Газообмен, метаболизм и физическая работоспособность у больных сахарным диабетом 1-го типа 14. 00. 05 «Внутренние болезни» 14. 00. 03 «Эндокринология»

УДК 616.379 – 008.64:(612.22 + 577.121)

ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

ГАЗООБМЕН, МЕТАБОЛИЗМ И ФИЗИЧЕСКАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ У БОЛЬНЫХ САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ 1-го ТИПА

14.00.03 – «Эндокринология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора медицинских наук

Москва – 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стома-тологический университет Минздравсоцразвития РФ»

доктор медицинских наук, профессор Мкртумян Ашот Мусаелович

(ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический универ-ситет Минздравсоцразвития РФ»)

доктор медицинских наук, профессор Александров Олег Васильевич

(ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет Минздрав-соцразвития РФ»)

доктор медицинских наук, профессор Сыркин Абрам Львович

(ГОУ ВПО «Московская медицинская академия Минздравсоцразвития РФ»)
Ведущее учреждение: ГОУ ВПО «Московский областной научно-исследователь-ский клинический институт Минздравсоцразвития РФ»
Защита диссертации состоится "____" ___________ 2009 года в _____часов

на заседании диссертационного совета Д 208.041.01 при ГОУ ВПО «Москов-ский государственный медико-стоматологический университет Минздравсоц-развития РФ» (по адресу: 127473, Москва, ул. Делегатская, д. 20/1)

д. 10а)

доктор медицинских наук, профессор Ющук Е.Н.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Сахарный диабет (СД) и его осложнения занимают чрезвычайно важное место как в структуре эндокринной патологии, так и в современной клинике внутрен-них болезней. По информации экспертов Международной Диабетической Феде-рации [Diabetes Atlas, 3^rd edition, 2006] в мире насчитывается 246 миллионов больных СД 1-го и 2-го типов в возрасте 20-70 лет, что составляет 6% этой воз-растной группы населения.

На страницах современной медицинской печати весьма широко освещены

стратегические проблемы альтерации при СД сердечно-сосудистой системы, по-чек и мочевыделительного тракта, изменений со стороны органов зрения, нерв-ной системы, опорно-двигательного аппарата [Аметов А.С., 1998; Дедов И.И. и соавт., 1998; Балаболкин М.И., 2000; Миленькая Т.М. и соавт., 2000; Шестако-ва М.В., 2000; Mogensen C.E., 1983; Fisher B.M. et al., 1986; Isaia G. et al., 1988; Kohner E., Porta M., 1989; Aronson D., Burger A.J., 2001]. Несомненно, что респи-раторная система (РС) также является реальной "мишенью" осложнений при СД, так как лёгкие имеют развитую сосудистую сеть, большую площадь эпителиаль-ной поверхности и интенсивно функционирующий соединительнотканный кар-кас. Работы по изучению функции внешнего дыхания (ФВД) при СД-1 за более чем 30-летний период научного поиска достаточно немногочисленны [Абеле-

ва Н.Ю., 1982; Селимханова Х.Х.К., 1988; Андросова Т.А., 1992; Schuyler D.E. et al., 1976; Schernthaner G. et al., 1977; Sandler M. et al., 1982; 1990; Primhak R. et al., 1987; Lange P.et al., 1989; 1990; 2002; Ramirez L.C. et al., 1991; Schnack C. et al., 1996; Ljubic S.et al., 1998; Minette P.et al., 1999; Benbassat C.A. et al., 2001; Massmoudi K. et al., 2002; Boulbou M.S. et al., 2003; Walter R.E. et al., 2003], их ре-зультаты всё ещё остаются неоднозначными в вопросах об основных типах на-рушения механики внешнего дыхания и газообменной функции лёгких, а также степени влияния тяжести проявлений эндокринопатии и качества её метаболи-ческого контроля на значения ключевых параметров, характеризующих состоя-ние дыхательной системы. В доступных литературных источниках отсутствует

-2-

Противоречивость результатов исследования ФВД при СД-1 не даёт возмож-ности выделить конкретные механизмы и этапы формирования диабетической пневмопатии (ДП) и наметить пути коррекции расстройств СГТ с целью предуп-реждения прогрессии сосудистых и тканевых нарушений. Нельзя не отметить и тот немаловажный факт, что в настоящее время лёгкие рассматриваются как весьма перспективный плацдарм для альтернативного ингаляционного пути введения инсулина [Kipnes M. et al., 1999; Uchigata Y., 2001; Selam J.L. et al., 2003], в связи с чем анализ функциональных характеристик РС при диабете явля-ется весьма актуальным и востребованным.

Изучение толерантности к физической нагрузке у пациентов с СД на протяже-нии последних нескольких десятилетий привлекает внимание отечественных и зарубежных исследователей как важная практическая и теоретическая проблема [Иванущак Н.И. и соавт., 1990; Солун М.Н. и соавт., 1990; Жестовский С.С., 1997; Озёрная Т. В. и соавт., 1997; Airaksinen J.K. et al., 1985; Baraldi E. et al., 1992; Barkai L. et al., 1996; Wasserman K. еt al., 2002]. Единодушно признавая факт снижения физической работоспособности (ФР) при диабете, учёные расхо-дятся во взглядах на причины лимитирования мышечной деятельности при дан-ном заболевании. Это не позволяет проводить комплексную патогенетическую терапию с учётом раннего выявления осложнений, последующим применением оптимального реабилитационного режима мышечных нагрузок и негативно ска-зывается на профессиональном статусе пациентов с СД-1, существенно снижая качество их жизни. Вопрос о взаимосвязи тяжести течения СД, его метаболичес-

-3-

Несмотря на то, что одним из приоритетных направлений клинической физи-ологии в настоящее время является исследование характера потребления основ-ных питательных субстратов в условиях физической нагрузки при различных за-болеваниях [Айсанов З.Р., 1994; Wasserman K. et al., 2002], оценка закономернос-тей динамики утилизации углеводов и жиров в процессе аэробной деятельности при СД-1 изучена не в полной мере [Colberg S.R. et al., 1996; Martin I.K. et al., 1995; Ward S.A. et al., 1999].

Таким образом, учитывая вышеизложенное, комплексное изучение СГТ, эс-сенциального термогенеза, утилизации энергетических субстратов, гемодинами-ческой, вентиляционной и метаболической составляющей адаптации организма к нагрузке с целью верификации механизмов снижения ФР при СД является актуальной научной проблемой, имеющей важное практическое значение в раз-работке научно обоснованных лечебно-профилактических мероприятий, спо-собствующих повышению качества жизни больных диабетом.

Ц е л ь и с с л е д о в а н и я

Изучение состояния системы газотранспорта и механизмов снижения физи-ческой работоспособности у больных сахарным диабетом 1-го типа в зависимос-ти от степени нарушений метаболизма и выраженности осложнений данного за-болевания.

1. Выяснить специфику воздействия диабетического кетоацидоза на энергооб-мен, утилизацию метаболических субстратов, вентиляционный паттерн, гемоди-

намику и газовый состав артериализированной капиллярной крови у лиц с впер-вые выявленным сахарным диабетом 1-го типа.

2. Исследовать состояние механики внешнего дыхания, структуры общей ём-

кости лёгких, диффузионной способности, кислородного статуса и вентиляцион-но-перфузионных отношений у больных сахарным диабетом 1-го типа.
-4-

3. Установить степень влияния тяжести проявлений сахарного диабета 1-го ти-па на показатели механики внешнего дыхания и газообменной функции лёгких.

4. Изучить состояние системы газотранспорта, кислотно-щелочного баланса и основного обмена у больных сахарным диабетом 1-го типа с развитием хрони-ческой почечной недостаточности.

5. Оценить уровень физической работоспособности и механизмы лимитирова-ния переносимости нагрузки в зависимости от выраженности осложнений сахар-ного диабета.

6. Осуществить анализ характера и интенсивности субъективных симптомов, ограничивающих физическую активность у лиц с сахарным диабетом 1-го типа.

7. Проанализировать закономерности потребления основных источников энергообеспечения (жиры, углеводы) в аэробную фазу нагрузочного теста при

сахарном диабете 1-го типа.

8. Разработать классификацию и диагностический алгоритм по детектирова-нию ведущих механизмов нарушения физической работоспособности у больных сахарным диабетом 1-го типа.

В настоящей работе на основании комплексного изучения различных звеньев газообменной функции лёгких, включавших в себя анализ механики внешнего

дыхания, структуры общей ёмкости лёгких (ОЕЛ), диффузионной способности, кислородного статуса при СД-1, впервые сформулировано представление об эта-пах возникновения и прогрессирования ДП. Выяснено значение альтерации аль-веолярно-капиллярной мембраны (АКМ), возникновения гиперинфляции лёгких и развития рестриктивного вентиляционного дефекта (РВД) в патологии дыха-тельной системы при СД-1.

Установлено, что ранним функциональным проявлением ДП является сниже-ние фактора переноса окиси углерода в режиме однократной задержки дыхания (TLCOsb), который ассоциируется с начальными клиническими проявлениями микроангиопатии (МАП). Показано, что ограничительный тип нарушения меха-ники внешнего дыхания возникает в развёрнутой стадии поздних осложнений

-5-

диабета (ПОД), чему способствует неудовлетворительный метаболический кон-троль заболевания, приводящий к развитию и эволюции МАП, нейропатии. Это вызывает не только прогрессирование альвеолярно-капиллярного блока, но и вовлечение в патологический процесс лёгочного кровотока и формирование РВД, с наиболее выраженными нарушениями всех звеньев СГТ в условиях раз-вития ХПН.

шение проницаемости АКМ у больных СД-1, происходящее у ряда лиц уже в де-бюте заболевания, при манифестации эндокринопатии в виде ДКА.

Впервые выполнено комплексное сравнительное исследование ФВД, процес-сов адаптации/дезадаптации кардиореспираторной системы к физическим наг-рузкам с установлением механизмов ограничения ФР у лиц с ВВСД-1 и длительно текущим СД-1 (ДТСД-1) в зависимости от характеристик манифес-тации заболевания и степени тяжести долгосрочных осложнений эндокринопа-тии. Показано лимитирующее влияние на толерантность к физической нагрузке при СД-1 как элементов, определяющих кардиореспираторную функцию (цент-ральная гемодинамика, вентиляционная и диффузионная способность лёгких), так и факторов, связанных с нарушением конечной фазы доставки О2 к тканям (патология периферического артериального русла, снижение утилизации кисло-рода мышцами в результате дефекта гликолитических и митохондриальных ферментных систем). При ВВСД-1, а также у пациентов с отсутствием поздних

-6-

Впервые осуществлён анализ утилизации основных питательных субстратов при физической нагрузке у больных ВВСД-1 и ДТСД-1. Отмечено, что в аэроб-ной фазе нагрузки при диабете имеет место существенное возрастание темпов

использования в энергопродукции углеводов и сниженная способность миоцитов к окислению жирных кислот (ЖК). Это приводит к более быстрому истощению запасов мышечного гликогена, а в результате избыточной продукции двуокиси углерода происходит ускоренное закисление биологических сред с прогрессив-ным чрезмерным ростом вентиляционных потребностей организма. На основа-нии полученных данных разработаны диагностические критерии по идентифика-ции основных механизмов ограничения ФР при СД-1.

П р а к т и ч е с к а я з н а ч и м о с т ь и с с л е д о в а н и я

Полученные результаты расширяют и углубляют современные представления

о нарушениях РС у больных СД-1, что даёт возможность более полно судить о тяжести проявлений диабета и прогнозе его течения. Определение состояния ФР
-7-

у пациентов с СД-1 позволяет индивидуально решать вопросы об их профессио-нальной пригодности для различных видов трудовой деятельности.

Детектирование преимущественных механизмов лимитирования толерантнос-ти к физической нагрузке оказывает несомненную помощь врачам-интернистам в комплексной оценке статуса кардиореспираторной системы, улучшает качест-венные характеристики клинического обследования больных СД-1 и приводит к выявлению ранних патологических сдвигов со стороны аппарата газотранспорта с целью их своевременной и адекватной коррекции. Внедрение в широкую прак-тику ВЭМ-исследования способствует объективизации анализа ФР у лиц с СД, что необходимо для их рационального трудоустройства и определения качества долгосрочного метаболического контроля заболевания и эффективности реаби-литационных мероприятий.

Результаты определения соотношения утилизации питательных субстратов в условиях покоя, наряду с данными мониторинга гликемии, содержания гликози-лированного гемоглобина, дают возможность более полно оценивать качество метаболического контроля диабета, а в условиях кетоацидоза вместе с парамет-

рами кислородного статуса и кислотно-основного равновесия позволяют решить важную задачу оптимизации интенсивной терапии этого жизнеугрожающего состояния.

Комплексная оценка СГТ, анализ обмена веществ в условиях покоя и в про-цессе ВЭМ-тестирования необходимы для разработки индивидуальных прог-рамм дозированных физических нагрузок, как одного из важнейших направле-ний в структуре лечебно-оздоровительных мероприятий при диабете, ориенти-рованных на улучшение качества жизни этой категории больных.

1. Декомпенсированный диабетический кетоацидоз характеризуется значи-

тельным увеличением расходования энергии с повышением утилизации жиров и кетонов, развитием гипервентиляционного синдрома с повышением воздушнос-ти лёгких и существенной гипероксией периферических тканевых структур.

2. Диабетическая пневмопатия, сопровождающаяся расстройством газообме-

-8-

на и нарушением механики внешнего дыхания, является одним из поздних ос-ложнений сахарного диабета 1-го типа.

ловлен метаболическими нарушениями и связанными с ними осложнениями ос-

новного заболевания.

4. Специфическими чертами расстройства функции внешнего дыхания при СД-1 являются: а) ухудшение газообмена вследствие снижения активно функ-ционирующего объёма лёгких и неравномерности регионарных отношений аль-

веолярной вентиляции и капиллярного кровотока в лёгких; б) рестриктивный вентиляционный дефект.

5. Состояние физической работоспособности при сахарном диабете 1-го типа определяется качеством долгосрочного метаболического контроля заболевания.

6. Основной причиной лимитирования толерантности к физической нагруз-ке при диабете является возникающее уже в дебюте заболевания нарушение ути-лизации кислорода мышцами, а по мере развития поздних осложнений к цирку-

ляторно-метаболическому типу снижения физической активности присоединя-ются кардиореспираторные механизмы ограничения работоспособности.

7. Расстройство метаболического ответа у больных диабетом на физическую

нагрузку определяется ускоренным темпом утилизации углеводов и ранним пе-

реключением кислородзависимых процессов на анаэробный гликолиз.

8. Комплексное исследование функции внешнего дыхания и системы газо-

транспорта в процессе нагрузочного тестирования позволяет выявить ведущие механизмы снижения физической работоспособности у больных сахарным диа-бетом 1-го типа, что даёт возможность более полно судить о тяжести проявлений заболевания и прогнозе его развития.

В н е д р е н и е р е з у л ь т а т о в р а б о т ы в п р а к т и к у

Полученные теоретические и практические данные внедрены в клиническую практику эндокринологического отделения ГКБ № 70. Анализ ФР и детектирова-ние основных механизмов ограничения толерантности к физической нагрузке с помощью прикладной программы "Intelli Support" у больных диабетом, исполь-

-9-

зуется в решении экспертных вопросов о профессиональной пригодности паци-ентов к различным видам трудовой деятельности, определении эффективности осуществляемого лечения и реабилитационных мероприятий.

По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Автором лично были осуществлены исследования основного обмена, механи-ки внешнего дыхания, диффузионной способности лёгких, кислородного стату-са, кислотно-основного равновесия артериализированной капиллярной крови, физической работоспособности при осуществлении стандартного теста с непре-рывно-нарастающей ступенчатой нагрузкой, исследование характера использо-

вания метаболических субстратов при осуществлении программы с медленно--нарастающей нагрузкой. Соискателем проводился постоянный контроль качес-тва исследований. В ходе осуществления диссертационной работы обследовано 189 пациентов с сахарным диабетом 1-го типа и 36 здоровых добровольцев, с последующей интерпретацией и статистической обработкой основных парамет-ров газообмена, эссенциального термогенеза и физической работоспособности.

А п р о б а ц и я д и с с е р т а ц и и

Материалы диссертации представлены на конференции "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины" (Москва, апрель 2001 г.), научно--практической конференции "Здоровье и образование в XXI веке" (Москва, май 2003 г.), научно-практической конференции "Актуальные вопросы пульмоноло-гии" (Москва, январь 2004 г).

Основные положения диссертации доложены на совместном заседании ка-

федры факультетской терапии и профессиональных болезней МГМСУ, кафедры

госпитальной терапии № 2 МГМСУ, кафедры эндокринологии и диабетологии

-10-

Диссертация изложена на 445 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав (обзор литературы, описание материала и методов исследова-ния, 2 глав собственных наблюдений), заключения, выводов, практических реко-мендаций, списка литературы. Работа иллюстрирована 16 рисунками и 27 табли-цами. Библиография включает 512 источников (129 отечественных и 383 иност-ранных).

Материалом для работы послужили результаты исследований, осуществлён-ные в эндокринологическом отделении ГКБ № 70 г. Москвы.

Всего обследовано 189 пациентов (113 мужчин и 76 женщин) с СД-1, средний возраст которых составил 24,8±7,1 года. _______________________________________________________________________________________________________________________________пособности, кислородного статуса и вентиля-_________________________________________________________Больные представлены лицами с

ВВСД-1 (48 человек) и ДТСД-1 (141 пациент). В контрольную группу вошли 36 здоровых добровольцев.

В свою очередь пациенты с ВВСД-1 подразделялись на две группы: 1-ю груп-пу составили 15 больных (4 женщины и 11 мужчин, возраст 22,8±8,0 лет), мани-фестация заболевания у которых сопровождалась диабетической прекомой; 2-ю группу – 33 больных (11 женщин и 22 мужчины, возраст 21,9±5,5 года) с дебю-том СД-1 без ДКА.

Больные ДТСД-1 в зависимости от степени выраженности долгосрочных ос-ложнений распределены в четыре группы: в 1-ю группу вошли 46 пациентов без объективных признаков ДМА (11 женщин и 35 мужчин, средний возраст 25,9±8,9 лет, стаж заболевания 5,1±2,9 лет); 2-ю группу составили 48 больных (23 женщины и 25 мужчин в возрасте 22,1±7,3 года, длительность заболевания 5,9±3,5 лет), у которых наблюдались начальные проявления ПОД в виде простой (непролиферативной) ретинопатии, с наличием доклинического этапа развития нефропатии, периферическая нейропатия характеризовалась отсутствием выра-

-11-

женного болевого синдрома и сопутствующих ей трофических нарушений; в 3-ю группу были включены 34 человека (19 женщин и 15 мужчин, средний возраст 25,0±7,7 лет, длительность заболевания 15,9±6,2 года) с тяжёлым течением диа-

клубочковой фильтрации, артериальной гипертензией, периферической нейропа-тией с существенным болевым синдромом и расстройством трофики, выражен-ных проявлений автономной нейропатии, склонностью к кетогенезу и частым декомпенсациям эндокринопатии; 4-ю группу образовали 13 больных СД-1 (8

женщин и 5 мужчин, средний возраст 28,1±4,5 лет, продолжительность заболева-ния 20,3±6,4 года) тяжёлого течения с развитием ХПН. В исследовании участво-вали молодые пациенты с СД-1, в подавляющем большинстве некурящие, не контактировавшие в процессе профессиональной деятельности с аэрозолями токсико-раздражающего действия, без признаков первичной патологии РС. Спектр презентации клинических проявлений основного заболевания характери-зовался значительной широтой и разнообразием, что позволяло наиболее полно и достоверно оценить влияние тяжести его проявлений на состояние параметров, характеризующих ФВД, метаболизм, ФР и проследить их динамику от этапа ма-нифестации эндокринопатии до развития поздних осложнений диабета.

В процессе осуществления работы проведено комплексное, многоэтапное об-следование больных СД-1 и лиц контрольной группы.

С применением диагностического комплекса "Oxycon-Alpha" фирмы "Erich Jaeger" (Германия) методом непрямой калориметрии осуществлялся анализ ха-рактеристик основного обмена: REE (% pred) – расходования энергии в покое, VO2 – потребления О2 (ml/min),VCO2 – выделения СО2 (ml/min), RER – отноше-ния респираторного обмена (RER=VCO2/VO2), соотношения утилизируемых энергетических субстратов (жиров, углеводов) [Ross R., 1989]; вентиляцион-ного паттерна: VT (ml) – дыхательного объёма, Bf (1/min) – частоты дыхания, VE (l/min) – минутной вентиляции; гемодинамики в покое: HR (1/min) – часто-
-12-

ты сердечных сокращений, Qt (l/min) – минутного сердечного выброса, Psys и Pdia (mm Hg) систолического и диастолического артериального давления.

Посредством газового анализатора серии "ABL-555" фирмы "Radiometr|Co-penhagen" (Дания) проводилось изучение кислородного статуса артериализиро-

ванной крови: рО2 (mm Hg) – напряжения кислорода, ctO2 (mmol/l) – артериаль- ной концентрации общего кислорода, p50 (mm Hg) – напряжения О2 при 50% де-

сатурации крови, px (mm Hg) – напряжения экстракции артериального кислоро-да, Lactat (mmol/l) – концентрации лактата в плазме крови и КОС: pH – отри- цательного логарифма активности йонов водорода, SBC (mmol/l) – стандартно- го бикарбоната, SBE (mmol/l) – стандартного избытка (дефицита) оснований.

Исследование механики внешнего дыхания выполнялось с помощью бодипле-тизмографа "Bodyscreen-II" фирмы "Erich Jaeger" (Германия) и включало в себя спирометрию с оценкой скоростных и статических лёгочных параметров: FVC (% pred) – форсированной жизненной ёмкости лёгких, FeV1 (% pred) – объёма форсированного выдоха за первую секунду; индекса Тиффно (% pred), FeF25-75

(% pred) – средней объёмной скорости между 25 и 75% FVC; общей ёмкости лёгких TLC (% pred) и её структуры: VCIN (% pred) – жизненной ёмкости лёг-ких, RV (% pred) – остаточного объёма лёгких, RV/TLC (% pred) – отношения RV к TLC.

Оценка диффузионной способности лёгких (ДСЛ) для окиси углерода в ре-жиме однократной задержки дыхания TLCOsb (% pred) и устойчивого состояния TLCOss (% pred) проводилась на аппарате "Transferscreen-II" фирмы "Erich Jaeger" (Германия).

Определение ФР выполнялось в условиях непрерывно-нарастающей ступен-чатой нагрузки [Wasserman K.et al., 1987] с помощью программируемого велоэр-гометра "ER 900" и диагностического комплекса "Oxycon-Alpha" фирмы "Erich Jaeger" (Германия) с динамическим анализом газообмена, мониторингом гемо-динамики, дыхательного паттерна, а также гликемии, газового состава и КОС артериализированной капиллярной крови; исследование характера использова-ния метаболических субстратов в процессе мышечной деятельности выполня-

-13-

Результаты исследования были подвергнуты статистической обработке с при-менением дисперсионного вида анализа и t-теста Стьюдента для множественных

сравнений с поправкой Бонферрони. Вычисления проводились с использованием программы "Biostat". Определялись следующие величины: объём выборки (n),

среднее значение (М), стандартное отклонение (σ), критерий Стьюдента (t), дос-товерность (р). Достоверными считались только те значения, вероятность ошиб-ки которых была меньше 5 % (р<0,05). В представленных таблицах оценка изу-чавшихся показателей дана в виде M±σ (среднее арифметическое значение и стандартное отклонение).