THE RESPIRATORY SYSTEM CONDITION UNDER OBESITY

Full Text

Распространенность ожирения увеличивается во всем мире с тревожащей быстротой. На 2010 г., по данным ВОЗ, ожирение отмечали более чем у 300 млн человек. Среди трудоспособного населения Российской Федерации [2] число лиц с избыточной массой тела и ожирением составляет соответственно 30 и 25%. В Европе этот показатель варьирует от 8% во Франции до 27—30% в Германии и Чехии. В США он составляет 25% среди белого населения, 22—38% среди латиноамериканского населения и до 40% среди афро-американского населения. Кроме того, в США распространенность ожирения среди детей до 14 лет за последние 30 лет увеличилась вдвое — с 15 до 32%. Состояние респираторной системы при ожирении является одним из важных компонентов в плане определения и прогнозирования соматического здоровья, физического статуса, а также возможных ограничений тех или иных видов двигательной активности (Карапетян И. Р. и соавт., 2000). Известно, что патологию органов дыхания имеют около 35% пациентов с ожирением [8]. Лица с избыточной массой тела часто жалуются на одышку при физической нагрузке, механизм ее еще не до конца выяснен. Изменения функциональных показателей респираторной системы нередко проявляются раньше клинических симптомов. В связи с этим изучение функциональных показателей системы дыхания может дать более полное представление о состоянии человека в данный момент и позволит точнее и быстрее внести нужные коррективы в процесс лечения. Описаны следующие типы дыхательных расстройств при ожирении: снижение бронхиальной проходимости, вплоть до развития бронхиальной астмы [23], синдром обструктивного апноэ во сне [19], дыхательная недостаточность [16]. Ожирение, по-видимому, нарушает функцию органов дыхания посредством нескольких механизмов. При ожирении повышается общая потребность организма в кислороде. Результаты исследований показывают, что у больных с ожирением потребление кислорода в покое на 25% выше, чем у пациентов с нормальной массой тела. Это связано с тем, что при ожирении в крови циркулирует большое количество свободных жирных кислот (СЖК), которые образуются в результате гидролиза триглицеридов, содержащихся в жировой ткани. СЖК метаболизируются за счет β-окисления в митохондриях. При избыточном поступлении СЖК в плазму процесс окисления усиливается. Окисление 1 моля СЖК требует большего количества кислорода, чем окисление 1 моля глюкозы, в связи с чем при избыточной массе формируется потребность в высокой вентиляции легких как для обеспечения организма кислородом, так и для выведения углекислого газа. Нельзя исключить также и прямое влияние ожирения на физиологию дыхания. Это обусловлено увеличением массы и снижением податливости стенок грудной клетки при отложении жира вокруг ребер, а также связанным с этим затруднением в увеличении объема грудной клетки на вдохе. Одновременно с нарушением податливости грудной клетки снижается эластичность легочной ткани за счет увеличения кровенаполнения сосудов легких. При избыточном отложении жира в брюшной полости развивается дисфункция диафрагмы, которая заключается в диспропорции соотношения длина/напряжение мышечных волокон вследствие их перерастяжения, что ограничивает экскурсию диафрагмы [20]. При ожирении снижаются легочные объемы, особенно резервный объем (РО) выдоха и функциональная резервная емкость, которые игртают важную роль в поддержании проходимости дистальных дыхательных путей. При значительном снижении РО выдоха наблюдается коллапс альвеол и развитие микроателектазов. Таким образом, при ожирении сочетаются два варианта нарушений функции внешнего дыхания (ФВД) — это и рестрикция (уменьшение легочных объемов), и обструкция (сужение дистальных дыхательных путей). Для преодоления ригидности грудной клетки и сопротивления дыхательных путей затрачивается дополнительная энергия, возрастает работа дыхания, развивается утомление и слабость дыхательной мускулатуры. Это создает дисбаланс между требованиями к дыхательной мускулатуре и ее производительностью, что приводит к ощущению одышки. Цена дыхания — это доля кислорода, затраченного на работу дыхания. В норме она составляет менее 3% от всего поглощенного организмом кислорода, а при ожирении может достигать 15%. Таким образом, значительная часть полученного организмом кислорода не участвует в обмене веществ, а расходуется на получение кислорода из внешней среды [13]. При ожирении наблюдается нарушение газового состава крови, степень тяжести этих нарушений пропорциональна индексу массы тела (ИМТ). Примерно у 30% пациентов с ожирением отмечена гипоксемия за счет нарушения вентиляционно-перфузионных соотношений. При сосуществовании повышенного кровенаполнения легких и микроателектазов часть альвеол снабжается кровью, но не вентилируется. Следовательно, оттекающая от них кровь не насыщается кислородом, из нее не вымывается углекислый газ. Как правило, это легкая степень гипоксе-мии, которая становится клинически значимой при низких легочных объемах [3]. Другой механизм нарушения газообмена при ожирении — это альвеолярная гиповентиляция с гиперкапнией (чрезмерным накоплением углекислого газа), которая встречается у 10% больных с ожирением. По сравнению с неосложненным ожирением у таких больных в большей степени снижены податливость грудной стенки и эластичность легких, имеет место тяжелое поражение вентиляционной функции легких со снижением жизненной емкости легких (ЖЕЛ) и общей, угнетена регуляция дыхания [4]. Одышка при физической нагрузке — частый симптом, который встречается у 80% больных с ожирением. Одышка обусловлена как влиянием собственно ожирения на ФВД, так и связанными с ним сопутствующими состояниями — диастолической и систолической дисфункцией сердца, ишемической болезнью сердца, легочной гипертензией. При ожирении происходит нарушение вентиляционной функции легких, как указано выше, возрастает работа дыхания, развивается утомление дыхательной мускулатуры, повышается продукция углекислого газа, возникает гипоксемия. При обследовании больного с избыточной массой тела у врача возникают трудности с распознаванием истинной причины одышки. Например, такие больные часто жалуются на ночные приступы удушья, и задача врача — разобраться, является ли это симптомом бронхиальной астмы (БА), синдромом обструктивного апноэ-гипопноэ сна (СОАГС) или связано с патофизиологией ожирения. В горизонтальном положении возникает прямое давление высокой массы грудной клетки на легочную ткань, увеличивается давление со стороны брюшной полости, растяжение мышечных волокон диафрагмы, ее смещение в сторону грудной клетки и снижение экскурсии. В такие моменты сильно снижается РО выдоха, спадаются мелкие дыхательные пути и формируются микроателектазы, увеличивается дисбаланс вентиляционно-перфузионных соотношений и развивается гипоксия. Одышка при ожирении может сопровождаться свистящим дыханием и должна внимательно оцениваться, чтобы избежать гипердиагностики астмы, ненужной терапии и не пропустить ее альтернативную причину. При изучении функции легких у больных ожирением в основном уделялось внимание таким показателям, как ОФВ1, ФЖЕЛ и соотношению ОФВ1/ФЖЕЛ. Самым существенным из этих показателей принято считать ОФВ1, поскольку было показано, что его снижение является фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний, инсультов, рака легкого и общей смертности [9]. Считается, что значение ОФВ1 может являться предиктором 5-летней выживаемости у пожилых лиц с ожирением. Так, при ОФВ1 более 500 мл риск смертности минимален [10]. В работе D. Jensen и соавт. [11] оценена корреляционная связь показателей внешнего дыхания у лиц с ожирением и ИМТ. Было выявлено, что с увеличением ИМТ нарастает выраженность одышки и уменьшаются ОФВ1, ЖЕЛ, РО вдоха, нарастает парциальное давление Co2 в артериальной крови, причем корреляция между выраженностью одышки и показателями внешнего дыхания более тесная при ИМТ менее 49, чем при индексе свыше 49. В то же время другие авторы считают, что даже у пациентов с выраженным ожирением могут регистрироваться нормальные спирометрические показатели [12, 21] и лишь при значительном избытке массы тела, когда ИМТ превышает, могут быть выявлены вентиляционные нарушения: снижение ОФВ1 и ФЖЕЛ при нормальном их соотношении [17]. При выраженном ожирении (ИМТ от 42 до 60) характерно усиление одышки и затруднение выдоха (снижение РО выдоха) в положении лежа по сравнению с положением сидя, что является причиной ортопноэ у таких пациентов [7]. Однако снижение скоростных показателей и отношения ОФВ1/ФЖЕЛ для таких пациентов не характерно [18]. Иной точки зрения придерживаются J. Bua и соавт. [5], которые утверждают, что уже при небольшом избытке массы ИМТ равен или больше 25 можно заметить отрицательную связь между величиной ИМТ и показателями вентиляции (ОФВ1 и ФЖЕЛ). В последнее время все чаще появляются публикации, в которых основополагающая роль в развитии вентиляционных нарушений приписывается не столько факту наличия избыточной массы тела, сколько характеру распределения жировых масс [14, 25]. Оказалось, что абдоминальное ожирение, ранее известное как фактор риска метаболических и сердечно-сосудистых нарушений, может также рассматриваться как независимый фактор ухудшения вентиляционной функции легких. В качестве показателей распределения жировых масс используют: окруж- -0,2 -0,4 -0,6 -0,8- -L -0,54 -L -0,62 -L -L J -0,55 -0,48 -0,68 Рис. 1. Корреляция между ИМТ и показателями ФВД в основной группе у мужчин. ность талии, отношение окружности талии к окружности бедер (индекс т/б), а также сагиттальный размер живота. С увеличением этих показателей у пациентов отмечается снижение вентиляционных показателей (ОФВ1 и ФЖЕЛ), которое более выражено у мужчин, чем у женщин. Однако прогностическая ценность показателя окружность талии резко снижается при значениях ИМТ свыше 35 [1]. Еще одним фактором, влияющим на вентиляционные показатели, является дефицит физической активности, часто сопутствующий ожирению. Было выявлено, что при низкой физической активности показатель ОФВ1 снижается, тогда как высокая физическая активность может улучшать вентиляционную функцию (приводит к увеличению ОФВ1). Большинство авторов указывают на улучшение вентиляционных показателей (как скоростных, так и объемных) при редукции массы тела [6]. В рандомизированном открытом исследовании с продолжительностью наблюдения один год (клиническая база — амбулаторная клиника, Хельсинки, Финляндия) была показана положительная динамика показателей ОФВ1 и ФЖЕЛ у больных БА при снижении массы тела, что сопровождалось урежением приступов удушья и уменьшением выраженности одышки. При сопоставлении характера вентиляционных нарушений при ожирении с изменениями кровотока в легких (выявляемых реографически) показана их отчетливая связь. Установлена достоверная зависимость между степенью снижения ЖЕЛ, ФЖЕЛ и отношением ОФВ1/ЖЕЛ и снижением легочного кровотока. Вероятно, это может быть связано с механической компрессией легких [22]. При легкой степени ожирения показатели спирометрии, как правило, не отличаются от нормы. По мере прогрессирования заболевания и формирования поверхностного частого дыхания пациенты зачастую плохо выполняют дыхательные маневры, требующие значительных усилий, что может симулировать некоторые расстройства при анализе данных спирометрии, например снижение емкости вдоха и ЖЕЛ, если пациент не потрудится сделать максимально глубокий вдох или выдох. При значи- Рис. 2. Корреляция между объемом талии и показателями ФВД в основной группе у мужчин и женщин. ЖЕЛ ОФВ1 ФЖЕЛ ПОС СОС25 МОС75 МОС50 МОС25 о -4—-1 I I-„■■■. I I-I „„„„„ I-I -0,1 --0,2-0,3 --0,4-0,5-0,6-0,7 - -0,51 -0,32 -0,62 -0,39 -0,33 -0,59 -0,46 -0,39 -0,54 -0,35 -0,65 Мужчины Женщины о --0,1 --0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8- Рис. ОФВ1 ПОС СОС25-75 МОС75 J_I ............ I ......I ............. I -0,31 -0,4 -0,51 -0,49 Мужчины -0,51 Женщины -0,56 -0,75 3. Корреляция между индексом т/б и показателями ФВД в основной группе у мужчин и женщин. тельном ожирении снижены ОФВ1 и ФЖЕЛ при сохраненном соотношении ОФВ1/ФЖЕЛ. Важно правильно интерпретировать снижение ОФВ1 — интегрального показателя ограничения экспираторного потока в бронхах. При ожирении он может снижаться за счет коллапса мелких дыхательных путей из-за описанного выше падения РО выдоха при интактных бронхах, а не по причине БА или хронической обструк-тивной болезни легких (ХОБЛ). Согласно международным соглашениям, соотношение ОФВ1/ФЖЕЛ менее 0,7 после приема бронходилататора подтверждает наличие не полностью обратимой обструкции дыхательных путей, что важно в диагностике ХОБЛ. При ожирении соотношение ОФВ1/ФЖЕЛ может оставаться нормальным даже при сопутствующей ХОБЛ за счет снижения ЖЕЛ. При сомнительных данных спирометрии для правильной интерпретации потребуются дополнительные методы исследования. Бодиплетизмография позволяет объективно оценить легочные объемы и емкости, верифицировать рестриктивные расстройства. Рестрикция, ассоциированная с ожирением, как правило, выражена в легкой степени и связана с механическим воздействием жировой ткани на грудную стенку и диафрагму. При тяжелом ожирении общая емкость легких снижается ниже 85% от должных величин и рестрикция становится клинически значимой. Рестриктивные нарушения при ожирении представлены уменьшением РО выдоха, функциональной остаточной емкости (ФОЕ), общей емкости легких. При сохраненном остаточном объеме снижение ФОЕ происходит главным образом за счет падения РО. Для верификации таких нарушений ФВД, как изменение сопротивления дыхательных путей, нарушение 145,0 160 -, 140 - 120 - g 100 g 80- Тал О) 0 1 40- 20 - 0 - 104 ю "ь" аз 0,90 1,215 - И ' 1,015 Mt - И і I P=0,03 р=0,05 Здесь и на рис. 6: ЩИ Нормальные показатели ФВД Наличие вентиляционных нарушений Рис. 5. Сравнение окружности талии (а) и индекса т/б (б) у больных с нормальными и сниженными показателями ФВД в основной группе у мужчин. -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1,0 -0,72 -0,67 -0,67 Талия -0,81 Индекс т/б -0,79 Рис. 4. Корреляция между объемом талии и индексом т/б и показателями ФВД в основной группе у мужчин с III степенью ожирения. эластичности органов дыхания, применяется методика импульсной осциллометрии, не требующей выполнения сложных маневров пациентом, а результаты зависят от взаимодействия с ним. Диффузионная способность легких, измеренная по диффузии оксида углерода (DLCo), при ожирении иногда повышена за счет вентиляционно-перфузионных диспропорций — увеличения легочного кровотока и DLCo оказывается выше должных величин. Снижение DLCo ниже должных величин при ожирении — признак утраты капиллярного русла из-за ателектазов. Начиная с 80-х годов ХХ века обсуждается влияние липоматоза средостения, наблюдающегося на фоне ожирения, и не исключена его роль как фактора компрессионного воздействия на трахею и бронхи. Важная роль в диагностике этих состояний отводится компьютерной томографии: именно в связи с развитием этой методики стала возможной более точная дифференциация тесно расположенных структур и реально говорить о липоматозе средостения и его влиянии на окружающие органы. Отмечается, что значительное и распространенное отложение жировой ткани по ходу верхних дыхательных путей приводит к смещению и сдавлению структур средостения, что клинически может проявляться обструктивными изменениями [24]. Пациенты с дыхательными нарушениями вследствие ожирения, в свою очередь, характеризуются повышенным риском возникновения аритмий, артериальной гипертонии, легочной гипертензии (от 15 до 20% пациентов), сердечной недостаточности, инфаркта миокарда и общей смертности [15]. Таким образом, данные литературы о характере вентиляционных нарушений при ожирении противоречивы. Целью настоящей работы явилось изучение состояния респираторной системы у лиц с ожирением различной степени. 120 115 110 105 100 95 90 117,0 ■ И " 101,2 и - 1 I I 1,07 р=0,026 р=0,01 Рис. 6. Сравнение окружности талии (а) и индекса т/б (б) у больных с нормальными и сниженными показателями ФВД в основной группе у женщин. В основной группе (ОГ) обследовано 88 некурящих пациентов в возрасте от 21 года до 62 лет (26 мужчин и 62 женщины) с I (24 человека), II (21 человек) и III (43 человека) степенью ожирения без заболеваний органов дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Контрольную группу (КГ) составили 20 (13 женщин и 7 мужчин) некурящих в возрасте от 20 до 65 лет также без патологии органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Всем пациентам проводилось исследование ФВД и электронейромиография (ЭНМГ) диафрагмы и межребер-ных мышц. В результате анализа данных были получены следующие результаты. У 48% пациентов ОГ имеются нарушения вентиляционной функции легких: у 22% обструктивного характера, у 10% рестриктивного и у 16% смешанного. В среднем в ОГ вентиляционные показатели были в пределах нормы, но все показатели ниже, чем в КГ. Показатели ФВД у мужчин в ОГ были значительно ниже, чем у женщин. Наиболее значительные изменения показателей отмечаются у мужчин (в среднем объемные показатели умеренно снижены по сравнению с нормой), причем ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1, ПОС и MOC25 достоверно ниже, чем у мужчин в КГ. У женщин в ОГ в отличие от мужчин не выявлено достоверной зависимости между ИМТ и вентиляционными показателями, что может говорить о влиянии пола на параметры ФВД. В ОГ получены умеренные и средние отрицательные связи между ИМТ, ЖЕЛ и ФЖЕЛ, а также талией и индексом т/б и всеми вентиляционными показателями. У мужчин наибольшая обратная связь ИМТ отмечена с ОФВ1 и ФЖЕЛ, что говорит о влиянии степени ожирения на изменения показателей ФВД (p = 0,04; рис. 1). Показатели ФВД наиболее тесно связаны с объемом талии и индексом т/б, причем корреляция у мужчин существенно выше, чем у женщин, что может свидетельствовать о влиянии типа ожирения на изменения ФВД (рис. 2, 3). При этом у мужчин, страдающих III степенью ожирения, выявлена сильная корреляция между объемом талии, ФЖЕЛ и MOC50, а также между индексом т/б, ОФВ1 и COC25, что свидетельствует о большем влиянии именно абдоминального типа ожирения на показатели ФВД (рис. 4). В ОГ как у мужчин (p = 0,05, рис. 5, а; p = 0,03, рис. 5, б), так и у женщин (p = 0,026, рис. 6, а; p = 0,01, рис. 6, б) выявлена достоверная зависимость между увеличением объема талии и индекса т/б и наличием измененных показателей ФВД. Чем больше объем талии и индекс т/б, тем больше процент вентиляционных нарушений. C целью исследования сократительной способности диафрагмы и межреберных мышц была проведена ЭНМГ дыхательной мускулатуры. Обследовано 8 пациентов. Полученные результаты показали, что амплитудные параметры диафрагмы у больных, страдающих ожирением, снижены, а длительность ответов и площадь увеличены также во всех случаях, скорость распространения возбуждения по моторным волокнам диафрагмального нерва в пределах нормальных значений. Таким образом, данных о демиелинизации не выявлено. Амплитудные показатели биоэлектрической активности межреберных мышц также снижены и не превышают 30 мкВ. Для исключения нарушения проведения на уровне шейного отдела позвоночника исследовали срединный и локтевой нервы. Выявлено, что проведение импульса по ним не нарушено и параметры М-ответов в пределах нормы. Эти изменения свидетельствуют о нарушении иннервации на уровне самой диафрагмы, возможно, из-за уменьшения аксональных связей при развитии гипокси-ческой нейропатии. Для уточнения причин нарушения сократительной функции дыхательной мускулатуры проводилось гистологическое исследование секционного материала диафрагмы и межреберных мышц у 4 мужчин и 6 женщин в возрасте 45—60 лет, страдающих III степенью ожирения. Обнаружено, что в мышечных волокнах (симпластах) наблюдается частичная деструкция и разволокнение миофи-брилл, исчезновение поперечной исчерченности, лизис и отсутствие ядер. Отмечается замена деструктивных волокон крупными жировыми клетками, особенно в области сосудов микроциркуляторного русла в соединительной ткани, где формируются островки жировой ткани, прослаивающие мышечные волокна. Эти изменения в мышечной ткани возникают, как известно, под действием гипоксии, нарушения микроциркуляции и повышенной проницаемости сосудистой стенки. Итак, проведенное исследование показало, что ожирение является одним из значимых факторов снижения вентиляционной функции легких. Наиболее выраженные изменения отмечаются при III степени ожирения. Достоверно снижены показатели ФВД (ЖЕЛ, ОФВ1, ПОС и MOC50). Степень нарушения вентиляционных показателей определяется типом ожирения, причем наиболее значимые изменения показателей наблюдались при абдоминальном типе у мужчин. Морфологические изменения диафрагмы и межреберной мускулатуры в виде исчезновения поперечной исчерченности, истончения деструкции отдельных волокон, замещения разрушенной ткани жировыми клетками с формированием прослойки жировой ткани приводят к нарушению сократительной функции диафрагмы и нарушению ФВД. Снижение вентиляционной функции легких при ожирении, кроме того, определяется и нарушением иннервации диафрагмы, обусловленным хронической гипок-сической нейропатией N. phrenicus.

About the authors

V. S Pshennova

The N.I. Pirogov Russian research medical university of Minzdravsocrazvitiya of Russia

Email: terapia-mbf@mail.ru

I. S Yejova

The N.I. Pirogov Russian research medical university of Minzdravsocrazvitiya of Russia

Beck M. Khir

The central clinical hospital of Russian academy of sciences

O. V Aleksandrov

The N.I. Pirogov Russian research medical university of Minzdravsocrazvitiya of Russia

References

Supplementary files