Диафрагмальная дисфункция как прогностический критерий нарушений внешнего дыхания и потребности в экстракорпоральной мембранной оксигенации у пациентов с хронической сердечной недостаточностью

Этиопатогенез дыхательной недостаточности (ДН) на фоне хронической сердечной недостаточности (ХСН) традиционно объясняется гипергидратацией легких [1—4] и нарушением работы респираторных мышц, в том числе диафрагмы [1, 5—8]. Слабость дыхательной мускулатуры, в свою очередь, рассматривается независимым критерием прогноза выживаемости и потребности в пересадке сердца [9, 10]. Нами показано, что у пациентов с ХСН формируется диафрагмальная дисфункция, проявляющаяся снижением резервов внешнего дыхания, структурными и функциональными изменениями диафрагмы [7, 8]. Полученные данные, вероятно, можно использовать для прогнозирования тяжести ДН при декомпенсации ХСН, а также необходимости экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО).

Цель исследования — на основании результатов спирометрии и ультразвукового исследования диафрагмы определить возможности прогнозирования декомпенсации хронической сердечной недостаточности и потребности в экстракорпоральной мембранной оксигенации.

Для достижения поставленной цели на базе ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России изучали структурные и функциональные изменения диафрагмы у пациентов со стабильной и декомпенсированной ХСН, поступающих в отделение реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ).

Исследование одобрено локальным этическим комитетом (протокол заседания №06-23 от 13.06.2023, дополнен протоколом заседания №02-24 от 26.02.2024) при условии взятия информированного согласия у пациентов с ХСН в стабильном состоянии и предупреждения о выполнении окклюзионной пробы в период декомпенсации.

Характеристика испытуемых. Пациенты со стабильной ХСН (n=53): 12 женщин и 41 мужчина, средний возраст 60,0±11,8 года, масса тела 84,4±14,0 кг, рост 172,9±8,5 см, индекс массы тела (ИМТ) 28,3±4,3 кг/м², болеющие ХСН не менее года с момента установления диагноза. Распределение по функциональному классу (ФК) на основе диагноза, установленного на момент поступления в клинику (классификация по NYHA): II ФК — n=22, III ФК — n=18, IV ФК — n=13.

Контрольная группа: пациенты, перенесшие радиочастотную аблацию устья легочных вен по поводу пароксизмального течения фибрилляции предсердий на фоне гипертонической болезни, имеющие хорошую визуализацию экскурсии диафрагмы с обеих сторон (n=27): 16 женщин и 11 мужчин, средний возраст 60,5±8,9 года, масса тела 81,0±13,5 кг, рост 172,2±10,6 см, ИМТ 27,3±4,0 кг/м².

Пациенты с декомпенсированной ХСН (n=10): критерий отбора в данную группу — начало инотропной поддержки. По мере улучшения состояния, через 7,0 (5,0; 15,0) дня, 7 пациентов перевели в профильное кардиологическое отделение, у 3 пациентов через 7,0 (6,0; 9,0) дня декомпенсация заболевания потребовала ЭКМО; различия в длительности наблюдения статистически незначимые (p=0,82).

Таким образом, сформированы две подгруппы пациентов с декомпенсированной ХСН: 1-я подгруппа (n=7) — переведенные в профильное отделение (6 мужчин), средний возраст 53,3±15,0 года, масса тела 86,0±17,2 кг, рост 182,0±7,1 см, ИМТ 26,1±5,6 кг/м²; 2-я подгруппа (n=3) — ЭКМО (2 мужчин), средний возраст 65,7±1,5 года, рост 170,0±11,3 см, масса тела 84,7±7,2 кг, ИМТ 29,3±1,4 см/м².

С помощью ультразвукового аппарата Philips CX50 (Philips Ultrasound, Inc., США) оценивали структурное (толщину) и функциональное (индекс утолщения и экскурсию) состояние диафрагмы. С помощью аппарата искусственной вентиляции легких Evita Infinity С500 (Dräger Medical GmbH, Германия) изучали дыхательные объемы при спокойном и глубоком дыхании, время вдоха и выдоха, респираторный драйв путем измерения P0.1 — снижения уровня давления в дыхательных путях в первые 100 мс самостоятельной дыхательной попытки пациента, силу дыхательной мускулатуры при окклюзии дыхательного контура посредством оценки NIF (Negative Inspiratory Force) — максимального усилия на вдохе, то есть минимального значения давления ниже уровня конечного экспираторного давления в течение маневра «удержания вдоха».

Статистический анализ осуществляли с помощью программ Statistica 10 и MedCalc Software. Использовали инструменты описательной и сравнительной статистики, корреляционного анализа и ROC-анализа.

Оценке прогностической значимости подвергли результаты корреляционного анализа (коэффициент Спирмена), выявившего наиболее сильные связи между показателями ультразвукового исследования (УЗИ) диафрагмы и ХСН. Далее результаты представили в виде медианы и квартилей (Q₁; Q₃) — 50 (25; 75), полученных с помощью критерия Манна—Уитни в парных сравнениях независимых групп, а также ROC-кривых и индекса Юдена — разницы между долями истинно положительных результатов и долями ложноположительных результатов. Чем больше это различие, тем лучше работает диагностическая технология (диапазон от 0 до 1, где 0 — модель не работает, 1 — модель абсолютно эффективна) [11].

Статистическую значимость различий и прогностических моделей принимали при p≤0,05.

Диафрагма у пациентов с ХСН толще (см), чем у пациентов без ХСН: справа 0,32 (0,24; 0,36) по сравнению с 0,20 (0,18; 0,23) (p=0,0001); слева 0,31 (0,26; 0,36) по сравнению с 0,20 (0,19; 0,22) (p=0,0001). Корреляционный анализ (коэффициент Спирмена) выявил, что наиболее сильными связями с ХСН обладают толщина диафрагмы справа (r= –0,5, p=0,00001) и слева (r= –0,54, p=0,00001) на высоте спокойного вдоха, NIF (r= –0,21, p=0,05) и объем глубокого вдоха (r= –0,47, p=0,00001).

Прогнозирование развития диафрагмальной дисфункции. В итоге ROC-анализа получены результаты относительно возможности прогнозирования развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН (рис. 1—5).

Рис. 1. Прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе оценки толщины правой гемисферы диафрагмы.

Здесь и на рис. 2—10: ось абсцисс — специфичность (%); ось ординат — чувствительность (%); AUC — площадь под кривой; p — уровень статистической значимости.

Рис. 2. Прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе оценки толщины левой гемисферы диафрагмы.

Рис. 3. Прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе оценки толщины диафрагмы (объединенная модель справа + слева).

Рис. 4. Прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе NIF.

Рис. 5. Прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе объема глубокого вдоха.

Исходя из представленных на рис. 1 данных, прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН на основе толщины диафрагмы справа при спокойном вдохе носит статистически значимый характер, обладает отличной дискриминативностью: AUC 0,88; 95% ДИ [0,8; 0,95], индекс Юдена 0,66 (p=0,001). Пороговое прогностическое значение толщины диафрагмы составило 0,256 см. Чувствительность метода 69,8%, специфичность 96,3%.

Исходя из представленных на рис. 2 данных, прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН на основе толщины диафрагмы слева при спокойном вдохе носит статистически значимый характер, обладает отличной дискриминативностью: AUC 0,94; 95% ДИ [0,89; 0,99], индекс Юдена 0,75. Пороговое прогностическое значение толщины диафрагмы составило 0,219 см. Чувствительность метода 98,1%, специфичность 77,8%.

Исходя из представленных на рис. 3 данных, прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН на основе оценки толщины диафрагмы (объединенная модель справа + слева) при спокойном вдохе носит статистически значимый характер, обладает наивысшей дискриминативностью: AUC 0,91; 95% ДИ [0,87; 0,95], индекс Юдена 0,66. Пороговое прогностическое значение толщины диафрагмы составило 0,239 см. Чувствительность метода 83%, специфичность 83,3%.

У пациентов с ХСН меньше объем (мл) максимально глубокого вдоха, чем у пациентов без ХСН: 3000,0 (2258,0; 4000,0) по сравнению с 4230,0 (4000,0; 4653,7) (p=0,0001); меньше NIF (Мбар, по модулю): –46,9 (–54,3; –40,3) по сравнению с –52,0 (–58,0; –45,0) (p=0,05).

Исходя из представленных на рис. 4 данных, прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН на основе изменения NIF носит статистически значимый характер, однако обладает низкой дискриминативностью: AUC 0,63; 95% ДИ [0,5; 0,76], индекс Юдена 0,23. Пороговое прогностическое значение NIF составило менее –45,5 мм вод.ст. (по модулю). Чувствительность метода 49%, специфичность 74,7%.

Исходя из представленных на рис. 5 данных, прогноз развития диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН на основе изменения объема глубокого вдоха носит статистически значимый характер, обладает приемлемой дискриминативностью: AUC 0,79; 95% ДИ [0,69; 0,88], индекс Юдена 0,45. Пороговое прогностическое значение объема глубокого вдоха составило менее 3664 мл. Чувствительность метода 60,4%, специфичность 85,2%.

Прогнозирование развития декомпенсации ХСН. Прогноз осуществляли на основе данных, получаемых при обследовании пациентов с ХСН в состоянии компенсации и пациентов с декомпенсацией — в 1-й день инициации кардиотонической терапии (рис. 6, 7). Толщина диафрагмы (см) не различалась между группами стабильных пациентов и пациентов с декомпенсированной ХСН: справа 0,320 (0,240; 0,360) по сравнению с 0,30 (0,257; 0,367) (p=0,95); слева 0,310 (0,260; 0,357) по сравнению с 0,30 (0,264; 0,350) (p=0,76).

Рис. 6. Прогноз развития декомпенсации хронической сердечной недостаточности на основе изменения NIF.

Рис. 7. Прогноз развития декомпенсации хронической сердечной недостаточности на основе изменения объема глубокого вдоха.

Прогноз развития декомпенсации ХСН на основе изменения толщины диафрагмы при спокойном дыхании оказался статистически незначимым, с низкой дискриминативностью.

У декомпенсированных пациентов с ХСН меньше объем (мл) глубокого вдоха, чем у стабильных пациентов с ХСН: 1918,0 (1781,0; 2064,0) по сравнению с 3000,000 (2258,0; 4000,0) (p=0,001); меньше NIF (Мбар, по модулю): –29,9 (–35,0; –20,2) по сравнению с –46,9 (–54,3; –40,3).

Исходя из представленных на рис. 6 данных, прогноз развития декомпенсации ХСН на основе изменения NIF носит статистически значимый характер, обладает высокой дискриминативностью: AUC 0,84; 95% ДИ [0,65; 1,0], индекс Юдена 0,72. Пороговое прогностическое значение NIF составило менее –38,0 мм вод.ст. (по модулю). Чувствительность метода 80%, специфичность 92,4%.

Исходя из представленных на рис. 7 данных, прогноз развития декомпенсации ХСН на основе изменения объема глубокого вдоха носит статистически значимый характер, обладает отличной дискриминативностью: AUC 0,81; 95% ДИ [0,67; 0,95], индекс Юдена 0,59. Чувствительность метода 80%, специфичность 79,2%.

Прогнозирование необходимости ЭКМО. Сравнительный анализ проводили по результатам лечения пациентов с декомпенсированной ХСН в отделении реанимации: оценивали параметры диафрагмы в день перевода в профильное отделение (улучшение состояния) и в день начала ЭКМО (прогрессирование ХСН) (рис. 8—10).

Рис. 8. Прогноз вероятности начала экстракорпоральной мембранной оксигенации у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе изменения толщины правой гемисферы диафрагмы.

Рис. 9. Прогноз вероятности начала экстракорпоральной мембранной оксигенации у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе изменения NIF.

Рис. 10. Прогноз вероятности начала экстракорпоральной мембранной оксигенации у пациентов с хронической сердечной недостаточностью на основе изменения объема глубокого вдоха.

У пациентов, которым потребовалась ЭКМО, толщина (см) правой гемисферы диафрагмы больше, чем у пациентов, переведенных в профильное отделение: 0,37 (0,3; 0,64) и 0,22 (0,2; 0,27) соответственно (p=0,03). Предсказательная модель изучена с целью определения вероятности начала ЭКМО.

Исходя из представленных на рис. 8 данных, прогноз начала ЭКМО у пациентов с ХСН на основе изменения толщины правой гемисферы диафрагмы при спокойном вдохе носит статистически значимый характер, обладает наивысшей дискриминативностью: AUC 0,97; 95% ДИ [0,91; 1,0], индекс Юдена 0,85 (p<0,001). Пороговое прогностическое значение толщины диафрагмы составило 0,26 см. Чувствительность метода 100%, специфичность 85,7%.

У пациентов, которым потребовалась ЭКМО, меньше объем (мл) глубокого вдоха, чем у пациентов, переведенных в профильное отделение: 1350,0 (1000,0; 1500,0) по сравнению с 2100,0 (1890,0; 2928,0) (p=0,023); меньше NIF (Мбар, по модулю): –14,0 (–16,0; –10,0) и –40,0 (–43,3; –30,2) соответственно (p=0,023).

Исходя из представленных на рис. 9 данных, прогноз начала ЭКМО у пациентов с ХСН на основе изменения NIF носит статистически значимый характер, обладает наивысшей дискриминативностью: AUC 1,00; 95% ДИ [1,0; 1,0], индекс Юдена 1,00. Пороговое прогностическое значение NIF составило –30,0 мм вод.ст. Чувствительность метода 100%, специфичность 100%.

Исходя из представленных на рис. 10 данных, прогноз начала ЭКМО у пациентов с ХСН на основе изменения объема глубокого вдоха носит статистически значимый характер, обладает отличной дискриминативностью: AUC 1,00; 95% ДИ [1,0; 1,0], индекс Юдена 1,00. Пороговое прогностическое значение объема глубокого вдоха составило 1500 мл. Чувствительность метода 100%, специфичность 100%.

Как показано ранее в наших исследованиях, у пациентов с ХСН формируется диафрагмальная дисфункция — снижение резервов внешнего дыхания, сопровождающееся утолщением диафрагмы и изменением функциональных показателей ее работы: скорости смещения, экскурсии и индекса утолщения [7, 8]. Причинами утолщения диафрагмы у пациентов с ХСН являются отек межмышечного пространства и гипертрофия мышечных волокон [12].

Использование показателей УЗИ диафрагмы, в частности ее толщины, возможно с прогностической целью. Так, например, H.C. Dal и соавт. показали, что летальность и потребность в механической вентиляции легких могут быть спрогнозированы на основе измерений толщины диафрагмы у пациентов с COVID-19 [13]. L.K. Lalwani и соавт. показали, что УЗИ диафрагмы, в частности индекс утолщения мышечной части диафрагмы, лучше подходит для прогнозирования результатов отлучения пациентов от искусственной вентиляции легких, чем индекс быстрого поверхностного дыхания (индекс Тобина) [14]. Продемонстрировано, что дисфункция диафрагмы, оцененная с помощью УЗИ, предсказывает клинические исходы у пациентов с гемодиализом [15]. Кроме того, получены свидетельства надежности и точности УЗ-оценки диафрагмальной дисфункции у пациентов с обострениями хронической обструктивной болезни легких для выявления пациентов с худшим прогнозом [16].

Несмотря на внедрение метода УЗИ диафрагмы, в том числе для прогноза исходов, мы не нашли работ, посвященных прогнозу формирования и прогрессии диафрагмальной дисфункции в разные периоды течения ХСН, включая начало декомпенсации и потребности в ЭКМО, что позволяет говорить о первенстве исследования в этом направлении.

Исходя из полученных данных, толщина диафрагмы может быть использована для прогноза наличия диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН с высокой специфичностью и чувствительностью. Объединенная модель (оценка толщины справа + слева) не дает существенного различия в прогнозе по сравнению с оценкой только справа: AUC 0,88; 95% ДИ [0,8; 0,95], индекс Юдена 0,66 (p=0,001), пороговое прогностическое значение толщины диафрагмы составило 0,256 см, чувствительность метода 69,81%, специфичность 96,3% по сравнению с AUC 0,91; 95% ДИ [0,87; 0,95], индекс Юдена 0,66, пороговое прогностическое значение толщины диафрагмы составило 0,239 см, чувствительность метода 83,02%, специфичность 83,33%. При этом известно, что оценка левой гемисферы диафрагмы весьма затруднительна или часто невозможна [17, 18], то есть прогностическая ценность при оценке только правой гемисферы диафрагмы не снижается.

Модель предсказания начала декомпенсации ХСН на основе УЗ-показателей толщины диафрагмы не получила статистически значимых подтверждений. Вероятно, это можно связать с тем, что пациенты находились в стационаре в период начала декомпенсации, а респираторные нарушения, характерные для прогрессии ХСН, развивались быстрее, чем изменения в диафрагме. В пользу подобных умозаключений свидетельствует общая дисфункция респираторных мышц, проявляющаяся снижением объема глубокого вдоха и его силы. Последние показатели можно использовать с высокой прогностической ценностью для предсказания декомпенсации ХСН. Это подтверждается также следующим наблюдением: у пациентов с декомпенсацией, которым впоследствии потребовалась ЭКМО, наблюдались более выраженные нарушения в диафрагме. При этом прогностическая модель становилась значимой и показательной.

Модели прогноза развития и прогрессии диафрагмальной дисфункции у пациентов с ХСН на основе показателей объема глубокого вдоха и его силы в разные периоды течения ХСН показали высокую специфичность и чувствительность, статистическую значимость и высокую эффективность. В отличие от оценки толщины диафрагмы эти модели работают для прогноза декомпенсации ХСН и показывают наивысшие прогностические показатели вероятности начала ЭКМО.

Полученные нами данные о применении показателей спирометрии с окклюзионными пробами находят подтверждение в литературе. Так, S.H.R. Ramalho и соавт. показали, что Pimax, схожий по методике проведения с NIF способ оценки силы вдоха [19], является независимым предиктором летальности при ХСН и более точным, чем тест шестиминутной ходьбы и фракция выброса левого желудочка [9].

Таким образом, УЗ-оценка состояния диафрагмы у пациентов с ХСН в стабильном состоянии может быть полезной для прогноза развития диафрагмальной дисфункции, а в период декомпенсации ХСН — потребности в ЭКМО. Оценка объема глубокого вдоха и окклюзионная проба (NIF) важны на любом этапе ведения пациентов: от предсказания развития диафрагмальной дисфункции до необходимости инициации инотропной терапии и начала ЭКМО.

Несмотря на изучение отдельных параметров в прогностических моделях, в клинической ситуации мы все же рекомендуем придерживаться комплексного подхода в оценке диафрагмальной дисфункции — комбинации спирометрии с УЗИ диафрагмы у пациентов с ХСН. Следует учитывать, что ультразвуковые структурно-функциональные показатели работы диафрагмы не коррелируют или плохо коррелируют со спирометрическими показателями [20, 21], однако позволяют комплексно оценить работу системы внешнего дыхания [22].

Ограничение исследования. Небольшой объем выборки в группе декомпенсированных пациентов определяет необходимость дальнейших исследований.

Результаты ультразвукового исследования диафрагмы и спирометрии с проведением окклюзионных проб позволяют предсказать прогрессирование диафрагмальной дисфункции у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Увеличение толщины диафрагмы, снижение объема максимально глубокого вдоха и NIF могут рассматриваться в качестве симптомов декомпенсации хронической сердечной недостаточности и являться прогностическими критериями потребности в экстракорпоральной мембранной оксигенации. Ультразвуковое исследование структурного и функционального состояния диафрагмы следует использовать для динамической оценки течения хронической сердечной недостаточности, в том числе при проведении интенсивной терапии.

Участие авторов:

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

Сбор и обработка материала: Шабаев В.С., Васильева Л.Г., Бикташева Л.З., Кожиева К.Ю.

Статистическая обработка — Шабаев В.С., Бикташева Л.З.

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

Редактирование — Шабаев В.С., Мазурок В.А., Данилова И.А., Осипова Н.А.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.