Нагрузочные пробы: так ли несущественны различия между велоэргометрией и тредмил-тестом?

Д.А. Кужель, Г.В. Матюшин, Е.Ю. Егорова, Н.В. Ковалева

ГОУ ВПО «Красноярская государственная медицинская академия»

КГБУЗ «Красноярская краевая больница № 2»

Проба с дозированной физической нагрузкой – является идеальным методом функциональной диагностики, который позволяет оценить полноценность физиологических компенсаторно-приспособительных механизмов организма, а при наличии явной или скрытой патологии – степень функциональной неполноценности кардиореспираторной системы [1]. Нагрузочная проба (НП) считается одним из видов естественной провокации, который применяется для диагностики различных заболеваний, а в тех случаях, когда патология уже известна, с помощью НП можно определить степень ее выраженности или компенсаторные возможности сердечно-сосудистой системы. НП является одним из нескольких видов стресс-тестирования (наряду с чреспищеводной кардиостимуляцией, стресс-эхокардиографией), поэтому термин НП более точно отражает существо методики, чем нередко используемое определение стресс-тест.

Основной точкой приложения НП является диагностика ИБС. Важнейшими преимуществами НП считаются неинвазивность, практически неограниченная доступность и малая стоимость исследования. Значение НП подчеркивается еще и тем, что эта методика позволяет выделить группу риска, то есть пациентов, угрожаемых по развитию сердечно-сосудистых осложнений и смерти. Не случайно в рекомендациях к проведению коронарографии под классом I обозначено следующее показание – «критерии высокого риска сердечно-сосудистых осложнений, выявленные при неинвазивном тестировании, независимо от степени тяжести стенокардии» [5]. Однако провокационный характер пробы подразумевает возможность возникновения различных осложнений, многие из которых могут быть серьезными.

Если не принимать во внимание неопасные осложнения, то частота фатальных событий при проведении НП относительно невелика. Так, смертность при проведении НП оценивается как один случай на 50 тыс. исследований. Однако частота нефатальных инфарктов миокарда и желудочковых тахикардий остается достаточно высокой – один случай на 2 500 исследований, или 0,05% [6]. В этой связи важно отметить, что к осложнениям НП относят события, произошедшие не позднее 24 часов от проведения стресс-теста [1, 4].

НП обычно выполняется с использованием тредмила или велоэргометра (ВЭМ). Каждая из методик обладает определенными преимуществами и недостатками.

Тредмил (беговая дорожка)

Тредмил (беговая дорожка) должен иметь электрический привод и быть способным выдерживать вес тела, по крайней мере, 157 кг [4]. Движение пациента при проведении тредмил-теста носит вынужденный характер, то есть больной подстраивается под скорость движения дорожки, поэтому любое замешательство во время нагрузки чревато травматизацией. Учитывая это, в целях безопасности рекомендуется оснащение дорожки дополнительными поручнями по бокам аппарата.

Однако пациенты не должны по возможности держаться за поручни, так как это несколько снижает выполняемую работу за счет некоторого снижения веса тела. Можно рекомендовать, чтобы пациенты придерживались за поручни пальцами, чтобы сохранить баланс тела при ходьбе, при этом должна быть доступной для пациента и персонала кнопка экстренной остановки в случае необходимости.

В большинстве случаев для выполнения НП на тредмиле применяется протокол Брюса (R. Bruce). У лиц с низкой толерантностью к нагрузке может использоваться модифицированная методика Брюса. В этом случае в начале пробы добавляются ступени с менее интенсивной нагрузкой (обычно с меньшим углом подъема дорожки при той же скорости движения, что и на первой ступени протокола Брюса). При этом необходимо особо подчеркнуть, что в идеале время собственно НП не должно превышать 9-12 минут, поэтому протокол как для тредмила, так и для ВЭМ должен быть подобран индивидуально.

Показания к велоэргометрии:

• выявление ИБС (ранних и клинически выраженных форм);
• определение толерантности к физической нагрузке больным ИБС и пациентам, перенесшим инфаркт миокарда;
• подбор лекарственных препаратов, контроль за эффективностью лечения;
• выявление нарушения ритма;

Проведение велоэргометрии показано не только для пациентов, страдающих заболеваниями сердечно-сосудистыми заболеваниями, но и здоровым людям:

• определение тренирующего режима у лиц, занимающихся на тренажерах в домашних условиях;
• лицам призывного возраста (ВЭМ является обязательным исследованием во время проведения военно-медицинской комиссии).

«СМ-Клиника» оснащена современной аппаратурой для проведения нагрузочных проб, а также других методик применяемых для диагностики заболеваний сердца.

ВЭМ

ВЭМ.

ВЭМ может рассматриваться как альтернатива для тредмил-теста у пациентов с ортопедическими, сосудистыми или неврологическими заболеваниями. Кроме того, ВЭМ является менее дорогой и более портативной системой выполнения НП. Интенсивность выполняемой на ВЭМ работы может корректироваться посредством изменения частоты педалирования и сопротивления. Самые высокие показатели потребления O2 и ЧСС обычно достигаются при скорости педалирования 50-80 оборотов в минуту. Для НП используются два типа стационарных ВЭМ: с механическим или электрическим тормозом.

Механические эргометры требуют, чтобы пациент строго выполнял указанную частоту педалирования, для того чтобы сохранять величину выполняемой работы постоянной. ВЭМ с электрическим тормозом более дороги и менее портативны, но автоматически регулируют сопротивление при изменении частоты педалирования, таким образом, сохраняя выполняемую работу на неизменном уровне. При выполнении ВЭМ мощность первой ступени составляет обычно 25 Вт (150 кгм/мин) или 50 Вт (300 кгм/мин) с последующим увеличением нагрузки на 25 Вт до достижения конечного результата. У лиц с высокой толерантностью к нагрузке прирост нагрузки может осуществляться через добавление 50 Вт.

В оценке информативности любого диагностического теста основными критериями считаются его чувствительность и специфичность, которые определяют, насколько эффективно проба отделяет субъектов с патологией от здоровых лиц, то есть насколько хорошо тест позволяет диагностировать заболевание и его отсутствие. Мета-анализ 147 опубликованных исследований, включавший 24 074 пациентов, которые перенесли и коронарографию и НП, показал широкую вариабельность параметров чувствительности и специфичности со средними показателями 68% плюс/минус 16% и 77% плюс/минус 17%, соответственно [3], при этом считается, что тредмил и ВЭМ обладают одинаковыми показателями чувствительности и специфичности.

Для клинического врача наиболее важная информация заключается в оценке вероятности наличия или отсутствия заболевания. Такая оценка не может быть точно получена только исходя из оценки депрессии сегмента ST, поэтому для более точной интерпретации результатов НП также требуется оценка предтестовой вероятности заболевания. Исходя из этого интерпретация результатов НП, согласно теореме Байеса (Bayes), предполагает, что вероятность заболевания после выполнения теста (НП) будет являться производной от его предтестовой вероятности.

Клинический врач часто делает эту оценку интуитивно, например, когда предполагает ложноположительный результат депрессии сегмента ST у 30-летней женщины с кардиалгией. Поэтому, учитывая относительно невысокую специфичность депрессии сегмента ST больше/равно 1 мм в диагностике ИБС, этот показатель нельзя рассматривать как абсолютный критерий заболевания, а должно оценивать в контексте предтестовой вероятности заболевания.

Оценка предтестовой вероятности ИБС производится исходя из данных анамнеза, возраста, пола и характера болевого синдрома в грудной клетке, а также объективного осмотра и инструментальных исследований. Типичная или определенная стенокардия делает предтестовую вероятность заболевания настолько высокой (больше 90%), что необходимость НП в диагностике ИБС фактически отпадает, однако тест может быть выполнен в целях стратификации риска.

Принимая во внимание высокую распространенность использования как тредмил-теста, так и ВЭМ в учреждениях здравоохранения нами была проведена сравнительная оценка эффективности этих методик в диагностике ИБС.

Материал и методы

Исследование проводилось 107 пациентам на тредмиле (средний возраст составил 52,5 года, мужчин – 74,6% и женщин – 25,4%) и 108 больным на ВЭМ (средний возраст составил 49,4 года, мужчин – 76,8% и женщин – 23,2%). НП на тредмиле проводилась по протоколу Брюса и мод. Брюса, НП на ВЭМ проводилась по протоколу 50+25 и 25+25. ЭКГ мониторировалась в 12 общепринятых отведениях, контроль АД осуществлялся исходно, на 2-й минуте каждой ступени нагрузки и на каждой минуте восстановительного периода. При завершении нагрузки в результате достижения субмаксимальной ЧСС без электрокардиографических и клинических признаков стенокардии пробу расценивали как отрицательную.

При появлении нетипичного дискомфорта в грудной клетке во время нагрузки без ЭКГ признаков ишемии миокарда, а также депрессии сегмента ST на 1 мм и более у лиц с низкой предтестовой вероятностью ИБС пробу расценивали как сомнительную. Как незавершенную расценивали пробу, прекращенную в результате усталости при недостижении субмаксимальной ЧСС в отсутствие клинических и ЭКГ-признаков ишемии миокарда. Как положительную пробу расценивали горизонтальную или другую депрессию сегмента ST на 1 мм и более у лиц со средней или высокой предтестовой вероятностью ИБС. Результаты исследования изложены в таблице.

Обсуждение

Клинициста, а вместе с ним и пациента, перед выполнением НП, как правило, интересует два вопроса. Во-первых, имеется ли коронарный атеросклероз? Ответ на этот вопрос представляется достаточно неоднозначным и может быть неправильно истолкован, так как НП может уверенно диагностировать только гемодинамически значимую окклюзию коронарных артерий. Во-вторых, имеется ли потребность в интервенционном вмешательстве [2]. Исходя из этого оценка риска или прогностическая стратификация является одним из поворотных действий в медицинской практике.

Большинство исследований, проводимых с использованием НП, были сфокусированы на выявлении зависимости между показателями стресс-теста и выживаемостью, тогда как зависимость между показателями НП и риском возникновения инфаркта миокарда является менее очевидной. Связано это с тем, что в большинстве случаев значимые кардиальные события (внезапная смерть, острый инфаркт миокарда и нестабильная стенокардия) вызываются микроскопическими разрывами или повреждением атеросклеротической бляшки. Однако большинство ранимых бляшек, как представляется, являются ангиографически малозначащими перед разрывом (то есть со стенозом менее 75% диаметра сосуда) и, следовательно, могут не давать клинических проявлений во время нагрузки. С другой стороны, большинство значимых бляшек (со стенозом более 75%), по данным коронарографии, являются стабильными и имеют низкий риск разрыва. Таким образом, способность НП любого типа обнаружить ранимые атеросклеротические бляшки может быть ограничена малым размером и меньшим влиянием на коронарный кровоток этих бляшек, что может объяснять острые коронарные события, которые могут наблюдаться вскоре после отрицательного нагрузочного теста.

Как видно из результатов нашего исследования (таблица)

тредмил-тест обладал большей чувствительностью в диагностике ИБС по сравнению с ВЭМ. Положительная проба была выявлена у 24,1% больных на тредмиле и лишь у 9,6% на ВЭМ. Безусловно, полученные результаты в силу небольшой выборки и, следовательно, возможных популяционных различий носят оценочный характер и не претендуют на всеобщность. Тем не менее возможно, что более привычный, физиологический характер нагрузки на тредмиле приводил к большему числу завершенных проб, то есть исследований, доведенных до конечных точек (субмаксимальная ЧСС, клиника стенокардии, значимая депрессия сегмента ST). С другой стороны, ВЭМ сопровождалась более частыми случаями незавершенных проб, то есть прекращением теста в связи с локальной усталостью мышц нижних конечностей до развития клинических проявлений заболевания.

Обращает внимание и то, что ВЭМ и тредмил-тест сравнительно эффективно выявляли больных со стенокардией III-IV функционального класса, тогда как число лиц со стенокардией I-II функционального класса, диагностированной на тредмиле, было существенно большим. Выявление пациентов со стенокардией средних и больших нагрузок представляет тем более ценным, потому что позволяет влиять посредством терапии на процесс коронарного атеросклероза на более ранних этапах, а также дает возможность динамически наблюдать больных и, следовательно, контролировать процесс заболевания.

Таблица

Физиологические основы тестов с постепенно возрастающей сердечно-сосудистой нагрузкой

Реакция сердечно-сосудистой системы

На первых ступенях нагрузочного теста (до 50% максимальной нагрузки) сердечный выброс возрастает за счет увеличения как ЧСС, так и УО; при более высокой интенсивности нагрузки увеличение сердечного выброса обусловлено преимущественно нарастанием ЧСС, такой механизм адаптации позволяет во время максимального напряжения увеличить сердечный выброс в 4-6 раз.

Физиологический ответ на постепенно возрастающую нагрузку

Систолическое и среднее АД увеличиваются параллельно постепенному возрастанию нагрузки, в то время как диастолическое АД не изменяется или даже снижается. Кроме того, происходит перераспределение кровотока за счет селективной вазоконстрикции мезентериальных и других висцеральных артерий и вазодилатации артерий скелетной мускулатуры, участвующей в выполнении физической нагрузки; значимо снижается системное сосудистое сопротивление как на субмаксимальном, так и на максимальном уровнях нагрузки. ЧСС в покое, так же как и ее прирост в ответ на возрастающую физическую нагрузку (т.е. хронотропная способность) имеют отчетливую прогностическую значимость у асимптомных больных: по результатам Фремингемского исследования, ЧСС покоя ассоциировалась с уровнем общей, сердечно-сосудистой и коронарной смертности у 5070 асимптомных мужчин и женщин за 30-летний период наблюдении. Корреляция была более сильной у мужчин, чем у женщин, и не зависела от наличия других факторов сердечно-сосудистого риска. Риск внезапной сердечной смерти был тесно связан с ЧСС в покое. В меньшем когортном исследовании — Фремингемском исследовании потомков (Framingham Offspring Study) — анализировалось клиническое значение реакции ЧСС на ступенчато возрастающую физическую нагрузку. В этом исследовании неспособность достичь целевую ЧСС (85% максимальной для данного возраста), меньшее увеличение ЧСС в ответ на физическую нагрузку и индекс хронотропного ответа являлись предикторами общей смертности и заболеваемости ИБС. С исходным уровнем тренированности и состоянием сердечно-сосудистой системы тесно связан не только индуцированный нагрузкой прирост ЧСС, но и процесс восстановления ЧСС непосредственно после физической нагрузки. Коул (Cole) и соавт. в течение 6 лет наблюдали 2428 человек, не имевших анамнеза ИБС. Участники исследования выполняли симптомлимитированый нагрузочный тест; восстановление ЧСС определялось как уменьшение максимальной ЧСС в течение первой минуты после прекращения нагрузки; снижение менее чем на 13 ударов в минуту расценивалось как патологическое. Недостаточное восстановление ЧСС было предиктором смерти (относительный риск 4,0, ДИ 3,0-5,2), даже после внесения поправок на пол, возраст, характер медикаментозной терапии, стандартные факторы сердечно-сосудистого риска, ЧСС покоя. Тесная связь между приростом ЧСС в ответ на нагрузку и восстановлением ЧСС после ее прекращения и сердечно-сосудистой смертностью подчеркивает клиническое значение рутинного нагрузочного тестирования для оценки прогноза больных.

Дыхательный ответ

Дыхательный ответ на физическую нагрузку может быть точно оценен в процессе кардиопульмональной нагрузочной пробы, при которой минутная вентиляция и выдыхаемые газы (O2вд и CO2выд) измеряются при дыхании через лицевую маску, подсоединенную через преобразователь потока воздуха к газоанализатору. В связи с технически сложным выполнением исследования кардио-пульмональный нагрузочный тест не используется для рутинной оценки физической работоспособности, однако он позволяет получить важную дополнительную информацию для понимания физиологии патологического процесса у особых категорий больных: с ХСН, заболеваниями дыхательной системы, кандидатов на трансплантацию, пациентов со снижением толерантности к физической нагрузке по неясным причинам. В таблице представлен краткий перечень основных аббревиатур и технических терминов, используемых при проведении кардиопульмональной нагрузочной пробы.

Аббревиатуры, используемые при проведении кардиопульмонального теста и интерпретации его результатов

Дыхательный ответ в процессе теста с постепенно возрастающей нагрузкой увеличивается пропорционально образовавшемуся в процессе энергетического метаболизма CO2, что необходимо для адекватного его выведения из организма. Излишек CO2, который образуется при буферировании лактата выше анаэробного порога, приводит к раздражению дыхательного центра, вследствие чего минутный объем дыхания (МОД) увеличивается, что способствует сохранению линейной взаимосвязи МОД и продуцируемым CO2(СО2выд), в результате парциальное давление CO2 в конце выдоха (PвыдCO2) остается неизменным. Однако в конце нагрузочного теста развивается гипервентиляция и по отношению к CO2 — как респираторная компенсация индуцированного нагрузкой метаболического ацидоза, что приводит к увеличению вентиляторного эквивалента по CO2 (МОД/CO2выд) и снижению PвыдCO2. Вентиляторная потребность для удаления образовавшегося в процессе метаболизма CO2 описывается модифицированным альвеолярным уравнением:

МОД = (863 × CO2выд) / (PвыдCO2× [1 — МП/ДО]),

где МП/ДО — отношение физиологического мертвого пространства (МП) к дыхательному объему (ДО).

Метаболизм в скелетной мускулатуре

Во время постепенно возрастающей физической нагрузки достигается такой уровень энергетической потребности, выше которого концентрация лактата в плазме крови начинает стремительно нарастать («анаэробный порог»). Это является следствием активации анаэробного гликолиза, который происходит в условиях, когда скорость доставки кислорода недостаточна для быстрого окисления никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) в цитоплазме. Почти все ионы H+, образовавшиеся в клетках из молочной кислоты (lactic acid — La), нейтрализуются бикарбонатной буферной системой:

H+ + La- + HCO3- ↔ H2O + CO2 + La-

Анаэробный метаболизм сопровождается чрезмерной продукцией CO2 (избыточный CO2), это приводит к тому, что наклон графика, отражающего динамику отношения CO2выд к O2вд, становится более крутым. Измеряя вызванные нарушениями метаболизма изменения состава выдыхаемого газа, можно определить «вентиляторный анаэробный порог», анализируя отношение CO2выд к O2вд. Вентиляторный анаэробный порог — это точка перехода от исключительно аэробного метаболизма, когда CO2выд/ O2вд ‹1, к аэробно-анаэробному метаболизму, когда CO2выд/ O2вд>1. У здоровых людей и кардиологических больных без ХСН вентиляторный анаэробный порог обычно находится на уровне 50-60% пикового потребления О2, а у больных с ХСН этот показатель повышается.

Расчет дыхательного анаэробного порога: измеряя вызванные нарушениями метаболизма изменения состава выдыхаемого газа, можно определить «вентиляторный анаэробный порог» (ВАП), анализируя отношение CO2выд к O2вд (дыхательный газообменный коэффициент). Вентиляторный анаэробный порог — это точка перехода от исключительно аэробного метаболизма, когда CO2выдO2вд ‹1, к аэробно-анаэробному метаболизму, когда CO2выд/O2вд>1.

Критерии достижения максимального уровня нагрузки

Достижение максимального уровня напряжения в процессе теста с постепенно возрастающей нагрузкой — ключевой момент для оценки как функционального состояния, так и прогноза больных; он может быть определен по следующим критериям:

• недостаточный прирост O2вд и/или ЧСС, его несоответствие возрастающей величине работы

• пиковый респираторный газообменный коэффициент (CO2выд/O2вд) ≥1,10-1,15

• концентрация лактата в крови после физической нагрузки ≥8 ммоль/дл (используется у спортсменов, у пациентов достигается редко)

• самооценка прилагаемого усилия ≥8 (по 10-балльной шкале Борга (Borg scale)

• внешний вид пациента (изнеможение).

Шкала оценки тяжести физической нагрузки по Боргу (Borg)

Однако необходимо помнить, что все показатели физической работоспособности лишь приближены к действительно максимальному уровню нагрузки. У большинства кардиологических больных возникает необходимость прекращения нагрузочного теста до достижения перечисленных критериев из-за развития кардиальных симптомов (т.е. выполняется симптом-лимитированый стресс-тест). Максимальная физическая работоспособность, измеренная, например, по максимальному потреблению кислорода, зависитот трех ключевых физиологических систем:

• эффективности газообмена в легких

• максимального сердечного выброса

• аэробной метаболической емкости работающих скелетных мышц

Сравнительные результаты эффективности тредмил-теста и велоэргометрии

Учитывая ограниченность анализа только депрессии сегмента ST в стратификации риска, рядом авторов было предложено использовать в прогностической оценке другие показатели, получаемые при проведении НП. Так, используя регрессионный анализ, Mark и соавт [3] создали шкалу баллов Дюка (Duke).

Шкала Дюка

Шкала Дюка рассчитывается следующим образом: время НП по протоколу Брюса (или МЕТ) – 5 * (степень максимального отклонения сегмента SТ в мм) – 4 * (индекс стенокардии при НП). Индекс стенокардии имеет значение 0, если стенокардия не наблюдалась во время НП, 1 – если стенокардия была зарегистрирована и 2 – если стенокардия была причиной прекращения НП. Если отклонение сегмента SТ было меньше 1 мм, значение, вводимое в шкалу для отклонения ST, было равно 0. На основании этой шкалы баллов определялась группа высокого риска, которая имела больше/равно -11 баллов (средняя ежегодная сердечно-сосудистая смертность более 5%), а также группа пациентов низкого риска – больше/равно +5 баллов (средняя ежегодная сердечно-сосудистая смертность 0,5%).

Исходя из полученных данных пациентам высокого риска по данным шкалы Дюка необходимо предложить выполнение коронарографии и, вероятно, процедуры реваскуляризации [2]. Пациенты низкого риска не нуждаются в дополнительном обследовании и могут получать консервативную терапию. Пациентам с промежуточным риском необходимо выполнить стресс-ЭхоКГ как тест, необходимый в дальнейшей стратификации риска. Больные с промежуточным риском, диссинергией не более одного сегмента на стресс-ЭхоКГ и нормальным размером сердца имеют низкий риск смерти и могут получать консервативную терапию. С другой стороны, пациенты с развитием локальных нарушений сократимости двух и более сегментов на нагрузочной ЭхоКГ должны быть направлены на исследование коронарографии [2, 3].

Подготовка к нагрузочному тестированию

Перед обследованием сбрить кожу груди в области электродов. Последний прием пищи пациенту следует съесть за 3 часа до ЭКГ (диабетикам следует есть с собой). Однако питьевую воду необходимо брать с собой. Субъекту следует воздерживаться от курения в течение 4 часов. Запрещается употребление алкоголя за день до исследования и в день ЭКГ с нагрузкой. Тест лучше всего проводить в удобной одежде и обуви.

Не стоит приходить на обследование в последний момент, лучше выделить полчаса, чтобы успеть отдохнуть.