Морфофункциональные особенности диафрагмы у больных с хронической сердечной недостаточностью

Цель исследования. Изучение изменений в объемах мышечной, жировой, соединительной ткани в диафрагме, правом желудочке (ПЖ), нижней конечности у больных с хронической сердечной недостаточностью (ХСН), а также морфологических изменений в мышечной структуре диафрагмы и сопоставление их с прижизненными параметрами внешнего дыхания, в частности, с величиной максимального давления, развиваемого на вдохе, с одновременным измерением ее амплитуды при помощи ультразвукового метода исследования.

Материалы и методы. Исследованы 39 аутоптатов мышц диафрагмы, ПЖ, нижней конечности (20 мужчин и 19 женщин) в течение 24 ч после летального исхода. Прижизненно у пациентов диагностирована ХСН I–IV функционального класса (ФК) по NYHA, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца. Подсчет клеточных элементов в тканях производили вручную. На выведенных на экран изображениях при помощи сканера гистологических стекол Leica Aperio AT2 с использованием экранного микрометра вычисляли площадь микропрепарата и каждого волокна, суммировали и определяли процентное содержание тканей и клеточных элементов. Исследование функции внешнего дыхания и измерение силы дыхательных мышц, исследование сократительной функции диафрагмы, методом эхолокации были выполнены за 56,7±11,9 дня до летального исхода.

Результаты. Изменения в объеме мышечной ткани при всех ФК ХСН наиболее выражены в ПЖ и диафрагме и менее выражены в икроножной мышце. Увеличение объема жировой ткани у пациентов с I–III ФК ХСН наиболее выражено в ПЖ и в диафрагме и менее выражено в икроножной мышце. У пациентов с IV ФК ХСН наибольший прирост объема жировой ткани регистрируется в диафрагме. Изменение объема соединительной ткани не подчиняется линейной зависимости. Наибольший, «скачкообразный» прирост объема соединительной ткани происходил в диафрагме у пациентов с III ФК ХСН, что значимо опережает этот процесс в периферических мышцах и миокарде ПЖ. Зафиксированная устойчивая взаимосвязь между тканевой структурой диафрагмы и максимальной толщиной диафрагмальной мышцы на вдохе, максимальным давлением на вдохе: положительная для пар объем мышечной ткани – толщина диафрагмальной мышцы и объем мышечной ткани – давление на вдохе и отрицательная для пар объем соединительной ткани – толщина диафрагмальной мышцы, объем соединительной ткани – давление на вдохе и объем жировой ткани – давление на вдохе. Во всех случаях коэффициент корреляции составил более 0,85 по модулю, а значимость (p) – менее 0,01.

Заключение. Морфофункциональные изменения диафрагмы обусловлены прогрессивным снижением содержания мышечной ткани, ростом объема жировой и соединительной ткани. Эти изменения коррелируют с ФК ХСН, максимальной толщиной диафрагмальной мышцы на вдохе и величиной максимального давления на вдохе. Максимальную выраженность морфологические изменения приобретают у пациентов с ХСН III ФК.

1. Elliott J.E., Greising S.M., Mantilla C.B., Sieck G.C. Functional impact of sarcopenia in respiratory muscles. Respir Physiol Neurobiol 2015 DOI: 10.1016/j.resp.2015.10.001.

2. Cacciani N., Ogilvie H., Larsson L. Age related differences in diaphragm muscle fiber response to mid/long term controlled mechanical ventilation. Exp Gerontol 2014;59:28–33. DOI: 10.1016/j.exger.2014.06.017.

3. Sieck G.C., Ferreira L.F., Reid M.B., Mantilla C.B. Mechanical properties of respiratory muscles. Compr Physiol 2013;3(4):1553– 1567. DOI: 10.1002/cphy.c130003.

4. Hooijman P.E., Beishuizen A., Witt C.C. et al. Diaphragm muscle fiber weakness and ubiquitin-proteasome activation in critically ill patients. Am J Respir Crit Care Med 2015;191(10):1126–1138. DOI: 10.1164/rccm.201412-2214OC.

5. Lindsay D.C., Lovegrove C.A., Dunn M.J. et al. Histological abnormalities of muscle from limb, thorax and diaphragm in chronic heart failure. Eur Heart J 1996;17(8):1239–1250.

6. Stassijns G., Lysens R., Decramer M. Peripheral and respiratory muscles in chronic heart failure. Eur Respir J 1996;9(10):2161–2167.

7. Kinugawa S., Takada S., Matsushima S. et al. Skeletal muscle abnormalities in heart failure. Int Heart J 2015;56:475–484.

8. Arutyunov A. G., Rylova A. K., Arutyunov G. P. The register of hospitalized patients with circulatory decompensation (Pavlovsky register). First report. Modern clinical characteristics of patients with circulatory decompensation. Clinical phenotypes of patients. Heart Failure J 2014;15;1(82):23–32. Russian (Арутюнов А. Г., Рылова А. К., Арутюнов Г. П. Регистр госпитализированных пациентов с декомпенсацией кровообращения (Павловский регистр). Сообщение 1. Современная клиническая характеристика пациента с декомпенсацией кровообращения. Клинические фенотипы пациентов. Журнал Сердечная недостаточность 2014;15;1(82):23–32.)

9. Lung function testing: selection of reference values and interpretative strategies. American Thoracic Society. Am Rev Respir Dis 1991;144:1202–1218.

10. ATS/ERS Statement on respiratory muscle testing. Am J Respir Crit Care Med. 2002;166:518–624.

11. Black L.F., Hyatt R.E. Maximal respiratory pressures: normal values and relationship to age and sex. Am Rev Respir Dis 1969;99:696–702.

12. Obando L.M.G., López A.L., Ávila C.L. Normal values of the maximal respiratory pressures in healthy people older than 20 years old in the City of Manizales – Colombia Colomb Med (Cali) 2012;43(2):119–125.

13. Steier J., Kaul S., Seymour J. et al. The value of multiple tests of respiratory muscle strength. Thorax 2007;62(11):975–980. DOI: 10.1136/thx.2006.072884.

14. Enright P.L., Adams A.B., Boyle P.J., Sherrill D.L. Spirometry and maximal respiratory pressure references from healthy Minnesota 65- to 85-year-old women and men. Chest 1995;108(3):663–669.

15. Enright P.L., Kronmal R.A., Manolio T.A. et al. Respiratory muscle strength in the elderly. Correlates and reference values. Cardiovascular Health Study Research Group. Am J Respir Crit Care Med 1994;149(2 Pt 1):430–438. DOI: 10.1164/ajrccm.149.2.8306041.

16. Tolep K., Higgins N., Muza S. et al. Comparison of diaphragm strength between healthy adult elderly and young men. Am J Respir Crit Care Med 1995;152(2):677–682. DOI: 10.1164/ajrccm.152.2.7633725.

17. Dall’ago P., Chiappa G.R., Guths H. et al. Inspiratory muscle training in patients with heart failure and inspiratory muscle weakness: a randomized trial. J Am Coll Cardiol 2006;47(4):757–763.

18. Ribeiro J.P., Chiappa G.R., Neder J.A., Frankenstein L. Respiratory muscle function and exercise intolerance in heart failure. Curr Heart Fail Rep 2009;6(2):95–101.

19. Tager T., Schell M., Cebola R. et al. Biological variation, reference change value (RCV) and minimal important difference (MID) of inspiratory muscle strength (PImax) in patients with stable chronic heart failure. Clin Res Cardiol 2015;104(10):822–830. DOI: 10.1007/s00392-015-0850-3.

20. Yamada K., Kinugasa Y., Sota T. et al. Inspiratory Muscle Weakness is Associated With Exercise Intolerance in Patients With Heart Failure With Preserved Ejection Fraction: A Preliminary Study. J Card Fail 2016;22(1):38–47. DOI: 10.1016/j.cardfail.2015.10.010.

21. Mancini D.M., Henson D., LaManca J., Levine S. Respiratory muscle function and dyspnea in patients with chronic congestive heart failure. Circulation 1992;86 (3):909–918.

22. Manning H.L., Schwartzstein R.M. Pathophysiology of dyspnea. N Engl J Med 1995;333(23):1547–1553.

23. Woods P.R., Olson T.P., Frantz R.P., Johnson B.D. Causes of breathing inefficiency during exercise in heart failure. J Card Fail 2010;16(10):835–842. DOI: 10.1016/j.cardfail.2010.05.003.S1071-9164(10)00209-5 [pii]

24. Ponikowski P., Francis D.P., Piepoli M.F. et al. Enhanced ventilatory response to exercise in patients with chronic heart failure and preserved exercise tolerance: marker of abnormal cardiorespiratory reflex control and predictor of poor prognosis. Circulation 2001;103 (7):967–972.

25. Mor A., Thomsen R.W., Ulrichsen S.P., Sorensen H.T. Chronic heart failure and risk of hospitalization with pneumonia: a population-based study. Eur J Intern Med 2013;24(4):349–353. DOI: 10.1016/j.ejim.2013.02.013.S0953-6205(13)00079-4 [pii]

26. Cahalin L.P., Arena R., Guazzi M. et al. Inspiratory muscle training in heart disease and heart failure: a review of the literature with a focus on method of training and outcomes. Expert Rev Cardiovasc Ther 2013;11(2):161–177. DOI: 10.1586/erc.12.191.

27. Kawauchi T.S., Umeda II.K., Braga L.M. et al. Is there any benefit using low-intensity inspiratory and peripheral muscle training in heart failure? A randomized clinical trial. Clin Res Cardiol 2017;106(9):676–685. DOI: 10.1007/s00392-017-1089-y

28. Souza H., Rocha T., Pessoa M. et al. Effects of inspiratory muscle training in elderly women on respiratory muscle strength, diaphragm thickness and mobility. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2014;69(12):1545–1553. DOI: 10.1093/gerona/glu182.