Meyer等人开发[7]供心力衰竭患者使用，在患者达到心血管极限之前最大限度地挑战肌肉。与WAT不同，在WAT中，受试者必须在固定电阻下以尽可能快的速度踩踏30秒，SRAT是一种增量GXT，工作负荷每10秒增加25瓦，直到患者筋疲力尽[7，10］．与增量式CPET相比，SRAT通常可实现更高的工作率，从SRAT获得的峰值工作率(PWR)的百分比可用于规定该人群的训练间隔[10］．SRAT也被用于COPD患者的高强度间歇运动处方强度[11]。SRAT在运动期间呼吸急促的人群中使用可能更具耐受性，因为它不是像WAT那样的定时测试，而是受患者限制。SRAT在该人群中的重测信度和生理反应尚不清楚。

本研究的目的是确定(a) SRAT在COPD患者中的测试重测可靠性和(b)与传统CPET或WAT相比，SRAT获得的生理、呼吸和感知参数在COPD患者中的表现。

2.材料和方法

2.1.主题

通过萨斯卡通肺康复计划和萨斯喀彻温大学呼吸病学、重症护理和睡眠医学部门招募了11名患有中度和重度COPD(11人)的患者(7名男性和4名女性)。受试者经呼吸病学确诊为慢性阻塞性肺病[12]，在休息或运动期间不需要使用补充氧气，并且在前6周内未因急性加重而住院。如果受试者患有心血管或肌肉骨骼疾病，从而无法完成剧烈运动，则被排除在外。

这项研究得到了萨斯喀彻温大学生物医学伦理委员会的批准，所有受试者签署了同意书，并建议他们可以随时退出研究。

2．2．研究设计

采用随机交叉设计，与CPET和WAT相比，评估受试者对SRAT的生理、通气和感知反应。受试者在3周内参加了3次试验，每次试验间隔至少48小时。初始基线评估包括筛查、cr评估iteria用于研究入院、肺功能测试和增量CPET。接下来的两次访问分别包括30秒的WAT和间隔1小时的SR测试。这两次访问中的第二次访问是为了确定这些测量的重测信度。访问之间的测试顺序是恒定的，但随机两个科目之间。

2．3.肺功能检查和CPET

静息肺功能测试（FEV）₁， fvc, rv, tlc, d_lCO）是根据既定标准执行的[13]（V6200C自动变速箱和229D气体分析仪，SensorMedics Corp.，Yorba Linda，California，USA）。CPET使用已建立的协议进行[5]工作速率增量为5–15 在机械制动循环测力计（800 S，SensorMedics）上，W/min。当受试者表示自愿疲劳，或每分钟转数低于60，且无法在鼓励下增加时，试验终止。峰值工作率（CPET_峰)，所有的生理、呼吸和知觉测量都被收集并用于分析。

２.４.30秒温盖特厌氧测试(WAT)

WAT是按照已建立的协议执行的[8］．受试者在自行车运动计(Monark 894 E, Ergomedic)上完成5分钟的自我节奏热身。受试者进行了两次练习试验，要求他们尽可能快地踩踏板，并将实际WAT所用的刹车重量的一半施加在飞轮上两秒钟。在第二次实践试验中重复了这个方案。休息两分钟后，进行WAT。指导患者在完全负重的情况下保持最大速度30秒(女性:35 g/kg [14]雄性:45克/公斤[15]). 在整个测试过程中，对患者给予持续的标准化鼓励。平均功率输出（WAT_avg)在30秒内（反映无氧能力），收集并使用所有生理、通气和感知测量数据进行分析。

2．5．陡坡厌氧试验(SRAT)

按照Meyer等人的描述进行SRAT[7].使用与CPET和WAT相同的设备进行测试，并监测相同的参数。经过2分钟的空载预热后，强度每10秒增加25瓦。当受试者表示他们无法继续或每分钟转数低于60时，试验终止 转速。在整个测试过程中，对患者给予持续的标准化鼓励。峰值工作速率（SRAT）_峰)，所有的生理、呼吸和知觉测量都被收集并用于分析。

2.6.生理、通气和感知测量

在所有三种运动测试中，生理测量(血压、心率(HR)和节律(3导联心电图)、氧饱和度(SpO)₂)（N-395，Nellcor））和知觉测量（呼吸困难和疲劳的感觉劳累（RPE）评分（0-10改良伯格量表）），分别在基线、运动期间和运动结束时获得。测量包括耗氧量()，产生二氧化碳()、潮气量()、分钟通风()，呼吸频率(RR)以逐次呼吸为基础记录，并以10秒为平均增量。吸气量(IC)动作[16分别在基线、运动中和运动结束时进行。通过这些操作，计算每个时间点的手术肺体积(呼气末肺体积(EELV)和吸气末肺体积(EILV))。EELV估计为TLC与IC的差值，EILV估计为EELV加值．以吸气储备容积(IRV;= TLC−EILV)，由/ IC比率。

2.7。统计分析

采用组内相关性(ICC)、变异系数(CV)和Bland-Altman图分析SRAT和WAT的重测信度。对比CPET的数据分析_峰, SRAT_峰，和W_avg，以及呼吸、生理和知觉测量，每三个测试包括重复测量方差分析(ANOVA)。Tukey在发现显著差异的地方进行了事后分析。皮尔森此外，还对三项测试中的每项测试的工作效率、通气、生理和感知测量值进行相关性分析，以确定测量值之间的显著关系。所有统计分析均采用显著性水平．

3.结果

主题特征见表1。WAT和SRAT均表现出高度的重测信度。SRAT和WAT的ICC分别为0.99和0.98，CV分别为3.8%和8.6%。Bland-Altman图显示SRAT的两个疗程之间存在较小程度的偏差和误差（4.5 W−15.3–24.4 W、 和WAT（12.0 W−49.5–73.5 W、 （见图）1(一)和1(b))。

测试间生理、通气和感知数据如表所示2. 此外，数字2显示了3次测试的平均工作速率。CPET之间存在显著差异_峰, SRAT_峰，及_avg（，,W,职责)。两者之间没有区别，RR，SpO₂、人力资源、，IC，IRV，EELV和/在3次测试中的每一次运动峰值时的IC测量。在运动高峰期()在CPET中高于窟。在SRAT中与其他两项试验无显著差异。CPET运动结束时的呼吸交换率(RER)高于SRAT和WAT;然而，SRAT与WAT之间的RER差异不显著。SRAT组的呼吸困难明显低于WAT组;然而，在腿疲劳方面，不同试验之间的RPE没有差异。

表格3.显示SRAT测试数据与每个CPET和WAT测试的相应数据的相关系数。SRAT_峰与CPET都有很强的相关性_峰和W_avg研究发现，SRAT的大多数通气和生理参数与CPET和WAT的通气和生理参数显著相关。生理运动性能变量与WAT的相关性更好，而通气参数与CPET的相关性更好。

4.讨论

本研究的主要目的是确定SRAT的重测信度。我们的数据显示了极好的复测一致性。除一人外，所有受试者在两次测试期间的SRAT得分均相同。对WAT的可靠性进行了类似的评估，以确定该试验作为COPD患者无氧能力的标准测量的适用性。虽然该测试的可靠性分析不是本研究的目的，但我们证明WAT也是一种可靠的测量方法。该计划的可靠性曾在健康人士中得到证实[17]和使用缩写WAT的COPD患者[8]。虽然SRAT的可靠性尚未报告，但增量较小的增量运动试验已证明具有极好的可靠性[18];因此，SRAT也这样做就不足为奇了。SRAT在以前的研究中被用于检验运动训练的效果[9- - - - - -11];因此，本研究的结果为在以前和未来的研究中使用SRAT作为结果测量提供了可信度。

本研究的第二个目的是比较SRAT与CPET和WAT的运动反应和表现变量。我们证明了SRAT的峰值功率输出高于有氧基础的CPET，但低于厌氧基础的WAT。尽管这些工作负荷存在差异，但在试验结束时的耗氧量、心率、通气和呼吸受限水平之间没有差异。这些发现补充了Miyahara等人的发现[19]who证明，在CPET期间，尽管心肺反应相似，但较高的斜坡增量比较低的斜坡增量产生更高的功率输出；然而，SRAT中使用的斜坡增量比以前使用的要高得多。正如CPET期间在COPD患者中观察到的，患者的能力受到限制运动期间增加通气的ts会限制运动表现，从而影响耗氧量和心率[20］．我们的研究支持这一论断，因为我们还发现峰值心率的平均值并不是运动结束时的最大值。在本研究中发现的代谢需求和呼吸限制的相似水平表明，进行三种测试中的任何一种的受试者主要受到无法增加通气的限制，而不是生理上最大耗氧量的限制。由于完成有关计划的时间较短((秒)21然而，与CPET相比，SRAT诱发了更大程度的腿部肌肉无氧动力。此外，SRAT峰值功率与WAT平均输出功率也有很强的相关性。这些因素综合表明，SRAT可能是一种实用的无氧能力测试，即使是在呼吸受限的情况下。

部分由于动态恶性膨胀，无法进一步增加潮气量，提示运动结束时呼吸受限[20]通过接近预测的最大通气量。随着动态恶性通货膨胀，EELV增加，IRV降低，因此在运动中所占的IC占很大比例[20].在本研究中，假设患者在CPET期间会受到通气因素的限制，部分原因是依赖有氧代谢和与有氧需求成比例的通气要求。因此，还假设患者会减少过度充气，减少通气限制（即，增加通气储备），并且在仅持续30-90秒的测试期间（即，SRAT）更多地受到周围肌肉性能的限制。尽管运动持续时间不同，但在3次试验结束时观察到的通气限制水平相似，表明这可能是所有试验的共同限制因素。这一共同限制可能有助于解释三次试验之间的高度相关性。

沃特_avg显著大于SRAT_峰，这可能部分与试验方案设计有关。WAT开始时出现的无氧代谢促进了高工作率，而无需立即驱动通气。患者在30秒内付出了最大的努力，但没有意识到由于需要酸性buf而引起的呼吸困难程度fering，通常在WAT接近结束时或停止后。虽然在我们的研究方案中没有客观测量，但在WAT立即恢复期间，测试后呼吸困难评分通常会增加到超过测试结束时的值。相比之下，SRAT，尽管输出功率非常高，但会逐渐增加到患者的呼吸困难指数耳鼻喉科限制最大值。患者在出现致残性呼吸困难之前能够更好地控制完成的工作量，并且在测试后观察到的WAT增加并未发生在SRAT中。因此，SRAT似乎是CPET低峰值工作率和高工作率之间的适当折衷，但需要纳克恢复，瓦特。SRAT上的功率输出，尽管统计上低于瓦特_avg，结合持续时间较短的SRAT，表明SRAT反映了无氧功率测试(WAT)的表现，同时允许患者适当和安全地管理其症状。

由于通风可能是三种试验之间共同的限制因素，将人群按疾病严重程度分类可能会在本研究中得到不同的结果。同样，根据性别分层可能也显示出一些差异。在样本量较大的研究中，可能会有这些选择。

这项研究表明，SRAT是高强度肌肉性能的高度可靠的测量方法。此外，它支持以下观点：在CPET的传统增量设计中，腿部力量通常被严重低估，并且由于以下原因，在达到最大肌肉反应之前，经常会终止运动：通气限制[6，7，22，23]。SRAT的性能导致峰值工作速率比CPET高238%。这与Meyer等人的研究结果相当[10和Puhan等[11]，其中SRAT_峰大约是CPET的两倍_峰在慢性心力衰竭和慢性阻塞性肺疾病患者中。虽然还需要进一步的研究，但在评估和确定足够高的运动训练强度以引起腿部肌肉力量和高强度表现的临床收获方面，SRAT可能比CPET更有用。

5.结论

SRAT是COPD患者的一项高度可靠、可行、高功率测试，可能有助于评估腿部肌力。由于慢性阻塞性肺病患者呼吸受限，CPET低估了腿部肌肉执行高水平工作的能力。尽管通气限制程度相似，SRAT显示出明显更高的工作效率，更好地反映了该人群的无氧表现。因此，SRAT可能更适合于规定高强度间歇运动，以增加COPD患者的潜在训练益处。

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