Evaluation of the agreement between the anaerobic threshold and heart rate reserve methods of target exercise heart rate in a population with coronary artery disease
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摘要:
目的 通过心肺运动试验(CPET)所得无氧阈靶心率与心率储备法所得靶心率进行比较，检验不同方法所得靶心率的一致性，以指导制定运动处方。方法纳入2013年1月—2020年1月郑州市中心医院和北京大学人民医院确诊冠心病患者324例，采集CPET检查测得的无氧阈对应心率、静息心率以及实测最大心率等数据。通过组内相关系数(ICC)和Bland Altman法，比较CPET测定的无氧阈靶心率法和心率储备法计算的运动靶心率的一致性。 结果 324例患者无氧阈靶心率为(101.1±15.8)次/min，50%、60%、70%强度心率储备法靶心率分别为(102.2±13.5)次/min、(109.1±14.2)次/min、(113.6±15.1)次/min，无氧阈靶心率与50%强度心率储备法靶心率比较，差异无统计学意义(P=0.183)。无氧阈靶心率与50%强度心率储备法靶心率一致性检验的ICC值为0.781，95% CI：0.727~0.824，P<0.001；Bland Altman评价结果显示无氧阈靶心率与50%强度心率储备法靶心率的比值为0.99±0.12，95%一致性界限(LOA)为0.755~1.220。根据性别、年龄(≥65岁和<65岁)、是否曾发生心肌梗死、是否应用β受体阻滞剂以及是否完全血运重建进行亚组分析，ICC值范围在0.737~0.811(均P<0.001)，结果显示各组一致性均好。 结论 在冠心病人群中，50%强度心率储备法靶心率与无氧阈靶心率一致性较好，临床中在无法接触心肺运动试验时可作为替代方案。 Abstract:Objective To compare the anaerobic threshold target heart rate obtained from cardiopulmonary exercise test (CPET) with the target heart rate obtained from the heart rate reserve method to test the consistency of target heart rates obtained from different methods and to guide the formulation of exercise prescriptions. Methods A total of 324 patients with coronary heart disease diagnosed in Zhengzhou Central Hospital and Peking University People' s Hospital from January 2013 to January 2020 were included. Data of anaerobic threshold corresponding heart rate, resting heart rate and measured maximum heart rate as measured by CPET were collected. The intraclass correlation coefficient (ICC) and the Bland-Altman method was used to compare the agreement between exercise target heart rate obtained by the anaerobic threshold method and that calculated by heart rate reserve method. Results The target exercise heart rate by the anaerobic threshold method of 324 patients was (101.1±15.8) beats/min, and the target exercise heart rates at 50%, 60%, 70% intensity by heart rate reserve method were (102.2±13.5) beats/min, (109.1±14.2) beats/min, (113.6±15.1) beats/min, respectively. There was no significant difference between exercise heart rate using the anaerobic threshold method and 50% intensity heart rate reserve method (P=0.183). The ICC value of consistency test of exercise THR by anaerobic threshold method and 50% intensity heart rate reserve was 0.781, 95% CI: 0.727-0.824, P<0.001; the evaluation results of the Bland Altman method showed that ratio of the above two was 0.99±0.12, and 95% limits of agreement (LOA) was 0.755-1.220. According to gender, age (≥ 65 years and<65 years), whether myocardial infarction occurred (myocardial infarction group and angina pectoris group), whether β-blockers were applied, and whether complete revascularization was performed, further subgroup analysis showed that ICC values ranged (0.737-0.811, all P<0.001), and results showed consistency of each group was good. Conclusion In patients with coronary artery disease, the 50% intensity heart rate reserve method has good agreement with that anaerobic threshold method, which can be used as an alternative approach when cardiopulmonary exercise testing is not available in clinical practice. -
心血管疾病(cardiovascular disease, CVD)是全球残疾和死亡的主要原因，数据显示我国近40%的CVD相关死亡是由冠心病引起的[1]。心脏康复(cardiac rehabilitation，CR)作为一项多学科参与的二级预防方法，近些年在社区医疗中被积极推广[2]，能降低心脏事件后的死亡率和再住院率[3-5]，精准的运动强度是CR安全有效的前提[6]。目前制定运动强度的方法有无氧阈(anaerobic threshold, AT)法、心率储备(heart rate reserve, HRR)法、自我感觉劳累程度评分法、最大心率法、心率计算法[7]等，其中AT是目前公认的安全有效的制定运动强度的金标准[8]，但目前国内医疗机构尤其基层社区难以普及。
美国运动医学院采用HRR作为间接评估运动强度的金标准[8]。有研究[9]认为冠心病患者可选择60%~80%HRR作为运动训练的靶心率。但英国的研究[10]显示，45%的冠心病患者AT低于40%HRR，9%的患者AT高于70%HRR，认为60%~80%HRR作为CR训练强度并不准确。这表明用心率储备法制定运动靶心率存在很大异质性。本研究纳入国内冠心病人群，研讨通过运动平板计算心率储备法获得运动靶心率与心肺运动试验(cardiopulmonary exercise test, CPET)客观测量的AT心率是否存在较强一致性，在各亚组如年龄、性别、是否心肌梗死、完全血运重建以及接受β受体阻滞剂治疗的患者中是否也存在一致性，以期为我国冠心病人群临床上使用心率储备法制定运动靶心率提供理论支持。
1. 资料与方法
1.1 临床资料
纳入2013年1月—2020年1月郑州市中心医院和北京大学人民医院的冠心病患者324例，进一步根据年龄(≥65岁和<65岁)、性别、是否应用β受体阻滞剂、是否曾发生心肌梗死(心肌梗死组和心绞痛组)以及是否完全血运重建进行分组，再进行各亚组分析。本研究获得郑州市中心医院医学伦理委员会批准(202258)。本研究为回顾性观察性研究，经伦理委员会批准免签知情同意书。纳入标准：(1)符合冠心病诊断(编码ICD10 I25.103)的患者；(2)经治疗病情稳定1年内完成CPET者；(3)CPET检查达到AT。排除标准：(1)影响CPET结果的心肺疾病，如慢性阻塞性肺疾病等；(2)运动试验禁忌证(重度主动脉瓣狭窄、急性肺栓塞等)；(3)合并恶性肿瘤、严重肝肾疾病；(4)全身严重感染；(5)难以控制的严重心律失常及高血压；(6)心房颤动；(7)无法耐受运动；(8)心肺运动试验无法测量AT。
1.2 研究方法
1.2.1 一般临床资料的收集
通过电子病历系统收集患者资料，包括性别、年龄、冠心病类型、是否有合并症及用药情况等。
1.2.2 CPET及靶心率的计算
通过CPFT 4 ERGO心肺运动仪(Cosmed Quark, 意大利)和GE平板运动仪(GE公司，美国)对患者进行CPET。试验前评估患者情况，排除运动禁忌[11-12]。测试前进行标准化手动泵气体定标和校准。试验前患者需静息3 min，热身3 min(受试者在没有施加负荷的情况下踩踏板)，然后采用分级递增的BRUCE运动负荷方案进行CPET检查，运动负荷每3 min增加1次。CPET前患者不停用任何日常心血管药物(包括β受体阻滞剂)，记录β受体阻滞剂口服剂量及时间。试验过程中严密监测患者心电反应、血流动力学反应和功能能力。收集患者无氧阈心率、静息心率及最大实测心率，通过Karvonen公式计算心率储备。心率储备=(最大实测心率-静息心率)×强度%+静息心率。
1.3 统计学方法
使用SPSS 22.0统计学软件进行统计学分析。计量资料以x±s表示，无氧阈靶心率和心率储备法靶心率差异的比较采用配对t检验。通过计算组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)和Bland-Altman法检验无氧阈靶心率和心率储备法靶心率的一致性。计数资料以例(%)表示。P<0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
研究纳入患者324例，年龄为(56.3±10.5)岁，男性286例(88.3%)，女性38例(11.7%)，体重指数为25.8±3.0，使用β受体阻滞剂患者267例(82.4%)，心肌梗死病史者192例(59.3%)，完全血运重建者199例(61.4%)。
2.1 无氧阈靶心率与50%HRR、60%HRR、70%HRR靶心率的差异性比较
入选患者测得的无氧阈靶心率为(101.1±15.8)次/min，50%HRR靶心率为(102.2±13.5)次/min，60%HRR靶心率为(109.1±14.2)次/min，70%HRR靶心率为(113.6±15.1)次/min。无氧阈靶心率与50%HRR比较，二者差异无统计学意义(t=1.340，P=0.183)，与60%HRR和70%HRR比较，差异有统计学意义(t=7.102、12.193，均P<0.001)。
2.2 无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的一致性评价
无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.781，95% CI：0.727~0.824，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示，无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为0.99±0.12，95%一致性界限(LOA)为0.755~1.220，见图 1。
图 1 冠心病患者无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性评价结果(Bland-Altman法)Figure 1. Consistency evaluation results of anaerobic threshold target heart rate and 50%HRR target heart rate in patients with coronary heart disease (Bland-Altman method)2.3 各个亚组无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的一致性评价
年龄≥65岁组患者(n=68)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.772，95% CI：0.631~0.859，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为1.00±0.10，LOA为0.798~1.197；年龄<65岁组患者(n=256)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.778，95% CI：0.716~0.826，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为1.00±0.12，LOA为0.745~1.233。
男性患者(n=286)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.787，95%CI：0.731~0.831，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为0.99±0.12，LOA为0.755~1.221；女性患者(n=38)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.737，95% CI：0.495~0.863，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为1.01±0.13，LOA为0.766~1.262。
心肌梗死组患者(n=192)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.753，95%CI：0.671~0.814，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为0.99±0.12，LOA为0.751~1.235；心绞痛组患者(n=132)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.811，95% CI：0.733~0.866，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为0.99±0.11，LOA为0.762~1.212。
使用β受体阻滞剂组患者(n=267)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.785，95%CI：0.726~0.831，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为1.00±0.12，LOA为0.755~1.235；未使用β受体阻滞剂组患者(n=57)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.749，95% CI：0.574~0.852，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50%HRR靶心率的比值为0.97±0.11，LOA为0.762~1.178。
血运重建完全组患者(n=199)无氧阈靶心率与50%HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.783，95% CI：0.712~0.836，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50% HRR靶心率的比值为1.00±0.13，LOA为0.748~1.245；血运重建非完全组患者(n=125)无氧阈靶心率与50% HRR靶心率一致性检验的ICC值为0.782，95%CI：0.689~0.847，P<0.001；Bland-Altman法评价结果显示无氧阈靶心率与50% HRR靶心率的比值为0.98±0.11，LOA为0.764~1.193。
3. 讨论
运动训练是心脏康复的重要组成部分[13]，运动强度作为运动训练的核心要素，直接影响患者康复治疗的有效性和安全性[14]。因CPET临床上普及困难，多年来国内外学者对于不同运动强度检测方法与无氧阈之间是否存在联系进行了很多研究。因HRR受β受体阻滞剂影响较小，临床上常采用HRR来制定运动处方。但国内关于HRR与无氧阈的研究多基于6分钟步行试验(6 minute walk test, 6MWT)所得，实际上和6MWT相比，运动平板试验是更加标准的运动测试，运动负荷强度也更接近CPET，在国内的应用也更为普及。本研究的立新点在于探讨冠心病人群通过运动平板试验记录的HRR靶心率与CPET获得的无氧阈靶心率的一致性，研究结果显示：冠心病人群50%HRR靶心率与无氧阈靶心率差异无统计学意义，两者一致性较好，各亚组中不论年龄、性别、是否口服β受体阻滞剂、是否血运重建完全以及是否合并心肌梗死，均有较高的一致性，提示对于我国冠心病患者而言，通过运动平板测试采用50%HRR的运动靶心率有其适用性。
在统计学一致性研究中，ICC值<0.40表示信度较差，0.40~0.75表示信度中等，>0.75表示信度较高[15]。本研究显示，50%HRR靶心率与无氧阈靶心率的ICC值为0.781，信度较高，Bland-Altman法评价结果显示，无氧阈靶心率与50%强度心率储备法靶心率的比值为0.99±0.12，LOA为0.755~1.220，提示一致性较好。本研究结果证实我国冠心病人群用50%HRR靶心率制定运动强度是可行的，这与CHEN T等[16]研究的结论不一致，分析原因可能与该研究直接采用60%HRR有关。因此，在计算运动靶心率时心率储备法强度的选择非常重要。希望本研究可以为我国冠心病患者通过心率储备获得合适的运动强度提供理论依据。
由于年龄、性别、是否为心肌梗死以及是否接受β受体阻滞剂治疗等均可影响冠心病患者50%HRR靶心率与无氧阈靶心率的一致性，故本研究进一步进行了亚组分析。Bland-Altman法评价结果显示在各亚组中均存在较高的一致性，无论年龄、是否心肌梗死、是否完全血运重建，ICC值均在0.75以上，信度较高。上述结果提示我国冠心病人群50%HRR靶心率法不受药物、性别、年龄以及疾病状态的影响，具有结果稳定性。口服β受体阻滞剂组及男性组ICC值也在0.75以上，信度较高。未口服β受体阻滞剂组ICC值为0.749，女性ICC值为0.737，信度中等，考虑与纳入样本量较少有关。本研究纳入的患者中82.4%接受了β受体阻滞剂治疗，药物带来的负性变时作用可引起运动期间交感神经兴奋性减弱，运动心率反应下降[17]。但本研究亚组分析结果显示，服用β受体阻滞剂并不影响50%HRR与无氧阈法所得运动靶心率的一致性。回顾文献，一项接受β受体阻滞剂治疗占比达78%的CVD人群的研究[18]发现，该群体的无氧阈值对应于(42±14)%HRR，这与本研究结果接近。一项对于接受β受体阻滞剂治疗的冠脉搭桥人群的研究[19]发现，在50%HRR时77%的患者的运动处于有氧和无氧之间，此强度下运动训练效果最好，这与本研究结果一致。需要注意的是口服β受体阻滞剂患者在早上和下午的心率反应是不同的，如果测试和训练的时间不一致，运动处方可能是无效的[20]。
综上所述，我国冠心病人群50%HRR靶心率与无氧阈靶心率一致性较好，研究结果证实在各亚组中不论年龄、性别、是否口服β受体阻滞剂、是否血运重建完全以及是否合并心肌梗死，均有较高的一致性。提示临床工作中没有CPET条件时，采用运动平板试验获得的50%HRR与实际无氧阈心率最接近，在冠心病人群中可作为CPET制定运动处方的替代方案。但本研究仅纳入了接受PCI治疗的冠心病患者，未包括其他心血管病患者，未对心力衰竭及冠脉搭桥患者进行亚组分析，目前的数据无法证实研究结论是否适合全部心血管疾病患者，仍需通过扩大样本量进一步研究进行验证。
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