U pacientů se selháním levé komory se při cvičení zvyšuje tlak v plicních cévách výrazněji než u zdravých osob.1,2 Levá komora se totiž během zátěže časně a výrazně dilatuje1 v důsledku zvýšení žilního návratu, systémového arteriálního tlaku, hladiny katecholaminů a centrálního objemu krve a neschopnosti srdce udržet krok se zvýšenou srdeční prací, která je důsledkem zvýšené srdeční frekvence a zkrácené diastolické periody. Únik tekutiny z plicního cévního řečiště do plicního intersticia by se proto mohl zvýšit v závislosti na zvýšení transkapilárního tlaku tekutiny. Množství plicní extravaskulární tekutiny je funkcí rovnováhy mezi filtrací plicní kapilární tekutiny a odstraňováním tekutiny z plicního intersticia.3,4 Možnost vzniku plicního edému vyvolaného cvičením v důsledku zvýšení transkapilárního tlaku tekutiny by měla záviset na úrovni prováděného cvičení a závažnosti srdečního selhání (SS).5 Tekutina by se měla reabsorbovat z intersticiálního prostoru a alveolu při poklesu transkapilárního tlaku tekutiny při zotavení po cvičení. Doba odstranění nárůstu plicního edému vyvolaného cvičením, kdy je cvičení ukončeno, by měla záviset na zvratu zvýšení tlaku vyvolaného cvičením a množství tekutiny transudované během cvičení. U více ohrožených pacientů by mělo dojít k delší době zotavení. K ověření této hypotézy jsme měřili difuzní kapacitu oxidu uhelnatého (DLco) a její složky, se zvláštním zřetelem na specifickou membránovou vodivost (Dm), před cvičením a 2 minuty a 1 hodinu po cvičení u pacientů s VF a odpovídající skupiny zdravých osob. Naším cílem bylo zjistit, zda je membránová vodivost (Dm) snížena v období po cvičení u pacientů s HF ve srovnání s normálními kontrolními osobami, a pokud ano, zda její snížení souvisí se závažností HF.

Metody

Studovaná populace

Studie se zúčastnilo 30 pacientů s chronickou HF a 10 zdravých dobrovolníků. Pacienti patřili do kohorty osob s HF pravidelně sledovaných na našem HF oddělení. Všechny subjekty byly dříve hodnoceny pomocí kardiopulmonálního zátěžového testu (CPET) v naší laboratoři. Kritéria pro zařazení pacientů s chronickou HF do studie byla: třída II nebo III podle New York Heart Association; optimalizovaná, individuálně přizpůsobená medikamentózní léčba; stabilní klinický stav po dobu nejméně 2 měsíců potvrzený nepřítomností relevantních otoků, stabilní tělesnou hmotností a výdejem moči; schopnost provádět CPET; a nepřítomnost anamnézy nebo klinické dokumentace plicní embolie nebo primárního onemocnění srdečních chlopní, onemocnění osrdečníku, závažného obstrukčního onemocnění plic, významného periferního cévního onemocnění, námahou indukované anginy pectoris, změn ST nebo závažných arytmií. Pacienti se srdečním selháním byli rozděleni do skupin podle následujících kritérií: (1) periodické dýchání (PB), definované jako přítomnost cvičením vyvolaných periodických oscilací ventilace, V̇o2 a V̇co2 a poměru výměny plynů; (2) těžké KV, definované jako pacienti s KV s vrcholovou hodnotou V̇o2 <15 ml – min-1 – kg-1 bez oscilací výměny plynů; a (3) středně těžké KV, definované jako pacienti s KV s vrcholovou hodnotou V̇o2 mezi 15 a 20 ml – min-1 – kg-1. Pacienti s vrcholovou hodnotou V̇o2 >20 ml – min-1 – kg-1 nebyli do studie zařazeni. Jako kontroly sloužily normální osoby, které tvořil nemocniční personál a příbuzní pacientů. Všichni měli předchozí zkušenosti s CPET v naší laboratoři. Charakteristiky subjektů jsou uvedeny v tabulce 1. Ejekční frakce levé komory byla hodnocena echokardiograficky (tab. 1). Studie byla schválena místní etickou komisí. Všechny subjekty poskytly písemný informovaný souhlas s účastí ve studii.

Difuze v plicích

Všechny subjekty byly hodnoceny standardními funkčními plicními testy, které zahrnovaly DLco měřený technikou jednoho nádechu s konstantním výdechovým průtokem (Sensor Medics 2200).6 Difuzní dílčí složky, kapilární objem (Vc) a Dm, byly rovněž měřeny aplikací metody Roughtona a Forstera.7 Za tímto účelem subjekty vdechovaly směsi plynů obsahující 0,3 % CH4 a 0,3 % CO se třemi různými podíly kyslíku rovnajícími se 20 %, 40 % a 60 % a vyvážené dusíkem.

CPET Ramp Protocol

Na bicyklovém ergometru (Ergo 800S Sensor Medics) byl proveden CPET, při kterém se po 3 minutách odpočinku a 3 minutách jízdy na kole bez zátěže zvyšovala pracovní rychlost rampou. Výdechový O2, CO2 a ventilace (V̇e) byly měřeny dech po dechu. Dále bylo zaznamenáno 12svodové EKG, ze kterého byla získána srdeční frekvence (V-Max, Sensor Medics). Pacienti byli důrazně nabádáni k provedení maximálního testu, ale sami si určili, kdy jsou jejich příznaky natolik závažné, že je nutné s jízdou na kole přestat. Na konci testu byl pacient požádán, aby uvedl hlavní příznak, který ho vedl k ukončení cvičení. Konkrétně jsme se ptali na bolest na hrudi, únavu a dušnost. O rychlosti zvyšování pracovní frekvence během testování bylo rozhodnuto na základě klinického stavu pacienta a výsledků předchozích testů. Cílem bylo dosáhnout maximálního výkonu za ≈10 minut. Pokud byla doba trvání testu >12 nebo <8 minut, byl test opakován následující den s tím, že zvýšení pracovní rychlosti bylo upraveno podle potřeby. Za vrcholovou zátěž byla považována nejvyšší dosažená hodnota V̇o2. Anaerobní práh byl měřen pomocí analýzy V-slope z grafu V̇co2 versus V̇o2 na stejných stupnicích.8 Hodnota anaerobního prahu byla potvrzena pomocí ventilačních ekvivalentů (zvýšení V̇e/V̇o2 při konstantním V̇e/V̇co2) a end-tidal pressure (zvýšení end-tidal Po2 při konstantním end-tidal Pco2). Vztah V̇o2/pracovní rychlost byl hodnocen po celou dobu cvičení, během náběhového období po vyloučení zvýšení pracovní rychlosti během prvních 45 sekund, aby se zohlednila časová konstanta pro odezvu V̇o2 na zvýšení pracovní rychlosti.9 Sklon V̇e versus V̇co2 byl vypočten jako sklon lineárního vztahu mezi V̇e a V̇co2 od začátku zatěžovaného cvičení do konce izokapnického vyrovnávacího období. Každý test odečetli nezávisle na sobě dva odborníci a výsledky byly zprůměrovány.

Protokol CPET s konstantní pracovní rychlostí

Prováděla se také CPET s konstantní pracovní rychlostí. Pracovní rychlost CPET s konstantní pracovní rychlostí byla zvolena taková, která poskytovala V̇o2 přibližně uprostřed mezi vrcholovým výkonem a anaerobním prahem podle následujícího vzorce:

kde WRc je pracovní rychlost testu s konstantní pracovní rychlostí, PeakWR je pracovní rychlost při vrcholové zátěži-0,75×rámcová pracovní rychlost/minutu, ATWR je pracovní rychlost při anaerobním prahu-0,75×rámcová pracovní rychlost/minutu a 0,75 je průměrná vypočtená časová konstanta v minutách pro V̇o2 v závislosti na zvýšení pracovní rychlosti.9 Pacienti byli požádáni, aby provedli test konstantní pracovní rychlosti po dobu 10 minut.

Studijní plán

Den 1

Všichni účastníci podstoupili pečlivé klinické vyšetření, posouzení klidové plicní funkce a výuku měření DLco. Poté každý subjekt podstoupil protokol CPET s rampou za účelem seskupení pacientů podle závažnosti VF a získání údajů pro výpočet pracovní rychlosti pro protokol konstantní pracovní rychlosti, který bude použit 2. den.

Den 2

Pacienti podstoupili 10minutový protokol CPET konstantní pracovní rychlosti. DLco, Dm a Vc byly měřeny, když subjekty seděly na bicyklovém ergometru před CPET s konstantní pracovní rychlostí a 2 až 8 minut (označováno jako 2 minuty nebo „brzy“) a 1 hodinu poté. Pokud měření DLco pro 3 testy Fio2 neodpovídala teoretické 3bodové lineární analýze mezi 1/DLco a Fio2, měření se opakovala.

Statistická analýza

Uváděné údaje jsou průměr±SEM. Vnitroskupinové a meziskupinové rozdíly byly hodnoceny pomocí ANOVA a následně nepárovým nebo párovým t-testem podle potřeby. Rozdíly od nuly byly hodnoceny rozdílovou analýzou.

Výsledky

Dva pacienti ukončili cvičení z důvodu dušnosti, zatímco všechny ostatní důvody ukončení byly z důvodu únavy (pacienti s bolestí na hrudi vyvolanou cvičením byli ze studie vyloučeni). Výsledky náběhového protokolu CPET jsou uvedeny v tabulce 2. Závažnost HF byla největší u pacientů s PB a nejnižší u pacientů se středně těžkou HF. Vrcholová hodnota V̇o2, V̇o2 při anaerobním prahu a dosažená vrcholová pracovní rychlost byly nejnižší u pacientů s PB a postupně se zvyšovaly s méně závažnou HF až na normální hodnoty pro normální subjekty (tabulka 2). Nárůst zátěžové kapacity od pacientů s PB přes pacienty s těžkou HF ke středně těžké HF a nakonec k normálním subjektům byl významný.10-13

Závislost ΔV̇o2/Δpracovní rychlost se rovněž postupně zvyšovala od nejnižších hodnot u pacientů s PB k normálním hodnotám 9,9 ml – min-1 – W-1 u normálních subjektů. U pacientů s PB tedy došlo k největšímu poklesu utilizace O2 a tento deficit se zmenšoval s méně závažnou HF.9

Sklon V̇e versus V̇co2, silný prognostický ukazatel HF nezávislý na vrcholové V̇o2,14,15 byl významně zvýšený u pacientů s PB, zvýšený, ale v menší míře u pacientů s těžkou HF, a normální u pacientů se středně těžkou HF a normálních subjektů (tab. 2). Pracovní výkon při cvičení s konstantní pracovní rychlostí byl tím nižší, čím větší byla závažnost onemocnění (tab. 3).

Cvičení CPET s konstantní pracovní rychlostí trvalo podle programu 10 minut u všech pacientů kromě 7 (2 pacienti s PB, 3 pacienti s těžkou HF a 2 pacienti se středně těžkou HF); u těchto pacientů trvalo cvičení CPET s konstantní pracovní rychlostí nejméně 8 minut. V̇o2 dosažená na konci cvičení s konstantní pracovní rychlostí (tabulka 3) se přibližně rovnala vrcholové hodnotě V̇o2 naměřené v nájezdovém protokolu (tabulka 2).

Při časném (2 až 8 minut) a pozdním (1 hodina) zotavení z cvičení s konstantní pracovní rychlostí se DLco významně nezměnilo. U normálních osob se DLco krátce po cvičení zvýšilo (obr. 2). Dm se na rozdíl od normálních subjektů u všech subjektů s VF bezprostředně po cvičení snížil (obr. 3). Toto snížení bylo nejvýraznější u pacientů s PB. Po 1 hodině zůstala Dm nízká pouze u pacientů s PB (obr. 3). Vc se zvýšil ve všech skupinách bezprostředně po cvičení, s větším nárůstem u pacientů se středně těžkou HF (obr. 4). Hodinu po cvičení zůstala Vc zvýšená pouze u pacientů s PB (obrázek 4). Bezprostředně po cvičení se Dm/Vc snížil ve všech skupinách HF, ale u normálních osob se nezměnil (obr. 5). Snížení bylo největší u pacientů s PB (P<0,02 oproti pacientům se středně těžkou a těžkou HF). Dm/Vc zůstala snížená po 1 hodině zotavení pouze u pacientů s PB (obr. 5).

Diskuse

Fyziologické důkazy plicního edému vyvolaného cvičením, hodnocené jako změny membránové složky difuzní kapacity, jsou přítomny u osob s VF a ve větší míře u pacientů s VF s PB. Úplná reabsorpce tekutiny plicního edému zřejmě potřebuje více než 1 hodinu, aby se Dm a Dm/Vc vrátily na úroveň před cvičením u pacientů s HF s PB, kteří podstupují cvičení. U normálních jedinců nedochází po cvičení ke snížení Dm nebo Dm/Vc.

Pacienti s HF byli rozděleni do skupin podle vrcholové hodnoty V̇o2 nebo podle přítomnosti PB vyvolaného cvičením. Druhá skupina měla závažnější HF, jak naznačuje několik nálezů, včetně (1) vyšší třídy New York Heart Association, (2) nižšího klidového DLco a Dm, (3) nižšího vrcholového V̇o2 a V̇o2 na anaerobním prahu, (4) nižšího dosaženého pracovního výkonu, (5) nižšího vztahu ΔV̇o2/Δpracovní výkon a (6) vyššího sklonu V̇e versus V̇co2. Přestože klasifikace New York Heart Association je v klinické medicíně již mnoho let nejpoužívanější klasifikací VF,16 byly s výkonovou kapacitou korelovány i další fyziologické ukazatele prognózy VF, včetně vrcholové V̇o2, V̇o2 na anaerobním prahu, dosažená pracovní rychlost,10-13 vztah ΔV̇o2/Δpracovní rychlost (ukazatel účinnosti dodávky kyslíku do periferních svalů) a konečně sklon V̇e versus V̇co2 od jízdy bez zátěže do bodu ventilační kompenzace, což je ukazatel účinnosti ventilace.14-17 Zdá se, že DLco, zejména změnu složky Dm při cvičení, lze zahrnout mezi prediktory závažnosti VF a prognózy.17-21

Pro navození plicního edému jsme všechny subjekty požádali o provedení konstantního CPET s vysokou pracovní rychlostí, který měl trvat 10 minut. Zvolená pracovní rychlost se skutečně pohybovala mezi anaerobním prahem a vrcholovým výkonem. Téměř všechny subjekty provedly 10 minut cvičení na této úrovni. V̇o2 byl podobný vrcholovému V̇o2 naměřenému při CPET s rampou.

Krátce po těžkém cvičení se DLco u normálních subjektů zvýšilo díky zvýšení Vc i Dm, i když u druhého jmenovaného šlo pouze o trend. U pacientů se srdečním selháním se DLco krátce po cvičení nezměnilo. Toto pozorování je v souladu se skutečností, že na rozdíl od pacientů s chronickým plicním onemocněním a vrcholových sportovců je desaturace hemoglobinu během cvičení u pacientů se stabilní VF a normálních subjektů pozorována jen zřídka.21 To je dokumentováno i u pacientů s těžkou VF.22 Proč není u pacientů s VF během cvičení pozorována desaturace hemoglobinu, může vysvětlovat několik skutečností: (1) snížení Dm je relativně malé, (2) plicní tranzitní čas červených krvinek je pomalý a (3) Vc se zvyšuje. Ve skutečnosti je u HF pozorované snížení Dm doprovázeno zvýšením Vc (obr. 4)23 , takže DLco zůstává konstantní. Zvýšení Vc vyvolané cvičením je pravděpodobně způsobeno náborem plicních cév.23 K tomu došlo v menší míře u pacientů s těžší HF, což naznačuje omezenou schopnost náboru plicních cév u pacientů s těžkou HF. Významné snížení DLco bylo pozorováno u osob s PB vyvolaným cvičením a těžkou VF 1 hodinu po cvičení (obr. 2). To bylo způsobeno přetrváváním sníženého Dm při menším zvýšení Vc ve srovnání s měřením na počátku zotavení.

U pacientů s chronickou HF se nepředpokládá, že by nízké hodnoty DLco a Dm a jejich změny v důsledku terapie souvisely s obsahem alveolokapilární tekutiny.24 Naproti tomu akutní, krátkodobé snížení Dm a Dm/Vc vyvolané cvičením nejspíše souvisí s tvorbou plicního edému během cvičení. Hromadění tekutin při tvorbě plicního edému je totiž progresivní jev způsobený nerovnováhou mezi filtrací a odstraňováním tekutin. Na začátku se tekutina hromadí v poddajnějším intersticiálním kompartmentu, který obklopuje bronchioly, arterioly a venuly. Později se tekutina hromadí v méně poddajném intersticiálním prostoru alveolokapilárního septa, což při dostatečném zvýšení intersticiálního tlaku může vést k alveolárnímu zaplavení.25 Ze změn Dm a Dm/Vc vyplývá, že u normálních jedinců nedochází během 10 minut těžké fyzické zátěže k rozvoji plicního edému, zatímco u pacientů s HF k němu běžně dochází. Zdá se také, že tendence k rozvoji plicního edému při cvičení je větší u pacientů s PB. Předpokládalo se, že pacienti s HF s PB pravděpodobně fungují na sestupné končetině Starlingovy křivky, a proto by při zvýšení žilního návratu při cvičení snadněji podléhali zvýšení plicního kapilárního tlaku a plicnímu edému vyvolanému cvičením.2

Pacienti s PB vyvolaným cvičením zřejmě reabsorbují plicní edém při zotavování relativně pomalu, takže i po 1 hodině zůstává Dm snížený. To podporuje široce rozšířený názor, že pacienti s HF s PB patří mezi nejtěžší pacienty s HF a pravděpodobně potřebují delší pozorování po cvičení. Protože PB vyvolaný cvičením je zjistitelný od začátku cvičení a mizí se zvyšováním pracovní rychlosti nad anaerobní práh, nevyžaduje hodnocení HF v této skupině ke správné klasifikaci závažnosti HF u těchto pacientů zátěžový test s maximálním úsilím.26

Závěrem jsme zjistili, že Dm a Dm/Vc se přechodně snížily po cvičení těžké intenzity u pacientů s HF, ale ne u kontrolních osob. Toto snížení vodivosti přes alveolo-kapilární bariéru je v souladu s rozvojem plicního edému vyvolaného cvičením. Snížení bylo přechodné, ale nejvýraznější a déle trvající bylo u pacientů s HF s PB vyvolaným cvičením nebo oscilačním dechovým vzorcem.

Poznámky

.