Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Дистантное ишемическое прекондиционирование у кардиохирургических пациентов (обзор литературы) 16
1.1. Значение проблемы ишемического и реперфузионного повреждения тканей для современной кардиоанестезиологии 16
1.2. Патофизиология синдрома ишемии-реперфузии 17
1.3. Методы периоперационной органопротекции в кардиохирургии 21
1.4. Современные концепции реализации органопротективных эффектов прекондиционирования 23
1.5. Современные методы оценки органопротективных эффектов прекондиционирования 26
1.5.1. Протеинкиназа С как важнейший внутриклеточный медиатор каскада прекондиционирования 26
1.6. Органопротективные эффекты дистантного ишемического прекондиционирования 28
1.6.1. Кардиопротективные эффекты дистантного ишемического прекондиционирования 28
1.6.2. Нейропротективные эффекты дистантного ишемического прекондиционирования 30
1.6.3. Нефропротективные эффекты дистантного ишемического прекондиционирования 32
Глава 2. Материалы и методы исследования .37
2.1. Общая характеристика исследования 36
2.1.1. Этапы включения в исследование 36
2.1.2. Критерии включения и невключения в исследование 37
2.1.3. Включение в исследование, рандомизация и формирование групп сравнения 39
2.2. Методика выполнения дистантного ишемического прекондиционирования 42
2.3. Общая характеристика пациентов и выполненных оперативных вмешательств 44
2.4. Методики, использованные при обеспечении периоперационного периода 45
2.4.1. Методика анестезии, искусственного кровообращения, техника хирургического вмешательства 45
2.4.2. Методика искусственного кровообращения и кардиоплегии 47
2.4.3. Основной этап оперативного вмешательства 48
2.4.4. Мониторинг и интенсивная терапия в раннем послеоперационном периоде 49
2.5. Методы исследования 51
2.5.1. Параметры гемодинамики 51
2.5.2. Нейропсихологическое тестирование 52
2.5.3. Эмболодетекция 52
2.5.4. Биохимические исследования 54
2.5.4.1. Маркеры повреждения центральной нервной системы 54
2.5.4.2. Маркеры повреждения ткани почек 54
2.5.5. Методика определения содержания -типа протеинкиназы С 55
2.5.5.1. Выделение белковой фракции из материала 55
2.5.5.2. Электрофорез белков и перенос на нитроцеллюлозную мембрану 56
2.5.5.3. Блокирование мембраны 56
2.5.5.4. Инкубирование с антителами и детекция 56
2.5.5.5. Денситометрия 57
2.5.6. Показатели функционального состояния почек 57
2.5.7. Показатели клинического течения периоперационного периода 58
2.6. Оценка безопасности методики дистантного ишемического прекондиционирования 58
2.7. Методы статистического анализа полученных данных 59
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 61
3.1. Данные о пациентах, включенных в группы исследования, и основных показателях течения интраоперационного периода 60
3.2. Индукция внутриклеточного биохимического каскада прекондиционирования при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей 61
3.2.1. Изменение активности внутриклеточной ПКС- при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей 61
3.2.2. Влияние метода анестезии на изменение активности внутриклеточной ПКС- при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей 66
3.2.2.1. Изменение активности внутриклеточной ПКС- при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей на фоне анестезии пропофолом 66
3.2.2.2. Изменение активности внутриклеточной ПКС- при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей на фоне анестезии севофлураном 68
3.3. Исследование нейропротективных эффектов дистантного ишемического прекондиционирования 71
3.3.1. Оценка интраоперационных факторов повреждения мозга у включенных в исследование пациентов 71
3.3.2. Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на динамику концентрации маркеров повреждения головного мозга в периоперационном периоде протезирования аортального клапана 74
3.3.3. Оценка нейропротективных эффектов дистантного ишемического прекондиционирования на основе исследования нейропсихологического статуса пациентов 79
3.4. Оценка нефропротективных эффектов дистантного ишемического прекондционирования 83
3.4.1. Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на динамику концентрации маркера повреждения почек в периоперационном периоде протезирования аортального клапана 83
3.4.2. Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на функциональное состояние почек в периоперационном периоде протезирования аортального клапана 85
3.4.2.1. Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на функциональное состояние почек при использовании общей внутривенной анестезии на основе пропофола 87
3.4.2.2. Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на функциональное состояние почек при использовании общей комбинированной анестезии на основе севофлурана 91
3.4.2.3. Возможные механизмы реализации нефропротективных эффектов дистантного ишемического прекондиционирования 96
3.5. Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на клиническое течение раннего послеоперационного периода 97
Заключение 100
Выводы 103
Практические рекомендации 104
Список литературы 106
Список сокращений и условных обозначений 121
Список иллюстративного материала 124
Список таблиц 126
- Патофизиология синдрома ишемии-реперфузии
- Нефропротективные эффекты дистантного ишемического прекондиционирования
- Изменение активности внутриклеточной ПКС- при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей
- Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на клиническое течение раннего послеоперационного периода
Патофизиология синдрома ишемии-реперфузии
Длительная ишемия может влиять на многие внутриклеточные метаболические процессы. Изменения во внутриклеточном окислительном фосфорилировании приводят к нарушениям синтеза таких макроэргических соединений, как АТФ и фосфокреатин. Функция АТФ-зависимых ионных каналов изменяется таким образом, что увеличивается внутриклеточный ток ионов кальция, натрия и воды из цитозоля внутрь клетки. Продолжающийся отек клеточного матрикса приводит к накоплению активных метаболитов, например гипоксантина, который опосредованно трансформируется в свободные радикалы уже в первые часы реперфузионного периода [Granger D.N., 1999; Neary P.,1999].
Реперфузия ишемизированных тканей запускает синтез активных форм кислорода, включающих в себя супероксид-анион (O2-), гидроксильные радикалы (OH-), перекись водорода (H2O2) и наиболее активный пероксинитрит. Данные молекулы обладают высокой реакционной способностью и вызывают перекисное окисление липидов клеточной стенки и мембран митохондрий. Вследствие неуправляемого тока ионов кальция в цитозоль происходит открытие неспецифической митохондриальной поры, которая при нормальном функционировании клетки находится в закрытом состоянии. Данный процесс вызывает набухание матрикса митохондрии, деполяризацию мембраны с потерей протонного градиента, разобщением процессов окисления и фосфорилирования, инактивацией ферментов цикла Кребса и гликолиза. В дальнейшем эти процессы ведут к неизбежному повреждению митохондрий вплоть до их разрушения [Zorov D.B. et a., 2006; Murphy E. et a., 2007]. Провоспалительные гены эндотелиальных клеток активируют синтез тромбоксана A2, цитокина PF4 и эндотелина, стимулируя хемотаксис лейкоцитов и агрегацию тромбоцитов [Izuha H. et a., 2005; Sniecinski R.M. et a., 2011], в то же время угнетается синтез защитных факторов – тромбомодулина, оксида азота и простациклина [Carden D.L. et a., 2000; Maxwe S.R. et a., 1997]. Активация моноцитов и макрофагов происходит посредством увеличения продукции хемоаттрактантов и индукции экспрессии молекул адгезии (селектины и интегрины). Во время искусственного кровообращения происходит накопление свободных радикалов в цитоплазме макрофагального звена лейкоцитов. Высвобождение этих высокоактивных лизосомальных молекул в системный кровоток, так называемый оксидативный взрыв, происходит в первые 24 часа после операции [Laffey JG. et a., 2002].
Активные формы кислорода, инициируя хемотаксис путем активации мембранной фосфолипазы А2 плазмы, способствуют запуску каскада арахидоновой кислоты - важнейшего прекурсора синтеза эйкозаноидов (тромбоксан А2, лейкотриен В4) [Toyokuni S., 1999].
Доказано, что ишемия-реперфузия вызывает активацию системы комплемента и множества других провоспалительных медиаторов. Так С5а может стимулировать воспалительный ответ путем высвобождения фактора некроза опухоли (ФНО-), цитокинов, моноцитарных хемоаттрактантов, интерлейкина-1 (ИЛ-1) и интерлейкина-6 (ИЛ-6) [Hi G.E., 1998]. С5b-9 повышает тонус сосудов в ишемизированных тканях посредством угнетения эндотелин-зависимой релаксации, снижения концентрации цГМФ в гладкомышечных клетках сосудов, таким образом, снижая скорость кровотока в ишемизированных органах. [Kirkin J.K. et a., 1983; Ascione R. et a., 2000].
Контакт белков плазмы с полимерными поверхностями магистралей, кардиотомного резервуара аппарата искусственного кровообращения вызывает их адгезию с формированием монослоя [Fukui T. et a., 2015], а гепарин и сами адгезированные протеины – активацию XII фактора свертывания и калликреина. Первый приводит к образованию тромбина по внутреннему пути, второй посредством прямого влияния на плазминоген и его активаторы стимулирует фибринолиз. Рассечение тканей, ретрансфузия крови, излитой в операционное поле, влечет за собой экспрессию тканевого фактора на эндотелии и моноцитах с активацией VII фактора свертывания и образование тромбина по внешнему пути [Бокерия Л.А. и соавт., 2011].
Гипоперфузия тканей, повреждение слизистых оболочек полых органов могут провоцировать миграцию эндотоксинов в системный кровоток с развитием системной воспалительной реакции [Laffey J.G. et a., 2002]. Выявлена значимая корреляция уровня провоспалительных ферментов во время искусственного кровообращения со степенью выраженности системной воспалительной реакции и частотой развития полиорганной недостаточности. [De Mendona-Fiho H.T. et a., 2006].
Системная воспалительная реакция, сопровождающаяся выбросом свободно-радикальных форм кислорода, провоспалительных цитокинов, хемоаттрактантов и эндотоксинов, макро- и микроэмболизация как воздушными, так и материальными эмболами (жировые, компоненты атеросклеротических бляшек, тромбоциты) [Saric M. et a., 2011] приводят к поражению таких важнейших органов-мишеней, как сердце, головной мозг, почки, печень, легкие.
Клинические проявления повреждения клеток при ишемии-реперфузии различны: от преходящих периоперационных аритмий до полиорганной недостаточности. Кроме недостаточности системы кровообращения вследствие повреждения миокарда и вазоплегии, вызванной эндотоксемией, кардиохирургические вмешательства сопровождаются повреждением центральной нервной системы.
Повреждение головного мозга и, как следствие, периоперационный инсульт головного мозга после кардиохирургических вмешательств с использованием ИК является серьезным осложнением, частота которого достигает 1,5-5,2% в ведущих центрах развитых стран [Nayor A.R. et a., 2011; McDonagh D.L. et a., 2014]. Частота встречаемости энцефалопатии варьируется в пределах 8,4-32%, послеоперационных делириев до 22% [Nguyen Q. et a., 2018]. Последние исследования показали более высокую встречаемость делирия у пациентов после хирургической коррекции клапанных патологий. У этой группы пациентов наблюдалась более длительная респираторная поддержка и бльшая кровопотеря [Mangusan R.F. et a., 2015]. Показано, что только послеоперационная энцефалопатия увеличивает вероятность госпитальной летальности в 3 раза и повышает затраты лечебных учреждений на лечение пациентов [McKhann G.M. et a., 2006]. Основным патогенетическим звеном данного процесса учеными признается микроэмболизация церебральных артерий, возникающая вследствие использования ИК, недостаточной периоперационной профилактики воздушной эмболии [Abu-Omar Y. et a., 2004; Martin K.K. et a., 2009].
Одной из острых проблем в современной кардиоанестезиологии остается интраоперационное повреждение почек, ассоциированное с использованием ИК. Частота развития острой почечной недостаточности в послеоперационном периоде достигает 30%. [Копылова Ю.В. и соавт., 2010, 2011; Antunes P.E. et a., 2004]. Развитие ОПН в течение первых 5 суток после кардиохирургического вмешательства достоверно увеличивает 5-летнюю смертность и риск возникновения инфаркта миокарда [Hansen M.K. et a., 2013]. Sreeram и соавт. показали статистически значимую связь между общим количеством микроэмболических сигналов, обнаруженных при транскраниальном допплеровском исследовании сосудов головного мозга, и уровнем креатинина сыворотки после операции с использованием ИК [Sreeram G.M. et a., 2004]. Более высокие показатели смертности в течение 30-дневного периода были показаны Lassnigg и соавт. в группах пациентов с даже небольшим ростом уровня креатинина в сыворотке крови после операций с использованием ИК [Lassnigg A. et a., 2004].
Таким образом, имеется целый ряд нерешенных вопросов, касающихся периоперационной органной защиты, открывающие перспективу для разработки инновационных методов повышения эффективности кардиохирургических вмешательств и улучшения клинических результатов.
Нефропротективные эффекты дистантного ишемического прекондиционирования
Использование дистантного ишемического прекондиционирования в эксперименте с применением модели ишемии-реперфузии почек показало преимущество в исследовании K.E.Wever и соавт. [Wever K.E. et a., 2011].
В доступной литературе представлены результаты работ в большей степени связанных с применением ДИП в сосудистой хирургии. Одно из них показало не только снижение содержания креатинина в группе ДИП на 23%, но и снижение площади под кривой концентрации тропонина I и риска развития инфаркта миокарда на 27% в раннем послеоперационном периоде после открытых операций на брюшной аорте [Ai Z.A. et a., 2007]. В исследовании S. Wash и соавт. пациентам, которым предстояло эндоваскулярное вмешательство по поводу аневризмы брюшного отдела аорты, выполняли протокол ДИП. Было получено значимое снижение концентрации креатинина и липокалина в сыворотке крови в группе ДИП [Wash S.R. et a., 2009]. В 2010 году Venugopa и соавт. продемонстрировали нефропротективные свойства ДИП у пациентов после АКШ: острое повреждение почек 1 стадии в группе исследования встречалось значимо реже, чем в контрольной (3% против 22%, соответственно) [Venugopa V. et a., 2010]. В 2015 году опубликовали результаты исследования D. J. Hausenoy, одного из ведущих специалистов в мире по прекондиционированию. Авторы не выявили различий в частоте встречаемости острого повреждения почек (ОПП) и в площади под кривой (AUC) концентрации NGAL (липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов) [Hausenoy D. J. et a., 2015]. В том же году группа исследователей, руководимая A. Zarbock представила результаты, подтверждающие нефропротективные эффекты ДИП при кардиохирургических операциях в группе пациентов с высоким риском развития острого повреждения почек в виде снижения частоты встречаемости ОПП по классификации KDIGO и времени пребывания в отделении интенсивной терапии [Zarbock A. et a., 2015]. Мета-анализ, проведенный Y.Yang. в 2014 году, включил в себя 1334 пациентов из 13 исследований влияния ДИП на клинические исходы кардиохирургических вмешательств и операций на крупных сосудах. Была выявлена лишь тенденция к снижению встречаемости ОПП у пациентов группы ДИП [Yang Y. et a., 2014].
В последнем обзоре литературы группы Кохрейн на основе 28 исследований возможного авторы не выявили нефропротективного действия ДИП и не рекомендуют его использование в качестве рутинного метода защиты почек при обширных операциях, связанных со снижением почечного кровотока [Menting T.P. et a., 2017].
Дистантное ишемическое прекондиционирование представляется перспективным методом органопротекции в кардиохирургии. Основными качествами ДИП являются низкая стоимость, простота реализации и отсутствие побочных эффектов. Множество РКИ, в основе которых было изучение применения ДИП у кардиохирургических больных, не предоставляет убедительных данных о протективных свойствах методики и их клинической значимости. Кроме того, в литературе немногочисленны, либо отсутствуют данные, касающиеся влияния ДИП на патогенез повреждения органов у кардиохирургических больных. Малоизученным, в частности, является влияние ДИП на реализацию системной воспалительной реакции, оксидативного стресса и выработку цитопротекторных белков. Экспериментальные данные часто свидетельствуют о защитных свойствах ДИП в отношении головного мозга и почек, в то время как клинические работы в этой области единичны, выполнены на небольших выборках пациентов и включают в себя широкий спектр кардиохирургических операций, в результате чего примешиваются пациенты с АКШ и с более объемными оперативными вмешательствами.
Последствия периоперационного повреждения головного мозга, сердца и почек занимают первые позиции в структуре осложнений и являются наиболее частыми причинами развития полиорганной недостаточности в кардиохирургии. Изучение возможности применения ДИП в качестве профилактики серьёзных осложнений и улучшения исходов кардиохирургических вмешательств является перспективным направлением. Вышеуказанные нерешенные аспекты применения дистантного ишемического прекондиционирования в кардиохирургической практике легли в основу настоящего диссертационного исследования.
Изменение активности внутриклеточной ПКС- при выполнении периодов ишемии-реперфузии нижних конечностей
В соответствии со сведениями, представленными в Разделе 1.3, в настоящее время в клинических условиях еще не была подтверждена возможность индукции собственно биохимического каскада прекондиционирования при выполнении эпизодов ишемии-реперфузии в различных артериальных регионах. В абсолютном большинстве клинических исследований локального и дистантного ишемического прекондиционирования базовые биохимические механизмы не изучались, о выраженности органопротекции судили исключительно на основе оценки динамики маркеров повреждения той или иной ткани и учета клинических проявлений. Основная причина подобной ситуации кроется в сложности лабораторных диагностических технологий определения активности внутриклеточных медиаторов и эффекторов прекондиционирования и необходимости получения фрагментов ткани органов, в которых оценивается этот процесс (миокарда, мозга или почек). Учитывая вышеизложенное, мы изучили динамику основного внутриклеточного медиатора прекондиционирования – ПКС-, которая дефосфорилирует фермент ГСК-3, что приводит к закрытию неспецифических митохондриальных пор и предупреждению ишемического и реперфузионного повреждения клетки (см. Раздел 1.2). Принимая во внимание специфику выбранной группы пациентов, взятие проб ткани мозга или почек было технически затруднено и небезопасно. Поэтому мы судили об активности ключевых механизмов прекондиционирования, основываясь на исследовании биопсийного материала сердца. Активность ПКС- была изучена у 48 пациентов (у 24 из контрольной группы и у 24 больных, получавших эпизоды ишемии-реперфузии нижних конечностей (группа ДИП).
Изучение активности ПКС- в ткани миокарда выявило лишь тенденцию к увеличению экспрессии этого медиатора у пациентов, которым выполнялись эпизоды ишемии-реперфузии нижних конечностей (Рисунок 3.1). Так, в контрольной группе активность ПКС- составила 837,4 (283,6; 1277,8) Ед, а в случае использования эпизодов ишемии-реперфузии нижних конечностей (группа ДИП) – 1063 (649,3; 1881,9) Ед при p = 0,128.
Одной из основных задач нашего исследования было изучение влияния используемого метода анестезии на базовые внутриклеточные механизмы индукции прекондиционирования при выполнении эпизодов ишемии-реперфузии и последующую реализацию органопротективных эффектов. Как указано выше (см. Раздел 2.1.3), для выполнения поставленной задачи пациенты группы ДИП и контрольной группы были дополнительно рандомизированы на подгруппы, в соответствии с использованным методом анестезии – тотальной внутривенной на основе пропофола или комбинированной с применением севофлурана. 37 пациентам была проведена тотальная внутривенная анестезия на основе пропофола, при этом в 18 наблюдениях применяли ДИП (группа ДИП проп.), в 19 случаях прекондиционирование не использовали (группа Контроль проп.). В Таблице 3.3. приведены данные о дооперационном состоянии миокарда у пациентов подгрупп ДИП проп. и Контроль проп., степени выраженности поражения аортального клапана и основных показателях интраоперационного периода. Статистически значимых различий между этими группами по указанным характеристикам обнаружено не было.
Общая комбинированная анестезия на основе севофлурана была проведена в 36 случаях. Из них у 18 пациентов применялось ДИП (группа ДИП сев.), в остальных 18 случаях анестезии севофлураном эпизоды ишемии-реперфузии нижних конечностей не использовались (группа Контроль сев.).
В Таблице 3.4. приведены данные о дооперационном состоянии миокарда у пациентов указанных подгрупп, степени выраженности повреждения аортального клапана и основных показателях интраоперационного периода. Статистически значимых различий между подгруппами ДИП сев. и Контроль сев. по данным параметрам обнаружено не было.
Таким образом, после выполненной дополнительной рандомизации контрольной группы и группы ДИП в соответствии с используемым методом анестезии мы получили возможность оценивать результаты периодической ишемии-реперфузии нижних конечностей отдельно на фоне анестезии пропофолом или севофлураном. Доказанное отсутствие значимых различий в исходных показателях между группами контроля и группами ДИП позволило нам продолжить сравнительный анализ.
Влияние дистантного ишемического прекондиционирования на клиническое течение раннего послеоперационного периода
Данные о клиническом течении раннего послеоперационного периода протезирования АК представлены в Таблице 3.11.
Таблица 3.11. Основные показатели клинического течения раннего послеоперационного периода у пациентов исследуемых групп в виде медианы (25ый;75ый процентиль), n = 73.
Среди пациентов группы ДИП была выявлена достоверно меньшая частота пароксизмов фибрилляции предсердий в послеоперационном периоде: был отмечен лишь один случай (2,7%), тогда как у пациентов контрольной группы в послеоперационном периоде данное осложнение выявили семь раз (18,9%). В группе ДИП нами отмечена тенденция к более частому назначению инотропных и вазопрессорных препаратов вместе с меньшим временем лечения в ОРИТ по сравнению с группой контроля, однако эти различия были недостоверны.
В исследуемых группах не было зафиксировано случаев инфекционных и неврологических осложнений. В группе ДИП была проведена одна рестернотомия вследствие высокого темпа поступления дренажного отделяемого. Максимальная длительность пребывания пациентов в ОРИТ составила 44 часа (пациент из контрольной группы). Все пациенты, включенные в исследование, были впоследствии выписаны из стационара.