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Martin Lin, Taiwan, currently in UK

MD, MSc in Sports Medicine Exercise &Health, CSCS

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常見運動心肺測試 Protocol


Figure from Internet


運動心肺測試 Cardiopulmonary Exercise Test CPET 是在競技運動和疾病族群中常使用測試。競技運動的情境下會透過 CPET 協助訓練計畫的制定並且了解選手現階段的心肺能力。在疾病族群身上,CPET 可以協助進行鑑別診斷風險評估以及開立適當的運動處方。選擇一個合適的測試模式以及 Protocol 是執行 CPET 的第一步。本文以 ACSM 11th Guidelines of Exercise Testing and Prescription 為主軸介紹常見的測試模式以及 Protocol。其中會以跑步機與腳踏車為主。對其他運動心肺測試有興趣的可以參考之前的文章:運動心肺測試在運動員的應用心房震顫的運動測試與運動處方 CPET and Exercise Prescription for Atrial Fibrillation心肺案例分享:心房震顫


測試模式的選用

大體而言可以將測試的模式以下列三種進行分類:跑步機 Treadmills、腳踏車 Cycle ergometers、實地測試 Field tests。選用哪一種的測試模式和當下的背景有關,包含擁有的機器、測試者的狀態與測試的目的等等。以下簡單帶過不同測試模式的優缺點。


跑步機測試 Treadmills

跑步機測試可以用在次大強度與最大強度的測試當中,並且常常拿來當作診斷用途使用。跑步機的測試方式對於絕大多數的運動都具有很高的專項性,可以相當好的反應出一個人的能力。同時透過不同種測試的方式 Protocol 可以適應不同能力的受測者。然而,針對一些對於跑步機不熟悉的人,可能需要事先讓他們熟悉跑步機的使用以降低焦慮。跑步機的機台通常較為昂貴,而且在較高的速度底下,血壓或心電圖的量測可能會變得相對不準確。在數值的精確性方面也要注意固定時間校正。測試時應該盡可能避免握住兩側的把手,因為這樣可能會影響測量的準確度。

  • 優點:符合絕大多數運動情境、多種 Protocol 可以選擇

  • 缺點:跑動時的量測可能較不準確、注意是否有握到把手或任何高估的情形


腳踏車測試 Cycle ergometers

這邊的腳踏車測試指的是固定式的腳踏車,和跑步機相同可以做次大強度與最大強度的測試,並且也很常使用在診斷上。腳踏車相較於跑步機較便宜移動上較為方便較容易取得血壓與心電圖數據。同時,腳踏車可以很好的量測出功率,並且可以緩慢的增加運動的強度。腳踏車最大的缺點在於和一般的運動模式不太一樣,而且容易導致下肢的肌肉疲勞並且低估 VO2 peak 的數值。

在測試當中要注意轉速要一致,因為多數的腳特車 Protocol 會要求在特定的功率下進行心跳的量測。如果是電動式的腳踏車就可以透過機器的調整達到在一定的轉速範圍內輸出穩定的功率。使用腳踏車時也要注意定時的校正。如果腳踏車無法校正或因為任何原因無法提供合理的功率就不應該被使用在測試中。

  • 優點:可以較穩定的量測相關數值、相對便宜、強度平均增加、可呈現功率

  • 缺點:容易低估 VO2 max、肌肉疲勞可能性高

實地測試 Field tests

實地測試指的是在非實驗室的場所之外透過監測心律去測試心肺適能。這些測試可能包含跑步走路登階或是一些既定的測試方式。臨床上最常在疾病族群中使用的是六分鐘行走測試。實地測試的好處有容易執行一次可以執行大量的受測者相對低成本低器材需求。同時這類的測試除了復健的場域外也可以針對一般族群進行測量。當然,實地測試也有他的缺點,例如無法控制個體的費力狀態無法辨識客觀地是否應該終止測試無法監測血壓或其他進階數值(心跳目前有心率帶,但如氣體分析目前仍舊無法達成)。

除此之外,有些人可能無法完成實地測試,因為有些測試本身就是最大強度或接近最大強度的測試,對於那些心肺適能較低的人可能無法負荷。因此,面對一些相對處於坐式生活、高心血管風險或有一些肌肉骨骼問題的人就不太適合使用實地測試。

  • 優點:簡單、便宜、方便、大量操作

  • 缺點:取得數值較少、變動性較大

Box from ACSM 11th Guidelines foe Exercise Testing and Prescriptions


測試 Protocol 的選擇

在測試 Protocol 的選擇上依照不同的模式有不同的 Protocol 可以使用。一般來說,Protocol 的選用會希望讓受測者在 8-12 分鐘左右完成運動測試最少也希望做到 5 分鐘。由於 CPET 的目的是希望看到心肺的是能,因此會希望終止的原因是來自心肺適能而非周邊肌力的不足。絕大多數的測試都希望可以做到 Maximal 或 Nearly maximal 以反應受測者真實的狀況。如果沒有達到 Maximal test 的話,就稱作 Submaximal testing,可以用一些方式來估算 Maximal test 的數值。在某些狀況下,例如受測者狀態較差時可能會考慮以 Submaximal 的方式進行測試,通常會以 70% HRR or 85% of age-predicted HRmax 作為標準。


常見的 Protocol

下面列出常見的一些 Protocol 給大家參考。以腳踏車的測試來說,一般常會使用 1.5 - 3 分鐘無阻力來進行熱身,之後開始慢慢以每分鐘 5-30 W 的功率增加來提高難度,轉速方面通常會希望維持在 60 rpm 左右,基本上就是穩定的增加功率瓦特數。在有電腦調校的情況下可以做到接近每 1-2 秒鐘增加功率,但平均來說應該維持在每分鐘增加 5-30 W 的強度。跑步機的常見 Protocol 有以下五種:

  • RAMP Protocol

  • Modified Bruce Protocol

  • Bruce Protocol

  • Naughton Protocol

  • Modified Naughton Protocol

目前在臨床上最常使用的是 Modified Bruce ProtocolBruce Protocol 兩種。RAMP protocol Dr.M 自己沒有使用過,主要原因是如果想用 RAMP 那其實可以直接用腳踏車進行測試。此外也可以看到 RAMP 從第三分鐘開始就一直是 3 mph 也就是 4.8 km/hr 左右,速度上來說相對是慢的。

臨床上常用的 Modified Bruce 與 Bruce Protocol 的差異在於 Modified Bruce 在最一開始有 3 分鐘的 1.7 mph 接續 3 分鐘的 1.7 mph 5% 的運動,所以直到 Modified Bruce 的 Stage 3 才是 Bruce 的 Stage 1。從下圖中的 METs 可以看到 Bruce 的 Stage 1 其實就已經有 5 個 METs 了,所以對於疾病族群來說有一點太多了。以 Dr. M 自己被測試的感覺來說 Bruce 在 Stage 3 (3.4 mph/5.4 kmph, 14%)的時候會有一點點尷尬,陷入一個要跑步跑的階段,Stage 4(4.2 mph/6.7 kmph, 14%)基本上就一定要跑起來了。正常人通常就會使用 Bruce protocol 來進行測量,若是運動員基本上一定會做超過 12 分鐘。

Naughton 與 Modified Naughton 都是每兩分鐘一個 Stage,兩者的差異在於 Naughton 在 2 分鐘後就已經達到 2 mph 也就是大概 3.2 km/hr 的速度,這個速度本身比 Modified Bruce 還要快,但如果可以適應這個速度後面就只是一直增加坡度而已。Modified Naughton 在中間還有一個 1.5 mph 的階段,所以針對走不快或是需要適應跑步機的患者而言或許可以考慮這個 Protocol。但 Modified Naughton 一但做到 Stage 6 時速度就會變成 3 mph 也就是 4.8 km/hr,所以其實是一個相當大的挑戰。

Table from ACSM 11th Guidelines foe Exercise Testing and Prescriptions


臨床分享

Dr. M 在執行 CPET 的經驗其實也不多,只是簡單分享一下自己目前的一些想法,歡迎各路專家與同好指正討論。在選擇模式上,首先會考量是運動員、一般族群或疾病族群。

如果是運動員就考量運動的專項,基本上除非是自行車項目的,不然盡可能採用跑步機 Treadmill,而使用的 Protocol 還是以 Bruce 居多。使用 Bruce 有可能會遇到的問題是腳先累但心肺還可以,不過這種狀況其實不多見,而且 Bruce protocol 最多人使用,證據等級也較高。測試前主要要注意的是提醒這些運動員不要在前一天練太多,要有適度的修復

在一般族群中如果沒有意外也是以跑步機為主,並依照年齡可以選擇 Bruce 或 Modified Bruce 兩種。年紀大一點的平常又沒有在運動可以考慮 Modified Bruce,不然用 Bruce 就可以了。以 METs 值來說,Modified Bruce 在 6-8 分鐘的強度是略高於 Naughton 系列而且越往後面差距越大

疾病族群的話就有比較多重的考量,如果身體狀態較差或是有平衡問題就會採用腳踏車,因為相對安全而且在強度上也是漸進的。畢竟一般來說跑步機都是採用所謂的 Stage protocol,所以在 Stage 的轉換會稍微比較吃力一點。如果沒有平衡問題,整體而言的狀態也不差就可以採用跑步機一般臨床上還是以 Modified Bruce 為主,但近期因為在做肌少症的研究所以有遇到一些體能或肌力流失的個案,這時候也可以考慮看看 Naughton 系列。如果患者本身可以負擔得起 2 mph 這樣的速度就可以考慮。肌少症的診斷其中一個評估方式就是步速, 若步速小於 1m/sec (2.3 mph)就懷疑有肌少症。但這個速度是一般走路的速度,所以未必代表患者本身不能負擔更高的速度。


總結

由於經驗有限所以能夠分享的不多,內容也未必完全正確還有勞各位同好與前輩多多指教。當初會寫這篇文章單純是想要提醒自己這些 Protocol 的差異而已。簡單來說,選擇模式時要依照受測者的狀態以及臨床配置進行選擇,並且了解不同測試模式與 Protocol 之間可能會有的問題。選擇一個好的測試模式與 Protocol 才能夠有一個相對可信賴的結果。


Dr. M 我們下次見!


REFERENCES

1. ACSM 11th Guidelines foe Exercise Testing and Prescriptions

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