Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Современное состояние ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси 12
1.2. Проблема гепато- и нефротоксичности некоторых ингаляционных анестетиков 16
1.3. Возможности масс-спектрометрии в анестезиологии и реаниматологии 25
Глава 2. Материалы и методы исследования 35
2.1. Изучение приемлемости масс-спектрометрического мониторинга ингаляционных анестетиков (изофлурана и севофлурана) (экспериментальное исследование) 35
2.2. Характеристика групп и методов клинического исследования 48
Глава 3. Результаты экспериментальной части исследования и ее обсуждение 53
3.1. Результаты применимости использования масс-спектрометрии для динамического мониторинга 53
3.2. Результаты оценки гепато- и нефротоксического влияния некоторых ингаляционных анестетиков у крыс 60
ГЛАВА 4. Результаты клинической части исследования и ее обсуждение 65
4.1. Сравнительная характеристика исследуемых групп 65
4.2. Результаты оценки гепато- и нефротоксического влияния некоторых ингаляционных анестетиков в клинических исследованиях 71
Заключение 79
Выводы 86
Практические рекомендации 87
Список сокращений и условных обозначений 88
Список литературы 89
- Современное состояние ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси
- Изучение приемлемости масс-спектрометрического мониторинга ингаляционных анестетиков (изофлурана и севофлурана) (экспериментальное исследование)
- Результаты применимости использования масс-спектрометрии для динамического мониторинга
- Результаты оценки гепато- и нефротоксического влияния некоторых ингаляционных анестетиков в клинических исследованиях
Введение к работе
Актуальность исследования.
Подходы в проведении общей ингаляционной анестезии за последние 10-20 лет претерпели значительные изменения. Современное состояние данного вида анестезии, прежде всего, обусловлено широким внедрением «новых» анестетиков – изофлурана, севофлурана, десфлурана [Гальперин Ю.С., 1999; Сидоров В.А., 1999; Лихванцев В.В., 2010, 2013; Волчков В.А., 2010; Александрович Ю.С., 2013]. По данным профессора В.В. Лихванцева в большинстве про-мышленно-развитых стран в 2008-2010 годах доля ингаляционной анестезии с использованием, например, таких анестетиков как севофлуран и десфлуран превысила 70% от общего числа проведенных анестезий. На территории Российской Федерации данный показатель в настоящее время не превышает 6-8%, однако, с каждым годом имеет место увеличение доли использования указанных анестетиков [Лихванцев В.В., 2009, 2010].
Тенденции в одновременном повышении как безопасности пациента во время проведения анестезиологического пособия и после него, так и управляемости анестезией способствуют достижениям в области медицинского приборостроения. Последние заключаются в совершенствовании систем дозирования, повышении прецизионности мониторинга ингаляционных анестетиков в дыхательной смеси [Лебединский К.М., 2009; Лихванцев В.В., 2009, 2010; Щеголев А.В., 2013]. Не маловажным следует считать и стремление к сокращению расходования препаратов, что привносит ощутимую экономию и снижает степень загрязнения окружающей среды [Лихванцев В.В., 2009, Bito H., 1994; Baxter A.D., 1997].
Все более часто, особенно, на этапах специализированной медицинской помощи, в практику внедряется ингаляционная анестезия с минимальным и метаболическим потоками газовой смеси [Лихванцев В.В., 2001; Сидорова В.А., 2005; Левшанков А.И., 2012, 2013; Vecil M., 2008]. Данные методики обеспечивают более устойчивый микроклимат, с сохранением достаточной влажности в дыхательном контуре, температурного и микробиологического гомеостаза, их использование уменьшает вероятность контаминации дыхательных путей [Лихванцев В.В., 2008; Левшанков А.И., 2011].
Несмотря на ощутимые преимущества ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси, данная медицинская проблема требует дополнительного изучения, так как снижение используемого потока теоретически может приводить не только к токсическому влиянию используемых анестетиков, но и накоплению “третьих газов”, которые традиционно не контролируются даже современными газоанализаторами [Полушин Ю.С., 2004; Щеголев А.В., 2012]. Основными токсическими веществами являются компаунды А, В, С, D, E [Frink E., 1992, 1994, 1996; Bito H., 1994; Versichelen L., 2001; Lee W.M., 2005], которые образуются в дыхательном контуре вследствие взаимодействия севофлурана с сорбентами двуокиси углерода (СО2) [Щеголев А.В., 2013; Bedford R.F., 2000; Bouche M.P., 2001, 2002; Eger E.I., 2002]. Среди них, наиболее образующимся и токсичным является компаунд А. До сих пор нет единого мнения о его потенциальной гепато- и нефротоксичности. Боль-
шинство научных работ выполнены при потоках газовой смеси превышающих минимальный [Baker A.B., 1994; Bito H., 1994; Baxter A.D., 1997; Ebert T.J. 1998; Bedford R.F., 2000]. Не определена и пороговая концентрация компаунда А, при котором может возникнуть гепато- и нефротоксический эффект у пациентов без и с патологией этих органов и систем [Левшанков А.И., 2011; Gibson G., 1986; Gonsowski C.T., 1994; Kandel L., 1995; Higuchi H., 1998; Ebert T.J., 1998; Eger E.I., 1997, 2002; Frink E.J., 1992, 1996; Goldberg M.E., 1999; Bedford R.F., 2000; Turillazzi E., 2007; Geoffrey B.A., 2008].
В существующих аппаратах ингаляционной анестезии и газоанализаторах используется принцип инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии) [Лебединский К.М., 2009; Левшанков А.И., 2011]. Несмотря на убедительные данные об эффективности контроля данными приборами концентрации СО2, закиси азота и ингаляционных анестетиков (галотана, энфлурана, изофлурана, се-вофлурана и десфлюрана), они по определению не позволяют мониторировать иные компоненты газовой смеси, включая и потенциально токсичные. В этой связи разработку и внедрение более совершенных интраоперационных методов мониторинга представляется чрезвычайно актуальной. Проблема приобретает особую научно-практическую важность при снижении потока газовой смеси, когда время и интенсивность накопления токсических веществ имеют максимальную быстротечность и вероятность.
На кафедре анестезиологии и реаниматологии Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова (ВМедА) начиная с 1967 г. под руководством профессора А.И. Левшанкова долгое время велись работы по изучению и применению масс-спектрометрии в клинической практике. Возможности масс-спектрометрических методов контроля ингаляционных анестетиков уже были продемонстрированы в ряде работ [Левшанков А.И., 1987, 2011, 2013; Лавань-ини И., 2008; Щеголев А.В., 2013; Елизаров А.Ю., 2012, 2013]. Время отклика при определении концентраций ингаляционных анестетиков при данном методе не превышает 10 мс, тогда как для традиционно используемых ИК-датчиков оно значительно больше и составляют 500 мс. По сравнению со многими используемыми газоанализаторами для масс-спектрометрического анализа газового состава дыхательной смеси требуется всего 0,5 мл/мин, а не 200 мл/мин как для большинства газоанализаторов [Tolstikov V.V., 2002; Лебедев А.В., 2013]. Это особенно актуально именно при проведении анестезии с минимальным потоком, поскольку увеличивается риск нарушения вентиляции, оксигена-ции, и развития гипоксии [Левшанков А.И., 2013, 2014].
Поскольку вне опасного для жизненно важных функций превышения концентрации анестетика основные токсические эффекты некоторых ингаляционных анестетиков в первую очередь проявляются за счет неблагоприятного влияния на функцию паренхиматозных органов (гепато- и нефротоксичность), то представляется практически значимым обеспечить не только “on-line” мониторинг некоторых ингаляционных анестетиков, но и “третьих газов”, а также оценить их гепато- и нефротоксическое влияние.
Таким образом, актуальным является исследование безопасности ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси с
масс-спектрометрическим мониторингом в режиме реального времени. Исходя из выше указанного, была сформулирована цель и задачи исследования.
Степень разработанности темы
Вопросами изучения безопасности ингаляционной анестезии посвящены исследования и публикации многих отечественных ученых – А.И. Левшанкова, В.В. Лихванцева, К.М. Лебединского и зарубежных коллег – R.E. Bedford, E.I. Eger, A.T. Saber.
Несмотря на ощутимые преимущества ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси, данная медицинская проблема требует дополнительного изучения, так как снижение используемого потока теоретически может приводить не только к токсическому влиянию используемых анестетиков, но и накоплению “третьих газов”, которые традиционно не контролируются даже современными газоанализаторами. Большинство научных работ выполнены при потоках газовой смеси превышающих минимальный и анализ биохимических показателей крови в этих исследованиях показал отсутствие выраженных признаков гепато- и нефротоксичности.
Вопросами масс-спектрометрического контроля ингаляционных анестетиков и “третьих газов” занимались многие отечественные ученые, в частности в ВМедА им. С.М. Кирова – профессор А.И. Левшанков. Были описаны возможности данного высокоинформативного метода в интраоперационном периоде, однако современных работ посвященных данной проблеме не достаточно.
Вместе с тем, анализ литературы и собственный опыт показал, что находящиеся в распоряжении анестезиолога-реаниматолога методы мониторинга не всегда достаточны для обеспечения безопасности пациентов, особенно при ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси, что определяет актуальность дальнейшего поиска методов повышения безопасности.
Цель исследования: повысить безопасность ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками за счет масс-спектрометрического интраоперационного мониторинга, а также оценить их гепато- и нефротоксич-ность.
Задачи исследования:
-
Исследовать возможность использования масс-спектрометрического мониторинга для оценки концентраций собственно ингаляционных анестетиков и “третьих газов” во время анестезии с минимальным и метаболическим потоками.
-
Определить зависимость содержания “третьих газов”, в частности компаунда А, для различных анестетиков, их концентрации в дыхательной смеси, параметров вентиляции и длительности проводимой анестезии.
-
Оценить гепато- и нефротоксичность ингаляционных анестетиков (се-вофлурана, изофлурана) и компаунда А при минимальном и метаболическом потоках газовой смеси.
Научная новизна
Впервые показано, что метод масс-спектрометрии позволяет в режиме реального времени осуществлять не только мониторинг используемых ингаляционных анестетиков, но и “третьих газов”, в частности, компаунда А. Доказано, что данный вид определения концентрации анестетиков и “третьих газов” имеет преимущества при проведении анестезии с минимальным и метаболическим потоками газовой смеси.
Выявлена прямо пропорциональная зависимость концентрации компаунда А от концентрации севофлурана во вдыхаемой дыхательной смеси и обратная – от потока газовой смеси.
Доказано, что масс-спектрометрический мониторинг позволяет повысить безопасность анестезии за счет более точного, прецизионного мониторинга ингаляционных анестетиков, но и “третьих газов”, в частности компаунда А. Пороговые значения компаунда А не превышающие 10 ppm при использовании масс-спектрометрического мониторинга позволяют считать ингаляционную анестезию безопасной с точки зрения гепато- и нефротоксичности.
Теоретическая и практическая значимость
Установлено, что использование штатных газоанализаторов на основе ИК-спектроскопии позволяет в должной мере контролировать концентрации ингаляционных анестетиков, но в тоже время не позволяют контролировать содержание “третьих газов”, что особенно важно при практическом использовании минимального и метаболического потоков газовой смеси. В связи с этим определена возможность клинического использования более высокоточного метода, а именно масс-спектрометрии в режиме реального времени для мониторинга не только ингаляционных анестетиков, но образующихся и накапливающихся в дыхательном контуре дополнительных газов.
Учитывая возможное токсическое влияние на паренхиматозные органы (гепато- и нефротоксичность) масс-спектрометрический мониторинг может быть полезен особенно у пациентов со скомпрометированными функциями печени и почек, что позволит увеличить безопасность пациента. Представленные в диссертации данные позволяют рекомендовать к использованию масс-спектрометрический мониторинг для контроля концентрации “третьих газов” и повысить безопасность ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками на этапах оказания специализированной помощи.
Доказано отсутствие гепато- и нефротоксического влияния некоторых анестетиков (севофлурана и изофлурана) и компаунда А при ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками у пациентов без патологии со стороны печени и почек.
Методология и методы исследования
Методологической основой диссертационного исследования явилось последовательное применение методов научного познания. Работа выполнена в дизайне сравнительного открытого клинико-экспериментального исследования. Использовались клинические, инструментальные, лабораторные, статистические методы исследования.
Положения, выносимые на защиту
-
Масс-спектрометрия позволяет в режиме реального времени определять концентрации некоторых ингаляционных анестетиков (севофлурана и изофлурана) и “третьих газов”, в частности микроколичества компаунда А в дыхательном контуре во время ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками, что, несомненно, повышает безопасность анестезии.
-
Концентрация компаунда А в дыхательном контуре зависит от концентрации севофлурана во вдыхаемой дыхательной смеси и от потока газовой смеси.
-
Образующееся количество компаунда А при ингаляционной анестезии севофлураном минимальным и метаболическим потоками газовой смеси не обладает гепато- и нефротоксичностью у пациентов без патологии печени и почек.
Личное участие автора в получении результатов
Настоящее диссертационное исследование лично проводилось автором в его полном объеме с формированием базы данных и осуществлением статистической обработки клинического материала и последующим обобщением полученных результатов.
Автор принимал непосредственное участие в клиническом обследовании больных, а также в организации и проведении лабораторного и инструментального исследований всех пациентов, включенных в исследование.
Автором сформулированы цель, задачи и основные идеи планирования исследования, разработана методика исследования, выполнены сбор, статистическая обработка материала.
Степень достоверности и апробация результатов
Результаты исследований были представлены на четвертой международной научно-практической конференции ”Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, медицине, фармакологии” (Санкт-Петербург, 2012), научно-практическом Обществе анестезиологов и реаниматологов (Санкт-Петербург, 2012, 2013, 2014), XIII-м съезде Федерации анестезиологов и реаниматологов (Санкт-Петербург, 2012), V Беломорском симпозиуме (Архангельск, 2013), X и XI Всероссийской научно-методической конференции с международным участием ”Стандарты и индивидуальные подходы в анестезиологии и реаниматологии” (Геленджик, 2013, 2014).
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, включая 5 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций основных результатов научных исследований: “Анестезиология и реаниматология” (2013), “Вестник анестезиологии и реаниматологии”(2013), “Журнал технической физики” (2013), “Приборы и техника эксперимента” (2013), “Письма в журнал технической физики” (2012).
Рекомендации, разработанные на основе полученных в ходе диссертационного исследования данных, используются в научной работе и учебном процессе на кафедре анестезиологии и реаниматологии ВМедА им. С.М. Кирова. Результаты работы используются в практической работе клиник ВМедА (нейрохирургии, общей хирургии). Полученные данные позволят врачам ане-
стезиологам повысить безопасность проводимой ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси.
Обоснованные основные положения масс-спектрометрии при ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси позволяют рекомендовать использование данного метода для определения микроколичеств компонентов дыхательной смеси в режиме реального времени.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 100 листах машинописного текста и содержит введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, главу собственного исследования и обсуждения результатов, выводов, практических рекомендаций и списка используемой литературы. Фактические данные иллюстрированы 9 таблицами и 46 рисунками. Список литературы включает 112 источников (50 отечественных и 62 зарубежных авторов). Все материалы, представленные в диссертационном исследовании, получены, статистически обработаны и проанализированы автором лично.
Современное состояние ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси
AРазвитие первых систем ингаляционной анестезии берет свое начало на рубеже 18-19 веков. Так Джон Сноу еще в 1850 году, преследуя цели экономии эфира, предложил использование реверсивного дыхательного контура с использованием сорбента СО2 [Snow J., 1876]. Многие ученые, такие как E. Schwann, F. Kuhn, А. Coleman, также работали в этом направлении. Они предлагали различные системы анестезии, обеспечивающие общую ингаляционную анестезию, но трудности заключались в отсутствии точных данных о фармакокинетике препаратов, надежных испарителей, должного мониторинга обеспечивающего безопасность пациента. Первые упоминания об использовании ингаляционной анестезии с минимальным потоком газов принадлежат F. Foldes и R. Virtue, которые после проведения индукции и де-нитрогенизации в течение 10-15 минут переходили на поток используемых газов равный 0,5 л/мин [Sword B.C., 1930; Foldes F., 1952; Virtue R., 1974].
Тенденции в одновременном повышении как безопасности пациента во время проведения анестезиологического пособия и после нее, так и управляемости анестезией способствуют достижениям в области медицинского приборостроения [Лебединский К.М., 2009; Лихванцев В.В., 2009, 2010]. Достижения в области систем дозирования анестетика, повышении прецензионно-сти мониторинга во многом определили ее современное развитие [Гальперин Ю.С., 1999; Сидоров В.А., 1999; Волчков В.А., 2010; Лихванцев В.В., 2008, 2013]. Все более часто, особенно, на этапах специализированной медицинской помощи, в практику внедряется ингаляционная анестезия с минимальным и метаболическим потоками газовой смеси [Лихванцев В.В., 2001; Сидорова В.А., 2005; Левшанков А.И., 2012, 2013; Vecil M., 2008].
По данным профессора В.В. Лихванцева в большинстве промышленно-развитых стран в 2008-2010 годах доля ингаляционной анестезии с использо 13 ванием, например, таких анестетиков как севофлуран и десфлуран достигла более 70% от общего числа проведенных анестезий. На территории Российской Федерации данный показатель в настоящее время не превышает 6-8%, однако, с каждым годом имеет место увеличение доли использования указанных анестетиков [Лихванцев В.В., 2010]. Это обусловлено возможностью быстрого управления глубиной анестезии, минимальными гемодинамиче-скими изменениями и послеоперационными когнитивными расстройствами, а также активно обсуждаемыми нейропротективными свойствами, включая механизмы прекондиционирования [Лихванцев В.В., 2011, 2012, 2013; Nader N.D., 2004].
Распространение более безопасных по сравнению с предшественниками ингаляционных анестетиков (изофлурана, севофлурана, десфлурана) обусловили необходимость разработки и внедрения в клиническую практику нового поколения технических средств, позволяющих проводить анестезию с минимальным и метаболическим потоками на этапах оказания специализированной помощи [Дубикайтис А.Ю., 1999; Лебедев А.Т., 2003; Галль Л.Н., 2004; Лаваньини И., 2008; Гладышев Н.Ф., 2012]. Появился целый перечень требований к «идеальному» анестетику. Среди них:
- стабильность и отсутствие токсичных продуктов вследствие разложения или взаимодействия;
- огне- и взрывобезопасность;
- сохранение своих свойств в различных концентрациях кислорода,
- возможность обеспечения быстрой индукции и выведения из анестезии;
- возможности контроля гипнотического компонента, что возможно при низкой растворимости в крови ингаляционного анестетика;
- отсутствие раздражающего действия при вдыхании паров и резкого запаха;
- отсутствие выраженного депрессивного действия на сердечнососудистую и респираторную системы; - возможное обезболивающие действие в раннем послеоперационном периоде.
Из всех используемых в настоящее время анестетиков по своим физическим, фармакодинамическим и фармакокинетическим свойствам севофлу-ран ближе всего подходит к «идеальному» [Лихванцев В.В., 2001, 2008, 2009, 2010, 2013; Delgado-Herrera L., 2001]. Севофлуран в 1990 г. был зарегистрирован и внедрен в клиническую практику на территории Японии. Впоследствии препарат нашел широкое распространение в Америке и Европе.
Севофлуран (фторметил-2,2,2-трифтор-1-(трифторметил) этиловый эфир С4H3F70) является жидкостью с приятным запахом, огне- и взрывобез-опасной. Благодаря приятному запаху и отсутствия раздражающего действия севофлуран позволяет избежать таких осложнений как саливация, ларингос-пазм, неудержимый кашель, задержка и остановка дыхания. Таким образом, возможна быстрая индукция у пациентов в сознании, с минимальной возможностью развития осложнений. Поэтому этот анестетик нашел широкую популярность, как в амбулаторной, так и в детской анестезиологии. Важной особенностью севофлурана является его низкий коэффициент распределения. Вследствие этого он обладает хорошей управляемостью, возможностью быстрого увеличения глубины анестезии и быстрым пробуждением. Также севофлуран отлично подходит для индукции с предварительным заполнением дыхательного контура высокой концентрацией анестетика. Это дает возможность провести так называемую моноиндукцию севофлураном. Возможно и сочетание масочной индукции с препаратами внутривенного введения, чем также достигается быстрота и плавность достижения необходимой глубины анестезии [Ситников А.В., 2005; Лихванцев В.В., 2008; Wilke J. 1999; Vecil. М., 2008].
Вместе с тем, ингаляционная анестезия с высоким потоком газовой смеси продолжает активно использоваться на многих этапах оказания медицинской помощи, включая специализированный [Bito Н., 1994, 1995]. Этому способствуют: отсутствие соответствующих технических средств, проблема обеспечения полной герметичности дыхательного контура, точного мониторинга газов и “отсутствия желания” анестезиологов менять традиционные представления о методике проведения анестезии.
В практической деятельности врача анестезиолога разделение потоков газовой смеси осуществляется согласно классификации предложенной в 1986 г. Simionescu L. и модифицированной Baker A. B. в 1994 г. [Baker A.B., 1994] (табл. 1).
Изучение приемлемости масс-спектрометрического мониторинга ингаляционных анестетиков (изофлурана и севофлурана) (экспериментальное исследование)
Для решения поставленной цели работу выполняли в два этапа: экспериментальный и клинический.
Экспериментальное исследование было построено таким образом, чтобы определить возможность использования и отработать методику масс-спектрометрического контроля ингаляционных анестетиков и микроконцентраций компаунда А во время проведения ингаляционной анестезии у крыс. А также оценить их гепато- и нефротоксические эффекты у лабораторных животных.
Клиническая часть работы позволила отработать методику масс-спектрометрического контроля севофурана и изофлурана, а также микроконцентрации компаунда А при ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками и оценить их гепато- и нефротоксичность, а также выявить зависимость содержания компаунда А от концентрации анестетика, используемого потока газовой смеси и длительности анестезии.
Исследование было одобрено Комитетом по вопросам этики при ВМе-дА им. С.М. Кирова от 16 октября 2012 года (протокол № 129).
Изучение приемлемости масс-спектрометрического мониторинга ингаляционных анестетиков (изофлурана и севофлурана) (экспериментальное исследование)
Для выполнения масс-спектрометрического контроля макроконцентраций компаунда А использовали масс-спектрометр “Prisma Plus” (Pfeiffer vacuum, Германия) (рисунок 4, 5). Данный прибор был выбран в качестве исследовательского из-за возможности его определять микроконцентрации в широком диапазоне масс в режиме реального времени, его портативности и небольшим объемом забираемой пробы для анализа, что позволило бы одновременно контролировать концентрации нескольких веществ, а также без 36 опасно использовать при минимальных и метаболических потоках газовой смеси.
Для того, чтобы приступить к экспериментальным исследованиям по определению возможности использования и отработки методики масс-спектрометрического контроля ингаляционных анестетиков и микроконцентраций компаунда А во время проведения ингаляционной анестезии у крыс, необходимо было выполнить метрологическую поверку масс-спектрометра и удостовериться в его чувствительности.
Метрологическая поверка состояла в определении чувствительности используемого масс-спектрометра по концентрации криптона в атмосферном воздухе. Криптон представлен по 84 осколочной массе в 57%, концентрация которого в атмосферном воздухе около 650 ppb (частей на миллиард). Для регистрации ингаляционных анестетиков и “третьих газов” в дыхательном контуре во время ингаляционной анестезии требуется чувствительность порядка 10-6 (частей на миллион = ррm).
Рис. 4, 5. Общий вид квадрупольного масс-спектрометра «Prisma Plus» вне и в операционной
Для оценки содержания компаунда А забор пробы для осуществляли непосредственно из дыхательного контура через “Y” коннектор (рис. 6). Схема подсоединения масс-спектрометра к дыхательному контуру аппарата ингаляционной анестезии представлена на рисунке 7.
Капилляр с внутренним диаметром 100 мкм и длиной 2 м соединяли с вакуумной камерой масс-спектрометра, где проходила ионизация составляющих частей дыхательной пробы (молекул и атомов). В данном случае для процесса ионизации использовали вольфрамовый катод. С помощью вакуума обеспечивали беспрепятственное движение ионов внутри масс-спектрометра и через систему диафрагм диаметром 20 мкм ионы попадали на анализатор и детектор масс-спектрометра. С помощью турбомолекулярного насоса производительностью 20 и 60 л/мин обеспечивали вакуум в рабочих камерах масс-спектрометра. Перепад давлений между промежуточными объемами составлял 1000 мбар / 3,010-2 мбар / 1,510-5 мбар соответственно. Измерение концентрации севофлурана, изофлурана и компаунда А осуществляли с временным разрешением 10 мс. Величина потока забираемой пробы из дыхательно 38 го контура составляла 0,5 мл/мин при атмосферном давлении. Забор пробы из дыхательного контура осуществляли непосредственно из дыхательного контура в режиме “вдох/выдох”. Образец масс-спектрограммы севофлурана в режиме “вдох/выдох” представлен на рисунке 8. Для предотвращения механических воздействий на капилляр была надета пластмассовая трубка диаметром 1 см.
Результаты применимости использования масс-спектрометрии для динамического мониторинга
В экспериментальном исследовании первоначально была определена чувствительность масс-спектрометра по криптону в атмосферном воздухе (рис. 17). Содержание криптона составило 648±2 ppb, этого достаточно, чтобы определять микроконцентрации компаунда А. Это позволяет сделать заключение, что используемый масс-спектрометр обладает необходимой чувствительностью. Данные результаты были повторяемы и воспроизводимы как в условиях операционной, так и вне ее.
Используемые в режиме реального времени масс-спектрометрические исследования позволили подтвердить наличие основных пиков используемых ингаляционных анестетиков севофлурана и изофлурана, а также “третьих газов”, в частности компаунда А. Эти данные совпадают с данными приведенными в справочнике NIST химических веществ и данными других исследований [Bouche M.P., 2001, 2002]. Согласно полученным результатам, были определены и подтверждены наиболее показательные осколочные мас 54 сы анализируемых веществ. Севофлуран определяли по осколочной массе с m/z = 131, изофлуран по осколочной массе с m/z = 51 и компаунда А по m/z = 128 (рис. 19, 20, 21).
Для определения возможности использования масс-спектрометрических методов исследования была выбрана экспериментальная модель, в которой производили сравнение масс-спектрометра с рефрактометром и штатными газоанализаторами. Результат сравнения измерений концентраций се-вофлурана в дыхательном контуре рефрактометром и масс-спектрометром представлен на рисунке 22.
Совпадение концентрации севофлурана определяемым рефрактометром и масс-спектрометром получено в пределах допустимой производителем погрешности измерений. Аналогично сравнивали измерение концентрации севофлурана газоанализаторами, рефрактометром и масс-спектрометром. В пределах заявленной производителем погрешности измерений концентрация севофлурана совпадала с измерениями концентраций, выполненными при помощи ИК-датчиков и рефрактометра в обоих случаях. На рисунках 23 и 24 представлены измерения концентрации севофлурана полученные при помощи ИК-датчиков и рефрактометра.
Измерения концентрации, выполненные при помощи масс спектрометра позволяют фиксировать режим “вдох-выдох”, который недоступен оптическим датчикам время отклика, которых находится в интервале 350-500 мс (10 мс для масс-спектрометра) [31, 37].
Измерения концентрации севофлурана выполненные при помощи рефрактометра соответствует концентрации на вдохе аппарата искусственной
Измерения концентрации севофлурана выполненные при помощи масс-спектрометра и встроенного газоанализатора представлены на рисунке 25. Концентрацию севофлурана увеличивали с шагом 1 об% до максимального значения 8 об%, а затем уменьшали до 0 об% с равным временным интервалом для каждого шага. В отсутствии поглощения севофлурана эта кривая должна быть зеркально симметрична относительно прямой, опущенной из точки максимальной концентрации севофлурана, что выполнялось для измерений при помощи масс-спектрометра с высокой точностью. Для измерений, произведенных при помощи ИК-датчика это правило реализовывалось не в полной мере, но указанное отклонение на нисходящей части кривой зависимости концентрации севофлурана от времени (рис. 25) находится в пределах погрешности измерений заявленных производителем. Максимальное значение концентрации севофлурана, обеспечиваемое испарителем составляет 8 об%. Однако, измерения при помощи масс-спектрометра, рефрактометра и ИК-датчика зафиксировали превышение на 10% от указанного производителем значения.
Сравнение измерения концентрации севофлурана при помощи масс-спектрометра и встроенного газоанализатора
В экспериментальных исследованиях выполнено сравнение масс-спектрометра с рефрактометром и штатными газоанализаторами по определению концентрации севофлурана в режиме реального времени. Получено совпадение в пределах погрешности измерений концентрации севофлурана во всем диапазоне концентраций обеспечиваемых испарителем. В результате было выполнена калибровка используемого масс-спектрометра и определена возможность мониторинга ингаляционных анестетиков.
Для подтверждения наличия и проведения калибровки масс-спектрометра по компаунду А проводили анализ выдыхаемого воздуха газовым хроматографом Shimadzu GC-2010 (Shimadzu, Япония) с пламенно-ионизационным детектором. Полученные образцы хроматограмм позволили подтвердить наличие компаунда А в дыхательном контуре во время ингаляционной анестезии и провести калибровку по компаунду А (рис. 26, 27).
В самом начале анестезии определили только наличие пика севофлура-на в дыхательном контуре, хроматографический пик которого представлен на 7,5±0,1 минуте (рис. 26). Анализ дыхательной смеси в динамике показал появление хроматографического пика на 5,8±0,1 минуте, который соответствует пику компаунда А (рис. 27) [Bouche M.P., 2001, 2002]. Имеющиеся незначительные временные отклонения появления пиков регистрируемых соеди 59 нений вероятнее всего связаны с тем, что ввод проб осуществлялся не в ав томатическом, а непосредственно в ручном режиме.
Результаты оценки гепато- и нефротоксического влияния некоторых ингаляционных анестетиков в клинических исследованиях
При сравнении биохимических показателей крови между 1-й и 2-й группами (по содержанию АСТ, АЛТ, общего белка, общего билирубина, креатинина и мочевины) значимых различий получено не было (табл. 8, рис. 41, 42, 43, 44, 45, 46).
Анализ биохимических показателей крови в 3-й группе показал значимое снижение содержания общего белка между этапами до анестезии 68,7 (61,7; 72,2) г/л, после 55,0 (50,5; 59,5) г/л и сутки после анестезии 54,0 (50,0; 60,2) г/л (табл. 8, рис. 43). Также значимое снижение содержания общего белка было получено при сравнении 1-й и 3-й группы на этапах после анестезии 64,5 (56,0; 67,0) г/л и 55,0 (50,5; 59,5) г/л; на этапах сутки после анестезии 68,0 (66,7; 72,0) и 54,0 (50,0; 60,2) г/л (табл. 8, рис. 43).
Также значимо высокое содержания общего билирубина было получено при сравнении 1-й и 3-й группы на этапах после анестезии 11,0 (10,0; 13,9) мкмоль/л и 6,9 (6,0; 8,1) мкмоль/л; на этапах сутки после анестезии 14,0 (12,7; 17,8) мкмоль/л и 7,8 (6,6; 8,5) мкмоль/л (табл. 8, рис. 44).
Используя масс-спектрометрический мониторинг компаунда А во время ингаляционной анестезии с минимальным и метаболическим потоками газовой смеси выявили, что в исследуемых группе пациентов максимальное значение не превышало 10 ppm (рис. 40). Анализ биохимических данных показал, что при данных значениях, отмечена тенденция к повышению содержания АСТ, АЛТ, креатинина и мочевины на этапах после анестезии, не выходящих за пределы нормы, за исключением небольшого, но значимого, уменьшения содержания общего белка и значимо меньшего содержания общего билирубина и на этапе после анестезии (табл. 8).
Таким образом, клинический этап исследований показал, что у пациентов без патологии печени и почек после ингаляционной анестезии с минимальным и метаболическим потоками газовой смеси не выявлены признаки гепато- и нефротоксичности. Однако, имелись случаи незначительной тенденции к повышению биохимических показателей гепато- и нефротоксично-сти. Нельзя исключить, что именно масс-спектрометрический мониторинг позволил избежать неблагоприятного воздействия компаунда А на функции печени и почек у пациентов без патологии этих органов и систем на этапе оказания специализированной помощи.
Выявлена прямо пропорциональная зависимость концентрации компаунда А от концентрации севофлурана во вдыхаемой дыхательной смеси и обратная – от потока газовой смеси.
Не смотря на тот факт, что при зарегистрированных концентрациях компаунда А (не более 10 ppm) при минимальном и метаболическом потоках газовой смеси не выявили признаков гепато- и нефротоксичности, в ряде случаев наблюдали статистически незначимое увеличение некоторых биохимических показателей крови. Было зафиксировано несколько случаев транзи-торных повышений биохимических показателей крови после анестезии по содержанию в плазме крови АСТ и АЛТ в 1,5-2 раза от исходных значений, которые на 5–6-ые сутки приходили к исходным значениям. У данных пациентов на этапе до анестезии минимальным потоком газовой смеси биохими 77 ческие показатели АСТ и АЛТ были на верхней границе референсных значений. При интраоперационном масс-спектрометрическом контроле концентрация компаунда А не превышала 15-20 ppm. Это следует подтвердить отдельным клиническим примером.
Пациент Н., 45 лет. Диагноз основного заболевания: Аденома гипофиза с эндо-, инфра-, супраселлярным ростом (соматотропинома), средней степени активности. Сопутствующая патология: Ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь I стадии. Масса тела 82 кг, рост 185 см. Выполнена плановая операция: трассфеноидальная аденомэктомия гипофиза. Тяжесть состояния по ASA-2. Из анамнеза и инструментальных методов исследования данных за патологию со стороны печени и почек получено не было.
Премедикация, индукция анестезии были выполнены по принятой в работе методике. Во время ингаляционной анестезии севофлураном с минимальным потоком газовой смеси течение анестезии было стабильным без признаков “неадекватности”, гемодинамические показатели оставались в пределах нормальных значений. Экстубация осуществлялась в операционной на столе при возможности выполнять простые команды и значениях TOF выше 0,9. В послеоперационном периоде жалоб активно не предъявлял.
Использование масс-спектрометрического мониторинга в течение всего периода анестезии позволило контролировать концентрацию компаунда А, которая не превышала 15 ppm.
У данного пациента на этапе до анестезии минимальным потоком газовой смеси биохимические показатели АСТ и АЛТ были на верхней границе референсных значений, которые на 5-ые сутки вернулись к исходным значениям (табл. 9).
Наблюдаемое увеличение показателей АСТ и АЛТ можно связать с возможной интраоперационной гипоксией, которая могла быть при интубации трахеи, однако интубация выполнена без особенностей с первой попытки, а также нахождения показателей оксигенации и вентиляции в течении всего периода анестезии в пределах нормальных значений.
Следует считать, что изменения показателей АСТ и АЛТ носили тран-зиторный характер и в большей степени связаны с компаундом А, значения которого не превышали 15 ppm. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Совершенствование подходов к анестезиологическому обеспечению, прогресс в области фармакологии и медицинской промышленности, привели к внедрению ингаляционной анестезии с использованием минимального и метаболического потоков газовой смеси на этапе оказания специализированной помощи в военных лечебных учреждениях.
Вопрос повышения безопасности использования ингаляционной анестезии всегда являлся актуальным и требующим изучения [Лебединский К.М., 2009; Левшанков А.И., 2011; Лихванцев В.В., 2012; Щеголев А.В., 2013; Saber A.T., 2009]. Большинство научных работ, в которых изучались факторы, влияющие на образование компаунда А и определении его влияния на функции печени и почек, как экспериментальным животным, так и людям, производились при высоком, среднем и низком потоках газовой смеси [Kan-del L., 1995; Eger E.I., 1997, 2002; Ebert T.J., 1998; Frink E.J., 1992, 1996; Goldberg M.E., 1999; Bedford R.F., 2000]. Лишь в некоторых из них использовались методы масс-спектрометрии, газовой хроматографии или хромато-масс-спектрометрии. Наиболее распространенным методом определяющим наличие и количество “третьих газов”, в частности компаунда А являлись методы газовой хроматографии или хромато-масс-спектрометрии. Несомненно, данные методы аналитических анализов позволяют регистрировать микроколичества веществ, но существенным недостатками которых является невозможность проведения “on-line” мониторинга, а также возможность проведения лишь стационарных исследований.
Современная масс-спектрометрия имеет ряд преимуществ по сравнению с используемыми штатными газоанализаторами [Елизаров А.Ю., 2012; Hendrickx J.F., 2002]. Это не только время отклика используемых методов, но и объем газа требуемого для анализа. Все это позволяет существенно повысить безопасность ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси на этапе оказания специализированной помощи в военном лечебном учреждении. Масс-спектрометрия является перспективным методом для контроля не только концентраций ингаляционных анестетиков, но и микроконцентрации “третьих газов” (в исследовании – компаунда А), что не доступно для штатных газоанализаторов.
Таким образом, для повышения безопасности и качества ингаляционной анестезии минимальным и метаболическим потоками газовой смеси на этапе оказания специализированной помощи в военном лечебном учреждении с помощью внедрения методов масс-спектрометрии были проведены экспериментальные и клинические исследования.
