Л.Б. ПОСТНИКОВА, И.А. ДОРОВСКОЙ, В.А. КОСТРОВ

Городская больница №28, 603040, г. Нижний Новгород, ул. Чаадаева, д. 7 

Постникова Лариса Борисовна ― доктор медицинских наук, доцент, руководитель «Городского пульмонологического консультативного центра», тел. (831) 276-84-12, e-mail: plbreаth@mail.ru

Доровской Иван Александрович ― врач-терапевт, тел. (831) 276-84-12, e-mail: fiatlux2008@rambler.ru

Костров Владимир Александрович ― кандидат медицинских наук, доцент, консультант-пульмонолог, тел. (831) 276-84-12, e-mail: vlakostr@yandex.ru

Представлены различия показателей кардиопульмонального нагрузочного тестирования (КПНТ) у здоровых курящих молодых мужчин и некурящего мужчины. Для определения толерантности к физической нагрузке использовали комплекс Quark CPET «COSMED» (Италия) и модифицированный протокол Bruce. Выявили снижение толерантности к физической нагрузке у курящих здоровых молодых мужчин, что подтверждено ранним наступлением порога анаэробного обмена (ПАНО), уменьшением пикового времени (t Peak) выполнения нагрузки, снижением максимального потребления кислорода (МПК) и максимальной аэробной производительности (MET Peak). Увеличение дыхательного резерва (BR˃35%), неадекватный прирост частоты сердечных сокращений (HR) и уменьшение кислородного пульса (VO₂/HR˂20%) на пике нагрузки у курящих мужчин свидетельствует о снижении ударного объема и участии гемодинамических механизмов в ограничении физической работоспособности на фоне курения. С другой стороны, у курящих испытуемых на пике нагрузки регистрировалось уменьшение максимального дыхательного объема (VT Peak) и максимальной минутной вентиляции (VE Peak), что может указывать на ограничение функциональной способности легких. Таким образом, выявленные изменения параметров КПНТ у здоровых курящих молодых мужчин демонстрируют развитие донозологических нарушений сердечнососудистой и респираторной систем.

Ключевые слова: молодые здоровые мужчины, кардиопульмональное нагрузочное тестирование, газовый анализ, максимальное потребление кислорода.

 

L.B. POSTNIKOVA, I.A. DOROVSKOY, V.A. KOSTROV

Municipal Hospital №28, 7 Chaadaeva Str., Nizhny Novgorod, Russian Federation, 603040

The differences of cardiopulmonary exercise testing parameters in smoking and non-smoking healthy young men

Postnikova L.B. ― D. Med. Sc., Associate Professor, Head of «Municipal Advisory Pulmonology Center», tel. (831) 276-84-12, e-mail: plbreаth@mail.ru

Dorovskoy I.A. ― physician, tel. (831) 276-84-12, e-mail: fiatlux2008@rambler.ru

Kostrov V.A. ― Cand. Med. Sc., Associate Professor, consultant-pulmonologist, tel. (831) 276-84-12, e-mail: vlakostr@yandex.ru 

The article presents differences of cardiopulmonary exercise testing (CPET) parameters in healthy smoking and non-smoking young men. We used the complex Quark CPET «COSMED» (Italy) and the modified Bruce Protocol to determine the tolerance to physical activity. We found a decreased tolerance to physical activity in healthy young smokers, which was confirmed by the early onset of anaerobic metabolism threshold, the decrease of peak time (t Peak) of the load performance, the reduced maximum oxygen consumption (IPC) and maximum aerobic performance (MET Peak). The increase of respiratory reserve (BR˃35%), low increase of heart rate (HR) and a decrease in oxygen pulse (VO2/HR˂20%) at the peak load in smokers show a decline of stroke volume and the role of hemodynamic mechanisms in limiting physical performance on the background of smoking. On the other hand, we registered a decrease in the maximum tidal volume (VT Peak) and maximum minute ventilation (VE Peak) at the peak stress in smoking subjects, which may indicate an underlying change in lung function. Thus, the revealed changes of the CPET parameters in smoking healthy young men demonstrate the development of early preclinical disorders of the cardiovascular and respiratory systems.

Key words: healthy young men, cardiopulmonary exercise testing, gas analysis, maximum consumption of oxygen.

 

 

Введение

КПНТ с измерением показателей газообмена ― надежный инструмент, предоставляющий дополнительную диагностическую информацию о работоспособности и функциональном состоянии дыхательной и сердечнососудистой систем (ССС), для выявления ограничения работоспособности при отсутствии клинических проявлений и патологических состояниях, уточнения причин функциональных нарушений. Основной из ключевых задач данного метода является выявление донозологических функциональных признаков нарушений органов дыхания и ССС [1-4]. 

Цель исследования ― сравнить результаты показателей КПНТ у здоровых курящих и некурящих молодых мужчин для определения ранних диагностических критериев снижения толерантности к физической нагрузке и донозологических функциональных признаков нарушений органов дыхания и сердечнососудистой системы.

Материалы и методы

Для определения уровня толерантности к физической нагрузке и оценки функциональных резервов кардиореспираторной системы у 1 здорового некурящего и 2 здоровых курящих молодых мужчин с различной степенью физической подготовки провели кардиопульмональное нагрузочное тестирование (КПНТ) с применением модифицированного протокола Bruce. После углубленного медицинского обследования молодые мужчины были признаны практически здоровыми, не отличались по образу жизни и питанию, на регулярной основе занимались физической подготовкой и сдавали установленные нормативы (бег на 1000 м, бег на 100 м, подтягивание на перекладине). Обследуемые курильщики отличались по индексу курения и возрасту.

КПНТ выполняли на диагностическом комплексе Quark CPET «COSMED» (Италия).

Перед проведением КПНТ исследовали функцию внешнего дыхания (ФВД) с оценкой форсированной жизненной емкости легких ― FVC (l/%), объема форсированного выдоха за первую секунду ― FEV₁ (l/%), FEV₁/FVC (%), средней величины скорости максимального экспираторного потока ― FEF_25-75 (l/%) и максимальной объемной вентиляции легких ― MVV (l/%) на компьютерном спирографе «COSMED» (Италия).

В соответствии с модифицированным протоколом Bruce начальная нагрузка соответствовала мощности 70 Вт, далее нагрузку ступенчато увеличивали каждые 2 мин. на 50 Вт [2, 3, 5]. К 12-й минуте нагрузка составляла 320 Вт (табл. 1). Максимальную ЧСС рассчитывали по формуле для мужчин: ЧСС max=220–возраст (лет).

Таблица 1.

Модифицированный протокол нагрузочного тестирования у здоровых молодых мужчин с использованием велоэргометра

Ступень		Мощность, Вт.	Продолжительность, мин.
Разминка	1	20	20 с
Нагрузка	2	70	2
	3	120	2
	4	170	2
	5	220	2
	6	270	2
	7	320	≥ 2
Восстановление	8	20	5

 

Результаты и их обсуждение

В таблице 2 представлены демографические и антропометрические характеристики, показатели ФВД и параметры КПНТ здоровых молодых мужчин.

При анализе показателей ФВД выявили снижение MVV, FEV₁, FEF_25-75, MEF₅₀ (%) у курящего испытуемого мужчины №3, имевшего максимальный индекс курения (15 пачка/лет) по сравнению с некурящим мужчиной №1 и курильщиком №2. Можно отметить, что у курящего мужчины с длительным стажем курения при отсутствии клинических респираторных проявлений формируются смешанные нарушения функции легких.

Максимальный респираторный коэффициент (R Peak) у тестируемых мужчин по данным КПНТ составил 1,2, что соответствует высокой мотивации обследованных к выполнению максимального нагрузочного теста (НТ).

Сравнительная оценка параметров КПНТ на ПАНО (момент, когда VO₂ становится равен VCO₂: R=1,0) выявила двукратное снижение времени наступления ПАНО и потребления кислорода у курящих мужчин, неадекватный рост HR (смещение анаэробного порога влево: №2 ― в I зону (HR 130-150 уд/мин), №3 ― в 0 зону (HR до 130 уд/мин)), что, может быть связано с дебютом респираторных и/или гемодинамических расстройств, а также детренированностью курящих лиц. 

Таблица 2.

Показатели кардиопульмонального нагрузочного тестирования трех испытуемых с различной степенью физической подготовки

Показатель	Исследуемый №1 (некурящий мужчина, 22 года)	Исследуемый №2 (курящий мужчина, 23 года)	Исследуемый №3 (курящий мужчина, 37 лет)
Антропометрические характеристики
Возраст (лет)	22	23	37
Рост (см)	178	175	196
Вес (кг)	78	80	98
Индекс массы тела (кг/м2)	24,6	26,1	25,5
Индекс курения (пачка/лет)	—	2,5	15
Показатели ФВД
MVV (l/min)	221	163,7	148
MVV (%)	142	108	90
FVC	5,15	4,84	5,0
FVС (%)	96	94	83
FEV1	4,55	4,54	3,95
FEV1 (%)	101	104	81
FEV1/FVC (%)	106	113	98
FEF 25-75 (%)	93	100	77
Показатели КПНТ на ПАНО
Время наступления ПАНО (min)	08:48	04:55	05:02
VО2/Kg на ПАНО (ml/min/Kg)	47,69	24,87	22,4
MET на ПАНО	13,6	7,1	6,4
VE на ПАНО (l/min)	95,5	49,7	57,5
BR на ПАНО (%)	47	72	63
VT на ПАНО	2,9	2,1	2,4
Rf на ПАНО	33	23	23
HR на ПАНО	168	138	111
VO2/HR на ПАНО	22,1	14,4	19,8
Показатели КПНТ на пике нагрузки
t Peak	11:37	07:48	07:27
Power Peak (Watt)	320	220	220
VO2max (ml/min/Kg)	51,31	35,5	28,05
VO2max (%)	119	86	78
MET Peak	13,8	8,7	6,4
R Peak	1,2	1,2	1,2
VE Peak (l/min)	136,3	78,0	66,5
BR Peak (%)	25	57	57
VT max (l)	2,9	1,9	2,4
Rfmax	47	40	27
HRmax	195	178	146
HRmax (%)	98	90	80
VO2/HR Peak	20	14	15

Примечание: все параметры соответствуют показателям в протоколах КПНТ рис. 1, 3, 5

 

Итак, ранее наступления ПАНО у курящих мужчин может свидетельствовать о снижении толерантности к физической нагрузке. У некурящего мужчины время тестирования от LC до RC (R=0,85-1,0), т.е. время работы в аэробном режиме метаболизма составило 4 мин. 18 сек, у курильщиков ― почти в 2,5 раза меньше, что может демонстрировать низкую толерантность к физической нагрузке и/или детренированность курящих мужчин.

Изучение параметров КПНТ на пике нагрузки у трех испытуемых зафиксировало значимое уменьшение ключевых показателей физической работоспособности на фоне курения, в частности, в 1,5 раза снизилось пиковое время (t Peak) выполнения нагрузки, почти в 2 раза уменьшились МПК, MET Peak и VE Peak.

У исследуемого №1 HRmax составила 98% от д. в. при нормальном BR и VO₂/HR на пике нагрузки, что характеризует адекватную реакцию дыхательной и сердечнососудистой системы на НТ. Значительное увеличение BR (BR˃35%), неадекватный прирост HR, уменьшение кислородного пульса (VO₂/HR˂20%) на пике нагрузки у курящих мужчин может свидетельствовать о снижении ударного объема и инициации гемодинамических механизмов ограничения физической работоспособности. Кроме того, у курящих лиц на пике нагрузки регистрировалось уменьшение VT Peak и VE Peak, что может отражать развитие нарушений вентиляционной функции легких (табл. 2, рис. 1, 3, 5) [1-5].

Рисунок 1. Результаты компьютерной спирометрии и протокол КПНТ некурящего мужчины К., 22 года (исследуемый №1)

 

Рисунок 2. Графическое представление результатов КПНТ некурящего мужчины К., 22 лет (исследуемый №1)

 

Рисунок 3. Результаты компьютерной спирометрии и протокол КПНТ курящего мужчины Б., 23 лет (исследуемый №2)

 

Рисунок 4. Графическое представление результатов КПНТ курящего мужчины Б., 23 лет (исследуемый №2)

 

Рисунок 5. Результаты компьютерной спирометрии и протокол КПНТ курящего мужчины Т., 37 лет (исследуемый №3)

 

Рисунок 6. Графическое представление результатов КПНТ курящего мужчины Т., 37 лет (исследуемый №3)

 

Регистрация ЭКГ до НТ во всех трех случаях не выявила каких-либо изменений. По результатам мониторирования ЭКГ в ходе НТ у всех обследуемых регистрировался регулярный синусовый ритм, нарушений ритма и проводимости не зафиксировано, диагностически значимых смещений сегмента ST и изменений интервала QT не отмечалось. Пауз ритма продолжительностью более 2 секунд не выявлено [6].

Систолическое и диастолическое артериальное давление у всех тестируемых до НТ, во время проведения исследования и в периоде восстановления укладывалось в нормальные значения.

Результаты эргоспирометрии, представленные в протоколах и графиках КПНТ, демонстрируют ответ кардиореспираторной системы на выполненную нагрузку (рис. 2, 4, 6) [4, 5]. На графиках отражены изменения различных параметров оцениваемых во времени на всем протяжении тестирования.

График 1. Изменение минутной вентиляции легких (VE) и ступени нагрузочного тестирования.

График 2. Динамика кислородного пульса (VO₂/HR) и HR.

График 3. Объем потребления кислорода (VO₂) и выделения углекислого газа (VCO₂).

График 4. Динамика минутной вентиляции легких (VE) и VCO₂.

График 5. Динамика изменения HR и VCO₂.

График 6. Динамика вентиляционного эквивалента по кислороду (VE/VO₂) и вентиляционного эквивалента по углекислому газу (VE/VCO₂).

График 7. Динамика дыхательного объема (VT) и VE.

График 8. Зависимость VCO₂/VO₂, т.е. отражает динамику дыхательного коэффициента (R).

График 9. Изменение парциального давления углекислого газа (PetCO₂) и парциального давления кислорода (PetO₂) в конце выдоха.

Исследуемый №1, некурящий мужчина К., 22 года

Заключение результата КПНТ: Толерантность к физической нагрузке высокая. Физическая работоспособность высокой степени. Аэробная производительность выше средней. Тип реакции на нагрузку (по АД) нормотонический. Общее функциональное состояние хорошее (рис. 1, 2).

Исследуемый №2, курящий мужчина Б., 23 года

Заключение результата КПНТ: Толерантность к физической нагрузке ниже среднего. Физическая работоспособность ниже среднего уровня. Аэробная производительность низкая. Тип реакции на нагрузку (по АД) нормотонический. Общее функциональное состояние удовлетворительное. Снижение физической работоспособности, вероятно, связано с наличием гемодинамических ограничений, возникших на фоне детренированности обследуемого. Нельзя исключить начальные респираторные и (или) гемодинамические расстройства (рис. 3, 4).

Исследуемый №3, курящий мужчина Т., 37 лет

Заключение результата КПНТ: Толерантность к физической нагрузке низкая. Физическая работоспособность низкой степени. Аэробная производительность низкая. Тип реакции на нагрузку (по АД) нормотонический. Общее функциональное состояние удовлетворительное. Снижение физической работоспособности, вероятно, связано с начальными изменениями вентиляционной функции легких (FEV₁ ― 81%, FEF_25-75 ― 77%, MEF₅₀ ― 77%, MVV ― 90%) и/или гемодинамических ограничений, вследствие детренированности обследуемого (рис. 5, 6).

Заключение

1. Модифицированный протокол Bruce для проведения КПНТ с увеличением нагрузки на 50 ВТ каждые 2 минуты до отказа может эффективно использоваться при обследовании здоровых молодых мужчин с целью определения уровня толерантности к физической нагрузке и выявления донозологических функциональных нарушений респираторной и сердечнососудистой систем.

2. При сравнительном анализе протоколов КПНТ здоровых курящих молодых мужчин выявлены существенные различия по сравнению с испытуемым некурящим мужчиной №1:

• снижение MVV, FEV₁, FEF_25-75, MEF₅₀ (%) у исследуемого курящего мужчины №3;
• двукратное снижение времени наступления ПАНО;
• в 1,5 раза уменьшилось пиковое время выполнения нагрузки;
• в 2 раза уменьшились МПК, MET Peak и VE Peak;
• уменьшение кислородного пульса (VO₂/HR˂20%) на пике нагрузки;
• значительное увеличение BR (BR˃35%) на пике нагрузки;
• уменьшение максимального дыхательного объема;
• неадекватный прирост HR.

3. Выявленные изменения параметров КПНТ у здоровых курящих молодых мужчин могут рассматриваться в качестве ранних диагностических критериев снижения толерантности к физическим нагрузкам и донозологических функциональных признаков нарушений органов дыхания и сердечнососудистой системы.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Ярцев С.С. Основы функциональной диагностики внешнего дыхания. Эргоспирометрия: практическое руководство для врачей. ― М., 2015. ― С. 57-185.
2. Кербиков О.Б., Аверьянов А.В., Борская Е.Н., Крутова Т.В. Кардиопульмональное нагрузочное тестирование в клинической практике // Журнал клиническая практика. ― 2012. ― №2. ― С. 58-70.
3. Balady G.J., Arena R., Sietsema K. et al. Clinician’s Guide to Cardiopulmonary Exercise Testing in Adults: A Scientific Statement From the American Heart Association // Circulation. ― 2010. ― Vol. 122. ― P. 191-225.
4. Мустафина М.Х., Черняк А.В. Кардиореспираторный нагрузочный тест // Журнал атмосфера. Пульмонология и аллергология. ― 2013. ― №3. ― С. 56-62.
5. Mezzania А., Agostonib P., Cohen-Solald A. Standards for the use of cardiopulmonary exercise testing for the functional evaluation of cardiac patients: a report from the Exercise Physiology Section of the European Association for Cardiovascular Prevention and Rehabilitation European tion // Journal of Cardiovascular Prevention and Rehabilita. ― 2009. ― Vol. 16. ― P. 249-267.
6. Тавровская Т.В. Велоэргометрия: практическое пособие для врачей. ― СПб, 2007. ― С. 4-71.

 

REFERENCES

1. Yartsev S.S. Osnovy funktsional’noy diagnostiki vneshnego dykhaniya. Ergospirometriya: prakticheskoe rukovodstvo dlya vrachey [Fundamentals of Functional Diagnostics of external breathing. Ergospirometry: A practical guide for physicians]. Moscow, 2015. Pp. 57-185.
2. Kerbikov O.B., Aver’yanov A.V., Borskaya E.N., Krutova T.V. Cardiopulmonary exercise testing in clinical practice. Zhurnal klinicheskaya praktika, 2012, no. 2, pp. 58-70 (in Russ.).
3. Balady G.J., Arena R., Sietsema K. et al. Clinician’s Guide to Cardiopulmonary Exercise Testing in Adults: A Scientific Statement From the American Heart Association. Circulation, 2010, vol. 122, pp. 191-225.
4. Mustafina M.Kh., Chernyak A.V. Cardiorespiratory exercise test. Zhurnal atmosfera. Pul’monologiya i allergologiya, 2013, no. 3, pp. 56-62 (in Russ.).
5. Mezzania A., Agostonib P., Cohen-Solald A. Standards for the use of cardiopulmonary exercise testing for the functional evaluation of cardiac patients: a report from the Exercise Physiology Section of the European Association for Cardiovascular Prevention and Rehabilitation European tion. Journal of Cardiovascular Prevention and Rehabilita, 2009, vol. 16, pp. 249-267.
6. Tavrovskaya T.V. Veloergometriya: prakticheskoe posobie dlya vrachey [Veloergometry: a practical guide for physicians]. Saint Petersburg, 2007. Pp. 4-71.