Nowy czynnik prognostyczny w niewydolności serca – VE/VCO2 nadir

Maj 2011 • Tom 10 Nr 5  77

Nowy czynnik prognostyczny

w niewydolności serca – VE/VCO ₂ nadir

Paweł Balsam, Sebastian Szmit

I Katedra i Klinika Kardiologii Warszawski Uniwersytet Medyczny Adres do korespondencji I Katedra i Klinika Kardiologii Warszawski Uniwersytet Medyczny

Samodzielny Publiczny Centralny Szpital Kliniczny ul. Banacha 1a, 02-097 Warszawa

Kardiologia po Dyplomie 2011; 10 (5): 77-80

Wprowadzenie

Podstawowym objawem u chorych z przewlekłą niewydolnością serca (PNS) jest nietole- rancja wysiłku, która objawia się dusznością lub zmęczeniem. Sprawność wysiłkowa mo- że zostać określona za pomocą wysiłkowego testu z pomiarem gazów oddechowych (ergospirometria) oraz oznaczenia szczytowego pochłaniania tlenu VO_2peak[1]. Jednocze- śnie odpowiedź na obciążenie wysiłkiem może zostać scharakteryzowana przez zależność VE/VCO₂, czyli wentylację minutową względem ilości wydalanego dwutlenku węgla [2].

Wentylacja wysiłkowa

Miarą wentylacji minutowej VE jest częstość oddechów (breath frequency, Bf) pomno- żona przez objętość oddechową (tidal volume, VT). Wśród pacjentów z PNS charaktery- styczne jest niższe pochłanianie tlenu (VO_2peak) oraz wydalanie dwutlenku węgla (VCO₂) przy podwyższonej wentylacji minutowej w porównaniu z osobami zdrowymi, co skut-

testy wysiłkowe w kardiologii

REDAKTOR DZIAŁU

dr n. med.

Sebastian Szmit, I Katedra i Klinika Kardiologii Warszawski Uniwersytet Medyczny oraz Klinika Onkologii

Wojskowy Instytut Medyczny

w Warszawie e-mail:s.szmit@

gmail.com

Wraz z zaawansowaniem niewydolności serca spada szczytowe pochłanianie tlenu, a wzrasta wentylacja w trakcie wysiłku. Powikłanie to tłumaczy się na wiele sposobów patofizjologicznych. Ocena zależności wentylacji i dwutlenku węgla (VE/VCO₂) jest zalecana i ma szczególną wartość prognostyczną w niewydolności serca. Ostatnie badania przeprowadzone przez Ingle’a i wsp., których wyniki opublikowano na łamach European Journal of Heart Failure, wskazują, że najwyższą wartość w stratyfikacji ryzyka śmiertelności ma najniższa stwierdzana wartość VE względem VCO₂, czyli tzw. VEqCO₂nadir. Obserwacja ta wymaga sprawdzenia w badaniach prospektywnych.

Sebastian Szmit 077-80_testy:kpd 2011-04-21 14:27 Page 77

www.podyplomie.pl/kardiologiapodyplomie

78  Tom 10 Nr 5 • Maj 2011 kuje wzrostem stosunku VE/VCO₂[3]. Wraz z zaawanso- waniem niewydolności serca spada szczytowe pochłania- nie tlenu, a wzrasta wentylacja w trakcie wysiłku. Wiele prac wskazuje na to, że wzór oddychania u pacjentów z PNS jest wynikiem niskiego VT i wysokiego Bf [4].

Przyczyna jest niejasna, ale może do tego prowadzić wzrost tzw. przestrzeni martwej płuc, co mogłoby jedno- cześnie tłumaczyć wzrost VE/VCO_2slope. Są jednak przy- kłady dowodzące, że przestrzeń martwa płuc wśród chorych z PNS i zdrowych jest taka sama. W związku z tym wzrost poziomu VE/VCO_2slopemusi być rezultatem innych mechanizmów, wśród których wymienia się:

• zaburzenia stosunku wentylacja-perfuzja [5,6],

• nieprawidłowa dyfuzja gazów metabolicznych [7],

• niewydolność mięśni oddechowych [8],

• podwyższona wrażliwość obwodowych chemorecep- torów na dwutlenek węgla oraz jony wodorowe H⁺.

Wyznaczanie VE/VCO

W spoczynku oraz w trakcie wysiłku fizycznego obserwu- je się zależność między wentylacją płuc (wentylacja mi- nutowa, VE) a objętością wytwarzanego w organizmie i wydalanego CO₂(VCO₂). Odpowiednia wentylacja za- pewnia utrzymywanie stałych PaCO₂(ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla) i pH we krwi tętniczej, co zapobiega kwasicy metabolicznej.

Wśród chorych z NS stwierdza się nieadekwatny do wy- siłku przyrost częstości oddechów, co prowadzi do nadmier- nej wentylacji wysiłkowej. Istnieją różne metody oceny odpowiedzi wentylacji na zadany wysiłek. Dobrze pozna- ną jest przeliczenie bezwzględnej wartości wentylacji mi- nutowej (VE) na jednostkę objętości wydychanego dwutlenku węgla (VCO₂) według jednej z dwóch definicji:

• wykorzystując liniową zależność między VE a VCO₂ w trakcie wysiłku, tzw. wskaźnik VE/VCO_2slope, wyli- czony jako współczynnik α równania regresji liniowej między powyższymi zmiennymi, określany poniżej punk- tu kompensacji oddechowej (ventilatory compensation point [VCP] lub respiratory compensation point [RCP]) (ryc. 1) [9-11]. Powyższy parametr znalazł się w wytycz- nych kwalifikacji pacjentów do przeszczepienia serca.

Wartość VE/VCO_2slopepowyżej 34 uważana jest za grani- cę zwiększonego ryzyka wystąpienia incydentów serco- wo-naczyniowych wśród chorych z niewydolnością serca niezależnie od wartości szczytowego pochłaniania tlenu VO_2peak,

• porównując stosunek wentylacji do ilości wydalane- go dwutlenku węgla (VEqCO₂– ekwiwalent dla dwutlen- ku węgla).

Podczas wysiłku u osoby zdrowej lub osoby z niewy- dolnością serca najpierw dochodzi do spadku wartości VEqCO₂, po czym następuje faza plateau. Pod koniec maksymalnego wysiłku wzmożona produkcja kwasu mle- kowego powoduje pobudzenie wentylacji oraz wzrost wen- tylacji minutowej, czego skutkiem jest wzrost VEqCO₂.

RYCINA 1

Wyznaczenie wydolności wentylacyjnej według definicji slope (VE/VCO_2slope). Wartość prognostyczną w niewydolności serca ma slope poniżej punktu kompensacji oddechowej, czyli w pierwszej fazie wysiłku (strzałka).

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

160 120 60 40 0

VCO₂, l/min V_E/VCO₂

VE,l/min ^{prad. max}

µ

Line 1: Slope = 27 Line 1: Slope = 41

RYCINA 2

Wyznaczenia VE/VCO₂nadir u osoby zdrowej(A)oraz chorego z ciężką niewydolnością serca(B).

A B

VEqCO₂nadir^~~22,5 VEqCO₂nadir^~~40

077-80_testy:kpd 2011-04-21 14:27 Page 78

www.podyplomie.pl/kardiologiapodyplomie

Maj 2011 • Tom 10 Nr 5  79 Wartość najniższa podczas wysiłku (VEqCO₂nadir)

lub wartość na progu beztlenowym (VEqCO₂@AT) jest obecnie wskazywana jako parametr o największym zna- czeniu klinicznym. Te dwie wielkości najlepiej różnicu- ją osoby zdrowe od tych z objawową niewydolnością serca.

Ostatnie badania przeprowadzone przez Ingle’a i wsp., wskazują, że najwyższą wartość prognostyczną w niewy- dolności serca ma nowy parametr – VEqCO₂nadir (na- dir = najniższy) [12]. W ten sposób definiuje się najniższą wartość ilorazu wentylacji minutowej do wydalanego dwu- tlenku węgla ocenianą podczas wysiłku (ryc. 2).

Ingle i wsp. sugerują, że VEqCO₂ nadir ma wyższą wartość w prognozowaniu złożonego punktu końcowego, czyli całkowitej śmiertelności oraz konieczności przeprowa- dzenia przeszczepienia serca niż VEqCO_2rest mierzony w spoczynku, VEqCO_2peakmierzony na szczycie wysiłku oraz VE/VCO_2slope.

Za punkt odcięcia, powyżej którego znacznie wzrasta ryzyko zgonu, uznaje się wartość VEqCO₂ nadir = 33 (ryc. 3). Jedną z podstawowych zalet parametru VEqCO₂ nadir względem VE/VCO_2slopejest to, że jest to marker łatwiejszy do wyznaczenia, a tym samym znacznie bar- dziej powtarzalny, gdy porównujemy pomiary z różnych pracowni i różnych autorów. Dodatkowym ogranicze- niem parametru VE/VCO_2slopejest to, że opisywana za- leżność nie jest liniowa podczas całego wysiłku, o czym wielu badaczy zapomina (ryc. 1). Po przekroczeniu progu kompensacji oddechowej zmienia się jej wartość, a we wczesnej fazie wysiłku może zależeć od przejściowej hi- perwentylacji emocjonalnej [13].

Ilość badań oceniających zastosowanie VEqCO₂na- dir w prognozowaniu ryzyka zgonu wśród pacjentów z niewydolnością serca jest bardzo mała. Niektóre bada- nia opisują parametr VEqCO₂ na progu beztlenowym (AT), który według Wassermana i wsp. [14] jest analo- giczny do VEqCO₂ w najniższym punkcie wysiłku.

W jednym z badań z udziałem 470 pacjentów z przewle- kłą niewydolnością serca, nieprzyjmujących leków beta-adrenolitycznych, VEqCO₂na progu beztlenowym był bardzo dokładnym niezależnym czynnikiem pro- gnostycznym dla całkowitej śmiertelności, nawet przy uwzględnieniu wartości szczytowego pochłaniania tle- nu, wieku, płci oraz spoczynkowego ciśnienia tętnicze- go krwi.

U chorych z niewydolnością serca mamy często do czynienia z licznymi współistniejącymi chorobami, ta- kimi jak: dysfunkcja płuc, niedokrwistość, dysfunkcja mięśni obwodowych, które mogą wpływać na wydolność fizyczną. Należy pamiętać, że na wynik VO_2peakwpływa- ją powyższe choroby, a dodatkowo czynniki psychologicz- ne, takie jak motywacja pacjenta do wykonania maksymalnego wysiłku oraz strach przed osiągnięciem maksymalnych objawów duszności. W związku z tym VO_2peakjest poddane pewnej zmienności osobniczej i za- fałszowaniu.

Wydaje się, że ocena zależności między VE oraz VCO₂ jest trafniejszym postępowaniem w ocenie zaawansowa- nia objawów niewydolności serca (ryc. 4). Jest to najlep-

sze odwzorowanie metabolizmu mięśni obwodowych i oddechowych. Wentylacja spoczynkowa może zależeć od stanu psychicznego chorego, ale już wentylacja wysił- kowa w znacznie mniejszym stopniu, dlatego tak dobrze sprawdza się w praktyce klinicznej VE/VCO_2slope– ma bardzo wysoką wartość diagnostyczną i prognostyczną.

W tym względzie najniższa wartość VE/VCO₂ jest na pewno niezależna od psychiki, niemożliwa do zafałszo- wania i musi być bardzo związana z pH organizmu (ryc. 4). Wzrastające stężenie CO₂we krwi wzmaga napęd oddechowy, a co za tym idzie – również VE. Dokładny

RYCINA 3

Krzywe Kaplana-Meiera obrazują przeżywalność chorych

z niewydolnością serca w zależności od wartości VEqCO₂nadir [12].

1. Punkt odcięcia został ustalony na poziomie 33.

2. VEqCO₂nadir <33 – u 252 pacjentów przeżycie wolne od incydentów sercowo-naczyniowych wynosiło 85%.

3. VEqCO₂nadir >33 – u 171 pacjentów przeżycie wolne od incydentów sercowo-naczyniowych wynosiło 54%.

0 20 40 60 80 100

Przeżycie (miesiące)

Krzywaprzeżycia Log rank χ²= 61,9 p<0,0001 VEqCO₂nadir <33

VEqCO₂nadir >33 1,0

0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

RYCINA 4

Metabolizm a wentylacja wysiłkowa. Zmodyfikowano na podstawie [20].

↑ mleczany

↑ wentylacja

↑↑↑ wentylacja

~PaCO₂

~VE/VCO₂

↑ PaCO₂

↑ VE/VCO₂

↓ PaCO₂

↑ VE/VCO₂

↑ PaCO₂

↑ VE/VCO₂

↓ HCO₂

↓ pH 077-80_testy:kpd 2011-04-21 14:27 Page 79

www.podyplomie.pl/kardiologiapodyplomie

pa to me cha nizm wpły wa ją cy na zwięk szo ną śmier tel ność nie jest jesz cze do kład nie po zna ny.

Po miar współ czyn ni ka re gre sji li nio wej (slo pe) mię - dzy VE a VCO₂ pod czas wzra sta ją ce go ob cią że nia w trak - cie wy sił ku po ni żej punk tu VCP jest czę sto pre fe ro wa ny przez kar dio lo gów [15], po nie waż jest ści śle za leż ny od zmian VD/VT po ja wia ją cych się w prze bie gu nie wy - dol no ści ser ca [14,16,17]. Oce na ilo ra zu VE/VCO₂ jest pre fe ro wa na przez pneu mo no lo gów, po nie waż prze bieg zmian te go pa ra me tru jest cha rak te ry stycz ny dla róż nych cho rób ukła du od de cho we go, a po miar war to ści na pro gu bez tle no wym (VE/VCO₂@AT) jest pa ra me trem bar dzo sta bil nym [13]. Ce cha sta bil no ści jest wy kład ni kiem bra - ku za leż no ści od czyn ni ków psy cho lo gicz nych oraz od kwa si cy obec nej na szczy cie wy sił ku [18].

Udo wod nio no, że za leż ność wen ty la cji od CO₂zmie - nia się z wie kiem [19,20] (ta be la). Wy so ki VE/VCO₂jest wów czas, gdy VD/VT jest wy so ki oraz Pa CO₂ob ni żo ny.

Er go spi ro me trycz ny pa ra metr Pet CO₂nie jest sub sty tu - tem Pa CO₂. Ten ostat ni moż na tyl ko mie rzyć me to dą in - wa zyj ną – ga zo me trią krwi tęt ni czej. Wy so ki VE/VCO₂ bez ob ja wów ostrej hi per wen ty la cji lub ni skie go stę że nia HCO₃wska zu je na ce chy za bu rzeń wen ty la cji wzglę dem per fu zji oraz wy so ki VD/VT.

Po win ni śmy pa mię tać, że oce nia jąc sto su nek VE/VCO₂na róż nych eta pach pró by wy sił ko wej u cho - rych z nie wy dol no ścią ser ca, bar dzo do kład nie sza cu je - my ry zy ko zda rzeń ser co wo -na czy nio wych, a war tość naj niż sza te go pa ra me tru, czy li VE/VCO ₂ na dir, wy da je się mieć naj wyż szą war tość pro gno stycz ną.

Piśmiennictwo

1. Clark AL, Po ole -Wil son PA, Co ats AJ. Exer ci se li mi ta tion in chro nic he art fa ilu re: cen tral ro le of the pe ri phe ry. J Am Coll Car diol 1996; 28 (5): 1092-102.

2. Clark AL, Vol ter ra ni M, Swan JW, et al. The in cre ased ven ti - la to ry re spon se to exer ci se in chro nic he art fa ilu re: re la tion to pul mo na ry pa tho lo gy. He art 1997; 77 (2): 138-46.

3. Bul ler NP, Po ole -Wil son PA. Me cha nism of the in cre ased ven ti la to ry re spon se to exer ci se in pa tients with chro nic he art fa ilu re. Br He art J 1990; 63 (5): 281-3.

4. Sul li van MJ, Hig gin bo tham MB, Cobb FR. In cre ased exer ci - se ven ti la tion in pa tients with chro nic he art fa ilu re: in tact ven ti la to ry con trol de spi te he mo dy na mic and pul mo na ry ab nor ma li ties. Cir cu la tion 1988; 77 (3): 552-9.

5. Moh se ni far Z, Amin DK, Shah PK. Re gio nal di stri bu tion of lung per fu sion and ven ti la tion in pa tients with chro nic con - ge sti ve he art fa ilu re and its re la tion ship to car dio pul mo na ry he mo dy na mics. Am He art J 1989; 117 (4): 887-91.

6. Wa da O, Asa noi H, Miy agi K, et al. Im por tan ce of ab nor mal lung per fu sion in exces si ve exer ci se ven ti la tion in chro nic he - art fa ilu re. Am He art J 1993; 125 (3): 790-8.

7. Da ga nou M, Di mo po ulou I, Ali vi za tos PA, et al. Pul mo na ry func tion and re spi ra to ry mu sc le strength in chro nic he art fa - ilu re: com pa ri son be twe en ischa emic and idio pa thic di la ted car dio my opa thy. He art 1999; 81 (6): 618-20.

8. Ham mond MD, Bau er KA, Sharp JT, et al. Re spi ra to ry mu sc le strength in con ge sti ve he art fa ilu re. Chest 1990; 98 (5): 1091-4.

9. Chua TP, Po ni kow ski P, Har ring ton D, et al. Cli ni cal cor re la - tes and pro gno stic si gni fi can ce of the ven ti la to ry re spon se to exer ci se in chro nic he art fa ilu re. J Am Coll Car diol 1997; 29 (7): 1585-90.

10. Ha be dank D, Re indl I, Vietz ke G, et al. Ven ti la to ry ef fi cien cy and exer ci se to le ran ce in 101 he al thy vo lun te ers. Eur J Appl Phy siol Oc cup Phy siol 1998; 77 (5): 421-6.

11. Ne der JA, Ne ry LE, Pe res C, et al. Re fe ren ce va lu es for dy na - mic re spon ses to in cre men tal cyc le er go me try in ma les and fe ma les aged 20 to 80. Am J Re spir Crit Ca re Med 2001; 164 (8 Pt 1): 1481-6.

12. In gle L, Slo an R, Car roll S, et al. Pro gno stic si gni fi can ce of dif - fe rent me asu res of the ven ti la tion -car bon dio xi de re la tion in pa - tients with su spec ted he art fa ilu re. Eur J He art Fa il 2011 Jan 18.

13. Sun XG, Han sen JE, Ga ra ta chea N, et al. Ven ti la to ry ef fi cien - cy du ring exer ci se in he al thy sub jects. Am J Re spir Crit Ca re Med 2002; 166 (11): 1443-8.

14. Was ser man K, Zhang YY, Gitt A, et al. Lung func tion and exer ci se gas exchan ge in chro nic he art fa ilu re. Cir cu la tion 1997; 96 (7): 2221-7.

15. Me tra M, Rac ca gni D, Ca ri ni G, et al. Ven ti la to ry and ar te - rial blo od gas chan ges du ring exer ci se in he art fa ilu re. [W]:

Was ser man K, Zhang Y, Gitt A, et al. Exer ci se gas exchan ge in he art di se ase” Ar monk, Fu tu ra Pu bli shing, New York 1996: 125-143.

16. Kle ber FX, Vietz ke G, Wer nec ke KD. Im pa ir ment of ven ti la - to ry ef fi cien cy in he art fa ilu re: pro gno stic im pact. Cir cu la tion 2000, 101: 2803-2809.

17. Gitt AK, Was ser mann K, Kil kow ski C, et al. Exer ci se ana ero - bic thre shold and ven ti la to ry ef fi cien cy iden ti fy he art fa ilu re pa tients for high risk of ear ly de ath. Cir cu la tion 2002, 106:

3079-3084.

18. Was ser man K, Van Kes sel A, Bur ton GB. In te rac tion of phy - sio lo gi cal me cha ni sms du ring exer ci se. J Appl Phy siol 1967;

22: 71-85.

19. Da vies JA, Whipp BJ, Was ser man K. The re la tion of ven ti la - tion to me ta bo lic ra te du ring mo de ra te exer ci se in man. Eur J Appl Phy siol 1980; 44: 97-108.

20. Was ser man K, Han sen JE, Sue DY, et al. Prin ci ples of exer ci - se te sting and in ter pre ta tion. 1st ed. Lea and Fe bi ger, Phi la - del phia 1987; 50-52.

80  Tom 10 Nr 5 • Maj 2011

TABELA Wysiłkowa wydolność wentylacyjna dla mężczyzn w poszczególnych dekadach życia [19, 20]

Wiek (lata) VE/VCO_2slope Najniższy VE/VCO₂

<20 22,9±2,8 23,5±2,0

21-30 23,6±2,8 23,9±2,1

31-40 23,9±3,1 25,0±2,7

41-50 25,2±2,9 26,1±2,2

51-60 27,2±3,0 28,0±2,9

>60 27,5±3,1 29,4±2,3

077-80_testy:kpd 2011-04-21 14:27 Page 80

www.podyplomie.pl/kardiologiapodyplomie