Возможности кардиопульмонального нагрузочного тестирования у пациентов с ожирением и хронической сердечной недостаточностью

DOI: 10.24411/2071-5315-2019-12094

Кардиопульмональное нагрузочное тестирование

Возможности кардиопульмонального нагрузочного тестирования у пациентов с ожирением и хронической сердечной недостаточностью

^ П.А. Келехсаев, А.В. Черний

Кафедра факультетской терапии Лечебного факультета ФГБОУВО "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова"МЗ РФ, Москва

Кардиопульмональное нагрузочное тестирование (КПНТ) является идеальным методом диагностики причин одышки. Это исследование позволяет не только оценить степень функциональных нарушений, лежащих в основе одышки, но во многих случаях судить об этиологии этих нарушений. Ожирение оказывает влияние на толерантность к физической нагрузке и, следовательно, на результаты КПНТ. Существует целый ряд возможных изменений на фоне ожирения при проведении КПНТ, в основном зависящих от степени ожирения. Помимо этого ожирение довольно часто сочетается с другими состояниями, влияющими на толерантность к физической нагрузке, например с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Проведение КПНТ дает возможность по-другому взглянуть на связь между ожирением и прогнозом у пациентов с сердечной недостаточностью и сниженной фракцией выброса левого желудочка.

Ключевые слова: кардиопульмональное нагрузочное тестирование, ожирение, сердечная недостаточность.

Ожирение — это хроническое много -факторное гетерогенное заболевание, проявляющееся избыточным образованием жировой ткани, прогрессирующее при естественном течении, как правило имеющее высокий кардиометаболический риск, специфические осложнения и ассоциированные с ним сопутствующие заболевания [1—4]. Ожирение может быть как самостоятельным заболеванием, так и синдромом, развивающимся на фоне других заболеваний. Ожирение и ассоциированные с ним метаболические нарушения представляют актуальную проблему современной медицины, поскольку приводят к развитию целого ряда тяжелых заболеваний [5—9].

В настоящее время ожирение является одной из наиболее важных медико-со-

Контактная информация: Келехсаев Петр Андреевич, kelehsaevp@rambler.ru

циальных проблем в мире, входя в число 5 основных факторов риска смерти. По оценке Всемирной организации здравоохранения, в 2016 г. доля людей в возрасте 18 лет и старше с избыточной массой тела составила 39%, а с ожирением — 13% [10]. Распространенность избыточной массы тела и ожирения в РФ составляет 59,2 и 24,1% соответственно [11]. По данным доклада Организации экономического сотрудничества и развития, в 2015 г. РФ занимала 20-е место среди стран по распространенности ожирения, отставая от возглавляющих список США на 18,6% [12]. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, избыточная масса тела и ожирение предопределяют развитие до 44—57% всех случаев сахарного диабета 2-го типа, 17—23% случаев ишемической болезни сердца, 17% случаев артериальной

Методы исследований

гипертонии, 30% случаев желчнокаменной болезни, 14% случаев остеоартрита и 11% случаев злокачественных новообразований [10, 13].

Синдром ожирения—гиповентиляции — это состояние дневной гиперкапнии и ги-поксемии (РаС02 (парциальное давление углекислого газа в артериальной крови) >45 мм рт. ст. и Ра02 (парциальное давление кислорода в артериальной крови) <70 мм рт. ст.) у пациентов с ожирением и нередко с имеющимися дыхательными расстройствами во время сна при отсутствии любой другой причины гиповентиляции. Одной из основных жалоб при этом синдроме является одышка при физической нагрузке. Патогенез указанного синдрома связан с нарушением дыхательной функции при ожирении. Накопление жировой ткани приводит к снижению вентиляционной способности легких как у взрослых, так и у детей. Увеличение индекса массы тела (ИМТ), как правило, ассоциируется со снижением объема форсированного выдоха за 1-ю секунду, форсированной жизненной емкости легких, жизненной емкости легких, функциональной остаточной емкости и объема резервного выдоха [14—16]. Снижение вентиляционной способности легких, связанное с ожирением, как правило, неярко выражено и возникает вследствие механического воздействия жировой массы на диафрагму и стенки грудной клетки, что препятствует экскурсии диафрагмы и приводит к снижению податливости грудной клетки. Клинически значимое снижение вентиляционной способности (жизненная емкость легких <85% от должной), как правило, наблюдается только у пациентов с морбидным ожирением [17, 18].

Кроме того, при ожирении может снижаться сила дыхательных мышц, что приводит к уменьшению максимального давления вдоха у пациентов с ожирением по сравнению с лицами с нормальной массой тела [19, 20]. Слабость дыхательных мышц при ожирении описывается как мышечная неэффективность вследствие снижения

податливости грудной клетки, уменьшения функционирующего объема легких или сочетания этих факторов [19, 20]. Точная распространенность этого синдрома неизвестна. Среди пациентов с ожирением и чрезмерной дневной сонливостью доля больных с указанным синдромом составляет примерно 10% [21].

При установлении причин одышки идеальным методом диагностики является кардиопульмональное нагрузочное тестирование (КПНТ), которое в последние годы всё шире используется в клинической медицине. Тест дает возможность объективно оценить уровень физической работоспособности, определить патогенетические механизмы, приведшие к ее снижению, и вклад систем, участвующих в формировании ответа организма на нагрузку. На этом основано практическое применение КПНТ для дифференциальной диагностики при одышке, прогнозирования исходов при сердечно-сосудистых и легочных заболеваниях, их ранней диагностики, мониторинга течения и оценки эффективности лечения, дозирования физических тренировок, кардиологической и пульмонологической реабилитации. Технически КПНТ отличается от обычных проб с физической нагрузкой тем, что помимо контроля электрокардиограммы и артериального давления при его проведении исследуются показатели легочного газообмена: потребление кислорода (\02), продукция углекислого газа (\С0г), минутная легочная вентиляция (УБ) и ее составляющие — дыхательный объем и частота дыхания, а также проводится пульсокси-метрия или инвазивное исследование газов крови [22].

Кардиопульмональное нагрузочное тестирование позволяет не только оценить степень функциональных нарушений, лежащих в основе одышки, но и во многих случаях судить об этиологии этих нарушений. При сочетании нескольких предполагаемых причин возможно определение функциональной значимости каждой из них. Исследование позволяет разграничить

Карднопульмональное нагрузочное тестирование

Общая характеристика результатов КПНТ при ряде патологических состояний

Параметр Хроническая сердечная недостаточность Хроническая обструктивная болезнь легких Интерсти-циальные болезни легких Болезни легочных сосудов Ожирение Детрениро-ванность

V 02max/peak 1 теоретически достижимо 1 недостижимо i i Норма для данной массы тела, 1 на 1 кг массы i

АП 1 достижимо НормаД недостижимо НормаД i Норма Норма/i

Пиковая ЧСС Различная, чаще норма ¿/норма(при легкой степени заболевания) i Норма/ слегка i Норма/слегка i Норма/слегка i

О2 2пульс 1 Норма или 1 Норма/i i Норма i

(VE/MVV) х Норма или i х 100% т Норма/Т Норма Норма/т Норма

VE/VCO2 Норма или Т т т т Норма Норма

vd/Vt т т т т Норма Норма

Pa02 Норма Различное i i Норма/т Норма

P[A-a]02 Норма Различный, чаще т т т Может i Норма

Обозначения: АП - анаэробный порог, ЧСС - частота сердечных сокращений, О2пульс - кислородный пульс, Р[А-а]02 -альвеолярно-артериальный градиент по кислороду, Уп/Ут - отношение вентиляции физиологического "мертвого" пространства/дыхательного объема, %/\Со2 - вентиляционный эквивалент С02, УВ/МУУ - отношение максимальной вентиляции, достигнутой при нагрузочной пробе/максимальной произвольной вентиляции.

следующие причины одышки: детрениро-ванность, скрытые сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, гипервентиляционный синдром, легочную патологию, заподозрить скелетную миопатию. Алгоритм трактовки результатов представлен на рисунке [22, 23].

Кардиопульмональное нагрузочное тестирование позволяет оценить примерно 50 параметров, основными из которых являются V02, максимальное потребление кислорода (VO2max), пиковое потребление кислорода (V^eak), Vo, их отношение — коэффициент легочного газообмена (VCO2/V02), который называется отношением газообмена (RER — respiratory exchange ratio), VE, отношение V/Vio (характеризует эффективность вентиляции легких), анаэробный порог (АП) (показывает уровень потребления кислорода, при котором продукция

энергии начинает дополняться анаэробными механизмами) [22, 24—26].

В первую очередь при КПНТ оценивается \02реак, его уменьшение свидетельствует о снижении толерантности к физической нагрузке. Этот параметр зависит не от одного компонента процесса транспорта и утилизации кислорода, а скорее от их взаимодействия. Типичные варианты результатов КПНТ при ряде патологических состояний, в том числе при ожирении, представлены в таблице [22].

Ожирение оказывает влияние на толерантность к физической нагрузке и, следовательно, на результаты КПНТ. Существует целый ряд возможных изменений на фоне ожирения при проведении КПНТ, в основном зависящих от степени ожирения. \о2реак может быть снижено как относительно массы тела (мл/мин/кг), так и относительно идеальной массы тела. Метаболические

30НШ|/ гт?

Норма Ожирение

Начальные стадии сердечной или легочной патологии

Гипервентиляционный синдром/психогенная одышка

Слабое усилие

Нейромышечная патология

Ишемическая болезнь сердца

Детренированность

Митохондриальная миопатия

Хроническая сердечная недостаточность —'

Хроническая обструктивная болезнь легких

Заболевания сосудов легких

Интерстициальные болезни легких

£ £ 3 £

«с 13

о

^

гс

» о

> о ^ Я о

о

д

о тз

Я

сл

05

О

13

гс

13 м

л

О О

Д

о 13

Я

сл

05

О

£ Й

2 о

3 Я

К К

05 »

Р ^

я 3

ё £ ^ 13

м

«с

I

я а

я к

со К'

а

К о 13

2 ьн

05 И й О № 13

й К

С/5 > 05

Д,Р

13

гс

13 м

л

О О

№ I т «с

Я

й 05

I I т

ГС

о о

о =

К 13

о

е-нэ-

"С

0

К

1

о =

о о о ст> К о

<¿3

N Й Й *

а к 3 к

С/3 05

О

13

ГС

13 м

л

О О

Д

о 13

О

Д

*

И Д О

я

рнштзи \тщ

Карднопульмональное нагрузочное тестирование

потребности при ожирении повышены, т.е. возрастание потребления кислорода прямо пропорционально увеличению нагрузки, но при этом наклон кривой отношения потребления кислорода к мощности нагрузки остается в пределах нормы [27, 28]. Другими словами, отношение потребления кислорода к внешней работе повышено [29].

В действительности потребление кислорода в покое у лиц с ожирением и у лиц с нормальной массой тела, для которых характерен относительно невысокий уровень метаболизма жировой ткани, значительно не различается. При выполнении нагрузки на начальном этапе происходит чрезмерное увеличение потребления кислорода [30]. Высокая метаболическая потребность связана с высокими энергетическими затратами на движения ногами. В среднем пациенты с ожирением не могут достигнуть таких же показателей мощности работы, как пациенты с нормальной массой тела. У пациентов с ожирением II степени при сниженной работоспособности показатели пикового потребления кислорода, кислородного пульса при пиковой нагрузке, АП обычно остаются в пределах нормы. Это явление можно описать как "тренировочный эффект", когда, несмотря на наличие избыточной жировой ткани, организм может поддерживать функциональную способность мышц на должном уровне [29].

Увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС) на субмаксимальной мощности нагрузки при достижении нормальной или почти нормальной пиковой ЧСС приводит к тому, что резерв ЧСС отсутствует или очень мал. Резерв ЧСС определяют как разницу между предсказанной максимальной для возраста и пиковой ЧСС, достигнутой при нагрузочном тесте [22].

В работе А. $а1уаёог1 е! а1. сравнивали показатели пациентов с ожирением и нормальной массой тела [31]. Было выявлено, что АП у пациентов с ожирением снижен. Анаэробный порог определяется повышением концентрации лактата в смешанной крови, которое возникает при экстракции

кислорода более 60% и при превышении потребления кислорода более 60% относительно максимального его потребления. Показатель АП может служить индикатором уровня тренированности, поэтому используется для мониторинга эффектов физических тренировок [22]. В то же время было обнаружено, что сердечный индекс во время нагрузки до момента наступления АП у пациентов с ожирением также снижен. На основании полученных данных авторами был сделан вывод о том, что на фоне ожирения может наблюдаться снижение эффективности сердечного выброса.

В работе S.W. Zarich et al. проводилась оценка диастолического наполнения левого желудочка (ЛЖ) при помощи допплер-эхокардиографии у пациентов с морбид-ным ожирением без клинических проявлений нарушения диастолического наполнения ЛЖ. У 50% из них было выявлено указанное нарушение. Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что нарушения диастолического наполнения ЛЖ могут протекать бессимптомно у пациентов с морбидным ожирением [32].

Из-за увеличенной метаболической потребности минутная вентиляция легких на фоне выполняемой нагрузки у пациентов с ожирением повышена. При этом отношение максимальной VE, достигнутой при нагрузочной пробе, и максимальной произвольной вентиляции (MVV) обычно остается в пределах нормы, но может быть и повышено при крайней степени ожирения. Однако если MVV определяется как объем форсированного выдоха за 1-ю секунду х 40, то отношение VE/MVV может быть снижено. Такая ситуация затрудняет определение вентиляционного резерва [33]. Отношение VE/MVV зависит от многих обстоятельств, определяющих вентиляционный запрос (метаболические потребности, масса тела, способ тестирования, вентиляция "мертвого" пространства, нейрорегуляторные и поведенческие факторы) [22].

Бронхиальная астма физического усилия также встречается у пациентов с ожирени-

Методы исследований

ем [34]. При ожирении во время нагрузок дыхательный паттерн характеризуется повышенной частотой дыхания и сниженным дыхательным объемом [35].

Ожирение довольно часто сочетается с другими состояниями, влияющими на толерантность к физической нагрузке, например с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Ожирение напрямую связано с важными сердечно-сосудистыми факторами риска (артериальная гипертония, сахарный диабет, дислипидемия), с повышенным уровнем заболеваемости и смертности и риском развития сердечной недостаточности (СН). Однако у пациентов с СН и сниженной фракцией выброса (ФВ) ЛЖ на фоне избыточной массы тела и ожирения сохраняются более низкие показатели смертности, чем у пациентов с нормальным ИМТ, — это явление получило название "парадокс ожирения" [36].

В последнее время появилось большое количество информации о том, что люди с избыточной массой тела (ИМТ 25,0—29,9 кг/м2) и ожирением I степени (ИМТ 30,0—34,9 кг/м2) имеют более высокую продолжительность жизни, чем лица с нормальной массой тела [37]. В 2006 г. S.E. НаББаш й а1. опубликовали результаты своих наблюдений: у полных пациентов с ишемической болезнью сердца, перенесших эндоваскулярное лечение коронарных артерий, частота рестенозов и летальность от сердечно-сосудистых причин были достоверно более низкими, чем у больных с нормальной массой тела [38]. В 2008 г. G.D. Lundberg подтвердил, что у пациентов с СН наличие ожирения не ухудшает сердечно-сосудистый прогноз [39].

Толерантность к физической нагрузке зависит от массы тела как у здоровых лиц, так и у лиц с СН и сниженной ФВ ЛЖ [40, 41]. В исследовании HF-ACTI0N пациенты с СН и сниженной ФВ ЛЖ были разделены на группы в соответствии с ИМТ: с дефицитом массы тела (<18,5 кг/м2), с нормальной массой тела (18,5—24,9 кг/м2), с избыточной массой тела (25,0—29,9 кг/м2),

с ожирением I степени (30—34,9 кг/м2), с ожирением II степени (35—39,9 кг/м2), с ожирением III степени (>40 кг/м2) [41]. VO eak было наименьшим в группе пациентов с ожирением III степени, но при этом у пациентов с нормальной массой тела, избыточной массой тела и ожирением I степени такие показатели, как кислородный пульс, потребление кислорода на уровне АП, вентиляционный эквивалент по углекислому газу и время выполнения теста, снижались прямо пропорционально увеличению ИМТ. При этом степень влияния ИМТ была более выраженной у женщин, чем у мужчин [42].

Проведение КПНТ дало возможность по-другому взглянуть на связь между ожирением и прогнозом у пациентов с СН и сниженной ФВ ЛЖ. В исследовании C.J. Lavie et al. проводился анализ данных 2066 пациентов с СН и сниженной ФВ ЛЖ [40]. У пациентов со значениями \O2peak ниже 14 мл/кг/мин и ИМТ выше 30 кг/м2 был более благоприятный прогноз, чем у пациентов с низким и нормальным ИМТ (18,5—25,0 кг/м2), и схожий прогноз с пациентами с избыточной массой тела (25—30 кг/м2) при сопоставимой работоспособности. При этом у пациентов с \O2peak выше 14 мл/кг/мин был хороший прогноз вне зависимости от ИМТ

Еще в одном исследовании 704 пациента с СН и сниженной ФВ ЛЖ были разделены на 3 группы в соответствии с ИМТ: 1-я группа - с ИМТ 18,5-24,9 кг/м2; 2-я группа - с ИМТ 25,0-29,9 кг/м2; 3-я группа -с ИМТ >30 кг/м2. В 3-й группе отношение VE/VO2 было значительно снижено, при этом вентиляционный эквивалент по углекислому газу сохранял свою прогностическую ценность в течение всего периода наблюдения [43]. Этот показатель обозначает количество воздуха, необходимое для выделения 1 л углекислого газа, и служит индексом адекватности вентиляции. В норме его значение составляет менее 32-34 на уровне АП. Значение VE/\CO2 >34 у пациентов с СН является сильным независимым предик-

Карднопульмональное нагрузочное тестирование

тором неблагоприятного прогноза [22]. В исследовании, включавшем 4623 пациентов с СН и сниженной ФВ ЛЖ, уровень смертности от всех причин составил 28,6% и уровень сердечно-сосудистой смертности — 17,4%, что несколько нивелирует "парадокс ожирения" [44]. При включении в анализ таких параметров, как возраст, пол, ФВ ЛЖ, проценты от предсказанного %2тах, прогностическая значимость ИМТ снижается [29].

Обычно \о2реак нормализуют по отношению к общей массе тела. При этом жировые отложения, которые составляют значительную часть общей массы тела, не участвуют в потреблении кислорода. Нормализованное по отношению к безжировой массе тела \02реак является прогностическим фактором при СН [45, 46]. У 225 пациентов с СН и сниженной ФВ ЛЖ нормализованное по отношению к безжировой массе тела \о2реак как в целом, так и при значении менее 19 мл/кг/мин имело большую прогностическую ценность, чем ненормализованное ХО^л, что является важным фактом для пациентов с ожирением, особенно для женщин [45].

Таким образом, при ожирении потребление кислорода, выраженное в процентах от предсказанного, может быть нормальным или низким, однако, будучи нормализованным к массе тела, оно снижено, и чем больше масса тела, тем в большей степени.

Повышение метаболических потребностей организма на фоне ожирения выражается в смещении вверх кривой отношения \02/мощность нагрузки. Легочная вентиляция для данной мощности нагрузки также повышена, что отражает большую, чем в норме, выполняемую работу, однако вентиляционный резерв сохраняется на нормальном уровне или может быть понижен. Нередко отмечается тенденция к учащению дыхания и снижению его глубины. При субмаксимальных нагрузках ЧСС может быть повышена, приближаясь к нормальной при максимальной нагрузке, поэтому резерв ЧСС невелик или отсутствует. При нагрузке может улучшаться вентиля-ционно-перфузионное отношение, в этом случае возрастают Ра02 и альвеолярно-ар-териальный градиент по кислороду.

Кардиопульмональное нагрузочное тестирование является информативным методом оценки физического здоровья человека, предоставляющим дополнительную диагностическую информацию о работоспособности и функциональном состоянии дыхательной и сердечно-сосудистой системы для выявления ограничений работоспособности при отсутствии клинических проявлений, а также для уточнения причин функциональных нарушений.

Со списком литературы вы можете ознакомиться на нашем сайте www.atmosphere-ph.ru

Cardiopulmonary Exercise Testing in Patients with Obesity and Heart Failure P.A. Kelekhsaev and A.V. Cherny

Cardiopulmonary exercise testing (CPET) is the best method to diagnose the cause of dyspnea. It makes possible not only to assess the degree of functional disorders underlying dyspnea, but to determine their etiology. Obesity affects exercise tolerance and consequently CPET results. A spectrum of possible responses during CPET mostly depends on the severity of obesity. Obesity often coexists with other conditions that affect exercise capacity, such as cardiovascular diseases. Cardiopulmonary exercise testing provides a different look at the relationship between obesity and prognosis in patients with heart failure and reduced left ventricular ejection fraction. Key words: cardiopulmonary exercise testing, obesity, heart failure.