Keuhkot ja sydän ovat peruuttamattomasti yhteydessä toisiinsa hapen ja hiilidioksidin kuljetustehtäviensä suhteen. Keuhkojen toimintahäiriö vaikuttaa usein sydämen toimintaan, ja sydämen toimintahäiriö vaikuttaa usein keuhkojen toimintaan. Kroonista kongestiivista sydämen vajaatoimintaa sairastavilla potilailla rasitushengenahdistus on yleinen oire, ja ventilaatioponnistus lisääntyy tietyllä rasituksella huolimatta normaaleista valtimoverikaasuista. Circulation-lehden tässä numerossa kerrotaan, että CHF:n lisääntynyt rasituksen aikainen ventilaatio sisältää ennusteellista tietoa, joka ylittää maksimaalisen hapenottokyvyn (V̇o2max), vasemman kammion ejektiofraktion tai NYHA-toimintoluokituksen tarjoaman tiedon.1 Heidän tietonsa osoittavat, että jyrkkyys, jolla ventilaatio lisääntyy suhteessa hiilidioksidin tuotantoon lisääntyvän rasituksen aikana, joko yksinään tai yhdistettynä V̇o2max:iin, vasemman kammion ejektiofraktioon ja NYHA-luokitukseen voi olla herkkä keino ennustaa CHF-potilaiden tapahtumavapaata eloonjäämistä. Tällainen väline voi olla tärkeä arvioitaessa sydämensiirron tarvetta tai seurattaessa hoitotoimenpiteiden tehoa; sitä voidaan arvioida submaksimaalisilla työkuormituksilla, ja se on helpompi mitata kuin V̇o2max.

Korkea ventilaatio (V̇e) suhteessa hiilidioksidin tuotantoon (V̇co2) CHF:ssä ei ole uusi havainto,23456 mutta sen potentiaalinen käyttökelpoisuus CHF:n vaikeusasteen arvioinnissa käytettävänä ennustevälineenä on suhteellisen uusi. Ehkä vieläkin tärkeämpää on kuitenkin se, mitä Kleberin ym.1 tätä välinettä käyttäneet tutkimukset kertovat meille CHF:n heikentyneestä kaasujenvaihdosta ja sen suhteesta keuhkosairauden heikentyneeseen kaasujenvaihtoon.

Koska sydämen vajaatoiminnan korkea ventilaatiovoiman taso voi ennustaa eloonjäämistä, sen on sisällettävä tärkeää tietoa siitä, miten vasemman kammion toimintahäiriö vaikuttaa joko keuhkoihin tai ventilaation hallintaan. Ensimmäiseksi on siis tutkittava, mitä perustietoa ventilaation (V̇e) ja CO2-tuotannon (V̇co2) välisen suhteen kaltevuus sisältää. Muunnettu alveoliyhtälö7 kuvaa lyhyesti sen jyrkkyyden määräävät tekijät, jolla V̇e nousee suhteessa V̇co2:een:

Yhtälön 1 osoittama V̇e:n ja V̇co2:n välinen riippuvuussuhde on lineaarinen laajalla alueella, ja sen kaltevuus määräytyy vain kahdesta tekijästä: (1) valtimon CO2-jännityksen käyttäytyminen rasituksen aikana ja (2) Vd/Vt-suhde. Jos perifeeristen kemoreseptoreiden tai luustolihaksen ergoreseptoreiden suuri ventilaatiovoima ajaa Paco2:ta alaspäin, V̇e/V̇co2 -suhteen kaltevuus kasvaa, tai jos Vd/Vt on korkea, V̇e/V̇co2 -suhteen kaltevuus kasvaa. Lisääntynyttä kemoreseptorivahvistusta nähdään usein vaikeassa CHF:ssä,8 esimerkiksi potilailla, joilla on Cheyne-Stokesin hengitys, mutta lisääntynyt kemoreseptorivahvistus ei yksinään laske Paco2:ta, ellei asetuspistettä, jonka ympärillä Paco2:ta kontrolloidaan, ole alennettu tai ellei hypoksinen ajo tai ergoreseptorinen ajo ole korkea. Useimmat tutkimukset viittaavat siihen, että CHF-potilaiden verikaasut ovat normaalit4 ja että Paco2 joko pysyy samana tai laskee maltillisesti levosta huippukuntoon, samoin kuin normaaleilla kontrolleilla. Korkealle Vd/Vt-suhteelle on kaksi mahdollista syytä: (1) alhainen hengitystilavuus (Vt) suhteessa normaaliin anatomiseen kuolleeseen tilaan tai (2) epätavallisen suuri fysiologinen kuollut tila. CHF-potilaiden hengitystilavuus on usein pienentynyt raskaassa rasituksessa, mikä lisäisi Vd/Vt-suhdetta; on kuitenkin arvioitu, että vain ≈33 % CHF-potilaiden lisääntyneestä kuolleen tilan ventilaatiosta voidaan selittää alhaisella Vt:llä.25

Nykyiset tiedot viittaavat siihen, että CHF:ssä epänormaalin jyrkän V̇e/V̇co2 -kaltevuuden pääasiallinen lähde on lisääntynyt ventilaatio-perfuusiosuhteen (V̇/Q̇) epäyhtenäisyys, mikä aiheuttaa tehotonta kaasunvaihtoa. Varoituksen sana on kuitenkin edelleen tarpeen. Edellä esitetty päätelmä perustuu epäsuoriin todisteisiin. Paco2:n ja kuolleen tilan ventilaation suoria vertailuja ei ole tehty CHF-potilailla, joilla on ja joilla ei ole suurta V̇e/V̇co2 -kaltevuutta rasituksen aikana. Tällaisia vertailuja tarvitaan.

Mistä keuhkojen V̇/Q̇-suhteiden lisääntynyt epätasaisuus CHF:ssä voisi johtua, ja miksi se antaisi ennusteellista tietoa, jota V̇o2max ei anna? Kleberin ja muiden1 tutkimien CHF-potilaiden keuhkotilavuudet ja ventilaatiotoiminta olivat suhteellisen normaaleja, ja valtimoveren happisaturaatio oli normaali rasitushuipputilanteessa, kuten yleensä CHF-potilailla, joilla ei ole samanaikaista keuhkosairautta. Korkea Vd/Vt-suhde ja normaalit valtimoveren kaasut viittaavat siihen, että keuhkojen V̇/Q̇-suhteiden epätasaisuus johtuu todennäköisemmin perfuusion kuin ventilaation lisääntyneestä epätasaisuudesta. Kun ventilaatiokapasiteetti pysyy normaalina, perfuusion epänormaalin jakautumisen aiheuttama tehoton kaasunvaihto voidaan yleensä hyvin kompensoida rasituksen aikana lisäämällä ventilaatiota riittävästi, jotta Paco2-arvo pysyy normaalina ja valtimoveren O2-saturaatio normaalina. Näin ei ole vaikeassa kroonisessa obstruktiivisessa keuhkosairaudessa, jossa ventilaatio ja perfuusio ovat huonosti yhteensopivia ja jossa ilmanvirtauksen suuri vastus rajoittaa ventilaation kompensoivaa lisäämistä; liikunnan aikana Paco2 nousee ja valtimoveren O2-saturaatio laskee. Kleberin ym.1 tutkimilla CHF-potilailla, joilla oli suuri V̇e/V̇co2 -kaltevuus, keuhkojen keskimääräinen kokonaiskapasiteetti (TLC), vitaalikapasiteetti (VC) ja keuhkojen diffuusiokapasiteetti (Dlco) olivat merkittävästi pienemmät kuin potilailla, joilla V̇e/V̇co2 -kaltevuus oli normaali, mutta valtimoveren O2-saturaatio pysyi kuitenkin normaalina rasituksen huipussa. Dlco on yleensä alentunut vaikeassa CHF9101112 -taudissa ja korreloi merkittävästi V̇o2max:n kanssa. Dlco:n vaatimaton pieneneminen voi heijastaa todellisen kalvon diffuusiokapasiteetin (Dmco) vakavampaa pienenemistä, koska CHF:n alhaisen Dmco:n vastapainona voi olla suuri keuhkokapillaariveritilavuus (Vc). Puri ym.9:n tutkimilla potilailla, joilla oli vaikea CHF (NYHA-luokka III), Dmco oli 35 % kontrollista, kun taas Dlco pieneni vain 55 %:iin kontrollista korkean Vc:n vuoksi (144 % kontrollista). Alhainen Dmco merkitsee, että hapen diffuusiokapasiteetti (Dlo2) on vastaavasti alentunut, mikä puolestaan vähentää keuhkoihin perfusoituvan veren hapenottokykyä, ja jos sydämen ulostulovoima on riittävän suuri, keuhkoista lähtevän veren happikyllästeisyys laskee rasituksen aikana. Osa näistä diffuusiokapasiteetin ja kuolleen tilan ventilaation muutoksista on palautuvia ACE:n estäjillä ja diureeteilla, mikä kuvastaa subkliinistä interstitiaalista keuhkoödeemaa.513 Alhaisen Dlco-arvon säilyminen sydämensiirron14 jälkeen merkitsee kuitenkin ylimääräisiä rakenteellisia muutoksia mikrovaskulaatioon, mikä on vahvistettu morfologisissa tutkimuksissa. Lihasvaltimoissa ja -arterioleissa on mediaalista hypertrofiaa sekä intimaali- ja adventitialisfibroosia, ja verisuonilumenit kapenevat.15 Matriisiproteiinit lisääntyvät alveolien seinämissä, ja kapillaarien tyvikalvot ovat paksuuntuneet1617 ; nämä muutokset alkavat luultavasti jo hyvin varhaisessa vaiheessa reaktiona mistä tahansa syystä johtuvaan krooniseen keuhkokapillaarien verenpaineen nousuun.18

Kun otetaan huomioon, että Vd/Vt-suhde on epänormaalin korkea ja Dlo2 on merkittävästi alentunut vaikeaa CHF:tä sairastavilla potilailla, miksi maksimaalista hapenkuljetusta ei rajoiteta osittain heikentyneellä kaasunvaihdolla, johon liittyy Paco2:n nousu ja valtimoiden O2-saturaation lasku rasituksen aikana, kuten tavallisesti tapahtuu keuhkosairauksissa, joissa on samankaltaisia poikkeavuuksia? Tähän on kaksi syytä: (Se voi kompensoida korkean Vd/Vt:n, laskea Paco2:n normaalille tasolle huippusuorituksen aikana ja ylläpitää normaalia tai korkeaa alveolaarista happijännitystä. (2) Maksimaalinen sydämen minuuttituotos (Q̇max) on CHF:ssä pienentynyt enemmän kuin Dlo2; näin ollen Dlo2/Q̇-suhde ei koskaan laske liikunnan aikana niin alas, että keuhkoista lähtevän veren O2-kyllästeisyys laskisi.7

Alhainen maksimaalinen sydämen minuuttituotos ja heikentynyt perifeerinen O2:n talteenotto heikentävät ensisijaisesti hapen kulkeutumista CHF:ssä,419 ei keuhkokaasujen vaihtoa; arteriaaliset verikaasut pysyvät normaalina. Kaasujenvaihdon heikentynyt tehokkuus CHF:ssä, jota kuvastaa V̇e:n ja V̇co2:n välinen jyrkkä suhde, on kuitenkin luultavasti merkittävä syy rasitushengityksen aiheuttamaan hengenahdistukseen normaalien valtimoverikaasujen vallitessa.

Vasemman kammion sydämen vajaatoiminnalla on siis merkittäviä vaikutuksia keuhkojen toimintaan, aivan kuten keuhkosairaudella on merkittäviä vaikutuksia sydän- ja verisuonitautien toimintaan. Sellaisen mittauksen soveltaminen, joka mittaa kaasujenvaihdon tehokkuutta rasituksen aikana, CHF:n vaikeusasteen ja CHF:n elinajanodotteen indeksinä, korostaa sydämen ja keuhkojen välistä tärkeää toiminnallista yhteyttä. Käytetty mittausmenetelmä on yksinkertainen, ja sitä voidaan soveltaa myös vähäisessä rasituksessa. On kuitenkin korostettava, että mittaus, eli V̇e:n ja V̇co2:n välisen suhteen kaltevuus rasituksen aikana, on epäspesifinen ja on usein epänormaalin jyrkkä sekä primaarisessa keuhkosairaudessa että CHF:ssä, vaikkakin se yleensä liittyy keuhkosairauden yhteydessä poikkeaviin valtimoveren kaasuihin. Näin ollen Kleberin ja muiden1 käyttämää mittausta on tulkittava asiayhteydessä. Tämän korostamiseksi taulukossa on vertailtu CHF:n, kroonisen obstruktiivisen keuhkosairauden ja interstitiaalisen keuhkosairauden, johon liittyy alveolikapillaarinen kapillaarikatkos20 , heikentyneen kaasunvaihdon ensisijaisia tekijöitä.

Taulukossa joko ylös- tai alaspäin osoittavat nuolet osoittavat keskeisten tekijöiden suunnanmuutoksen kullakin hapenkuljetuksen askeleella kussakin tilassa. Taulukko on liian yksinkertaistettu, mutta käsitteellisesti hyödyllinen. Sydämen vajaatoiminnassa hapenkuljetuksen ensisijainen heikkeneminen johtuu sydämen maksimituotosta (Q̇max), joka on merkitty alaspäin osoittavalla lihavoidulla nuolella. Kroonista obstruktiivista keuhkosairautta sairastavilla potilailla hapenkuljetuksen ensisijainen heikkeneminen johtuu pienentyneestä maksimaalisesta ventilaatiosta (V̇emax) ja tehottomasta kaasunvaihdosta, ja interstitiaalista keuhkosairautta sairastavilla potilailla, joilla on alveolaarinen kapillaarikatkos, ensisijainen heikkeneminen johtuu pienentyneestä Dlo2:sta. Kaikissa näissä häiriöissä epätasainen V̇/Q̇-yhteensopivuus lisää Vd/Vt-suhdetta ja heikentää keuhkoista tapahtuvan hiilidioksidin erittymisen tehokkuutta; jos ventilaatiota voidaan lisätä riittävästi lisääntyvän rasituksen aikana, jotta Paco2:n nousu estetään, V̇e/V̇co2-käyrän kaltevuus on normaalia jyrkempi keuhkosairauksissa sekä CHF:ssä, kuten yhtälössä 1 oleva sulkeissa oleva termi osoittaa. Vaikeassa kroonisessa obstruktiivisessa keuhkosairaudessa Paco2 nousee rasituksen kasvaessa, ja V̇e/V̇co2-käyrän kaltevuus voi muuttua matalaksi, vaikka Vd/Vt on korkea.19 Samanaikainen keuhkosairaus voi merkittävästi muuttaa odotettua kaasujenvaihdon mallia CHF:ssä. Näin ollen on varoitettava, että jos keuhkoahtaumatautia sairastavalla potilaalla on merkittävä samanaikainen keuhkosairaus, V̇e/V̇co2 -kaltevuuden soveltaminen eloonjäämisen ennustamiseen, kuten Kleber ym.1 ehdottivat, muuttuu epäkelpoiseksi.

Yhteenvetona käytettävissä olevat tiedot viittaavat siihen, että krooninen keuhkoahtaumatauti aiheuttaa keuhkoissa rakenteellisia muutoksia sekä interstitiaalista keuhkoödeemaa, jotka heikentävät keuhkojen kaasujenvaihdon tehokkuutta; näiden muutosten laajuus kuvastaa keuhkoahtaumataudin vaikeusastetta ja luultavasti myös sen kestoa. Fysiologisesti nämä rakenteelliset muutokset ilmenevät lisääntyneenä kuolleen tilan ja hengitystilavuuden suhteena (Vd/Vt), mikä aiheuttaa epätavallisen korkean ventilaation rasituksen aikana. Ne ilmenevät yleensä myös keuhkojen diffuusiokapasiteetin (Dlco) pienenemisenä, joka vaihtelee CHF:n vaikeusasteen mukaan. Vaikka näiden keuhkojen toiminnan fysiologisten muutosten suuruus voi kuvastaa CHF:n vakavuutta ja olla tärkeä eloonjäämisen ennustaja, kaasujenvaihdon tehottomuus ei ole ensisijainen syy heikentyneeseen liikuntakykyyn. Vähentynyt maksimaalinen hapenkuljetus CHF:ssä johtuu alhaisesta maksimaalisesta sydämen tehosta ja ehkä heikentyneestä perifeerisestä hapenottokyvystä; valtimoiden Paco2- ja O2-kyllästeisyys huippukehityksessä pysyvät normaaleina. Vaikka valtimoveren kaasut pysyvät normaaleina, tehoton kaasunvaihto voi olla merkittävä rasituksen aiheuttaman hyperpnean ja hengenahdistuksen lähde. Liikunnan aikana tapahtuvan epänormaalin kaasujenvaihdon malli CHF:ssä eroaa selvästi primaarisen keuhkosairauden mallista; tulkintaongelmia syntyy, kun CHF ja primaarinen keuhkosairaus esiintyvät samanaikaisesti.

Tässä pääkirjoituksessa esitetyt mielipiteet eivät välttämättä ole toimittajien tai American Heart Associationin mielipiteitä.