Введение
Диафрагмальная дисфункция представляет интерес для реаниматологов, так как предрасполагает к пролонгации пребывания пациента в отделении интенсивной терапии [1], а также может обусловливать выбор метода респираторной поддержки: от оксигенотерапии до протезирования функции внешнего дыхания [2, 3]. Прогрессирование хронической сердечной недостаточности (ХСН) приводит к дисфункции респираторных мышц и рассматривается как симптом полиорганной недостаточности [4]. Описаны вентиляционные нарушения вследствие саркопении (потери мышечной массы) и динопении (потери силы мышц без снижения мышечной массы) [5, 6], а также формирование рестриктивного типа дыхательной недостаточности (ДН) при ХСН [6—9]. Отмечается, что снижение силы респираторных мышц не зависит от этиологии формирования ХСН [10]. Нарушение функции внешнего дыхания при ХСН отмечается многими исследователями [7, 10—13], при этом изменений нейрореспираторного драйва у больных с ХСН не находят [10], однако описаны морфологические изменения в респираторных мышцах, в частности в диафрагме [7, 9, 14—16].
В целом интерес к изменению структурного и функционального состояния респираторных мышц по данным ультразвукового исследования (УЗИ) у пациентов с разной патологией увеличивается [14, 16, 17], однако данные о состоянии диафрагмальной функции у пациентов с ХСН носят противоречивый характер.
Цель исследования — выявить диафрагмальную дисфункцию у пациентов с ХСН на основе оценки структурно-функционального состояния аппарата внешнего дыхания.
Материал и метод
На базе ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России проведено одномоментное проспективное исследование нарушений структурного (УЗИ диафрагмы) и функционального (спирометрия) состояния аппарата внешнего дыхания у пациентов с ХСН. Исследование одобрено локальным этическим комитетом (протокол заседания от 30.04.2022).
В исследование включили 58 испытуемых: 40 пациентов с ХСН (исследуемая группа; женщин — 8, мужчин — 32) и 18 пациентов без ХСН (контрольная группа; женщин — 12, мужчин — 6). Критерий включения в исследуемую группу: пациенты с ХСН II—IV функционального класса (ФК) по NYHA; в контрольную группу: пациенты, перенесшие радиочастотную абляцию устья легочных вен по поводу пароксизмального течения фибрилляции предсердий на фоне гипертонической болезни, имеющие хорошую визуализацию экскурсии диафрагмы с обеих сторон.
Критерии исключения для пациентов обеих групп: наличие сопутствующих заболеваний, потенциально изменяющих работу диафрагмы, таких как патология легких, морбидное ожирение, заболевания органов брюшной полости, сопровождающихся повышением внутрибрюшного давления, анемия (Hb <120 г/л).
Средний возраст пациентов исследуемой группы составил 59,1±12,9 года, рост 172,9±8,3 см, масса тела 84,9±17,0 кг, индекс массы тела (ИМТ) 28,3±4,9 кг/м2, пациенты исследуемой группы болели ХСН не менее года с момента установления диагноза. Среди включенных в исследуемую группу пациентов с ХСН II ФК — 15, с ХСН III ФК — 12, с ХСН IV ФК — 13. Разделение по ФК выполняли на основе указанного ФК в диагнозе на момент поступления в клинику.
Все пациенты получали комбинированную терапию: это ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (иАПФ), бета-блокаторы, диуретики, антагонисты альдостерона, статины. Пациенты с нарушениями ритма сердца (фибрилляцией предсердий) дополнительно получали антикоагулянты для приема внутрь.
В силу объективных затруднений [18—21] визуализация экскурсии диафрагмы слева при спокойном дыхании была доступна у 75% (n=30) испытуемых исследуемой группы, при глубоком дыхании — у 57,5% (n=23).
Средний возраст пациентов контрольной группы составил 60,3±11,1 года, рост 172,1±12,0 см, масса тела 81,7±15,5 кг, ИМТ 27,6±4,7 кг/м2. Пациенты исследуемой и контрольной групп сопоставимы по антропометрическим и возрастным параметрам.
УЗИ диафрагмы и оценку параметров внешнего дыхания проводили в положении лежа с приподнятым головным концом кровати на 30° — это основное положение пациентов в палатах отделения реанимации. Структурное (толщину — T) и функциональное (экскурсию — Э; индекс утолщения — ИУ) состояние диафрагмы во время спокойного и глубокого вдоха/выдоха оценивали с помощью ультразвукового аппарата Philips CX50 (Philips Ultrasound, Inc., США).
Параметры функции внешнего дыхания оценивали с помощью аппарата искусственной вентиляции легких в режиме неинвазивной вентиляции легких, модель Evita Infinity V500в (Dräger, Германия). Параметры настройки аппарата: постоянное положительное давление 0 см Н2О без поддержки давлением, фракция кислорода на вдохе 21%.
Фиксировали дыхательные объемы при спокойном (ДОсп) и максимально глубоком (ДОгл) дыхании, время вдоха и выдоха. Оценивали нейрореспираторный драйв на основании P0.1 — снижения давления в дыхательных путях в первые 100 мс самостоятельной дыхательной попытки пациента при окклюзии дыхательного контура и силу дыхательной мускулатуры путем измерения максимального усилия на вдохе (Negative Inspiratory Force — NIF) — минимального давления в дыхательных путях при вдохе из герметично закрытого контура. Значения NIF меньше (–25)—(–30) см Н2О [22] приняли как показатель слабости дыхательной мускулатуры.
Статистическую обработку полученных данных осуществляли с помощью программы Statistica 10 (StatSoft Inc., США) и внешнего пакета анализа Real Statistics Resource Pack, дополняющего стандартные возможности Microsoft Excel.
Мощность исследования составила 0,83. Характер распределения оценивали по критериям Шапиро—Уилка, Колмогорова—Смирнова. Сравнения независимых групп осуществляли с помощью критерия Манна—Уитни. Для анализа взаимосвязи явлений применяли рангово-бисериальный коэффициент и коэффициент ранговой корреляции Спирмена с оценкой силы по шкале Чеддока: слабая — от 0,1 до 0,3; умеренная — от 0,3 до 0,5; заметная — от 0,5 до 0,7; высокая — от 0,7 до 0,9; весьма высокая (сильная) — от 0,9 до 1,0.
Данные представлены в виде медианы и квантилей (25-го; 75-го): Me (Q1; Q3). Статистически значимыми различия считали при p≤0,05.
Результаты
Между контрольной и исследуемой группами не было различий по газовому составу крови, уровню гемоглобина, а также не было лабораторных признаков кислородной задолженности — уровень лактатемии находился в пределах референсных значений. Полученные результаты представлены в табл. 1—4.
Таблица 1. Результаты анализа данных инструментального обследования пациентов сравниваемых групп
| Показатель | Пациенты (n=58) | p | |
| без ХСН | с ХСН | ||
| SpO2, % | 99,0 (99,0; 100,0) | 98,0 (97,0; 99,0) | 0,003* |
| APACHE II, баллы | 10,5 (8,0; 11,0) | 13 (11,5; 15,0) | 0,001* |
| ФВ ЛЖ, % | 60,0 (56,0; 62) | 30,0 (21,5; 37,5) | 0,001* |
| TAPSE, мм | 19,5 (18,0; 24,0) | 17,0 (14,0; 19,0) | 0,001* |
| СДЛА, мм рт.ст. | 31,8 (26,0; 38,0) | 39,5 (34,5; 50,0) | 0,001* |
Примечание. Данные представлены в виде Me (Q1; Q3). APACHE II — шкала интегральной оценки состояния здоровья II; ФВ ЛЖ — фракция выброса левого желудочка; TAPSE — систолическая экскурсия в плоскости кольца трикуспидального клапана; СДЛА — систолическое давление в легочной артерии по данным эхокардиографии; SpO2 — транскутанное насыщение крови кислородом. * — статистически значимые различия (p≤0,05, критерий Манна—Уитни).
Таблица 2. Результаты анализа показателей спирометрии у пациентов сравниваемых групп
| Показатель | Пациенты (n=58) | p | |
| без ХСН | с ХСН | ||
| ЧДД | 14,0 (11,0; 16,0) | 15,0 (13,0; 17,0) | 0,19 |
| ДОсп, мл | 570,5 (443,0; 696,0) | 555,0 (450,0; 764,0) | 0,87 |
| Твд СП, с | 1,6 (1,3; 2,1) | 1,2 (1,1; 1,6) | 0,002* |
| Твыд СП, с | 2,8 (1,8; 3,4) | 2,8 (2,4; 3,3) | 0,79 |
| ДОгл, мл | 4022,0 (3800,0; 4500,0) | 3000,0 (2300,0; 4000,0) | 0,002* |
| P0.1, см Н2О | –1,4 (–1,7; –1,0) | –1,3 (–1,8; –0,9) | 0,84 |
| NIF, см Н2О | –47,2 (–58,0; –43,0) | –44,0 (–58,0; –33,4) | 0,29 |
Примечание. Данные представлены в виде Me (Q1; Q3). ЧДД — частота дыхательных движений; ДО — объем вдоха; сп — спокойное дыхание; гл — глубокое дыхание; Твд — время вдоха; Твыд — время выдоха; NIF — максимальная сила вдоха; P0.1 — снижение давления в дыхательных путях в первые 100 мс; см Н2О — сантиметр водного столба; с — секунда. * — статистически значимые различия (p≤0,05, критерий Манна—Уитни).
Таблица 3. Результаты анализа толщины диафрагмы у пациентов сравниваемых групп
| Показатель | Пациенты (n=58) | p | |
| без ХСН | с ХСН | ||
| Тсп-вд, справа, мм | 2,0 (1,7; 2,3) | 2,9 (2,2; 3,7) | 0,00021* |
| Тсп-выд, справа, мм | 1,6 (1,3; 1,8) | 2,1 (1,8; 2,9) | 0,0001* |
| Тгл-вд, справа, мм | 4,2 (3,6; 5,4) | 5,2 (4,2; 6,2) | 0,07 |
| Тгл-выд, справа, мм | 1,3 (1,0; 1,5) | 1,7 (1,3; 1,9) | 0,007* |
| Тсп-вд, слева, мм | 2,0 (1,8; 2,1) | 2,8 (2,4; 3,5) | 0,0002* |
| Тсп-выд, слева, мм | 1,5 (1,4; 1,7) | 2,0 (1,7; 2,5) | 0,0002* |
| Тгл-вд, слева, мм | 4,0 (3,2; 4,4) | 4,9 (4,1; 6,9) | 0,02* |
| Тгл-выд, слева, мм | 1,2 (1,0; 1,5) | 1,6 (1,3; 2,0) | 0,0004* |
| ИУсп-вд, справа, % | 20,9 (17,3; 33,8) | 29,5 (18,3; 44,1) | 0,17 |
| ИУгл-вд, справа, % | 151,8 (114,6; 282,5) | 118,5 (81,2; 180,9) | 0,04* |
| ИУсп-вд, слева, % | 30,6 (22,5; 43,6) | 38,1 (29,1; 60,1) | 0,17 |
| ИУгл-вд, слева, % | 169,8 (100,0; 245,8) | 150,0 (119,0; 192,7) | 0,87 |
Примечание. Данные представлены в виде Me (Q1; Q3). Т — толщина; ИУ — индекс утолщения; сп — спокойный; гл — глубокий; вд — вдох; выд — выдох. * — статистически значимые различия (p≤0,05, критерий Манна—Уитни).
Таблица 4. Результаты анализа смещения (экскурсии) диафрагмы у пациентов сравниваемых групп
| Показатель | Пациенты (n=58) | p | |
| без ХСН | с ХСН | ||
| Количество | n=18 | n=40 | — |
| Эсп, справа, см | 1,8 (1,3; 1,9) | 2,3 (1,6; 2,8) | 0,003* |
| Эгл, справа, см | 7,0 (5,4; 8,5) | 7,2 (5,9; 9,1) | 0,69 |
| Количество | n=18 | n=30 | — |
| Эсп, слева, см | 1,58 (1,39; 2,14) | 1,87 (1,53; 2,31) | 0,27 |
| Количество | n=18 | n=23 | — |
| Эгл, слева, см | 6,5 (5,2; 7,4) | 5,6 (4,5; 7,3) | 0,15 |
Примечание. Данные представлены в виде Me (Q1; Q3). Э — экскурсия; сп — спокойное дыхание; гл — глубокое дыхание. * — статистически значимые различия (p≤0,05, критерий Манна—Уитни).
Из табл. 1 видно, что у пациентов группы с ХСН статистически значимо снижена систолическая функция правого и левого желудочков и более выражена легочная гипертензия. Несмотря на находящиеся в референсном диапазоне значения, отмечается статистически значимая разница насыщения гемоглобина кислородом по данным пульсоксиметрии.
Согласно данным, представленным в табл. 2, у пациентов с ХСН отмечен меньший объем вдоха при глубоком дыхании, тогда как респираторный драйв (P0.1) и сила вдоха (NIF) сопоставимы.
Как видно из табл. 3, у пациентов с ХСН выявлена бóльшая толщина диафрагмы с обеих сторон в каждой фазе дыхательного цикла как при спокойном, так и при глубоком дыхании, тогда как индекс утолщения оказался значимо меньшим, но только при глубоком вдохе справа.
Согласно данным табл. 4, у пациентов с ХСН больше экскурсия правого (достигает статистически значимой разницы) и левого (не достигает статистически значимой разницы) куполов диафрагмы при спокойном дыхании. При глубоком дыхании значимых различий в экскурсии диафрагмы с обеих сторон не выявлено.
Результаты корреляционного анализа показали умеренную и заметную отрицательную связь хронической сердечной недостаточности с дыхательным объемом при глубоком вдохе (rs –0,41; p≤0,05) и насыщением гемоглобина кислородом, измеренным с помощью пульсоксиметра (rs –0,55; p≤0,05).
Выявлено, что ХСН влияет на множество структурно-функциональных параметров диафрагмы, однако это влияние невыраженное. Заметная прямая линейная корреляция обнаруживается только между ХСН и толщиной диафрагмы с обеих сторон при спокойном вдохе: справа rs 0,56, слева rs 0,55 (p≤0,05). На рис. 1—4 представлена корреляция между толщиной диафрагмы и наличием ХСН.
Рис. 1. Связь утолщения правой гемисферы диафрагмы с наличием хронической сердечной недостаточности.
Рис. 2. Связь утолщения правой гемисферы диафрагмы с наличием хронической сердечной недостаточности (учтен функциональный класс по NYHA).
Рис. 3. Связь утолщения левой гемисферы диафрагмы с наличием хронической сердечной недостаточности.
Рис. 4. Связь утолщения левой гемисферы диафрагмы с наличием хронической сердечной недостаточности (учтен функциональный класс по NYHA).
Внутри группы пациентов с ХСН не выявлена статистически значимая корреляция между показателями функции сердца и внешним дыханием, а также между спирометрическими показателями и данными УЗИ диафрагмы.
Учитывая отсутствие сильных корреляционных взаимодействий, мы не выполняли регрессионный анализ.
Обсуждение
Цель настоящего исследования — научное обоснование гипотезы о вкладе диафрагмальной дисфункции в развитие дыхательной недостаточности у пациентов в ХСН. Такое предположение обосновано высокой потребностью диафрагмы в кислороде [23] и, как следствие, ее уязвимостью к снижению кислородного потока [24], нарастающему по мере прогрессирования сердечной недостаточности [7] вплоть до формирования синдрома малого сердечного выброса.
У пациентов группы с ХСН показатели сердечной деятельности (фракция выброса левого желудочка (ФВ ЛЖ), TAPSE, систолическое давление в легочной артерии — СДЛА) были хуже, а показатели SpO2 оставались в референсном диапазоне, но были статистически значимо меньше, что может быть объяснено закономерным снижением периферического кровотока у этой категории больных [25].
Наиболее наглядное (и клинико-диагностически значимое) отличие спирометрических показателей у пациентов с ХСН — статистически значимо меньший (на 25%; p=0,002) объем максимально глубокого вдоха: 3000 мл по сравнению с 4000 мл у пациентов без ХСН. Поскольку различий между объемами спокойных вдохов в сравниваемых группах нет, можно сделать вывод о существующем у пациентов с ХСН ограничении функциональных резервов аппарата внешнего дыхания, что само по себе открытием не является [5, 6, 8], но интерес представляет вопрос о том, какова в этом роль диафрагмы.
Согласно полученным нами данным, у пациентов с ХСН статистически значимо больше толщина диафрагмы справа и слева во всех фазах дыхательного цикла как при спокойном, так и при глубоком дыхании. Изменения толщины диафрагмы при ХСН, но разнонаправленные, отмечают и другие авторы [5, 9, 26].
M. Miyagi и соавт. выявили бóльшую толщину диафрагмы у пациентов с более низкой фракцией левого желудочка [5], тогда как J. Spiesshoefer и соавт. не нашли различий в толщине диафрагмы в конце спокойного выдоха у здоровых и пациентов с ХСН; толщина диафрагмы при глубоком вдохе, напротив, оказалась больше у здоровых [26].
Принимая во внимание, что ХСН обусловливает развитие отека паренхимы легких с повышением эластической тяги (т.е. со снижением податливости) легких и ригидности грудной клетки [8, 15, 26], можно ожидать увеличения нагрузки на диафрагму на вдохе с формированием ее гипертрофии. Схожие патофизиологические механизмы повышения нагрузки на диафрагму в условиях гипоксии и снижения притока крови к ней у пациентов с некардиогенной дыхательной недостаточностью приводят к различным структурным изменениям диафрагмы: утолщению, атрофии, дистрофии и отеку [27].
Полученные нами результаты оценки функциональных показателей свидетельствуют о том, что экскурсия диафрагмы при спокойном дыхании больше у пациентов с ХСН (справа — статистически значимо), как и индекс утолщения (статистически незначимо), что, вероятно, можно объяснить повышенной работой дыхательной мускулатуры уже при дыхании в покое. Данные литературы на этот счет также противоречивы: M.C. Andriopoulou и соавт. [14] получили меньшую экскурсию диафрагмы у пациентов с ХСН, тогда как J.C. Spiesshoefer и соавт. [26] — бóльшую.
Механизмы выявленных нами изменений, предположительно, следующие: из-за снижения податливости легких [8, 15] респираторные мышцы пациентов с ХСН уже в покое вынуждены выполнять относительно бóльшую работу для поддержания эффективного дыхательного объема, что обусловливает возрастание «метаболической и физиологической цены» дыхания.
Во время глубокого дыхания статистически значимых различий экскурсии диафрагмы между группами мы не выявили, что противоречит некоторым данным, указывающим на снижение экскурсии при глубоком вдохе [14, 26]. Выявленные нами (1) относительно меньшее утолщение диафрагмы и (2) меньший объем глубокого вдоха согласуются с невозможностью максимального включения в работу мышечной части диафрагмы при глубоком дыхании, т.е. определяют снижение ее функциональных резервов.
Наиболее вероятным объяснением противоречивых результатов является различие сравниваемых групп: у наиболее тяжелых, в стадии декомпенсации, обследованных нами пациентов с ХСН выявлено снижение экскурсии диафрагмы и дыхательного объема, что согласуется с данными литературы.
Клинический пример. У пациента 67 лет с дыхательной недостаточностью, показаниями к инсуффляции 5 л/мин О2 вследствие декомпенсации ХСН (ФВ ЛЖ 15%, TAPSE 11 мм, СДЛА 65 мм рт.ст. на фоне инфузии добутамина 5 мкг на 1 кг массы тела в минуту) определялась выраженная слабость дыхательной мускулатуры. Показатели спирометрии: ДОсп/ДОгл 278/1800 мл, P0.1 = 0,9 см Н2О, NIF 20 см Н2О.
УЗИ диафрагмы: толщина правой гемисферы при спокойном вдохе/выдохе 4,3/3,8 мм, при глубоком вдохе/выдохе 4,7/2,3 мм. Индекс утолщения при спокойном/глубоком вдохе 13/23%, экскурсия 1,35/5,87 см. Это означает, что увеличенная толщина диафрагмы сочеталась с низкими ее функциональными показателями: степенью утолщения и экскурсией.
В результате проводимой комплексной терапии (бета-блокаторы, иАПФ, диуретики, нитраты, инотропная поддержка) ХСН компенсирована (гидробаланс за 5 дней отрицательный — 16,950 мл), дыхательная недостаточность купирована; толщина диафрагмы уменьшилась, а ее функциональные показатели повысились.
Представленный клинический пример примечателен тем, что у пациента с декомпенсированной ХСН IV ФК не было показаний к той или иной механической респираторной поддержке, что очерчивает понимание границ ФК, во всяком случае для реаниматолога.
Фактическое, но незначимое отличие структурно-функциональных показателей УЗИ правой и левой гемисфер диафрагмы ранее выявлено нами у здоровых [18] и подтверждается в этом исследовании.
Отсутствие сильных корреляционных взаимодействий между спирометрическими показателями и структурно-функциональными параметрами диафрагмы [28] подтверждается как настоящими результатами, так и данными литературы [19, 20, 29]. Объяснение этого факта, вероятно, скрывается в неизвестной степени включения вспомогательной мускулатуры и недостаточном объеме накопленных наукой данных УЗИ диафрагмы.
Наше исследование имеет существенное ограничение: несмотря на то что формально в нем приняли участие пациенты с ХСН II—IV ФК, на момент выполнения измерений в результате проводимой терапии практически все находились в компенсированном состоянии без клиники дыхательной недостаточности. Фактически у пациентов была ХСН более легкого ФК, что не позволило выявить сильные корреляции между выраженностью сократительной дисфункции миокарда, показателями спирометрии и УЗИ.
Заключение
Наличие хронической сердечной недостаточности обусловливает развитие ряда изменений в функционировании аппарата внешнего дыхания, как общеизвестных, так и неочевидных. Среди известных — ограничение спирометрических резервов в виде прежде всего снижения максимального дыхательного объема и, соответственно, эффективной минутной вентиляции. Среди неочевидных — утолщение диафрагмы, природу которого необходимо установить (отек, гипертрофия?), в наиболее тяжелых случаях — снижение возможности генерировать ею отрицательное давление.
С позиции врача — анестезиолога-реаниматолога наибольший интерес представляют пациенты с кардиогенной дыхательной недостаточностью, особенно нуждающиеся в искусственной вентиляции легких. Коррекция диафрагмальной дисфункции при хронической сердечной недостаточности высоких градаций может стать самостоятельной целью настройки параметров респираторной поддержки, преследующей минимизацию работы дыхания и снижение потребления кислорода респираторными мышцами.
Продолжение исследований поможет конкретизировать концепцию диафрагмально-защитной искусственной вентиляции легких.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Шабаев В.С., Мазурок В.А., Оразмагомедова И.В.
Сбор и обработка материала — Шабаев В.С., Оразмагомедова И.В., Васильева Л.Г., Александрова Д.А.
Статистическая обработка — Шабаев В.С.
Написание текста — Шабаев В.С., Мазурок В.А.
Редактирование — Шабаев В.С., Мазурок В.А., Березина А.В., Баутин А.Е.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.