Тренировки дыхательной мускулатуры с помощью комплекса упражнений и дыхательных тренажеров у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. Результаты рандомизированного клинического исследования Аэрофит-Спиро

Введение

Нарушения со стороны системы внешнего дыхания в значительной степени определяют клинико-функциональное состояние больных с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) и ухудшают прогноз [1][2]. Свой­ственный пациентам с ХСН паттерн частого поверхностного дыхания при нагрузке является приспособительной стратегией, предотвращающей быстрое истощение дыхательной мускулатуры (ДМ) на фоне характерного для пациентов с ХСН снижения податливости легочной ткани и дыхательных путей, и соответственно увеличенной работы дыхания. Быстрая утомляемость ДМ приводит к гиперактивации метаборефлекса вдоха, что, в свою очередь, вызывает патогенетический каскад, включающий симпатикотонию, ухудшение кровоснабжения двигательной мускулатуры и гиперактивацию ее метаборефлекса, а также гиперактивацию эргорефлекса скелетной мускулатуры, что приводит к дальнейшему ограничению переносимости физических нагрузок (ФН) [2][3].

Положительный эффект включения тренировок ДМ в качестве дополнительного компонента кардиореабилитации был неоднократно продемонстрирован как в зарубежных, так и в отечественных исследованиях [4-7]. В настоящее время внимание исследователей сосредоточено на поиске оптимальных методов тренировок ДМ, при которых они могут стать постоянной частью лечебного процесса, а не носить кратковременный характер. Тренировки ДМ могут проводиться с использованием дыхательных тренажёров (ДТр) или комплекса дыхательных упражнений (ДУ). Обе методики обладают преимуществами и ограничениями. Тренажёры позволяют стандартизировать нагрузку за счёт заданного сопротивления, однако требуют материальных затрат со стороны пациентов, а также санитарной обработки после каждого использования для предотвращения контаминации микроорганизмами, попадающими из слюны и мокроты. Упражнения без оборудования более доступны, особенно для пациентов в домашних условиях. Показано, что включение техники замедленного дыхания в комплекс ДУ способствует снижению активности симпатической нервной системы, центральных и периферических хеморецепторов, что улучшает газообмен и уменьшает одышку в покое и при ФН [8][9]. По имеющимся у нас данным, прямое сравнение этих двух подходов ранее не проводилось.

Целью исследования Аэрофит-­Спиро являлось сравнение эффективности, безопасности и уровня приверженности к тренировкам ДМ с помощью комплекса ДУ и с помощью ДТр пациентов с ХСН.

Материал и методы

Исследование имело дизайн проспективного рандомизированного исследования в двух параллельных группах. Продолжительность исследования составляла 8 нед. Дизайн исследования представлен на рисунке 1.

В исследование включались пациенты с ХСН с любой фракцией выброса (ФВ), II-III функциональным классом ХСН и жалобами на одышку при ФН, получающие оптимальное медикаментозное и немедикаментозное лечение. Не включались в исследование пациенты с установленным диагнозом хронического легочного заболевания, анемией, неконтролируемыми аритмиями или наличием в анамнезе инфаркта миокарда или отека лёгких менее чем за 6 мес. до исследования, пациенты с тяжелой неконтролируемой гипертонией, участвующие в какой-либо регулярной программе физических тренировок в течение, как минимум, 1 мес. до начала исследования или имеющие любые нервно-­мышечные расстройства или ортопедические нарушения, препятствующие прохождению кардиореспираторного нагрузочного тестирования (КРНТ). На этапе скрининга всем пациентам проводилось комплексное обследование: сбор анамнестических данных, объективное обследование, оценка лабораторных показателей.

Эффективность изучаемых воздействий оценивалась с помощью комплексного функционального обследования, включавшего КРНТ, оценку силы ДМ и тест 6-минутной ходьбы (6МТХ). При проведении КРНТ оценивались: объем кислорода на пике нагрузки (VO₂ пик), объем углекислого газа на пике нагрузки (VCO₂ пик), а также биомеханика дыхания (дыхательный объем (VT) и показатель дыхательной эффективности (кривая наклона минутной вентиляции к объему СО₂, VE/fVCO₂)). Проводилось измерение силы ДМ (максимальные давления на вдохе и на выдохе, MIP/MEP) с помощью прибора MicroRPM (Micro Medical, Великобритания). Результаты представлены в виде абсолютных значений и процента от половозрастной нормы. Для показателей, зависящих от антропометрических данных, анализ проводился как по абсолютному значению, так и по % от ожидаемых референсных значений, а для силы ДМ в соответствии с формулами для определения референсных значений [10].

Первичная конечная точка исследования:

• динамика VO₂пик.

Вторичные конечные точки:

• динамика 6МТХ;
• динамика VT;
• динамика VE/fVCO₂;
• динамика MIP;
• динамика MEP;
• уровень приверженности к тренировкам;
• количество нежелательных явлений.

Описание воздействия

После получения информированного согласия и прохождения базовых процедур скрининга, пациенты были рандомизированы с помощью онлайн-­программы "Research randomizer" в две равные группы (n=16): группа (А) — тренировки с помощью ДУ и группа (Б) — тренировки с помощью коммерчески доступных ДТр.

Тренировочный процесс пациентов группы А состоял в выполнении ДУ, продолжительность и сложность которых постепенно нарастали на протяжении 8 нед. На первом этапе тренировок (2 нед.) целью упражнений являлось осваивание техники вовлечения в процесс дыхания всех групп ДМ: диафрагмы, межреберных мышц, мышц живота и плечевого пояса. Также пациенты выполняли попеременное дыхание правой и левой ноздрей в определенном ритме для достижения замедления количества дыхательных движений/мин и увеличения их глубины. Упражнения начинались с 5-минутной разминки мышц плечевого пояса и грудной клетки. На втором этапе тренировок (недели 3-8) пациентам предлагались упражнения, направленные на освоение техники "полного" дыхания с вовлечением всех групп ДМ и более продолжительные упражнения по удлинению дыхания. Все пациенты получали письменную инструкцию и ссылку на видеоуроки. Подробная техника упражнений группы А изложена в дополнительных материалах к статье.

Методика тренировок группы Б. Тренировки проходили с помощью доступного на момент организации исследования ДТр "небулайзер Int Air Medical.". Данный тренажер не позволяет точно установить силу сопротивления вдоху и выдоху. Поэтому исходный уровень сопротивления вдоху и выдоху подбирали по ощущениям пациента. Пациенту предлагалось сделать 10 вдохов и 10 выдохов и оценить свои ощущения как легкие, умеренно тяжелые и тяжелые (вызывающие головокружение). Пациенты начинали тренировки с уровня сопротивления, который они описывали как умеренно тяжелый.

Все участники в течение 8 нед. после 1-2 вводных занятий под контролем врача-­исследователя продолжали тренировки в домашних условиях. Для обеспечения приверженности пациентам звонили с частотой 1 раз/нед. или посылали текстовые сообщения. При каждом контакте пациенту задавали вопрос о переносимости текущего уровня упражнений. Если пациент говорил, что пол­ностью адаптировался, ему предлагалось перейти на следующий уровень. Следующий уровень предполагал для пациентов группы А переход к следующему видео­уроку, а пациентам группы Б — увеличение сопротивления (прокручивание диска на ДТр на одно деление). Пациент также мог связаться с исследователем в случае возникновения вопросов или появления нежелательных явлений.

Статистический анализ. Данные анализировались с помощью статистического пакета для социальных наук (версия 10.0, SPSS, Чикаго, Иллинойс, США). Основываясь на результатах предыдущих исследований [5], мы подсчитали, что размер выборки из 36 человек при условии ожидаемой доли выбывших 15% будет иметь мощность 80% для обнаружения 10% разницы в VO₂ пик при α=0,05.

Интервальные данные представлены в виде среднего арифметического и стандартного отклонения (M±SD) или медианы и интерквартильного размаха Me [Q25; Q75]. Значения результатов измерений, относящихся к категориальным (качественным) данным, представлены в виде абсолютного (n) и относительного (%) количества наблюдений. Проверка данных на соответствие нормальному распределению осуществлялась с ­помощью критерия Шапиро-­Уилка. Анализ категориальных данных проводился с помощью критерия χ² или точного критерия Фишера. Для анализа количественных данных использовали t-критерии Стьюдента (для независимых и зависимых выборок), непараметрический критерий Манна-Уитни для независимых выборок и непараметрический критерий Уилкоксона для зависимых выборок.

Этические аспекты исследования. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом МНОЦ МГУ им. М. В. Ломоносова (Протокол заседания от 16.05.2022). Все пациенты подписывали форму информированного согласия на участие в исследовании до начала исследования.

Результаты

Скрининг прошли 45 пациентов. В исследование было рандомизировано 39 пациентов. В окончательный анализ не вошли 3 пациента из группы А и 4 пациента из группы Б по причине нарушения протокола (провели <50% тренировок от необходимых в соответствии с протоколом).

По основным клинико-­демографическим характеристикам и лекарственной терапии статистически значимые различия между группами отсутствовали, кроме значения индекса массы тела и назначения антагонистов минералокортикоидных рецепторов. Также следует отметить, что в группе А было больше женщин и больше пациентов с сохраненной ФВ левого желудочка. Исходные характеристики пациентов представлены в таблице 1. Основная терапия для лечения ХСН на протяжении исследования не менялась.

У подавляющего большинства пациентов исходная сила ДМ находилась в пределах физиологической нормы, т.е. не выходила за пределы 85% от ожидаемых значений для их возраста и пола, и значительно превосходила так называемый "нижний предел нормы"/"Low Limit of Normal", LLN (MIP 80 см водного ст. у мужчин и 60 см водного ст. у женщин), ниже которого наблюдается связь с дыхательной недостаточностью [10]. Для MEP эти показатели составляют, соответственно 150 и 120 см водного ст. Исходные показатели силы ДМ не коррелировали ни с одним из изучаемых показателей функционального состояния.

Через 8 нед. тренировок в обеих группах наблюдалось улучшение показателей переносимости нагрузки как по показателю VO₂ пик: прирост VO₂ пик в группе А составил 2,22±2,8 (13,3%) в группе В – 1,21±1,97 (8,3%), так и по дистанции 6МТХ (прирост составил 33,75±32,27 и 28±22,10 м в группах А и Б, соответственно). Выраженный эффект наблюдался и в отношении силы ДМ. Показатель биомеханики дыхания (% VT от референса) демонстрировал положительную динамику, но разница между первым и вторым визитом не достигала статистической значимости. По показателям газообмена (VE/fVCO₂ и VCO₂ пик) положительной динамики в обеих группах не регистрировалось (таблица 2).

При проведении межгруппового анализа ни по одному из изучаемых показателей статистически значимых различий не наблюдалось (таблица 3).

В обеих группах были пациенты, у которых увеличение VO₂ пик не происходило. В группе А было 2 пациента, у которых показатель VO₂ пик незначительно снизился (-1,1 и -1,6 мл/кг/мин). В группе Б было 2 пациента, у которых показатель не изменился и 1 пациент со снижением VO₂ пик (-1,1 мл/кг/мин). При этом вне зависимости от динамики VO₂ пик, все пациенты отмечали улучшение переносимости субмаксимальных нагрузок, что отражалось в динамике 6МТХ, а также отмечали увеличение общей двигательной активности. Клинически незначимое снижение дистанции 6МТХ (10 м) наблюдалось у одного пациента из группы Б и клинически значимое (40 м) у одной пациентки из группы А, параллельно у нее наблюдался и негативный эффект (увеличение) показателя VE/fVCO₂.

В группе A, средний показатель дыхательного объема на первом визите составлял 61,9±21,5% от референса и демонстрировал статистически значимую корреляцию средней силы с показателями VO₂ пик (r=0,648; p<0,01) и 6МТХ (r=0,539; p<0,05). На втором визите корреляции с этими показателями не наблюдалось. В то же время в группе Б на первом визите корреляции между показателем VT и показателями переносимости нагрузки не выявлялось, но наблюдалась сильная отрицательная корреляция с VE/fVCO₂ (r=-0,623 p<0,05). На втором визите в группе Б регистрировалась умеренная корреляция VO₂ пик c показателем VT% референса (r=0,536; p<0,05) и сохранялась отрицательная умеренная корреляция VO₂ пик с VE/fVCO₂ (r=-0,623; p<0,05).

Нежелательные явления наблюдались у 1 пациента в группе А и 1 пациента в группе Б. Пациентка группы А отмечала головокружение при переходе на следующую ступень тренировки. Ей было рекомендовано продолжить тренировку на начальной ступени. Через неделю пациентка успешно перешла на следующую ступень тренировки. Один пациент из группы Б отмечал сухость задней стенки гортани после использования тренажера. Эти нежелательные явления не потребовали отмены тренировок. Один из тренажеров потребовал замены из-за отрыва мембраны. Уровень неприверженности в обеих группах составил 6%.

Обсуждение

Влияние на потребление кислорода и толерантность к ФН

В обеих группах произошло статистически значимое улучшение показателей, связанных с переносимостью ФН. Сходные результаты были получены и в других исследованиях. Так, в исследовании Laoutaris I, et al. (2004) в группе дыхательных тренировок произошло статистически значимое увеличение VO₂ пик и дистанции 6МТХ (p<0,005 в обоих случаях), тогда как в группе контроля увеличилось только MIP [11]. В метаанализе Azam­buja ACM, et al. (2020), в который было включено 10 исследований, использовавших изолированные дыхательные тренировки в качестве метода воздействия у пациентов с ХСН, было показано, что в среднем происходило увеличение VO₂ пик на 3,75 мл/кг/мин и дистанции 6МТХ на 81 м [6]. В нашем исследовании прирост VO₂ пик в группе А достигал 12%, а в группе Б >8% от исходного. Эти изменения имеют важное клиническое значение. По данным самого крупного и продолжительного рандомизированного клинического исследования HF-ACTION (Heart Failure: A Controlled Trial Inves­ti­ga­ting Outcomes of Exercise Training), увеличение VO₂ пик на каждые 6%, после корректировок, учитывающих другие значимые предикторы, было связано с 5% снижением риска комбинированной первичной конечной точки (время до смерти по любой причине или госпитализации по любой причине) и 8% снижением риска сердечно-­сосудистой смерти или госпитализации по поводу ХСН [12].

Влияние на силу ДМ и показатели биомеханики дыхания

В настоящем исследовании, как и в подавляющем большинстве работ, в которых изучались тренировки ДМ, наблюдалась отчетливо выраженная и статистически значимая динамика показателей силы мышц вдоха и выдоха [6]. Более выраженная динамика и MIP, и MEP наблюдалась в группе Б, хотя различия между группами не достигли статистической значимости. Важно отметить, что сила ДМ и ее выносливость, несомненно, связаны между собой, но не тождественны [10]. Наши данные подтверждают, что у пациентов с ХСН измерение силы ДМ в покое дает довольно мало информации в отношении прогнозирования их функционирования при нагрузке. Несмотря на довольно высокие показатели силы ДМ в покое, при выполнении нагрузочного тестирования пациентам было сложно поддерживать адекватную глубину дыхания — средние величины дыхательного объема на первом визите составили 61,9±21,5 и 68,3±16,9% от референсных значений в группах А и Б, соответственно. Корреляционные связи между показателями силы ДМ в покое и VT также отсутствовали. Аналогичные данные были продемонстрированы и в других исследованиях [13]. Показано, что снижение выносливости ДМ у подавляющего большинства пациентов со стабильным течением ХСН обусловлено не столько слабостью ДМ, сколько повышенной утомляемостью, связанной с увеличенной работой дыхания, а также со структурно-­функциональной перестройкой ДМ и, прежде всего, диафрагмы [14]. После окончания тренировок в группе Б появлялась умеренная корреляция силы мышц вдоха с дистан­цией 6МТХ (r=0,57; p<0,05). Однако в обеих группах по-прежнему отсутствовала корреляция силы ДМ с показателями биомеханики дыхания. В связи с вышеизложенным, мы рассматриваем динамику силы ДМ в основном как дополнительный показатель, отражающий приверженность пациентов.

На сегодняшний день существует все больше доказательств, того, что так называемый "паттерн частого поверхностного дыхания" вносит существенный вклад в увеличение размера физиологического мертвого пространства, снижает эффективность дыхания и усугубляет плохую переносимость ФН при любом фенотипе ХСН [15][16]. В группе A, показатель дыхательного объема (VT% от референса) на первом визите демонстрировал статистически значимую корреляцию средней силы с показателями VO₂ пик, на втором визите корреляции не наблюдалось. Эти наблюдения позволяют сделать предположение о том, что при увеличении выносливости ДМ у пациентов из группы A, в которой более половины пациентов имели ХСН с сохраненной ФВ (ХСНсФВ), роль нарушений вентиляции в переносимости нагрузки снижалась. В то же время в группе Б, в которой преобладали пациенты с ХСН с низкой (ХСНнФВ) и умеренно сниженной ФВ левого желудочка на первом визите корреляции между показателем VT и показателями переносимости нагрузки не выявлялось.

Влияние на показатели газообмена

В группе ДТр показатель дыхательной эффективности не снижался, что может быть обусловлено тем фактом, что в этой группе было больше пациентов со сниженной ФВ. Пациенты группы Б также характеризовались более низкими исходным объемом СО₂. Известно, что содержание СО₂ на выдохе прогрессивно снижается у пациентов с более высоким функциональным классом ХСН, а у пациентов с ХСНнФВ), по-видимому, ниже, чем у пациентов с ХСНсФВ [17][18]. Также было показано, что у пациентов с ХСНнФВ снижение парциального давления кислорода на пике нагрузки (PaCO₂ пик) объясняло ≥2-кратную дисперсию наклона VE/VCO₂ по сравнению с пациентами с ХСНсФВ. И наоборот, у пациентов с ХСНсФВ дисперсия, объясняемая увеличением соотношения мертвого пространства (VD) к дыхательному объему (VD/VT) и наклоном VE/VCO₂, была более чем в 1,5 раза выше. Известно, что утомление дыхательных мышц усиливает симпатическую активацию и вызывает вазоконстрикцию даже в неактивных конечностях, "запирая" продукты обмена (лактат и СО₂) в скелетной мускулатуре во время нагрузки. Одним из механизмов улучшения переносимости ФН после дыхательных тренировок является усиление кровоснабжения периферических мышц [18].

Безопасность, переносимость и приверженность к тренировкам

Оба вида тренировок хорошо переносились пациентами. После окончания исследования пациентам было предложено продолжить тренировки ДМ не <3 раз/нед. с подключением дозированной ходьбы. Все пациенты выразили желание продолжать тренировки. При этом 6 пациентов группы Б после окончания исследования выразили желание поменять способ тренировок на тренировки с использованием упражнений.

В целом, следует отметить, что пациенты гораздо легче соглашались на ДТр, чем на аэробные тренировки. Включения пациентов в исследование Аэрофит-­Спиро вызывало гораздо меньше проблем, чем включение в исследование Аэрофит, проводившееся ранее нашей исследовательской группой, в котором из 100% пациентов, прошедших скрининг, только 20% согласились принять участие/закончили исследование по протоколу, ссылаясь на отсутствие времени, страх ФН и логистические проблемы [4]. Это, вероятно, связано не только с тем, что дыхательные тренировки не подразумевали посещения лечебного учреждения, но воспринимались как более легкие.

Ограничения исследования. Небольшой размер выборки мог повлиять на выявление статистической значимости регистрируемых изменений. Также следует отметить, что в подавляющем большинстве аналогичных исследований были использованы тренажеры "Threshold Inspiratory Muscle Trainer" (Healthscan Products Inc.), позволяющие точно регулировать сопротивление вдоху и выдоху. Наша исследовательская группа также использовала этот тренажер в исследовании Аэрофит [4]. На момент проведения исследования Аэрофит-­Спиро, данная модель не поставлялась на территорию РФ, и мы использовали дыхательный небулайзер Int Air Medical, не позволяющий установить точное сопротивления вдоху и выдоху.

Заключение

Тренировки ДМ в домашних условиях с по­мощью ДУ и с помощью ДТр показали сопоставимую эффективность и приводили к клинически и статистически значимому увеличению переносимости ФН. Все пациенты отмечали улучшение общей двигательной активности и хорошую переносимость упражнений. Это позволяет рекомендовать оба вида тренировок ДМ в качестве доступного и безопасного компонента физической реабилитации пациентов.

Отношения и деятельность. Работа выполнена в рамках госзадания Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.