Энергетические затраты (ЭЗ), связанные с дыханием, в норме составляют не более 5% общих ЭЗ организма [1—3]. Однако на этапе отлучения от искусственной вентиляции легких (ИВЛ) метаболическая цена дыхания может быть значительно выше [4—6]. ЭЗ организма во время проведения ИВЛ могут быть измерены с помощью методики непрямой калориметрии [7—10]. Обычно непрямая калориметрия используется в отделении реанимации для оценки энергопотребностей при проведении питания пациентов, но также может быть использована для определения метаболической или кислородной цены дыхания [2, 11—14]. Влияние выбора режима ИВЛ на ЭЗ или потребления кислорода изучено в ряде исследований, чаще всего сравнение проводилось между принудительным и спонтанным режимами ИВЛ [15—23]. ЭЗ (или потребление кислорода) в принудительном режиме в той или иной степени практически во всех исследованиях были ниже, чем в режимах с сохраненной спонтанной дыхательной активностью. Менее изученной в настоящее время является проблема изменения ЭЗ при использовании различных уровней респираторной поддержки в спонтанных режимах ИВЛ, хотя именно такие режимы чаще всего используются в период отлучения от длительной ИВЛ [24, 25]. В немногочисленных исследованиях проводилась усредненная оценка метаболических показателей при различных уровнях давления поддержки (PS) в спонтанных режимах ИВЛ [26—28]. Оценка индивидуальных особенностей изменений ЭЗ в ответ на снижение уровня PS в данных работах не выполнена. Наша гипотеза состоит в том, что изменение ЭЗ при изменении уровня PS может существенно отличаться у разных пациентов.

Цель исследования — выявить возможные варианты изменения ЭЗ при снижении уровня респираторной поддержки на этапе отлучения от ИВЛ.

Исследование выполнено на базе отделения нейрореанимации ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» с 2015 по 2018 г., исследование носило проспективный характер.

Критерии включения в исследование:

— выполненная нейрохирургическая операция;

— ИВЛ в течение не менее 7 суток;

— выполненная трахеостомия;

— вентиляция в спонтанном режиме ИВЛ в течение суток;

— решение лечащего врача о готовности пациента к прохождению теста спонтанного дыхания.

Критерии исключения из исследования:

— признаки дыхательной недостаточности (SpO₂ <93% при FiO2 40% и более, требуемое ПДКВ >8 см вод. ст.);

— необходимость вазопрессорной и/или кардиотонической поддержки;

— температура тела выше 38 °C в течение последних суток;

— психомоторное возбуждение (RASS +2 и больше) и/или необходимость постоянной седации;

— избыточная трахеобронхиальная секреция (необходимо более двух санаций трахеи в час);

— отрицательная динамика неврологического статуса (снижение уровня сознания, появления новых очаговых неврологических симптомов в течение последних 3 сут);

— утечка из контура аппарата ИВЛ >5%.

ИВЛ всем пациентам проводилась на дыхательном аппарате Hamilton-G5 («Hamilton Medical AG», Швейцария). Перед началом исследования в дыхательный контур между Y-образным коннектором и трахеостомической трубкой устанавливался датчик потока с портом для забора газов системы анализа газообмена и метаболизма CCM Express («Medical Graphics Corp.», США).

Протокол исследования. Вентиляция у всех пациентов во время исследования проводилась в спонтанном режиме ИВЛ с поддержкой давлением (pressure support ventilation, PSV), обязательным условием было использование триггера по давлению. Исследование начиналось с PS 20 см вод. ст. Уровень PS последовательно снижался с 20 до 4 см вод. ст. с шагом в 4 см вод. ст. На каждом уровне (20, 16, 12, 8 и 4 см вод. ст.) пациент находился в течение 25 мин. Если уровень PS был избыточен для пациента, то происходило переключение на следующий уровень. Критерии избыточности уровня PS: дыхательный объем более 15 мл на 1 кг массы тела, периоды апноэ более 15 сек, кашель в ответ на вдох аппарата ИВЛ. При недостаточном уровне PS (появление признаков дыхательной недостаточности) вентиляция в режиме PSV прекращалась.

Критерии недостаточного уровня PS: частота дыхания более 35 в мин, SpO₂ менее 93%, ЧСС выше 120 в мин или выше 30% от исходной, повышение EtCO₂ более чем на 10 мм рт.ст. от исходного уровня, выраженное двигательное беспокойство (по шкале RASS +2 и больше).

Обработка данных. Данные с аппарата ИВЛ и с системы анализа газообмена и метаболизма обработаны и синхронизированы во времени. ЭЗ рассчитаны за каждую минуту вентиляции, для дальнейшего анализа в каждом варианте режима PSV использован промежуток с 5-й по 25-ю минуту вентиляции. Из полученных данных удалены временные промежутки, связанные с такими факторами, как кашель, санация трахеи и др.

Статистический анализ полученных данных проводился с помощью программы IBM SPSS Statistics 23.0. Сравнение Э.З. в различных вариантах режима PSV при анализе всей совокупности пациентов выполнялось с помощью смешанной линейной модели с использованием ковариационной структуры AR (1).

Анализ статистической значимости изменения ЭЗ при снижении PS для каждого отдельного пациента проводился с помощью однофакторного дисперсионного анализа (тест ANOVA). Входными данными для теста являлись ЭЗ за каждую минуту вентиляции (зависимая переменная) и уровень PS (независимая переменная). При выявлении статистически значимых различий далее проводились апостериорные тесты множественных сравнений для определения уровней PS, между которыми имеются статистически значимые различия. Для тестов множественных сравнений использовался либо критерий Тьюки при равенстве дисперсий, либо критерий Геймса—Хоуэлла при неравенстве дисперсий (гомогенность дисперсий оценивалась с помощью теста Левена). Сравнение производилось только между смежными уровнями PS: 20 и 16 см вод. ст., 16 и 12 см вод. ст., 12 и 8 см вод. ст., 8 и 4 см вод. ст.

После выполнения дисперсионного анализа у каждого пациента определялся вариант изменения ЭЗ при снижении PS. Вариант № 1 — повышение ЭЗ: наблюдался как минимум один эпизод статистически значимого повышения ЭЗ при переходе на более низкий уровень PS, при этом отсутствовали эпизоды статистически значимого снижение Э.З. Вариант № 2 — снижение ЭЗ: наблюдался как минимум один эпизод статистически значимого снижения ЭЗ при переходе на более низкий уровень PS, при этом отсутствовали эпизоды статистически значимого повышения Э.З. Вариант № 3 — первоначальное снижение с последующим повышением ЭЗ: наблюдался как минимум один эпизод статистически значимого снижения ЭЗ при переходе на более низкий уровень PS, после чего наблюдался как минимум один эпизод статистически значимого повышения Э.З. Вариант № 4 — отсутствие изменений ЭЗ: отсутствие эпизодов статистически значимого снижения или повышения ЭЗ при переходе на более низкий уровень PS.

Нулевая гипотеза во всех тестах отклонена на уровне значимости 0,05. Данные представлены в виде медианы (25-й квартиль; 75-й квартиль) или среднего и стандартного отклонения в зависимости от типа распределения данных.

Возраст пациентов, включенных в исследование, составил 54±12 (от 25 до 75 лет). Из 33 исследуемых было 23 (70%) женщины и 10 (30%) мужчин. Распределение пациентов по основному диагнозу было следующим: опухоли головного мозга — 25 (76%) пациентов, субарахноидальное кровоизлияние — 6 (18%), черепно-мозговая травма — 2 (6%). До начала исследования продолжительность ИВЛ составила 14 (8; 21), от 7 до 31 сут. Причины длительной ИВЛ: низкий уровень бодрствования — у 75% пациентов, бульбарные и псевдобульбарные нарушения — у 25% пациентов.

Из 33 пациентов, включенных в исследование, при всех уровнях PS-вентиляция проведена у 6 (18%) пациентов. У остальных 27 (82%) пациентов наблюдались критерии избыточности или недостаточности PS, ИВЛ при данных уровнях PS у этих пациентов не проводилась. Различные варианты комбинаций уровней PS, в которых выполняли ИВЛ, представлены в таблице.

При анализе всей совокупности пациентов ЭЗ при PS 20 см вод. ст. составили 1542 (1287; 1904) ккал/сут, при PS 16 см вод. ст. — 1413 (1306; 1771) ккал/сут, при PS 12 см вод. ст. — 1481 (1294; 1726) ккал/сут, при PS 8 см вод. ст. — 1597 (1382;1807) ккал/сут и при PS 4 см вод. ст. — 1606 (1434; 1870) ккал/сут (рис. 1). Статистически значимых различий между уровнями PS не получено (смешанная линейная модель, p=0,095).

Распределение пациентов в зависимости от варианта изменения ЭЗ представлено на рис. 2. Вариант № 1 наблюдался у 19 (58%) из 33 пациентов. Вариант № 2 выявлен у 5 (15%) пациентов. Варианты № 3 и № 4 наблюдались у 3 (9%) и 6 (18%) пациентов соответственно.

Варианты изменения ЭЗ на примере 4 пациентов представлены на рис. 3.

ЭЗ пациентов, у которых снижение уровня PS приводило к снижению ЭЗ (вариант № 2 изменения ЭЗ), представлены на рис. 4.

Далее у каждого пациента определен уровень PS, при котором ЭЗ были минимальными (PSмин) (рис. 5). Минимальные Э.З. были при уровне PS 12 см вод. ст. у 13 (39%) пациентов, при уровне PS 16 см вод. ст. — у 9 (27%), при уровне PS 4 см вод. ст. — у 7 (21%), при уровне PS 8 см вод. ст. — у 3 (9%) и при уровне PS 20 см вод. ст. — у 1 (3%) пациента.

Максимальный прирост ЭЗ (разница между максимальными и минимальными ЭЗ) определен для каждого пациента. У 23 (70%) пациентов максимальный прирост ЭЗ наблюдался при снижении уровня PS относительно PSмин, у 10 (30%) пациентов — при PS выше, чем PSмин. Абсолютный максимальный прирост составил 226 (158; 364) ккал/сут. Данные характеризовались большим разбросом: наименьший максимальный прирост составил 65 ккал/сут, наибольший — 1168 ккал/сут. Относительно минимальных ЭЗ максимальный прирост составил 16% (9; 24) наименьший максимальный прирост — 5%, наибольший — 86%).

Распределение пациентов в зависимости от максимального прироста ЭЗ представлено на рис. 6.

Множество факторов влияют на ЭЗ организма у пациента, находящегося на лечении в отделении реанимации и интенсивной терапии. Факторы, которые непосредственно связаны с механической вентиляцией, — это работа дыхания и респираторный комфорт. У пациента в состоянии глубокой седации и миорелаксации, которому проводится принудительная ИВЛ, ЭЗ, связанные с дыханием, равны нулю [11]. Если спонтанная дыхательная активность не подавляется медикаментозно, то респираторные мышцы начинают выполнять работу, что приводит к росту ЭЗ организма [8, 11]. Работа дыхания в данном случае будет зависеть от состояния дыхательной системы пациента (сопротивления дыхательных путей, растяжимости легких и грудной клетки, величины мертвого пространста, наличия ауто-ПДКВ и др.), используемого оборудования (сопротивления эндотрахеальной трубки и дыхательного контура), настроек аппарата ИВЛ (чувствительность триггера, уровень респираторной поддержки и др.), а также способности дыхательных мышц пациента увеличивать свою работу [26, 29]. В том случае, если дыхательные мышцы пациента не способны генерировать необходимую работу, будут развиваться гипоксемия и/или гиперкапния [26].

Другим важным фактором, который непосредственно влияет на ЭЗ при проведении ИВЛ, является респираторный комфорт [30]. Респираторный комфорт можно определить как отсутствие затруднений при дыхании. Респираторный дискомфорт возникает, когда параметры вентиляции превышают или не достигают того уровня, к которому адаптирован пациент [31]. Возникновение респираторного дискомфорта может приводить к росту ЭЗ за счет возникновения эмоциональных переживаний, двигательного беспокойства и последующей активации симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем [30, 32]. Следует отметить, что респираторный дискомфорт возможен не только при недостаточном, но и при избыточном уровне респираторной поддержки [33, 34].

Приведенные данные, а также результаты выполненных ранее исследований [20—22] указывают на возможную большую индивидуальную вариабельность изменений ЭЗ в ответ на снижение степени респираторной поддержки. Несмотря на это, исследований, в которых бы акцентировали внимание на индивидуальных особенностях изменений метаболических показателей, нами при анализе литературы не найдено.

В работе G. Bellani и соавт. у 28 пациентов проводилась ИВЛ в режиме PSV при уровнях PS 20, 16, 12, 8, 4, 0 см вод. ст. Выявлена общая тенденция для всех пациентов, заключающаяся в том, что потребление кислорода сначала снижается при снижении уровня PS, достигая минимального уровня, а затем повышается. Авторами отмечено, что у некоторых пациентов не было первоначального снижения потребления кислорода, а у некоторых потребление кислорода не изменялось при снижении уровня PS (количество таких пациентов не указано) [26].

В исследовании C. Hormann и соавт. у 14 пациентов вентиляция проводилась при трех вариантах режима PSV (при PS 5,10 и 20 см вод. ст.). Наибольшее потребление кислорода было при уровне PS 5 см вод. ст., при уровне PS 10 см вод. ст. потребление кислорода снижалось, у некоторых пациентов потребление кислорода вновь увеличивалось при повышении PS до 20 см вод. ст. [28].

Авторы обеих работ предполагают, что повышение метаболических показателей при высоких уровнях PS связано с активной работой респираторных мышц, направленной на снижение транспульмонального давления во время вдоха с целью снижения дыхательного объема и/или для обеспечения активного выдоха [26, 28].

В отличие от приведенных выше исследований в выполненной нами работе отсутствовали статистически значимые различия между уровнями PS при анализе всей совокупности пациентов. На наш взгляд, отсутствие общей тенденции изменения ЭЗ обусловлено различными индивидуальными вариантами изменения ЭЗ при снижении PS, которые у разных пациентов могли изменяться в противоположных направлениях.

В представленном исследовании описаны 4 варианта изменения ЭЗ. У большинства (67%) пациентов наблюдались варианты № 1 и № 3, которые соответствовали общим тенденциям, описанным в работах G. Bellani и C. Hormann [26, 28]. У остальных пациентов (33%) наблюдались варианты № 2 и № 4 изменения Э.З. Особый интерес представляет выявление у 5 (15%) пациентов снижения ЭЗ при уменьшении уровня PS в режиме PSV (вариант № 2). Подобной тенденции изменения метаболических показателей организма при снижении уровня респираторной поддержки нами в литературе не найдено (см. рис. 4). Мы связываем данный вариант изменения ЭЗ с нарастанием респираторного дискомфорта при высоких уровнях PS. Даже невысокие по общепринятым меркам уровни PS (8—12 см вод. ст.) для некоторых пациентов оказались избыточными.

Минимальные ЭЗ могли наблюдаться при любом уровне PS, чаще всего ЭЗ были минимальными при PS 12 см вод. ст. В исследовании G. Bellani и соавт. также минимальные показатели наблюдались при PS 12 см вод. ст., однако ни у одного пациента не было минимальных ЭЗ при PS 4 см вод. ст. [26]. В то же время в нашем исследовании у 7 пациентов самые низкие ЭЗ были при PS 4 см вод. ст.

Важным результатом анализа индивидуальных изменений ЭЗ в различных вариантах режима PSV была оценка максимального прироста ЭЗ при изменении уровня PS (см. рис. 6). У 12 (36%) максимальный прирост ЭЗ был более 20%. Данные 3 пациентов, у которых максимальный прирост составлял более 40%, в качестве примера представлены на рис. 7.

Это обстоятельство, во-первых, само по себе может иметь клиническое значение: очевидно, что применение режима ИВЛ, который существенно увеличивает ЭЗ, является нецелесообразным. Во-вторых, при использовании непрямой калориметрии для оценки энергетических потребностей в питании пациента следует учитывать, что последующее изменение уровня PS может быть фактором, способным значительно изменить ЭЗ организма.

Выполненное исследование имеет ряд ограничений. Во-первых, в работу включено сравнительно небольшое число пациентов. Однако выборки из 33 пациентов оказалось достаточно, чтобы показать существование различных индивидуальных вариантов изменения ЭЗ. Во-вторых, для объективизации индивидуальных изменений ЭЗ при снижении PS использовался однофакторный дисперсионный анализ (тест ANOVA). Входными данными для теста были ЭЗ за каждую минуту вентиляции, которые не являлись полностью независимыми (так как составляли один временной ряд), это могло оказать некоторое влияние на итоговые результаты. В-третьих, дизайн исследования не позволил произвести анализ факторов, которые бы могли влиять на наличие у пациентов того или иного варианта изменения ЭЗ, что может быть предметом дальнейших исследований в этой области.

В результате проведенного исследования показано отсутствие универсальной зависимости уровня респираторной поддержки и энергетических затрат организма. Описаны четыре возможных варианта изменения энергетических затрат при снижении уровня давления поддержки в режиме PSV. Минимальные энергетические затраты могут быть при любом уровне давления поддержки (от 20 до 4 см вод. ст.). В ряде наблюдений изменение уровня респираторной поддержки может приводить к относительно большим изменениям энергетических затрат организма (увеличение более чем на 20% относительно минимальных энергетических затрат), причем максимальные энергетические затраты могут наблюдаться при уровнях давления поддержки как ниже, так и выше минимальных.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Савченко Я.В. — https://orcid.org/0000-0002-2292-8374

Горячев А.С. — https://orcid.org/0000-0002-6919-5104

Савин И.А. — https://orcid.org/0000-0003-2594-5441

Крылов К.Ю. — https://orcid.org/0000-0002-1807-7546

Бирг Т.М. — https://orcid.org/0000-0001-5935-1233

Полупан А.А. — https://orcid.org/0000-0001-9258-3917

Сатишур О.Е. — https://orcid.org/0000-0002-1404-005X