Ожирение представляет собой хроническое гетерогенное полиэтиологическое заболевание, связанное с рядом генетических и неврологических факторов, стилем жизни и пищевого поведения, изменением функции эндокринной системы, нарушением энергетического баланса. За несколько последних десятилетий распространенность ожирения резко увеличилась не только в развитых, но ив развивающихся странах. В настоящее время на нашей планете насчитывается около 1 млрд человек с ожирением. В связи с этим ожирение было признано Всемирной организацией здравоохранения новой неинфекционной эпидемией нашего времени. Чаще всего избыточная масса тела встречается в США, Германии и Канаде; лидирующее положение занимают США - 34% взрослого населения в этой стране имеют избыточную массу тела и 27% -ожирение [1, 2]. Результаты выборочных исследований, проведенных в России, свидетельствуют, что в настоящее время не менее 30% трудоспособного населения нашей страны имеют избыточную массу тела и 25% -ожирение [3]. Это заболевание является одной из значимых причин ранней инвалидизации и летальности больных трудоспособного возраста. Доказано, что смертность от любых причин достоверно увеличивается при индексе массы тела (ИМТ) выше 40 кг/м2 [4].
При ожирении описывают ряд характерных структурных изменений сердца - расширение границ сердца, увеличение массы и концентрическая гипертрофия миокарда левого желудочка (ЛЖ), гипертрофия и дилатация правого желудочка, дилатация предсердий [5, 6]. Эти изменения в ряде случаев предшествуют развитию хронической сердечной недостаточности с сохраненной систолической функцией ЛЖ, которую также называют диастолической сердечной недостаточностью (ДСН) [6, 7]. Присоединение ДСН вызывает у больных ожирением еще большее снижение толерантности к физической нагрузке, гиподинамию, задержку жидкости, нарушения метаболических процессов и в итоге приводит к прогрессированию самого ожирения [8].
Лечение пациентов с ожирением и вторичной ДСН должно быть направлено на коррекцию массы тела и клинических проявлений ДСН, а также на увеличение толерантности к физической нагрузке [9]. Диетотерапия таких больных должна основываться на оценке их потребностей в пищевых веществах и энергии с учетом выраженной гиподинамии [10, 11]. Оптимальные метаболические потребности больных ожирением и ДСН в пищевых веществах и энергии до настоящего времени не изучались, что и послужило мотивом для проведения настоящего исследования.
Цель исследования - изучить показатели метаболизма в покое и при физической нагрузке у пациентов с ожирением и вторичной ДСН для выявления оптимальных потребностей этих больных в пищевых веществах и энергии.
Материал и методы
В основу работы положено открытое проспективное моноцентровое наблюдательное исследование 222 больных ожирением на базе отделения сердечно-сосудистой патологии ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии".
Сопоставляли данные 4 групп больных: попарно сравнивали группы, различающиеся по наличию или отсутствию клинически выраженной ДСН, но имеющие одинаковую степень ожирения (2 группы больных с начальным ожирением I-II степени; еще 2 группы -с выраженным ожирением III степени).
На этапе включения в исследование с целью верификации диагноза пациентам проводили комплекс антропометрических измерений и вычисляли ИМТ; оценивали выраженность сердечной недостаточности по шкале оценки клинического статуса (ШОКС). Всем больным были проведены электрокардиография (ЭКГ), трансторакальная эхокардиография (ЭхоКГ), проба с 6-минутной ходьбой (6-МХ) и определяли содержание N-конце-вого предшественника мозгового натрийуретического пептида (NT-proBNP) в плазме крови иммунохемилюминесцентным методом на приборе Immulite 2000 ("Siemens Healthcare GmbH", Германия). Диагноз ожирения ставили исходя из значения ИМТ. Диагноз ДСН выставляли при сочетании клинических симптомов сердечной недостаточности, признаков диастолической дисфункции миокарда ЛЖ по данным ЭхоКГ и повышения уровня NT-proBNP в плазме крови, что отражено в табл. 1.
)
Критерии включения больных в исследование:
1. Для всех больных - ИМТ >30 кг/м2.
2. Для больных, включенных в группы с ДСН:
- наличие клинических признаков ДСН функционального класса по классификации New York Heart Association (одышка при физической нагрузке, результаты теста с 6-МХ менее 550 м, ортопноэ или сухой кашель в горизонтальном положении тела или застойные влажные хрипы в нижних отделах легких);
- нормальная систолическая функция ЛЖ по данным ЭхоКГ [фракция выброса ЛЖ (ФВ ЛЖ) более 52% для мужчин и более 54% для женщин, фракция укорочения более 29%];
- признаки диастолической дисфункции ЛЖ по I типу [отношение пиков Е/А трансмитрального кровотока <0,8, время изоволюмического расслабления (ВИВР) ЛЖ более 100 мс, время замедления раннего диастолического наполнения (ВЗЕ) более 200 мс, соотношение максимальных скоростей E трансмитрального кровотока и диастолического подъема основания ЛЖ в раннюю диастолу (E/e') тканевого допплеровского исследования <8] или по II типу (Е/А 0,8-1,5, ВИВР ЛЖ <80 мс, ВЗЕ <160-200 мс, E/e' 9-12);
- уровень NT-proBNP в сыворотке крови >400 пг/мл.
Нормальные показатели ЭхоКГ приведены по рекомендациям Американского общества эхокардиографистов (ASE) и Европейской ассоциации по сердечно-сосудистой визуализации (EACVI) (2015).
По результатам обследования пациенты были разделены на 4 группы:
1-я группа: ожирение степени (О - 60 пациентов с ожирением степени без ДСН;
2-я группа: ожирение степени + ДСН (О + ДСН) -49 пациентов с ожирением степени в сочетании с диастолической формой СН;
3-я группа: ожирение III степени (О III) - 60 пациентов с ожирением III степени без ДСН;
4-я группа: ожирение III степени + ДСН (О III + ДСН) -53 пациента с ожирением III степени в сочетании с диастолической формой СН.
У больных было изучено фактическое питание и физическая активность в домашних условиях, проведено исследование основного обмена, метаболометрический тест при дозированной физической нагрузке. По результатам исследования оценивали оптимальные границы потребностей больных в пищевых веществах и энергии.
Оценку фактического питания и физической активности в домашних условиях проводили методом анкетирования с использованием компьютерной программы "Анализ состояния питания человека" (версия 1.2 ГУ НИИ питания РАМН, 2003-2005). При этом оценивали калорийность и химический состав рациона питания, продолжительность и интенсивность нагрузок в течение дня методом частотного анализа; рассчитывали средневзвешенный коэффициент физической активности как отношение средневзвешенных энерготрат в течение суток к энерготратам основного обмена.
Исследование основного обмена методом непрямой респираторной калориметрии проводили с использованием метаболографа "Quark RMR Cart" ("COSMED", Италия) в сочетании с определением суточной экскреции белка уреазным методом на биохимическом анализаторе Konelab 60i ("Thermo Scientific", Финляндия). Определяли энерготраты основного обмена (ккал/сут) и скорости окисления основных макронутриентов (углеводов, жиров, белков, г/сут).
Нагрузочное кардиореспираторное тестирование (НКРТ) проводили с использованием прибора "Quark CPET RMR" ("COSMED", Италия). Методика дает возможность объективно оценить уровень физической работоспособности, определить патогенетические механизмы, приведшие к ее снижению, вклад различных систем, участвующих в формировании ответа организма на нагрузку: дыхания и кровообращения, кроветворения, психической и нейрогенной регуляции, метаболизма и скелетных мышц. На этом основано практическое применение эргоспирометрии в дифференциальной диагностике при одышке, прогнозировании исходов, мониторинге течения и эффективности лечения сердечной и легочной патологии, ранней диагностике ряда заболеваний, дозировании физических тренировок в кардиологической и пульмонологической реабилитации [12]. Нагрузочное тестирование проводили с использованием протокола модифицированного Bruce (Mod BRUCE), при котором осуществляется более медленное, чем при использовании протокола Bruce, нарастание нагрузки на первых 3 ступенях. Основанием для его использования является предположение о среднем уровне толерантности к физической нагрузке у пациента.
Методика, на основе которой проводились исследования и расчет оптимальных потребностей больных в пищевых веществах и энергии, описана в патенте на изобретение RU 2550078 C1, опубликовано 10.05.2015, Бюллетень № 13 (В.А. Тутельян, А.Р. Богданов, Р.Р. Богданов "Способ определения индивидуальной верхней границы потребностей человека в макронутриентах и энергии").
В соответствии с разработанным методом исследование фактических потребностей больных в энергии и пищевых веществах проводили в 3 этапа. На первом этапе изучали усредненную физическую активность больных в течение суток и вычисляли средневзвешенный коэффициент физической активности (КФАср); на втором этапе проводили кардиореспираторное нагрузочное тестирование и определяли скорости окисления макронутриентов на уровне средневзвешенного КФА; на третьем этапе проводили расчет оптимальных показателей энергетической ценности и химического состава диеты.
Результаты и обсуждение
Исследование показателей метаболизма в покое позволяет рассчитать минимальные потребности больных в пищевых веществах и энергии. Эти данные могут быть использованы для определения рекомендованной минимальной энергетической ценности рациона питания, а также минимального содержания макронутриентов (белка, жиров и углеводов) в нем [13, 14]. Рацион питания, калорийность которого ниже энерготрат покоя пациента, должен быть классифицирован как низкокалорийный для данного больного.
Результаты исследования основного обмена представлены в табл. 2. Было установлено, что пациенты с ДСН не отличались от больных без ДСН по уровню энерготрат покоя, а также по показателям скорости окисления жиров и углеводов. В то же время следует обратить внимание на наличие сильного тренда на снижение энерготрат покоя в группе больных с ДСН и ожирением III степени, а также тренда на снижение скорости окисления жиров в обеих группах больных с ДСН.
)
Достоверные различия были получены в показателях окисления белка: у пациентов с ожирением I-II степени и ДСН суточная деградация белка была на 16,7% (р<0,05) выше, чем у аналогичных больных без ДСН. При сравнении скорости окисления белка у больных с ожирением III степени (в 3-й и 4-й группах) разница составила 12,3% (р<0,05).
Таким образом, результаты метаболометрии показали, что пациенты с ДСН характеризуются тенденцией к снижению уровня энерготрат покоя и скорости окисления жиров (более выраженной у больных с морбидным ожирением), а также достоверным повышением скорости окисления белка. Это свидетельствует в пользу того, что сердечная недостаточность ассоциируется с увеличением оборота белка в организме - избыточным синтезом мышечной массы и одновременной ее деградацией. При этом эффективность утилизации энергетических субстратов миоцитами, вероятно, нарушена.
При расчете химического состава и энергетической ценности оптимального рациона питания целесообразно определять не только нижние границы потребностей больного в макронутриентах и энергии, но и его верхние показатели - количество энергии (и окисления макронутриентов), которое больной расходует на свою физическую активность в течение суток. Знание этого показателя позволяет рассчитать показатели рациона питания, превышение которых нежелательно, так как это будет приводить к избыточной калорийности питания. Знание минимальных и максимальных потребностей больного в энергии и пищевых веществах позволяет определить так называемый оптимальный пищевой (метаболический) коридор диеты [15]. Для расчета верхних показателей коридора необходимо определить усредненную физическую активность больного в течение суток (с помощью стандартного тестового опросника или акселерометра), а также показатели метаболизма при дозированной физической нагрузке (с использованием кардиореспираторного нагрузочного тестирования).
Результаты исследования физической активности больных в течение суток представлены в табл. 3. Было установлено, что для пациентов с ожирением и ДСН характерна достоверно более низкая физическая активность, что выражалось как в снижении общей продолжительности активного времени суток, так и в уменьшении доли времени на выполнение работы тяжелой и средней степени тяжести и относительном увеличении времени легкой работы.
Наиболее показательно выглядит снижение общей продолжительности активного времени суток - разница между группами больных с ожирением I-II степени составила 18,5±2,4% (р<0,05), а между группами больных с ожирением III степени - 26,9±4,1%> (р<0,05).
У больных с большей массой тела и наличием ДСН большую часть суток занимает пассивное времяпрепровождение. Так, пациенты с ожирением III степени и ДСН в этом состоянии находятся 83,3±11,2% времени суток. Столь низкая физическая активность означает более низкую потребность больных в энергии.
На основании представленных данных был вычислен средневзвешенный КФА (табл. 4), а также расчетные границы оптимальных потребностей больных в энергии -коридор эукалорийности.
)
Как и следовало ожидать, показатели КФАср были достоверно более низкими у пациентов с ДСН по сравнению с больными без ДСН. При этом расчетные максимальные суточные потребности больных в энергии отличались лишь между группами пациентов с ожирением III степени (3-я и 4-я группы, р<0,05). Из этого следует, что больные, имеющие начальные степени ожирения, характеризуются сопоставимыми показателями энергетического обмена вне зависимости от наличия или отсутствия ДСН, в то время как больные с выраженным ожирением существенно отличаются друг от друга. Развитие ДСН у пациентов с ожирением III степени приводит к выраженному снижению максимальных суточных потребностей в энергии (более чем на 500 ккал/сут или 18,1±6,1%), что значимо сужает границы оптимального энергетического рациона питания этих больных и требует разработки специального рациона.
Результаты сравнительного анализа показателей кардиопульмонального нагрузочного тестирования (КПНТ) представлены в табл. 5. Во всех группах степень усталости больных по шкале Борга превышала 9 баллов, дыхательный коэффициент на пике нагрузки более 1,1 ед., резерв частоты сердечных сокращений (ЧСС) - не более 6-8% от ожидаемого, что свидетельствует о достаточном усилии пациентов (выполнении нагрузки, близкой к максимальной) и информативности тестов.
)
У больных с ожирением степени без ДСН толерантность к нагрузке была не нарушена, пиковое потребление кислорода (VO2пик) составило 84,9±5,5% от ожидаемого значения (норма - >84%); максимальная аэробная производительность составила 9,8±1,3 [значение от 7,0 до 9,9 метаболических единиц (МЕТ) соответствует высокой толерантности к физической нагрузке].
Пациенты с ожирением III степени без ДСН характеризовались умеренным снижением толерантности к физической нагрузке: VO2пик составило 70,5±19,1% от ожидаемого, максимальная аэробная производительность была равна 5,7±1,2 МЕТ (4,0-6,9 МЕТ - средняя толерантность).
Кардиопульмональные и метаболические параметры пациентов с ожирением без ДСН были в пределах нормальных значений. Анаэробный порог у больных ожирением степени составил 62,9% от VO2пик (норма более 60%), у больных ожирением III степени - 77,6% от VO2пик. Кислородный пульс соответственно 19,8±3,4 и 17,1±2,8 мл/уд (норма 10-20 мл/уд). Нормальный вентиляционный резерв, равный соответственно 53,4±3,1 и 47,9±2,2 л, свидетельствует об отсутствии вентиляционных нарушений. Альвеолярный газообмен также нарушен не был - вентиляционный эквивалент по СО2 был равен соответственно 23,4±2,8 и 28,9±1,5 (норма менее 32).
Таким образом, у больных ожирением без ДСН результаты КПНТ продемонстрировали, что кардиопульмональных причин возникновения одышки у данной категории больных нет, а причиной снижения толерантности к физическим нагрузкам у больных с ожирением III степени является детренированность.
Пациенты с ожирением и ДСН характеризовались достоверно более выраженным снижением толерантности к нагрузке. VO2пик и максимальная аэробная производительность у больных ожирением I-II степени были умеренно снижены, а у больных ожирением III степени -выраженно снижены; различия при сравнении с соответствующими группами больных без ДСН составили 43,9-44,3 и 24,4-33,3% (р<0,001).
Незначительное снижение глобальной насосной функции сердца обнаружено только у больных ожирением III степени: кислородный пульс был равен 9,4±2,2 мл/уд и достоверно отличался от группы больных без ДСН.
Значимых метаболических нарушений у пациентов обеих групп не выявлено, потребление кислорода на уровне анаэробного порога составило 72,2 и 71,0% от пикового, что является нормой. При этом было обнаружено более раннее наступление анаэробного порога по сравнению с больными без ДСН: 13,8±0,4 л/мин в группе больных с ожирением III степени и 10,8±0,52 л/мин во 2-й группе больных с ожирением III степени, что отражает более низкий аэробный резерв у этих больных.
Показатели вентиляции у больных были в пределах нормы. При этом альвеолярный газообмен во 2-й и 4-й группах больных оказался повышен (норма VE/VCO2 менее 32), что, вероятно, связано с наличием легочной гипертензии у большей части этих больных и нарушением вентиляционно-перфузионного соотношения.
Таким образом, развитие у больных ожирением вторичной ДСН вследствие гипертрофии миокарда ЛЖ приводит к незначительному нарушению насосной функции сердца. Однако этого достаточно, для того чтобы у пациентов развилось нарушение альвеолярной вентиляции, уменьшилась аэробная мощность мышц и значимо снизилась толерантность к физическим нагрузкам. Это в свою очередь может ограничивать физическую активность больных и приводить к прогрессированию ожирения.
С целью определения верхней границы оптимального метаболического коридора было проведено определение скоростей окисления макронутриентов на уровне средневзвешенного КФА. Эти результаты представлены в табл. 6.
)
Как видно из табл. 6, у больных с ДСН показатели окисления макронутриентов характеризуются более низкой скоростью окисления жиров и более высокой скоростью окисления углеводов и белка. Это свидетельствует о том, что в процессе выполнения своей средней ежедневной физической нагрузки больные с ДСН и ожирением окисляют достоверно меньшее количество жиров, т.е. метаболическая эффективность физической нагрузки по окислению жировой ткани существенно ниже, чем у больных ожирением без ДСН. Наиболее ярко эти различия выражены у пациентов с морбидным ожирением.
Патогенез выявленных метаболических различий становится понятен в ходе анализа соотношения потребления кислорода на уровне анаэробного порога и КФАср (рис. 1). Так, у больных ожирением без ДСН на кривой потребления кислорода АП наступает позже точки КФАср (см. рис. 1а), поэтому привычная физическая активность пациента с ожирением без ДСН приводит к окислению жиров. Пациенты, у которых сформировалась вторичная ДСН на фоне ожирения, характеризуются тем, что у них АП наступает раньше КФАср (см. рис. 1б), следовательно, большая часть их активной жизни протекает в условиях анаэробного гликолиза и низкой активности липолиза. По нашему мнению, это и есть основная причина прогрессирования ожирения и резистентности к диетотерапии.
)
Таким образом, у больных с ожирением и ДСН вследствие смещения анаэробного порога влево возникает существенно более раннее ограничение активного окисления жиров в цикле трикарбоновых кислот. Поэтому физическая нагрузка не имеет высокой эффективности. Если общепринятая тактика лечения ожирения состоит в ограничении калорийности питания на 25-40% от энерготрат и одновременном расширении физической активности, то в случае присоединения вторичной ДСН возможности физической нагрузки становятся весьма ограниченными не только ввиду более низкой толерантности к ней, но и по причине низкой активности липолиза.
Анаэробные условия при физической нагрузке приводят к еще одному важному метаболическому следствию -активации протеолиза и окисления белка. Этот процесс находит свое отражение как в состоянии покоя -СОБ основного обмена у больных ожирением и ДСН в среднем на 10% выше таковой у пациентов с ожирением без ДСН, так и при физической нагрузке, которая увеличивает разницу до 40%. Таким образом, важнейшей диетологической задачей у больных ожирением и ДСН является протекция мышечной массы.
Представленные данные позволяют определить следующие оптимальные показатели энергетической ценности и химического состава рациона питания больных ожирением и ДСН (табл. 7).
Выводы
1. Пациенты с ожирением и вторичной ДСН имеют достоверно более низкую физическую активность в течение суток, что выражается как в снижении общей продолжительности активного времени суток на 18,526,9%, так и в уменьшении доли времени на выполнение работы тяжелой и средней степени тяжести на 27,680,3%. Выявленная гиподинамия способствует прогрессированию ожирения.
2. Причиной гиподинамии у пациентов с ожирением и ДСН является более выраженное снижение толерантности к физической нагрузке, подтвержденное результатами НКРТ. В основе снижения толерантности к физической нагрузке лежит нарушение альвеолярной вентиляции (VE/VCO2 >32) и снижение аэробной мощности мышц (более раннее наступление анаэробного порога по сравнению с больными без ДСН).
3. Установлено, что при выполнении теста с дозированной физической нагрузкой у пациентов с ожирением и ДСН анаэробный порог достигается раньше ступени, соответствующей их среднесуточной физической нагрузке. Это означает, что привычная физическая активность больных в домашних условиях не приводит к эффективному окислению жиров. Указанное может являться метаболической причиной прогрессирования ожирения у больных с ДСН.
4. Выявлено, что пациенты с ожирением и вторичной ДСН характеризуются более выраженным окислением белка по сравнению с аналогичными больными без ДСН. Этот процесс находит свое отражение как в состоянии покоя (скорость окисления белка основного обмена выше в среднем на 10-16%), так и при физической нагрузке, которая увеличивает разницу до 40%. Таким образом, актуальной диетологической задачей у больных ожирением и ДСН является протекция мышечной массы.
5. Рассчитаны оптимальные показатели химического состава и энергетической ценности рациона питания для пациентов с ожирением различной степени выраженности в сочетании с ДСН, которые могут быть рекомендованы для диетотерапии таких больных.
Литература
1. Nicklas T.A., Baranowski T., Cullen K.W., Berenson G. Eating patterns, dietary quality and obesity // J. Am. Coll. Nutr. 2001. Vol. 20. P. 599-608.
2. Willett W.C., Dietz W.H., Colditz G.A. Guidelines for healthy weight // N. Engl. J. Med. 1999. Vol. 341, N 6. P. 427-434.
3. Donini L.M., Cuzzolaro M., Spera G., Badiali M., Basso N., Bollea M.R. et al. Obesity and eating disorders. Indications for the different levels of care. An Italian expert consensus document // Eat. Weight Disord. 2010. Vol. 15, N 1-2. P. 1-31.
4. Oganov R.G., Maslennikova G.Ya. Prevention of cardiovascular diseases - the real way to improve the demographic situation in Russia // Kardiologiya. 2007. Vol. 1. P. 4-7.
5. Stevens J. Obesity, fat patterning and cardiovascular risk // Adv. Exp. Med. Biol. 1995. Vol. 369. P. 21-27.
6. Anderson J.W., Konz E.C. Obesity and disease management: effects of weight loss on comorbid conditions // Obes. Res. 2001. Vol. 9, suppl. 4. P. 326S-334S.
7. Poirier P., Giles T.D., Bray G.A., Hong Y., Stern J.S., Pi-Sunyer F.X. et al. Obesity and cardiovascular disease: pathophysiology, evaluation, and effect of weight loss: an update of the 1997 American Heart Association Scientific Statement on Obesity and Heart Disease from the Obesity Committee of the Council on Nutrition, Physical Activity, and Metabolism // Circulation. 2006. Vol. 113. P. 898-918.
8. Богданов А.Р., Дербенева С.А., Богданова А.А. Особенности основного обмена и композиционного состава тела у больных с ожирением и диастолической сердечной недостаточностью // Креативная кардиология. 2015. № 2. С. 20-29.
9. Аронов Д.М., Бубнова М.Г., Погосова Г.В. Современные методы реабилитации больных ишемической болезнью сердца на постстационарном (диспансерно-поликлиническом) этапе. М., 2004.
10. Whaley-Connell A., Sowers J.R. Indices of obesity and cardiometabolic risk // Hypertension. 2011. Vol. 58, N 6. P. 991-993.
11. Haskell W.L., Lee I.M. et al. Physical activity and public health: Updated Recommendation for Adults from American Heart College of Sports Medicine and American Heart Association // Med. Sci. Sports Exerc. 2007. Vol. 39. P. 1423-1434.
12. European Guidelines on Cardiovascular Disease Prevention in Clinical Practice // Eur. J. Cardiovasc. Prev. Rehabil. 2007. Vol. 14, suppl. 2. P. S1-S113.
13. Kenchaiah S., Evans J.C., Levy D., Wilson P.W., Benjamin E.J., Larson M.G. et al. Obesity and the risk of heart failure // N. Engl. J. Med. 2002. Vol. 347, N 5. P. 305-313.
14. Pulakat L., Demarco V.G., Ardhanari S., Chockalingam A., Gul R., Whaley-Connell A. et al. Adaptive mechanisms to compensate for overnutrition-induced cardiovascular abnormalities // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2011. Vol. 301, N 4. P. R885-R895.