全腔肺吻合術后患兒運動耐量狀況及相關危險因素分析

蔡小滿 徐毅超 陳琳 徐卓明 張浩,3

目的：探查全腔肺吻合術（TCPC）后患兒運動耐量狀況及引起運動耐量下降的危險因素。

方法：對2021 年3 月至2023 年6 月在我院接受心肺運動試驗（CPET）的81 例TCPC 術后患兒進行回顧性研究。分析相關CPET 參數，并根據最大攝氧量（VO2max）占預計值百分比情況將患兒分為運動耐量較差組（VO2max 占預計值百分比＜60%，n=61）和運動耐量較好組（VO2max 占預計值百分比≥60%，n=20），分析影響心肺運動功能的危險因素。

結果：81 例患兒平均年齡（12.28±3.28）歲，VO2 max 占預計值百分比為（55.43±14.80）%。運動耐量較好組的最大單位體重攝氧量[（30.26±3.16）ml/kg vs.（20.55±4.26）ml/kg]、變時性指數[（0.63±0.15） vs.（0.46±0.18）]、隨功率增加的攝氧量[（11.89±2.43）ml/（min·W） vs. （9.88±2.25）ml/（min·W）]以及單位體重氧攝取效率斜率[（36.49±6.16）ml/（log L·kg）vs. （26.83±6.38）ml/（log L·kg）]較運動耐量較差組均更好（P 均＜0.01）。兩組的最大呼吸末二氧化碳、二氧化碳通氣當量斜率、運動振蕩通氣發生率等差異均無統計學意義（P 均＞0.05）。多因素Logistic 回歸分析表明，年齡、體重指數和變時性指數是運動耐量較差的危險因素；最大單位體重攝氧量和無氧閾時隨功率增加的攝氧量是發生運動振蕩通氣的危險因素。

結論：TCPC 術后患兒運動耐量普遍下降，表現為有氧運動能力受損，其危險因素為年齡、體重指數和變時性指數。最大單位體重攝氧量和無氧閾時隨功率增加的攝氧量為術后運動振蕩通氣危險因素。

迄今為止，全腔肺吻合術（total cavopulmonary connection，TCPC）是單心室類先天性心臟病（先心病）患兒所能接受的最佳生理矯正術式[1]，不僅減輕紫紺，而且減少單心室容量負荷。隨著治療策略的改進，TCPC 圍術期死亡率已顯著下降，患兒術后生活質量和預期壽命均明顯改善[2]。盡管TCPC 為患兒術后早期至青少年期創造了較為穩定的生理狀態，但TCPC 術后所謂的“房坦”循環與正常（雙心室）循環生理機能迥然不同。由于肺循環心室的缺失，肺動脈內缺乏搏動性血流。此外，“房坦”循環使全身靜脈壓力非生理性升高，易出現嚴重的遠期并發癥，同時限制了心室前負荷增加幅度，尤其在運動過程中。因此，相對于健康同齡人，TCPC 術后患兒運動耐量普遍受限[3]。此類患兒運動受限在中低強度運動中即有體現，在極量運動中更為明顯[4]。并且運動耐量持續受損是TCPC 術后心力衰竭和死亡的重要預測因子[5]。本研究就單中心TCPC 術后患兒的運動心肺功能進行了評估，并對不同運動耐量狀況患兒進行了比較并分析導致運動耐量顯著下降的危險因素，從而為探索制定符合國情的個性化有氧運動處方和規律運動訓練提供依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象

本研究于2021 年3 月至2023 年6 月回顧性納入6～18 歲因單心室生理先心病行TCPC 矯治術的81例患兒，術后均通過心肺運動試驗（CPET）進行心肺耐量評估。納入標準：年齡＞6 歲，身高＞120 cm；循環穩定，NYHA 心功能分級為Ⅰ～Ⅲ級，無嚴重殘留解剖問題，房室瓣反流均在中度以下。排除標準：有CPET 絕對禁忌證，如發熱、難治性哮喘、呼吸衰竭、急性心肌炎或心包炎、不穩定的心律失常引起的癥狀或血液動力學損害、不穩定性心力衰竭、急性肺栓塞或肺梗死、嚴重臟器功能損傷、起搏器植入、服用影響心率的藥物、運動功能障礙、存在精神行為障礙。根據運動耐量受損情況，將最大攝氧量占預計值百分比≥60%者納入運動耐量較好組（n=20），＜60%者納入運動耐量較差組（n=61）。本研究經上海市兒童醫學中心倫理研究委員會批準（批號：SCMCIRB-K2022116-2），并取得患兒及其法定監護人知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 數據采集

臨床信息收集：收集患兒人口學特征及手術時間、用藥情況、日常活動、超聲心動圖、CPET 參數等資料。

CPET 評估：采用Oxycon Mobile 運動心肺功能系統測試裝置（CareFusion 公司，德國），運動儀為兒童型功率踏車，采納適用于先心病患兒的CPET 連續斜坡遞增方案，以獲得8～12 min 均勻負荷遞增持續時間，包含4 個階段：（1）靜息階段：3 min；（2）熱身階段：3 min；（3）功率遞增階段：5～12 min；（4）恢復階段：3～5 min。在心臟專科醫師全程監督下完成評估，在連續12 導聯心電圖、經皮氧飽和度、無創血壓監測下，同步動態記錄運動代謝數據。以下4 項標準中達標3 項，CPET 即達到極量運動標準：（1）呼吸交換率（respiratory exchange ratio，RER）≥1.1；（2）最大心率＞85%最大預計心率；（3）盡管口頭鼓勵，但兒童運動耐量達極限；（4） 盡管運動負荷增加，但攝氧量達到平臺，即最大攝氧量。如在CPET 過程中，雖攝氧量未達平臺，但滿足以上3 項標準所獲取的峰值攝氧量，可等同為最大攝氧量。所有CPET 數據由同一醫生采用改良V 斜率法確定無氧閾。以上所有數據測量和收集均在本中心心臟康復中心的CPET 實驗室內完成。

1.3 統計學方法

采用SPSS 26.0 進行數據分析。計量資料進行正態分布檢驗，符合正態分布以表示，偏態分布或等級資料以及M（Q1，Q3）表示，計數資料以例（%）表示。計量資料組間比較，符合正態分布采用t檢驗，不符合正態分布或等級資料采用秩和檢驗，計數資料組間比較采用卡方檢驗。攝氧量的影響因素分析采用相關性分析、單因素及多因素線性回歸分析。最大攝氧量占預計值百分比≥60%及是否存在運動振蕩通氣的影響因素分析采用單因素及多因素Logistic 回歸分析。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 81 例患兒的臨床資料（表1）

表1 81 例患兒的臨床資料（±s）

表1 81 例患兒的臨床資料（±s）

注：TCPC：全腔肺吻合術；CPET：心肺運動試驗；TA：三尖瓣閉鎖；IVS：完整的室間隔；PA：肺動脈閉鎖；VSD：室間隔缺損；PS：肺動脈狹窄；D-TGA：完全性大動脈轉位；L-TGA：糾正性大動脈轉位；VSD（remote）：室間隔缺損（遠離大動脈）；DORV：右心室雙出口；CAVSD：完全型房室間隔缺損；SV：單心室；PH：肺動脈高壓。1 mmHg=0.133 kPa。

項目數值男性[例 (%)]48 (59.3)年齡 (歲)12.28±3.28身高 (cm)149.27±18.09體重 (kg)41.34±16.68體重指數 (kg/m2)17.76±3.74分期完成TCPC [例 (%)]70 (86.4)患兒病種構成[例 (%)]TA/IVS/PA1 (1.2)TA/VSD/PA 或TA/VSD/PS9 (11.1)TA/VSD/PH3 (3.7)D-TGA/VSD/PS8 (9.9)L-TGA/VSD/PS5 (6.2)DORV/VSD (remote)/PS15 (18.5)DORV/CAVSD/PS1 (1.2)PA/IVS6 (7.4)PA/VSD6 (7.4)SV/VSD/PH7 (8.6)SV/VSD/PS 或SV/VSD/PA20 (24.7)CPET 評估時年齡 (歲)12.28±3.28 TCPC 術后距CPET 評估時間 (年)8.21±3.49 CPET 評估時NYHA 心功能分級[例 (%)]Ⅰ級57 (70.4)Ⅱ級12 (14.8)Ⅲ級12 (14.8)CPET 參數最大呼吸交換率1.12±0.15最大單位體重攝氧量 [ml/ (kg·min)]22.94±5.81無氧閾時的攝氧量 [ml/ (kg·min)]17.40±4.98最大攝氧量占預計值百分比 (%)55.43±14.80無氧閾時的攝氧量占預計值百分比 (%)42.11±12.38最大氧脈搏 (ml/beat)6.30±2.33最大氧脈搏占預計值百分比 (%)72.31±19.84隨功率增加的最大攝氧量[ml/ (min·W)]10.38±2.44無氧閾時隨功率增加的攝氧量[ml/ (min·W)]10.19±3.28最大心率 (次/min)145.95±24.22最大心率儲備 (%)26.73±12.08變時性指數0.50±0.18單位體重氧攝取效率斜率[ml/ (log L·kg)]29.21±7.56最大呼氣末二氧化碳分壓 (mmHg)28.00±7.09二氧化碳通氣當量斜率36.51±12.85呼吸儲備 (%)43.55±14.32 1 s 用力呼氣量占預計值百分比 (%)86.71±13.65運動振蕩通氣 [例(%)]45 (55.6)

81 例患兒，48 例（59.3%）為男性，70 例（86.4%）分期完成TCPC，行TCPC 術矯治中排名前三的單心室病種為單心室合并肺動脈狹窄/閉鎖（24.7%，20/81），右心室雙出口合并遠離大動脈室間隔缺損（18.5%，15/81）和三尖瓣閉鎖合并肺動脈狹窄/閉鎖（11.1%，9/81）。

TCPC 術后距CPET 評估時間為（8.21±3.49）年。81 例患兒均以最大努力全程完成CPET，評估過程循環穩定，平均最大呼吸交換率為1.12±0.15，完成測試努力程度較好，CPET 結果有意義。接受CPET評估時，患兒年齡6.40～18.51 歲，平均（12.28±3.28）歲；身高119～192 cm，平均（149.27±18.09）cm；體重20～96 kg，平均（41.34±16.68）kg；體重指數12.43～33.22 kg/m2， 平均（17.76±3.74）kg/m2。81例患兒中僅28 例（34.6%）正常參與體育課。在接受CPET 評估時NYHA 心功能分級為Ⅰ級的57 例患兒中，34 例（59.6%）患兒的監護人選擇了體育課免修或不參與跑跳類運動。

2.2 TCPC 術后運動耐量較好組與運動耐量較差組患兒臨床資料的比較（表2）

表2 TCPC 術后運動耐量較好組與運動耐量較差組患兒臨床資料的比較（±s）

表2 TCPC 術后運動耐量較好組與運動耐量較差組患兒臨床資料的比較（±s）

注：TCPC：全腔肺吻合術；CPET：心肺運動試驗。1 mmHg=0.133 kPa。

項目運動耐量較好組 (n=20)運動耐量較差組 (n=61)P 值性別[例 (%)]0.655男性11 (55.0)37 (60.7)女性9 (45.0)24 (39.3)年齡 (歲)9.82±1.6813.09±3.28＜0.001身高 (cm)135.45±12.78158.80±17.33＜0.001體重 (kg)27.98±6.7845.72±16.66＜0.001體重指數 (kg/m2)15.01±1.1918.67±3.85＜0.001 TCPC 術后距CPET 評估時間 (年)6.22±2.258.94±3.59＜0.001 NYHA 心功能分級[例 (%)]＜0.001Ⅰ級16 (80.0)32 (52.5)Ⅱ級4 (20.0)15 (24.6)Ⅲa 級0 (0)7 (11.5)Ⅲb 級0 (0)7 (11.5)日常活動[例 (%)]＜0.001上體育課，無任何不適12 (60.0)10 (16.4)上體育課，運動后輕度疲勞4 (20.0)2 (3.3)不參與跑跳類運動4 (20.0)17 (27.9)休學或體育課免修0 (0)32 (52.5)運動耐量最大單位體重攝氧量 (ml/kg)30.26±3.1620.55±4.26＜0.001最大攝氧量占預計值百分比 (%)75.59±6.6448.71±9.76＜0.001無氧閾時的攝氧量 (ml/kg)22.99±3.5115.61±3.95＜0.001無氧閾時的攝氧量占預計值百分比 (%)57.46±8.4137.09±8.82＜0.001最大呼吸交換率1.09±0.181.13±0.140.360最大代謝當量8.64±0.905.87±1.22＜0.001心血管功能最大心率 (次/min)164.30±15.72139.93±23.550.000最大心率儲備 (%)18.30±7.9329.49±11.970.000變時性指數0.63±0.150.46±0.180.000隨功率增加的最大攝氧量[ml/ (min·W)]11.89±2.439.88±2.250.001最大氧脈搏 (ml/beat)6.68±2.465.16±1.350.011最大氧脈搏占預計值百分比 (%)86.13±25.1567.86±15.610.011單位體重氧攝取效率斜率 [ml/ (log L·kg)]36.49±6.1626.83±6.380.000通氣功能最大呼吸末二氧化碳分壓 (mmHg)25.59±8.7928.79±6.330.096二氧化碳通氣當量斜率37.36±10.5736.23±13.580.734呼吸儲備 (%)38.28±12.7745.27±14.490.072 1 s 用力呼氣量占預計值百分比 (%)95.38±17.6883.87±19.230.021運動振蕩通氣[例 (%)]12 (60.0)33 (54.1)0.487

與TCPC 術后運動耐量較好組患兒相比，運動耐量較差組患兒年齡更大，身高更高，體重指數更大，TCPC 術后時間更長（P均＜0.01）。兩組最大呼吸交換率差異無統計學意義（P=0.360），即兩組完成CPET 努力程度較好，CPET 結果均有意義。

運動耐量較好組患兒最大單位體重攝氧量[（30.26±3.16） ml/kg vs.（20.55±4.26）ml/kg]、無氧閾時的攝氧量占預計值百分比[（57.46±8.41）%vs.（37.09±8.82）%]、最大心率[（164.30±15.72）次/min vs.（139.93±23.55）次/min]、最大心率儲備[（18.30±7.93）% vs.（29.49±11.97）%]、變時性指數（0.63±0.15 vs. 0.46±0.18）、隨功率增加的最大攝氧量[（11.89±2.43）ml/（min·W）vs.（9.88±2.25）ml/（min·W）]、最大氧脈搏[（6.68±2.46）ml/beat vs. （5.16±1.35）ml/beat]、最大氧脈搏占預計值百分比[（86.13±25.15）% vs.（67.86±15.61）%]、單位體重氧攝取效率斜率[（36.49±6.16 ）ml/（log L·kg）vs.（ 26.83±6.38）ml/（log L·kg）]、1 s 用力呼氣量占預計值百分比[（95.38±17.68）% vs.（83.87±19.23）%]較運動耐量較差組均更優（P均＜0.05）；而兩組最大呼吸末二氧化碳分壓、二氧化碳通氣當量斜率、呼吸儲備及運動振蕩通氣差異均無統計學意義（P均＞0.05）。

2.3 相關性分析與單因素及多因素回歸分析

相關性分析結果顯示，隨著TCPC 術后患兒年齡增大，最大攝氧量占預計值百分比有逐步下降的趨勢（圖1），在青春期后尤為顯著。

圖1 TCPC 術后患兒隨年齡增長的最大攝氧量占預計值百分比(n=81)

將患兒的最大單位體重攝氧量作為因變量，將年齡、體重指數、術后距CPET 評估時間作為自變量，以前進方式進行多因素線性回歸分析，結果顯示，年齡、體重指數與最大單位體重攝氧量之間有回歸關系（R2=0.258，U=1.804，F=12.344，P＜0.01），最大單位體重攝氧量與年齡（B=-0.416，P＜0.01）和體重指數（B=-0.478，P＜0.01）均呈負相關。

在對TCPC 術后運動耐量下降風險因素進行的Logistic 回歸分析中，單因素分析結果顯示，年齡、體重指數、變時性指數和1 s 用力呼氣量占預計值百分比是運動耐量較差的危險因素；多因素分析結果表明，年齡、體重指數和變時性指數是運動耐量較差的危險因素（表3）。

表3 TCPC 術后患兒運動耐量下降風險因素的Logistic 回歸分析(n=81)

在對TCPC 術后發生運動振蕩通氣進行的Logistic 回歸分析中，單因素分析結果顯示，年齡、無氧閾時隨功率增加的攝氧量是發生運動振蕩通氣危險因素；多因素分析結果顯示，最大單位體重攝氧量和無氧閾時隨功率增加的攝氧量是發生運動振蕩通氣的危險因素（表4）。

表4 TCPC 術后患兒發生運動振蕩通氣的Logistic 回歸分析(n=81)

3 討論

本中心是國內較早規范化開展兒童心臟康復的單位之一[6]，遵循心臟病全程管理，踐行提高兒童先心病療效的核心理念[7-9]。本研究是目前國內關于單心室矯治術（TCPC 術）后患兒接受CPET 基線評估的最大組報道，發現TCPC 術后患兒均存在不同程度的運動耐量受損，而較大的年齡、較高的體重指數和較低的變時性指數是影響運動耐量較差的危險因素。

本研究提示，盡管TCPC 術后患兒在日常生活中無明顯癥狀，但普遍存在運動耐量下降，運動耐量呈中重度受損，主要體現為有氧運動能力的受損。造成TCPC 術后有氧運動能力受損的主要原因為：（1）心率變時功能障礙；（2）心臟每搏攝氧能力降低；（3）組織攝氧效率下降；（4）有氧做功效率低下。此外，運動通氣效率下降體現了肺內通氣-灌注的不匹配，更加印證了TCPC 術后患兒進入肺循環的非搏動性血流減少是造成這一現象的主要原因。以上情況在運動耐量較低TCPC 術后患兒中更為嚴重，且隨著術后時間的延長和年齡的增長，運動心肺功能在青春期后期往往會下降，運動振蕩通氣現象的高發也證明了以上這些原因是造成TCPC 術后患兒轉歸慢性心力衰竭和預后不良的危險因素。

本研究通過最大攝氧量來衡量峰值運動耐量，體現了心血管系統向運動骨骼肌輸送氧氣和肌肉從血液中攝氧的最大能力，將不理想的運動耐量以最大單位體重攝氧量下降來客觀衡量運動受限情況[10]。已有大量研究表明，TCPC 術后患兒普遍存在運動障礙，最大攝氧量占預計值百分比為60%～65%[11-12]。而正常人群最大攝氧量占預計值百分比60%～85%即為運動耐量輕度受損，40%～60%被視作運動耐量中度受損。因此本研究中以最大攝氧量占預計值百分比60%為界限對患兒進行分組。

TCPC 術后的運動耐量受限主要體現在有氧運動能力的受損上。對比兩組發現，運動耐量較好組患兒的最大單位體重攝氧量和無氧閾時的攝氧量占預計值百分比顯著優于運動耐量較差組。正常人群無氧閾時的攝氧量占預計值百分比＞40%，鑒于此，運動耐量較好組患兒有氧運動能力正常，而運動耐量較差組則低于正常。國外已有多項研究表明較低的無氧閾時的攝氧量占預計值百分比與死亡或心臟移植顯著相關，是住院的預測因素[10]。

運動耐量較好組患兒有更好的心臟每搏輸出至外周肌肉組織的攝氧能力（每搏攝氧量能力）。該組的最大氧脈搏和最大氧脈搏占預計值百分比顯著優于運動耐量較差組。正常人群最大氧脈搏占預計值百分比＞80%[13]，國外研究報道TCPC 患兒的最大氧脈搏占預計值百分比為82%[14]。運動耐量較差組患兒心輸出量無法隨運動強度增加而上升，以至肌肉組織無法得到運動所需攝氧量。

兩組患兒均存在心臟變時功能障礙，但運動耐量較差組更為嚴重。變時性指數＜0.8 或最大心率儲備＞20%表明心率反應遲鈍，提示存在心臟變時功能障礙，變時性指數被認為是與死亡或心臟移植顯著相關的獨立單一預后標志物[15]。由于心率上升能力低下，心輸出量無法隨運動強度增加而上升，以至運動肌肉組織無法得到運動所需的攝氧量。這同樣是導致TCPC 術后患兒運動耐量受損的原因之一。

運動耐量較好組的有氧做功效率和組織攝氧效率更優，患兒隨功率增加的最大攝氧量和單位體重氧攝取效率斜率顯著優于運動耐量較差組。且運動耐量較差組患兒隨功率增加的最大攝氧量低于正常[10～11 ml/（min·W）]，國外研究顯示先心病患兒單位體重氧攝取效率斜率明顯低于正常兒童[16]，與本研究結果相符。

TCPC 術后均存在運動通氣功能障礙，表現為運動時清除二氧化碳效率降低。本研究中兩組患兒均有較高的二氧化碳通氣當量斜率和低最大呼吸末二氧化碳分壓，提示存在肺內通氣-灌注不匹配。國外研究表明TCPC 術后患兒最大呼吸末二氧化碳分壓＞31.5 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）[17]，低于正常范圍（36～42 mmHg），與本研究結果相符。而TCPC 術后運動通氣功能障礙與死亡、住院、慢性心力衰竭、血栓形成和蛋白質損失性腸病的綜合風險增加顯著相關[15]。

TCPC 術后患兒存在慢性心力衰竭和預后不良。本研究中運動振蕩通氣總體發生率為55.6%，兩組無差異。運動振蕩通氣指運動期間分鐘通氣中的定期振蕩，其存在與獲得性心力衰竭的嚴重程度和預后不良密切相關，它的出現比最大攝氧量和二氧化碳通氣當量斜率更能預測心力衰竭患者的不良預后[18]，且能獨立預測死亡或心臟移植。單心室矯正術后運動振蕩通氣發生率明顯高于雙心室矯正術[6]，多項研究報道TCPC 術后運動振蕩通氣較為常見（37.5%），同樣也大量存在于慢性心力衰竭患者中[19]。

TCPC 術后患兒年齡每增加1 歲，運動耐量下降風險增加76.5%；體重指數每增加1 kg/m2，風險增加99.9%；變時性指數每降低1，風險增加86.9%。此外，患兒年齡每增加1 歲，發生運動振蕩通氣風險增加79.1%；最大單位體重攝氧量每降低1 ml/kg，風險增加83.9%，無氧閾時隨功率增加的攝氧量每增加1 ml/（min·W），風險增加56.3%，與國外研究結果相符[20]。

雖然兩組患兒最大單位體重攝氧量分別為（30.26±3.16）ml/kg 和（20.55±4.26）ml/kg，均屬韋伯運動心臟功能A 級，但僅有28 例正常參與體育課，近65%不上體育課或從不參與跑跳類活動，即便NYHA 心功能分級為Ⅰ級，患兒中仍有70.2%（40/57）的監護人依然不讓孩子參加體育活動。可見過度保護是造成患兒運動耐量低下的潛在社會因素。運動耐量較好組患兒參與體育活動人數明顯高于運動耐量較差組，并顯示出更好的運動心肺功能和更低的體重指數。TCPC 術后患兒較低的身體活動水平和較低的峰值運動能力歸因于心、肺、肌肉和心理社會限制的綜合因素[21]。

運動訓練可改善經肺血流，提高身體運動水平和耐量，并在多種先心病患者中顯示出較好的效果[22]。研究證明，患兒TCPC 術后進行有氧運動處方可改善運動耐量，且無不良反應，在單心室患兒中，體育活動和下肢力量與最大攝氧量息息相關，且適當的外周肌肉量可以提高心肺功能，這可能對維持身體功能和延緩慢性心力衰竭的發生具有重要意義[23]。

本研究存在一定局限性：TCPC 術后患兒參與CPET 評估的病例有限，雖然本中心已對一部分患兒開具有氧運動處方，但仍需積累例數和隨訪時間來驗證運動干預的療效。未來在心臟康復計劃推進中摸索適合兒童身心特點的運動處方，讓TCPC 術后患兒獲得更好的心肺運動功能和身體素質，接近或達到健康兒童的運動耐量。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突