Energetický výdej pacientů s ischemickou chorobou srdeční měřený akcelerometrem – výsledky pilotní studie

Souhrn

Cílem naší práce bylo posoudit energetický výdej pacientů s ischemickou chorobou srdeční v rámci programu pohybové rehabilitace v domácím prostředí. S využitím akcelerometru ActiGraph jsme změřili energetický výdej habituální pohybové aktivity před zahájením rehabilitace u 54 mužů a 7 žen, kteří souhlasili s účastí ve studii. Následně bylo provedeno identické měření v průběhu rehabilitace u 31 mužů a 3 žen, kteří setrvali ve studii po dobu 3 měsíců.

Energetický výdej byl vypočítán s využitím kombinace rovnice Freedsonové a work-energy teoremu.

Habituální pohybová aktivita souboru byla vysoká – 526,1±175,0 kcal (2209,6±735,0 kJ) a dostačující k prevenci ICHS. V průběhu rehabilitace nedošlo již ke statisticky signifikantnímu nárůstu pohybové aktivity. To může vést k závěru, že s účastí v programu domácí rehabilitace souhlasí a vyšší compliance vykazují pacienti s již habituálně vysokou pohybovou aktivitou, u kterých je následný prospěch z pohybové rehabilitace menší.

Limitací studie je relativně nízká compliance k obsluze akcelerometru.

Klíčová slova:

ischemická choroba srdeční, léčba pohybem, ambulantní monitorace.

Úvod

S rostoucí prevalencí výskytu ischemické choroby srdeční (ICHS) v průmyslově rozvinutých zemích byly hledány příčiny tohoto jevu především ve změnách životního stylu. Nejtypičtější změnou oproti předchozím generacím je snížení pohybové aktivity a s ní související nerovnováha mezi fyzickým a psychickým stresem. To spolu s genetickými a dalšími faktory vede k urychlení procesu aterosklerózy.

Naopak zvýšení pohybové aktivity má příznivý efekt na patofyziologické procesy související s aterosklerózou (10,19). Byl prokázán souhrnně pozitivní vliv na prognózu pacientů s ICHS (8) s redukcí celkové i kardiovaskulární mortality o 20–30 %.

Potenciál pohybové rehabilitace v oblasti prevence a léčby ICHS je tedy značný, v praxi má ale významné limitace. Zdravotníci narážejí především na problém nízké ochoty pacientů ke zvýšení pohybové aktivity a vůbec nízké compliance k pohybově rehabilitačním programům. Podle různých zdrojů (4) lze adekvátní účast v rehabilitačních programech očekávat asi u 10–20 % pacientů s ICHS, dlouhodobější compliance je ještě nižší.

Vedle výše zmíněné nízké ochoty pacientů k pohybu mohou hrát při systému v centru prováděné pohybové rehabilitace roli i další organizační faktory:

• velká vzdálenost bydliště od centra,
• přídatné finanční nároky, apod.

Proto se v poslední době objevuje snaha přenést pohybovou aktivitu do domácího prostředí s využitím automonitorace. Podle posledních poznatků jsou programy doma realizované rehabilitace prakticky stejně efektivní jako rehabilitace prováděné v centru (9).

Druhým problémem je obtížná objektivizace zvýšení pohybové aktivity, a vůbec její kvantifikace. Vyvstává právě u programů rehabilitace prováděné bez přímého dohledu, v domácím prostředí. Potřeba objektivní monitorace pohybové aktivity vyplývá i z naší zkušenosti, že nejčastější uváděnou příčinou odmítnutí účasti v programu pohybové rehabilitace je přesvědčení pacientů s ICHS, že mají pohybu dostatek.

Ke klasickým pomůckám používaným k odhadu pohybové aktivity a energetického výdeje patří sporttestery (měřiče srdeční frekvence) a krokoměry. Moderní a v současné době stále využívanější pomůckou jsou akcelerometry, které ve srovnání s klasickými pomůckami umožňují přesnější odhad energetického výdeje při pohybové aktivitě, a které využíváme i v naší studii. Tato zařízení obsahují piezoelektrické krystaly, jejichž deformace při změně rychlosti (zrychlení) pohybu generuje detekovaný elektrický proud (12). Takto zjištěná intenzita pohybové aktivity se udává v tzv. countech. Následně je potom převáděna podle empirických vzorců stanovených na základě prací korelujících spirometricky určený energetický výdej a počet countů během pohybu (5) na jednotky energetického výdeje (kJ, kcal).

Nevýhodou běžně používaných akcelerometrů I. generace je, že jsou schopny detekovat pouze dynamickou práci, energetický výdej při statické práci bez zrychlení těla není zaznamenán. Další nevýhodou je, že akcelerometr měří akceleraci pouze té části těla, na kterou je upevněn a naměřené hodnoty tedy závisí na typu prováděné pohybové aktivity (3), a rovněž vyšší pořizovací cena přístroje ve srovnání s krokoměrem.

Využití akcelerometru v monitoraci kardiaků je v naší i světové literatuře popisováno zatím zřídka (20).

Cílem naší práce bylo pomocí odhadu energetického výdeje s využitím akcelerometru posoudit, nakolik je běžná (habituální) pohybová aktivita kardiaků, dostatečná k prevenci ICHS a nakolik odpovídá současným doporučením (2, 7).

Druhým cílem bylo posouzení adekvátnosti energetického výdeje v průběhu programu doma prováděné rehabilitace.

Metodika

Soubor a metody

Studii jsme provedli u pacientů s koronarograficky prokázaným postižením tepen. Jednalo se o pacienty většinou bezprostředně po podstoupené koronarografii, provedené z akutní nebo elektivní indikace:

• akutní infarkty typu STEMI,
• NSTEMI,
• nestabilní angina pectoris,
• stabilní námahová angina pectoris (AP)

ve shodě se současnými doporučenými postupy (16). Část pacientů byla pozvána s delším časovým odstupem po koronarografii z kardiologických ambulancí (pacienti po koronární angioplastice (PCI), eventuálně po provedené kardiochirurgické revaskularizaci). Všichni takto oslovení pacienti se před vstupním pohovorem zúčastnili edukační lekce na téma zdravého životního stylu, rizikových faktorů ICHS a jejich prevence, s důrazem na přínos pravidelné pohybové aktivity. Kontraindikace (KI) zařazení byly shodné s obecnými KI rehabilitace (7).

S ohledem na zaměření studie na méně rizikové pacienty nebyli zařazováni ani pacienti s poklesem ejekční frakce (EF) pod 40 %. Všichni pacienti užívali medikaci v souladu se současnými doporučeními pro pacienty s ICHS (7).

Z léků ovlivňujících níže uvedené spiroergometrické ukazatele užívalo 100 % pacientů betablokátory.

Z 320 oslovených pacientů vyslovilo souhlas s účastí v rehabilitačním programu 61 osob (54 mužů a 7 žen). Vstupní charakteristika tohoto souboru byla upřesněna provedením spiroergometrického vyšetření se stanovením vrcholové kyslíkové spotřeby VO_2peak a relativní vrcholové kyslíkové spotřeby VO_{2peak r}. Dále byla stanovena kyslíková spotřeba na úrovni anaerobního prahu VO_2AN a tepová srdeční frekvence na této úrovni. Anaerobní práh byl stanoven metodou V-slope jako bod zlomu křivky závislosti výdeje CO₂a příjmu O₂ v průběhu ergometrického testu s kontinuálním zvyšováním zátěže (17).

Relativní vrcholová kyslíková spotřeba je udána jako procentuální podíl normy odpovídající průměru dané populace a věku. K definici normálních hodnot byla využita sice starší, ale v literatuře dosud citovaná Wassermanova doporučení (18) – především s ohledem na jejich aplikovatelnost i na vyšší věkové skupiny.

Echokardiograficky byly změřeny základní rozměry levé komory, posouzena EF a diastolická funkce TDI – měřením anulárních rychlostí mitrální chlopně. Vstupní parametry souboru 61 účastníků jsou uvedeny v tabulce 1.

Odhad energetického výdeje při habituální pohybové aktivitě (PA) byl proveden týdenní monitorací jednoosým akcelerometrem Actigraph GT1M. S využitím softwaru firmy Actigraph byly na základě akcelerometrem monitorované PA (v countech) a dalších údajů od pacienta získaných formou dotazníku (především čas nasazení a sundání přístroje) vyhodnoceny následující údaje:

a) průměrný aktivní energetický výdej za den (AVE)

Vypočten jako podíl odhadu energetického výdeje z akcelerometrem naměřených hodnot za sledované období a počtu dní, po které měření probíhalo. Celkový energetický výdej je vypočten z množství naměřených countů pomocí kombinace rovnice Freedsonové a tzv. work-energy theoremu.

1. Rovnice Freedsonové (5):
   kcal/min = 0.00094 x county/min + 0.1346 x hmotnost v kg – 7,37418
2. Work-energy theorem:
   kcal/min = 0,0000191 x county/min x hmotnost v kg

Rovnice Freedsonové je použitelná pro osoby s hmotností nad 40 kg a při pracovní intenzitě přesahující 1 952 countů/min. Dle údajů výrobce software byla při těchto intenzitách zátěže použita tato rovnice, při nižších intenzitách rovnice work-energy theorem.

Hodnota AVE je nejdůležitějším ukazatelem pohybové aktivity a umožňuje srovnání s doporučeními, které dále uvádíme v diskusi.

b/ doba, po kterou akcelerometr monitoroval pohybovou aktivitu různých intenzit

Bylo změřeno trvání pohybové aktivity intenzity pod 1 MET (INT1), v rozmezí 1–3 MET (INT1-3), 3–6 MET (INT36), 6 – 9 MET (INT69) a nad 9 MET ( INT 9C), což umožnilo ještě přesněji popsat intenzitu pohybu a její změny.

Program pohybové rehabilitace

Program pohybové rehabilitace byl prováděn v domácím prostředí s využitím automonitorace. Typ pohybové aktivity nebyl striktně stanoven. Jednalo se dle preference pacientů o převážně aerobní aktivity:

• dominantně chůzi,
• severskou chůzi, eventuálně běh,
• jízdu na kole.

Účastníci si dle typu preferované pohybové aktivity mohli vybrat mezi dvěma způsoby automonitorace:

1. krokoměr:

Při chůzi bylo doporučeno denně absolvovat minimálně 10 000 kroků. Pacienti si vedli osobní záznamy s počtem kroků absolvovaných během sledovaného období.

2. monitor srdeční frekvence:

Doporučena byla pohybová aktivita 5x týdně v rozmezí SF odpovídající anaerobnímu prahu v trvání 40–60 minut. Tato srdeční frekvence byla stanovena, jak zmíněno výše, při vstupní spiroergometrii.

V průběhu programu pohybové rehabilitace byla 1x (většinou ve 3. měsíci) provedena týdenní monitorace akcelerometrem s hodnocením stejných parametrů jako při vstupním vyšetření. Záznamy z akcelerometru byly srovnány se záznamy vedenými pacientem o počtu kroků, respektive o trvání pohybové aktivity při stanovené srdeční frekvenci.

K posouzení statistické významnosti změn intenzity pohybové aktivity v průběhu rehabilitace (ve srovnání s habituální pohybovou aktivitou) byl použit s ohledem na relativně nízký počet srovnatelných záznamů neparametrický dvouvýběrový Wilcoxonův test.

Výsledky

1. habituální pohybová sledovaného souboru:

Ze souboru 61 pacientů, kteří vstoupili do studie, byly dostupné výsledky z monitorace vstupní pohybové aktivity akcelerometrem (před rehabilitační intervencí) u 26 pacientů (43 %). Ostatní záznamy nebyly využitelné (pacienti pravděpodobně nedodrželi celou týdenní dobu, po kterou bylo nutno monitor nosit). Údaje o průměrném trvání různých intenzit PA u sledovaného souboru jsou uvedeny v tab. 2.

Z tabulky vyplývá, že rozhodující pro energetický výdej byla pohybová aktivita nízké a střední intenzity. Pohybové aktivity nad 9 MET dosáhl pouze jeden mladší pacient po dobu 1 minuty, pohybové aktivitě nad 6 MET se potom vystavilo 17 pacientů (65 %), ale většinou velmi krátkého trvání (výskyt pohybu této intenzity nad 10 minut byl zachycen jen ve dvou záznamech).

Pohyb nízké a střední intenzity byl u tohoto souboru v průměrné délce trvání 1 hodina a 21 minut denně, což odpovídá energetickému výdeji 526,1±175,0 kcal (2 209,6±735,0 kJ). Tento aktivní energetický výdej pak činil 21 % kalkulovaného celkového energetického výdeje za 24 hodin.

Hodnotě aktivního energetického výdeje 526,1±175,0 kcal (2 209,6±735,0 kJ) denně pak odpovídá týdenní energetický výdej v hodnotách 3 288,2±1 422,5 kcal (1 3810,4±5974,5 kJ).

2. pohybová aktivita během rehabilitace:

Po 3 měsících se dostavilo na kontrolu 34 pacientů (56 %). U těchto pacientů byla intenzita pohybové aktivity hodnocena opět na základě týdenní monitorace akcelerometrem a dále také na základě záznamů o pohybové aktivitě vedených pacientem.

A. Při analýze záznamů vedených pacientem jsme zjistili, že doporučenou pohybovou aktivitu průměrně 10 000 kroků denně dodrželo ve skupině užívající krokoměr 9 pacientů (41 %), 4 pacienti (18 %) byli pod tímto limitem a 8 pacientů (36 %) záznamy nedodalo.

Ve skupině monitorující srdeční frekvenci a čas dodrželo dobu průměrně 40 minut a více při doporučené SF denně 5 pacientů (42 %),4 pacienti (33 %) byli pod tímto limitem a 3 pacienti (2 %) záznamy nedodali.

Souhrnně tedy po 3 měsících dodalo ze 34 pacientů, kteří se dostavili na kontrolu, záznamy 22 pacientů (64 % z 34) a z nich byla adekvátní pohybová aktivita u 14 pa­cientů (64 % z 22). Adekvátní pohybovou aktivitu bylo na tomto podkladě možno prokázat u 41 % účastníků studie (14 z 34).

B. Alespoň jednoho úspěšného měření odhadu energetického výdeje akcelerometrem v průběhu rehabilitace bylo u této více kooperující podskupiny dosaženo u 23 pacientů (70 %). V tab. 3 jsou uvedeny naměřené hodnoty.

Oproti energetickému výdeji při habituální pohybové aktivitě byla u této (složením ale odlišné) skupiny více zastoupena pohybová aktivita střední (41 minut versus 27 minut) a vysoké intenzity (5,7 minut versus 2 minut) a celkově mírně vyšší aktivní energetický výdej – 564,2± 200,5 kcal (2 369,7±842,1 kJ).

Posouzení statistické významnosti změny pohybové aktivity bylo možné pouze u 15 pacientů, u kterých byl dostupný výsledek vyšetření před zahájením rehabilitace i během ní. Hodnoty jsou uvedeny v tab. 4.

U žádného ze sledovaných parametrů popisujících intenzitu pohybové aktivity nedošlo ke statisticky signifikantní změně.

Diskuse

Následující text dává do kontextu výsledky našich měření odhadu energetického výdeje s aktuálními doporučeními.

Energetický výdej je v současnosti považován za nejdůležitější prognostickou charakteristiku zátěže. Dle oficiálních doporučení České kardiologické společnosti (7) i zahraničních odborných společnosti (2) by měl být minimální aktivní energetický výdej během rehabilitace 4 200 kJ (1 000 kcal) týdně. Současně je doporučována pohybová aktivita střední intenzity 3–7x týdně v délce trvání 30 až 60 minut.

Pro odhad energetického výdeje využíváme údaje uvedené v tabulce 5, které vycházejí z manuálu pro obsluhu akcelerometru ActiGraph a jsou založeny na práci Freedsonové (5).

Z tabulky vyplývá, že pohybová aktivita střední intenzity v délce trvání 30–60 minut představuje u 70-ti kg osoby aktivní energetický výdej přibližně 150–300 kcal (6 000–12 000 kJ) / den, tj. při doporučeném provádění 3–7x týdně 450–2 100 kcal (18 000–85 000 kJ) / týden. Aby energetický výdej dosáhl minimálně 1 000 kcal (4 200 kJ), je bez další přídatné pohybové aktivity doporučení 3 x 30 minut nedostatečné. Proto jsme u našeho souboru vyžadovali pohybovou aktivitu 5 x týdně v rozmezí 40–60 minut.

Pro chůzi je v současnosti na základě japonských doporučení (1) propagován limit 10 000 kroků / den. Pohybové zátěži 10 000 kroků odpovídá v závislosti na rychlosti chůze a hmotnosti osoby energetický výdej 300–400 kcal (1 200–1 600 kJ) / den (6). Doporučený energetický výdej je tedy potom minimálně 2 100 kcal (8 500 kJ) / týden a přesahuje tak dvojnásobně evropská, americká i naše doporučení pro kardiaky (11). V této souvislosti není bez zajímavosti zjištění Hambrechtovy studie (15) se 112 pacienty s ICHS, že ve skupině s průměrným aktivním energetickým výdejem kolem 4 200 kJ (1 000 kcal) / týden došlo k progresi stenóz v koronárním povodí. U pacientů s energetickým výdejem 6 300 kJ (1500 kcal)/týden byl nález stacionární a ve skupině s výdejem 9000 kJ (2 200 kcal) / týden byla přítomna regrese změn.

Energetický výdej měřený akcelerometrem při habituální pohybové aktivitě našeho souboru (před zahájením rehabilitace) vysoce přesáhl jak výše zmíněných 4 200 kJ (1 000 kcal), tak přísnější limit 8 400 kJ (2 100 kcal). Podobná zjištění platí i pro energetický výdej v průběhu rehabilitace.

Z omezeného množství akcelerometrických dat dále vyplývá, že se energetický výdej během rehabilitace oproti habituální pohybové aktivitě podstatněji nezvýšil.

Je otázka, do jaké míry lze uvedená zjištění o dostatečném energetickém výdeji zobecnit na širší populaci kardiaků. Některé dosud publikované studie svědčí spíše o opaku. Savage (13) zjistil, že u 70 % kardiaků není během rehabilitačního programu dosaženo doporučeného energetického výdeje 4 200 kJ (1 000 kcal) / týden. Podobně v Schairerově studii (14) 83 % pacientů nedosáhlo tohoto prahu energetického výdeje.

Náš soubor spíše než obecnou populaci kardiaků charakterizuje tu jejich část, která je ochotna účastnit se pohybové rehabilitace. Z naměřených hodnot vyplývá, že s účasti ve studii souhlasili a setrvali v ní převážně pacienti již dříve zvyklí na pravidelný pohyb, neaktivní jedinci odmítli. Pro tyto pacienty pak ovšem pohybová rehabilitace má, co se týče energetického výdeje, přínos poměrně malý.

Výše uvedené závěry lze přijmout za předpokladu, že výsledky týdenní monitorace akcelerometrem skutečné dávají charakteristiku dlouhodobé habituální pohybové aktivity. Nelze zcela vyloučit, že sledované osoby arteficiálně navýšily pohybovou aktivitu pouze po dobu nošení přístroje. Svědčila by pro to skutečnost, že při následné rehabilitaci bylo možno dodržení doporučené pohybové aktivity (10 000 kroků) prokázat dlouhodobě pouze ve 64 % dodaných záznamů (automonitorace s využitím krokoměru).

Na druhé straně je skutečností, že chůze byla pouze jednou z pohybových aktivit. Do záznamů o druhu vykonávané pohybové aktivity odevzdávaných spolu s akcelerometrem uváděli pacienti nejčastěji domácí práce. Za určitým (mimozdravotním) účelem cílená pohybová aktivita hrála tedy v energetickém výdeji našeho souboru určitou nezanedbatelnou roli. Její kvantifikace je přitom bez použití akcelerometru obtížná.

Z uvedeného vyplývají výhody a limitace využití akcelerometru. Výpovědní hodnotu naší studie nepříznivě, ale očekávaně ovlivnila nízká compliance pacientů, jak k rehabilitačnímu programu, tak k automonitoraci pohybové aktivity.

Poněkud překvapivá byla i nízká compliance k obsluze akcelerometru. Byla srovnatelná s ochotou pacientů monitorovat pohybovou aktivitu krokoměrem s vedením záznamů o počtu kroků (u obou způsobů monitorace bylo vyhodnotitelných 60–70 % záznamů).

Při podrobnější analýze zjištěných dat vystává otázka správnosti využití rovnice Freedsonové pro přepočet countů na jednotky energetického výdeje u obecné populace. Freedsonová a kol. stanovili tuto rovnici a mezní hodnoty počtu countů pro vymezení různých intenzit zátěže na základě korelace mezi energetickým výdejem vypočteným ze spiroergometricky stanovené kyslíkové spotřeby a počtem countů současně detekovaným jednoosým CSA - akcelerometrem (ActiGraph).

Korelace byla prováděna na souboru 25 mužů a 25 žen věku 20–25 let průměrné hmotnosti 71,8 ±7,9 kg, respektive 63,0±7,5kg na základě 3 měření:

• při klidné chůzi,
• rychlé chůzi,
• běhu.

Měření vedla k závěru, že mezi 3–9 MET je závislost mezi energetickým výdejem a počtem countů lineární, a zvýšení pohybové aktivity o 1 MET odpovídá nárůst o 1 951 countů / min. Přitom bazální hodnotě aktivního energetického výdeje 3 MET odpovídá 1 258 countů / min.

Vezmeme-li v úvahu, že u našeho souboru průměrná doba strávená při pohybové aktivitě nízké intenzity (1–3 MET) byla 54 minut a střední intenzity (3–6 MET) 27 minut, vypočtený energetický výdej 526 kcal (2 209 kJ) se jeví s ohledem na orientační hodnoty, uvedené v tabulce 5, poněkud nadhodnocený.

Na práci Freedsonové je založeno softwarové zpracování výstupů z akcelerometru ActiGraph. Sama autorka doporučuje její užití striktně pro pohybovou aktivitu, na kterou byla zaměřena – na chůzi a běh. Její využití pro obecnou monitoraci pohybové aktivity běžné populace by mělo být ověřeno dalšími studiemi.

Závěr

1. 1Akcelerometr je cennou pomůckou při odhadu energetického výdeje kardiaků díky možnosti týdenní kontinuální monitorace pohybové aktivity. U našeho souboru se na energetickém výdeji významně podílely domácí práce nesportovního charakteru, jejichž monitorování by bylo s využitím stávajících pomůcek obtížné.
2. Limitací využití akcelerometru je nutná spolupráce pacientů. U našeho souboru byla ochota nosit akcelerometr po dobu jednoho týdne relativně nízká, a srovnatelná s ochotou vést 3-měsíční záznam pohybové aktivity s využitím krokoměru.
3. Další limitací při odhadu energetického výdeje se toho času jeví u námi pou­ži­tého akcelerometru ActiGraph aplikace výsledků práce Freedsonové na obecnou populaci a široké spektrum pohybových aktivit.
4. Pokud odhlédneme od limitací naší studie uvedených v bodě 2 a 3, byla habituální pohybová aktivita účastníků naší studie relativně vysoká a dostačující k prevenci ICHS. V průběhu rehabilitace nedošlo již k dalšímu navýšení energetického výdeje. Z toho bychom mohli usuzovat, že s účastí v programu domácí rehabilitace souhlasí, a vyšší compliance vykazují pacienti s již habituálně vysokou pohybovou aktivitou, u kterých je následný prospěch z pohybové rehabilitace menší.

MUDr. Jan Bajorek
FN Olomouc – I interní klinika
I. P. Pavlova 6
775 20 Olomouc
E-mail: jan.bajorek@fnol.cz