新理论体系指导心肺运动试验的正确判读与临床应用

郝 璐 孙兴国※ 谢友红※

作者单位： 1.中国医学科学院阜外医院，国家心血管病中心，北京协和医学院心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心 100037 2.重庆医科大学附属康复医院 400050

1.生理学、医学的发展亟需整合

1.1 系统生理学的局限性 系统生理学的发展已历经400多年，发展历程基本是逐渐远离、抛开了整体的。发展方向也从系统、器官、组织到单个的细胞甚至是分子层面。医学的发展也是“由合而分”，不断朝着分科细化的方向前进，由最初的基础医学、临床医学、预防医学的划分逐渐走向三级学科，如今又有了进一步的细化[1]。不可否认，生理学、医学的专科细化发展极大促进了医学科学的进步，揭开了很多谜团，也解决了很多医学上的难题。但是生理学、医学越来越精细的分割与发展也出现了很多弊病，如：现代医学与技术的进步仍然无法客观、全面地揭示某些疾病的机制机理并有效解决相关疑难问题，相反衍生出诸多方面的问题[2]；临床医生如今诊断疾病也是把患者当成了器官，把疾病当成了症状，医生成了药师，临床成了检验；过于细分的临床科室也缺少了相互间的合作，致使很多疾病不能全面客观地诊断，从而贻误了病情[3]。如今的生理学和医学的划分越来越精细，研究却越来越受到局限。这正是因为没有树立整体观，忽略了人是作为整体而存在的。把人“大卸八块”的进行研究注定会忽略各个系统之间的联系，造成管中窥豹，进而阻碍了生理学和医学进一步的发展。

1.2 整体整合生理学医学新理论体系的优势 整体整合生理学基本概念即在整体论指导下，将医学各领域最先进的理论知识和临床各专科最有效的实践经验及科学技术分别加以有机整理与整合[4]。同时考虑到时间、空间的变化对人体造成的影响。从整体、相互联系与影响的观点去解释各种生命现象，从而对系统生理学不能解答的问题给出合理的解释[5]。传统的系统生理学在呼吸系统的章节中关于呼吸是如何被调节的主要考虑了呼吸系统本身的作用，并没有考虑其他系统的作用，因此存在着明显的片面性和局限性。也因此对现实中存在的一些现象不能做出合理的解释，如：呼气和吸气之间是如何切换的？存在于心衰患者中的波浪式呼吸是如何产生的？胎儿在母体中为何没有自主呼吸[6]？对这些现象的解读需要树立整体观，需要跳出系统论分割论所造成的思维上的局限性。

1.3 整体整合生理学医学新理论关于呼吸系统的调控 传统生理学认为自主呼吸时，动脉血内的PaO2与PaCO2等血气信号是恒定的。在找寻影响呼吸的因素时，通常通过人为增加或降低PaO2与PaCO2来判断其对呼吸的影响[6]。这其实是不正确的，因为在人的生理状态下不存在实验所设计的情况。因此生理状态下呼吸的调节也与实验设计的情形不同。人体动脉内的PaO2与PaCO2等血气信号实际是呈破浪式的[7，8]。对于PaO2而言，吸气时肺泡氧分压渐进性上升，产生了波浪式信号的上升波；呼气时，肺泡氧分压渐进性下降，产生了波浪式信号的下降波。使用PaCO2电极、氧电极在动物实验中能够清晰观察到波浪信号的存在。而这种波浪式的信号对于呼吸的切换、调控是至关重要的[9]。静脉血进入呼吸系统进行气体交换，交换后的动脉血携带着波浪式的信号经过肺静脉、左心房、左心室被泵出至主动脉和颈动脉。波浪式信号被外周化学感受器感知，经传入神经上传，中枢整合，传出神经下传至呼吸肌，从而对呼吸进行切换和调节[10]。在整个调控过程中，神经传导所花费的时间很短，波浪式信号在血液中的运输所花费的时间相对较长。因此一切可以影响血流动力学的因素均可影响到呼吸的调节，这也是循环系统可以参与到呼吸调节的原因。中枢化学感受器在整个呼吸调控环路里起着维持呼吸稳定的作用。携带波浪式信号的动脉血经脑动脉，穿过血脑屏障进入脑脊液中，被中枢化学感受器感知，整个过程约30秒，波浪式信号也变为水平信号。中枢化学感受器和周围化学感受器对同一信号的感知在时间上有偏差，它们相互配合共同完成对呼吸的调节[6]。

1.4 整体整合生理学医学新理论关于循环系统的调控 传统的生理学中在循环系统章节重点讲述了各项指标，如血压、每搏量、心输出量等，对于循环的调控分别从神经调节、体液调节、自身调节三个方面进行了叙述[11]，没有考虑其他系统对循环调节产生的作用，特别是血气信号的作用，存在着局限性[10]。整体整合生理学医学体系从整体出发，以循环系统的目的为导向，对于循环系统是怎样调节做出了更合理的解释。循环系统工作的目的是为细胞带来氧气和各种营养物质供细胞氧化代谢利用，同时带走包括CO2在内的各种代谢产物[12，13]。从循环系统工作的目的出发，氧气、营养物质供需相对不平衡以及各种代谢废物的累积是循环系统进行调控的原因。因此循环系统的调节离不开呼吸、消化、泌尿等其他系统的参与。血液经肺部进行气体交换后，氧分压升高，氧分压的升高使得肺血管扩张，从而进一步影响到循环系统的各项指标，这是呼吸系统参与到循环调节的实例[14]。根据整体整合生理学医学新理论体系的观点，从循环系统目的出发可以将循环系统的调控分为两条主轴。第一条主轴为二氧化碳、氧气气体轴，主要通过循环调控为细胞输送相对充足的O2带走产生的CO2。这条轴中O2和CO2是呼吸循环联合调控的纽带[10]。只有呼吸循环相互配合才能完成整个调控过程，将O2输送到细胞，并且带走细胞产生的CO2。第二条主轴是以消化吸收能量物质、排出代谢产物为主线。这条轴需要循环、消化、泌尿、内分泌等多个系统联合参与进行调节。消化吸收后的营养物质进入血液会改变血流动力学特征，过多营养物质的长期摄入甚至会使血管发生器质性病变从而使得循环系统做出调整以代偿其功能。这都说明了循环系统的调控不单单依赖于其自身，是人体多个系统联合参与、共同影响的结果。

2.心肺运动实验数据的正确判读与应用需要整体整合生理学医学理论的指导

2.1 心肺运动试验原理 心肺运动试验是根据运动-心-肺-代谢相偶联的机制，通过测定静息、运动、恢复阶段的摄氧量、二氧化碳产生量等气体交换指标以及脉搏、血压等循环指标，对呼吸、循环、代谢等多个系统的功能状态分别在静息和症状限制性运动状态下进行综合评定[15]。心肺运动试验是综合心肺调控功能以及周围代谢在人体内的相互联系，特别强调新肺代谢一体化测定，是目前唯一一个能够一次测定整体多系统功能状态的临床检测技术[16]。心肺运动试验需要多系统共同配合完成内呼吸与外呼吸的偶联。氧气从空气中被呼吸系统摄取，经循环系统输送到达外周细胞，在细胞内完成有氧呼吸，从而实现了内外呼吸的偶联。内呼吸与外呼吸的偶联需要呼吸、循环、代谢等多个系统共同参与完成。其中某个系统功能的降低使得内外呼吸的偶联不能达到细胞代谢的需要，在心肺运动结果数据上会有特征性的体现。

2.2 心肺运动试验是多系统共同参与完成的实例 机体在运动时需要各生理系统之间相互协调，以满足应激状态下机体对氧气需求的增加，从而达到动态平衡[17]。心肺运动试验过程中O2和CO2的运输需要呼吸、循环、代谢等多个系统共同参与；内环境稳态需要消化、泌尿等系统的维持；在整个试验完成的过程中又需要神经、体液因素的调控。因此心肺运动试验是多系统共同参与完成运动过程中内外呼吸偶联的一个实例[18]。正是因为心肺运动试验是多系统联合一体化的检测手段，因此注重分割各个系统的传统生理学对心肺运动试验的理解与判读必定存在着局限性，甚至造成误判[18]。只有正确理解以氧气需供平衡为纲的呼吸、循环、代谢、神经、体液一体化调控理论体系才能正确理解、判读心肺运动试验，发挥出心肺运动试验最大的优势。同时心肺运动试验在临床上的广泛应用也反映出我们学习整体整合生理学医学新理论的必要性。