Прогнозирование успешности тренинга методом двойных задач у пациентов после коронарного шунтирования

Необходимость проведения реабилитационных программ в послеоперационном периоде кардиохирургических вмешательств на сегодняшний день неоспорима [1]. Однако и в российских, и в рекомендациях ESC/EACTS (2018) после проведения оперативного лечения не предусмотрены мероприятия, призванные улучшить когнитивные способности пациентов. Между тем, высокая частота развития послеоперационной когнитивной дисфункции (ПОКД), по некоторым данным, до 60-80% на момент вы­писки из стационара [2], подразумевает высокую потребность в проведении когнитивной реабилитации. Проведенные исследования выявили положительное влияние физических упражнений на когнитивные способности кардиохирургических пациентов. В исследовании Pengelly J, et al. [3] установлено, что тренировки с отягощениями средней интенсивности, проводимые в течение 12 нед. после открытой операции на сердце, могут улучшить когнитивное функционирование по сравнению со стандартной аэробной реабилитацией. Положительное влияние физической преабилитации в виде короткого курса тредмил-­тренировок на когнитивные функции пациентов, перенесших коронарное шунтирование (КШ) с искусственным кровообращением (ИК), показано в следующей работе [4]. В ряде систематических обзоров и метаанализов представлены преимущества многозадачных когнитивных тренингов у практически здоровых лиц молодого и старшего возраста [5-7]. Данные вмешательства основаны на методе двой­ных задач — одновременном выполнении физических упражнений и различных когнитивных задач [5]. Исследователи также установили, что применение двой­ных задач в когнитивной реабилитации может быть успешным у людей с умеренными нарушениями когнитивных функций и деменцией [8][9].

При этом эффективность тренингов с использованием двой­ных задач и их оптимальные комбинации для максимального восстановительного эффекта у кардиохирургических пациентов требуют дальнейших исследований. Необходимо учитывать, что кардиохирургические операции, проводимые в условиях ИК, могут привести к диффузному поражению головного мозга, с преимущественным вовлечением фронтальных и парието-­окципитальных отделов коры головного мозга, что связано с их расположением в пограничных регионах мозгового кровоснабжения [10]. Предполагается, что многозадачные тренинги могут обеспечить более широкую активацию фронтальных и парието-­окципитальных регионов коры мозга, отвечающих за исполнительные функции, память и внимание, что, в свою очередь, может оказывать существенное благотворное влияние на когнитивные способности пациентов после проведения кардиохирургических операций.

Особый интерес для разработки эффективного способа когнитивного восстановления у кардиохирургических пациентов представляет разновидность двой­ной задачи в виде постурального и когнитивных заданий. Постуральная стабильность — ключевой аспект управления движениями и координации тела, необходимый для сохранения равновесия как во время статических, так и динамических действий. Устойчивость позы формируется под влиянием как высокоуровневых "контролируемых" процессов, так и более простых "автоматических" реакций, что предполагает вовлечение базальных ганглиев и кортикальной петли для обработки информации высокого уровня, а также взаимодействия ствола мозга для обработки более элементарных сигналов [11]. В качестве когнитивного компонента тренировок эффективным инструментом могут быть дивергентные задачи или открытого типа, требующие более одного решения. Установлено, что такая активность в пожилом возрасте благотворно влияет на сохранение когнитивных функций, снижая вероятность развития деменции и депрессии [12]. В проведенном ранее исследовании было продемонстрировано преимущество тренинга, использующего комбинацию постурального баланса и задач открытого типа, для снижения частоты ПОКД у пациентов после КШ по сравнению со стандартной послеоперационной терапией [2]. Также было показано, что вариант многозадачного тренинга с использованием постурального моторного компонента более активно воздействовал на процессы нейропластичности, увеличивая экспрессию нейротрофического фактора мозга (BDNF), а его успешность была ассоциирована с большей исходной представленностью мозговой активности на частоте альфа-­диапазона [13].

Следует отметить, что при определении инструментов для эффективного восстановления когнитивного статуса кардиохирургических пациентов важно учитывать факторы, которые могут повлиять на успех проведения реабилитационной программы. Ранее было установлено, что продолжительность ИК, наличие атеросклеротического повреждения сонных артерий (СА), низкий уровень сердечного выброса могут значительно повлиять на состояние когнитивных функций в послеоперационном периоде кардиохирургических вмешательств [14][15]. Также следует принять во внимание, что тренинги с использованием двой­ных задач, направленные на улучшение состояния когнитивного статуса, могут активировать функциональные резервы мозга, например, когнитивный резерв, который позволяет головному мозгу успешно функционировать в условиях повышенной нагрузки [16]. Известно, что уровень когнитивного резерва отражает индивидуальные различия в выполнении задач, связан с уровнем интеллектуального потенциала и образования человека [17]. Тем не менее остается неясным, будут ли вышеперечисленные факторы препятствовать или способствовать успеху многозадачного тренинга у кардиохирургических пациентов.

Принимая во внимание представленные факты, целью настоящего исследования явилась разработка прогностической модели, определяющей успех когнитивного тренинга методом двой­ных задач, проведенного у пациентов в раннем послеоперационном периоде КШ с использованием ИК.

Материал и методы

Дизайн исследования. В проспективное рандомизированное исследование был отобран 51 пациент со стабильной ишемической болезнью сердца, в возрасте не старше 75 лет. Исследование проводилось в соответствии с "Правилами клинической практики в Российской Федерации", утвержденными Приказом Минздрава Рос­сии от 19 июня 2003г № 266, а также с учетом принципов Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации, касающейся этических норм проведения медицинских исследований с участием людей (поправка 2008г). Протокол исследования получил одобрение локального этического комитета учреждения, номер протокола 11/1 от 22 ноября 2021г. До включения в исследование у всех участников было получено письменное информированное согласие.

При поступлении в стационар всем пациентам выполнялись общеклинические обследования в соответствии со стандартами ведения кардиологических пациентов, дополнительно проводился неврологический осмотр (табл. 1). Всем пациентам было запланировано и проведено плановое КШ с применением ИК, а в раннем послеоперационном периоде, на 3-4-е сут., проводился курс тренинга с использованием метода двой­ных задач с целью восстановления когнитивного функционирования. Предварительный отбор пациентов осуществлялся на дооперационном этапе с учетом базового состояния когнитивного статуса (уровень баллов по Монреальской шкале когнитивной оценки не менее 18 баллов), ряда клинико-­анамнестических характеристик, подробнее здесь [2].

Расширенное нейропсихологическое тестирование (оценка функций внимания, кратковременной памяти, психомоторной скорости и исполнительных функций, всего 14 показателей) проводилось перед проведением КШ (за 1-2-е сут.), на 2-3-и сут. после операции и перед выпиской из стационара (11-12-е сутки после КШ). Проводился расчет интегральных показателей (ИП) когнитивных доменов и общего ИП когнитивного статуса путем оценки евклидова расстояния пациента до эталонных значений. Чем ближе значение было к 1, тем ближе к условной норме и наоборот: чем ближе к 0, тем дальше от нормы. В качестве условных норм когнитивных показателей были приняты интервалы значений, соответствующие диапазонам между квартилями [Q25; Q75] у здоровых лиц [17].

После проведения расширенного нейропсихологического тестирования на 2-3-и сут. после операции и на 11-12-е сут. после КШ у пациентов определялось наличие ПОКД согласно критерию "20-20" [2]. В настоящее исследование были включены только те пациенты, у которых на 2-3-и сут. поле КШ была выявлена ПОКД (100%).

Процедура тренинга с использованием метода двой­ных задач. С участием профильных специалистов (нейрофизиолог, невролог и кардиолог) был разработан оригинальный тренинг, основанный на методе двой­ных задач. Курс начинался с 3-4-х сут. после КШ, после установления у пациента ПОКД. Постуральная задача заключалась в следующем: пациент, одетый в повседневную одежду и обувь, стоя на платформе стабилографа (аппаратно-­программный стабилографический комплекс "Стабилан-01-2" (г. Таганрог, Россия)), должен был удерживать равновесную позу под контролем смещения общего центра давления с использованием обратной зрительной связи. Общий центр давления был представлен в виде маркера на экране монитора, который необходимо было совмещать с мишенью, находящейся в центре экрана. Одновременно с выполнением постуральной задачи, пациенту для выполнения последовательно предлагались три когнитивные задачи: 1 — вербальная бег­лость с называнием слов на определенную букву. После выполнения первой когнитивной задачи пациент сходил с стабилоплатформы и отдыхал, сидя на стуле (продолжительность отдыха — около минуты). Далее пациент снова вставал на стабилоплатформу и, поддерживая позу, одновременно выполнял вторую когнитивную задачу — устный счет в виде последовательного вычитания от 100 по 7. Далее следовал еще один период отдыха — 1-2 мин. После отдыха пациент снова вставал на стабилоплатформу и одновременно выполнял третью когнитивную задачу — "Необычное использование обычного предмета". Продолжительность одновременного выполнения постурального и когнитивного заданий начиналась с 1-й мин и увеличивалась ежедневно на 30 с, к завершению курса тренировок (10-11-е сут. после КШ) суммарная продолжительность занятий с паузами для отдыха достигала 20 мин. В случае ухудшения самочувствия пациент имел право прервать тренировку.

Статистическая обработка. Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с помощью программного пакета STATISTICA 10 (StatSoft, Tulsa, OK, USA, SN: BXXR210F562022FA-A). Нормальность распределения данных оценивалась согласно критерию Шапиро-­Уилка. Количественные клинические показатели не показали нормального распределения, в связи с чем эти данные представлены в виде медианы и 25-75-го процентилей (Me [Q25; Q75]). Качественные клинико-­анамнестические показатели представлены как n (%). Для определения решающих правил, позволяющих прогнозировать успех тренинга, который определялся как отсутствие ранней ПОКД у пациентов на 11-12-е сут. послеоперационного периода КШ, использовался модуль "Data mining", "Общие деревья" (General Classification and Regression Trees), метод Standard C&R. Данный алгоритм строит древовидную структуру из узлов и ветвей. Узлы представляют точки принятия решений, а ветви — возможные результаты этих решений. Листовые узлы содержат предсказанную метку класса или значение для целевой переменной. Для оценки прогностического качества модели производился расчет чувствительности и специфичности.

Результаты

Для оценки факторов, влияющих на успех проведенного тренинга с использованием двой­ных задач у пациентов после КШ, были отобраны следующие клинико-­анамнестические показатели: образование (среднее или высшее), стенозы СА (наличие или отсутствие), уровень фракции выброса левого желудочка, степень сохранности исходного когнитивного статуса (исходный ИП памяти, внимания и нейродинамики (включающий психомоторные и исполнительные функции)), длительность ИК, среднее значение артериального давления (АД) во время ИК и средняя температура во время ИК (tИК). Успех тренинга определялся как отсутствие ранней ПОКД на 11-12-е сут. после операции по данным расширенного нейропсихологического тестирования. Вероятность развития ранней ПОКД определялась от 0 до 1, где 0 — отсутствие ПОКД, а 1 — наличие ПОКД.

На основе выбранной группы показателей с по­мощью метода Data mining были выстроены решающие правила для принятия решения о целесообразности проведения тренинга. В качестве метода представления решающих правил использовалось дерево решений (дерево для классификаций). Для пациентов, прошедших курс тренинга, из 9 предикторов в группу показателей, участвующих в принятии решений, не вошли 3: наличие стенозов СА, сократительная функция сердца и среднее давление во время ИК. На рисунке 1 изображено дерево решений с представлением показателей и их значений, на основании которых производится разбиение узлов дерева на два для пациентов, прошедших тренинг. 

В таблице 2 представлены вероятности развития ранней ПОКД на 11-12-е сут. после КШ при применении когнитивного тренинга методом двой­ных задач. На основе полученных решающих правил были определены значения прогностических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на успешность проведения тренинга для пациентов после КШ. Наименьшая вероятность (0,66) отсутствия ранней ПОКД на 11-12-е сут. на фоне применения тренинга отмечена при следующей комбинации факторов: длительность ИК <86 мин + tИК <35,45 °C + ИП памяти <0,439 + ИП нейродинамики <0,112. Наибольшей вероятностью (1) отсутствия ПОКД обладали следующие сочетания факторов: длительность ИК <86 + tИК <35,45 °C + ИП памяти ≥0,439; длительность ИК <86 + tИК <35,45 °C + ИП памяти ≥0,439; длительность ИК ≥86 мин + среднее образование + ИП нейродинамики <0,287 + tИК <35,45 °C; длительность ИК ≥86 мин + среднее образование + ИП нейродинамики ≥0,287 + длительность ИК <104; длительность ИК ≥86 мин + высшее образование + ИП внимания ≥0,09. Наибольшей вероятностью (-1) развития ранней ПОКД обладают следующие сочетания: длительность ИК <86 мин + tИК <35,45 °C + ИП памяти <0,439 + ИП нейродинамики ≥0,112; длительность ИК <86 мин + tИК ≥35,45 °C; длительность ИК ≥86 мин + среднее образование + ИП нейродинамики <0,287 + tИК ≥35,45 °C; длительность ИК ≥86 мин + среднее образование + ИП нейродинамики ≥0,287; длительность ИК ≥104 мин + высшее образование + ИП внимания <0,09.

Чтобы оценить качество иерархической модели, была создана классификационная матрица. Данные, представленные в таблице 3 и на рисунке 2, показывают, что модель обладает высокой прогностической способностью, что подтверждается высокими показателями чувствительности и специфичности (100% и 95,83%, соответственно).

Для практического применения на основе прогностической модели была разработана программа поддержки процесса принятия решения с реализацией вывода результатов в EXCEL¹. Далее представлен клинический пример оценки вероятности развития ранней ПОКД при условиях применения или неприменения тренинга методом двой­ных задач.

Клинический пример. Пациент В. Ю.М., 69 лет, госпитализирован в кардиохирургическое отделе­ние с диагнозом: ишемическая болезнь сердца. Стено­кар­дия напряжения, функциональный класс II. Ате­росклероз коронарных артерий: ствол левой коронарной артерии 45%, правой нисходящей артерии 80%, огибающей артерии 70%, окклюзия правой коронарной артерии. Хроническая сердечная недостаточность I стадии функциональный класс II (NYHA). Гипертоническая болезнь III ст., достигнуто целевое АД, риск 4. Хроническая болезнь почек С3а. Пациенту было проведено КШ в условиях ИК. Пациент получил высшее образование, фракция выброса левого желудочка — 68%, стенозов СА не выявлено, длительность ИК составила 97 мин, tИК — 35,5 °C, среднее АД во время ИК — 53,5 мм рт.ст., исходный ИП нейродинамики — 0,603, ИП внимания — 0,144, ИП памяти — 0,105. При расчете по разработанной программе вероятность отсутствия ПОКД на 11-12-е сут. при применении тренинга методом двой­ных задач составляет -1. При этом если пациенту не проводится тренинг, то на 11-12-е сут. вероятность развития ПОКД составляет 1. В раннем послеоперационном периоде пациенту В.Ю.М. с 4-х сут. по 10-е сут. проводится тренинг с использованием метода двой­ных задач, и на 11-12-е сут. развития ПОКД не наблюдалось.

Обсуждение

Проведенный анализ факторов, определяющих успешность тренинга с комбинацией постурального и когнитивных заданий у пациентов, перенесших КШ, позволил установить, что исходный уровень когнитивного статуса и уровень образования может способствовать положительному влиянию проведенной когнитивной реабилитации в раннем послеоперационном периоде. Полученные результаты согласуются с концепцией когнитивного или мозгового резерва. Более высокий уровень образования ассоциируется с большим когнитивным резервом индивидуума, что может обеспечить также более выраженную нейропластичность, являющуюся основой для быстрого восстановления сниженных когнитивных функций [18]. Ранее установлено, что риск развития деменции снижается на 7% с каждым дополнительным годом обучения [19]. Помимо уровня образования значимыми показателями для успешности тренинга были продолжительность и tИК. Проведенные ранее исследования убедительно показали, что неблагоприятное влияние интраоперационных факторов является одним из ведущих в послеоперационном ухудшении состояния когнитивных функций у пациентов кардио­хирургического профиля [14][20]. Проведение операции в условиях ИК запускает несколько основных патофизиологических механизмов когнитивного дефицита: церебральной эмболии и гипоперфузии, что приводит к нарушениям мозгового кровообращения и, как следствие, к когнитивным нарушениям [20]. Касательно влияния нормо- и или гипотермического ИК на головной мозг, следует подчеркнуть, что хотя гипотермия может иметь нейропротективный эффект с помощью различных механизмов (например, снижение скорости метаболизма, блокирование высвобождения глутамата, снижение притока кальция, ускорение восстановления синтеза белка, снижение образования активных форм кислорода, повышение толерантности мозга к недостаточной доставке кислорода), результаты недавнего метаанализа [21] подтвердили, что частота ПОКД была ниже после кардиохирургических вмешательств, проведенных в условиях нормотермического ИК и средним АД >70 мм рт.ст.

Ограничения исследования. Безусловно, настоящее исследование имеет ряд ограничений. Следует отметить небольшой объем выборки, что позволяет расценивать результаты прогнозного анализа как "пилотные", а модель прогноза развития ранней ПОКД при проведении тренинга как обучающую. Однако полученные данные дают основание для продолжения исследований в отношении усовершенствования системы поддержки принятия врачебных решений при проведении когнитивной реабилитации и оценки ее эффективности.

Заключение

Разработанная прогностическая модель классификации успешности тренинга методом двой­ных задач у пациентов после КШ обладает высокой прогностической способностью с уровнем чувствительности 100% и специфичности 95,83%. Установлены факторы успешности проведенного тренинга — это исходный уровень когнитивного статуса и образования, а также факторы, связанные с операцией (продолжительность и tИК). Результаты исследования дают основания в отношении усовершенствования системы поддержки принятия врачебных решений и могут быть использованы при создании персонифицированных программ, направленных на восстановление когнитивного статуса пациентов после кардиохирургических вмешательств.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.