Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема нарушений кислотно-основного состояния в современной кардиохирургии и крадиоанестезиологии (обзор литературы) 16
Глава 2. Материалы и методы исследования 46
2.1. Общая характеристика исследования 46
2.1.1. Последовательность событий исследования 46
2.1.1.1. Последовательность событий на этапе I 46
2.1.1.2. Последовательность событий на этапе II 47
2.1.2. Критерии включения и невключения в исследование 47
2.1.2.1. Критерии включения и невключения в исследование на этапе I 47
2.1.2.2. Критерии включения и невключения в исследование на этапе II 49
2.1.3. Включение пациентов и окончательное формирование групп исследования 49
2.2. Общая характеристика пациентов, включенных в исследование 52
2.2.1. Общая характеристика пациентов, включенных в исследование на этапе I 52
2.2.2. Общая характеристика пациентов, включенных в исследование на этапе II 54
2.3. Периоперационное ведение пациентов 55
2.3.1. Предоперационное обследование и подготовка 55
2.3.2. Методика анестезии, использованная при выполнении аортокоронарного шунтирования 56
2.3.3. Методики экстракорпорального кровообращения и защиты миокарда 57
2.3.4. Мониторинг и интенсивная терапия в послеоперационном периоде 58
2.4. Характеристика параметров, изучаемых в ходе исследования 60
2.4.1. Методика оценки кислотно-основного состояния 61
2.4.2. Методика оценки показателей гемодинамики большого и малого кругов кровообращения 62
2.4.3. Методика оценки показателей системной воспалительной реакции 63
2.4.4. Методика оценки показателей клинического течения 64
2.5. Методы статистической обработки результатов исследования 65
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 66
3.1. Метаболический ацидоз в структуре нарушений кислотно-основного состояния в послеоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 66
3.1.1. Динамика основных показателей кислотно-основного состояния в периоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 66
3.1.2. Структура нарушений кислотно-основного состояния в послеоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 68
3.2. Параметры доставки и потребления кислорода при различных формах метаболического ацидоза 70
3.3. Изучение причин развития метаболического лактат-ацидоза в раннем послеоперационном периоде кардиохирургических вмешательств 75
3.3.1. Продукционный лактат-ацидоз (лактат-ацидоз типа «А») в периоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 75
3.3.2. Ретенционный лактат-ацидоз (лактат-ацидоз типа «Б») в периоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 76
3.3.3. Исследование показателей центральной гемодинамики, доставки и потребления кислорода у пациентов с различными формами метаболического лактат-ацидоза 78
3.3.4. Синдром системного воспалительного ответа как причина развития одной из форм метаболического лактат-ацидоза в послеоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 80
3.3.5. Обнаруженные различия развития двух основных форм метаболического лактат-ацидоза в послеоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 81
3.3.6. Определение факторов, влияющих на развитие различных форм метаболического ацидоза в послеоперационном периоде аортокоронарного шунтирования 82
3.4. Клиническое течение раннего послеоперационного периода при различных видах метаболического ацидоза 86
3.4.1. Клиническое течение раннего послеоперационного периода при различных формах метаболического лактат-ацидоза 89
3.5. Особенности гемодинамики большого и малого кругов кровообращения при различных формах метаболического лактат-ацидоза 91
3.5.1. Влияние различных форм метаболического лактат-ацидоза на гемодинамику малого круга кровообращения 92
3.6. Оригинальный алгоритм диагностики кислотно-основного состояния 95
3.6.1. Разработка модели и алгоритма диагностики кислотно-основного состояния 96
3.6.2. Оценка эффективности предложенного оригинального алгоритма диагностики кислотно-основного состояния 100
Заключение 106
Выводы 113
Практические рекомендации 115
Перспективы дальнейшей разработки темы 117
Список сокращений и условных обозначений 118
Список литературы 122
Список иллюстративного материала 153
Список таблиц 156
- Проблема нарушений кислотно-основного состояния в современной кардиохирургии и крадиоанестезиологии (обзор литературы)
- Включение пациентов и окончательное формирование групп исследования
- Параметры доставки и потребления кислорода при различных формах метаболического ацидоза
- Оценка эффективности предложенного оригинального алгоритма диагностики кислотно-основного состояния
Проблема нарушений кислотно-основного состояния в современной кардиохирургии и крадиоанестезиологии (обзор литературы)
Нормальные значения pH плазмы крови человека варьируют от 7,35 до 7,45. Нарушения, приводящие к изменению pH более 7,45, называются алкалозом, состояния, вызывающие снижение pH менее 7,35 – ацидозом. Если изменения связаны с отклонениями концентрации HCO3- , то нарушения кислотности будут метаболического характера, если же первопричиной нарушений является изменение PaCO2, то отклонения pH будут респираторными [Малышев В. Д., 1985; Siggaard-Andersen O., 1963; Kasper D.L. et al., 2015].
Согласно современным подходам диагностики нарушений КОС, выделяют ацидоз (ацидемия) и алкалоз (алкалемия), которые, в свою очередь, вызываются дыхательными и недыхательными (метаболические, почечные причины) расстройствами [Рябов Г. А., 1994; Березов Т. Т., 1998, Судаков К. В., 2011].
Метаболический ацидоз – патологическое состояние, которым характеризуют рост концентрации протонов ([Н+]) в клетках и внеклеточной жидкости, а также снижение в них содержания бикарбонатного аниона ([НСО3-]) [Шанин В.Ю., 1996]. В соответствии с принятыми подходами выделяют недыхательный (метаболический) ацидоз нескольких типов: гиперхлоремический (ацидоз с нормальной анионной разницей) и нормохлоремический ацидоз (ацидоз с повышенной анионной разницей), отдельно выделяется ЛА [Зильбер А. П., 1995; Гельфанд Б. Р. и соавт., 2017]. Наиболее значимым в клиническом отношении нарушением КОС является развитие ацидемии, для которой характерен широкий спектр отрицательных воздействий: снижение СВ и АД [Orchard C.H.,1990]; снижение эффектов катехоламинов на сердце [Marsiglia J.C. et al., 1973; Adrogu H.J., 1998; Berger D.S. et al., 1999; Otter D., Austin C., 2000; Levy B. еt al., 2010]; снижение почечного и печеночного кровотока [Bersentes T.J. et al., 1967; Madias N.E., 1986]; централизация кровообращения [Forsythe S.M., 2000]; возникновение аритмий reentry и снижение порога для возникновения фибрилляции желудочков [Kerber R.E. et al., 1983; Orchard C.H. et al., 1994; Forsythe S.M., 2000]; изменение реологии крови [Kaplan L.J., 2005].
Помимо клинических проявлений воздействия ацидемии, в экспериментальных работах на животных показано ее отрицательное воздействие на органы и ткани с возникновением морфологических изменений в миокарде, селезенке, сосудах микроциркуляторного русла [Альфонсова Н.В. и соавт., 2011, 2013].
Этиологической основой гиперхлоремического ацидоза (ГХА) является несбалансированная инфузионная терапия, при которой соотношение количества вводимых ионов хлора больше ионов натрия [Хартиг В., 1982; DuBose T.D. Jr., 1997; Kellum J.A., 2000; Kellum J.A., 2003; Hatherill M. et al., 2005; Al-Jaghbeer M. et al., 2007].
Большинство инфузионных растворов (как кристаллоидных, так и коллоидных) имеют в своем составе электролиты в нефизиологических концентрациях [Mythen MG, Hamilton MA, 2001; Kellum J.A., 2003]. Так, например, физиологический раствор натрия хлорида содержит ионы натрия и хлора в равных концентрациях: около 154 ммоль/л, что не соответствует концентрации данных электролитов в плазме крови человека. В последующем дисбаланс соотношения натрия и хлора в плазме крови определяет ГХА [Kazda A. et al., 1977; Durward Al. et al., 2001; Reid F. et al., 2003; Nagaoka D. et al., 2010; Kurt A. et al., 2012].
Однако не любая инфузионная терапия сопровождается развитием ГХА. Это состояние возникает после введения большого объема растворов в высоком темпе [Захарченко И. А., 2013]. По данным источников литературы объем инфузионной терапии во время оперативного вмешательства в среднем составляет от 1220 до 2000 мл, что может приводить к развитию гиперхлоремического состояния при применении несбалансированной инфузионной тактики [Kellum JA, 2002; Gandhi S.D. et al., 2007; Thongprayoon C. et al., 2017]. Причиной развития ГХА, помимо гиперхлоремии, может стать снижение ионов [HCO3-] с развитием дилюции внеклеточного пространства, что может происходить при введении гипотонических растворов [Liskaser F.J. et al., 2000; Kellum J.A., 2002].
Дополнительными причинами возникновения ГХА могут быть развитие почечной недостаточности, почечного канальцевого ацидоза, диареи [Малышев В. Д., 2005; Gunnerson K. J., 2005; Toyonaga Y., 2017]. ГХА диагностируется в отделениях интенсивной терапии у 8,6-22 % пациентов [David A. Story et al., 2006; Murray D.M. et al., 2004; McCluskey S. A. et al., 2013]. По данным источников литературы, развитие этого типа метаболического ацидоза ассоциировано с нарушением функций жизненно важных систем, в первую очередь, сердечнососудистой и выделительной [Orchard C. H., Cingolani H. E., 1994; Handy J. M., Soni N., 2008; Oh T. K. et al., 2019]. Кроме того, ятрогенная гиперхлоремия индуцирует ССВО, о чем говорит повышение содержания цитокинов (интерлейкина 6 (IL-6), интерлейкина 8 (IL-8) и фактора некроза опухоли (TNF-)) в плазме крови [J. A. Kellum et al. 2006]. На фоне гиперхлоремического делюционного ацидоза развиваются коагулопатия и дисфункция тромбоцитов [Захарченко И. А., 2013; Deusch E. et al., 2005]. 1.1.1.2. Нормохлоремический метаболический ацидоз
Нормохлоремический метаболический ацидоз, или ацидоз с повышенной анионной разницей, развивается вследствие накопления нелетучих кислот в организме. Основными причинами метаболического ацидоза с увеличенной анионной разницей могут быть: повышенное образование нелетучих кислот (кетоацидоз, нарушение обмена веществ), повышенное поступление экзогенных нелетучих кислот (этиленгликоль, метанол, салицилаты, паральдегид, толуол, сера), нарушение выделения нелетучих кислот (почечная недостаточность), рабдомиолиз, а также смешанные состояния [Гельфанд Б. Р. и соавт., 2017].
При нарушении выделения кислых продуктов из организма при почечной недостаточности возникает уремический ацидоз. Накопление нелетучих кислот в организме начинается только тогда, когда клиренс креатинина становится менее 10 мл/мин. Основная патогенетическая причина такого явления – это невозможность поврежденными почками экскретировать водород и аммоний. Уремический ацидоз развивается при остром нарушении функции почек, хроническая почечная недостаточность нечасто ассоциирована с этим нарушением КОС [Al-Jaghbeer M., Kellum J. A., 2015].
Учитывая высокую клиническую значимость проблемы, значительные усилия были направлены на изучение влияния кетоацидоза на функции органов и систем. Гемодинамические изменения при развитии кетоацидоза проявляются снижением сократительной способности миокарда, его повреждением с возможным последующим восстановлением [George A. K. et al., 1996; Maury E. et al., 1999; Tretjak M. et al., 2003]. Кроме самого кетоацидотического состояния на развитие сердечной недостаточности (в том числе кардиомиопатии) оказывает влияние и сам сахарный диабет [Дедова И.И. и соавт., 2019].
В периоперационном периоде развитие нормохлоремического ацидоза, в частности диабетического кетоацидоза, может происходить в результате усиления инсулинорезистентности и инсулиновой недостаточности с контринсулярной реакцией при симпатикотонии [Дедова И.И. и соавт., 2019]. 1.1.1.3. Лактат-ацидоз
Лактат образуется в большинстве тканей организма человека, с наиболее высоким уровнем продукции в мышцах [Покровский В. М., 2011]. При нормальных условиях лактат быстро метаболизируется в печени и в небольшом объеме выводится почками [Consoli A. et al., 1990]. В аэробных условиях, в результате гликолиза происходит образование пирувата, который затем вступает в цикл Кребса, в основном без образования лактата. В анаэробных условиях, конечным продуктом гликолиза является лактат, который участвует в цикле Кори в качестве субстрата для глюконеогенеза. Выделяют два изомера лактата: L-лактат и D-лактат. D-лактат производится бактериями толстой кишки человека при воздействии больших количеств не всосавшихся углеводов. При изменениях кишечной флоры и высокой углеводной нагрузке (например, при синдроме короткого кишечника) создаются условия для избыточной продукции D-лактата, который может проникать в кровоток и, возможно, приводит к неврологической симптоматике [Petersen C. et al., 2005]. В рутинной практике клинически наиболее важным является L-изомер лактата. Его определяют в венозной, смешанной венозной или артериальной крови.
Различают ЛА трех типов (А, В и D). Тип А – ацидоз с гипоперфузией и шоком различной этиологии. Тип В – не сопровождается признаками тканевой гипоксии [Kruse O. et al., 2011]. Третий тип - D-лактат-ацидоз, как отмечалось, обусловлен продукцией D-изомера лактата кишечными бактериями и был зарегистрирован после обширных резекций малого кишечника [Аверьянова Ю. В. и соавт., 2015; Petersen C., 2005].
Включение пациентов и окончательное формирование групп исследования
Изначально для включения в исследование первого этапа были рассмотрены 312 пациентов с ишемической болезнью сердца, которым планировалось выполнение АКШ. Из этих субъектов критериям включения соответствовали 166, поскольку 37 были отклонены по возрасту, у 49 операции выполнялись без использования ИК, а в 60 случаях АКШ сочеталось с пластикой/протезированием клапанов сердца. У 31 пациента были отмечены критерии невключения, представленные низкой ФВЛЖ (9), вмешательством на правой коронарной артерии (5), ХОБЛ (8), хронической почечной недостаточностью (4) и легочной гипертензией (5). В итоге участвовать в исследовании предложили 135 пациентам, однако 5 из них не подписали информированное согласие. Таким образом, в исследование первого этапа включили 130 пациентов, но у одного из них интраоперационно при прямом измерении ДЛА была диагностирована стойкая умеренная легочная гипертензия, этот больной был исключен из исследования, а окончательное число участвующих составило 129 (Рисунок 2.1).
В указанной выборке, в соответствии с обнаруженными на 4 час после отключения ИК нарушениями КОС, была выделена группа без таковых отклонений (группа норма), в которую вошли 34 пациента. Из оставшихся 95 больных углубленному анализу были подвергнуты 66, у которых, согласно критериям, представленным в Разделе 2.4.1, был диагностирован метаболический ацидоз, этих пациентов объединили в одноименную группу (группа МетАц). В группе метаболического ацидоза были определены подгруппы ЛА (подгруппа ЛА, 61 пациент) и подгруппа гиперхлоремического ацидоза (ГХА, 5 пациентов) (Рисунок 2.2).
Решение поставленных перед исследованием задач потребовало дополнительно выделить подгруппу ЛА на фоне синдрома малого сердечного выброса (ЛА-СМСВ, 9 пациентов), у этих больных был низкий индекс доставки кислорода (DO2I менее 300 мл/мин/м2) в сочетании с низким сердечным индексом (СИ менее 2,5 л/м2). В подгруппу ЛА на фоне синдрома системного воспалительного ответа (ЛА-ССВО, 30 пациентов) объединили больных с DO2I выше 500 мл/мин/м2 и СИ равным или превышающим 2,5 л/м2. Оставшиеся 22 пациента сформировали подгруппу смешанных и неизвестных причин развития ЛА. Распределение пациентов, включенных в исследование на этапе I на указанные выше группы и подгруппы, представлено на Рисунке 2.2.
На втором этапе исследования разработка алгоритма диагностики нарушений КОС была выполнена на основании исследования медицинской документации 350 ретроспективно включенных пациентов.
Учитывая вышеизложенные сведения, всего в выполненную работу на двух этапах включили 479 пациентов.
Параметры доставки и потребления кислорода при различных формах метаболического ацидоза
В соответствии с современными представлениями, наиболее значимой и частой причиной развития метаболического ацидоза является несоответствие между доставкой и потреблением кислорода. Используя данные о газовом составе артериальной и смешанной венозной крови, а также показатели центральной гемодинамики, мы изучили доставку и потребление кислорода при различных формах метаболического ацидоза (Таблица 3.3).
Полученные в исследовании данные оказались для нас достаточно неожиданными, поскольку традиционно одной из основных причин ЛА после операций на сердце считают снижение доставки кислорода с развитием ишемии тканей и накоплением лактата [Maillet J. et al., 2003; Andersen L. W., 2018]. Однако медиана индекса доставки кислорода (DO2I) в группе ЛА была в пределах диапазона нормальных значений (300–500 мл/мин/м2) и даже значимо превосходила этот показатель, отмеченный в группе пациентов без нарушений КОС. При детальном анализе оказалось, что только у 9 (14,7%) пациентов с ЛА доставка кислорода была меньше нижней границы нормальных значений, в то время как у 30 (49,2%) больных ЛА был ассоциирован с повышенной доставкой кислорода (Таблица 3.4). Важно отметить, что доля пациентов с высокой доставкой кислорода в группе ЛА значимо превосходила таковую в группе с отсутствием нарушений КОС.
Как следует из данных, представленных на Рисунке 3.3, тенденция к более высокой доставке кислорода сохранялась в группе ЛА на протяжении первых 12 ч после операции, а во временных точках 4 и 8 часов этот показатель у пациентов без нарушений КОС был значимо ниже, чем в случаях развития ЛА.
Обнаруженная нами повышенная доставка кислорода в группе пациентов с ЛА потребовала углубленного анализа факторов, определяющих транспорт кислорода кровью - показателей центральной гемодинамики.
Анализ представленных в Таблице 3.5 показателей центральной гемодинамики выявил нормальные значения производительности сердца в группе ЛА. Более того, СИ при ЛА был значимо выше, чем в случаях отсутствия нарушений КОС. Обращало на себя внимание значимое различие в сопротивлении сосудистого русла большого круга: оно было ниже при ЛА. Обнаруженные особенности не соответствовали концепции формирования ЛА только как результата СМСВ с низкой доставкой кислорода.
При анализе показателей транспорта и потребления кислорода (Таблица 3.3) обращали на себя внимание низкие значения потребления кислорода в группе ЛА на фоне его достаточно высокой доставки. Это закономерно отразилось в низком показателе экстракции кислорода (O2ER). Следует подчеркнуть, что в нашем исследовании O2ER у пациентов с ЛА был значимо ниже, чем у пациентов без нарушений КОС на протяжении первых 12 ч после операции (Рисунок 3.4).
Таким образом, выполненное исследование продемонстрировало, что метаболический ЛА после кардиохирургических вмешательств сопровождался нормальными или повышенными показателями доставки кислорода на фоне сниженной экстракции и был ассоциирован с нормальными значениями производительности сердца и сниженным сопротивлением большого круга кровообращения. Найденные особенности гемодинамического профиля и параметров доставки/потребления кислорода указывали на наличие нескольких возможных причин развития ЛА и требовали их исследования.
Оценка эффективности предложенного оригинального алгоритма диагностики кислотно-основного состояния
Нами было выполнено анонимное анкетирование 28 врачей и клинических ординаторов, обучающихся по специальности анестезиология-реаниматология. Респондентам необходимо было поставить диагноз нарушений КОС по анализам газового и электролитного состава крови, представленным в вопросниках. Каждому врачу было выдано по 10 задач, время решения которых нами фиксировалось.
Респонденты были разделены на 3 группы: врачи со стажем работы 5 лет и более (n=6), менее 5 лет (n=10) и клинические ординаторы кафедры анестезиологии и реаниматологии ФГБУ "НМИЦ им. В. А. Алмазова" (n=12). Также проводилась диагностика нарушений КОС разработанной нами компьютерной программой «Диагностика нарушений кислотно-основного равновесия». Полученные данные сравнивали с результатами, определенными в соответствии с современными международными и национальными рекомендациями (см. Раздел 2.4.1). Оценивали точность постановки диагноза и время, затраченное на решение каждой задачи. За правильный ответ принимали решения с указанием вида нарушения КОС (алкалоз или ацидоз) и его формы (метаболический или дыхательный, компенсированный или некомпенсированный). За неточный ответ принимали решения с указанием только вида нарушения КОС, а также ответы с неправильным определением формы нарушения.
Результаты проведенного анонимного анкетирования представлены в Таблице 3.19. Мы обнаружили, что при самостоятельном решении задач меньше всего неправильных ответов (6,9%) дали клинические ординаторы, причем этот показатель был почти в 2,5 раза ниже, чем у врачей со стажем. В группе клинических ординаторов отмечена и самая большая доля правильных ответов (62,1%). Привлек внимание тот факт, что при многогрупповом сравнении значимо быстрее (в среднем за полторы минуты) диагноз нарушения КОС выставляли врачи со стажем равным или превышающим 5 лет. При этом качество диагностики было недостаточно высоким - правильно диагноз специалисты со стажем определяли менее, чем в половине случаев.
Использование компьютерной программы «Диагностика нарушений кислотно-основного состояния» привело к правильному формулированию диагноза в абсолютном большинстве наблюдений (96,7% - 98,3% в различных группах), причем стаж врачей не влиял на качество диагностики (Таблица 3.20). Примечательно то, что единичные совершенные ошибки были связаны не с недостатками алгоритма, а с неправильным вводом исходных показателей анализа крови в программу. Во всех группах врачей применение программы «Диагностика нарушений кислотно-основного состояния» сопровождалось значимым (p 0,0001) выраженным (более, чем в три раза) сокращением времени, затраченного на интерпретацию анализов КОС.
Целью создания алгоритма и компьютерной программы было не только повышение эффективности диагностики, но и улучшение результатов интенсивной терапии нарушений КОС. При этом мы надеялись на то, что правильная дифференциальная интерпретация респираторных и метаболических форм нарушений КОС, точная оценка выраженности метаболического ацидоза и верный расчет объема буферного раствора позволят добиться улучшения клинических показателей.
Для определения влияния применения алгоритма и компьютерной программы на результаты лечения метаболического ацидоза мы сформировали две группы пациентов, перенесших АКШ в условиях ИК (Таблица 3.21). В группе (n = 24) диагностика и лечение проводились с использованием программы ЭВМ «Диагностика нарушений кислотно-основного равновесия». Группа 2 была ретроспективной, в нее включили 24 пациента с метаболическим ацидозом.
В выполненном исследовании было обработано 274 анализа газового и электролитного состава крови. При сравнении групп лечения изучали объем введенного раствора натрия гидрокарбоната, изменение электролитного состава и КОС крови, а также длительность ИВЛ в послеоперационном периоде.
Установлено, что пациентам в группе ретроспективного контроля было введено 200 (100; 200) мл раствора NaHCO3 (50 мг/мл), а пациентам, у которых лечение проводилось при помощи разработанной программы ЭВМ - 29 (0;70) мл. Различия между группами значимы, p 0,0005 (Рисунок 3.9).
В группе ретроспективного контроля концентрация натрия в артериальной крови через 4 часа после внутривенного введения натрия гидрокарбоната была значимо выше, чем в группе применения алгоритма: (146 (144; 148) против 143 (141; 143) ммоль/л, p=0,01). Кроме того, обращал на себя внимание тот факт, что больший объем использованного в ретроспективной контрольной группе гидрокарбоната натрия обусловливал значимо более выраженный подщелачивающий эффект через 12 ч после традиционной диагностики ацидоза (Таблица 3.22).