The role of integrated assessment of the indicators of external respiration function in cardiac surgical patients

Full Text

ДН — дыхательная недостаточность ДО — дыхательный объем ДСЛ — диффузионная способность легких ЖЕЛ — жизненная емкость легких ИБС — ишемическая болезнь легких ИВЛ — искусственная вентиляция легких ИК — искусственное кровообращение КИО2 — коэффициент использования кислорода ЛА — легочная артерия ЛГ — легочная гипертензия МКК — малый круг кровообращения МОД — минутный объем дыхания МОС — максимальная объемная скорость ОЕЛ — общая емкость легких ООЛ — остаточный объем легких ОФВ1 — объем форсированного выдоха за 1-ю секунду ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания ФВД — функция внешнего дыхания ФЖЕЛ — форсированная жизненная емкость легких ФОЕ — функциональная остаточная емкость ХОБЛ — хроническая обструктивная болезнь легких ХПЭЛГ — хроническая постэмболическая легочная гипертензия ХТЭЛА — хроническая тромбоэмболия легочной артерии ЧД — частота дыхания В современном здравоохранении одной из самых серьезных проблем остаются сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ). Именно данная патология определяет значительное снижение качества жизни и сокращение ее продолжительности, особенно на фоне влияния различных факторов риска [1]. Потребность населения в кардиохирургических операциях определена рядом исследований в экономически развитых странах и составляет 1700 операций на 1 млн населения: 1100 операций при ишемической болезни сердца (ИБС), 350 операций — при приобретенных пороках сердца, 250 операций при врожденных пороках сердца. В России потребность населения в высокотехнологичной медицинской помощи является аналогичной [2]. В связи с этим кардиохирургия традиционно занимает позиции одной из наиболее динамично развивающихся отраслей медицины с характерным постоянным совершенствованием хирургической техники и анестезиологического обеспечения. Это привело как к снижению летальности, так и к появлению возможности выполнения операций пациентам с различной сопутствующей патологией. На фоне подобных успехов не может не волновать, что проблема послеоперационных нарушений функций системы дыхания остается не менее актуальной, чем в конце прошлого века [3, 4]. В связи с этим перед терапевтами, кардиологами и пульмонологами встает задача предварительной (догоспитальной) всесторонней оценки бронхолегочной системы у больных данной категории. Полноценная диагностика функции внешнего дыхания (ФВД) на догоспитальном (поликлиническом) либо предоперационном этапе предполагает проведение исследований нескольких типов, результаты которых дают представление о различных аспектах работы легких: 1) вентиляция легочных альвеол; 2) диффузия газов через альвеолярно-капиллярный барьер; 3) перфузия легких. Нарушение хотя бы одного из этих процессов в отдельности, а тем более в различной их комбинации может привести к дыхательной недостаточности (ДН) [5]. Из этого следует, что в группу клинически важных тестов по оценке функции легких должны включаться спирометрия, бодиплетизмография, оценка диффузионной способности легких (ДСЛ), определение потребления кислорода в покое с целью оценки эффективности легочной вентиляции. Всесторонняя оценка бронхолегочной системы может во многом способствовать более точному и своевременному определению показаний и противопоказаний к операции, повышению эффективности хирургического лечения больных, так как некоторые из показателей ФВД позволяют прогнозировать исход операции. В свою очередь послеоперационные осложнения в виде нарушений респираторной системы приводят к увеличению сроков пребывания больных в стационаре и экономических затрат [6, 7]. Целью данного обзора явилось обсуждение значимости комплексного исследования ФВД у кардиохирургических больных для выявления сопутствующей бронхолегочной патологии и оценки риска развития осложнений после хирургического лечения. Среди методов оценки ФВД наиболее распространена спирография, при которой определяются статические и динамические показатели вентиляции, включая кривые поток—объем, объем—время. Оцениваются такие параметры, как дыхательный объем (ДО), резервный объем вдоха, резервный объем выдоха, жизненная емкость легких (ЖЕЛ), форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ), объем форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1), индекс Тиффно (ОФВ1/ФЖЕЛ), пиковая объемная скорость выдоха, максимальная объемная скорость (МОС) на 25%, 50% и 75% ФЖЕЛ, средняя объемная скорость воздушного потока в средней части экспираторного маневра между 25% и 75% ФЖЕЛ [4]. Перечисленные параметры информативны при оценке обструктивных расстройств легочной вентиляции [8]. Рестриктивные расстройства могут быть достаточно надежно диагностированы лишь в случае, если они не сочетаются с нарушением бронхиальной проходимости, т. е. в отсутствие смешанных расстройств легочной вентиляции. Между тем на практике чаще всего встречаются именно смешанные расстройства (например, при хроническом обструктивном бронхите, осложненным эмфиземой и пневмосклерозом). В этих случаях нарушения легочной вентиляции могут быть диагностированы при помощи анализа величины легочных объемов, в частности структуры общей емкости легких (ОЕЛ). Для вычисления ОЕЛ необходимо определить функциональную остаточную емкость (ФОЕ) легких и рассчитать показатели остаточного объема легких (ООЛ). Данные параметры можно определять только методом бодиплетизмографии [9]. Этим же методом определяют такой показатель, как сопротивление бронхов, необходимое для характеристики их обструкции. Показатели сопротивления дыхательных путей позволяют дифференцировать истинную обструкцию от функциональных нарушений. Максимальный вдох и форсированный выдох могут вызывать сужение бронхов, вследствие чего иногда при назначении бронходилататоров ОФВ1 остается прежним или даже снижается. В этих случаях появляется необходимость измерения сопротивления воздухоносных путей методом бодиплетизмографии, которое при обратимой бронхообструкции снижается [9]. Современное комплексное исследование ФВД включает измерение ДСЛ — оценку газообменной функции легких. Исследование диффузии применяется главным образом для диагностики эмфиземы или легочного фиброза у больных с интерстициальными заболеваниями легких и заболеваниями легочных сосудов. Метод позволяет оценить альвеолярный объем, т. е. фактически вентилируемый объем, и DLCO — показатель работы альвеолярно-капиллярной мембраны. Метод однократного вдоха с задержкой дыхания является наиболее предпочтительным тестом, рекомендуемым Американским торакальным обществом и Европейским респираторным обществом, поскольку он один их самых надежных и доступных [10]. Для правильной интерпретации результатов исследования ДСЛ следует учитывать данные спирометрии и исследования легочных объемов. Исследование эффективности легочной вентиляции в покое путем вычисления коэффициента использования кислорода (КИО2, мл/л) позволяет оценить степень напряжения адаптационных механизмов ФВД. С помощью газоанализатора регистрируется потребление О2 и вычисляется КИО2 — отношение поглощенного О2 (в мл/мин) к минутному объему дыхания (МОД, л/мин). В норме КИО2 составляет 35—40 мл/л. При кардиохирургической патологии в условиях гипоксии данный показатель может значительно снижаться [7]. В настоящее время остается актуальной проблема своевременной и адекватной диагностики бронхолегочной патологии у кардиохирургических больных на дооперационном этапе, а также прогностической значимости показателей ФВД в развитии послеоперационных осложнений [11, 12]. По результатам проспективного когортного исследования, оценка ФВД у пациентов с ИБС в предоперационном периоде позволила впервые выявить различные синдромы поражения бронхолегочной системы, в том числе обструкцию бронхов [13]. В данной работе показана неполноценная диагностика синдрома обструкции бронхов на амбулаторном этапе — у 11,2% пациентов с ИБС не установлен диагноз хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). У 2,3% пациентов с диагнозом ХОБЛ не выявили обструкции бронхов. Таким образом, диагностика ХОБЛ оказалась ошибочной в 13,5% случаев. В другом исследовании продемонстрировано, что оценка ФВД в предоперационном периоде позволяет выявить различные синдромы поражения бронхолегочной системы у 50,7% обследованных больных ИБС, причем у 50% из них патология ранее не диагностировалась [14]. В медицинском центре Университета Миннесоты проводилось исследование ФВД у 1169 больных с различной кардиохирургической патологией для сравнения распространенности нарушений респираторной функции с частотой документально подтвержденного диагноза ХОБЛ, а также для изучения связи предоперационного состояния ФВД с исходом операции [15]. В данном исследовании показано, что из 483 больных, имеющих в анамнезе ХОБЛ у 178 (37%) при спирографии не выявлено бронхообструкции и, напротив, у 186 пациентов без ХОБЛ в анамнезе при исследовании ФВД регистрировался бронхообструктивный синдром. Таким образом, с помощью предоперационного тестирования ФВД у 364 (31%) пациентов проведена корректировка диагноза ХОБЛ. Кроме того, умеренная и выраженная обструкция дыхательных путей (ОФВ1 <80%, индекс Тиффно <70% от нормы) и низкая ДСЛ (DLCO <50% от нормы) явились независимыми предикторами постоперационной летальности, продленной искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и длительности пребывания в стационаре. На основании исследования авторы делают вывод, что спирографию следует проводить всем больным, направленным на кардиохирургическое лечение, а параметры ОФВ1 и показатели ДСЛ должны быть включены в прогностические модели, оценивающие операционный риск. Другими авторами оценивалась роль тяжести ХОБЛ у больных ИБС в развитии осложнений в послеоперационный период [16]. В данном исследовании выявлена прямая связь между тяжелой степенью ХОБЛ (ОФВ1 <50% от должного) и развитием ДН после операции. Таким образом, более детальное и углубленное изучение показателей ФВД способствует выявлению предикторов развития осложненного течения госпитального периода после кардиохирургических вмешательств. Нередкое сочетание ИБС с ХОБЛ во многом связано с едиными факторами риска, механизмами развития и прогрессирования этих заболеваний, объясняя их взаимное отягощение [17]. Наличие нескольких заболеваний у одного больного — актуальная проблема как для кардиологов, пульмонологов, так и для кардиохирургов [18]. К настоящему времени проведены исследования, демонстрирующие существование прямой ассоциативной связи между ХОБЛ и кардиоваскулярными клиническими исходами [19], смертностью от инфаркта миокарда после коронарного шунтирования [20]. У больных с сочетанной патологией (ИБС + ХОБЛ) одной из основных причин прогрессивного ухудшения состояния является легочная гипертензия (ЛГ). Обусловленная гипоксемией ЛГ при ХОБЛ способствует активации фибробластов и развитию периваскулярного интерстициального фиброза миокарда. Инициированный гипоксией и развитием сердечной недостаточности клеточный апоптоз перестает играть адаптивную роль и определяет формирование одного из звеньев патогенеза сердечной недостаточности и снижения сократительной функции миокарда [21]. В результате снижения сократительной функции миокарда происходит переполнение кровью малого круга кровообращения (МКК), а также облитерация сосудистого русла — результат воспалительного процесса в дыхательных путях, развития эмфиземы, пневмосклероза, что способствует уменьшению объема сосудистого русла МКК, ремоделированию легочных сосудов с уменьшением их внутреннего диаметра и соответственно нарастанию гипоксии [22]. На фоне изложенных изменений у больных с изолированной ИБС и с сочетанной бронхолегочной патологией могут развиваться различные по степени вентиляционные нарушения с разными компенсаторно-приспособительными реакциями. Помимо механизмов взаимного отягощения легочной патологии и ССЗ, наличия вентиляционно-перфузионных нарушений при изолированных кардиохирургических заболеваниях, большое влияние на состояние ФВД оказывает непосредственно хирургическое вмешательство. Развитие респираторных нарушений при кардиохирургических вмешательствах обусловлено как влиянием неспецифических факторов, характерных для торакальной хирургии (ателектазы, повреждение диафрагмального нерва, экссудативный перикардит), так и специфических нарушений, таких как реперфузионный синдром, влияние искусственного кровообращения (ИК). Большинство кардиохирургических вмешательств осуществляется в условиях И.К. Развитие воспалительного ответа в результате контакта стенок аппарата ИК с компонентами крови могут вызывать повреждения в легких — от микроскопических изменений до синдрома повышенной проницаемости капилляров с острой Д.Н. Клиническая значимость данных механических повреждений зависит как от исходного резервного объема легких пациента, так и от длительности самого ИК [23]. Ишемически-реперфузионное повреждение легких и ИК коррелируют с уменьшением кровотока по бронхиальным артериям, приводящего к ишемии ткани легких. Легкие имеют бимодальное кровоснабжение из легочной и бронхиальных артерий с обширной сетью анастомозов, однако во время ИК кровоток по бронхиальным артериям обеспечивает не более 5% потребности легочной ткани в О2 даже в условиях системной гипотермии [24]. Результатом является развитие регионарного воспалительного ответа, приводящего к значительному скоплению альбумина, лактатдегидрогеназы, нейтрофилов и эластазы в бронхоальвеолярной жидкости, значительным высвобождениям легочных цитокинов и активации альвеолярных макрофагов [25]. В свою очередь гиповентиляция легких во время ИК является ответственной за развитие микроателектазов, гидростатического отека легких и высокую частоту инфекционных осложнений [26]. Частыми последствиями кардиохирургических операций являются также острые рестриктивные заболевания легких, обусловленные анестезиологическим обеспечением и хирургической тактикой [27]. Наркоз и использование миорелаксантов уменьшают ФОЕ легких, в результате изменяют форму и движения грудной клетки. Поток газа преимущественно распределяется среди несдавленных участков легкого. Это вызывает несоответствие вентиляционно-перфузионных отношений и способствует развитию гиповентиляции сдавленных участков [28]. Таким образом, влияние кардиохирургического вмешательства на бронхолегочную систему многофакторно, а наличие исходных нарушений ФВД у кардиохирургических больных может в разы увеличивать риск развития и тяжесть кардиореспираторных осложнений. В данном обзоре мы рассмотрим такие наиболее распространенные кардиохирургические заболевания, как ИБС и приобретенные пороки сердца, а также наиболее тяжелую категорию пациентов кардиохирургического профиля — пациентов с хронической тромбоэмболией легочной артерии (ХТЭЛА). Известно, что ИБС без сопутствующей патологии сопровождается умеренным снижением проводимости бронхов и умеренной гипервентиляцией с возрастанием МОД преимущественно за счет увеличения ДО [29]. Этот механизм адаптации к гипоксии наиболее физиологичен (способствует увеличению потребления О2) и соответственно поддерживает эффективность легочной вентиляции на оптимальном уровне — КИО2 регистрировался в пределах нормы [30]. Присоединение ХОБЛ у пациентов с ИБС характеризуется возрастанием напряжения адаптационных механизмов респираторной системы на фоне значительного снижения проводимости бронхов. Это отражается в выраженной гипервентиляции преимущественно за счет частоты дыхания (ЧД). Возрастание Ч.Д. способствует снижению диффузии газов, в итоге КИО2 снижается более чем на 20% от нормы. У данных пациентов увеличение бронхиального сопротивления приводит к легочной гиперинфляции (увеличение ООЛ), что способствует увеличению давления в легочной артерии (ЛА). В данной группе среднее давление в ЛА оставалось в пределах 24 мм рт.ст., у больных с изолированной ИБС — в пределах 15 мм рт.ст. (p<0,05). Таким образом, настоящее исследование подтвердило взаимное утяжеление течения ИБС и ХОБЛ. В этой работе также показано, что сопутствующая ХОБЛ у пациентов с ИБС является предиктором развития госпитальных сердечно-сосудистых и респираторных осложнений после коронарного шунтирования. При этом сочетание ОФВ1 (менее 60% от нормы) с увеличением ООЛ (более 130%) являлось достоверным предиктором увеличения длительности ИВЛ. Исходный уровень КИО2 менее 20 мл/л также проявил независимую предикторную ценность в увеличения продолжительности ИВЛ. Среди ССЗ после ИБС наиболее распространенными являются приобретенные пороки сердца [31]. Типичное осложнение ревматической болезни сердца — венозная ЛГ, являющаяся ведущим фактором развития и прогрессирования хронической сердечной недостаточности. Повышенное давление в легочных венах и соответственно в капиллярах не может не влиять на ФВД, так как ЛГ способствует развитию морфологических изменений во всех слоях сосудов МКК. Данные изменения приводят к снижению ДСЛ и дальнейшему прогрессированию ЛГ за счет развития гипоксемии [32]. Исследования, посвященные изучению ФВД у больных с приобретенными пороками сердца, единичны. При этом не рассматривались различные параметры ФВД в качестве возможных предикторов осложнений в ранний послеоперационный период у больных данной категории. В одном исследовании, в котором изучалась ФВД у пациентов с ревматическим поражением митрального клапана до и после коррекции порока в условиях ИК, у 76% больных исходно отмечено умеренное снижение таких показателей, как ЖЕЛ, ОФВ1, пиковая объемная скорость выдоха, ОЕЛ [32]. В этом случае наблюдался смешанный тип нарушения ФВД. До операции ДСЛ была снижена у всех пациентов не менее чем на 30% от нормы. В ближайший месяц после хирургического лечения снижение показателей ФВД сохранялось. Достоверное увеличение изложенных параметров, включая ДСЛ, наблюдалось только через 3 мес после коррекции порока. Таким образом, в результате фиброзных изменений легочной паренхимы, снижения эластической отдачи на фоне застоя в МКК и ремоделирования легочных сосудов бронхолегочная система не в состоянии быстро вернуть к норме инспираторно-экспираторные показатели, а также функцию газообмена. Это необходимо учитывать у данных пациентов как до хирургического лечения, так и в период реабилитации. Необходимо отдельно осветить тему одной из наиболее тяжелых кардиохирургических патологий — ХТЭЛА. Серьезным, прогностически неблагоприятным осложнением ХТЭЛА является хроническая постэмболическая ЛГ (ХПЭЛГ). Наряду с высоким систолическим давлением в правом желудочке при ХПЭЛГ наблюдается высокое сопротивление сосудов МКК [33]. Клинические признаки ХТЭЛА, особенно в случае поражения мелких ветвей ЛА, малоспецифичны, связаны с расстройствами дыхания, что делает проблему ХПЭЛГ актуальной для многих направлений медицины, таких как сосудистая хирургия, кардиология и пульмонология [34]. Респираторные нарушения при ХПЭЛГ заключаются в появлении неперфузируемого, но вентилируемого участка легочной ткани. Пораженный участок легочной ткани исключен из газообмена, в результате чего эффективность вентиляции значительно снижается [35]. Для компенсации функции неперфузируемых участков легких повышается потребление О2 функционирующими альвеолярными регионами. Однако, как показывают исследования, это не обеспечивает адекватной эффективности вентиляции у пациентов с ХПЭЛГ [35]. Результаты исследования ФВД у пациентов с ХТЭЛА единичны и противоречивы. Так, корейскими авторами в первом национальном исследовании изучались некоторые из основных параметров ФВД (ОФВ1, ФЖЕЛ) и ДСЛ у больных ХТЭЛА двух групп: 1-я группа с поражением проксимальных ветвей ЛА и 2-я группа с поражением дистальных ветвей ЛА [36]. В данной работе выявлены статистически значимо более низкие значения ДСЛ в 1-й группе больных (69% от нормы) по сравнению со 2-й (88% от нормы). Показатели ОФВ1, ФЖЕЛ в обеих группах не были снижены и составили более 80% от нормы. Среднее давление в ЛА определено только в общей группе и составило 39,6±18,6 мм рт.ст. Снижение ДСЛ у пациентов с поражением проксимальных ветвей ЛА авторы объясняют увеличением толщины альвеолярно-капиллярной мембраны в результате фиброзных или пролиферативных изменений легочной ткани на фоне гипоксии [37]. По нашим данным, у пациентов с ХТЭЛА отмечено изменения ФВД по обструктивному и рестриктивному типу за счет умеренного снижения ЖЕЛ и всех показателей, отвечающих за проходимость воздухоносных путей: ОФВ1, ФЖЕЛ, МОС25, МОС50, МОС75. На фоне снижения проводимости бронхов зарегистрировано увеличение ООЛ, что может указывать на наличие «воздушных ловушек», приводящих к снижению полезного объема легких. Через рефлекторную активацию дыхательного центра увеличивался МОД преимущественно за счет увеличения Д.О. По мере нарастания МОД снижается эффективность вентиляции легких [38]. В отдаленном периоде после операции (через 12 мес) отмечено увеличение ОФВ1 (p<0,05). При этом сохранялось умеренное снижение проводимости бронхов по крупным, средним и мелким бронхам. Кроме того, у данных больных отмечено уве-личение КИО2 с 62 до 85% от нормы (p<0,05). Увеличение КИО2 обусловлено снижением напряжения механизмов адаптации к гипоксии в виде снижения МОД на фоне положительных изменений гемодинамических показателей МКК и улучшения параметров внутрисердечной гемодинамики. Динамика ФВД с оценкой потребления О2 на фоне структурно-функциональных изменений камер сердца после хирургического лечения больных ХТЭЛА является важным показателем степени восстановления эффективности вентиляции легких и определяет качество жизни и дальнейшую тактику ведения пациентов. Этот вопрос нуждается в детальном изучении, поскольку в литературе данных по этой проблеме практически нет. Другие авторы также выявили изменения ФВД по обструктивному и рестриктивному типу у больных ХТЭЛГ в сравнении со здоровой группой, что выражалось в статистически значимом снижении ЖЕЛ (с 73 до 83% от нормы) и ОФВ1 (до 80% от нормы). Тем не менее авторы заявляют о необходимости дополнительных исследований в этом направлении, включающих применение таких методик, как определение ДСЛ [39]. К сожалению, в литературе не встречаются данные по изучению параметров ФВД у больных ХТЭЛА в качестве предикторов послеоперационных осложнений. В заключении следует отметить, что в связи с многообразием факторов, воздействующих на ФВД у кардиохирургических больных, важная роль принадлежит комплексному исследованию ФВД, включающему спирометрию, бодиплетизмографию, определение ДСЛ и оценку эффективности вентиляции легких. Это обеспечит наиболее полноценную подготовку пациента к хирургическому вмешательству, даст более объективную оценку операционного риска, позволит определить прогноз и повысить эффективность хирургического лечения в ближайшие и отдаленные сроки после операции. Авторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.

About the authors

O V Kamenskaja

A S Klinkova

I Ju Loginova

V V Lomivorotov

D N Ponomarev

D V Habarov

V N Lomivorotov

References

Supplementary files