Способ прогнозирования толерантности к физической нагрузке у пациентов, ожидающих открытое кардиохирургическое вмешательство
METHOD FOR PREDICTING EXERCISE TOLERANCE IN PATIENTS AWAITING OPEN CARDIAC SURGERY

Данное изобретение относится к области медицины, а именно кардиологии и реабилитации, и может быть использовано в определении ожидаемой степени толерантности к физической нагрузке (ФН) у пациента в послеоперационном периоде, оценке реабилитационного потенциала пациента и необходимости дополнительных мер преабилитационного процесса, при подготовке к открытой кардиохирургической операции, на основании исходных данных физического статуса и параметров операции.
В настоящий момент, акцент внимания на превентивных стратегиях, является экономически наиболее эффективным подходом. Анализ данных многоцентровых исследований последних лет, показывает, что по мере понимания патогенеза кардиохирургических осложнений, с детальной стратификацией факторов риска периоперационных осложнений, появляются новые стратегии превентивной подготовки пациентов, открывающие новые горизонты возможностей восстановительного лечения.
Доказано, что проводимая физическая реабилитация пациентов перед проведением оперативных вмешательств на сердце, способствует лучшей скорости восстановления мышечного статуса в послеоперационном периоде (Dronkers J.J., Chorus A.M., 2013), а физическая реабилитация после кардиохирургических вмешательств, может существенно улучшить адаптацию к физическим нагрузкам и способствовать модификации факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний, таких как ожирение, нарушение толерантности к глюкозе и артериальная гипертензия (АГ); Аронов Д.М. и соавт., 2016 г.), а также сократить реабилитационный период на этапе стационарного лечения (J.V. Sawatzky, D.S. Kehler, 2014).
Однако, для достижения максимальной эффективности реабилитационных мероприятий необходимо четко понимать, на какое патогенетическое звено прежде всего стоит обратить внимание при выборе программ реабилитации, основываясь на шкалах и факторах периоперационных рисков, а также потенциале конкретного пациента.
Существующие на данный момент шкалы операционного риска, такие как EuroScore II не рассматривают мышечную слабость в качестве независимого предиктора негативного исхода и включают в себя в лучшем случае пункт «ограничение подвижности», косвенно указывающий на неудовлетворительные параметры скелетной мускулатуры, либо в более широком смысле «хрупкость». В англоязычной литературе понятие «хрупкость» включает ряд симптомов, связанных с нарушениями функционального и мышечного статуса, и включающая непреднамеренную потерю веса, истощение, мышечную слабость, медлительность при ходьбе и низкий уровень физической активности. По данным Han В. (с соавт. Li Q., Chen X., 2019), распространенность хрупкости в популяции составляет в среднем 26%, и имеет тенденцию к изменению в большую сторону, при достижении пациентом 60 лет (Lauretani F. 1985, Lauretani F. 2003, Partridge J.S. 2015). Так, хрупкие пациенты, оцененные по трем и более параметрам, имеют значительно более высокую вероятность развития фатальных событий, развивающихся после операции на сердце с применением искусственного кровообращения, независимо от типа и объема выполненного оперативного вмешательства (Sepehri А. 2014, Kim D.H. 2016), Критерий хрупкости в определенной степени позволяет предсказать возможность формирования дыхательной недостаточности, с необходимостью продления ИВЛ, развитие, или прогрессирование в раннем послеоперационном периоде острой почечной и печеночной недостаточности (Okamura Н., Kimura N. 2018, Menezes Т.С. 2018).
Мышечная слабость, в качестве более узкого понятия, включенного в том числе определение хрупкости, выступает в качестве альтернативного, более специфичного предиктора периоперационных осложнений. Ситуация актуальна для всех возрастных групп, однако наиболее весома, для пожилых пациентов, перенесших открытое торакальное, или абдоминальное оперативное вмешательство (Makary М.А. 2010, Tran D.T. 2018, Bibas L. 2018, Koter S. 2019).
Доказано, что у пациентов проходящих стационарный этап подготовки к сложным оперативным вмешательствам, наблюдается достоверное снижение показателей силы периферических мышц, по сравнению со здоровыми представителями популяции того же возраста (Santos К.М., Cerqueira Neto MX. 2014, Kamiya K. 2015, An K.O. 2019). В ряде исследований показано, что снижение мышечного статуса перед абдоминальными, ортопедическими и сосудистыми оперативными вмешательствами ухудшает непосредственные результаты хирургии, увеличивает количество осложнений, длительность пребывания в отделениях реанимации и в стационаре в целом (Rooks D.S., 2006, Feeney С., 2010, Wallbridge H.R., 2010, Gupta Р.K., 2011).
Кроме того, более трети всех пациентов, подверженных открытой оперативной реваскуляризации миокарда, либо замене клапанов сердца, как в изолированном, так и в комбинированном варианте, в дальнейшем испытывают проблемы с процессами вертикализации, и имеют ограничение подвижности, как в раннем, так и отдаленном послеоперационном периоде (Tse L. 2015, Ramos D.S., Aquaroni R.N. 2017, Wischmeyer P.E. 2017).
Следовательно, оценка мышечной слабости в перспективе может усилить прогностическую ценность современных инструментов оценки периоперационных рисков (Makary М.А. 2010, Kamiya K. 2015, Dahya V. 2016). Однако, до настоящего времени предпринятые попытки изучения параметров мышечного статуса до операции, или включения параметров астении в шкалы операционного риска, имеют недостаточное подкрепление, для получения однозначного ответа о реабилитационном потенциале кардиохирургического пациента еще до операции.
Оценка мышечного статуса на основании результатов кистевой и динамометрии нижних конечностей, а также теста шестиминутной ходьбы (ТШХ), имеет ряд преимуществ над стандартными методиками оценки параметров мышечного статуса, а именно: для пациента, ограниченного проявлениями коронарной, или хронической сердечной недостаточности исследование не является трудоемким и не требует привлечения значительного количества рабочих человеко-часов. Для проведения всех статико-динамических тестов требуется лишь два ручных динамометра.
Практическим результатом проведенного исследования выступает способ дооперационной оценки мышечного статуса скелетной мускулатуры кардиохирургического пациента и принятие решения о необходимости осуществления дополнительных реабилитационных мероприятий, на основании полученного прогноза о толерантности к физической нагрузке
В настоящем исследовании были задействован 61 последовательный пациент, прошедший предоперационную подготовку на базе кардиохирургического стационара «НИИ Комплексных проблем сердечнососудистых заболеваний», перенесший открытое кардиохирургическое вмешательство за период с 2016 по 2018 год. После выполнения вмешательства и стабилизации состояния пациента в отделении реанимации, в дополнение к ранним реабилитационным мероприятиям проводились статико-динамические тесты, а именно: кистевая и динамометрия нижних конечностей, а также после перевода из отделения реанимации - тест шестиминутной ходьбы.
Большинство наблюдаемых представлено мужчинами 44 (72,1%), с медианой возраста в 63,0 [58,0; 68,0] года, индекс массы тела (ИМТ) составил 28,33 [24.49; 31.22]. Инфаркт миокарда (ИМ) прослеживался в 28 случаях (45,9%), хроническая сердечная недостаточность (ХСН) 3 и более функционального класса в 43 случаях (70,5%) (таблица 1).
Примечание к таблице 1: СКФ - скорость клубочковой фильтрации; ЧКВ - чрескожное коронарное вмешательство; ОНМК - острое нарушение мозгового кровообращения; ФП - фибрилляция предсердий; ХИНК - хроническая ишемия нижних конечностей; МК - Митральный клапан; АК -Аортальный клапан; ТК - Трикуспидальный клапан; NYHA Классификация New York Heart Association (Нью-Йоркской кардиологической ассоциации) сердечной недостаточности.
Выполнение кардиохирургических вмешательств в виде коронарного шунтирования (КШ) в изолированном варианте осуществлено в 31 (50,8%) случаях, в сочетании с заменой клапанов в 10 (16,4%) случаях, мультипротезирование сердечных клапанов в 4 (6,6%) случаях. Ортотопическая пересадка донорского сердца была выполнена в 4 (6,6%) случаях.
Объем операций в условиях искусственного кровообращения (ИК) составил 55 (90,16%), «на работающем сердце» - 6 (9,84%). Среднее время искусственного кровообращения составило 140 [93.0; 174.0] минут, пережатие Аорты 86,5 [63.5; 116.0] минут, в среднем вмешательство осуществлялось на протяжении 240 [166.0; 308.0] минут (таблица 2). Примечание к Таблице 2: ВоАо - операция Бенталла - Де Боно (протезирование Аортального клапана и восходящего отдела Аорты); КЭЭ - каротидная эндартерэктомия; РЧА - радиочастотная аблация; ТС - ортотопическая трансплантация сердца;
Статико-динамические тесты выполнялись в два этапа:
1. После проведения вмешательства, а именно: кистевая динамометрия (КДМ) и динамометрия н/конечностей в день экстубации пациента и осуществлялись непосредственно «у койки» в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ); ТШХ проводилось в первый день вертикализации пациента после перевода в кардиохирургическое отделение (КХО).
2. Накануне выписки из кардиохирургического стационара динамометрию мышц нижних конечностей осуществляли с помощью ручного динамометра «Lafayette ММТ» модель 01165 (США. Рисунок 1), с непосредственной возможностью оценки полученных результатов на экране прибора.
Непосредственно перед каждым подходом измерений, все пациенты осуществляли разминку и разогрев мышц нижних конечностей в течение 5 минут, далее попарные упражнения выполнялись на различные группы мышц бедра:
1) четырехглавая мышца бедра (m. quadriceps femoris);
2) группа мышц сгибателей коленного сустава: двухглавая (m. biceps femoris), полусухожильная (т.semitendinosus), полуперепончатая (т.semimembranosus), портняжная (m. sartorius), тонкая мышца (m. gracilis);
3) группа мышц сгибателей голеностопного сустава: икроножная (т.gastrocnemius), камбаловидная (m. soleus), подошвенная (m. plantaris), задняя большеберцовая (m. tibialis posterior), длинный сгибатель большого пальца (m. flexor hallucis longus), длинный сгибатель пальцев (m. flexor digitorum longus);
4) группа мышц разгибателей голеностопного сустава: передняя болыпеберцовая мышца (m. tibialis anterior), длинный разгибатель большого пальца стопы (m. extensor hallucis longus), длинный разгибатель пальцев (т.extensor digitorum longus).
Динамометрия осуществлялась на функциональной кровати сидя, с согнутыми коленными суставами под прямым углом (90°) и надежно зафиксированными бедрами и тазом. Исследователь располагался напротив испытуемого, и плотно фиксировал прибор на передней поверхности голени пациента, на 3-5 см выше голеностопного сочленения. Активное разгибание в коленном суставе совершалось до максимальной амплитуды, с одновременным активным противодействием, со стороны исследователя.
Для оценки силы мышц антагонистов, контактная подушка прибора располагалась на задней поверхности голени на 3-5 сантиметров выше голеностопного сочленения.
Для оценки мышц голеней пациент занимал горизонтальное положение на функциональной кровати с зазором в 30-35 сантиметров от ножного края кровати. Рука исследователя с динамометром располагалась на подушечке стопы, после чего пациент совершал активное нажатие на контактную подушку прибора как «на педаль», а исследователь ему активно противодействовал.
Для оценки мышц антагонистов (разгибателей голеностопного сустава), рука исследователя с подушкой прибора располагалась на тыльной поверхности стопы, над Articulatio metatarsophalangea I-V.
Каждое измерение выполнялось на протяжении 6 секунд. Оценивались пиковые (максимальные) значения силы, время достижения пикового значения, а также общее время приложения усилия.
Измерение номинальных показателей силы мышц сгибателей и разгибателей колена и голеностопного сустава производились в килограммах. Дополнительно рассчитывался процент изменения показателей мышечной силы н/конечностей в динамике.
Кистевая динамометрия (КДМ) осуществлялась следующим образом: с помощью винта сброса стрелку динамометра устанавливали в начальное положение (ноль) и далее после разогрева мышц верхних конечностей последовательно проводили парные замеры силы сгибателей левой и правой кисти. Определяли максимальную силу сжатия мышц правой и левой кистей (в «dan» с переводом в килограммы. Рисунок 2).
Перед началом измерения пациент надежно берет динамометр в руку, отводит ее от туловища под прямым углом (параллельно горизонтальной поверхности). Вторая рука опущена вниз вдоль туловища и расслаблена. Динамометр сжимается с максимально возможной силой без рывка, продолжительность напряжения не должна превышать 2 с. Тест выполнялся сначала правой, затем левой рукой. Тест проводился трижды, лучший результат фиксировали (точность измерения 1 кг/сила или 10 Ньютонов). Наибольшее отклонение стрелки динамометра было принято за показатель максимальной силы мышц кисти.
Для оценки исходной толерантности к физической нагрузке выполняли тест с шестиминутной ходьбой (ТШХ), в соответствии с «Практическим руководством Американского торакального общества».
Выполнение теста осуществляли в помещении, в прямом закрытом коридоре протяженностью 75 метров, с ровной, твердой поверхностью пола, без наклона в горизонтальной плоскости, с нанесенной разметкой. Все пациенты перед выполнением теста проходили соответствующий инструктаж по технике безопасности. Ходьба осуществлялась в максимальном темпе, на который способен пациент, при отсутствии явлений дискомфорта. Дистанцию, пройденную в течение 6 минут, измеряли в метрах (таблица 3).
Примечание к Таблице 3: NYHA - Классификация New York Heart Association (Нью-Йоркской кардиологической ассоциации) сердечной недостаточности.
По результатам, полученным в ходе теста шестиминутной ходьбы, устанавливается функциональный класс (ФК) хронической сердечной недостаточности и соответственно степень тренированности пациента и его толерантность к физической нагрузке.
Статистические методы обработки проводились с использованием лицензированных пакетов программ STATISTICA 10.0 и SPSS 17.0. Нормальность распределения количественных данных проверяли с помощью теста Шапиро-Уилка. В связи с тем, что распределение всех количественных признаков отличалось от нормального, они были описаны с использованием медианы с указанием верхнего и нижнего квартилей (25-й и 75-й процентили).
Линейный регрессионный анализ использовался для определения факторов, значимо влияющих на послеоперационную толерантность к физической нагрузке (ТФН), на основании прогнозируемой дистанции ТШХ. Уровень критической значимости (р) при регрессионном анализе был принят равным 0,05. В качестве исходного параметра была принята величина фактически преодоленной дистанции по результатам ТШХ, установленная на основании измерений, накануне выписки из кардиохирургического стационара.
Новизна изобретения.
Параметры мышечного статуса ранее не использовались в оценке послеоперационной толерантности к физической нагрузке и определении показаний к необходимому увеличению объема реабилитационных мероприятий. Для выявления связи был проведен линейный регрессионный анализ (таблица 4).
Примечание к Таблице 4:
а. Переменные, введенные на шаге 1: ТШХ.
б. Переменные, введенные на шаге 2: Время ИК.
в. Переменные, введенные на шаге 3: ИМТ.
г. Варианты, введенные на шаге 4: Сила разгибателей голеностопного сустава слева.
В - разница параметров номинальной величины (нестандартизированный коэффициент регрессии)
Beta - стандартная ошибка (стандартизированный коэффициент регрессии) представленный в диапазоне от -1 до +1
В модель анализа были включены все основные тендерные, параметрические и клинико-анамнестические данные, такие как: пол, возраст, ИМТ, наличие и количество ИМ, функциональный класс стенокардии и ХСН, перенесенные ранее вмешательства, перенесенное ранее острое нарушение мозгового кровообращения (ОНМК), сахарный диабет, показатели почечной функции, параметры эхокардиографии (размер аорты, размеры камер и полостей сердца, масса миокарда левого желудочка (ЛЖ), индекс массы миокарда ЛЖ и т.д.), биохимические параметры (креатинин крови, аланинаминотрансфераза, аспартатаминотрансфераза, глюкоза, триглицериды и т.д.) также параметры продолжительности и объема операции (время пережатия аорты, время ИК, количество шунтов, кровопотеря и т.д.).
В итоговую модель включены следующие переменные: исходная дистанция преодоленная, по результатам ТШХ; время ИК; величина ИМТ; пиковое усилие мышц группы разгибателей левого голеностопного сустава.
Во всей выборке дистанция исходного ТШХ, длительность искусственного кровообращения, индекс массы тела, сила левого разгибателя стопы статистически значимо предсказывали дистанцию ТШХ при выписке. F (4, 61)=18,852. р<0,0001, R2=0,774. Все четыре статистически значимых переменных поэтапно добавили в модель прогноза, р<0,05 (Таблица 4).
Большие значения ИМТ и большая длительность ИК были связаны со значительным ухудшением предсказанной ТФН, в то время как большие показатели силы разгибателей левого голеностопного сустава и большая исходно преодоленная дистанция ТШХ, увеличивали прогнозируемую дистанцию ТШХ. Все остальные факторы, включенные в модель, не ассоциированы с послеоперационной толерантностью к физической нагрузке. Формула расчета:
1
1
2
2
3
3
4
4
X=constant+(у × z)+(у × z)+(у × z)+(у × z)
1
2
3
4
X=constant+(у × 0,273)+(у × (-0,444))+(у × (-6,691))+(у × 3,114)
1
2
3
4
X=constant+(у × 0,273) - (у × 0,444) - (у × 6,691)+(у × 3,114)
Формула основана на линейной регрессии, где:
X - прогнозируемая дистанция ТШХ; constant - рассчитанная константа на основании уравнения множественной линейной регрессии, и равная 452,971;
1
2
у - исходно преодоленная дистанция по результатам ТШХ; у - длительность искусственного кровообращения;
3
у - индекс массы тела;
4
у - сила мышц разгибателей левого голеностопного сустава;
1
z - нестандартизированный коэффициент регрессии для исходной дистанции по результатам ТШХ;
2
z - нестандартизированный коэффициент регрессии для времени ИК;
3
z - нестандартизированный коэффициент регрессии для ИМТ;
4
z - нестандартизированный коэффициент регрессии для исходной силы разгибателей голеностопного сустава слева (таблица 4).
2
3
1
4
Отрицательные коэффициенты (z и z) уменьшают, а положительные (z и z) увеличивают итоговую расчетную дистанцию ТШХ (таблица 4).
В данном случае X=452,971+(исходная дистанция ТШХ × 0,273) - (длительность ИК × 0,444) - (ИМТ × 6,691)+(сила мышц разгибателей левого голеностопного сустава × 3,114).
Подставив все значения из уравнения линейной регрессии (таблица 4) получим описанную выше формулу.
Примеры осуществления способа.
Пример 1. Мужчина 64 лет, ИМТ 29,01, комбинированная операция коронарного шунтирования с протезированием Аортального и трикуспидального клапанов. Время длительности искусственного кровообращения 186 минут, сила разгибателей голеностопного сустава слева 29,6 кг, дистанция ТШХ 57 метров.
У данного пациента сформировался синдром полиорганной недостаточности (СПОН) - сердечная недостаточность (СН - диастолическая дисфункция миокарда), дыхательная недостаточность (ДН) на фоне хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) гидроторакс, острая почечная недостаточность (ОПН). Неустойчивые пароксизмы фибрилляции (ФП) и трепетания (ТП) предсердий. Время нахождения в стационаре после КШ составило 21 день.
Производим расчет по формуле согласно показателям пациента:
1
2
3
4
X=constant+(y × 0,273)+(у × (-0,444))+(у × (-6,691))+(у × 3,114)
X=452,971+(57×0,273) - (186×0,444) - (29,01×6,691)+(29,6×3,114)=452,971+15,56-82,58-194,11+92,17=284,01.
Предсказанная дистанция ТШХ 284, 01 метр.
Фактически пройденное (измеренное) расстояние 259 метров.
Пример 2. Женщина 68 лет, ИМТ 40,74, операция Бенталла - Де Боно (протезирование АК, корня и восходящего отдела Аорты). Время длительности искусственного кровообращения составило 231 минуту, сила разгибателей голеностопного сустава слева 24,1 кг, дистанция ТШХ 137 метров.
У данного пациента в анамнезе имеется пароксизмальная форма ФП. За время госпитализации возникли стойкое нарушение ритма и пневмония, потребовавшая применения антибиотикотерапии. Время нахождения в стационаре после вмешательства составило 19 дней.
Производим расчет по формуле согласно показателям пациента:
1
2
3
4
X=constant+(y × 0,273)+(у × (-0,444))+(у × (-6,691))+(у × 3,114)
X=452,971+(137×0,273) - (231×0,444) - (40,74×6,691)+(24,1×3,114)=452,971+37,401-102,564 - 272,591+75,05=190,264.
Предсказанная дистанция ТШХ 190,26 метров. Фактически пройденное (измеренное) расстояние 189 метров.
Пример 3. Мужчина 62 года, ИМТ 23,18, операция протезирования митрального клапана. Время длительности искусственного кровообращения 150 минут, сила разгибателей голеностопного сустава слева 17,1 кг, дистанция ТШХ 245 метров. У данного пациента имеются в анамнезе ИМ (1994, 2003, 2009), коронарное шунтирование, постоянная форма ФП, ХОБЛ. За время СПОН, в виде СН потребовавшей инотропной поддержки, ОПН, ДН; диастаз грудины, гидро/пневмоторакс, ремедиастернотомия; Время нахождения в стационаре после КШ составило 53 дня.
Производим расчет по формуле согласно показателям пациента:
1
2
3
4
X=constant+(y × 0,273)+(у × (-0,444))+(у × (-6,691))+(у × 3,114)
X=452,971+(245×0,273) - (150×0,444) - (23,18×6,691)+(17,1×3,114)=452,971+66,885-66,6-155,097+53,249=351,408.
Предсказанная дистанция ТШХ 351,4 метра. Фактически пройденное (измеренное) расстояние 324 метра.
Пример 4. Женщина 58 лет, ИМТ 40,05, комбинированная операция коронарного шунтирования с протезированием митрального и Аортального клапанов. Время длительности искусственного кровообращения 180 минут, сила разгибателей голеностопного сустава слева 12,0 кг, дистанция ТШХ 79 метров. У данного пациента в анамнезе ОНМК в бассейне средней мозговой артерии (СМА) справа (1998 г.). За время госпитализации возникали госпитальные осложнения в виде гидроторакса и устойчивого пароксизма трепетания предсердий; время нахождения в стационаре после КШ составило 18 дней.
Производим расчет по формуле согласно показателям пациента:
1
2
3
4
X=constant+(у × 0,273)+(у × (-0,444))+(у × (-6,691))+(у × 3,114)
X=452,971+(79×0,273) - (180×0,444) - (40,05×6,691)+(12,0×3,114)=452,971+21,567-79,92-267,975+37,368 -=164,011.
Предсказанная дистанция ТШХ 164 метра. Фактически пройденное (измеренное) расстояние 185 метров.