Введение
Нутритивная поддержка (НП) является важным элементом интенсивной терапии пациентов в критическом состоянии. В условиях гиперметаболизма-гиперкатаболизма адекватная НП поддерживает мышечную массу и баланс необходимых макро- и микронутриентов в организме пациента [1, 2]. Напротив, нутритивная недостаточность (НН) приводит к увеличению продолжительности пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) и стационаре, повышает риск развития госпитальных инфекций, увеличивает сроки искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и повышает вероятность неблагоприятного клинического исхода. Гипералиментация пациентов может приводить к развитию гипертермии, гипергликемии, гипертриглицеридемии, жировой инфильтрации печени, азотемии, гиперкапнии и гипервентиляции [3, 4]. Предотвращение энергетического дисбаланса крайне важно для пациентов в критическом состоянии, поскольку позволяет существенно снизить риск развития опасных последствий неадекватной НП. Часто используемые на практике различные прогностические уравнения не позволяют точно определить энергетические потребности наиболее тяжелых пациентов в критическом состоянии [5]. В настоящее время «золотым стандартом» для прикроватного измерения реальной энергетической потребности (РЭП) у пациентов ОРИТ является метод непрямой калориметрии (НК). Использование метода НК предложено в клинических рекомендациях Общероссийской общественной организации «Федерация анестезиологов и реаниматологов» (ФАР) [6], а также в руководствах Европейского общества клинического питания и метаболизма (ESPEN) и Американского общества парентерального и энтерального питания (ASPEN) [1, 2]. У пациентов в хроническом критическом состоянии, длительно пребывающих в стационаре, необходимо оценивать РЭП в динамике для контроля эффективности НП и предотвращения энергетического дисбаланса [4].
Пациенты с подключением экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) относятся к категории наиболее тяжелых в ОРИТ, им требуется комплексная интенсивная терапия, ассоциированная с длительным пребыванием в стационаре и долгосрочной реабилитацией. При этом отмечен высокий уровень неблагоприятных клинических исходов [7]. Использование экстракорпорального контура с оксигенатором и, соответственно, наличие второй точки газообмена помимо легких существенно ограничивает точность и возможность проведения НК [8]. Для расчета РЭП у данной когорты пациентов требуется анализ газообмена как со стороны легких, так и со стороны мембранного оксигенатора [9, 10].
Учитывая стремительный рост применения ЭКМО в медицине критических состояний [11—13], актуальным является поиск новых методов оценки реальной энергопотребности, позволяющих преодолеть описанные выше проблемы.
Цель исследования — выполнить сравнительный анализ показателей реальной энергопотребности, полученных модифицированным методом непрямой калориметрии, а также методом расчетных уравнений и на основании эмпирического подхода, у пациентов в процессе проведения вено-артериальной ЭКМО.
Материал и методы
Проведено одноцентровое проспективное открытое когортное исследование с включением 15 пациентов, которым проводилась вено-артериальная ЭКМО в отделении анестезиологии и реанимации кардиохирургического профиля ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России (Санкт-Петербург, Россия) в период 2023—2024 гг. Исследование одобрено этическим комитетом ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России (выписка №0710-22 из протокола заседания ЛЭК №10-22 от 3 октября 2022 г.).
Критерии включения в исследование: проведение вено-артериальной ЭКМО более 48 ч; возраст от 18 до 70 лет.
Критерии невключения: острые инфекционные заболевания верхних или нижних дыхательных путей; кровотечения из верхних или нижних дыхательных путей; сепсис.
Критерии исключения: тромбоэмболия легочной артерии; пневмоторакс; гемоторакс; острое желудочно-кишечное кровотечение; острое нарушение мозгового кровообращения.
На первом этапе исследования проведена оценка РЭП пациентов методом непрямой калориметрии с 3-х по 20-е сутки после имплантации системы вено-артериальной ЭКМО. Разработанный нами модифицированный метод непрямой калориметрии для ЭКМО (заявление о выдаче патента на изобретение от 11.11.2024, регистрационный номер 2014133670) основан на одновременном измерении потребления кислорода (VO2) и экскреции углекислого газа (VCO2) как со стороны легких пациента, так и со стороны оксигенатора. Измерения со стороны легких проводили с помощью автономного метаболографа Q-NRG+ (COSMED S.R.L., Италия). Для обеспечения более стабильных показателей мониторинга аппарат измеряет объемное содержание кислорода и углекислого газа каждые 30 с из камеры смешивания, куда происходит забор проб газа из контура ИВЛ каждый дыхательный цикл. Оценку потока газа на ЭКМО и измерение объемного содержания кислорода проводили измерителем пневматическим (пневмотестером) АР1 (АО «Красногвардеец», Россия), а капнометрию — портативным капнографом (Respironics Novametrix, Inc., США). Определение объемного потока газа в пневмотестере происходит при прохождении газа через специальный канал. Метод основан на изменении перепада давления в газе при прохождении сквозь сплетенную из тонкой стальной проволоки сетку с мелкой ячейкой, соответственно, не происходит утечки, как при заборе пробы газа для анализа в аппаратах с методикой «бокового потока». В этом канале измеряется концентрация кислорода с помощью гальванического датчика кислорода. На входе в измерительный канал подключается дыхательный бактериальный фильтр с гидрофобными свойствами для исключения попадания загрязнений и влаги на датчики потока и кислорода. На выходе из измерительного канала подсоединялся портативный инфракрасный капнограф для регистрации объемного содержания углекислого газа в газовой смеси. За 1 ч до исследования не проводили никаких активных процедур, не изменяли положение тела в постели, не меняли параметры ИВЛ, если пациент находился на ИВЛ. Пациентам на самостоятельном дыхании измерения проводили спустя 2 ч после приема пищи. Общая схема подключения оборудования представлена на рис. 1.
Рис. 1. Общая схема подключения газоанализаторов для проведения непрямой калориметрии у пациентов, которым проводится экстракорпоральная мембранная оксигенация.
ЭКМО — экстракорпоральная мембранная оксигенация; Q — поток газовой смеси через оксигенатор; FiO2 — фракция кислорода в подаваемой газовой смеси; FeO2 — фракция кислорода в газовой смеси, выходящей из оксигенатора; FeCO2 — фракция углекислого газа в газовой смеси, выходящей из оксигенатора; VO2 — потребление кислорода; VCO2 — выделение углекислого газа; ИРЭ — истинный расход энергии.
Объемная скорость и концентрация кислорода в газовоздушной смеси, которая подается в оксигенатор, настраивается с помощью газового смесителя, исходя из клинической ситуации. Для более точной оценки состава газовой смеси из смесителя предварительно проводили измерение объемной скорости потока и концентрации кислорода с помощью пневмотестера. Содержание углекислого газа принимали за 0%. Для этого пневмотестер встраивался в контур подачи газа, как показано на рис. 2.
Рис. 2. Пневмотестер — измеритель пневматический, встроенный в контур подачи газовой смеси в оксигенатор.
Далее одновременно производили измерение газового состава на вдохе и выдохе с помощью метаболографа, а из мембранного оксигенатора — пневмотестером и портативным капнографом, которые последовательно подключали к выходу из оксигенатора через трубку из поливинилхлорида размером 3/8". Измерения производили до получения значений показателей с вариабельностью менее 5% в течение 10 мин. В результате проанализированы средние величины VO2 (мл/мин) и VCO2 (мл/мин) со стороны легких, объемная скорость потока (Q, л/мин), концентрация кислорода в газовой смеси на входе в оксигенатор (FiO2, %), концентрация кислорода на выходе из оксигенатора (FeO2, %), концентрация углекислого газа на выходе из оксигенатора (FeCO2, %) — со стороны оксигенатора. Используя полученные данные, производили расчеты по следующим формулам:
VO2 (ЭКМО)=Q·(FiO2–FeO2) (1)
VCO2 (ЭКМО)=Q·FeCO2 (2)
VO2 (общ.)=VO2 (ЭКМО)+VO2 (легкие) (3)
VCO2 (общ.)=VCO2 (ЭКМО)+VCO2 (легкие) (4)
РЭП (ккал/сут)=(3,94·VO2 общ.)+ (1,11·VCO2 общ.)·1,44 (5)
На втором этапе исследования провели сравнение значений РЭП, определенных методом непрямой калориметрии, с показателями энергопотребления, рассчитанными по уравнению Харриса—Бенедикта [14] и эмпирически в соответствии с российскими и европейскими клиническими рекомендациями (25 ккал на 1 кг массы тела в сутки) [2, 6]. Сравнительный анализ проводили как в отношении абсолютных значений энергопотребления, так и в пересчете на 1 кг массы тела пациента.
Всем пациентам, включенным в исследование, проводили НП в рамках клинических рекомендаций ФАР. Целевые параметры энергетического и белкового обеспечения были установлены на уровне 25 ккал на 1 кг массы тела в сутки и 1,2 г на 1 кг массы тела в сутки соответственно. Выбор метода (пероральный, энтеральный, парентеральный) НП производили, исходя из особенностей клинической ситуации.
Статистический анализ результатов исследования проводили с использованием лицензионной программы Statistica 10.0. Количественные переменные приведены в виде среднего значения (M), стандартного отклонения (SD), медианы (Me) и границ межквартильного интервала (Q1—Q3). Для качественных признаков приведены количество и доля в процентах. Полученные показатели РЭП сравнивали с расчетными и эмпирическими данными с использованием t-критерия Уилкоксона. Для всех статистических критериев ошибку первого рода устанавливали равной 0,05. Нулевую гипотезу (отсутствие различий) отвергали, если вероятность (p) не превышала ошибку первого рода.
Результаты
Основная характеристика пациентов, включенных в исследование, представлена в табл. 1.
Таблица 1. Основная характеристика пациентов
| Параметр | Пациенты (n=15) |
| Возраст, годы | 41 [33—56] |
| Пол, мужчины/женщины | 12 (80%)/3 |
| Рост, см | 178 [170—180] |
| Масса тела, кг | 72 [66—81] |
| ИМТ, кг/м2 | 24,1 [19,7—27,4] |
| ИВЛ, n | 5 |
| Седация/миорелаксанты, n | 2/0 |
| Показания к ЭКМО, n | |
| острая декомпенсация ХСН | 10 |
| посткардиотомная сердечная недостаточность | 4 |
| экстракорпоральная СЛР | 1 |
Примечание. Данные представлены в виде Me [Q1—Q3]. ИМТ — индекс массы тела; ИВЛ — искусственная вентиляция легких; ЭКМО — экстракорпоральная мембранная оксигенация; ХСН — хроническая сердечная недостаточность; СЛР — сердечно-легочная реанимация.
Показатель VO2 (ЭКМО) составил 89,5 [75—128,5] мл/мин, VO2 (легкие) — 212 [138—234] мл/мин, VCO2 (ЭКМО) — 70,2 [44,4—97,8] мл/мин, VCO2 (легкие) — 188 [141—243] мл/мин. Среднее значение измеренной РЭП составило 2129±340 ккал/сут, дыхательный коэффициент (RQ) варьировал от 0,7 до 1,1. Результаты непрямой калориметрии представлены в табл. 2.
Таблица 2. Параметры, полученные при проведении непрямой калориметрии
| Параметр | Значение, Me [Q1—Q3] |
| VO2, мл/мин | 302 [257—336] |
| VCO2, мл/мин | 268 [231—291] |
| VO2/кг, мл/кг/мин | 3,94 [3,48—4,5] |
| VCO2/кг, мл/кг/мин | 3,55 [3,18—4,15] |
| РЭП, ккал/сут | 2180 [1830—2446] |
| РЭП/кг, ккал на 1 кг массы тела в сутки | 29,2 [24,6—31,2] |
| Дыхательный коэффициент | 0,88 [0,79—1,0] |
Примечание. VO2 — потребление кислорода; VCO2— экскреция углекислого газа; РЭП — реальная энергетическая потребность.
Полученные значения RQ свидетельствуют о смешанном типе потребления углеводов и липидов с небольшим преобладанием окисления углеводов. Несмотря на то что пациенты с имплантированными системами ЭКМО вынужденно иммобилизированы, значения VO2 у данной категории пациентов в среднем на 0,5 мл на 1 кг массы тела в минуту выше одного метаболического эквивалента (p=0,053). Реальная энергетическая потребность, рассчитанная на 1 кг массы тела, составила 29,2 ккал на 1 кг массы тела в сутки.
Показатель основного обмена по уравнению Харриса—Бенедикта составил 1659 [1552—1800] ккал/сут, или 23,3 [20,5—25] ккал на 1 кг массы тела в сутки. Сравнение РЭП с эмпирическими значениями энергопотребности и величиной основного обмена по формуле Харриса—Бенедикта представлено на рис. 3.
Рис. 3. Сравнение абсолютных значений реальной энергетической потребности с эмпирическими и расчетными показателями энергопотребности.
а — показатели энергопотребности рассчитаны на фактическую массу тела пациента; б — показатели энергопотребности рассчитаны на 1 кг массы тела. Данные представлены в виде диаграммы «ящик с усами». РЭП — реальная энергетическая потребность; ОО (Х-Б) — основной обмен по формуле Харриса—Бенедикта; 25 ккал — рекомендованное эмпирическое значение энергопотребления.
Таким образом, измеренные значения РЭП были статистически значимо выше рекомендованных 25 ккал на 1 кг массы тела в сутки и величины основного обмена, определенного по формуле Харриса—Бенедикта.
Обсуждение
До недавнего времени НК не использовалась у пациентов, подключенных к ЭКМО, из-за газообмена, происходящего на мембранном оксигенаторе, который невозможно учитывать с помощью традиционно проводимой методики НК [8].
На сегодняшний день предложенные методики применения НК у пациентов на фоне ЭКМО основаны на последовательном газоанализе со стороны как «естественного» легкого, так и мембранного оксигенатора с дальнейшим расчетом РЭП с помощью модифицированного уравнения J.B. Weir [11] по суммированным значениям потребления кислорода (VO2) и экскреции углекислого газа (VCO2) [9, 10]. Так, E. De Waele и соавт. расчет VO2 и VCO2 со стороны оксигенатора [9] производили с помощью метаболографа, а T. Wollersheim и соавт. — с использованием анализа газового состава крови «до и после» оксигенатора с помощью достаточно сложных математических формул [10]. В то же время рядом экспертов отмечены проблемы при использовании НК в процессе ЭКМО: последовательный, а не одномоментный отбор проб со стороны легких и оксигенатора; преобразование Haldane, используемое в метаболографах, при FiO2 >70% вносит ошибки в измерение VO2; датчики потока в метаболографах предназначены для линий потока вдоха и выдоха и не подходят для измерения в условиях постоянного стационарного газотока, как в случае с ЭКМО; технология газоанализа в боковом потоке, реализованная в большинстве метаболографов, может существенно влиять на результаты исследования при низком потоке свежего газа на ЭКМО; для расчета VO2 и VCO2 с помощью анализа газов крови производятся заборы проб из экстракорпорального контура с высоким давлением (до 350 мм рт.ст.), соответственно, повышается риск кровотечений, эмболических и инфекционных осложнений; наличие конденсата в пробоотборных линиях также искажает результаты исследования и делает невозможным длительное непрерывное измерение [12, 13].
Первый опыт оценки РЭП у пациента с дыхательной недостаточностью, которому проводили вено-венозную ЭКМО, описан E. De Waele и соавт. в 2015 г. [15]. Авторы сначала подключали метаболограф к контуру аппарата ИВЛ. После регистрации значений VO2 и VCO2 со стороны легких метаболограф переключали через специальный коннектор на мембранный оксигенатор, далее также по данным потока газа фракции кислорода и углекислого газа рассчитывали VO2 и VCO2 со стороны ЭКМО. Используя полученные данные с помощью уравнения J.B. Weir, производили расчет РЭП. Применяя подобную модификацию НК, авторы в дальнейшем проанализировали данные 7 пациентов, подключенных к вено-венозной (n=3) и вено-артериальной (n=4) ЭКМО, и получили вариабельные значения РЭП (от 12 до 33 ккал на 1 кг массы тела в сутки) [9]. Малый размер выборки наряду с клинической разнородностью включенных в исследование пациентов не позволили охарактеризовать их метаболический статус. Другой подход к проведению НК предложен T. Wollersheim и соавт. [10]: использование традиционной НК с помощью метаболографа со стороны легких и расчет VO2 и VCO2 со стороны оксигенатора на основе анализов газового состава крови из экстракорпорального контура (вычисление различия содержания кислорода и углекислоты в крови до и после оксигенатора) и объемной скорости перфузии. Авторы включили в исследование только пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС), которым проводилась вено-венозная ЭКМО. У 20 пациентов РЭП составила в среднем 2013 [1786/2332] ккал/сут при массе тела 78 [70—107] кг. При сравнении с группой контроля (ОРДС без ЭКМО) статистически значимого различия по показателю энергопотребности не было. Аналогичное исследование провели O.A. Tatucu-Babet и соавт., но с оценкой энергообмена пациентов на вено-артериальной ЭКМО [16]. В 1-е сутки после имплантации ЭКМО РЭП составила 22 [15 —24] ккал на 1 кг массы тела в сутки (n=14), на 5-е сутки — 25 [21—26] ккал на 1 кг массы тела в сутки (n=7). При сравнении с группой контроля также не было статистически значимого различия по показателю энергопотребности.
Несмотря на достижение значительного прогресса в проведении НК у пациентов на экстракорпоральном жизнеобеспечении, по мнению ряда экспертов, остается немало нерешенных технических вопросов и препятствий, связанных с ЭКМО [12, 13]. Предложенная нами схема проведения НК существенно нивелирует эти ограничения. Использование пневмотестера и портативного капнографа синхронно с метаболографом позволяет уменьшить погрешность получаемых данных при изменении соотношения объемной скорости кровотока в малом круге кровообращения и через аппарат ЭКМО, которое не может быть зарегистрировано при последовательном измерении. Пневмотестер проводит измерение по технологии прямого потока, соответственно, не происходит утечки части газовой смеси, что особенно важно при низком потоке газовой смеси. Принцип работы пневмотестера не подразумевает зависимости от фаз дыхательного цикла и подходит для регистрации стационарного потока газа с возможностью определения концентрации кислорода в диапазоне от 0 до 100%.
Полученные нами результаты реального энергопотребления (29,2 [24,6—31,2] ккал на 1 кг массы тела в сутки) несколько выше, чем данные, встречающиеся в литературе. Причины могут быть связаны с тем, что в выборке только 2 пациента получали седацию и 5 пациентов находились на ИВЛ, никто не получал миорелаксанты на момент исследования. Соответственно, пациенты в сознании и на самостоятельном дыхании потребляли больше кислорода в связи с большей работой дыхания и более высокой мобильностью. При этом у 2 пациентов, получавших пропофол с целью седации, РЭП составила 21,1 и 16,1 ккал на 1 кг массы тела в сутки. В последнем случае пациент был с ожирением III степени (индекс массы тела 41 кг/м2), что также могло послужить причиной низкого значения энергопотребления при экстраполяции на 1 кг массы тела.
При расчете потребности в энергии по формуле Харриса—Бенедикта необходимо учитывать, что по ней оценивается только показатель основного обмена. Но при стрессовых ситуациях, в частности при повреждениях, уровень метаболизма возрастает. Следует учесть двигательную активность, фактор гипертермии и повреждения [14]. Коэффициенты метаболической активности для факторов активности и температуры известны и описаны в литературе, но нет достоверных данных о влиянии экстракорпорального кровообращения на уровень энергопотребления.
Ограничениями данного исследования являются малый размер выборки, что не позволяет сравнить субпопуляции пациентов, и влияние на уровень энергетического обмена таких параметров, как ожирение или дефицит массы тела, особенности ИВЛ, седации, центральный или периферический доступ подключения контура ЭКМО. Кроме того, измерения выполнены однократно в разные сроки критического состояния (с 3-и по 20-е сутки), что не дает возможности оценить в динамике РЭП в ранние и поздние сроки интенсивной терапии.
Заключение
Проведение непрямой калориметрии возможно у пациентов, которым проводится экстракорпоральная мембранная оксигенация, при наличии соответствующего оборудования. Реальное потребление энергии у таких пациентов превышает рекомендованные 25 ккал на 1 кг массы тела в сутки и уровень основного обмена, рассчитанный по формуле Харриса—Бенедикта. Выраженные индивидуальные различия параметров энергетического обмена пациентов в критическом состоянии и самостоятельное влияние экстракорпоральной мембранной оксигенации на течение синдрома гиперметаболизма-гиперкатаболизма означают необходимость организации и проведения дальнейших исследований в этой области.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Каншаов Н.З., Лейдерман И.Н., Маричев А.О.
Сбор и обработка материала — Каншаов Н.З.
Статистический анализ данных — Каншаов Н.З.
Написание текста — Каншаов Н.З.
Редактирование — Лейдерман И.Н.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.