Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1 Введение 12
1.2 Объемная вентиляция с помощью системы «шунт-дыхание» 13
1.3 Высокочастотная струйная ИВЛ в хирургии трахеи и главных бронхов 17
1.4 Методы экстракорпорального газообмена 21
1.5 Потоковая апноэтическая оксигенация 24
1.6 Патофизиологические особенности гиперкапнии
1.6.1 Влияние на центральную нервную систему 34
1.6.2 Влияние на сердечно-сосудистую систему 35
1.6.3 Влияние на дыхательную систему 35
1.6.4 Влияние на выделительную систему 36
1.7 Заключение 36
Глава 2. Материалы и методы исследования 37
2.1 Применение потоковой апноэтической оксигенации в реконструктивной хирургии трахеи главных бронхов 37
2.1.1 Критерии включения пациентов 37
2.1.2 Критерии не включения 37
2.1.3 Общая характеристика пациентов 38
2.1.4 Описание методики анестезии 38
2.1.5 Методика индукции и интубации при операции по поводу трахеопищеводного свища в сочетании с рубцовым стенозом трахеи 41
2.1.6 Методика потоковой апноэтической оксигенации 49
2.1.7 Мониторинг 51
2.2 Изучение параметров мозгового кровотока 53
2.3 Изучение особенностей воздействия гиперкапнии на параметры центральной и легочной гемодинамики, транскапиллярного массообмена и системного кислородного статуса 53
2.3.1 Критерии включения пациентов 54
2.3.2 Критерии не включения 54
2.3.3 Критерии исключения 55
2.3.4 Общая характеристика пациентов 55
2.3.5 Описание методики измерения показателей легочной и центральной гемодинамики 56
2.4 Изучение методик респираторной поддержки в хирургии трахеи с позиций безопасности пациента, хирургического комфорта и интраоперационного взаимодействия хирурга и анестезиолога 59
Глава 3. Результаты исследования 62
3.1 Применение потоковой апноэтической оксигенации в реконструктивной хирургии трахеи главных бронхов 62
3.1.1 Газовый состав и КОС артериальной крови 62
3.1.2 Роль периодической санации дыхательных путей при применении методики ПАО 65
3.1.3 Прогнозирование изменения показателей КОС в условиях ПАО методом многофакторного планирования эксперимента 66
3.1.4 Параметры гемодинамики по данным инвазивного мониторинга 76
3.1.5 Особенности применения ПАО на основном этапе операции по поводу трахеопищеводного свища в сочетании с двухуровневым рубцовым стенозом трахеи 77
3.1.6 Параметры мозгового кровотока по данным транскраниальной допплерографии кровотока в левой средней мозговой артерии при применении ПАО з
3.2 Особенности сочетанного воздействия гиперкапнии и коллапса легкого на параметры центральной и легочной гемодинамики, транскапиллярного массообмена и системного кислородного статуса 81
3.2.1 Параметры КОС, метаболизма и газового состава артериальной и центральной венозной крови 81
3.2.2 Параметры центральной гемодинамики и легочной гемодинамики 82
3.2.3 Показатели транскапиллярного массообмена и системного кислородного статуса 85
3.3 Сравнение методик респираторной поддержки в хирургии трахеи с позиций безопасности пациента, хирургического комфорта и интраоперационного взаимодействия хирурга и анестезиолога 88
3.3.1 Вентиляция с помощью системы «шунт-дыхание» 90
3.3.2 Режим ВЧ ИВЛ 92
3.3.3 Режим ПАО 93
Заключение 97
Выводы 101
Практические рекомендации 102
Список сокращений 104
Список литературы
- Методы экстракорпорального газообмена
- Методика индукции и интубации при операции по поводу трахеопищеводного свища в сочетании с рубцовым стенозом трахеи
- Роль периодической санации дыхательных путей при применении методики ПАО
- Сравнение методик респираторной поддержки в хирургии трахеи с позиций безопасности пациента, хирургического комфорта и интраоперационного взаимодействия хирурга и анестезиолога
Методы экстракорпорального газообмена
По данным исследований, проведенных под руководством проф. Выжигиной М.А. с соавт. [3] при использовании ВЧ ИВЛ обоих легких было установлено, что парциальное давление кислорода в альвеолярном газе (РаО2) было достоверно выше (632,4±6,3 мм.рт.ст.), чем при традиционной ИВЛ (560±11 мм. рт. ст.) с одинаковым FiO2 (1,0). Артериальная оксигенация при ВЧ ИВЛ была также достоверно выше, элиминация СО2 не нарушалась (РаСО2 = 30,7±2,4 мм. рт. ст.). Высокую оксигенирующую способность ВЧ ИВЛ можно объяснить состоянием вентиляционно-перфузионных отношений (1,18±0,4) с превалированием вентиляции над перфузией, в то время как при традиционной ИВЛ на основном этапе операции, перфузия достоверно преобладала над вентиляцией (0,51±0,07). Внутрилегочный шунт и все параметры сосудистого сопротивления и давления в малом круге были ниже, чем при традиционной ИВЛ на 35-50%. Показатели внутрисердечной гемодинамики при ВЧ ИВЛ свидетельствовали о снижении нагрузки на правые отделы сердца. Улучшались показатели работы левого желудочка СИ и ИУРЛЖ. Показатели системной гемодинамики оставались стабильными. Объем интерстициальной жидкости был в 2 раза, а внутриклеточной - в 6,6 раза ниже, чем при традиционной двулегочной ИВЛ. В отличие от последней, при ВЧ ИВЛ легкие не выделяли, а поглощали лактат, и дефицит оснований в оттекающей от легких крови уменьшался, что свидетельствовало о более благоприятных условиях для метаболизма легочной ткани. Во время операций на бронхах при ВЧ вентиляции одного (зависимого) легкого с FiO2=1,0 и коллапсе независимого оксигенация поддерживалась адекватно (РаО2=247,8±13,5 мм.рт. ст.), но РаСО2 увеличивалось до 50-70 мм. рт. ст., внутрилегочный шунт увеличивался до 44±3,6% от МОС. Повышались прекапиллярное и посткапиллярное легочное сосудистое сопротивление (Ra=1,84±0,1 мм. рт. ст./л/мин, Rv=1,23±0,2 мм. рт. ст./л/мин). Давление в легочной артерии и в правом предсердии не повышались в отличие от традиционной ИОВ. Накопление внесосудистой жидкости (ОВЖЛ общ=3,98±0,97 мл/кг) происходило, в основном, за счет внеклеточной фракции и было менее выраженным, чем при традиционной ИОВ.
Таким образом, на сегодняшний день струйная ВЧ ИВЛ предоставляет уникальные возможности длительного поддержания газообмена в условиях негерметичного дыхательного контура и является методом выбора в трахеобронхиальной хирургии. Однако данная методика имеет ряд своих ограничений. В 2008 году в Великобритании было опубликовано национальное исследование осложнений, связанных с применением методик вентиляции с применением высокого давления в плановой хирургии дыхательных путей [30]. По данным опроса 229 медицинских центров были выявлены следующие осложнения: пневмоторакс, подкожная эмфизема, пневмомедиастинум, трудности при осуществлении вентиляции, гипоксия и гиперкапния.
У пациентов с нарушениями бронхиальной проходимости применение ВЧ ИВЛ приводит к резкому возрастанию градиента PEEP, что может стать причиной возникновения баротравмы. Поэтому ВЧ ИВЛ не может быть использована во всех случаях, когда не может быт осуществлен спонтанный выдох [10].
К другим осложнениям, также описанным в литературе, относятся: разрыв желудка при ошибочном введении катетера в желудок [43] и пневмоперикард [64]. Как следует из вышесказанного, основные осложнения ВЧ ИВЛ связаны с созданием высокого давления в дыхательных путях, что имеет особое значение для реконструктивной хирургии трахеи и бронхов, главным образом при операциях по поводу протяженных и мультифокальных стенозов трахеи и бронхов, а также при наличии трахеопищеводных свищей. Также при однолегочной ВЧ ИВЛ отмечается гиперкапния и респираторный ацидоз.
ВЧ ИВЛ не эффективна, если длина дистального отрезка дыхательных путей, в который вводится вентиляционный катетер, меньше 2,5-3 см. [13]. Важна профилактика обтурации просвета дыхательных путей в процессе хирургических манипуляций. При увеличении частоты вентиляции происходит повышение PaCO2, однако этот эффект можно нивелировать повышением рабочего давления или изменением отношения времени вдоха и выдоха. ВЧ ИВЛ не обеспечивает полной неподвижности операционного поля, а присутствие катетера в операционной ране мешает необходимому хирургическому комфорту. Другие авторы отмечают осложнения, связанные с феноменом Вентури, качеством кондиционирования дыхательного газа и травмой дыхательных органов, вызванной газовой струей [12].
Методика индукции и интубации при операции по поводу трахеопищеводного свища в сочетании с рубцовым стенозом трахеи
Под местной анестезией выполнили диагностическую ларинготрахеобронхоскопию. Голосовые складки расположены нормально. Внутреннее трахеостомическое отверстие находится на расстоянии 2 см от голосовых складок. Верхний край первого хрящевого полукольца трахеи хорошо виден. Ниже трахеостомического отверстия на расстоянии 1,5 см стенка трахеи также нормальна. В этом месте располагались 4 неизмененных полукольца трахеи. Далее просвет дыхательного пути сужен до 5-7 мм в диаметре. Фибробронхоскоп провели через это сужение в большую полость, которая оказалась расширенным пищеводом. Из данной полости аппарат вновь ввели через второе сужение в каудальный надбифуркационный отдел трахеи. Последний на протяжении 1,5 см также имел рубцовый стеноз. Угол изгиба фибробронхоскопа между двумя отверстиями в трахее составил около 90 градусов. Расстояние от нижнего края стеноза до киля трахеи было 2 см. Длина трахеопищеводного соустья составила 2 см.
Под местной анестезией выполнили эзофагогастроскопию. На расстоянии 19,5 см от резцов по левой боковой стенке визуализировалось отверстие трахеопищеводного свища до 0,7 см в диаметре с рыхлой слизистой оболочкой. По этому же контуру, дистальнее на 1,5 см, визуализировалось второе отверстие с ровными краями до 0,5 см в диаметре. Между этими двумя отверстиями слизистая оболочка пищевода была обычного цвета. В нижней части желудка было видно гастростомическое отверстие с зондом. Для обеспечения питания установили тонкий зонд через нос, пищевод, желудок и 12-перстную кишку в просвет тонкой кишки.
Диагноз: Трахеопищеводоный свищ в сочетании с двухуровневым рубцовым стенозом грудного отдела трахеи. Трахеостома. Гастростома. Кахексия. Аспирационный синдром. Аспирационная пневмония нижней доли слева в стадии разрешения. Хронический гнойный трахеобронхит. Анемия. Для подготовки к операции больной проводилось энтеральное и парентеральное питание, курс антибактериальной и противовоспалительной терапии. В течение первых 7 дней отмечались 2 эпизода аспирации желудочного содержимого, что сопровождалось выраженным нарушением дыхания. С техническими трудностями удавалось выполнить санацию трахеобронхиального дерева при помощи фибробронхоскопа. Учитывая бесперспективность консервативного лечения, неизбежность развития осложнений, на фоне консервативной общеукрепляющей терапии больную оперировали по витальным показаниям.
Анатомические особенности патологического процесса не позволяли начать анестезию и операцию по стандартному протоколу. Учитывая сложное расположение оси дыхательного пути (угол изгиба составляет 90 градусов.), стандартное бужирование стенотического участка трахеи с последующей интубацией было технически невозможно. Более того, после вводного наркоза и введения миорелаксантов начинать искусственную вентиляцию легких через трубку, установленную в верхних отделах трахеи, представлялось опасным из-за сброса дыхательной газовой смеси в пищевод. Подобное отсутствие герметизма в дыхательном контуре (аппарат ИВЛ-трахеобронхиальное дерево пациента) могло привести к асфиксии в условиях действия миорелаксантов. В этой связи был предложен и осуществлен оригинальным способ расширения суженного отдела трахеи через просвет пищевода. Выполнить традиционное бужирование через голосовую щель и установку стандартной интубационной трубки в этих условиях не представлялось возможным. На этом этапе применялась сочетанная анестезия, включавшая местный и внутривенный компонент. Мы понимали, что для того, чтобы избежать жизнеугрожающих осложнений до начала любого рода манипуляций, необходимо разработать совершенно нестандартный индивидуальный план обеспечения доступа к дыхательным путям, соответствующий сложному анатомическому построению зоны хирургической патологии. Поэтому сохранение самостоятельного дыхания было приоритетной задачей на этапе индукции, поскольку обеспечить респираторную поддержку было бы крайне проблематично. Прединдукционная терапия включала в себя внутривенное введение таких препаратов, как квамател (40 мг), дексаметазон (4 мг), латран (4 мг), дормикум (2,5 мг), атропин (0,3 мг). В условиях самостоятельного дыхания через трахеостомическую канюлю (FiO2 =1,0) введен в/в наркотический анальгетик фентанил – 0,1 мг и выполнена местная анестезия гортано-глотки 2% раствором лидокаина.
В этих условиях через фиброгастроскоп, введенный в просвет пищевода, проведена струна-проводник в суженное дистальное отверстие трахеопищеводного свища, а затем - и в правый главный бронх. По проводнику установлены дилатирующие балонны с последовательным возрастанием их диаметра (8 мм и 10 мм). Выполнили дилатацию стеноза трахеи с созданием давления в баллонах до 8 атм. (рис. 7).
Роль периодической санации дыхательных путей при применении методики ПАО
На начальном этапе статистическая обработка данных осуществлялась при помощи пакета «SPSS Statistics 18». Достоверность различий данных в сравниваемых группах определялась по критерию Стьюдента (Test). Достоверными считались различия при p 0,05 и коэффициенте эксцентриситета менее 1. Использование критерия Стьюдента считалось приемлемым, так как коэффициенты эксцентриситета исследуемых случайных величин имели отрицательные значения или значения порядка единиц [8].
Математическое моделирование физических процессов с помощью метода многофакторного планирования эксперимента проводят для выявления общих закономерностей исследуемого процесса взаимодействия различных объектов, зависимость его протекания от различных параметров и факторов, оценка возможного влияния этих факторов на свойства объектов, а также выявление определенных закономерностей процесса и соотношения параметров и факторов для получения заранее заданных свойств объектов.
Основными преимуществами планирования эксперимента являются минимизация общего числа опытов, выбор четких последовательных процедур выполнения опытов, использование математического аппарата, упрощающего подготовку, проведение опытов и обработку результатов, получение математических моделей, которые можно использовать для дальнейшего анализа, в том числе и для нахождения экстремальных точек и оптимизации [14, 21].
Наиболее часто математические модели физических процессов строят экспериментальным способом. Все переменные, определяющие состояние объекта, разделяют на две группы. Первая группа – независимые входные переменные - факторы Х1, Х2,…, Хn, вторая группа – зависимые выходные переменные - отклики, Y1, Y2,…, Yn. При этом каждому набору входных переменных отвечают определенные значения выходных переменных.
Дальнейшая задача планирования сводится к постановке минимально возможного числа экспериментов (выбору некоторого числа наборов входных переменных), фиксации выходных переменных, а затем построению и анализу математических моделей, связывающих входные и выходные переменные.
Для исследования зависимости значений pH, лактата, парциального давления СО2 и О2 артериальной крови при применении методики ПАО на различных временных интервалах от рН и Лактата артериальной крови до применения ПАО, а также от длительности применения ПАО (10, 20 и 30 мин) была составлена матрица плана эксперимента.
В качестве независимых факторов, влияющих на проведение процесса, были приняты: Х1 - рН артериальной крови при ТИВЛ до применения ПАО (pH (до)); Х2 – длительность применения ПАО, Х3 – уровень лактат при ТИВЛ до применения ПАО (Лактат (до)). Все факторы варьировали на 3 уровнях (табл.6). Таблица 6 Факторы и интервалы их варьирования эксперимента по исследованию зависимости pH через 10, 20 и 30 мин применения ПАО i Фактор Натуральное значение Xi Кодовое значениеFi 1 Режим вентиляции, мин 10 20 30 0 12 2 pH (до) 7,3 7,4 7,4 0 12 3 Лактат (до) 12 3 0 12 В качестве выходной переменной Y было принято значение pH, лактат, рСО2 и рО2 к концу периода применения методики ПАО.
Полный факторный эксперимент 33 в данном случае должен включать 27 экспериментов. Для сокращения количества опытов до 9 было решено строить модель главных эффектов в виде уравнения регрессии: Y = b0 + YjblXl+Yjb„X2 ;=1 ;=1 где Ъг коэффициенты уравнения регрессии.
Для исследования особенностей изменения pH, лактата, рСО2 и рО2 артериальной крови в условиях потоковой апноэтической оксигенации (соответственно pH (после), лактат (после), СО2 (после) и О2 (после)) и построения зависимости вида Y = f(Хi) с помощью метода многофакторного планирования была проведена обработка результатов экспериментов.
В результате были построены математические модели в виде регрессионных уравнений, описывающих зависимость выбранных показателей газового состава и КОС артериальной крови при применении методики потоковой апноэтической оксигенации от рН и лактата артериальной крови до применения ПАО и длительности применения ПАО (10, 20 и 30 мин): 1. рН (после) = 7,171-0,047х1 -0,013х2 + 0,005х3 +0,001 -0,002z2 + 0,001z3 2. лактат(после) = 0,922 + 0,35 + 0,284х2 - 0,017х3 + 0,192 + 0,163z2 3. СО2(после) = 71,889 + 10,75 + 7,422х2 - 0,233х3 -1,1081 +2,093z2 +1,217z3 4. О2(после) = 280,733 + 36,6 -52,297х2 + 31,233х3 +2,3 -127,302z2 +8,55z3 где х1 = 0,1( - 20), х2 = 13,99(Х2 - 7,4), х3 = Х3 - 2, =2(Х2-0,67), z2=1,81(X22-0,67), z3=2(X32-0,67) - факторы Хi в кодированном масштабе. Наибольшее отклонение расчетных значений Yрасчет, полученных с помощью построенного уравнения регрессии, от экспериментальных значений Yэксперим составило 11% (табл.7 и табл.8).
При этом проведенная проверка по критерию Фишера на 1% уровне значимости и высокая сходимость экспериментальных и расчетных данных позволили сделать вывод об адекватности построенной математической модели.
Сравнение методик респираторной поддержки в хирургии трахеи с позиций безопасности пациента, хирургического комфорта и интраоперационного взаимодействия хирурга и анестезиолога
По данным, полученным при изучении эффектов гиперкапнии на параметры центральной и легочной гемодинамики, транскапиллярного массообмена и системного кислородного статуса мы выявили достоверные различия значений ЧСС, УО, ДЛА, давления в левом предсердии ДЛПср, давления легочных капилляров ДЛК и насосных коэффициентов, как правого, так и левого желудочков (НКЛЖ). Все названные параметры, кроме НКЛЖ, были выше в группе пациентов с повышенным PaCO2. Насосный коэффициент левого желудочка был достоверно выше в группе пациентов, у которых PaCO2 не превышал 44 мм.рт.ст. Однако все названные показатели оставались в пределах нормальных значений в обеих группах. Более того в условиях гиперкапнии достоверно ниже артериовенозная разница по кислороду и кислородный пульс (количество кислорода, которое забирается кровью при каждом сердечном сокращении).
В нашем изучении методики ПАО применительно к трахеоброхиальной хирургии (особенностей газообмена, кислотно-основного состояния, системной гемодинамики, мозгового кровотока и хирургических особенностй применения) подтвердились данные, описанные в литературе, что гиперкапния и респираторный ацидоз не сопровождаются нарушениями гемодинамики по данным ЭКГ, ЧСС и инвазивного измерения АД при высоких значениях PaO2. Показатели газового состава и КОС крови возвращались к нормальным значениям через 20 мин после возвращения к ТИВЛ. Методика ПАО имеет преимущества в сравнении с методикой шунт-дыхание, так как обеспечивает высокий уровень оксигенации крови, однако уступает методике ВЧ ИВЛ в отношении элиминации углекислого газа.
Из продемонстрированных возможностей альтернативных респираторных технологий, применяемых при операциях двухуровневой резекции и реконструкции трахеи следует, что методики ВЧ ИВЛ и ПАО одинаково эффективны с позиции обеспечения достаточного уровня оксигенации крови пациента в условиях, когда традиционная вентиляция не возможна. Скорость нарастания PCO2 в 3 и 6 раз меньше при ПАО и ВЧ ИВЛ соответственно в сравнении с апноэ. Применение данных методик улучшает хирургический комфорт и дают достаточно времени хирургу для осуществления основного этапа циркулярной резекции. При вовлечении области бифуркации трахеи в зону резекции и постановке катетера для ПАО в правый главный бронх показатели газового состава и КОС были такими же, как и при установке катетера над бифуркацией. Применение ПАО значительно улучшало хирургический комфорт, однако сопровождалось риском попадания крови в бронхи.
Из результатов наблюдений следует, что повышение PCO2 пропорционально увеличивает пиковую систолическую скорость кровотока в СМА. Вследствие чего при использовании методики ПАО колебания внутричерепной гемодинамики значительно превышают таковые при ВЧ ИВЛ. С этих позиций для пациентов, имеющих сопутствующие поражения ЦНС, методику ВЧ ИВЛ следует считать предпочтительной в сравнении с ПАО.
При сравнении полученных нами данных с литературными выяснилось, что Методика ПАО имеет преимущества перед методикой шунт-дыхание, так как обеспечивает высокий уровень оксигенации крови, однако уступает методике ВЧ ИВЛ в отношении элиминации углекислого газа [3].
Выявлены достоверные различия с данными исследования M.J. Jimnez с соавт [50] по уровню PaCO2 на этапе преоксигенации, что, по-видимому, связано с тем, что в нашем исследовании этот этап длился 5, а не 15 минут. Показатели PaO2 на 20 и 30 минуте ПАО в нашем исследовании были достоверно выше значений PaO2 на 30 мин ПАО по литературным данным. Данное различие возможно связано с различиями диаметра катетера для инсуффляции кислорода. В нашем исследовании мы использовали стерильный санационный катетер 14 Fr., в то время как в исследовании Jimnez с соавт. применялся «педиатрический катетер». Выяснено, что скорость нарастания PaCO2 при ПАО достоверно меньше, чем таковая при апноэ в условиях шунт-дыхания 4-5 мм.рт.ст. в минуту -по данным М.А. Выжигиной с соавт [4]. В отношении хирургического комфорта выявлены следующие преимущества ПАО: 1) полностью отсутствовала подвижность легких и дыхательных путей; 2) не происходило распыления трахеобронхиального секрета и крови из операционной раны; 3) Обеспечивалась профилактика осложнений, связанных с нарушением проходимости ДП при хирургических манипуляция, которые могут осложниться баротравмой легкого.