Возможности метаболического мониторинга методом непрямой калориметрии в условиях отделения анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии. Обзор результатов международных и российских исследований

Данные литературы свидетельствуют о том, что в настоящее время не существует однозначного подхода к определению степени выраженности хирургического стресса и его влияния на кардиореспираторный транспорт кислорода, равно как и к оценке адекватности интенсивной терапии его нарушений. Несмотря на продолжающиеся исследования, эти вопросы далеки от разрешения. Общепринятым является подход, основанный на измерении показателей гемодинамики, из которых наиболее важным является сердечный выброс, и сопоставлении их с данными анализа газового состава артериальной и смешанной венозной крови.

В качестве альтернативы общепринятым методам все чаще рассматривается метод непрямой калориметрии, так как, согласно международным рекомендациям последних лет, именно непрямая калориметрия является «золотым стандартом» метаболического мониторинга в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ). Данный метод позволяет достоверно и оперативно проводить измерения энергетических потребностей пациентов непосредственно у постели больного, а расчет потребления кислорода организмом (VO₂) является признанной составляющей мониторинга у больных в критическом состоянии [1—7]. При этом в отличие от рутинно измеряемых гемодинамических показателей — уровня артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС), центрального венозного давления (ЦВД), сатурации артериальной крови, сердечного выброса, анализа газового состава крови (VO₂) непрямая калориметрия дает представление об итоговом результате доставки кислорода к тканям и способности клеток к его утилизации, являясь своего рода «финальным критерием» кислородтранспортной функции кардиореспираторной системы.

Непрямая калориметрия как метод исследования энергетических потребностей организма появилась около века назад [8]. В 1949 г. J.B. de V. Weir создал уравнение для расчета энергетических потребностей по количеству потребленного кислорода и выделенного углекислого газа. До 50-х годов XX века в клинической практике непрямую калориметрию использовали преимущественно для оценки влияния щитовидной железы на основной обмен [9]. С появление современных методик исследования функционального статуса щитовидной железы интерес к непрямой калориметрии угас, но вновь возник в 70-х годах прошлого века в связи с активным внедрением нутриционной поддержки в комплекс интенсивной терапии больных, находящихся в критическом состоянияи. Первые устройства для непрямой калориметрии были громоздкими, а сам процесс исследования — трудоемким, поэтому исследование проводили только в условиях специальных лабораторий. Только в 80-х годах прошлого столетия появились первые мобильные метаболографы, которые можно было применять в клинических условиях, непосредственно у постели больного [10]. Современная методика непрямой калориметрии, так же как и классический ее вариант, основана на анализе газового состава и объема вдыхаемой и выдыхаемой газовой смеси. У больных на самостоятельном дыхании измерения проводятся с помощью специального купола или герметично прилегающей лицевой маски. У пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких (ИВЛ), датчик потока встраивается непосредственно в дыхательный контур. Как и любой другой метод исследования, непрямая калориметрия имеет свои ограничения, а важным условием получения корректного результата является полный покой пациента до и во время проведения исследования. Метод непрямой калориметрии удобен для мониторинга, поскольку он неинвазивен, динамичен, прост в использовании и имеет возможность применения как в условиях самостоятельного дыхания, так и при ИВЛ.

В рамках данной статьи представлен обзор международных и российских публикаций, посвященных применению непрямой калориметрии как метода, позволяющего проводить неинвазивный мониторинг основных показателей метаболического обмена в условиях ОРИТ у пациентов, нуждающихся в респираторной поддержке, контроле гемодинамики и ежедневной оценке энергетических затрат. Поиск материала осуществлен в поисковых системах PubMed, Medline, Embase, Google Scholar и Кокрановском центральном регистре контролируемых испытаний (CENTRAL). Условия отбора включали варианты терминов: непрямая калориметрия, аэробный метаболизм, потребление кислорода, обратный метод Фика, кардиореспираторная система. Следуя критериям отбора, нами проанализированы 44 источника. В данную статью вошли исследования, отражающие основные направления в периоперационном использовании непрямой калориметрии для оценки кардиореспираторного транспорта кислорода, его клинической и прогностической значимости.

По результатам поиска в наш обзор вошли 9 исследований, включающие 6 проспективных сравнительных и 3 ретроспективных исследования.

Увеличение аэробного энергетического обмена в ответ на действие стрессового фактора имеет тесную связь с нейроэндокринными и метаболическими изменениями, происходящими в организме, а уровень энергопотребления при сильном стрессе может превышать уровень основного обмена в несколько раз. Дефицит энергии является неотъемлемым компонентом критических состояний, который приводит к появлению и прогрессированию полиорганной дисфункции, увеличивает риск развития инфекционных осложнений, а также удлиняет сроки госпитализации. Таким образом, оценка уровня аэробного энергетического обмена методом непрямой калориметрии может служить критерием выраженности операционного стресса и позволяет врачам персонализировать назначение нутриционной поддержки или реабилитационных технологий в соответствии с метаболическими потребностями и изменениями состояния пациента [1, 10—20].

В ретроспективном исследовании у 566 пациентов, перенесших экстренное или плановое кардиохирургическое вмешательство, проанализировано процентное увеличение расхода энергии в состоянии покоя (REE) по сравнению с прогнозируемым (20 ккал на 1 кг массы тела в сутки) и исследовано влияние сниженного REE на 30-дневную, 1-летнюю и 6-летнюю смертность в одно- и многомерной моделях. Только у выживших пациентов наблюдался статистически значимый переход от отрицательного к положительному энергетическому балансу с 0-го по 1-й день (0-й день: −3% (−18, 14) до 1-го дня: 5% (−9, 21); p<0,001), что также статистически значимо отличалось от прогнозируемой энергопотребности. У умерших с 0-го по 7-й день наблюдался отрицательный энергетический баланс по сравнению с прогнозируемым. Кроме того, более низкий REE (<1640 ккал/сут) коррелировал со снижением выживаемости через 30 дней, 1 год и 6 лет (p=0,009, p<0,0001 и p=0,012 соответственно). На основании полученных данных сделан вывод, что полученная связь между сниженным REE и смертностью подчеркивает еще большую важность мониторинга REE методом непрямой калориметрии у пациентов в критических состояниях [13].

Еще в одном исследовании у 22 неосложненных хирургических пациентов в раннем послеоперационном периоде и у 22 здоровых добровольцев сравнивали показатели энергетического метаболизма методом непрямой калориметрии с прогнозируемым, рассчитанным по формуле Харриса—Бенедикта. Так, у послеоперационных больных показатели метаболографа были выше прогнозируемых как в абсолютном значении (1516±61 по сравнению с 1387±49 ккал/день, p<0,05), так и при пересчете на ИМТ (23,5±0,5 по сравнению с 21,7±0,5 ккал на 1 кг массы тела в сутки, p<0,01). Кроме того, у хирургических пациентов наблюдались более высокие показатели энергопотребления, чем у здоровых, которые голодали всю ночь, отдыхали, совпадали по возрасту, полу и массе тела (23,5±0,5 по сравнению с 21,8±0,6 ккал на 1 кг массы тела в сутки, p<0,05). Анализируя полученные результаты, авторы пришли к выводу, что ранний послеоперационный период связан с постоянным увеличением энергетического обмена выше уровня, наблюдаемого у здорового неоперированного человека, что делает недопустимым использование расчетных уравнений, в частности формулы Харриса—Бенедикта [21].

В ретроспективном исследовании по оценке точности 7 прогностических уравнений для расчета базальной потребности в покое и метода непрямой калориметрии приняли участие 395 пациентов, включая больных с ожирением и находящихся в критическом состоянии. Таким образом, по мнению авторов, все расчетные формулы, даже самое распространенное уравнение Харриса—Бенедикта, имели неприемлемо большую погрешность и только непрямая калориметрия способна обеспечить точную оценку энергетических потребностей у пациентов с тяжелой соматической патологией и находящихся в критическом состоянии [22].

Целью еще одного проспективного исследования, заслуживающего особого внимания, была сравнительная оценка метода непрямой калориметрии и 9 общепринятых прогностических формул для расчета расхода энергии в покое (REE) у пациентов кардиохирургического профиля в раннем послеоперационном периоде, находящихся на ИВЛ. Пациенты в возрасте 18—80 лет, перенесшие операцию на открытом сердце, включены в исследование в период с января 2017 г. по 2018 г. Измеренный REE (mREE) оценивали с помощью непрямой калориметрии. Расчет прогностических энергозатрат в покое (pREE) производили с помощью 9 прогностических уравнений, включая уравнения Харриса—Бенедикта, Айртона—Джонса, Оуэна, Миффлина, Лю, 25×масса тела (МТ), 30×МТ и 35 ×МТ. По результатам исследования получены следующие данные: mREE, определяемый по уравнению Вейра, коррелировал с pREE по расчетам всех 9 уравнений (p<0,05). Учитывая рациональность клинического использования, авторы рассчитали точные прогнозы (%), и только 40,74% оказались приемлемыми. На основании полученных данных сделан вывод, что расчет энергопотребления по формуле Харриса—Бенедикта ( как и по всем остальным общепринятым расчетным формулам) не дает точной оценки расхода энергии в покое у пациентов кардиохирургического профиля, перенесших искусственное кровообращение и инфаркт миокарда, находящихся на ИВЛ и имеющих тяжелую сопутствующую соматическую патологию [23].

Неадекватная защита пациента от хирургического стресса, по мнению большинства авторов, является одной из наиболее частых причин осложнений послеоперационного периода, что объясняет активные поиски и обсуждения дополнительных методов для мониторинга кардиореспираторной и кислородтранспортной функции организма.

В настоящее время известно о двух способах оценки потребления кислорода (VO₂): это обратный метод Фика и метод непрямой калориметрии, позволяющий выполнить анализ дыхательной газовой смеси и рассчитать поглощение газа в легких. Их сравнению посвящено немало работ; большинство авторов сходятся во мнении, что в целом результаты измерений хорошо согласованы [24], однако некоторые исследователи считают, что данные двух методов слабо коррелируют между собой [25—29].

Так, в проспективном исследовании, проведенном с участием 28 пациентов, перенесших различные открытые полостные операции и находящихся на ИВЛ, авторы исследовали клиническую эффективность мониторинга VO₂. Потребление O₂ определяли двумя методами: методом Фика и методом непрямой калориметрии. Метод Фика применяли с использованием сердечного выброса (CB), измеренного с помощью импульсной денситометрии красителя (ИД) и насыщения венозной крови кислородом (ScvO₂), полученного из центрального венозного катетера. Уровень VO₂, измеренный непрямой калориметрией, усреднялся в течение 15 мин. Проведено 56 наборов измерений. В ходе исследования получено, что значения индекса потребления кислорода (VO₂I), определенные методом Фика, были значительно ниже, чем измеренные с помощью непрямой калориметрии (110±29 по сравнению с 148±28 мл/мин/м²; p<0,01). Анализ Бланда—Альтмана показал, что среднее смещение и точность составили 33 мл/мин/м² и 32 мл/мин/м² соответственно. Корреляция между двумя измерениями VO₂I была слабой (r²=0,145; p=0,0038), это указывает на то, что метод Фика с использованием ИД и ScvO₂ не является клинически приемлемым для мониторинга VO₂ у данной категории пациентов [25].

Еще в одно исследование вошли 38 пациентов с множественными травмами, нуждающихся в проведении продленной ИВЛ. Для измерения показателей сердечного выброса (СВ) методом термодилюции всем больным установлен катетер в легочную артерию. Измерения VO₂ с помощью обратного уравнения Фика и непрямой калориметрии проводились каждые 6 ч в течение 24 ч у пациентов, которые находились в стабильном состоянии не менее 30 мин. При анализе полученных результатов авторы отметили, что в каждом периоде измерения средние значения VO₂, определенные методом непрямой калориметрии, были значительно выше средних значений VO₂I, определенных методом Фика (время 1: 172±38 и 125±47 мл/мин/м², p<0,0001; время 2: 170±31 и 130±48 мл/мин/м², p<0,0001; время 3: 170±32 и 132±53 мл/мин/м², p<0,0001; время 4: 169±29 и 130±60 мл/мин/м², p<0,0002). При использовании метода Бланда—Альтмана среднее смещение составило 41±3,95 мл/мин/м², а коэффициенты корреляции значений VO₂I между методами измерений были статистически значимыми (r²=0,32, p=0,0001; r²=0,32, p=0,0001; r²=0,33, p=0,0001; r²=0,18, p=0,0001). Вывод данного исследования однозначный: непрямая калориметрия должна быть методом предпочтения для измерения VO₂ у пациентов, находящихся в критическом состоянии [26].

Целью проспективного наблюдательного исследования являлось сравнение метода Фика с методом непрямой калориметрии у пациентов с фульминантной печеночной недостаточностью и высокими показателями СВ и SvO₂. Всем 17 пациентам требовались респираторная поддержка, медикаментозная седация и гемодинамический мониторинг. Так, в процессе исследования отмечена плохая согласованность между методами (пределы согласия от +19 до –101 мл/мин/м²), результаты измерений газообмена по методу Фика постоянно были заниженными (среднее смещение 41 мл/мин/м²). Смещение сильно варьировало как между пациентами, так и у одного на разных этапах. Проанализировав полученные показатели, авторы сделали вывод: в клинических условиях у гипердинамических пациентов с фульминантной печеночной недостаточностью согласие между расчетами Фика и измерениями VO₂, полученными с помощью непрямой калориметрии, было крайне плохим. Анализ полученных данных выявил, что в связи с высоким сердечным выбросом и низкой артериовенозной разницей по О₂ данные VO₂I, полученные методом Фика, были резко занижены и этот метод неточен и ненадежен у пациентов с данной гемодинамической моделью [27].

В сравнительном исследовании у 9 пациентов, перенесших реваскуляризацию миокарда, VO₂ измеряли методом непрямой калориметрии и сравнивали с уровнем VO₂, полученным с помощью метода Фика. Исследование проводилось после вводного наркоза, в постперфузионном периоде, при поступлении в отделение интенсивной терапии, после стабилизации гемодинамики и во время отлучения от ИВЛ. Уровень VO₂, полученный по методу Фика, рассчитывали с помощью данных газового состава крови, взятых в начале и в конце каждого 20-минутного периода измерения, и средних значений 12 последовательных термодилюционных измерений СВ, выполненных в течение каждого 20-минутного периода измерения. После статистической обработки получены данные: средние показатели VO₂ методом непрямой калориметрии были выше, чем уровень VO₂ по методу Фика (p<0,01; во всех, кроме 4 из 45 измерений). Разница между измеренным и рассчитанным уровнями VO₂ составила 33±25 мл/мин (M±SD, диапазон 16—100 мл/мин). Эта разница представляла 14±3% (диапазон 11—18%) от VO₂ всего тела. Разница VO₂ была самой высокой после вводного наркоза (50±19 мл/мин; диапазон 20—41 мл/мин, p<0,03) и самой низкой в ОРИТ (10±16 мл/мин; диапазон 16—39 мл/мин). Таким образом, разница между двумя методами очевидна и обусловлена потреблением О₂ легкими, ошибками в измерении сердечного выброса методом термодилюции, а также колебаниями гемодинамических показателей, уровня гемоглобина и содержания кислорода в крови на различных этапах исследования [28].

Еще в одном сравнительном исследовании с участием 8 пациентов, перенесших кардиохирургическое вмешательство с использованием искусственного кровообращения, авторы выполнили 32 парных измерения VO₂ в легких с помощью анализа дыхательной газовой смеси и в большом круге кровообращения обратным методом Фика. Среднее значение VO₂I, измеренного первым методом, было выше того же показателя, определенного вторым методом: 148,4±39,9 и 120±35,1 мл/мин/м² соответственно, среднее разности парных измерений составило 28,4±18,4 мл/мин/м². Однако в двух случаях величина VO₂I в большом круге кровообращения оказалась выше потребления в легких. Авторы пришли к выводу, что оба метода могут быть использованы для мониторинга функции транспорта кислорода, несмотря на то что уровень VO₂I, измеренный с помощью дыхательной газовой смеси, был выше уровня того же показателя, рассчитанного обратным методом Фика. Это делает оба метода не взаимозаменяемыми. А при анализе динамики у одного и того же пациента или при сравнении больных и групп между собой всегда следует пользоваться каким-либо одним методом [29].

Данные международных и российских исследований демонстрируют, что метод непрямой калориметрии при условии его выполнения в периоперационном периоде может обеспечить уникальную методическую возможность проводить мониторнинг потребления кислорода и энергозатрат, что позволяет проследить динамику состояния кардиореспираторного транспорта кислорода при его нарушениях в процессе интенсивной терапии.

Вместе с тем опубликованные работы посвящены в основном методическим аспектам и сравнению результатов различных подходов к оценке кардиореспираторной системы с данными, полученными при использовании современных прикроватных метаболографов.

Представляется перспективным проведение дальнейших исследований, посвященных диагностике острых нарушений транспорта кислорода и влиянию различных лечебных воздействий, направленных на его коррекцию, основанных на данных, полученных с помощью метода непрямой калориметрии.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Еременко А.А., Сорокина Л.С.

Сбор и обработка материала — Юдина С.С., Петров А.С.

Написание текста — Сорокина Л.С.

Редактирование — Еременко А.А.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.