Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1 Анатомо-морфологическая характеристика легких у детей первого года жизни 11
1.2 Операции на сердце у детей первого года жизни 14
1.3 Интерлейкин-6 и интерлейкин-8 и особенности развития местной и общей воспалительной реакции после операции на сердце 16
Глава 2 Материал и методы исследования 24
2.1 Клиническая характеристика пациентов 24
2.2 Анестезия 25
2.3 Искусственное кровообращение 27
2.4 Методики получения и исследования ТБС и периферической крови 27
2.4.1 Получение ТБС 27
2.4.2 Цитологическое исследование ТБС 31
2.4.3 Иммуноферментное исследование ТБС и крови 33
2.5 Клинические исследования 34
2.6 Статистическая обработка 35
Глава 3. Результаты исследования 36
3.1 Исследование детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 36
3.1.1 Клиническая характеристика детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 36
3.1.2 Особенности респираторной функции легких у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 40
3.1.3 Цитологический состав периферической крови детей первого года жизни оперированных в условиях ИК 42
3.1.4 Клеточный состав трахеобронхиальных смывов у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 43
3.1.5 Уровни ИЛ-6 и ИЛ-8 в сыворотке крови у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 49
3.1.6 Уровни нейтрофильной эластазы и а-1 антитрипсина в сыворотке крови у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 53
3.1.7 Уровни ИЛ-6 и ИЛ-8 в ТБС у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК 55
3.2 Исследование данных детей первого года жизни, оперированных без ИК 57
3.2.1 Клиническая характеристика детей первого года жизни, оперированных без ИК 57
3.2.2 Характеристика респираторной функции легких у детей первого года жизни, оперированных без ИК 58
3.2.3 Цитологический состав периферической крови детей первого года жизни, оперированных без ИК 60
3.2.4 Клеточный состав ТБС у детей первого года жизни, оперированных без ИК 61
3.2.5 Уровни ИЛ-6 и ИЛ-8 в сыворотке крови у детей первого года жизни, оперированных без ИК 63
3.3 Общие показатели для групп детей первого года жизни, оперированных с ИК и без него 65
Глава 4 Обсуждение 72
Выводы 81
Практические рекомендации 82
Библиография 83
- Анатомо-морфологическая характеристика легких у детей первого года жизни
- Получение ТБС
- Клеточный состав трахеобронхиальных смывов у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК
- Общие показатели для групп детей первого года жизни, оперированных с ИК и без него
Введение к работе
Актуальность темы
Увеличение в последние годы количества операций по коррекции сложных врожденных пороков сердца (ВПС) у детей первого года жизни обусловлено расширением возможностей ранней хирургической помощи и значительным снижением осложнений, связанных с применением искусственного кровообращения (ИК), искусственной вентиляции легких (ИВЛ), а также с улучшением хирургической техники (Бураковский В.И., Бокерия Л.А. 1996; Абрамян М.А., 2000). Однако, все еще наблюдается значительное количество осложнений, связанных с развитием воспалительной реакции организма в ответ на проведение операции на сердце и сосудах с применением ИК, ИВЛ (Kawai Т. et al., 1995; Fenton K.N. et al., 2003; Wright G.E. et al., 2005). Системная воспалительная реакция (СВР) после операции на сердце у детей первого года жизни является неотъемлемой частью изменений, происходящих в организме в результате хирургического лечения. СВР - процесс, обусловленный сложным каскадом взаимодействия гуморальных и клеточных факторов, направленных на восстановление гомеостаза. Развитие СВР включает в себя активацию системы комплемента, нейтрофилов, появление провоспалительных цитокинов и других медиаторов воспаления (Бокерия Л.А., Самуилова Д.Ш. и др., 2004).
Одним из тяжелых осложнений, развивающихся после операции по поводу ВПС, является пневмония, частота которой в послеоперационном периоде по данным зарубежных авторов достигает 14% от числа прооперированных пациентов (Kawai Т. et al., 1995; Fenton K.N. et al., 2003; Wright G.E. et al., 2005).
В связи с этим возникает вопрос: является ли воспаление в легких следствием развития СВР или пневмония развивается как самостоятельное послеоперационное осложнение?
Предполагают, что важную роль в активации СВР и развитии дисфункции органов дыхания играют интерлейкин-6 (ИЛ-6) и интерлейкин-8
(ИЛ-8), продукция которых резко возрастает во время операций на сердце в условиях ИК (Бокерия Л.А., Самуилова Д.Ш. и др., 2004). Показано, что длительность проведения ИК, время пережатия аорты, минимальная температура тела во время операции являются факторами риска развития легочных осложнений (Dreyer W.J. et al., 1995; Kotani N. et al., 2000; Бокерия Л.А., Самуилова Д.Ш. и др., 2004). Кроме указанных цитокинов в местной (легочной) воспалительной реакции принимают участие нейтрофильные лейкоциты (Kotani N. et al., 2000). Отмечена тесная связь между возникновением участков пониженной вентиляции легких (гиповентиляции) и характером воспалительного ответа после операции на сердце (Magnusson L.B.etal., 1997).
Результативности выявления воспалительного ответа в органах дыхания во многом способствует использование техники получения бронхоальвеолярного смыва (БАС) (de Blic J. et al., 2000). У детей первого года жизни техника забора БАС недостаточно разработана и имеет свои особенности, связанные с малыми размерами верхних дыхательных путей. Для изучения внутренней среды органов дыхания детей более старшего возраста чаще используется методика небронхоскопического бронхоальвеолярного смыва (Koumbourlis A.S. et al., 1993).
Несмотря на большое количество работ, посвященных изучению системного воспаления после операции на сердце и сосудах у детей, воспалительный ответ органов дыхания изучен недостаточно. В отечественной и зарубежной литературе отсутствует комплексный сравнительный анализ, который бы охарактеризовал местное (легочное) воспаление у детей с ВПС до и после операции.
Цель исследования
Дать сравнительную оценку проявления легочного воспалительного ответа на основании изучения концентрации провоспалительных цитокинов (ИЛ-6 и ИЛ-8) и клеточного состава трахеобронхиальных смывов (ТБС) до и после хирургического лечения ВПС у детей первого года жизни.
Задачи исследования
-
Изучить клеточный состав содержимого воздухоносных путей у детей первого года жизни с ВПС до и после операции на сердце и сосудах.
-
Определить концентрации ИЛ-6 и ИЛ-8 в ТБС из воздухоносных путей и в сыворотке крови у детей первого года жизни с ВПС до и после операции на сердце и сосудах.
-
Провести сравнительный анализ концентраций ИЛ-6 и ИЛ-8 в ТБС и в сыворотке крови у детей первого года жизни с ВПС до и после операции на сердце и сосудах.
-
Выявить особенности местной воспалительной реакции в легких у детей первого года жизни с ВПС до и после операции на сердце и сосудах.
-
Разработать оптимальный способ получения клеток и жидкой среды из воздухоносных путей у детей первого года жизни с ВПС до и после операции на сердце и сосудах.
Научная новизна и практическая значимость работы
Разработан оригинальный катетер с ловушкой для получения ТБС у детей первого года жизни. Этот катетер был нами успешно использован для получения ТБС у детей, оперированных в отделении Экстренной хирургии недоношенных и детей первого года жизни с ВПС НЦ ССХ им.А.Н.Бакулева РАМН. Особенностью конструкции катетера является наличие ловушки малого диаметра, что обеспечивает скопление анализируемого материала в основном на ее дне, а не на стенках. Это дало возможность более полноценно
использовать материал, поскольку облегчается перенос содержимого ловушки для последующего исследования.
Проведено всестороннее исследование ТБС и определен его цитологический состав. Впервые выявлено, что в состав ТБС у детей первого года жизни входят альвеолярные макрофаги и моноциты (АМ+Мон), лимфоциты (Л), нейтрофильные лейкоциты (Н), эпителий ротовой полости (Э), клетки бронхиального эпителия (БЭ). Показано, что соотношение клеток в содержимом воздухоносных путей меняется после операции на сердце и сосудах. В частности, отмечено значительное увеличение числа нейтрофильных лейкоцитов в ТБС после операций на сердце и сосудах, что свидетельствует о выраженной воспалительной реакции в легких.
Определены концентрации ИЛ-6 и ИЛ-8 в сыворотках крове и ТБС до и после операции на сердце и сосудах. Впервые показаны различия в концентрациях этих цитокинов у детей первого года жизни, оперированных с использованием ИК и без него. Выявлены различия в концентрациях ИЛ-6 и ИЛ-8 в сыворотке крови и в ТБС до и после операции на сердце и сосудах у детей первого года жизни.
Выполненный впервые анализ ряда важных маркеров воспалительной реакции позволил оценить характер местного воспаления в органах дыхания у детей первого года жизни.
Предложенная методика получения ТБС с помощью оригинального катетера с ловушкой может быть использована для ранней диагностики воспаления в органах дыхания. Это поможет своевременно начать комплекс лечебных мероприятий, направленных на устранение легочной воспалительной реакции.
Представленная оценка воспаления в легких дает возможность для разработки новых способов защиты организма от неблагоприятного воздействия в ходе хирургического вмешательства.
Основные положения, выносимые на защиту
У детей первого года жизни с врожденными пороками сердца непосредственно после операции достоверно возрастает относительное количество нейтрофильных лейкоцитов на 40,09% в трахеобронхиальных смывах по сравнению с дооперационным уровнем. Это свидетельствует о проявлении местной (легочной) воспалительной реакции.
Развитие пневмонии у детей первого года жизни сопровождается в раннем послеоперационном периоде значительным повышением концентрации ИЛ-6 и ИЛ-8 в сыворотке крови, что может служить ранним диагностическим признаком воспаления в легких.
Уровни провоспалительных цитокинов ИЛ-6 и ИЛ-8 в сыворотке крови детей первого года жизни с врожденными пороками сердца возрастают после операции. Это указывает на развитие системного воспаления после операции на сердце и сосудах.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на Девятой ежегодной сессии НЦ ССХ им А.Н.Бакулева РАМН (Москва, 2005); на Научной конференции "Актуальные вопросы морфогенеза в норме и патологии" ГУ НИИ морфологии человека РАМН (Москва, 2006); на 20-м Конгрессе Европейского Общества Интенсивной Терапии (Берлин, 2007); на Научно-практической конференции и школе по инфекционной
патологии (с международным участием) (Москва, 2007).
Внедрение результатов работы в практику
Результаты диссертационного исследования внедрены в практическую работу кафедры фтизиопульмонологии Российской Медицинской Академии последипломного образования и используются в курсе лекций.
Публикации
По теме диссертации опубликовано |0научных работ, из них 2 работы в зарубежной печати, cf публикации представлены в изданиях, включенных в утвержденный ВАКом "Перечень периодических изданий".
Объем и структура диссертации
Анатомо-морфологическая характеристика легких у детей первого года жизни
К моменту рождения сформированы все структурные компоненты легких вплоть до ацинусов. Однако, последние обладают морфологическими признаками незрелых структур. Относительная малочисленность альвеол и их морфологическая незрелость создают определенные затруднения для дыхания в ранние сроки после рождения. Процесс образования новых альвеол продолжается до 5 лет. В первые 18 месяцев жизни происходит увеличение площади альвеолярной поверхности, объема микроциркуляторного русла и всех структур, участвующих в газообмене. Объем паренхимы легких на протяжении этого времени увеличивается медленнее, чем общий объем легких, что можно объяснить повышением скорости их воздухонаполнения (Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000).
В основе постнатального роста легких, увеличения площади их альвеолярной поверхности лежит увеличение числа и размеров альвеол, а также размеров респираторных бронхиол (Burri Р.Н., 1991; Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000).
Период активного альвеолообразования возникают проблемы функционального плана. Для поддержания поверхностного натяжения увеличивающейся альвеолярной поверхности требуется соответствующее количество поверхносто-активных веществ сурфактанта. При его дефиците возможно развитие ателектазов (Ерохина В.В., Романова Л.К., 2000).
Функциональное несовершенство органов дыхания у новорожденных и грудных детей связано с недостаточной структурной дифференцировкой легких. При этом особую роль играют взаимодействия между паренхимой, стромальными элементами и несформированными сосудами. Это связано с отсутствием тотальной васкуляризации паренхимы легких, наличием незрелых толстостенных сосудов, гладкомышечных волокон или избытком рыхлой соединительной ткани в структуре воздушно-кровяного барьера, а также обусловлено недостаточной дифференцировкой клеток, выстилающих альвеолы в частности, альвеолоцитов второго типа, вырабатывающих сурфактант. Для осуществления эффективной инфузионно-перфузионной деятельности легких необходимы большие энергетические затраты. Это, в свою очередь, обусловливает высокую напряженность метаболических процессов в легочных структурах. Состояние легких в период от рождения до одного года сравнимо с аварийной фазой компенсаторно-приспособительных процессов, когда быстрая перестройка органа при рождении сочетается с включением всех метаболических резервов (Бубнова Н.И., 1991). В этой напряженности и возрастном несовершенстве регуляции заложена возможность быстрого нарушения интенсивности обменных процессов под влиянием патогенных факторов (Naik S.K. et al., 1991; Lacour-Gayet F. et al., 1993).
Неспецифическая защита альвеол осуществляется с участием клеток альвеолярного эпителия, обладающего противомикробными, противовирусными и барьерными свойствами, а также альвеолярными макрофагами.
Альвеолярные макрофаги в бронхоальвеолярном смыве человека, не страдающего легочной патологией, составляют более 80% всех клеток, находящихся в альвеолах (Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000). Наряду с альвеолярными макрофагами клеточную защиту легких осуществляют нейтрофилы. На их долю приходится всего 0,7%) от общего числа клеток (Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000). Лимфоциты составляют 6-7%.
Альвеолярные макрофаги детей первого года жизни характеризуются более низкой, чем у детей остальных возрастов, активностью кислой фосфатазы, что обусловливает ослабление фагоцитарной функции этих клеток.
В легких детей первого года жизни обнаружено большое количество нейроэндокринных клеток (НЭК), содержащих моноамины, преимущественно серотонин. Массивная дегрануляция НЭК и высвобождение серотонина под действием стрессорных (в том числе и инфекционных) факторов, вызывает бронхоспазм, вазоконстрикцию, агрегацию тромбоцитов, микротромбы и связанные с ними тканевую гипоксию, ишемию, дистрофию, а также некроз легочных структур. Это обусловливает более высокую степень тяжести и распространенности патологических изменений при воспалительных процессах в легких младенцев (Бубнова Н.И., 1991; Доценко В.Л., 1998; Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000).
Местная иммунная защита легких у детей первого года жизни недостаточно развита. В легких отсутствует структурно сформированная бронхоассоциированная лимфоидная ткань. Местный иммунитет представлен S-компонентом IgA, незначительным количеством IgG-позитивных элементов, содержащихся в альвеолярной паренхиме. Крайне незначительны Т-лимфоциты в перибронхиальной и периальвеолярной тканях. В-лимфоциты не выявляются (Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000). В крови детей первого года жизни В—лимфоцитов меньше, чем у взрослых. Гуморальный иммунитет представлен IgG, который поступает через пуповинную ткань от матери.
Всё перечисленное выше, определяет основные особенности воспалительного процесса в легких младенцев: пониженную защитную реакцию в ответ на действие повреждающего фактора и склонность к быстрой генерализации воспалительного процесса.
Приведенные особенности строения легочной ткани и факторов защиты легких обусловливают постоянное вовлечение в патологический процесс бронхов (чаще возникает бронхопневмония), рассеянный мелкоочаговый характер поражения легких, склонность к быстрому распространению воспалительного процесса с образованием крупноочаговых, сегментарных и сливных лобарных поражений, большую частоту деструктивных изменений и развитие выраженной дыхательной недостаточности при небольшом объеме очага пневмонии (Magnusson L., 1998; Ерохин В.В., Романова Л.К., 2000).
Естественно, что особенно тяжелое течение воспалительной реакции в легких происходит при снижении иимунобиологической резистентности организма ребенка, обусловленной недоношенностью, искусственным вскармливанием и наличием других патологий, какими, в частности, являются впс.
Получение ТБС
Появление методики бронхоальвеолярного лаважа с помощью гибкого фибробронхоскопа впервые применено в 1970 году. С тех пор эта процедура стала широко популярна для введения лекарственных препаратов, санации бронхиального отдела дыхательных путей в отделениях интенсивной терапии.
Однако у младенцев проведение бронхоскопии представляет значительные трудности, связанные с невозможностью проведения подобных процедур в связи малым диаметром интубационной трубки (менее 4,5 мм). Самый маленький размер педиатрического фиброскопа составляет 3,5 мм и при его введении остаточный диаметр интубационной трубки недостаточен для проведения искусственной вентиляции (42,43). Поэтому стандартная методика проведения БАЛ крайне редко применятся в неонатологической практике.
Впервые термин небронхоскопический бронхоальвеолярный лаваж ввел Green в 1947 году (43). У детей эту процедуру впервые описали с 1992 1994 Alpert, Koumourlis, Schindler и Сох.
По данным этих авторов, проведение НББАЛЖ значительно проще, лишено многих побочных эффектов и дешевле, чем осуществление стандартного БАЛЖ. И главное, не существует препятствий для его осуществления у младенцев.
Описание техники небронхоскопического бронхиального лаважа в литературе практически одинаковое. Обращает внимание различное название методик: небронхоскопический бронхоальвеолярный лаваж, санация трахеобронхиального дерева, аспирация трахеобронхиального секрета (19, 37, 64). В основе процедуры получения клеточного состава и секрета трахеобронхиальныго эпителия лежит процедура аспирации трахеобронхиального содержимого у новорожденных и грудных детей с помощью полимерного катетера и вакуумного насоса, подробно описанная в рекомендациях Европейской Респираторной Ассоциации (40). Процедура проводится детям, находящимся на искусственной вентиляции легких в отделениях интенсивной терапии или операционных, при непосредственном участии анестезиолога — реаниматолога. За несколько минут до проведения процедуры пациент переводится на дыхание 100% кислородом. Для аспирации содержимого трахеобронхиального участка дыхательных путей используются катетеры диаметром от 6 до 10 Fr в зависимости от возраста и веса ребенка. Непосредственно перед введением катетера в интубационную трубку заливают изотонический раствор. Объем заливаемого раствора составляет от 2 мл (17) до 1 мл на кг массы тела (64). Мы не нашли однозначных рекомендаций по количеству заливаемого раствора. При отсасывании содержимого трахеи и бронхов многие авторы проводят данную процедуру дважды с интервалом в несколько минут. Каждый раз положение головы меняется в правую или левую сторону. Таким образом, достигается получение аспирационной жидкости из обоих главных бронхов (59). В некоторых исследованиях в связи с малым объемом полученного содержимого процедуру повторяли. После окончания процедуры забора содержимого верхних дыхательных путей, полученные пробы смешивались и отправлялись на исследование.
Для получения ТБС использовали модифицированный нами катетер с ловушкой (рис. 1). Особенностями конструкции является наличие ловушки малого диаметра, что обеспечивает скопление анализируемого материала в основном на ее дне, а не на стенках. Это дает возможность более полно использовать материал, поскольку облегчается перенос содержимого ловушки для последующего исследования.
В зависимости от массы тела пациента диаметр катетера варьировал от 6Fr - 8Fr до lOFr. Пробы ТБС брали дважды. Первый ТБС получали через 10 мин после интубации младенца. Для этого в интубационную трубку пассивно заливали от 1 до 3 мл подогретого до +27С стерильного физиологического раствора, после чего подсоединяли дыхательный контур и вентилировали легкие в течение 10 секунд. Затем вводили катетер и с помощью вакуумного отсоса, используя давление всасывания 5-15 кРа, аспирировали содержимое из трахеи и бронхов в ловушку. Глубина введения катетера варьировала от 10см до 17см в зависимости от длины интубационной трубки. В случае, если объем полученного смыва оказывался менее 0,3 мл, процедуру повторяли. Повторный ТБС получали после окончания операции.
В табл. З отражено количество введенного в трахею физиологического раствора и полученных ТБС у детей до и после операции по поводу ВПС. Количество полученного ТБС у разных детей варьирует от 5% до 70% от введенного физиологического раствора. Это можно отчасти объяснить состоянием воздухоносных путей: в момент забора ТБС при наличии спазма бронхов количество жидкости ограничено.
Клеточный состав трахеобронхиальных смывов у детей первого года жизни, оперированных в условиях ИК
При цитологическом исследовании микропрепаратов ТБС непосредственно после операции обнаружены альвеолярные макрофаги (AM), нейтрофильные лейкоциты (Н), эпителиальные клетки ротовой полости (ЭК) (рис. 2, 3, 4, 5).
На препарате представлены альвеолярные макрофаги (AM) с одним или двумя ядрами и нейтрофильные лейкоциты (Н) в небольшом количестве.Исследовав клеточный состав ТБС, мы получили данные, приведенные в табл.11.
Анализ данных показал, что после операции достоверно уменьшается относительное количество альвеолярных макрофагов и моноцитов (р=0,0045). Относительное количество нейтрофилов наоборот резко возрастает (р=0,0026). Уровень лимфоцитов практически остается неизменным, однако, эти данные статистически не достоверны.
Выявлены достоверные различия между группами сложных и септальных дефектов по относительному количеству альвеолярных макрофагов после операции (р=0,023) и нейтрофилов до операции (р=0,049) (критерий Манна- Уитни).
При подсчете препарата в камере Горяева определяли количество жизнеспособных и нежизнеспособных AM (табл.12).. Это позволяет определить на сколько выражена клеточная защита в органах дыхания.
Обнаружено, что до- и после операции относительное число живых AM сохраняется одинаковым. Относительное число мертвых AM также не изменяется до- и после операции. При этом количество мертвых AM в 2 раза больше чем живых до- и после операции.
Общие показатели для групп детей первого года жизни, оперированных с ИК и без него
Клиническая характеристика групп детей первого года жизни, оперированных в условиях искусственного кровообращения и без него. Проанализировав приведенные выше результаты, мы пришли к выводу о необходимости изучить все показатели в совокупности. Для этого мы объединили данные о детях первого года жизни, оперированных в условиях ИК и без ИК.
Между группами с ИК и без ИК обнаружено достоверное различие по уровню ИЛ-8 после операции (Критерий Манна-Уитни, р=0,004).) Внутри групп с ИК и без ИК отмечены достоверные или близкие к достоверным различия между уровнями показателей клеточного состава ТБС до- и после операции. Между группами достоверные отличия не выявлены (крит. Манна-Уитни р 0,05).
Выявлены достоверные различия между группами младенцев, оперированных с ИК и без ИК по ИМ и ИПЛ после операции (р=0,04) и через 3 часа после операции (р=0,038); исходные значения ИМ в этих группах достоверно не различались (р=0,9).
Для исключения влияния внутрисердечного шунта сравнили и исследовали динамику ИМ и ИПЛ в группах пациентов с нормальным или обогащенным легочным кровотоком и обедненным легочным кровотоком. Отмечены достоверные различия по уровню ИМ до операции (р=0,0005) и ИМ в Отделении реанимации и интенсивной терапии НЦ ССХ им. А.Н.Бакуева (р=0,05) в этих группах. В группе детей с обогащенным легочным кровотоком (п =27) отмечено достоверное снижение ИМ после операции с 3,05 ±0,83 до 2,67 ±1,26 (р=0,02); различия по типу операции (с ИК и без ИК) и развитию пневмонии в послеоперационном периоде не выявлены.
В группе детей с обогащенным и нормальным легочным кровотоком (п=27) не выявлено связи между значениями респираторных индексов и развитием пневмонии и других дыхательных осложнений в послеоперационном периоде (р 0,05).
В группе детей с обедненным легочным кровотоком (п=26) не выявлено связи между значениями респираторных индексов и развитием пневмонии и других дыхательных осложнений в послеоперационном периоде (р 0,05). Отмечены достоверные различия по ИМ после операции (р=0,036) и ИПЛ после операции (р=0,036) в зависимости от типа операции (с ИК и без ИК). Достоверных различий в динамике ИМ и ИПЛ до операции, после и через 3 часа после операции не обнаружено (р 0,05).
