Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности населения в большинстве развитых стран мира [Бокерия Л. А., 2003; Морозов Ю. А. и соавт., 2008; Олофинская И. Е. и соавт., 2008; Pillai J. B., Suri R. M., 2008; Kones R., 2011; Новицкий В. В. и соавт., 2012; Чанг Н. Т., 2012]. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно более 15 млн. человек умирают от сердечно-сосудистых заболеваний, при этом от ишемической болезни сердца - более 7,3 млн. человек [Мировой отчет по неинфекционным заболеваниям, 2010 г., Женева, ВОЗ].
При неэффективности медикаментозного лечения стабильной стенокардии применяют хирургическую реваскуляризацию миокарда с помощью метода коронарного шунтирования в условиях искусственного кровообращения (ИК), которая в настоящее время является «золотым стандартом» лечения коронарной патологии при многососудистом поражении. Этот метод не только обеспечивает неподвижность сердца и дает возможность оперативного воздействия, но и позволяет восстановить кровоток в сосудах сердца и облегчить проявления стенокардии [Масленикова Г. Я., Оганов Р. Г., 2000; Чарная М. А. и соавт., 2005; Морозов Ю. А. и соавт., 2008; Олофинская И. Е. и соавт., 2008; Чанг Н. Т., 2012].
Однако при реваскуляризации миокарда в условиях ИК возникает проблема формирования интраоперационного и раннего постперфузионного гемолиза [Органов Р. Г., Масленникова Г. Я., 2000; Чарная М. А. и соавт., 2005; Дементьева И. И., 2008; Морозов Ю. А. и соавт., 2008; Олофинская И. Е. и соавт., 2008; Pillai J. B., Suri R. M., 2008; Vercaemst L., 2008; Kones R., 2011]. Причиной развития данного феномена является травма клеток крови, и, прежде всего, эритроцитов, обусловленная контактом крови с аппаратом ИК. Основными источниками механической травмы красных клеток крови в аппарате ИК служат роликовые помпы, артериальный фильтр, турбулентные потоки в местах ветвления магистралей, контакт с поверхностью синтетических магистралей аппарата ИК и давление вакуумных насосов. Гепаринизация и гипероксия, применяемые при проведении перфузии, также вносят неоспоримый вклад в развитие интраоперационного гемолиза [Бокерия Л. А. и соавт., 2001; Дементьева И. И., 2008; Морозов Ю. А. и соавт., 2008; Олофинская И. Е. и соавт., 2008; Vercaemst L., 2008; Scrascia G. et al., 2012].
При проведении искусственного кровообращения эритроцит испытывает «деформационный стресс» [Сторожок С. А. и соавт., 1997; Морозова В. Т. и соавт., 2007]. Не вызывает сомнения и тот факт, что проведение искусственного кровообращения потенцирует формирующуюся при ишемической болезни сердца дисфункцию клеток крови [Резван С. Г. и соавт., 2000]. В то же время показано, что при проведении ИК в примерно равных условиях и с использованием однотипных перфузионных систем развитие выраженного гемолиза регистрируется не у всех кардиохирургических больных, оперированных с применением данной методики [Чумакова С. П. и соавт., 2011; Чумакова С. П. и соавт., 2012]. Однако до настоящего времени исследование постперфузионного гемолиза в кардиохирургии проводилось исключительно с целью сравнительной оценки работы перфузиологического оборудования [Hansbro S. D. et al., 1999; Дементьева И. И. и соавт., 2008; Vercaemst L., 2008]. В литературе практически нет данных о влиянии исходного структурно-метаболического статуса эритроцитов на развитие выраженного интраоперационного гемолиза. В связи с этим, особый интерес представляет поиск факторов вариабельности выраженности гемолитических реакций у кардиохирургических больных, оперированных в условиях ИК, на основе анализа исходного (до операции) морфофункционального статуса красных клеток крови.
Цель исследования: охарактеризовать особенности структурно-функциональных свойств эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца, обусловливающие развитие умеренного и выраженного гемолиза после операции коронарного шунтирования с применением искусственного кровообращения.
Задачи:
-
Проанализировать степень выраженности гемоглобинемии, регенераторную активность красного ростка системы крови, механическую резистентность и устойчивость эритроцитов к кислотному, мочевинному и осмотическому гемолизу у больных ишемической болезнью сердца до и после операции в условиях искусственного кровообращения.
-
Определить содержание холестерола и фосфолипидов в мембране эритроцитов, их деформируемость и агрегационные свойства в зависимости от уровня фибриногена в плазме крови у кардиохирургических больных с постперфузионным гемолизом различной степени выраженности.
-
Оценить содержание продуктов перекисного окисления липидов в эритроцитах и плазме крови, активность внутриклеточных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы) и общую антиокислительную активность плазмы крови до и после хирургического вмешательства у больных ишемической болезнью сердца с умеренным и выраженным постперфузионным гемолизом.
-
На основе оценки показателей структурно-функционального статуса эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца выделить патогенетические факторы, обусловливающие развитие умеренной и выраженной постперфузионной гемоглобинемии.
Научная новизна. Получены новые данные фундаментального характера о роли исходного структурно-метаболического состояния эритроцитов в патогенезе формирования постперфузионных гемолитических реакций различной степени выраженности у больных ишемической болезнью сердца (ИБС) при выполнении кардиохирургических операций в условиях искусственного кровообращения (ИК). Показано, что уровень постперфузионной гемоглобинемии у больных ИБС тем выше, чем больше уровень внутрисосудистого гемолиза до операции. Выявлено, что повышенный уровень до- и интраоперационного гемолиза компенсируется мобилизацией костномозгового пула молодых форм эритроидных клеток, что проявляется увеличением содержания ретикулоцитов в крови у больных ИБС до и после операции, наиболее значимым в дооперационном периоде при выраженном постперфузионном гемолизе. Наряду с этим показано, что развитию выраженного постперфузионного гемолиза у кардиохирургических больных, оперированных в условиях ИК, предшествует исходно (до операции) пониженная резистентность эритроцитов к кислотному и мочевинному гемолизу, нарушение деформируемости клеток при повышении их агрегационной активности на фоне гиперфибриногенемии, показатели которых до операции в случае развития умеренной интраоперационной гемолитической реакции определяются в пределах нормы. В числе основополагающих факторов гемолиза у больных ИБС после операции с ИК выделены также снижение механической резистентности эритроцитов и активация перекисного окисления липидов (ПОЛ), усиливающаяся в послеоперационном периоде в условиях сохраняющегося (как и до операции) дефицита антиокислительной активности плазмы крови и внутриклеточных ферментов – супероксиддисмутазы при умеренном постперфузионном гемолизе и супероксиддисмутазы, каталазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы у пациентов с выраженной послеоперационной гемоглобинемией. Установлено, что реорганизация мембраны эритроцитов у больных ИБС на фоне окислительного стресса сопряжена с дефицитом фосфолипидов при увеличении концентрации холестерола и соотношения «холестерол-фосфолипиды», которое претерпевает разнонаправленные изменения на послеоперационном этапе – снижается (по сравнению с дооперационными его значениями) у пациентов с умеренной постперфузионной гемоглобинемией и повышается при развитии выраженной гемолитической реакции.
Теоретическое и практическое значение работы. Результаты диссертационной работы расширяют теоретические знания о механизмах формирования постперфузионного гемолиза различной степени выраженности при применении искусственного кровообращения, дополняют сведения о влиянии технических характеристик экстракорпоральной перфузии на выраженность гемолитических реакций. Полученные данные о патогенезе выраженного постперфузионного гемолиза могут быть положены в основу оптимизации тактики дооперационного обследования кардиохирургических больных и планирования оперативного вмешательства, разработки новых способов проведения своевременной патогенетически обоснованной терапии и профилактики гемолитических осложнений, а также могут быть полезными при создании новых технологий в области перфузионного оборудования.
Положения, выносимые на защиту:
-
Развитию умеренного постперфузионного гемолиза у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения, предшествует снижение механической резистентности эритроцитов на дооперационном этапе вследствие структурной реорганизации их липидного бислоя (дефицит фосфолипидов, повышение содержания холестерола) на фоне активации перекисного окисления липидов в условиях дефицита антиокислительной активности плазмы крови и супероксиддисмутазы в эритроцитах.
-
В послеоперационном периоде у больных ишемической болезнью сердца с умеренной постперфузионной гемоглобинемией деформируемость и агрегационная активность эритроцитов сохраняются в пределах нормы. Накопление продуктов перекисного окисления липидов в плазме при снижении резистентности эритроцитов к кислотному и мочевинному гемолизу и соотношения «холестерол/фосфолипиды» в их мембране по сравнению с дооперационным этапом сочетаются с компенсаторной мобилизацией костномозгового резерва ретикулоцитов и (вследствие ретикулоцитоза) нормализацией минимальной осмотической резистентности эритроцитов.
-
Развитие выраженного постперфузионного гемолиза (у 32% больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения) сопряжено с исходно (до операции) пониженной резистентностью эритроцитов к кислотному и мочевинному гемолизу и их деформируемостью при увеличении агрегируемости клеток в условиях гиперфибриногенемии. Предоперационное увеличение проницаемости мембраны эритроцитов при низком содержании мембранных фосфолипидов ассоциировано с активацией процессов липопероксидации вследствие дефицита антиокислительной активности плазмы крови и содержания в клетках ферментов с антиоксидантной активностью – супероксиддисмутазы, каталазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.
-
В постперфузионном периоде у кардиохирургических больных развитие выраженного гемолиза обусловливается интраоперационным усилением перекисного окисления липидов и прогрессирующим накоплением его ТБК-активных продуктов в плазме крови и эритроцитах в сочетании со снижением механической резистентности мембраны эритроцитов (при увеличении соотношения «холестерол-фосфолипиды») на фоне сохраняющейся низкой деформируемости, высокой проницаемости мембраны и агрегируемости клеток, что потенцирует их лизис в аппарате искусственного кровообращения.
Апробация и реализация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на IV Международной научной конференция молодых ученых-медиков (Томск, 2010), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Высоко-технологичные методы диагностики и лечения заболеваний сердца, крови и эндокринных органов» (Санкт-Петербург, 2010), XVI Межгородской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» (Санкт-Петербург, 2010), III Всероссийской научно-практической конференции «Многопрофильная больница: проблемы и решения» (Ленинск-Кузнецкий, 2010), V Всероссийской конференции с международным участием «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии» (Москва, 2011), V международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине» (Сочи, 2012), Конгрессе гематологов России (Москва, 2012), на XI и XII конгрессах молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2010, 2011) и научных семинарах кафедры патофизиологии СибГМУ (Томск, 2009-2013).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаметальных исследований в рамках проекта «Механизмы нарушений гемолитической стойкости эритроцитов к факторам экстракорпоральной перфузии» (соглашение №12-04-31655/12 от 16 октября 2012 г.) на базе кафедры патофизиологии ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации и отделения сердечно-сосудистой хирургии ФГБУ НИИ кардиологии СО РАМН г. Томска.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 13 статей и тезисов в материалах конгрессов, конференций, съездов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 166 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов и списка используемой литературы. Работа иллюстрирована 6 рисунками и 8 таблицами. Библиографический указатель включает 239 источников, из них 128 отечественных и 111 зарубежных авторов.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Соискатель непосредственно выполнял анализ данных литературы по теме диссертации, планировал и проводил клинико-экспериментальные исследования, осуществлял статистическую обработку и интерпретацию их результатов.
