Kardiopulmonal belastningstest

En kardiopulmonal belastningstest ofte forkortet til CPET kalles også for arbeidsbelastningstest, fysisk belastningstest, stresstest eller ergospirometri. Det er en undersøkelse som av hvordan hjertet og lungene responderer på stress ved fysisk belastning og arbeid [1, 2]. Belastningen er oftest i form av fysisk aktivitet, som løping eller sykling, men kan også gjøres ved hjelp av medikamenter. Når testen gjøres som utredning i forbindelse med sykdom bør den gjennomføres i sikre omgivelser, som for eksempel i et testlaboratorium på sykehus. I medisinen brukes CPET som en del av utredningen ved mange lidelser. Undersøkelsen er særlig brukt ved diagnostikk, utredning og oppfølging av hjertesykdommer og lungesykdommer både hos barn og voksne [3]. En CPET med overvåkning av hjerte og lungefunksjon gir mange parametere/resultater; hjertefrekvens, oksygenopptak, ventilasjon etc. CPET med måling av oksygenopptak er et viktig verktøy også i idretten hvor den brukes for å følge treningseffekt hos toppidrettsutøvere. Før utføring av en CPET må det velges hvilken metode for belastning som skal brukes i testen. I tillegg tar man en avgjørelse på hvilke tilleggsundersøkelser man ønsker å foreta underveis i testen.

Valg av metode

CPET utføres oftest på tredemølle eller sittende på ergometersykkel, men det finnes andre metoder for å teste hjerte- og lungefunksjon under arbeid. Best passende metode velges ut fra testpersonens forutsetninger og hvilke tilleggsundersøkelser som skal foretas under testen.

Tredemølle

Denne belastningsmetoden kan brukes dersom testpersonen ikke har sykdom eller tilstander som tilsier at å løpe på tredemølle er kontraindisert. Det er mulig å forhåndsinnstille automatiske protokoller på tredemøller, noe som letter arbeidet for testpersonellet underveis i testen. Testprotokoll velges ut fra hvilken CPET som skal gjennomføres, og hva formålet med testen er. Det finnes 5 ulike protokoller, illustrert i figur 1. Motstand kan økes ved å øke hastighet og/eller stigning. I en jevn eller trinnvis stigende protokoll tilstreber man en jevn økning i motstand gjennom testen. Motstandsøkning kan enten skje kontinuerlig slik at det legges til noen watt motstand per sekund, eller det kan skje i trinn, oftest hvert minutt. I en flertrinns-protokoll består testen av flere lengre trinn hvor man nærmer seg «steady-state» på hvert trinn. En kontinuerlig konstant protokoll har samme motstand gjennom hele testen. Og en diskontinuerlig protokoll har ikke-jevn økning, hvor det er både økt og redusert motstand gjennom testen (BOK-kilde). I klinisk praksis er jevn eller trinnvis stigende protokoll mest brukt. På tredemøller har man anledning til å justere både hastighet og stigning underveis i testen. Dette brukes ulikt i de forskjellige protokollene.

• 
  Figur 1: De ulike protokollene som kan brukes under CPET. X-aksen er tid, Y-aksen er watt/motstand.

Sykkel

Denne testmetoden foretrekkes for pasienter som kan ha utfordringer med å løpe, for eksempel eldre pasienter eller pasienter med besvimelsestendens. Velger man å bruke en sykkeltest som metode for CPET finnes det sittesykler og liggesykler. Helningsvinkelen testpersonen ligger i kan stilles. Vinkelen kan variere mellom 0° og 45°, men dette kan avhenge av hvilken type sykkel man har også. Valg av sykkel bestemmes ut fra hvilke tilleggsundersøkelser man ønsker å utføre, samt pasientens tilstand og forutsetninger. På liggesykkel vil de hemodynamiske forholdene kunne endre seg, og det er viktig å huske når testresultatene evalueres [4]. Fordeler ved en liggesykkel er muligheten til å foreta flere komplementære undersøkelser. For eksempel kan man bruke ekkokardiografi underveis i testen [5]. På ergometersykkel endres belastningen ved å øke motstand i pedalene, målt i watt. Her finnes det ulike protokoller etter hvor mye økning i belastning man ønsker å legge til i hvert trinn. De samme prinsippene for testprotokoll gjelder også her; en kontinuerlig eller trinnvis stigende protokoll, en flertrinns-protokoll, en kontinuerlig konstant protokoll eller en diskontinuerlig protokoll, se figur 1 [2]. Det er viktig at sykkelen stilles inn slik at testpersonene sitter riktig, særlig med en knekk i kneet for å kunne yte tilstrekkelig. Hvorvidt pasienten skal holde på styret eller ikke, er avhengig av hvilken undersøkelse som gjøres. I en del protokoller er det nødvendig at testpersonen holder samme hastighet (pedalfrekvens) under testen for at den økte motstanden skal være reell. Ønsket hastighet er oftest 60 rotasjoner per minutt (rpm) [6], og man har da et område på 10 rpm man må ligge innenfor, altså 55-65 rpm. Frekvensen kan også endres ut i fra formål med belastningtesten.

Armsykling/rotest

Dersom forhold gjør at beina ikke kan brukes til CPET, kan rotest eller armsykling brukes. Testpersonen sitter på et sete og skal kun bruke armene til å utføre arbeidet. Albuene skal ha en knekk, og ikke ekstenderes fullt i noen posisjon under testen [7]. Ved rotest kan beina brukes dersom det er ønskelig, dette avhenger av omstendighetene rundt testen. Protokoller brukes som på tredemølle og sykkel.

Cooper test

Cooper test er en indirekte test av kardiopulmonal kapasitet. Det er en løpetest som krever lite utstyr, og den kan gjøres ute. Ved bruk av ligningen angitt under [8] brukes tilbakelagt distanse for å regne ut maksimalt oksygenopptak.

Testpersonen skal løpe med jevnt tempo i 12 minutter. Distansen tilbakelagt på 12 minutt settes inn i likningen som d₁₂ og man får ut resultat på V̇O₂max. Denne formen for vurdering av kardiopulmonal kapasitet er for eksempel brukt i kroppsøvingsfag på skoler.

$$VO2max={\operatorname {d12-504,9} \! \over \operatorname {44,73} \!}$$

En svakhet med denne testen er at den er vanskelig å standardisere, noe som medfører metodiske forskjeller. Særlig vanskelig er det å holde oversikt over hvilket tempo testpersonen holder, og om farten er jevn gjennom testen. Dersom testpersonen har problemer med å disponere riktig tempo gjennom testen, kan det gjøre at man underpresterer i forhold til sitt reelle maksimale oksygenopptak. Likevel har testen vist å være nokså nøyaktig i utregning av maksimalt oksygenopptak [9].

6 minutt gang test

Dette er en sub-maksimal arbeidstest som brukes som et verktøy for å kartlegge kardiopulmonal kapasitet og funksjonsnivå. Testen brukes i pasientgrupper med forventet lav prestasjon på kardiopulmonal testing, for eksempel pasienter med hjertesvikt eller annen alvorlig sykdom [10]. Testen gjennomføres ved å gå i 6 minutter mellom to kjegler med 30 meters avstand. Målet for testen er å kartlegge hvor stor distanse man klarer å tilbakelegge på 6 minutter. Er det nødvendig med pauser, kan man ta det, men gåingen skal gjenopptas. Oksygenmetning måles kontinuerlig, og det skal helst noteres på hvilken tilbakelagt distanse pasienten kommer under 88 % [11].

Medikamentell stresstest

Undersøkelse av kardiopulmonal kapasitet kan gjøres ved bruk av medikamenter [12]. Dette er medikamenter øker hjertearbeidet ved å øke hjertefrekvensen uten at testpersonen er i bevegelse. Typiske medikamenter å bruke i en stresstest er adenosin eller dobutamin. Medikamentene brukes sammen med myokardperfusjonsscintigrafi (MP-SPECT), ekkokardiografi eller magnettomografi (MR) for visualisering av hjertet. Stresstesten brukes gjerne på personer som av ulike årsaker ikke kan gå på tredemølle eller sykle, eller der en ønsker å gjøre undersøkelser som krever at testpersonen holder kroppen i ro.

Valg av tilleggsundersøkelser

Avhengig av indikasjonen for CPET utføres det flere undersøkelser underveis i testen. Tilleggsundersøkelsene bidrar til en grundigere og mer komplett fysiologisk oversikt over pasientens respons på arbeidsbelastning.

Blodtrykk

Manuell måling av blodtrykk kan være vanskelig under en CPET på grunn av støy og bevegelse. Det er derfor utviklet egne automatiske (oscillometriske) blodtrykksapparat til bruk under aktivitet. Til tross for egne algoritmer for å ta hensyn til artefakter, er det risiko for feilmålinger.

Mer presist vil være å måle blodtrykket intraarterielt. Dette er mer invasivt, og er ikke standard metode. Intraarteriell blodtrykksmåling kan gjerne brukes dersom det samtidig skal tas arterielle blodprøver, siden det invasive inngrepet uansett da må utføres.

Pulsoksymetri

Deteksjon av oksygenert arterielt blod ved hjelp av infrarød stråling gir et mål på oksygenmetning i arterielt blod. Måles på ekstremiteter, fortrinnsvis fingeren, øreflipp eller i pannen. Målt på fingeren kan testen være unøyaktig hos personer som bruker neglelakk eller har mørk hud [13].

Det er også mulig å kalkulere oksygenmetningen ved å måle arterielt oksygentrykk og kalkulere alveolær-arteriell differanse, men dette er en invasiv prosedyre. Fordeler og ulemper med en mer presis måling ved bruk av invasiv metode, må avveies mot hvilken grunnsykdom pasienten har, hva man ønsker å undersøke og hvor stor verdi en mer nøyaktig verdi vil gi.

Ventilasjon og oksygenopptak (V̇O₂)

Ventilasjon og oksygenopptak kan måles både direkte og indirekte. Cooper test er et eksempel på en indirekte måling av V̇O₂max.

Direkte metoder for måling av gassutveksling:

• Det kan brukes en Douglas bag for å samle opp oksygen og måle direkte fra bagen. Denne metoden krever lite utstyr, men kan være unøyaktig da den har tekniske utfordringer i forbindelse med kalibrering og klargjøring av bagen.
• Et miksekammer er et annet alternativ. Kontinuerlig avlesning av oksygenopptaket gjennom miksekammeret gir muligheter for observasjon av lungefunksjon under arbeidsbelastning.
• Pust-for-pust er en populær metode som kalkulerer oksygenopptaket for hvert pust ved hjelp av en digital dataanalyse.

Elektrokardiografi

Det er vanlig å bruke elektrokardiografi (EKG) sammen med belastningstest, enten til kontinuerlig opptak eller før og etter treningen. EKG gjøres ofte i forbindelse med diagnostikk og utredning og oppfølgning ved  av hjertesykdommer som arytmier, iskemisk hjertesykdom, hjertemuskelsykdommer (kardiomyopatier) og ved medfødte hjertefeil.

EKG brukes til å observere hjertefrekvensen (puls) under CPETen. En vurderer da hvor raskt pulsen stiger og hva som er maksimal pulsfrekvens under belastningen. Hjertefrekvensen måles fra R-R intervallet på EKG. Hjerterytmen analyseres også, da ser man hovedsakelig etter uregelmessigheter. For å best kunne evaluere EKG for arytmi og iskemi bør det brukes et 12-avlednings EKG.

Impedansmåling

Dette er en metode for indirekte måling av hemodynamiske verdier. Ved å bruk av sensorer på testpersonens brystkasse og hals måles endringen i blodvolum og hastigheten i hovedpulsåren ved hvert hjerteslag. Denne endringen brukes til å beregne hemodynamiske parametere. Til nå er denne metoden for måling av hemodynamiske parametere lite validert . https://en.wikipedia.org/wiki/Impedance_cardiography

Ekkokardiografi

Ultralyd av hjertet (ekkokardiorafi) kan brukes sammen med ergometersykkel eller liggesykkel under belastningstesten. Ved å beregne åpningsarealet av en hjerteklaff og Dopplersignalet fra blodstrømmen gjennom klaffen kan en kalkulere slagvolumet og når en vet hjertefrekvensen kan en kalkulere hjertets minuttvolum. Slagvolum (SV) * hjertefrekvens (HF) = minuttvolum (CO). Dette er en krevende metode, men den kan gi betydelig tilleggsinformasjon dersom utført på en god og nøyaktig måte. Det er også mulig å undersøke for lekkasje over hjerteklaffene samt å vurdere sammentrekningkraften og funksjon i hjertekamre ved ekkokardiografi under testen.

Blodundersøkelser

Ved å sette inn et arterielt kateter kan det oppnås lett tilgang til arterielle blodprøver. Ofte vil det være best å bruke arteria radialis. Dette er en invasiv metode med risikoprofil, og brukes derfor ikke ofte. Kun dersom det er viktig med ofte og presise blodprøver vil dette brukes. Gjentatte kapillære punkt-prøver i finger eller øre er andre mulige metoder for blodprøvetaking .

Et vanlig oppsett for å høste prøver er; i hvile, etter oppvarming, ved regelmessige intervaller under arbeidet (for eksempel hvert minutt) og etter nedtrapping. Prøvene bør analyseres fortløpende. Prøver som kan være aktuelle under CPET er laktat/melkesyre, og blodgassanalyse ved undersøkelse av syre-base nivået i blodet (bikarbonat (HCO3-) baseoverskudd (BE), PCO₂, PO₂ og pH).

Resultater av undersøkelsene

Blodtrykk

Både systolisk og diastolisk blodtrykk avleses underveis. Typisk ser man at systolisk blodtrykk stiger sammen med økt V̇O₂ under belastningstesten. Diastolisk holder seg vanligvis konstant eller har et lett fall. Unormal blodtrykksrespons på arbeidsbelastning kan være tegn på hjerte- og/eller aortasykdom.

Ventilasjonsparametere

Mange parametere kan registreres dersom det brukes en oksygenmaske og direkte måling av gassutveksling under CPETen. Sammen vil parameterne gi et grundig bilde over ventilasjonskapasiteten til testpersonen.

Følgende parametere rapporteres ofte fra ventilasjonsdata:

• Respirasjonsfrekvens (RF, BF) oppgitt som 1/min
• Ventilasjon per minutt (VE), oppgitt i ml/min
• Oksygen (V̇O₂), oppgitt som ml/min
• Karbondioksid (VCO₂), oppgitt som ml/min
• Respiratorisk utvekslingsratio (RER)
• Anaerob terskel (AT)
• Aerob terskel

Ventilasjon

Under arbeid vil ventilasjonen øke for å fasilitere regulering av gasser og syre-base status på grunn av økt metabolsk krav. Minuttventilasjonen (VE) brukes sammen med tidalvolum og respirasjonsfrekvens for å undersøke ventilatorisk reservekapasitet.

Ventilatorisk kapasitet er ofte undersøkt ved maksimal voluntær ventilasjon (MVV) og respiratorisk reserve ved maksimal belastning regnes ut fra MVV og VE [14, 15].

$Respiratorisk\ reserve=MVV-VEmax$

Det er også mulig å regne dette indirekte ved formelen FEV1 * 40 [Hansen, 1984 #154]. Studier har vist at denne formelen overestimerer MVV i forhold til direkte målinger hos barn [Colwell, 2017 #153].

Maksimalt oksygenopptak (V̇O₂max)

Et mål som ofte brukes for å beskrive kardiopulmonal kapasitet, eller kondisjon, er maksimalt oksygenopptak (V̇O₂max). V̇O₂max kan både måles som L/min eller ml/min/kg og kan derfor være normalisert med hensyn til kroppsvekt. Maksimalt oksygenopptak beskriver den raskeste raten oksygen kan transporteres inn i kroppens vev. Den beregnes ut fra verdiene på ventilasjon som registreres underveis i testen. Ved observasjon av oksygenkurven underveis i testen kan man anta at V̇O₂max er nådd når stigningen avflates.

Karbondioksid og respiratorisk utvekslingsratio (RER)

CO₂ som måles ved pust er mer avhengig av ventilasjonen enn V̇O₂. Under kortvarig arbeid vil ratio mellom V̇CO₂ og V̇O₂ (RER) være omtrent tilsvarende 1,0, blant annet på grunn av glykogenmetabolisme. Ved vedvarende hardt arbeid vil ratioen overstige 1,0 på grunn av økt nivå av CO₂ ettersom kroppen kommer over i anaerobt arbeid. RER verdi på 1,15 [, 2003 #108, + KL andersen s 138] brukes ofte som krav tilleggskrav til tilfredsstillende utmattelse under en CPET. Det er dog mange faktorer som spiller inn på RER verdien, og den er derfor noe usikker som et absolutt kriterie. Det er anbefalt å rapportere RER som en funksjon av V̇O₂ [, 2003 #108].

Anaerob terskel

Anaerob terskel, også kalt melkesyreterskel eller laktatterskel, er den grensen hvor man kan jobbe maksimalt anstrengende og fremdeles ha nok oksygentilførsel til energiomdanning, slik at man har et stabilt laktatnivå i kroppen. Over anaerob terskel brytes glukose/glykogen ned til laktat på grunn av mangel på oksygen [16]. Anaerob terskel varierer med trening, og avhenger av maksimalt oksygenopptak, utnyttingsgrad og arbeidsøkonomi. Det er flere metoder for å finne anaerob terskel.

1.      Bestemmelse av anaerob terskel ved bruk av V-stigning. I en graf hvor kontinuerlig V̇CO₂ er plottet mot kontinuerlig V̇O2, bruker man skjæringspunktet mellom disse som terskelverdi. Dette kan enten gjøres automatisk i et dataprogram, eller man kan manuelt finne skjæringspunktet [17, 18]

2.       Bestemmelse av anaerob terskel ved å måle laktat direkte og deretter log-log transformere laktat og V̇O2 [19]

3.       Bestemmelse av anaerob terskel ved RER og oksygenopptak

EKG

Hjertefrekvens (ofte også i norsk litteratur forkortet HR) kan leses av kontinuerlig under testen og man kan se utviklingen. Det er mulighet for å finne maksimal HR (maxHR) under en CPET. Hos friske kan man forvente å finne en tilnærmet lineær stigning mellom V̇O₂ og HR. Indirekte kan maksimal HR regnes ut ved følgende formel [20]:

Arytmier og iskemi kan avdekkes ved analyse av hjerterytme og de elektriske signalene på EKG diagrammet.

Blodundersøkelser

Under metabolisme ved krevende arbeid vil det dannes økte mengder laktat på grunn av utilstrekkelig oksygentilførsel til vevene ikke minst musklene. Analyse av laktat regelmessig under CPET kan brukes til å etablere anaerob terskel. Tilsvarende økte mengder laktat vil det bli lavere verdier av bikarbonat i blodet. Bikarbonat kan også brukes for å beregne anaerob terskel, ved bruk av lignende matematiske metoder som for laktat [16, 17].