Кардиореабилитация
Спироэргометрия как оптимум нагрузочных тестов у больных
с заболеваниями кардиореспираторной системы
Ф. Ю. Мухарлямов, М. Г. Сычёва, М. А. Рассулова, Е. С. Иванова, А. Д. Багмет
Spiroergometry As an Optimal Stress Test for Patients
with Cardiorespiratory Disorders
F. Yu. Mukharliamov, M. G. Sychyova, M. A. Rassulova, E. S. Ivanova, A. D. Bagmet
Т
естирование с физической нагрузкой и одновременной
записью ЭКГ начали проводить около 60 лет назад.
Основной целью этого теста было выявление заболеваний коронарных артерий сердца. Более 70 лет назад
A. V. Hill впервые определил газообмен и кислотно-щелочное
состояние во время нагрузки при исследовании физиологии
скелетной мускулатуры, а в 1940-е годы впервые был разработан точный метод определения газообмена на основе
потребления кислорода (V’O2) и выделения углекислого газа
(V’CO2) [3]. В следующее десятилетие спироэргометрия (СЭМ)
была применена при клинических исследованиях у больных
с заболеваниями сердца [12]. Таким образом, с помощью
неинвазивного стресс-теста стало возможным регистрировать сердечно-сосудистые и вентиляционные параметры во
время нагрузки в дополнение к ЭКГ-изменениям. Однако многочисленные экспериментальные исследования требовали
адаптации метода применительно к клиническим условиям.
Ведущая роль в этом принадлежит К. Wasserman [26], метод
был усовершенствован на основе принципа breath by breath,
позволившего с помощью газоанализаторов быстрого действия фиксировать истинные значения V’O2 и V’CO2 [15, 25].
Компьютерные технологии и развитие различных методов на
протяжении последних 20 лет сделали возможным проводить
достоверные тесты с физической нагрузкой методом СЭМ,
особенно в кардиологии и пульмонологии.
СЭМ можно определить как проведение нагрузочного
тестирования на основе определения параметров сердечной
деятельности, циркуляции крови и легочной вентиляции
с целью неинвазивной количественной оценки пределов
физических нагрузок обследуемого [5]. СЭМ является высокоинформативной методикой для определения функциональной способности и толерантности к физическим нагрузкам
(в кардиологии, пульмонологии, ангиологии, спортивной
медицине), установления риска возникновения проявлений
болезни и инвалидизации, обоснования медикаментозной
терапии и специфических профилактических и реабилитационных программ для профильных больных, проведения
дифференциального диагноза в зависимости от результатов
исследования, стимулирования населения к участию в профилактических, лечебных и реабилитационных программах
[1, 14]. В конечном счете изучение газообмена и легочной
вентиляции при физической нагрузке дает возможность
количественно оценить физическую работоспособность сердечно-сосудистой и дыхательной (включая тканевое дыхание) систем.
Определение физической работоспособности базируется
на положениях из физиологии мышечной деятельности:
1) учащение сердцебиения при мышечной работе прямо
пропорционально ее интенсивности (мощности); 2) степень
учащения частоты сердечных сокращений (ЧСС) при всякой
(непредельной) физической нагрузке обратно пропорциональна способности испытуемого выполнять мышечную
работу данной интенсивности (мощности), т. е. физической
работоспособности. В условиях физической нагрузки, когда
V’O2 миокардом левого желудочка (ЛЖ) может повышаться в
8–10 раз и почти столь же значительно (в 5–7 раз) может увеличиваться кровоток в интактных коронарных артериях [10],
несоответствие между реальным кровоснабжением миокарда
и потребностями миокарда в кислороде вызывает ишемические изменения, документируемые на нагрузочной ЭКГ, что и
позволяет судить о состоянии коронарных сосудов. Значение
нагрузочной ЭКГ в рамках проводимой СЭМ подчеркивается
определенным параллелизмом ее результатов со степенью
и количеством пораженных коронарных артерий по данным
коронарографии, тем фактом, что у лиц без клинических проявлений ИБС, но с положительными результатами пробы риск
развития стенокардии, инфаркта миокарда, внезапной смерти в 10–15 раз выше, чем у лиц с отрицательной пробой [8].
Следует подчеркнуть, что даже при тех изменениях нагрузочной ЭКГ, которые большинством авторов еще не рассматриваются как признак положительной пробы (горизонтальная
депрессия сегмента ST менее 1 мм), риск внезапной смерти
повышается в 3–4 раза [11, 21]. Повышение сегмента ST во
время нагрузки на 0,2 мВ (по некоторым данным, на 0,1 мВ)
и больше, тем более сопровождающееся депрессией сегмента
ST в противоположных отведениях, считают признаком патологических изменений. Обычно такое смещение сегмента
ST отмечается при физических нагрузках у больных постинфарктным кардиосклерозом (ПИКС) с развитием постинфарктной аневризмы сердца. Вероятность диагностирования
ИБС тем выше и число пораженных артерий тем больше, чем
выраженнее степень смещения сегмента ST от изолинии, если
в большем числе отведений регистрируются эти изменения,
и чем меньше мощность нагрузки, при которой они отмечаются, если длительнее сохраняются ЭКГ-признаки ишемии
миокарда в восстановительном периоде.
Исследования последних лет показывают, что определенное практическое значение имеет анализ результатов
нагрузочной ЭКГ, основанный на оценке динамики амплитудных характеристик зубцов желудочкового комплекса QRS.
У здоровых людей амплитуда зубца Q во время физической
нагрузки увеличивается, в то время как у больных ИБС —
уменьшается [9]. Такое изменение зубца Q рассматривается
как проявление ишемии миокарда. По мнению некоторых
авторов [30], регистрация одновременно двух таких признаков, как уменьшение амплитуды зубца Q и депрессия сегмента
№ 10 (78) — 2012 год
13
Кардиореабилитация
ST во время нагрузки, служит убедительным свидетельством
выраженной ишемии миокарда. В последние годы появились сообщения об использовании в диагностических целях
данных о динамике амплитуды зубца R во время физической
нагрузки. С этой целью предложено определять сумму амплитуд зубцов R в отведениях aVF, aVL, V3-6 и глубину зубцов S в
отведениях V1-2 [28]. Показано, что у здоровых лиц амплитуда зубца R при мышечной работе уменьшается, в то время
как у больных ИБС она увеличивается [7]. Также выявлено,
что чем больше выражен коронарный атеросклероз, тем
больше степень и число пораженных коронарных артерий,
значительнее нарушение сократительной функции ЛЖ [4].
Ряд авторов считают увеличение амплитуды этого зубца во
время физической нагрузки даже более надежным показателем ИБС, чем смещение сегмента ST [27, 30].
Другая важнейшая информация, которую можно получить с помощью СЭМ, основана на представлении о том, что
метаболические процессы и жизнедеятельность возможны
лишь при адекватном энергообеспечении клеток организма.
В состоянии покоя в миоцитах глюкоза метаболизируется с
помощью аэробных процессов до богатых энергией фосфатов (АТФ). При физических нагрузках АТФ синтезируется в
первую очередь также аэробным путем. По мере увеличения нагрузки повышение синтеза АТФ начинает происходить
анаэробным путем с помощью гликолиза. Этот процесс,
известный как клеточное дыхание, требует кислорода и
богатых энергией молекул, в первую очередь глюкозы, что
приводит к образованию промежуточных соединений —
пирувата и лактата, — а в конечном счете — углекислого
газа и воды. Метод СЭМ позволяет количественно определить показатели V’O2 и V’CO2, по которым косвенно можно
судить о состоянии альвеолярной вентиляции и, следовательно, клеточного дыхания. При адекватной вентиляции
(V’E) посредством сердечно-сосудистой системы, а именно
в связи с повышением сердечного выброса (СВ), дыхательная система обеспечивает сбалансированный газообмен
(V’O2 — V’CO2), позволяющий доставлять мышцам кислород
и выделять углекислый газ. Транспорт кислорода, необходимого клеткам, и гомеостаз газов крови (рН) в условиях
повышенной продукции углекислого газа при физических
нагрузках регулируются центральными и периферическими механизмами в зависимости от потребности того или
иного органа в кислороде. Если имеются патологические
изменения одной из систем, участвующих в кислородном
транспорте (периферическая, сердечно-сосудистая, легочная или центральная регуляция), СЭМ дает возможность их
количественно оценить [6, 9].
Помимо вышеописанных показателей, во время СЭМ по
протоколу ступенчато нарастающей физической нагрузки
возможно стандартизировать результаты с помощью следующих критериев:
1) достижение максимального потребления кислорода
(V’O2max) — образование плато потребления кислорода, когда дальнейшее повышение нагрузки не вызывает
увеличения потребления кислорода; этот критерий
применяют в основном при обследовании здоровых
людей, в спортивной медицине [3];
2) пиковое потребление кислорода (V’O2peak) — наибольшее V’O2, достигнутое в условиях пределов переносимости физической нагрузки; этот критерий более
14
приемлем для больных с заболеваниями сердечнососудистой системы, чем V’O2max;
3) кислородный пульс — отношение V’O2 к ЧСС, отражающее количество кислорода, доставленного к тканям
за одно сокращение сердца, и позволяющее косвенно
оценивать ударный объем;
4) число метаболических единиц — отношение V’O2 на
высоте нагрузки к величине этого показателя в условиях основного обмена; этот критерий показывает,
во сколько раз переносимая больным максимальная
нагрузка превышает базальный уровень V’O2, его рекомендуют использовать в качестве более предпочтительного показателя толерантности к физической нагрузке
[6] по сравнению с нагрузкой, вычисленной в ваттах;
5) анаэробный порог (anaerobic threshold, АТ) — уровень
V’O2 во время нагрузки, который обозначает точку
перехода от постоянной или маломеняющейся концентрации лактата в артериальной крови к непрерывному
увеличению его концентрации [26]. АТ также отражает
механизмы приспособления легочной вентиляции к
условиям анаэробного метаболизма, т. е. непропорциональный рост вентиляционного коэффициента по кислороду (V’E/V’O2) во время физической нагрузки при
возрастающем коэффициенте респираторного газообмена, который представляет собой V’CO2/V’O2 [30].
С помощью СЭМ можно получить и значения многих других
показателей, которые имеют важную диагностическую ценность в пульмонологии, ангиологии, при сочетанной кардиореспираторной патологии, ожирении, легочных гипертензиях
и т. д. [3, 6]. Показания и противопоказания к проведению
СЭМ описаны многими авторами в соответствующей литературе [2, 5, 26]. В кардиологической практике СЭМ применяют
в основном при сердечной недостаточности, определении
функционального класса тяжести при операциях на сердце
или при сопутствующих заболеваниях легких [12, 31]. Работ,
посвященных диагностической значимости СЭМ при ИБС и,
особенно, артериальной гипертензии (АГ), опубликовано
значительно меньше, и авторы приводят довольно дискутабельные результаты [5, 24].
Однако показано, что в реабилитационной практике СЭМ
позволяет наиболее точно установить функциональный
класс тяжести ИБС, дает возможность объективно судить
о динамике состояния больного в процессе наблюдения и
создавать соответствующую программу физической реабилитации [3]. Недавние работы также подтвердили прогностическое значение СЭМ для пациентов с ПИКС [9, 16].
Так, в одном мультивариантном анализе показатель V’O2max
менее 50% предустановленного значения оказался наиболее значимым предиктором смерти от кардиологических
заболеваний [13]. В другом обширном ретроспективном
исследовании показатель V’O2peak превосходил все другие клинические, гемодинамические и нагрузочные данные в плане определения риска смерти у пациентов с
тяжелой сердечной недостаточностью различного генеза,
в том числе на фоне ПИКС; авторы считают, что всем больным
с сердечной недостаточностью следует проводить СЭМ [22].
Еще в одной работе подчеркивается, что при этих состояниях
патологически высокий уровень минутной вентиляции при
имеющемся уровне метаболизма является независимым прогностическим маркером [30], причем предустановленные
№ 10 (78) — 2012 год
Реклама
Кардиореабилитация
значения V’O2 и других показателей могут увеличиваться
в связи с подбором адекватных методов лечения. Тем не
менее, несмотря на то что в литературе указывается на
несомненную пользу СЭМ как мониторингового метода при
проведении физической реабилитации у кардиологических
больных, СЭМ как рутинное исследование в этой области
требует дополнительного изучения.
При АГ также нет единого мнения относительно наиболее
диагностически значимых параметров СЭМ в плане подбора
медикаментозной терапии или программ реабилитации. Так,
одни исследователи считают наиболее информативными
показатели V’O2peak и АТ [18], другие авторы подчеркивают
необходимость изучения значений кислородной кинетики
(показатель дефицита кислорода и среднее время ответа),
определяемых при постоянной нагрузке в условиях достижения АТ и имеющих обратное соотношение с показателем
V’O2max [22]. Тем не менее проведение теста СЭМ считается
наиболее оправданным у больных АГ с целью определения
возможностей повседневной активности [26].
Характерными особенностями гипертонического сердца
являются гипертрофия ЛЖ, снижение его диастолической
функции, развитие аномального коронарного резерва и застойной сердечной недостаточности [26]. У большинства больных
АГ появление одышки и утомляемости наблюдается даже при
низких уровнях физической нагрузки. Усталость мышц голеней
можно объяснить функциональной недостаточностью сердца
и легких при повышенной потребности в кислороде скелетной
мускулатуры [3]. Поэтому динамика кардиореспираторных
показателей и кинетика V’O2 при проведении СЭМ играют важную роль для определения тактических подходов при сердечно-сосудистых заболеваниях, в том числе при АГ [5].
При систолической дисфункции ЛЖ наблюдается медленное достижение стабильного уровня показателя V’O2; анаэробные механизмы включаются раньше, при более низких
нагрузках, являясь причиной одышки [23]. Показано, что при
нагрузочном тестировании у больных АГ наблюдаются меньшее увеличение СВ и повышенное периферическое сосудистое сопротивление по сравнению с таковыми у здоровых
лиц. В то же время при проведении СЭМ снижение периферического сосудистого сопротивления у больных АГ происходит значительно медленнее, чем у здоровых [10]. Поэтому
некоторые авторы считают показатель V’O2max оптимальным
для определения толерантности к физической нагрузке у лиц
с нормальной систолической функцией ЛЖ [31]. Также было
отмечено 30-процентное снижение способности выполнять
физическую нагрузку у больных АГ по сравнению со здоровыми лицами [19]. В другом исследовании авторы наблюдали
снижение фракции выброса ЛЖ во время проведения СЭМ,
вызванное ухудшением диастолической функции ЛЖ при
его гипертрофии [22]. Наконец, была выявлена тесная связь
между увеличением кинетики V’O2 и СВ параллельно с более
быстрым ростом артериовенозной разницы по кислороду у
лиц с АГ и сердечной недостаточностью [17, 20, 29]; тесные
связи между гемодинамикой и кислородным транспортом
позволили подобрать оптимальные режимы медикаментозной
терапии. Однако следует подчеркнуть, что дифференциальное
применение программ медицинской реабилитации при АГ с
помощью СЭМ до сих пор не унифицировано, поэтому диагностическая значимость параметров центральной и периферической гемодинамики, газообмена, функциональных легочных
показателей требует дальнейших исследований с целью выработки более детальных подходов к дифференцированному
лечению как больных АГ, так и пациентов с ПИКС.
Заключение
Учитывая большой объем информации, получаемой с
целью комплексной оценки сердечно-сосудистой, респираторной систем, вентиляционно-перфузионных отношений,
метаболизма, спироэргометрию можно назвать золотым стандартом функциональных нагрузочных проб, особенно при
создании программ медицинской реабилитации больных с
заболеваниями сердца и легких.
Как технологию полифункциональной оценки спироэргометрию следует считать высокотехнологичным методом
функциональной диагностики, позволяющим значительно
расширить представления о патогенезе различных заболеваний кардиореспираторной и других систем.
Спироэргометрия является оптимальным методом подбора
лечебно-восстановительных нагрузок у кардиологических и
пульмонологических пациентов, а также наиболее информативной технологией мониторинга эффективности восстановительного лечения, медицинской реабилитации и оздоровительных мероприятий у данного контингента больных.
Резюме
В статье приводятся основные диагностические показатели спироэргометрии, рассматриваются различные варианты их интерпретации,
прогностическая значимость при индивидуальном подборе курсов программ медицинской реабилитации. Показана возможность проводить
количественную оценку физической работоспособности сердечно-сосудистой и дыхательной (включая тканевое дыхание) систем, исследование их функциональной взаимосвязи на основе большого количества параметров, определяемых при спироэргометрии.
Ключевые слова: спироэргометрия (СЭМ), потребление кислорода, постинфарктный кардиосклероз (ПИКС), артериальная гипертензия (АГ),
альвеолярная вентиляция.
Summary
This article describes main spiroergometry parameters used for diagnostic purposes and illustrates various approaches to their interpretation. It
also explains the prognostic value of these data as a guide to individually-tailored medical rehabilitation courses. In addition, the authors show
that numerous parameters obtained from spiroergometry permit quantitative estimation of cardiovascular and respiratory functioning, including
tissue respiration, and can be used to investigate the interaction between these systems on the functional level.
Keywords: spiroergometry, oxygen consumption, cardiac fibrosis after myocardial infarction, hypertension, alveolar ventilation.
Литература
1. Антонов А. А. Гемодинамические аспекты гипертонической
болезни // Сердце. 2006. Т. 5. № 4. С. 210–215.
2. Аронов Д. М. Кардиологическая реабилитация на рубеже веков // Сердце. 2002. № 1. С. 123–125.
3. Заболевания сердца и реабилитация / Под ред. М. Л. Полока,
Д. Х. Шмидта. Пер. с англ. Киев, 2000. 407 с.
16
4. Кардиология: национальное руководство / Под ред. Ю. Н. Беленкова, Р. Г. Оганова. М., 2007. 1232 с.
5. Кудряшев В. Э. Количественная оценка нарушений кровообращения / В. Э. Кудряшев, С. В. Иванов, Ю. В. Белецкий. М., 2000.
220 с.
6. Некоркина О. В. Статико-динамические нагрузки в реабилитации больных ишемической болезнью сердца на стационарном
№ 10 (78) — 2012 год
Кардиореабилитация
этапе // Вопр. курортологии, физиотерапии и ЛФК. 2005.
№ 3. С. 23–25.
7. Полтавская М. Г. Рекомендации по проведению проб с физической нагрузкой у больных хронической сердечной недостаточностью // Сердечная недостаточность. 2003. Т. 4. № 5.
С. 269–271.
8. Прогнозирование исхода инфаркта миокарда с использованием
ранних проб с динамической нагрузкой / Д. М. Аронов [и др.] //
Кардиология. 1990. Т. 30. № 12. С. 23–27.
9. ACC/AHA 2002 guideline update for exercise testing: summary article.
A report of the American College of Cardiology/American Heart
Association Task Force on Practice Guidelines (Committee to Update
the 1997 Exercise Testing Guidelines) / R. J. Gibbons [et al.] //
J. Am. Coll. Cardiol. 2002. Vol. 40. № 8. P. 1531–1540.
10. ACC/AHA Guidelines for Exercise Testing. A report of the American
College of Cardiology/American Heart Association Task Force on
Practice Guidelines (Committee on Exercise Testing) // J. Am. Coll.
Cardiol. 1997. Vol. 30. № 1. P. 260–311.
11. ACC/AHA guidelines for the management of patients with ST-elevation
myocardial infarction; A report of the American College of Cardiology/
American Heart Association Task Force on Practice Guidelines
(Committee to Revise the 1999 Guidelines for the Management of
patients with acute myocardial infarction) / E. M. Antman [et al.] //
J. Am. Coll. Cardiol. 2004. Vol. 44. № 3. P. E1–211.
12. American Association for Respiratory Care. AARC clinical practice
guideline: exercise testing for evaluation of hypoxemia and/or
desaturation // Respir. Care. 1992. Vol. 37. № 8. P. 907–912.
13. American College of Cardiology and American Heart Association
methodology for the selection and creation of performance measures
for quantifying the quality of cardiovascular care / J. A. Spertus
[et al.] // J. Am. Coll. Cardiol. 2005. Vol. 45. № 7. P. 1147–1156.
14. Beaver W. L. A new method for detecting anaerobic threshold by
gas exchange / W. L. Beaver, K. Wasserman, B. J. Whipp // J. Appl.
Physiol. 1986. Vol. 60. № 6. P. 2020–2027.
15. Beaver W. L. On-line computer analysis and breath-by-breath
graphical display of exercise function tests / W. L. Beaver, K. Wasserman, B. J. Whipp // J. Appl. Physiol. 1973. Vol. 34. № 1. P. 128–134.
16. Beck K. C Methods for cardiopulmonary exercise testing / K. C. Beck,
I. M. Weisman // In: Clinical exercise testing / I. M. Weisman, R. J. Zeballos, eds. Basel, Switzerland: Karger, 2002. Р. 43–59.
17. Braith R. W. Neurohormonal abnormalities in heart failure: impact
of exercise training / R. W. Braith, D. G. Edwards // Congest. Heart
Fail. 2003. Vol. 9. № 2. P. 70–76.
18. Brooks G. A. Anaerobic threshold: review of the concept and
directions for future research // Med. Sci. Sports Exerc. 1985. Vol. 17.
№ 1. P. 22–34.
19. Early exercise training in patients older than age 65 years compared
with that in younger patients after acute myocardial infarction or
coronary artery bypass grafting / M. A. Williams [et al.] // Am. J. Cardiol. 1985. Vol. 55. № 4. P. 263–266.
20. Elborn J. S. Reproducibility of cardiopulmonary parameters during
exercise in patients with chronic cardiac failure. The need for a
preliminary test / J. S. Elborn, C. F. Stanford, D. P. Nicholls // Eur.
Heart J. 1990. Vol. 11. № 1. P. 75–81.
21. Eschenbacher W. L. An algorithm for the interpretation of
cardiopulmonary exercise tests / W. L. Eschenbacher, A. Mannina //
Chest. 1990. Vol. 97. № 2. P. 263–267.
22. Exercise standards for testing and training: a statement for healthcare professionals from the American Heart Association / G. F. Fletcher
[et al.] // Circulation. 2001. Vol. 104. № 14. P. 1694–1740.
23. Mechanisms facilitating oxygen delivery during exercise in patients
with chronic heart failure / P. Agostoni [et al.] // Cardiologia. 1997.
Vol. 42. № 7. Р. 743–750.
24. Normal values and ranges for ventilation and breathing pattern at
maximal exercise / S. P. Blackie [et al.] // Chest. 1991. Vol. 100.
№ 1. P. 136–142.
25. Perfusion/ventilation mismatch during exercise in chronic heart
failure: an investigation of circulatory determinants / A. P. Banning
[et al.] // Br. Heart J. 1995. Vol. 74. № 1. P. 27–33.
26. Principles of Exercise Testing and Interpretation / K. Wasserman
[et al.]. Philadelphia, 1999. 585 p.
27. Respiratory muscle function and dyspnea in patients with chronic
congestive heart failure / D. M. Mancini [et al.] // Circulation. 1992.
Vol. 86. № 3. P. 909–918.
28. Testing an intervention to increase cardiac rehabilitation enrillment
after coronary artery bypass grafting / S. K. Pascuali [et al.] // Am.
J. Card. 2001. Vol. 88. № 15. P. 1415–1416.
29. Ventilatory constraints during exercise in patients with chronic
heart failure / B. D. Johnson [et al.] // Chest. 2000. Vol. 117. № 2.
P. 321–332.
30. Weisman I. M. An integrated approach to the interpretation of
cardiopulmonary exercise testing / I. M. Weisman, R. J. Zeballos /
Clin. Chest. Med. 1994. Vol. 15. № 2. P. 421–445.
31. Work capacity and left ventricular function during rehabilitation
after myocardial revascularization surgery / C. Foster [et al.] //
Circulation. 1994. Vol. 69. № 4. P. 748–755.

Показатели метаболометрии у больных с заболеваниями сердечнососудистой системы и ожирением
А. Р. Богданов, Т. С. Залётова, Р. Р. Богданов
Indirect Gas-Analysis Calorimetry in Patients with Cardiovascular
Disorders and Obesity
A. R. Bogdanov, T. S. Zalyotova, R. R. Bogdanov
В
процессе жизнедеятельности организм непрерывно
расходует энергию: на синтез различных соединений,
на совершение мышечной работы, на осуществление
дыхания, пищеварения, кровообращения, на поддержание
температуры тела, на преодоление осмотических градиентов
во время секреторных и выделительных процессов, на про-
№ 10 (78) — 2012 год
17