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术前活动耐量评估的研究进展
黄鸿卿 许珍真 张鸿
北京大学第一医院麻醉科
通信作者：张鸿
Email: zhanghong40@hotmail.com
【摘要】全球每年手术量呈现递增的趋势，而在人口老龄化的背景下，许多手术患者具有合并症多、基础条件差、心肺功能较差的特点，增加了术后发生并发症甚至死亡的风险。因此，术前识别高危患者、优化围术期管理至关重要。术前活动耐量评估作为患者术前评估的关键组成部分，不仅能够评估心肺功能，从而全面考量患者是否能够耐受手术麻醉的应激，而且作为术后并发症的预测因子，能够指导麻醉科医师优化围术期管理，保障患者围术期安全，减少术后并发症的发生。术前活动耐量评估的方法主要包括主观和客观两大类。 本文对目前术前活动耐量评估的研究进展进行综述，旨在为麻醉科医师提供参考 。
【关键词】术前评估；活动耐量；围术期管理；术后并发症
当前，全球范围内手术量呈现增长的趋势[1]。在人口老龄化的影响下，多数老年手术患者合并症多、基础条件差、心肺功能较差，因而围术期发生并发症的风险也增高。国际临床实践指南 [2] 强调术前心肺功能或活动耐量评估的必要性，并将其作为预测患者术后主要并发症和死亡风险的重要依据。术前活动耐量评估在麻醉科医师术前访视中扮演着关键的角色，麻醉科医师通过了解患者平时能够耐受的活动程度，判断患者心肺功能，进而评估其是否能够耐受手术麻醉刺激，以降低围术期心血管并发症风险。活动耐量被定义为个体能够执行的最大（或接近最大）体力活动，通常用代谢当量（metabolic equivalent of task， MET）表示，若活动耐量低于4 METs，则被认为活动耐量较差 [3] 。较差的活动耐量提示患者心肺功能水平低，而低水平的心肺功能与心血管疾病的高风险、全因死亡率和归因于各种癌症的死亡率有关 [4-6 ] 。目前，术前活动耐量评估的方法主要包括主观和客观两大类。主观评估方法主要依赖于麻醉科医师的判断和临床经验 [3-5] ，简单易行，但在用于预测术后死亡或并发症时的准确性较差 [3，6] 。客观评估方法主要依靠客观检测，结果相对准确，但是临床实施难度大，资源消耗多。本文将从主观和客观两大类评估方法阐述术前活动耐量的研究进展，为麻醉科医师的临床实践提供参考。
主观活动耐量评估方法
杜克活动状态指数杜克活动状态指数（Duke activity status index， DASI）是由12个条目组成的评分问卷，各个条目评估了进行日常体力活动和不同强度运动，患者根据自身情况判断是否能够完成条目活动内容，每项条目根据其运动耗能所占权重而拥有不同分值，得分越高表明活动耐量越高 [7] 。
尽管DASI问卷已被证实是心脏、慢性呼吸系统和肾脏疾病患者的可靠功能评估工具 [8–10] ，但支持其在外科手术患者中应用的证据有限。根据一项多中心前瞻性队列研究的巢式队列研究 [11] ，DASI问卷的术前评分对住院非心脏手术后30 d死亡、心肌损伤或心肌梗死、住院期间中重度并发症和术后1年内新发器官功能受损或死亡具有预测作用。DASI与术后30 d死亡或心肌梗死风险增加相关（OR=1.05，95%CI 1.00～1.09）。DASI问卷评分低于34分的患者，即使在排除临床危险因素后，不良心血管事件甚至死亡等并发症的风险仍会增加。这些结果有助于提示麻醉科医师寻求实用、客观的评估方法，以便更好地将心肺功能的评估纳入术前风险评估中。虽然该研究是样本量较大的多中心前瞻性队列研究，但由于该研究需要进行高强度的术前运动测试，它可能倾向于排除术后发生心肺严重并发症乃至死亡的高风险患者，从而导致出现选择性偏倚。而在Bernhard的国际多中心的术前活动耐量研究[12]的二次横断面分析中，评估了1455名参与者的心肺运动测试数据和简易DASI数据，采用多因素回归分析校正DASI模型，确定无氧阈（anaerobic threshold， AT）>11 ml·kg - 1 ·min -1 和峰值氧耗量（VO2peak）>15 ml·kg -1 ·min -1 为术后并发症风险降低的界值。但是，与所有调查或问卷一样，DASI问卷中的所有条目由于具有主观性，仍然可能被曲解。因此，需要进一步的研究来外部验证DASI问卷的准确性。
通过将DASI问卷评分转换为估计的代谢当量来解释其临床相关性的研究尚不足，麻醉科医师只能根据DASI问卷评分本身来关注对预后有重要意义的阈值。尽管如此，患者出院后，当需要进一步随访心肺功能进而与术前状态对比时，再次入院评估难度较大，采用电话或电子问卷等方式进行DASI问卷评分无疑是一个很好的选择。
日常生活能力日常生活能力（activities of daily living， ADLs）评估可以提供个体功能状态的基本和客观信息，已经使用了半个多世纪 [13] 。麻醉科医师基于患者是否能独立完成洗澡、穿衣、如厕、行动、控尿和进食等方面，进行ADLs与MET的换算，进而评估患者活动耐量 [14] 。与DASI量表研究不同的是，ADLs主要应用于老年患者，多见于研究老龄化的老年医学文献中 [15-16] ，近年来，ADLs评估已应用于肿瘤外科，多次被证明是预测并发症、住院时间的可靠指标 [17] 。
一项非心脏手术研究 [18] 纳入了4 879例患者，结果显示ADLs评估与心肌损伤、术后心肌梗死、术后1年死亡率相关。在校正其他预测因素后，ADLs仍是心肌损伤（OR=1.3，95%CI 1.0～1.7，P=0.023） 、术后心肌梗死（OR=2.0，95%CI 1.3～3.0，P=0.002）和术后1年死亡率（OR=1.4，95%CI 1.1～1.8，P=0.003）的显著预测因子。但是，ADLs评估较差的心肺功能（<4 METs或活动耐量未知）预测心肌损伤的准确性不高（AUC=0.55）。因此，主观评估的ADLs不能达到4 METs时，对术后心脏并发症的预测价值较差。
上述主观评估方法中，DASI是唯一结构化、经过验证的术前活动耐量主观评估方法 [3] 。询问ADLs对术后并发症的预测价值较差，宜少用该类问卷进行术前评估。麻醉科医师应该多使用DASI，它提供了一个结构化、有效的评估心肺功能的方法。目前公认的阈值为DASI评分34分，这可能有助于识别术后并发症风险增加的个体，这些个体需要进一步行运动试验。
客观活动耐量评估方法
心肺运动试验心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing， CPET）是一种无创、耐受性良好、可定量反映心肺功能的评估方法，也是评估心肺功能的金标准 [19] 。CPET可为有氧运动训练的安全性和最佳强度提供信息及依据。可通过运动期间连续动态测定并分析受试者在静息状态下、运动时及恢复期通气量、摄氧量、二氧化碳排出量、AT等核心指标，与心率、血压、运动功率、心电图及症状相结合，对运动耐力和运动反应进行综合评估及报告 [20] 。
CPET作为一系列非心脏手术的术前危险分层工具，其使用率正在增加。与修正的心脏危险指数（revised cardiac risk index， RCRI）等现有的风险分层工具相比，CPET能够准确、可靠地识别围术期不良事件风险增加的患者。研究 [21] 表明，CPET测定的低活动耐量和非心脏手术后较差的预后之间存在关联。英国国民健康服务体系（national health service， NHS）正在使用CPET来协助临床风险评估，并更好地指导围术期管理 [22] 。通过CPET获得的信息可用于治疗方式的选择（根治性手术，姑息性手术，或非手术治疗）和围术期管理策略的选择（例如术中液体治疗）。大量的研究 [23-25] 已经证实CPET在心胸外科能够有效预测术后并发症发生率，也有研究 [19] 证实其在非心胸外科对围术期不良事件的预测价值。
CPET中的3个关键参数VO 2 peak、AT以及VE/VCO 2 已被证实具有较高的临床价值 [20，26] 。VO 2 peak是指个体运动达到症状限制或疲劳时的摄氧量峰值。当运动负荷增加，摄氧量不再增加而形成平台时，称为最大摄氧量（VO 2 max），代表人体摄氧能力的极限水平，单位为ml·kg -1 ·min -1 。实际工作中大部分患者不能达到VO 2 max，更多采用VO 2 peak。AT指运动负荷增加到一定程度后，有氧代谢产生的能量不足以满足需求，需要无氧代谢参与时所对应的摄氧量。目前普遍认为VO 2 peak<15 ml·kg-1·min -1 和AT<11 ml·kg -1 ·min -1 是预测围术期并发症和死亡风险显著增高的阈值 [26] 。无氧阈时通气效率用CO 2 通气当量，即分钟通气量与CO 2 产生量的比值（VE/VCO 2 ）来描述，该比值是指单位时间内呼出1 L CO 2 所需的通气量。因此，无氧阈时通气效率是运动过程中气体交换效率的衡量指标。在呼吸困难的评估中，通常测量无氧阈时的VE/VCO 2 ，因为这确定了通气驱动相对于工作负荷增加的幅度。一般而言，无氧阈时的VE/VCO 2 >34时提示通气效率较低，预测术后并发症或死亡发生风险高 [27] 。
一项Meta分析 [19] 表明CPET在普外科中术后结局的预测价值，分析结果表明AT是行肝脏、胰腺等腹部手术患者术后并发症的较强预测因子，而VO 2 peak在腹部血管修补手术中预测价值较高。术前CPET指标，特别是VO 2 peak，与癌症患者术后结局显著相关 [28] 。
在美国，CPET用于评估围术期不良事件的风险以及指导手术患者的围术期管理在过去10年中有所增加 [20] 。CPET提供了术前运动能力的客观评估，并确定了运动受限的原因。然而，由于该项试验存在增加患者住院费用，以及对设备、人员要求较高难以在基层医院开展等问题，只有10%～30%的患者接受了这种评估 [29] 。
六分钟步行试验六分钟步行试验（6-minute walk test， 6MWT）是一种实用的简单测试，在无法进行CPET的情况下，术前6 min内行走的距离可以提供预后信息 [30] 。6MWT评估运动过程中涉及的所有系统的整体和综合反应，包括肺和心血管系统、体循环、外周循环、血液、神经肌肉单元和肌肉代谢 [31] 。测量指标包括六分钟步行距离（6-minute walking distance， 6MWD）、血氧饱和度、心率、改良Borg呼吸困难评分和腿部疲劳程度。
6MWD可作为临床上评估心肺功能的推荐指标 [32] 。术前6MWD是术后并发症重要的预测因子，当小于截断值，患者的术后30 d再住院率、死亡率和并发症发生概率会显著增加 [33] 。健康人群的6MWD中位数在500～600 m。一项纳入行大型腹部手术的患者的前瞻性研究[34]发现，术后主要并发症与术前低6MWD、低BMI和术中大量失血之间存在显著相关性；6MWD＜400 m的患者Clavien-Dindo分级明显高于6MWD≥400 m的患者。而另外一项纳入非小细胞肺癌术后患者的研究 [33] 表明，发生心肺并发症患者的术前6MWD显著低于未发生心肺并发症的患者，6MWD≤350 m是预测心肺并发症的阈值，其敏感性为77%，特异性为100%，对心肺并发症的预测价值与第一秒用力呼气容积百分比（forced expiratory volume in one second， FEV 1 ）相似。
6MWD预测术后并发症具有一定的局限性，接受不同手术的患者利用步行距离进行危险分层预测术后并发症时，尚未有统一的标准。除此之外，相较于金标准CPET中涉及气体交换和循环储备等关键指标，目前的研究大多聚焦于6MWT中6MWD这一单一指标，未来的研究可着眼于6MWT全过程生命体征变化数据的采集，如一分钟心率恢复（最大运动心率和患者运动休息1 min后心率的差值）、步行做功功率变化和心电图变化等。
增速折返步行试验增速折返步行试验（incremental shuttle walk test， ISWT）由Singh和同事于1992年开发，目的是评估成年慢性阻塞性肺疾病患者的心肺功能 [35] 。ISWT要求受试者在相隔10 m的两个圆锥体之间来回行走，根据音频信号速度每分钟增加0.17 m/s。当受试者未能在信号发出前到达下一个锥体时，测试终止 [36] 。测量指标包括增速折返步行距离（incremental shuttle walk distance， ISWD）、心率、血氧饱和度、无创收缩压和舒张压、改良Borg呼吸困难量表。ISWD的正常值随年龄的增大而降低，但在健康人群中通常为560～820 m [26] 。ISWT易于实施，价格低廉，已被发现是慢性呼吸系统疾病患者死亡率和发病率的预测因子，并可用作评估干预效果的一种结局指标 [37] 。
预测术后并发症的ISWD阈值根据所进行的手术类型而不同。对于接受食管切除术的患者，ISWD＜350 m与较差的预后相关 [38] 。评估肺癌切除术和结直肠手术的研究 [39-40] 均表明，ISWD＜250 m可预测主要并发症和死亡率增加的风险。关于肺切除患者的研究[40-41]表明，ISWD≥400 m预测1年生存率的敏感性尚可（77%），特异性较差（54%），ISWD＜250 m的患者术后并发症发生率（62.6%）高于ISWD＞400 m的患者（32.4%）。然而，以上针对不同手术患者的研究人群是一个异质性队列，理想情况下，在所有手术中结果可以泛化，但要产生一个真正同质的人群比较困难。
登楼试验登楼试验（stair-climbing test， SCT）具有安全、快速、廉价等特点 [42] 。患者术前在麻醉科医师陪同下进行该项试验，以自己选择的步速、最大步数攀爬楼梯，当出现力竭、限制性呼吸困难、腿部疲劳或胸痛停止。在登楼过程中，麻醉科医师鼓励患者继续试验，评估患者呼吸困难及其他症状的发生情况，对于每位患者，记录爬梯台阶数（或高度）及完成试验所需时间。
在登楼过程中，机体需氧量加大，循环和呼吸系统的负荷增加，期间的生理变化与肺部术后生理变化类似，即类似于肺部术后发生心肺并发症时的病理生理改变——缺氧导致器官功能衰竭甚至死亡。因而，大部分的研究聚焦于SCT与胸科术后患者并发症发生的关系。Xiao等 [43] 研究表明，患者最大登楼高度可以作为预测术后并发症风险的一项观察指标，强调了SCT登楼高度与术后并发症之间的关系。SCT期间的氧饱和度、心率变化、登楼时间、登楼高度是主要的观察指标。在一项系统回顾和Meta分析 [29] 的主要观察指标中，强调了在SCT中登楼高度与术后并发症之间的关系，登楼高度为10 m的阈值可以预测术后并发症发生风险。然而，术后并发症在这些研究中被定义为导致发病或死亡的心肺功能损伤，在各项研究中记录并不详细，均未采用Clavien-Dindo分级对并发症进行分级。因而无法明确与SCT相关性最高的具体并发症。Helminen等 [44] 研究纳入了2013年1月至2020年6月在当地因原发性肺癌而手术的所有患者，并采用Clavien-Dindo分级对并发症进行详细分级。根据术前登楼的结果，登楼高度＞12 m的患者可以安全地进行手术，而＜10 m的患者术后并发症和死亡率增加。在调整混杂因素后，SCT是非癌症相关死亡和总死亡率的显著预测因子。尽管许多数据是前瞻性收集的，但有限的研究人群和回顾性设计造成的偏倚是该研究的不足之处。
总体而言，以上4种客观评估方法（运动试验）模拟了手术应激下心肺系统的耐受情况，较主观评估方法更准确地预估活动耐量和预测术后并发症。术前6MWD＞500 m或登楼高度＞12 m的手术患者活动耐量较好，术后并发症发生概率较低，但准确识别拟行各类手术的高危个体的6MWD和登楼高度阈值尚待建立。基于目前的证据，不能推荐ISWT用于术前评估活动耐量和识别术后并发症风险增加的个体。因此，CPET仍然是客观评估心肺功能的标准方法。
活动耐量智能化评估
在医疗产业中，有越来越多可穿戴设备成为监测患者生理状态的最佳工具。随着人工智能技术的快速发展，这些可穿戴设备也变得更为精准、智能，能够提早预判患者的身体状况变化，以便提供早期预警、及早救护或治疗，挽救更多患者的宝贵生命和节约医疗成本。
根据最新的一项Meta分析 [45] ，可穿戴设备因为其多项优点已被广泛应用于多项研究，已经被证明可以提供准确和可泛化的测量，对众多生理变量的连续监测具有较高的效能。Rubin等 [46] 通过智能手机结合了6MWT和DASI进行了活动耐量的评估，DASI由患者通过手机自主完成，同时测量了在术前患者群体中6MWT期间的步行步数，证明人工智能评估活动耐量具有可行性。Angelucci等 [47] 通过智能手表门诊完成6MWT，术前7 d佩戴智能手表，从手表导出数据进行分析，发现与6MWT相关最好的是非活动测试心肺功能指数（non-exercise testing cardiorespiratory fitness， NET-F）。通过便携式可穿戴设备采集传统运动试验全程生命体征及运动负荷数据，判断其是否可以替代金标准，可能是未来进一步研究的方向 。
小 结
在临床活动耐量评估过程中，可以通过DASI问卷筛选出评分＜34分的高危患者，进一步实行如6MWT或SCT等简易运动试验，若患者6MWD＜500 m或登楼高度＜12 m，则通过CPET全面评估患者手术风险及预后，完成临床决策。基于医用可穿戴设备的数字疗法展现出巨大的应用前景。未来将医用可穿戴设备与传统运动试验结合，采集运动过程中患者各项生命体征数据后，利用人工智能算法精准评估患者活动耐量，并将其应用于麻醉术前评估门诊，预测围术期并发症的发生率，合理分配医疗资源，并可针对性进行术前预康复改善活动耐量，从而可能改善患者围术期结局。
参考文献略
DOI:10.12089/jca.2025.02.014
