Vyhodnocení kinetiky VO₂ v zotavovací fázi spiroergometrického vyšetření u kardiologicky nemocných – význam a klasifikace

Súhrn

Článek přehledně popisuje průběh příjmu kyslíku v zotavovací fázi (VO₂rec) spiroergometrického vyšetření. Kinetiku VO₂rec nelze komplexně definovat jediným parametrem. V článku jsou popsány 3 nejčastěji používané metody: %VO₂-REC₂, T1/2 VO₂rec a TC VO₂ s detailním popisem postupu jejich analýzy. Na těchto 3 parametrech je také založena námi používaná klasifikace VO₂rec. Za základní metodu považujeme %VO₂-REC₂, protože má prokázaný prognostický význam, a navíc se dá jednoduše stanovit pouze z datového protokolu spiroergometrického vyšetření. %VO₂-REC₂ by měl patřit spolu s VO_2peak, VE/VCO₂ slope a oscilující ventilací při zátěži (EOV) do základní čtveřice prognostických markerů u pokročilého chronického srdečního selhání.

Klíčová slova:
chronické srdeční selhání – kinetika VO₂ recovery – prognóza – spiroergometrické vyšetření

Úvod

V zátěžové fázi spiroergometrického vyšetření se hodnotí řada parametrů, z nichž některé mají u kardiologicky nemocných i prognostický význam – např. VO_2peak (maximální dosažený příjem kyslíku), VE/VCO₂ slope (strmost přímky lineární závislosti minutové ventilace na změnách výdeje oxidu uhličitého) nebo EOV (oscilující ventilace při zátěži). Mezi prognosticky významné parametry hodnocené v zotavovací fázi (recovery) spiroergometrického vyšetření patří také kinetika poklesu příjmu kyslíku (VO₂rec) a kinetika poklesu srdeční frekvence (HRrec), graf 1. Hodnocení HRrec je velmi jednoduché, za 2 min by měla klesnout srdeční frekvence o 24 tepů a více [1,2].

Pokles srdeční frekvence v zotavovací fázi je odrazem vzájemné rovnováhy vegetativního nervového systému, tedy mírou navození vagotonu, a poklesu aktivity sympatiku. Tento článek by měl nabídnout přehled problematiky týkající se kinetiky příjmu kyslíku v zotavovací fázi spiroergometrického vyšetření, postup analýzy a vytvoření klasifikačního schématu kinetiky VO₂rec. V české literatuře není tato problematika přehledně a podrobně zpracována, proto bude uveden detailnější postup vyhodnocení kinetiky VO₂rec.

V zotavovací fázi klesají různou rychlostí i ostatní parametry sledované v zátěžové fázi (výdej oxidu uhličitého – VCO₂, minutová ventilace – VE, poměr respirační výměny – RER a další odvozené hodnoty), ale jejich kinetika se rutinně nevyhodnocuje.

Délka zotavovací fáze, která se hodnotí při spiroergometrii, bývá zpravidla 3–5 min. Proto minimální délka záznamu recovery by měla být 3 min, optimální 4–5 min, případně ještě delší, pokud lze očekávat významně zpomalenou zotavovací fázi.

Vyhodnocení kinetiky VO₂ v recovery

Během zátěžové fáze spiroergometrického testu vzniká kyslíkový dluh, který je v zotavovací fázi postupně uhrazován aerobním metabolizmem. Kyslík je v zotavovací fázi potřebný k obnově zásob vysokoenergetických fosfátů (ATP) a kreatinfosfátu (CP), resaturaci myoglobinu a později ke zpracování laktátu (LA).

Kinetiku VO₂rec nelze komplexně definovat jediným parametrem. Graficky zobrazený celý průběh VO₂ během zotavovací fáze má polynomický charakter (křivka má více vln), graf 2.

Polynomická trendová křivka na grafu 2 je zobrazena zeleně a je vidět, že shoda datových bodů s trendovou křivkou je dokonalá (R² = 0,999). Z grafu je zřejmé, že průběh celé VO₂rec neodpovídá černě označené hypotetické exponenciální trendové křivce (R² = 0,973).

Kinetika VO₂rec má několik fází s odlišným průběhem u zdravých, ale zejména u nemocných.

Časná fáze VO₂rec (úsek plató)

Časná fáze VO₂rec (úsek plató) začíná okamžikem ukončení hlavní zátěže. U zdravých osob může začít okamžitě po ukončení hlavní zátěže strmý pokles VO₂ (graf 1), ale u nemocných a nezřídka i u zdravých bývá v této fázi častěji úsek hodnot VO₂ charakterizovaný jen mírnými změnami hodnot VO₂ nepřesahujícími 30 ml/min mezi 2 body při 10sekundových intervalech zobrazení dat. Takovou iniciální část jsme nazvali plató VO₂rec (na grafu 2 je označena kolečky a trvá zde 20 s). Nejméně častým případem je přechodný vzestup hodnot VO₂ o více než 30 ml/min VO₂ za 10 s nazývaný jako pokračující vzestup [3], overshoot nebo překmit. Úsek plató končí v místě, kde začíná pokles VO₂rec dosahující rozdílu nejméně 40 ml/min.

Délka plató VO₂ se v časné fázi recovery stanoví tak, že se v tabulce dat porovnávají po sobě jdoucí hodnoty VO₂ v recovery a zjistí se, kdy se objeví diference (pokles) mezi dvěma po sobě jdoucími body větší než 30 ml/min (plató tedy končí při poklesu VO₂ nejméně o 40 ml/min). Délka plató VO₂ v iniciální části recovery se může významnou mírou podílet na prodloužení (zpomalení) kinetiky VO₂rec.

Fáze exponenciálního poklesu VO₂ v recovery

Až po ukončení úseku plató začíná strmý pokles VO₂rec, který má exponenciální charakter (na grafu 2 jsou tyto body označeny kosočtverci). Exponenciální pokles VO₂rec může začít u zdravých osob krátce po ukončení hlavní zátěže (iniciální fáze plató je 0–20 s), ale u nemocných může začínat až po 30–60 s trvajícím plató VO₂.

Exponenciální část křivky na grafu 2 zobrazuje graf 3.

Na grafu 3 je trendová křivka datových bodů VO₂rec označena černou barvou. Má exponenciální charakter a je dobrá shoda mezi datovými body a křivkou (datové body leží na trendové křivce). Mírou shody je koeficient spolehlivosti R², který by měl být pro tento účel > 0,97 (na grafu 3 je R² = 0,985).

K hodnocení fáze exponenciálního poklesu VO₂rec je potřebná vypočítaná rovnice exponenciální funkce a zobrazení jejího grafu (graf 3). Doba úseku pro konstrukci a hodnocení exponenciální trendové křivky by měla být optimálně 120 s, protože po 120 s od začátku tohoto úseku již trendová křivka průběhu VO₂rec nemusí mít nadále exponenciální charakter, ale spíše polynomický, jak ukazuje graf 2. Příslušné body po ukončení exponenciální části křivky jsou v grafu 2 označeny šedými čtverci a zkratkou poExp VO₂rec. Pro ně již neplatí pravidla platná pro exponenciální funkci, resp. křivku.

Podle exponenciální křivky a její regresní rovnice se hodnotí strmost poklesu VO₂rec v tomto úseku. Mírou strmosti poklesu VO₂ je časová konstanta (time constant) monoexponenciální křivky VO₂ recovery. Časová konstanta je obvykle označována jako TC VO₂ [4], ale v písemnictví jsou uváděny i jiné zkratky např. T (VO₂) [5], EPOCτ (excess post-exercise oxygen consumption – time constant) [6], tRec (time constant of recovery) [7], tRec VO₂ (time constant of decay of VO₂) [8]. Časová konstanta (TC VO₂) charakterizuje strmost poklesu příjmu kyslíku v recovery a je jednou z metod k hodnocení kinetiky VO₂ v recovery.

TC VO₂ se vypočítá ze zlomku 1/hodnota exponentu. Na grafu 3 je TC VO₂ = 1/0,00836 = 120 (s). Znaménko minus před exponentem znamená, že funkce je klesající.

Exponenciální křivku charakterizují dva důležité parametry (body). Horní bod (na grafu 3 je 2 344 ml/min) odpovídá místu, kde se exponenciální křivka dotýká osy y (tj. hodnota blížící se VO_2peak), tedy odkud začíná křivka klesat. Druhým parametrem je časová konstanta TC VO₂, která určuje čas, za který poklesne VO₂ na 63 % asymptoty neboli na 37 % VO_2peak (na grafu 3 je TC VO₂ 120 s). Hranice normy TC VO₂ se v různých studiích liší; jako horní mez se uvádí 120–140 s. Pavia [8] uvádí ve své studii v kontrolní skupině zdravých osob časovou konstantu 90 ± 27 s. Obecně platí, že čím je TC VO₂ delší, tím je pokles méně strmý a kinetika VO₂rec je pomalejší, tedy horší.

Konstrukce exponenciální křivky a výpočet TC VO₂ ale není standardní součástí softwarového vybavení spiroergometrie. Vyžaduje export dat ze softwaru počítače řídícího spiroergometrii a následný import do editoru MS Excel nebo jiného speciálního programu, v němž se vytvoří graf, vypočítá rovnice exponenciální funkce a koeficient spolehlivosti R² k posouzení míry shody datových bodů a trendové křivky. Celý proces může být i pro zkušeného uživatele s dobrým softwarovým vybavením časově náročný. Takže z praktického hlediska bude vyhrazen zejména pro pracoviště cíleně se zabývající problematikou VO₂ recovery. Pro rutinní spiro­ergometrické vyšetření není výpočet TC VO₂ nezbytně nutný, pro posouzení kinetiky VO₂rec stačí dva další parametry uvedené níže.

Kinetiku VO₂rec v časné fázi i ve fázi exponenciálního poklesu lze hodnotit dalšími 2 metodami, k jejichž výpočtu stačí protokol spiroergometrického vyšetření (není třeba konstrukce exponenciální křivky):

1. Pokles VO₂ v recovery za 2 minuty vyjádřený v ml/min (VO₂-REC₂) nebo lépe v procentech (%VO₂-REC₂)

Pro výpočet VO₂-REC₂ se v protokolu spiroergometrického vyšetření zjistí hodnota VO_2peak a aktuální hodnota VO₂ na konci 2. minuty recovery. Jejich diference ukazuje o kolik ml/min klesla hodnota příjmu kyslíku z peak hodnoty VO₂ za 2 min a vypočítá se podle vzorce:

VO₂-REC₂ (ml/min) = VO_2peak – VO₂ v 2. minutě recovery

Prognosticky nepříznivý pro pacienty s chronickým srdečním selháním (dále CHSS) je podle Queiróse [9] pokles VO₂ (difVO₂) ve 2. minutě zotavení o méně než 8 ml/min/kg. Názornější a lepší formou, než absolutní hodnota VO₂-REC₂, je procentuální vyjádření poklesu příjmu kyslíku v recovery za 2 min vzhledem k VO_2peak (%VO₂-REC₂), které se určí podle vzorce:

%VO₂-REC₂ = (VO₂-REC₂/VO_2peak) × 100

Ukazuje, o kolik procent klesla hodnota příjmu kyslíku z VO_2peak za 2 min [10]. Při normálním průběhu VO₂rec by měl příjem kyslíku poklesnout za 2 min z VO_2peak minimálně o 50 %. Pokud je pokles příjmu kyslíku za 2 min < 30 % z VO_2peak, jedná se o závažnou poruchu kinetiky VO₂rec se špatnou prognózou u pacientů s pokročilým CHSS. Pokles VO₂rec tohoto stupně má dokonce větší prognostickou významnost než pokles VO_2peak ≤ 12 ml/min/kg [10].

2. Poločas VO₂rec (T1/2 VO₂rec)

Nejčastěji je označován zkratkou T1/2 VO₂ [11,12], ale v písemnictví se objevují i jiné zkratky – např. 1/2pVO₂ [7] nebo t_1/2 [13]. Poločas T1/2 VO₂rec je čas vyjádřený v sekundách, který je třeba k poklesu VO₂ na 50 % z VO_2peak. Pro jeho stanovení je nutná znalost hodnoty VO_2peak a dostupnost všech 21 hodnot VO₂rec za dobu prvních 210 sekund zotavení. Zjistí se, za jakou dobu klesne VO₂rec na hodnotu odpovídající 50 % VO_2peak. Normální čas poklesu VO₂ na 50 % VO_2peak by měl být 110-115 (až 120) s. Prodloužený T1/2 VO₂rec svědčí o abnormálním transportu a/nebo využití kyslíku. Zdánlivou limitací by mohlo být, že u výrazně patologicky prodloužené kinetiky je poločas velmi dlouhý, může přesahovat délku 3, nebo dokonce i 5 min, tj. délku obvyklé registrace VO₂ recovery [10]; ovšem pokud VO₂ recovery neklesne během 3,5 minut (= 210 s) na 50 % VO_2peak, potom jde již stejně o nejhorší klasifikační třídu D (T1/2 VO₂rec > 200 s).

Klasifikace kinetiky VO₂ v zotavovací fázi spiroergometrického vyšetření

V dostupné literatuře jsme nenašli klasifikaci, která by jednoduchým způsobem charakterizovala kinetiku VO₂rec. V několika studiích jsou sice uváděny průměrné hodnoty T1/2 VO₂rec a TC VO₂ u skupin pacientů s ChSS, ale hodnoty se dosti významně liší a skupiny jsou obtížně srovnatelné.

Námi navržená a používaná klasifikace je založena na kombinaci 3 nejčastěji užívaných metod posuzování kinetiky VO₂rec, a to %VO₂-REC₂, T1/2 VO₂rec a TC VO₂. Kritéria jednotlivých tříd jsou uvedena v tab 1. Za základní metodu považujeme %VO₂-REC₂, protože má prokázaný prognostický význam a lze ho stanovit i při registraci recovery trvající relativně krátkou dobu (nejméně 2 min). Fortin [10] ukázal, že pokles VO₂ na konci 2. min recovery o méně než 30 % z VO_2peak je nezávislým ukazatelem morbidity a mortality u pacientů s pokročilou formou ChSS. Touto hodnotou je charakterizována naše klasifikační třída D. Na druhé straně pokles VO₂ více než o 50 % z VO_2peak na konci 2. min recovery odpovídá normální kinetice VO₂rec (naše klasifikační třída A).

K ověření použitelnosti této navržené klasifikace jsme provedli podrobnou analýzu kinetiky VO₂rec u 69 spiroergometrických vyšetření provedených na našem pracovišti. Z toho bylo 11 vyšetření zdravých sportovců sloužících jako kontrolní skupina pro stanovení třídy A a 58 vyšetření kardiologických pacientů v období od dubna do listopadu roku 2016. Byli to pacienti zařazení do ambulantního programu kardiovaskulární rehabilitace, který na našem pracovišti probíhá již 18 let [14].

Všichni vyšetřovaní absolvovali rampový spiroergometrický test na bicyklovém ergometru (Ergoselect, Ergoline) s analyzátorem krevních plynů (Power Cube, Ganshorn Medizin Electronic) a se záznamem 12svodoveho EKG (AT-104 PC, Schiller). Spiroergometrický test byl proveden do symptomy limitovaného maxima rampovým protokolem s takovou strmostí vzestupu zátěže, aby byl zátěžový test ukončen po 8 až 12 min. Po ukončení zátěžové fáze spiroergometrického vyšetření pokračovala zotavovací fáze trvající průměrně 3,5 min s nepřerušenou registrací respiračních parametrů. U velmi výkonných sportovců byla preferována aktivní recovery s nízkou zátěží (10 % z maximální zátěže), u pacientů pasivní recovery (loadless pedaling při zátěži 0 W).

Výstupní data ze spiroergometrie byla prezentována v 10sekundových intervalech umožňujících dostatečně detailní zobrazení průběhu recovery (delší intervaly – např. 30 s – jsou nevhodné pro správnou a dostatečně detailní analýzu).

Po ukončení zátěžové fáze testu, kromě obvyklého způsobu vyhodnocení, byla provedena navíc podrobná analýza kinetiky VO₂rec všemi 3 výše popsanými metodami. Výpočet %VO₂-REC₂ a T1/2 VO₂rec byl proveden z datové tabulky. Pro hodnocení TC VO₂ byla data exportována do editoru MS Excel (verze 2016), provedena konstrukce grafu průběhu VO₂rec, výpočet regresních rovnic, koeficientu spolehlivosti R² a kalkulace TC VO₂. Na základě dosažených hodnot byla dle kritérií uvedených v tab. 1 provedena klasifikace kinetiky VO₂rec pro každou metodu samostatně.

Do závěrečného hodnocení byla zahrnuta jen spiroergometrická vyšetření ukončená s dostatečným metabolickým vytížením (poměr respirační výměny RER_peak ≥ 1,10). Vyloučeno bylo 14 vyšetření, u kterých byl test ukončen při neúplném metabolickém vytížení (RER_peak < 1,10). V této skupině byly klasifikační třídy VO₂rec určené při submaximální zátěži zastoupeny následovně: třída A byla 7krát, třída B 4krát, C 1krát, D 2krát. Jediným důvodem vyřazení těchto 14 testů ze statistického zpracování bylo, aby předčasně ukončené zátěžové testy nezkreslily dosaženou hodnotu VO_2peak, a tím procento z referenční hodnoty VO_2max v jednotlivých třídách. Určené klasifikační třídy VO₂rec jsou totiž platné i při submaximální zátěži, protože kinetika VO₂rec u submaximálních testů (RER_peak 1,00–1,09) je srovnatelná s kinetikou VO₂rec testů s maximálním metabolickým vytížením [10].

Tab. 2 ukazuje, že se vzrůstající tíží poruchy kinetiky VO₂rec (posuzované dle klasifikačních tříd) klesá maximální aerobní kapacita (dosažené % predikované VO_2max dle Wassermana) [15]. Prodlužuje se délka plató VO₂ v časné fázi recovery (třída A má délku plató 0–20 s oproti 30–60 s plató u třídy C a D). Zhoršení kinetiky VO₂ v recovery se projeví zpomaleným poklesem VO₂rec za 2 min, tj. snižováním %VO₂-REC₂ a prodlužováním T1/2 VO₂rec i TC VO₂.

Při hodnocení kinetiky VO₂rec podle všech 3 uvedených metod jsme také sledovali, zda bude u konkrétního pacienta shoda jednotlivých klasifikačních tříd (např. B–B–B).

Z 55 hodnocených spiroergometrických testů byla úplná shoda všech 3 klasifikačních tříd ve 47 případech (85 %). Ve zbývajících 8 případech byla shoda 2 klasifikačních tříd, 3. třída odpovídala sousedící třídě (např. A–A–B) – v těchto případech byla celková klasifikace u daného pacienta určena dle většinového pravidla. Nikdy se nestalo, že by se klasifikační třídy lišily o 2 stupně (např. A–A–C). Z 55 vyšetření byla v 53 případech (96 %) výsledná klasifikace shodná s klasifikací dle metody %VO₂-REC₂.

Která metoda hodnocení VO₂rec je tedy nejlepší?

1. Metoda %VO₂-REC₂ poskytuje dobrý obraz kinetiky VO₂ v recovery a pro běžnou praxi je vhodná jako základní metoda k hodnocení míry poklesu VO₂ v recovery. Hodnota %VO₂-REC₂ sice není přímo uvedena v protokolu spiroergometrického vyšetření, lze ji však snadno vypočítat. K výpočtu stačí najít v protokolu spiroergometrického vyšetření pouze 2 hodnoty, a to VO_2peak a aktuální hodnotu VO₂ ve 2. minutě zotavení. Diference těchto 2 hodnot je vyjádřením VO₂-REC₂ v absolutní hodnotě (ml/min), z které se pak určí poměr diference k VO_2peak, a tím %VO₂-REC₂. Metoda %VO₂-REC₂ má navíc prognostický význam u pacientů s pokročilým CHSS, u kterých by měla být standardně použita.
2. Metoda stanovení poločasu T1/2 VO₂rec vyžaduje dostupnost všech hodnot VO₂ za dobu prvních 210 sekund zotavení. Zdánlivou limitací této metody by mohlo být, že u výrazně patologicky prodloužené kinetiky je poločas velmi dlouhý, může přesahovat délku obvyklé registrace VO₂ recovery. Ovšem pokud VO₂ recovery neklesne během 3,5 minut (210 s) na 50 % VO_2peak, potom se jedná již stejně o nejhorší klasifikační třídu D, u které je T1/2 VO₂rec > 200 s. Proto minimální 3,5minutová doba registrace zotavovací fáze umožní určení klasifikační třídy i metodou stanovení poločasu T1/2 VO₂.
3. Metoda stanovení TC VO₂ je obtížnější, pro rutinní použití méně vhodná.

K posouzení kinetiky VO₂rec není potřeba dosažení maximálního metabolického vytížení při spiroergometrickém vyšetření. Kinetika VO₂rec u submaximálních testů (RER_peak < 1,10) je srovnatelná s kinetikou VO₂rec testů s maximálním metabolickým vytížením, což umožňuje vyhodnotit VO₂rec i u pacientů s předčasně ukončeným zátěžovým testem [10].

Závěr

V dostupné literatuře jsme nenašli klasifikaci, která by jednoduchým způsobem charakterizovala kinetiku VO₂rec. Námi navržená a používaná klasifikace je založena na 3 nejčastěji užívaných parametrech kinetiky VO₂rec, a to %VO₂-REC₂, T1/2 VO₂rec a TC VO₂. Při rutinním vyšetření považujeme za základní metodu %VO₂-REC₂, protože má prokázaný prognostický význam a je stanovitelná jednoduchým výpočtem při alespoň 2minutové (lépe však 3minutové) registraci VO₂rec. Druhou, doplňující metodou je T1/2 VO₂rec. Komplikovanější stanovení TC VO₂ lze zvážit v případě, kdy se klasifikace VO₂rec podle uvedených dvou metod liší a zejména při závažnějším zhoršení kinetiky VO₂rec, při zvýšeném VE/VCO₂ slope nebo oscilující ventilaci při zátěži (EOV). Je-li pacientovi indikováno spiroergometrické vyšetření z důvodu posouzení funkčního stavu včetně prognózy, pak by nedílnou součástí spiroergometrického protokolu měla být zotavovací fáze s analýzou vydechovaných plynů.

Mgr. Leona Mífková, Ph.D.

leona.mifkova@fnusa.cz

Klinika tělovýchovného lékařství a rehabilitace LF MU a FN u sv. Anny v Brně

www.fnusa.cz

Doručeno do redakce 7. 12. 2016

Přijato po recenzi 20. 1. 2017