Введение

Индуцированная искусственной вентиляцией легких (ИВЛ) дисфункция диафрагмы со снижением ее способности генерировать отрицательное давление развивается в короткие сроки от начала механической респираторной поддержки [1]. Однако при некоторых заболеваниях и состояниях также может формироваться диафрагмальная дисфункция, в частности при хронической сердечной недостаточности (ХСН).

Смена паттерна дыхания при декомпенсации сердечной недостаточности подробно изучена [2—6]. Однако этиопатогенез дыхательной недостаточности (ДН) при ХСН может не только объясняться слабостью насосной функции миокарда и скоплением жидкости в легочной ткани, но и являться результатом дисфункции респираторных мышц [7] из-за саркопении (потери мышечной массы) и динапении (потери силы мышц без снижения мышечной массы) [8, 9]. Описаны морфологические изменения в респираторных мышцах, в частности в диафрагме [10], способные приводить к формированию диафрагмальной дисфункции, предрасполагать к необходимости пролонгации респираторной поддержки [11] и, наконец, обусловливать ее выбор: от оксигенотерапии до протезирования функции внешнего дыхания [12, 13]. Понимание того, что при ХСН снижается эффективность работы респираторных мышц, в частности диафрагмы, может способствовать разработке особой стратегии респираторной поддержки с акцентом на поддержании и восстановлении функции диафрагмы.

Цель исследования — оценить структурные и морфофункциональные изменения диафрагмы у пациентов с декомпенсированной ХСН.

Материал и методы

На 1-м этапе изучали структурные и функциональные изменения диафрагмы у пациентов с декомпенсированной ХСН, поступающих в отделение реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ).

На 2-м этапе при патолого-анатомическом исследовании умерших вследствие прогрессирования ХСН изучена морфология диафрагмы.

Исследование одобрено этическим комитетом (выписка из протокола 1906/23 от 13.06.2023), не противоречило стандартам оказания медицинской помощи пациентам с ХСН, не влияло на принимаемые решения по оказанию медицинской помощи.

Первый этап

Критерии включения: пациенты, находившиеся в ОРИТ в связи с декомпенсацией течения ХСН без легочной патологии и не имевшие в анамнезе хронических заболеваний легочной системы.

Критерии невключения: морбидное ожирение, анемия в течение года до включения в исследование и любые иные заболевания, не связанные с тяжелым течением ХСН.

Критерии исключения: развитие заболеваний бронхолегочной системы в период исследования; возникновение любых заболеваний органов брюшной полости, острого повреждения почек некардиальной этиологии, постгеморрагической анемии.

Всем пациентам проводили комбинированную терапию: бета-блокаторы, диуретики, антагонисты альдостерона, статины, кардиотоники, антикоагулянты. При необходимости применяли вазопрессорные препараты, кислородотерапию, неинвазивную ИВЛ (НИВЛ); ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента исключались на период декомпенсации.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) диафрагмы и оценку параметров внешнего дыхания проводили в положении лежа с приподнятым головным концом кровати на 30°.

Структурное состояние (толщину — T) и функциональное состояние (экскурсию — Э; индекс утолщения — ИУ) диафрагмы во время спокойного и глубокого вдоха/выдоха оценивали с помощью ультразвукового аппарата Philips CX50 (Philips Ultrasound, Inc., США).

Толщину диафрагмы измеряли линейным высокочастотным датчиком (7—15 МГц) в зоне аппозиции — участке перехода ультразвукового изображения легочной ткани в изображение диафрагмы и печени/селезенки — месте ее соприкосновения с латеральной грудной стенкой. Датчик располагали по переднеаксиллярной линии, на уровне 10—11-го межреберья, и искали точку наилучшего изображения диафрагмы. Исследование проводили с двух сторон в режимах M и B.

Экскурсию диафрагмы оценивали с обеих сторон в М-режиме. Справа — по среднеключичной линии в подреберном пространстве с краниальным направлением датчика определяли место наилучшего изображения диафрагмы. Слева — по передне-/среднеподмышечной линии в подреберном пространстве с краниальным направлением датчика также определяли место наилучшего изображения диафрагмы.

Функцию внешнего дыхания оценивали с помощью аппарата ИВЛ Evita Infinity V500 (Dräger Medical GmbH, Германия) в режиме НИВЛ. Параметры НИВЛ: постоянное давление в конце выдоха 0 см Н₂О без поддержки давлением, фракция кислорода на вдохе была минимально необходимой для поддержания транскутанной сатурации артериальной крови ≥90%.

Фиксировали дыхательные объемы при спокойном (ДО_сп) и максимально глубоком (ДО_гл) 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, а также 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 H₂O [14] приняли как показатель слабости дыхательной мускулатуры.

В клинический этап исследования включили 10 пациентов ОРИТ. На момент завершения исследования 7 пациентов перевели из ОРИТ в профильное отделение, 3 пациентам потребовалось проведение экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) как этапа до трансплантации сердца. Таким образом, сформировали две группы: 1-я группа (с улучшением) — переведенные (n=7), 2-я группа (с ухудшением) — ЭКМО (n=3).

Второй этап

Морфологический этап подразумевал оценку морфологической структуры мышечной части диафрагмы у 18 умерших, из них 11 человек с декомпенсированной ХСН — изучаемая когорта, 7 умерших составили контрольную группу пациентов без документированной ХСН. Причины смерти пациентов контрольной группы: ишемический инсульт — 5, тромбоэмболия легочной артерии — 1, массивная кровопотеря — 1. Все умершие — мужчины в возрасте 59 (52; 68) лет.

Место забора материала диафрагмы отмечено на рисунке (серый круг справа сзади над печенью). Проводили стандартное гистологическое исследование с окрашиванием препаратов гематоксилином и эозином и пикрофуксином по Ван Гизону. Оценивали (в баллах): наличие воспалительного инфильтрата, некрозов мышечного волокна, выраженность отека, наличие кровоизлияний, полнокровия сосудов и выраженность липоматоза. Распространенность фиброза оценивали в процентах от площади срезов, поперечный и продольный диаметр мышечных волокон измеряли в мкм, общую толщину диафрагмы — от мезотелия грудной полости до мезотелия брюшной полости — в мм.

Обозначение локуса аутопсии диафрагмы.

Серый круг — место забора мышечной части диафрагмы.

В общей сложности в клинический и морфологический этапы исследования включили 28 пациентов.

Данные представлены в виде описательной, сравнительной статистики между группами и внутри групп в двух контрольных точках — день поступления в ОРИТ (для всех); день перевода в профильное отделение (переведенные) или начало подключения ЭКМО (группа ЭКМО).

Статистический анализ собранных данных осуществляли с помощью программы Statistica 10 и внешнего пакета анализа — Real Statistics Resource Pack, дополняющего стандартные возможности Microsoft Excel.

Оценка характера распределения с помощью критериев Шапиро—Уилка и Колмогорова—Смирнова выявила распределение параметров, отличное от нормального. Статистический анализ выполнен с помощью критерия Манна—Уитни в парных сравнениях независимых групп, динамику показателей при сравнении связанных данных оценивали с помощью критерия Уилкоксона.

В описательной части исследования результаты представлены в виде среднего и стандартного отклонения (M±SD), при сравнении различий — в виде медианы и квартилей (Q₁; Q₃) — 50 (25; 75). Статистическую значимость различий принимали при p≤0,05.

Результаты

Возрастные и антропометрические средние показатели группы переведенных/группы ЭКМО не различались: возраст 53,3±15,0/65,7±1,5 года, рост 182,0±7,1/170,0±11,3 см, масса тела 86,0±17,2/84,7±7,2 кг, индекс массы тела 26,1±5,6/29,3±1,4 см/м² соответственно.

В период поступления в ОРИТ статистически значимых различий по функции сердца (данные эхокардиографии — ЭхоКГ), соматическому статусу (шкала APACHE II), газовому составу артериальной крови, показателям частичной спирометрии и сонографическим параметрам диафрагмы между группами не было. По инфекционному статусу группы также сопоставимы. Несмотря на наличие ДН (функциональный класс IV по NYHA), характеризующейся одышкой в покое, показаний к респираторной поддержке не было ни у кого: транскутанная сатурация артериальной крови (SpO₂) 99,0 (98,0; 100,0)/99,0 (98,0; 99,0)% (p=0,8); сатурация артериальной крови (SaO₂) 97,8 (95,0; 98,9)/95,0 (93,0; 97,0)% (p=0,2); парциальное давление кислорода в артериальной крови (pAO₂) 96,2 (73,0;103,0)/111,0 (101,0;121,0) мм рт.ст. (p=0,1); уровень лактаемии 1,2 (1,0; 1,6)/1,0 (0,8; 2,8) ммоль/л (p=0,7) — переведенные/ЭКМО соответственно. По длительности пребывания в ОРИТ: переведенные/ЭКМО — 7,0 (5,0; 15,0)/ 7,0 (6,0; 9,0) сут (p=0,82), а также гидробалансу: переведенные/ЭКМО — –4100,0 (–3000,0; –16 950,0)/–6500,0 (–3000,0; –6550,0) л (p=0,9) группы тоже сравнимы.

Различались пациенты исследуемых групп по составу кардиальной и вазопрессорной поддержки: добутамин назначали всем в день поступления в ОРИТ в начальной дозе 5 мкг на 1 кг массы тела в минуту, далее терапию подбирали в зависимости от состояния. Левосимендан вводили только пациентам группы переведенных с целью обеспечения возможности отмены кардиотоников (3 из 7). Комбинацию «допамин+норадреналин+адреналин» получали только пациенты группы ЭКМО в силу большей тяжести ХСН.

Все переведенные из ОРИТ в профильное отделение продолжали получать добутамин 5 мкг на 1 кг массы тела в минуту.

В табл. 1—3 представлены сравнительные данные пациентов исследуемых групп в день перевода из ОРИТ и начала ЭКМО.

Таблица 1. Результаты анализа инструментальных и лабораторных данных у пациентов сравниваемых групп в день перевода из отделения реанимации и интенсивной терапии/начала экстракорпоральной мембранной оксигенации

Примечание. Данные представлены в виде медианы (Q₁; Q₃). APACHE II — интегральная оценка состояния здоровья по шкале APACHE II; ScvO₂ — центральная венозная сатурация; SpO₂ — транскутанная сатурация артериальной крови; SaO₂ — сатурация артериальной крови; p — критерий Манна—Уитни.

Таблица 2. Результаты частичной спирометрии у пациентов сравниваемых групп в день перевода из отделения реанимации и интенсивной терапии/начала экстракорпоральной мембранной оксигенации

Примечание. Данные представлены в виде медианы (Q₁; Q₃). ЧДД — частота дыхательных движений; ДО — объем вдоха; сп — спокойное дыхание; гл — глубокое дыхание; NIF — максимальная сила вдоха; Мбар — миллибар; p — критерий Манна—Уитни.

Таблица 3. Результаты ультразвукового исследования диафрагмы у пациентов сравниваемых групп в день перевода из отделения реанимации и интенсивной терапии/начала экстракорпоральной мембранной оксигенации

Примечание. Данные представлены в виде медианы (Q₁; Q₃). Т — толщина; ИУ — индекс утолщения; Э — экскурсия; сп — спокойный; гл — глубокий; вд — вдох; выд — выдох; p — критерий Манна—Уитни.

Как видно из табл. 1, у переводимых на ЭКМО пациентов наблюдали статистически значимо худшие показатели гемоглобина, лактатемии, центральной венозной сатурации (ScvO₂) и интегрального показателя здоровья. Снижение уровня гемоглобина у пациентов группы ЭКМО связано не с геморрагическими осложнениями, а с тяжелым течением основного заболевания. Показатели транскутанной сатурации оксигемоглобина и сатурации гемоглобина по данным газового состава крови находились в допустимых значениях, не являющихся показанием к оксигенотерапии, и статистически значимо не различались между группами.

Согласно данным табл. 2, паттерн спокойного дыхания у пациентов к моменту начала ЭКМО имел статистически значимые различия: выше ЧДД, меньшие уровни ДО_гл и NIF. Нейрореспираторный драйв, однако, не нарушался — статистически значимые различия по Р0.1 не получены, значения находились в референсном диапазоне (у пациентов группы ЭКМО –0,9±0,2 Мбар).

Согласно данным табл. 3, к моменту начала ЭКМО у пациентов этой группы наблюдали статистически значимое утолщение диафрагмы справа при спокойном дыхании и глубоком выдохе. Внутригрупповая динамика изучаемых параметров за время нахождения в ОРИТ в двух контрольных точках (день поступления/день перевода) представлена в табл. 4—6.

Таблица 4. Результаты изменения параметров диафрагмы у пациентов группы переведенных

Примечание. Данные представлены в виде медианы (Q₁; Q₃). Т — толщина; сп — спокойный; вд — вдох; выд — выдох; p — критерий Краскела—Уоллиса.

Таблица 5. Изменение параметров спирометрии у пациентов группы ЭКМО (поступление в отделение реанимации и интенсивной терапии/начало экстракорпоральной мембранной оксигенации)

Примечание. ЧДД — частота дыхательных движений; ДО — объем вдоха; сп — спокойное дыхани; гл — глубокое дыхание; NIF — максимальная сила вдоха; P0.1 — снижение давления в дыхательных путях в первые 100 мс.

Таблица 6. Изменение параметров сонографии диафрагмы у пациентов группы ЭКМО (поступление в отделение реанимации и интенсивной терапии/начало экстракорпоральной мембранной оксигенации)

Примечание. Т — толщина; ИУ — индекс утолщения; Э — экскурсия; сп — спокойный; гл — глубокий; вд — вдох; выд — выдох.

Как видно из табл. 4, за период пребывания в ОРИТ у пациентов группы переведенных толщина диафрагмы при спокойном вдохе и выдохе справа статистически значимо уменьшилась.

Изменения показателей частичной спирометрии у пациентов группы переведенных не достигли статистически значимого различия.

Учитывая малый объем выборки в группе ЭКМО, не подходящий для статистической обработки данных с применением критериев оценки разницы, динамика изученных показателей спирометрии и диафрагмы представлена в виде описательной статистики (M±SD) (см. табл. 5, 6).

Как видно из табл. 5, наблюдались нарушения показателей функции внешнего дыхания. Особенно обращает на себя внимание 25% снижение ДО при глубоком вдохе и силы вдоха (NIF) на 55%.

Как видно из табл. 6, наблюдалось увеличение толщины диафрагмы практически во всех фазах дыхательного цикла при спокойном и глубоком дыхании. Динамика изменения индекса утолщения оказалась вариабельной. Однако результаты, полученные при спокойном дыхании, представляются интересными: увеличение экскурсии диафрагмы при спокойном вдохе в сочетании с увеличением индекса утолщения позволяет говорить о возрастании нагрузки на диафрагму и повышении физиологической «цены» дыхания.

Результаты морфологического исследования диафрагмы представлены в табл. 7.

Таблица 7. Результаты морфологического исследования мышечной части диафрагмы у пациентов, умерших от хронической сердечной недостаточности или по другим причинам (без хронической сердечной недостаточности в анамнезе)

Как видно из табл. 7, выявлены статистически значимые различия утолщения диафрагмы у мужчин с декомпенсированной ХСН по сравнению с мужчинами без ХСН. Главными структурными изменениями в диафрагме у пациентов с ХСН оказались гипертрофия мышечного волокна и межмышечный отек. Воспалительные инфильтраты в диафрагме, обнаруженные у пациентов без ХСН, могут быть обусловлены проведением сердечно-легочной реанимации.

Обсуждение

Исследование морфофункционального состояния диафрагмы при ХСН мотивировано гипотезой о неоднозначной природе ДН у данной категории пациентов. Диспноэ и одышка в результате снижения сократительной функции миокарда, традиционно объясняемые ухудшением газообмена на уровне альвеолокапиллярной мембраны, могут иметь и дополнительную этиологию — за счет нарушения работы дыхательной мускулатуры. Такое предположение обосновано анатомо-физиологическими особенностями функционирования основной дыхательной мышцы — диафрагмы, утилизирующей большое количество кислорода и, как следствие, очень чувствительной к снижению кислородной доставки.

В случае подтверждения высказанного предположения появится обоснование целесообразности экстраполяции диафрагма-щадящей стратегии вентиляции легких, разработанной для предотвращения/коррекции диафрагмальной дисфункции у пациентов на ИВЛ [1], на популяцию пациентов с ХСН.

Полученные нами ранее результаты [15, 16], а также представленные в немногочисленных исследованиях данные [10, 17] свидетельствуют о том, что в покое диафрагма у более тяжелых пациентов с застойной сердечной недостаточностью для достижения адекватного внешнего газообмена выполняет бóльшую работу по преодолению усиливающейся патологической нагрузки — отека паренхимы легких. При этом отмечается практически отсутствие резервов для выполнения дополнительной работы, что проявляется снижением работы мышечной части диафрагмы (снижением индекса утолщения при максимальном ДО) и выраженным уменьшением собственно максимального ДО [15, 16].

Кроме того, выявляемое нами ранее утолщение диафрагмы у пациентов с ХСН расценивали как вероятный результат ее отека и гипертрофии [15, 16]. Полученные в настоящем исследовании морфологические данные согласуются с высказанными предположениями [16]. Схожие результаты получили B. Tikunov и соавт.: при гистологической оценке состояния диафрагмы у пациентов с ХСН авторы выявили гипертрофию мышечных волокон диафрагмы и пришли к выводу, что полученные данные свидетельствуют о выполнении диафрагмой повышенной работы [17]. Выявленную гипертрофию авторы объясняют переходом от быстрых изоформ тяжелой цепи миозина к медленным с увеличением окислительной и снижением гликолитической способности. Такие изменения диафрагмальной мышцы соответствуют изменениям, вызываемым тренировкой мышц конечностей у здоровых людей, что в определенной мере согласуется с нашими представлениями об адаптации дыхательной мускулатуры для преодоления повышенной торако-пульмональной рестриктивной нагрузки [7, 16—19].

В клиническом исследовании D.C. Lindsay и соавт. [10], выполненном еще в 1996 г., не выявлено морфологических различий между исследуемой и контрольной группами, однако последнюю составили пациенты хотя и без выставленной ХСН, но все же подвергшиеся аортокоронарному вмешательству.

Представленные в настоящем исследовании результаты не претендуют на академическую безупречность статистических выводов, однако в изложенном выше контексте достаточно наглядны в качестве клинических демонстраций.

На момент поступления в ОРИТ у пациентов сравниваемых групп данные клинико-лабораторных и инструментальных исследований (спирометрия, УЗИ диафрагмы) статистически значимо не различались. Однако по мере прогрессирования ХСН и необходимости начала ЭКМО отмечалось очевидное снижение максимального объема вдоха в отличие от пациентов, переведенных в профильное отделение, у которых изучаемые параметры улучшались, и к моменту перевода из ОРИТ различия достигли статистической значимости. Аналогичная динамика выявлена и при внутригрупповом сравнении: к моменту перевода из ОРИТ в профильное отделение толщина диафрагмы уменьшалась, а показатели спирометрии улучшались, тогда как у пациентов группы ЭКМО отмечалась противоположная картина.

Быстропреходящие изменения морфофункционального состояния диафрагмы у пациентов с ХСН обосновывают модернизацию подхода к проведению респираторной поддержки у этой категории пациентов, не допуская избыточной или недостаточной работы основной респираторной мышцы — ключевые постулаты диафрагма-щадящей стратегии ИВЛ [20, 21].

Ограничение исследования — небольшой объем выборки. Необходимы дальнейшие исследования на большем количестве пациентов.

Заключение

Причинами утолщения диафрагмы у пациентов с хронической сердечной недостаточностью являются отек межмышечного пространства и гипертрофия мышечных волокон. Ультразвуковая динамическая оценка состояния диафрагмы у пациентов с хронической сердечной недостаточностью в период декомпенсации полезна для анализа эффективности проводимой терапии и возможного прогнозирования улучшения или, напротив, потребности в респираторной терапии и/или экстракорпоральной мембранной оксигенации. Полученные морфофункциональные аргументы наличия диафрагмальной дисфункции у пациентов с декомпенсированной хронической сердечной недостаточностью обосновывают проведение диафрагма-щадящей респираторной поддержки.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Шабаев В.С., Мазурок В.А.

Сбор и обработка материала: Шабаев В.С., Макаров И.А., Васильева Л.Г., Бикташева Л.З.

Статистический анализ данных — Шабаев В.С., Макаров И.А.

Написание текста — Шабаев В.С., Мазурок В.А.

Редактирование — Шабаев В.С., Мазурок В.А., Митрофанова Л.Б.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.