定期参加锻炼或体育活动对身心健康大有脾益。其中一个常见且重要的益处就是增加心肺适能。较低的心肺适能与罹患心血管疾病、代谢性疾病、癌症以及焦虑和抑郁等心理疾病的风险密切相关，并且可增加手术相关并发症和死亡率。鉴于心肺低适能是一种可改变的风险因素，术前适能测试已成为术前评估的重要组成部分。虽然已有大量文献介绍了术前运动测试的方法及其提供的预后信息，但很少有人关注其生理基础。2023年2月《British Journal of Anaesthesia》杂志上发表了一篇名为《Physiological relationship between cardiorespiratory fitness and fitness for surgery: a narrative review》的综述。该综述旨在整合运动和手术生理学研究， 以更好地了解定期运动训练和心肺适能在患者手术适应性中可能发挥的作用。

什么是心肺适能？

心肺适能是指循环系统和呼吸系统为组织提供氧气以产生三磷酸腺苷（ATP）并防止代谢物积累的能力。 用于衡量心肺适能的一个指标是最大耗氧量（VO₂），它是由Fick方程定义， 即心输出量与动-静脉血氧差（a-vO₂差）的乘积。随着年龄的增长， 维持心肺适能的组织结构及其功能状态随之下降，反映在VO₂上主要表现为其峰值降低。同样地， 任何限制肺功能、 心输出量或a-vO₂差的疾病都会限制VO₂峰值。 相反地，通过定期规律运动可增加 VO₂峰值、减缓年龄相关的VO₂峰值下降。

无氧阈值是另一个衡量心肺适能的关键指标。无氧阈值指的是递增运动时出现的生理分界线，此时，随着运动单位募集增加、无氧糖酵解、以及由于ATP需求增加而乳酸的产生远大于其从血液中排出，血中乳酸浓度或通气出现不成比例地增加。虽然无氧代谢在ATP需求增加的最初阶段是有必要的， 但该系统效率低下、能量供应少、并且易于积累代谢废物（如氢离子、丙酮酸和乳酸）。 因此，无氧代谢无法长久维持。

为什么要在围术期评估心肺适能?

心肺运动试验（CPET）被认为是用来衡量心肺适能的“金标准”。CPET结果不佳预示着许多手术类型的围手术期预后较差。峰值VO₂和无氧阈值可以提示最合适的术后治疗， 例如，对“高风险”患者行重症监护，而对“低风险”患者行病房护理即可。其他CPET指标，如通气效率（VE/VCO₂），也可以用于加强风险分层。对“低风险”患者进行适当的分诊已被证明可以减少在重症监护室的卧床时间，同时不会增加分诊到普通病房患者的心血管死亡率。心肺适能低的患者（如峰值VO₂<15 ml min^-1 kg^-1和无氧阈值<9-11 ml min^-1 kg^-1）对应激的反应能力和生理储备均有下降。由于较低的峰值VO₂和无氧阈值与代谢活跃的组织中氧的运输、摄取和利用的能力下降相关，因此在其他生理应激条件（如氧供需失衡的手术状态）下，心肺适能下降的可能更加明显。

手术的生理应激

术中

与运动一样， 手术应激反应的特征是炎症和内分泌活动增加、下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经活动上调。对于禁食或高度焦虑的患者，这可能在进入手术室之前就开始了。被激活的炎症信号通路可以限制组织损伤、促进修复、并防止细菌感染。炎症因子呈剂量-反应性增加，与组织损伤成正比。

在术中，麻醉药对心肌收缩力的影响导致左心室每搏量和心输出量减少，进而造成组织氧气的运输减少。全身麻醉也可通过降低线粒体氧化能力直接影响骨骼肌O₂摄取，进而影响外周VO₂。无论是有计划的（如在体外循环期间）还是继发性的（如由于术中热损失机制加剧），VO₂降低进一步降低肌肉张力和脑代谢率以及造成低体温。因此，在全身麻醉和椎管内麻醉后，术中VO₂比术前可降低25-50%。

术后

虽然术中无疑是决定手术结果的重要缓解，但99%以上与非心脏手术相关的住院死亡率发生在患者离开手术室之后。影响长期预后的一个关键因素是患者术后的即刻反应以及应对并发症的生理储备（Fig 1）。

20世纪80年代的研究一致表明，术后心输出量和VO₂均增加。这是由于术中VO₂的降低，导致组织缺氧和缺血，引发术后高动力反应以恢复细胞稳态。 据报道，术后VO₂是术前的两倍。Biccard估计患者术后需维持5 ml min^-1 kg^-1的VO₂以应对应激反应。与运动不同，术后VO₂的增加可以持续数天，以促进系统稳态的恢复（如底物动员、 伤口愈合和氧债的恢复)。由于应激反应（尽管现代技术使应激反应最小化）和体内稳态的恢复会增加术后代谢和VO₂，因此对于不能耐受这一增加的患者可能会有更高的术后并发症风险。

心肺适能如何影响手术适应性?

虽然没有研究探讨术前心肺适能和围手术期VO₂之间的关系，但从生物学的角度来看，在运动/CPET期间VO₂反应受损的患者，其围手术期反应也可能受损。如图（Fig 2）所示，对于心肺适能低的患者，即使VO₂的小幅升高也可能超过其无氧阈值。在运动过程中， 应激可自我调节，其强度可迅速降低或消失，使VO₂降至无氧阈值以下；然而，在手中和术后，机体对O₂的需求往往是延迟的并缺乏自我调节。因此，由于术VO₂可以持续升高，而无氧代谢只能短期提供ATP，由此可能会出现进一步的氧债（而不是恢复），增加低心肺适能患者并发症的风险。

无氧代谢可作为术后生理应激的一个指标。在CPET过程中，二氧化碳生产与O₂消耗的比率，称为呼吸交换比（RER），其反映了能量底物的分配。RER值接近0.70，表明脂质是主要的能量来源，而RER值接近或高1.00，通常代表碳水化合物几乎完全被氧化代谢和糖酵解所消耗。最近的研究表明，在行腹腔镜手术和非心脏手术患者中，出现术后并发症患者具有更高的RER值。此外，RER >0.90已被证明是术中组织灌注不足和高乳酸血症的预测因子。

血乳酸升高（>3 mM）是术后生理应激和无氧代谢增加的另一个指标，并且其与血流动力学稳定的患者术后更高的发病率和死亡率相关。从运动生理学研究来看，在一定的运动负荷下，较高的VO₂峰值与较少的依赖糖酵解代谢有关。身体健康的人不仅产生的乳酸更少，而且血液中乳酸清除效率更高。VO₂峰值或无氧阈值较低的患者可能在术后早期不成比例地依赖糖酵解来维持ATP的产生；该类患者状态同运动类似，其RER或血乳酸均有所升高。

虽然增强耗氧能力（以及减少对无氧代谢的依赖）似乎对手术是有益的，但还有一些其他与较高适能和体育活动相匹配的生理性适应。这些适应性变化可能对围手术期患者大有脾益，并进一步说明术前锻炼的重要性。相反，对于接受手术的低适能患者，由于其更多地依赖无氧代谢并且缺乏细胞防御和生理储备来抵御手术应激，因而其在围手术期是最脆弱的。

还有更多类型的心肺适能吗?交叉应激源适应的作用

运动具有许多独特的压力保护机制，其中一个是其可引起细胞、组织和器官的广泛变化。适能和代谢的生物学机制是复杂和多因素的，而VO₂峰值和无氧阈值等指标可能是这些广泛效应的有用或替代指标（Fig 3）。 以下部分将进一步解释适能的作用以及定期参加体育锻炼的一些其他更广泛的益处。

急性生理（如运动和手术）或心理应激以一种强烈非线性剂量相关的方式触发下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经活性的上调，并进一步刺激心肺、免疫、肌肉骨骼和代谢反应。这些系统的激活不足（如身体活动不足）和长时间激活（如心理压力）会对健康产生负面影响。然而，孤立的或重复的间歇性应激（如急性运动）似乎具有适应或训练效应，从而使机体对随后给定应激的生理反应变得迟钝。例如，当进行一系列锻炼后，健康的个体在相同的绝对工作量下表现出较少的下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经系统激活，并且其恢复也更快。这种适应适度且间歇性的亚致死压力的概念，正式被称为激素效应。

现有研究表明，激素适应可能不仅对身体适应原始应激源有益，而且对应对其他应激源也是有益的。这种“交叉应激源适应”现象意味着，反复暴露于中等强度的离散应激源（如运动），并有足够的时间恢复，可以增加对其他形式应激（如高温、手术、心理等）的适应能力。横断面研究和前瞻性研究表明，规律的运动训练不仅可提高心肺适能水平，而且还可缓冲心理压力。此外，由于增强了体温调节和心血管能力，健康的个体表现出更大的热应激耐受性。交叉应激源适应似乎可以扩展到手术领域，因为健康的个体可能对给定的手术应激有迟钝的神经内分泌和炎症反应。

炎症和氧化应激反应

手术可导致细胞缺氧和随后的氧债。此外，某些手术往往需要阻断血流造成组织缺血。而缺血组织的再灌注与氧化应激、组织损伤和炎症反应密切相关。 例如，心肌缺血后再灌注通常会导致心肌顿抑、功能障碍或坏死。

由于运动具有自我调节和逐渐增加的特性，因此细胞常暴露于间歇性低氧中。基于激素效应，这种反复和短暂的细胞缺氧暴露增加了对手术引发的细胞缺氧和氧化应激的反应因子。例如，运动训练对大鼠缺血再灌注损伤具有心肌和神经肌肉保护作用。类似的临床研究表明，与常规治疗相比，冠状动脉搭桥手术前的高温和运动联合应激降低了缺血再灌注损伤的易感性。作为一种保护细胞免受过度应激和缺氧的防御机制，热休克蛋白（HSPs）的增加在其中发挥一定作用。

热休克蛋白具有抗炎和细胞保护作用以对抗氧化、缺血、代谢和其他应激源。在与年龄相关的慢性疾病（如冠状动脉疾病和2型糖尿病）中，基础HSP水平及其对压力源的反应似乎都变得迟钝。而越健康、越活跃的人其基础骨骼肌内HSP含量也越高。开胸患者术后HSP70水平较低，可能与手术应激有关，并且术前HSP70或HSP72水平低的患者更容易出现手术并发症。

同样地，运动训练通过抗氧化保护的方式赋予机体应激耐受性。强效的抗氧化剂，锰超氧化物歧化酶，则在其中起着重要的作用。该酶位于线粒体中，并在缺血和再灌注期间产生活性氧时反应性上调。据报道，仅进行三天运动训练，大鼠体内的锰超氧化物歧化酶水平可明显增多，缺血-再灌注损伤的保护中发挥重要作用。

代谢的灵活性

代谢灵活性反映了机体对氧化代谢的适应能力，以满足机体对能量需求变化。由于围手术期能量物质供应有限并且能量需求增加，代谢灵活性则对接受手术的患者尤为重要。此外， 与代谢降低的非手术禁食状态不同，术后代谢和底物氧化显著增加。由于术前禁食或术后营养延迟， 机体必须调动能量储存（即糖原、体脂或肌肉蛋白）来提供ATP，以促进体内稳态的恢复。虽然人类通常有足够的肌肉蛋白质和体脂储备，但糖原储备在休息时的12-14小时内就会被功能性消耗殆尽，并且在应激时消耗得更快。虽然蛋白质和脂肪储存丰富，但通过有氧代谢将这些储存转化为可用的ATP的过程比使用糖原效率低。脂肪酸通过有氧代谢在较低强度下提供大部分能量需求，然而，对于VO₂峰值较低的个体，即使VO₂相对于静息值（例如在运动期间或术后)）略微的升高也会超过无氧阈值。令人欣慰的是，定期有氧运动可引起骨骼肌代谢的改变；当VO₂需求增加时，机体会促进脂肪酸氧化。因此，在VO₂绝对水平下， 健康的人能够氧化更多的脂肪以保存肌肉和肝糖原。

控制血糖

低适能与血糖控制的临床指标之间存在反比关系。围手术期血糖控制不良（术前糖化血红蛋白升高）和术中血糖升高与术后发病率和死亡率增加相关。术中，诸如皮质醇和肾上腺素等应激激素的上调， 可增加肝糖原分解和糖异生，导致血糖升高。胰岛素敏感性受损，胰岛素分泌减少，则可导致胰岛素抵抗状态和术中高血糖。由此推测，对于健康的人群来说，迟钝的应激激素反应反而可能会减少上述情况的发生。此外，鉴于适能水平与基础HSP含量有关，并且HSP的激活可抑制核因子kB（一种促进胰岛素抵抗的重要炎症介质），因此推测较高的HSP水平可能有助于维持围手术期胰岛素敏感性。

健康人群的肌肉内具有较高水平的4型葡萄糖转运蛋白（GLUT-4）水平和活跃的胰岛素信号通路，因而其血糖调节能力更强。GLUT-4是一种重要的葡萄糖转运蛋白，负责将葡萄糖从血液转运到肌肉和脂肪细胞。而促进GLUT-4从细胞质转移到细胞膜的过程则是通过胰岛素依赖性和胰岛素非依赖性机制实现，这一机制对胰岛素抵抗患者是有益的。这主要因为肌肉收缩可通过上述两种途径增强GLUT-4的转移并持续12-48h，从而使锻炼带来的急性与慢性的益处得到了互相补充。因此，虽然健康人群拥有更好的血糖管理，但有胰岛素抵抗或糖尿病患者可以通过术前~24小时的运动达到更好的围手术期血糖控制。

瘦体重

分解代谢是手术应激反应的结果。由于围手术期缺乏足够的热量和蛋白质摄入，因而用于氧化代谢的底物可用性受到了影响。正如前面所讨论的，当这两个因素结合在一起时，蛋白质将从瘦体重中被动员起来。由于这种分解代谢的影响，体重减轻是手术的一个主要副作用，骨骼肌萎缩在围手术期很常见，而且发生的速度比恢复的速度快得多，甚至其往往永远无法完全恢复。体弱多病或肌肉减少/恶病质的手术患者瘦体重较低，因此代谢储备和对分解代谢的反应能力降低，使他们更容易受到手术压力的影响。肥胖悖论突出了瘦体重的重要性，肥胖患者在普通手术后30天的死亡率低于体重正常的患者，这可能是因为高脂肪量常伴有较高的瘦体重。此外，体弱患者和骨骼肌质量较低的患者术后谵妄的风险增加。适能水平与肌少症呈负相关，与年龄和性别无关，也就是说，更健康的人群更有可能拥有更高的瘦体重，肌少症更少。同样，经常运动的老年人比那些不怎么运动的老年人拥有更高的瘦体重。

情绪

虽然这篇综述聚焦于与适能对手术结果影响相关的生理和代谢方面， 但它们与心理倾向的关系值得考虑。术前抑郁、焦虑和低自我效能是手术不良生理结局的独立危险因素。研究表明，焦虑不仅会改变手术应激反应，而且是术后疼痛和镇痛药使用增加的独立危险因素。焦虑和抑郁也被认为对伤口愈合有负面影响，术前焦虑会损害伤口术后早期的炎症反应和基质降解过程。低适能与抑郁和焦虑的高发生率以及应对压力的能力下降有关。相反，健康人群的焦虑和抑郁程度更低，通常具有更强的日常生活和探索环境的能力，而这对心理健康大有脾益。令人欣慰的是，前瞻性研究表明了运动干预对临床抑郁和焦虑严重程度的积极作用，并明确了运动作为多模式预康复一部分的效果。

视角

作为研究人员和临床医生，我们可能会被鼓励去不切实际地发现一个单一的变量，以尽可能高的灵敏度和特异性来识别“高风险”患者。考虑到运动和适能的复杂性，单一的角度会使我们可能忽略更大的问题。运动和手术都是通过多个系统协同工作以应对应激。虽然增强的耗氧能力（即更高的峰值VO₂）在手术过程中似乎是有益的，但仍有许多其他激素适应性则与为围手术期提供益处的高适能相关。 此外，与运动相关的间接社会和心理效益会影响行为、手术风险和结局。

尽管适能和术后的生理反应之间有一些明显的联系，但这些联系是相关的还是因果关系尚不清楚。未来的研究必须从简单的横断面流行病学研究扩展到适能对手术有益的生理机制。重要的是，峰值VO₂或无氧阈值可能仅仅是通过定期运动改善优化一系列生理过程的替代指标。

总结

心肺适能和代谢弹性的生物学机制是复杂的、多因素的，峰值VO₂和无氧阈值是其重要指标。手术和运动在代谢方面有着许多相似之处，并且适能与手术结局密切相关。在运动中代谢效率高的患者在术后也可能如此，而且在承受手术压力方面也有更高的恢复能力。虽然不可能针对手术压力进行“训练”， 但定期运动训练的益处可能会在围手术期发挥作用。然而重要的是，运动的益处不能仅仅通过适能来解释，可能还包括（但不限于）潜在的其他生理变化，如加强抗氧化和底物氧化、优化血糖控制、增加瘦体重和改善情绪。

论肿道麻 述评

在这篇文章中，作者们深入探讨了心肺适能与手术结果之间的密切联系，并提出了心肺适能可能通过多种生理机制对手术适应性产生积极影响的假设。文章指出，较高的心肺适能意味着患者能够更好地承受手术引起的生理压力，这主要得益于较高的最大氧气摄取率和无氧阈值，使得患者在术后代谢需求增加时能够更有效地维持代谢稳态。此外，文章还讨论了规律运动或体力活动所带来的其他生理适应性，如抗氧化能力的提升、代谢灵活性的增强、血糖控制的改善、瘦体质量的增加以及心情的改善，这些因素均可能通过激素效应的过程，即适度和间歇性运动压力的保护性适应反应，为围手术期的患者带来益处。

总的来说，这篇文章为心肺适能与手术适应性之间的复杂关系提供了一个多维度的理解框架，并为未来的研究方向提供了有价值的指导。通过强调规律运动对术前准备的重要性，这篇文章为医疗专业人员提供了改善患者手术结果的潜在干预措施，同时也为患者提供了改善自身手术适应性的实用建议。随着对心肺适能与手术适应性关系的进一步研究，我们期待能够发现更多关于如何通过提高心肺适能来优化手术结果的有效策略。

参考文献：

Br J Anaesth. Physiological relationship between cardiorespiratory fitness and fitness for surgery: a narrative review. 2023, 130(2): 122-132. DOI: 10.1016/j.bja.2022.10.039.