心應變能力及其測量和心臟康復應用_第1頁
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文檔簡介

心應變能力系列指標及其測量和心臟康

復應用

Chronotropic

Competence

Indices,

Their

Measurement

and

Rehab

Prescription

系統(tǒng)工程、系統(tǒng)科學nnn錢學森:把極其復雜的研制對象稱為系統(tǒng),即由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成具有特定功能的有機整體,系統(tǒng)工程從復雜問題的總體入手,認為總體大于各部分之和,各部分雖較劣但總體可以優(yōu)化。可

:復雜系統(tǒng)

系統(tǒng)模型

系統(tǒng)方程

模擬分析和設計

系統(tǒng)控制

。從控制論,動力系統(tǒng)理論發(fā)展到如工程、管理、經(jīng)濟、生物、醫(yī)學、社會等??祻歪t(yī)學是系統(tǒng)醫(yī)學nnnnn康復評定遠比診斷細致而詳盡,是客觀地、準確地評定功能障礙的原因、性質、部位、范圍、嚴重程度、發(fā)展趨勢、預后和轉歸,為康復治療計劃打下牢固的科學基礎。人體是由大量結構和功能不同的部件組成的超復雜系統(tǒng),其復雜的功能和行為是由這些部件選擇性和非線性的相互作用產(chǎn)生的??祻歪t(yī)學就是要用系統(tǒng)科學理論和方法,綜合研究和認識復雜的人體及其疾病和功能障礙。1932年生理學創(chuàng)始人美國哈佛醫(yī)學院教授Walter

BCannon提出人體體內平衡(Homeostasis)。1939

Heymans獲諾貝爾獎:發(fā)現(xiàn)心血管系統(tǒng)血壓、心率和氣體交換調控中的頸動脈和中心動脈的感知神經(jīng)區(qū)。美國Iowa大學Abboud教授完善了心肺代謝系統(tǒng)調控體系,獲Cannon2009獎。運動系統(tǒng)描述和評估

心肺代謝系統(tǒng)肌肉骨骼系統(tǒng)心臟康復:心血管、肺、自主神經(jīng)系統(tǒng)水平的動態(tài)功能評估系統(tǒng)數(shù)學模型、測量、參數(shù)估計、模擬

物理康復:肌肉、

康復:動態(tài)系統(tǒng)分析

神經(jīng)、運動過程中

動態(tài)功能評估目標nn運動就是生命,心肺循環(huán)系統(tǒng)是生物體內的代謝系統(tǒng),它的功能就是將營養(yǎng)物和氧輸送到各組織器官,保證人體各種活動的正常進行。目標:qqqq根據(jù)國內外生物醫(yī)學界的研究成果,探討心肺循環(huán)系統(tǒng)功能的評估和運動處方的制定方法,以及他們的科學依據(jù)和臨床應用;討論心應變能力系列指標及其臨床應用意義;數(shù)字心肺步行試驗(DCW)在心臟病人危險分層和康復處方制定上的應用。討論心應變能力系列指標與DCW在三期心臟康復中的作用。參考文獻n

冠心病康復與二級預防中國專家共識,中華醫(yī)學會心血管病學分會、中

國康復學醫(yī)學會心血管病專業(yè)委員會、中國老年學學會心腦血管病專業(yè)

委員會nnnnnAerobic

Exercise

Intensity

Assessment

and

Prescription

inCardiac

Rehabilitation,A

joint

position

statement

ofEACPR,AACPR

and

CACRACSM’s

Guidelines

for

Exercise

Testing

and

Prescription,

9

thedition.ACSM

2014

Exercise

Prescription

for

Patients

withCardiovascular

and

Cerebrovascular

DiseaseImportance

of

characteristics

and

modalities

of

physicalactivity

and

exercise

in

the

management

of

cardiovascularhealth

in

individuals

with

cardiovascular

disease

(Part

III)The

European

Society

of

Cardiology

2012Core

Components

of

Cardiac

Rehabilitation

/Secondary

PreventionPrograms:

2007

Update,

A

Scientific

Statement

From

the

AmericanHeart

Association內容nnn心肺運動試驗、吸氧量、代謝當量、心率;心應變能力、心肺步行試驗;危險分層和運動康復處方的制定。心肺運動試驗nnn心肺運動試驗(CardioPulmonary

eXercisetesting

CPX)是目前國際公認的評估心肺功能的試驗。在運動中逐拍測量吸氧量Vo2、呼出二氧化碳Vco2量和通氣量Ve,以及心電、血壓等。計算、分析和評估心肺對運動的反應。主要指標

重點在于運動極限qqq最大吸氧量,運動極限時的心輸出量與動靜脈血氧差的積無氧閾(Ventilatory

Threshold

VT),遞增運動強度時,由有氧代謝供能開始轉換成無氧代謝供能的臨界點。Respiratory

Exchange

Ratio

RER

>

1.10表明已經(jīng)盡

了最大努力。Gary

J.

Balady,

etc.,

Clinician’s

Guide

to

Cardiopulmonary

Exercise

Testing

in

Adults,

AScientific

Statement

From

the

American

Heart

Association,

Circulation

.

2010;122:191-225.CPX的幾個主要參數(shù)曲線CPX的價值和應用問題nnnnnCPX是國際公認的心肺評估設備,最大吸氧量也是國際公認的評估心肺功能的金標準。由于CPX測量方法和原理比較復雜,不太容易被臨床醫(yī)生和護士理解。據(jù)AHA,在美國,也存在不少醫(yī)務人員,都有對CPX及其測量值理解不夠和片面的現(xiàn)象。CPX要求受試者達到極限運動量。對于心肺病人,不但難以實現(xiàn),而且危險。在中國,病人大都達不到運動極限,,導致測量參數(shù)的價值有限。CPX需要定期校準,昂貴、維護和使用都很復雜。吸氧量的測量只能在特定環(huán)境,在大部分應用場合難以使用。必須尋求更為簡捷的方法,代謝當量和心率成為替代數(shù)字度量,自感用力度RPE作為主觀度量。代謝當量MET

Metabolic

Equivalent

ofTaskn

定義為人體在某種運動中單位時間單位體重的

氧耗量,以3.5

ml

O

2

·kg

?

1

·min

?

1

為一單位

。nis

a

physiological

measure

expressing

theenergy

cost

of

physicalactivities

and

isdefined

as

the

ratio

of

metabolic

rate(and

therefore

the

rate

of

energyconsumption)

during

a

specific

physicalactivity

to

a

reference

metabolic

rate,set

by

convention

to

3.5

mlO

2

·kg

?

1

·min

?

1美國運動醫(yī)學會代謝當量計算公式(S=Speed;

G=Grade)nnnWalking

(most

accurate

from

1.9-3.7

mph)q

VO

2

=

(0.1

?

S)

+

(1.8

?

S

?

G)

+

3.5Treadmill

and

Outdoor

Running

(for

speeds

>

5mph)q

VO

2

=

(0.2

?

S)

+

(0.9

?

S

?

G)

+

3.5Leg

ErgometryqVO

2

=

1.8

(work

rate)/(BM)

+

3.5

+

3.5nArm

ErgometryqVO

2

=

3

(Work

Rate)/(BM)

+

3.5nSteppingqVO

2

=

(0.2

?

F)

+

(1.33

?

1.8

?

H

?

f)

+

3.5代謝當量的應用及問題nnn代謝當量由于其簡單、測量方便,被ACSM推薦而廣泛應用。代謝當量的定義本身、ACSM的計算公式,都是對大量人群的統(tǒng)計結果。對某些特定人來說,計算值受身體和環(huán)境的影響,如肥胖程度、體質、心血管健康、環(huán)境等。然而,代謝當量計算值具有很大的參考意義。在沒有更好、更實用的運動強度指標出現(xiàn)的情況下,代謝當量仍然會在國際上廣泛使用。心率對運動的反應醫(yī)學界觀測到,常人的心率對運動的曲線與吸氧量的斜率相當,呈線性。一般情況下,可以用心率來表示運動強度。6Noexertionatall7Extremelylight9Verylight-(easywalkingslowlyatacomfortablepace)11Light13Somewhathard(Itisquiteaneffort;youfeeltiredbutcancontinue)15Hard(heavy)17Veryhard(verystrenuous,andyouareveryfatigued)19Extremelyhard(Youcannotcontinueforlongatthispace)20Maximalexertion自感用力度Rate

of

PerceivedExertion

(RPE)內容nnn心肺運動試驗、吸氧量、代謝當量、心率;心應變能力、心肺步行試驗;危險分層和運動康復處方的制定。心率在代謝系統(tǒng)中起主要作用nnnnnn根據(jù)Fick方程:

Vo

2

=

SV

*

HR

*(C

a

-

C

v

)即:吸氧量是心博量SV與心率HR之積,再乘以動靜脈血氧差。當一個健康人達到在運動極限狀態(tài)時,其Vo2增加4倍,其中心率增加貢獻2.2,心博量增加貢獻0.3,動靜脈血氧差的增加貢獻1.5。這就是說,評估心肺動態(tài)功能,可以以心率運動的自適應變化為主線。靶心率是運動康復中公認用于表征運動強度的度量。心應變能力缺失ChronotropicIncompetence

自1970起,國際上對心臟

應變能力缺失Chronotropic

Imcompetence

(CI)開展了廣泛和深入的研究,大量的臨床研究表明,心應變能力

缺失是心血管事件和死亡率的獨立且明確的指標,在臨床上多種疾病

的預后具有重要價值。其中典型的代表人物是Cleveland

Clinic

Foundation

的Lauer。他幾十年來,對數(shù)以幾千計的人員進行多年跟

蹤研究,疾呼CI在臨床中的重要性。nnnMichael

S.

Lauer

,

Peter

M.

Okin

,

Martin

G.

Larson

,

Jane

C.

Evans

,

Daniel

Levy

,

Impaired

Heart

RateResponse

to

Graded

Exercise

Prognostic

Implications

of

Chronotropic

Incompetence

in

the

FraminghamHeart

Study,Circulation.1996;

93:

1520-1526美國加州大學洛杉磯分校醫(yī)學院等聯(lián)合進行了多次試驗,分別對10,021人和11,218人將CI與“心肌灌注單光子發(fā)射計算機體層攝影術(SPECT)”進行對比,發(fā)現(xiàn),心率儲備和心率恢復是全因死亡和心血管病死亡的獨立預測指標,在內容和嚴重性方面是SPECT預后價值的補充。因此他們認為,CI

指標應該成為評估心率運動反應的標準,成為危險分層的常規(guī)和例行參數(shù)。Arbit

B

,

Azarbal

B

,

Hayes

SW

,

Gransar

H

,

Germano

G

,

Friedman

JD

,

Thomson

L

,

Berman

DS

,

PrognosticContribution

of

Exercise

Capacity,

Heart

Rate

Recovery,

Chronotropic

Incompetence,

and

MyocardialPerfusion

Single-Photon

Emission

Computerized

Tomography

in

the

Prediction

of

Cardiac

Death

and

All-Cause

Mortality,

AmJCardiol.

2015

Dec

1;116(11):1678-84CI

的臨床價值nnnnn多個大規(guī)模臨床試驗表明,CI是獨立的全死因指標。A.

Dhoble,

B.

D.

Lahr,

T.

G.

Allison,

S.

L.

Kopecky,

CardiopulmonaryFitness

and

Heart

Rate

Recovery

as

Predictors

of

Mortality

in

a

ReferralPopulation

Journal

of

AHA.

2014;3心應變能力系列指標是臨床定量評估心衰病人、指導康復方案的理想方法。Vera

Kubrychtova,

Thomas

P.

Olson,

Kent

R.

Bailey,

Prabin

Thapa,

Thomas

G.Allison,

and

Bruce

D.

Johnson,

Heart

rate

recovery

and

prognosis

in

heartfailure

patients,

Eur

J

Appl

Physiol.

2009

January

;

105(1):

37–45.心應變能力指標是描述人體新陳代謝系統(tǒng)功能的重要定量指標,對糖尿病診斷和預后方面有重要的臨床價值Keytsman

C

,

Dendale

P

,

Hansen

D

,Chronotropic

Incompetence

During

Exercisein

Type

2

Diabetes:

Aetiology,

Assessment

Methodology,

Prognostic

Impactand

Therapy.

SportsMed.

2015

Jul;45(7):985-95.心應變能力

Chronotropicn

美國老年心血管學會

床上遠沒有得到應有

重視和應

統(tǒng)一,缺乏有效的測量設備所致。

Peter

H.

Brubaker,

Dalane

W.

Kitzman,

Chronotropic

Incompetence

Causes,

Consequences,

and

Management,

Circulation.

2011;123:1010-1020.nnn我們深入研究了近30年來的國際研究成果,提出下面的心應變能力系列指標(Chronotropic

Competence

IndicesCCI)。心應變能力,即心臟應運動變化而自適應改變心率的能力和反應速度,包括:心臟的心率靜止時、隨運動量增加而加快達到最大值、運動停止后恢復的數(shù)字度量。它描述了心臟在新陳代謝系統(tǒng)中自適應運動變化的整個過程,是一組較為全面的數(shù)字度量。1、

靜止心率Resting

Heart

RateRHRn

身體處于靜止狀態(tài)下和適中環(huán)境溫度下、心情

處于平靜狀態(tài)下的心率,正常值范圍60-80BPM

。研究和臨床實踐證明,心率異常是住院率和

死亡率升高的征兆。2、心應變率ChronotropicRate

n

定義心

變率CR

為心率對運動量的變化率,或為單位運動當量

變化所引起心率的變化,是心臟對運動的應變速度:nnn(

3

)CR

(

HR

stage

HR

rest

)

/(

MET

stage

1

)歐洲和美洲心臟學會的聯(lián)合科學文件將心應變率稱為“Exercise

HR”,它提供心臟對運動應變能力的深入度量,其正常值為運動代謝量增加一單位當量,心率增加10BPM。美國西北大學自1992到2008對5437名無癥女性進行運動試驗跟蹤,在549個死亡者中,心應變率小是獨立死亡預測因子(P<0.023)。?

EACPR/AHA

Joint

Scientific

Statement,Clinical

recommendations

for

cardiopulmonaryexercise

testing

data

assessment

in

specific

patient

populations?

Gulati

M,

Shaw

LJ,

Thisted

RA,

Black

HR,

Bairey

Merz

CN,

Arnsdorf

MF,Heart

rateresponse

to

exercise

stress

testing

in

asymptomatic

women:

the

st.

James

women

takeheart

project,Circulation,2010

Jul

13;122(2):130-7

3、

心應變極限Chronotropicn

備Heartnn(

2

)CL

HRR

(

HR

max

HR

rest

)

/(

HR

Pr

edM

HR

rest

)其中最大心率預測值(HR

PredM

),國際上通用220-age來預測,最近修正為健康男性208

-(0.7

x

Age)、女性206

-(0.88

xAge)、冠心病人164

-(0.72

x

Age)。對一60歲的冠心病人,其最大心率預測值為:121bpm,比同齡健康人少了40bpm。挪威

奧斯陸

大學醫(yī)院對2000多人進行了35年跟蹤研究,其中528人因心血管事件死亡。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),心應變極限(心率儲備)低下使其死亡危險增加70%。

Exercise

Standards

for

Testing

and

Training,

A

Scientific

Statement

From

the

American

Heart

Association,

Circulation.

2013;128:873-934.

Kristian

Engeseth,

Christian

Hodnesdal,

Irene

Grundvold,

Knut

Liest

?

,

Knut

Gjesdal,

Gunnar

Erikssen,

Sverre

E

Kjeldsen,

Jan

E

Erikssen,

Johan

Bodegard1

and

Per

Torger

Skretteberg,

Heart

rate

reserve

predicts

cardiovascular

death

among

physically

unfit

but

otherwise

healthy

middle-aged

men:a

35-year

follow-up

study,

European

Journal

of

Preventive

Cardiology

0(00)

1–8

2014心應變極限Chronotropicn

限,也

max。

時的CL正常值在0.8-1.3之間。nn在我國,由于風險的考慮、也由于文化和認知的原因,很少有病人在CPX中達到運動極限。因此,CL值達不到0.8。在步行試驗中,HR

max

是最大步行努力所達到的最大心率。比CPX中達到極限運動時的CL小,通常>0.4就算正常了。4、運動心率恢復

(Heart

rateRecovery

after

Exercise

(HRE)nnn定義為峰值運動心率與運動停止后1分鐘心率的差,表示運動停止后心率恢復到靜止心率的速度。歐洲和美洲心臟學會的聯(lián)合文件認為,1分鐘運動心率恢復反映了副交感神經(jīng)再激活的速度。正常值

>

12BPM。被大量研究證明為一種非常有力的預后指標。qq例如:Kopecky等對6546個平均年齡在49歲的無心血管病史的人群歷經(jīng)10年的心率運動試驗跟蹤研究,在死亡的285人中,運動心率恢復值小于12是獨立的全死因(all-cause

mortality)指標。美國和捷克醫(yī)學專家對712名心衰病人進行了8.2年的運動心率恢復與死亡率的跟蹤研究。將病人按照運動心率恢復值分成三組(<5,<9,

≥10),非常好的預測了這三組病人的1、5、10年的死亡率。nnCarlos

Vieira

Duarte

,

Jonathan

Myers

Claudio

Gil

Soares

de

Araújo

,Exercise

heart

rate

gradient:

anovel

index

to

predict

all-cause

mortality,European

Journal

of

Preventive

Cardiology,May2015

22:

629-635

A.

Dhoble,

B.

D.

Lahr,

T.

G.

Allison,

S.

L.

Kopecky,

Cardiopulmonary

Fitness

and

Heart

Rate

Recoveryas

Predictors

of

Mortality

in

a

Referral

Population

Journal

of

AHA.

2014;3數(shù)字

心肺步行試驗(DCW)nDCW以穿戴式設備和無線通信方式,實時、準確測量和分析心電圖和運動數(shù)據(jù),提供一整套心肺動態(tài)功能指標。qqqqq自動測量,隨時隨地。實時監(jiān)測、警示和記錄運動異常和心率異常。不需要達到運動極限,大大降低試驗風險。提供一整套數(shù)字度量,包括:步態(tài)時空參數(shù)、運動強度和代謝當量、心應變能力系列指標(Chronotropic

CompetenceIndices)等;其臨床意義已被國際大量研究證明,并由國際權威組織推薦。自動生成試驗報告,提供危險分層和運動康復處方建議。與智海云服務平臺連接,成為整個服務體系的組成部分。n與心肺運動試驗相比,DCW是理想的新一代心肺功能測試評估設備。藍牙WiFi

1-5

套穿戴設備組成一個工作站DCW分三個階段:1、受試者保證靜止狀態(tài),系統(tǒng)采樣其中一分鐘運動和心電信號;2、6分鐘步行開始,秒表開始計時。在無心電異常的情景下,自動鼓勵受試者加速至最快速度,并達到最大速度和最大心率;3、6分鐘步行結束,受試者恢復靜止狀態(tài),1分鐘秒表計時,記下運動停止后1分鐘時的運動和心電信號。系統(tǒng)實時記錄和分析三個階段的心電和運動,生成試驗報告。擴展:不限定6分鐘,場地或跑步機,可以走或跑,等。測試過程中運動量和心率曲線心率運動反應指標測量值參考值靜止心率Restingheartrate60-80pbm運動最大心率MaxHRinExercise最大心率時代謝當量METatMaxHR距離分級WalkingDistanceGradingI≤300<II≤375<III≤450<IV心應變極限ChronotropicLimit心應變率ChronotropicRate~10BPM運動心率恢復HRrecoveryafterexercise≥12BPM心率運動反應數(shù)字指標匯總內容nnn心肺運動試驗、吸氧量、代謝當量、心率;心應變能力、心肺步行試驗;危險分層和運動康復處方的制定。歐洲心臟康復學會個性化原則nPA

recommendations

and

exercise

trainingprogrammes

for

patients

with

coronary

arterydisease

or

chronic

heart

failure

need

to

betailored

to

the

individual‘s

exercise

capacityand

risk

profile

,

with

the

aim

to

reach

andmaintain

the

individually

highest

fitness

levelpossible

and

to

perform

endurance

exercisetraining

30–60

min

daily

(3–5

days

per

week)

incombination

with

resistance

training

2–3

times

aweek。

-

Importance

of

characteristics

and

modalities

ofphysical

activity

and

exercise

in

the

managementof

cardiovascular

health

in

individuals

withcardiovascular

disease

by

EACPR

(Part

III)

2012.心臟運動康復處方nnnFITT(Frequency,Intensity,Time,Type)運動頻次,目標:每天一次運動強度,以耗氧量來計量運動強度雖然科學,但無可能。只能退而求其次,使用如下三種方法描述和監(jiān)測qqq以代謝當量表示的Workload

MET

levelRate

of

Perceived

Exertion

(RPE)心率

Heart

rate

(HR)nn運動時長,20-40分鐘運動類型:步行、操、太極拳等。nn心臟病人危險分層

中國專家的危險分層表,危險分層保證安全和個性化康復。

DCW試驗提供第一、二項,第六項功能儲備可以用6分鐘步行距離和1分鐘

心率恢復來替代。在CPX試驗未達極限運動情況下,歐、美、加心臟康復委員會推薦危險分層。因此,在中國專家共識中,可以用6MWT距離來代替運動功能儲備;外加運動心率恢復,如:>12,9-12,6

-9,≤6;n以中國病人為對象,進行深入的臨床研究。心臟病人危險分層

n

n

NYHA

分級(

CCS

分級類似)

級:患者有心臟病,但日?;顒恿坎皇芟拗?,一般

體力活動不引起過度疲勞、心悸、氣喘或心絞痛。

級:心臟病患者的體力活動輕度受限制。休息時無

n

自覺癥狀,一般體力活動引起過度疲勞、心悸、氣喘

或心絞痛。

級:患者有心臟病,以致體力活動明顯受限制。休息時無癥狀,但小于一般體力活動即可引起過度疲勞、心悸、氣喘或心絞痛。Ⅳ

級:心臟病患者不能從事任何體力活動,休息狀態(tài)下也出現(xiàn)心衰癥狀,體力活動后加重運動強度MET%peakVo2%peakHRTPEBorgScaleVeryLight1.2-1.9<25<35<10Light2.0-3.925-4435-5410-11Moderate4.0-5.945-5955-6912-13Heavy6.0-7.960-8470-8914-16Varyheavy8.0-10≥85≥9017-19Maximal>1010010020ACSM

運動強度相對分類正常人:70-85%

Peak

HR,病人:50-85%

Peak

HR

60-80%

Peak

Vo2,

40-80%

Peak

Vo2EACPR心臟病人運動康復實現(xiàn)Light

to

moderateModerate

to

heavy不同病人的推薦運動強度心臟病人運動康復強度nnn運動處方中的強度可以用代謝當量、RPE和心率來表示。但在實際執(zhí)行中,運動可以有各種不同的形式,采用不同的器械。最方便的是心率。每個病人的運動處方應該是個性化的,如在心肺運動試驗中測量出極限運動心率:160BPM,靜止心率75BPM,取靶心率為70%

Peak

HR,則:

HRexerc

=

(160-75)*70%

+

75

=

134.5兩個挑戰(zhàn):qq心臟病人的心應變率會發(fā)生變化,特別是使用Beta阻滯劑者。雖然用CPX測出的Peak

HR中,包含了運動能力和心應變率,但為了及時適應變化,必須經(jīng)常做運動試驗。這不大現(xiàn)實。心率與實際運動強度之間有一個延遲,這對于心應變能力缺失的病人更為嚴重。在實施運動康復訓練時應予以注意。心應變能力在運動康復中具有臨床意義。運動處方nnnnnn如果不能獲得極限運動心率,怎么辦?采用最大心率預測值

HR

PredM

=

220-age?不合適。EACPR認為,個性化運動康復強度,取決于運動能力和危險因素情況。在同樣的運動強度下,因人而異,或因時間而異,其表征運動強度的吸氧量、心率會不同。EACPR、AACPR等均根據(jù)心臟病人情況,定義了運動強度,如上表。中國專家的危險分層考慮的因素,包含了運動能力。根據(jù)病人的危險分層,可以估計病人的運動功能儲備,即:低、中、高危病人分別為:7、6、5MET。因此,我們從不同危險分層的病人,獲得其運動能力儲備,計算其運動強度,進一步使用測得的心應變能力系列指標,計算靶心率。分級6MWT運動心率恢復運動儲備推薦運動強度高?!?00m≤6BPM5MET3.0-4.0中危300–450m6-12BPM6MET3.5-4.5低危>450m>12BPM7MET4–5.5危險分層和運動強度取值nnn手術后病人,運動強度取light或very

light,即:靜止心率+20,2-4MET,RPE10-11;監(jiān)測ECG,

BP,

RPE,

和缺血癥狀,在

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