Введение

Тесты с физической нагрузкой являются рутинными инструментами в клинической практике, предоставляя важную диагностическую информацию для врача [1]. Сочетание этих тестов с измерениями вентиляционного газообмена обеспечивает дополнительную информацию, что приводит к более точной количественной оценке и выявлению патофизиологических механизмов, ограничивающих физические нагрузки. Данный аспект имеет принципиальное значение в клинической практике для врачей многих специальностей, включая кардиологов, пульмонологов, онкологов, хирургию, неврологов, врачей спортивной медицины и реабилитологов [2].

Кардиореспираторное нагрузочное тестирование (КРНТ) обеспечивает неинвазивную и динамичную комплексную оценку реакций на физические нагрузки с участием дыхательной, сердечно-сосудистой и опорно-двигательной систем [3]. Тест считается «золотым стандартом» в оценке кардиореспираторной функции и актуален в диагностическом исследовании труднообъяснимой непереносимости физических нагрузок [4].

Несмотря на то что КРНТ рекомендуется многими профессиональными сообществами, тест все еще недостаточно используется по нескольким причинам, таким как сложность выполнения, необходимость дорогостоящего специального оборудования и отсутствие обученного персонала для интерпретации, отсутствие должной осведомленности практикующих врачей о полезности и доступности [5, 6].

Условия проведения кардиореспираторного нагрузочного теста

Кардиореспираторное нагрузочное тестирование обычно проводят на электромагнитном эргометре, при этом каждый цикл занимает примерно 10 мин. Множество переменных поступают в экспресс-анализатор и пневмотахограф, выполняются дополнительная непрерывная регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) в 12 отведениях, измерение SpO₂ и неинвазивный мониторинг артериального давления (НИМАД). Измерения производят в покое, во время цикла без нагрузки, педалирования с постоянно растущим сопротивлением и на этапе восстановления сразу после тренировки. Автоматически рассчитываются прогнозируемые нормальные значения для каждого конкретного пациента [7].

Обычно регистрируют следующие параметры:

— уровень работы (в ваттах);

— измерения метаболического газообмена: потребление кислорода (O₂), производство углекислого гала (CO₂) и коэффициент дыхательного обмена (RER=CO₂/O₂);

— вентиляционные измерения: насыщение кислородом артериальной крови (SpO₂), минутная вентиляция (VE), дыхательный объем (VT), частота дыхания (RR), вентиляционные эквиваленты для O₂ (E/O₂) и CO₂ (E/CO₂);

— сердечно-сосудистые переменные: частота сердечных сокращений (ЧСС), изменения сегмента ST на ЭКГ и НИМАД.

Эти данные представляют графически в стандартном формате, называемом 9-панельным графиком (рисунок) [8]. Основные измерения: BTPS — минутная вентиляция при нормальной температуре тела, давлении окружающей среды, насыщенное водяным паром (л∙мин⁻¹); время (мин); ЧСС (HR) — частота сердечных сокращений (уд/мин);VO₂/HR — потребление кислорода/ЧСС, интерпретируемое как «кислородный пульс» (мл/удар ); VO₂ потребление кислорода (л·мин^–¹); VCO₂ — объем углекислого газа (л·мин^–¹); W — работа; VE/VO₂ — минутный объем вентиляции/потребление кислорода; VE/VCO₂ — минутный объем вентиляции/продукция углекислого газа (безразмерная величина); Vt BTPS — дыхательный объем при температуре тела и атмосферном давлении, насыщенном водяным паром (л·мин^–¹); RER — коэффициент дыхательного обмена; PETO₂ — парциальное давление кислорода в конце выдоха (мм рт.ст.); PETCO₂ — парциальное давление углекислого газа в конце выдоха (мм рт.ст.); SpO₂ — сатурация кислорода (%); Rec — восстановление; MVV — максимальная произвольная вентиляция. На панелях 2 и 5 представлен диапазон 80—100% от максимальной прогнозируемой ЧСС; на панели 2 — диапазон 80—100% от максимального прогнозируемого «кислородного пульса»; на панелях 3 и 5 — прогнозируемый диапазон 80—100% от максимального прогнозируемого измеренного содержание O₂ в момент завершения испытания (VO₂peak). Три черные вертикальные линии обозначают начало упражнения без нагрузки, начало упражнения с нагрузкой и окончание упражнения с нагрузкой. Зеленая вертикальная пунктирная линия на панели 7 обозначает MVV. Сердечно-сосудистая система представлена панелями 2, 3 и 5; респираторная система — панелями 1, 4 и 7; в то время как панели 6, 8 и 9 показывают отношения между вентиляцией и перфузией [8].

Девятипанельный график кардиореспираторного нагрузочного тестирования (КРНТ) (адаптировано из [8]).

Пояснения в тексте.

Последовательность интерпретации 9-панельного графика

Важно уметь распознавать, как выглядит результат КРНТ, соответствующего норме, и понимать распространенные закономерности отклонений. Рекомендуется следовать следующему алгоритму анализа:

1. Определить, что этот результат теста является максимальным с точки зрения затраченных усилий

Важно знать, почему КРНТ было остановлено у конкретного пациента. Достиг ли пациент «максимального усилия», т.е. изменятся ли значения анаэробного порога (АТ) и другие показатели, полученные в ходе КРНТ. Показатель VO₂peak был достигнут, или же тест был прерван по какой-либо другой причине: мышечно-скелетная боль, гипотония, аритмия, перемежающаяся хромота, депрессия сегмента ST или боль в груди, связанная с кардиальными причинами? Максимальное усилие определяется несколькими способами, например:

— достижение более 80% прогнозируемой работы. На основе роста, массы тела, возраста и пола пациента программное обеспечение КРНТ рассчитывает прогнозируемую максимальную работу, которую можно сравнить с работой, достигнутой в конце теста. Увеличение работы во время теста показано черной линией с крестиками, линейно возрастающими на рисунке (панель 3);

— достижение ЧСС >80% от прогнозируемой максимальной, рассчитанной по формуле:

Прогнозируемая максимальная ЧСС=220 уд/мин − возраст.

Для удобства интерпретации программное обеспечение КРНТ отображает прямоугольник, как это показано на панели 2, представляющей диапазон 80—100% от прогнозируемой максимальной ЧСС. Максимальное усилие можно определить по бордовым ромбам, входящим в бордовый прямоугольник на панели 2 рисунка; 3) достижение RER (VCO₂/VO₂) более 1,15, как показано на панели 8 рисунка [8, 9].

2. Определить VO₂peak

При постепенном увеличении интенсивности физических упражнений содержание O₂ обычно увеличивается линейно пропорционально работе. VO₂max — это максимальное значение уровня кислорода, достижимое человеком при выполнении определенного вида упражнений, обычно достигается молодыми, физически подготовленными людьми во время кардиопульмонального нагрузочного теста. VO₂max часто не достигается у пожилых людей, находящихся в ослабленном физическом состоянии, имеющих сопутствующие заболевания или и то, и другое. Вместо этого записывается VO₂peak — высокое измеренное содержание O₂ в момент завершения испытания [10].

3. Оценить VO₂

При увеличении сопротивления на велоэргометре потребление кислорода человеком обычно возрастает на 10 мл∙мин^–¹∙Вт^–¹. Увеличение значения VO₂ (красные точки) должно соответствовать увеличению работы (черные кресты), как показано на панели 3 рисунка.

4. Определить вентиляционный анаэробный порог

AT — это точка, в которой потребность мышц в кислороде превышает способность сердечно-легочной системы его обеспечивать. Мышечные клетки начинают вырабатывать аденозинтрифосфат посредством анаэробного метаболизма, в результате которого образуется молочная кислота. В свою очередь, молочная кислота буферизуется циркулирующим бикарбонатом, генерируя дополнительный VCO₂. У большинства людей это будет очевидно на панели 5 как точка, где концентрация CO₂ увеличивается непропорционально по сравнению с VO₂. Это проще всего увидеть, используя «метод V-образного наклона», при котором через него проводятся две линии наилучшего соответствия. Концентрация CO₂ увеличивается с той же скоростью, но после АТ скорость образования VCO₂ возрастает, в результате чего появляется вторая линия с более крутым градиентом. Точка пересечения двух линий наилучшего соответствия VO₂ — это и есть АТ [8, 11].

Панели 5 и 6 демонстрируют AT. На панели 5 бордовыми точками показано увеличение ЧСС во время теста. Синие квадраты на панели 5 представляют собой метод наклона V для определения AT VCO₂ (ось Y), построенный против VO₂ (ось X). Внезапное изменение к более крутому градиенту указывает на начало анаэробного метаболизма, т.е. AT. На панели 6 AT также может быть определен как точка, в которой VE/VO₂ (красные точки) начинает увеличиваться, в то время как VE/CO₂ (синие квадраты) остается относительно постоянным.

5. Оценить уровень VO₂ при анаэробном пороге

AT находится в точке, в которой данные VCO₂ на панели 5 образуют новую траекторию вдоль более крутого градиента. Пакеты компьютерного программного обеспечения КРНТ позволяют провести линию наилучшего прилегания вдоль этих точек данных: AT — это VO₂ в точке пересечения этих линий. В этом примере AT достигается в точке потребления кислорода и составляет 1,45 л/мин. АТ, следовательно, достигается при 20,4 мл O₂/кг/мин. Пациенты, у которых АТ составляет менее 10,2 мл O₂/кг/мин, подвержены большему риску осложнений и неблагоприятных исходов.

6. Определить, была ли реакция ЧСС нормальной

Нормальной реакцией на увеличение интенсивности упражнений является линейное увеличение ЧСС, как видно на панели 2 рисунка. Сразу после прекращения физических упражнений наблюдается быстрое снижение ЧСС. Поскольку ЧСС в основном отвечает за увеличение сердечного выброса, препараты, ограничивающие частоту сердечных сокращений (например, антагонисты β-адренорецепторов), могут ослабить эту реакцию ЧСС и вызвать хронотропную недостаточность [8].

7. Соотнести повышение уровня кислорода в крови при физических нагрузках

«Кислородный пульс» — это VO₂, разделенное на ЧСС; представляет собой произведение ударного объема и артериовенозной разницы по кислороду. «Кислородный пульс» показан на панели 2 и может рассматриваться как косвенный показатель ударного объема, он должен увеличиваться в начале физической нагрузки, прежде чем постепенно достичь плато при своем максимальном прогнозируемом значении.

8. Оценить какие-либо вентиляционные ограничения по результатам тестирования

Нормальная вентиляционная реакция на физическую нагрузку представляет собой линейное увеличение с интенсивностью упражнений до АТ, за которой следует непропорционально большее увеличение. Это обусловлено увеличением продукции CO₂. Здоровые люди обладают достаточной вентиляционной способностью, и физическая активность никогда не ограничивается вентиляцией. Однако у пациентов с обструктивными или рестриктивными заболеваниями легких физическая работоспособность может быть ограничена. Перед началом КРНТ измеряют объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ₁) и форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ) с помощью спирометрии. Максимальная произвольная вентиляция (МПВ) — это показатель максимального объема воздуха, который можно вдохнуть и выдохнуть в течение 1 минуты. МПВ можно измерить напрямую или, чаще всего, рассчитать косвенно, умножив ОФВ₁ на 40. У здорового пациента МПВ не превышает 80% от MVV — измеренное значение MVV отмечено вертикальной зеленой пунктирной линией справа от оси X на панели 7 рисунка. В некоторых программных пакетах для проведения КРНТ также присутствует вторая вертикальная линия, представляющая 80% от MVV. Кроме того, SpO₂ должна оставаться выше 95% на протяжении всего теста и регистрируется на панели 9 рисунка.

9. Проанализировать какие-либо изменения на ЭКГ

Во время КРНТ фиксируют непрерывную ЭКГ и уровень артериального давления. Ишемия во время упражнения может привести к характерным изменениям ЭКГ: депрессия сегмента ST 1 мм в двух соседних отведениях или 2 мм в одном отведении, инверсия Т-волны, блокады левой или правой ножки Гисса или аритмии, вызванные физической нагрузкой.

Области применения кардиореспираторного нагрузочного тестирования

Прежде всего КРНТ применяется при подборе этапов кардиологической реабилитации, для стратификации риска физических упражнений, и количественной оценки их эффективности [12].

Ишемическая болезнь сердца

Данные, полученные при проведении КРНТ, могут предоставить прогностическое значение у пациентов с ишемической болезнью сердца, давая информацию о риске серьезных нежелательных явлений и усиливая ценность теста при их комплексной оценке [13].

Кардиомиопатии

Сердечно-легочное тестирование является безопасным и информативным инструментом для планирования и мониторинга терапевтической эффективности у пациентов с подозрением на гипертрофическую кардиомиопатию, свидетельствуя о симптомах, тяжести и прогнозе [14].

Сердечная недостаточность

У пациентов с сердечной недостаточностью со сниженной фракцией выброса pVO₂ играет заметную роль в прогностической стратификации, выборе программ физической реабилитации, а также при планировании трансплантации сердца [15].

Легочная гипертензия

При оценке состояния пациента с установленным или предполагаемым диагнозом легочной гипертензии, КРНТ может быть применено для анализа патофизиологического механизма непереносимости физических нагрузок, для оценки тяжести заболевания, количественной оценки реакции на терапию и стратификацию риска смертности [16].

Одышка неизвестной причины

Одышка — это сложный и многофакторный симптом, характеризующийся субъективным чувством дискомфорта при дыхании. Это часто сообщаемый симптом, и основные причины могут быть разнообразными и включать респираторные, сердечно-сосудистые, метаболические или психологические факторы. Одышка, возникающая во время физических упражнений и повседневной деятельности, может быть ранним симптомом различных сердечно-легочных и нервно-мышечных заболеваний, что приводит к снижению толерантности к физической нагрузке, декондиционированию мышц и снижению качества жизни.

Во время КРНТ одышку можно оценить с помощью шкал, которые полезны для мониторинга ее интенсивности на протяжении всего теста и для сравнения тяжести дискомфорта при дыхании с уровнем физических упражнений. Наиболее часто используемой шкалой является модифицированная шкала Борга, которая колеблется от 0 до 10. Эта шкала была широко подтверждена и хорошо коррелирует с аэробным стрессом и уровнем лактата в крови во время физических упражнений.

Из-за своего субъективного характера и множества потенциальных основных причин одышка требует комплексной оценки для выявления факторов, способствующих симптому. КРНТ играет решающую роль в выяснении основных механизмов одышки во время физической нагрузки. Интерпретационные алгоритмы позволяют идентифицировать закономерности результатов, характерные для различных клинических состояний, и позволяют врачам дифференцировать закономерности различных состояний, таких как хроническая обструктивная болезнь легких, астма, сердечная недостаточность, ожирение, легочная гипертензия и интерстициальные заболевания легких. В некоторых случаях модифицированные протоколы могут быть использованы во время КРНТ для обнаружения конкретных состояний, которые подозревают на основе клинических данных (например, выявление бронхоконстрикции, вызванной физическими упражнениями, и обструкции гортани, вызванной физическими упражнениями) [17].

Заболевание легких

Сердечно-легочное нагрузочное тестирование чрезвычайно полезно при оценке пациентов с заболеваниями легких для количественной оценки физической работоспособности и уровня инвалидности, предоставления диагностической информации, оценки гипоксемии во время физических упражнений и лежащих в основе механизмов, определения терапевтических стратегий (таких, как легочная реабилитация), оценки предоперационного риска осложнений при легочной хирургии и предоставления прогностической информации. Если AT значительно снижен, это говорит о том, что дыхательная система может быть ограничивающим фактором для физических упражнений. Можно измерить кривую потока/объема во время тренировки для обнаружения вентиляционных ограничений.

У здоровых людей по мере увеличения интенсивности физических упражнений объем воздуха, остающегося в легких в конце выдоха, уменьшается, в то время как емкость вдоха увеличивается, что приводит к повышению эффективности вентиляции. Тем не менее пациенты с хронической обструктивной болезнью легких могут испытывать трудности с опорожнением легких во время дополнительных упражнений по сравнению с отдыхом из-за ограничения выдоха и увеличения частоты дыхания, что приводит к сокращению времени выдоха. Следовательно, наблюдается увеличение объема конечного выдоха в отличие от снижения, наблюдаемого у людей без заболевания легких, что приводит к снижению емкости вдоха не менее чем на 250 мл [7].

Противопоказания к проведению кардиореспираторного нагрузочного тестирования

Помимо знания потенциальных показаний к КРНТ, также важно понимать основные противопоказания для этого обследования. Абсолютные противопоказания для КРНТ включают в себя такие состояния, как острый инфаркт миокарда (3—5 сут); нестабильная стенокардия; тяжелые аритмии, особенно с гемодинамической нестабильностью; острый миокардит, эндокардит или перикардит; тяжелый аортальный стеноз; декомпенсированная хроническая сердечная недостаточность; расслаивающаяся аневризма аорты; неконтролируемая бронхиальная астма; тромбоэмболия легочной артерии; артериальная десатурация в покое <85% [1].

Заключение

Сердечно-легочное нагрузочное тестирование — это комплексное обследование, направленное на уточнение симптомов пациента, дифференциацию основных патофизиологических механизмов и оценку сердечно-легочных нарушений, тяжести заболевания и прогноза. Стандартизация данных КРНТ может оптимизировать их доступность и улучшить индивидуальное ведение пациентов в широком спектре клинических контекстов. Знание основных показаний, применения и базовой интерпретации результатов КРНТ необходимо для использования его потенциала и применения его основных преимуществ в клинической практике.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.