Содержание к диссертации
Введение
Глава первая: Обзор литературы 13
1.1. Фундаментальные механизмы развития системного воспалительного ответа при кардиохирургических операциях 13
1.2. Роль цитокинов при кардиохирургических операциях, значение в развитии послеоперационных осложнений 21
1.3. Значение генетического полиморфизма медиаторов воспалительного ответа, роль в развитии осложнений после кардиохирургических операций 31
1.4. Противовоспалительные стратегии в кардиохирургии 47
Глава вторая: Характеристика больных и методы исследования 56
2.1. Клиническая характеристика больных 56
2.2. Методы исследования 60
2.2.1. Электрокардиография 60
2.2.2. Эхокардиография 60
2.2.3. Тканевая миокардиальная допплерография 61
2.2.4. Коронарография 63
2.2.5. Лабораторная диагностика 64
2.2.6. Молекулярно-генетический анализ 66
2.3. Статистический анализ 67
Глава третья: Собственные наблюдения 68
3.1. Сравнительный анализ течения послеоперационного периода при различных методиках коронарного шунтирования 69
3.1.1. Сравнительная клиническая характеристика больных до операции 69
3.1.2. Характеристика выполненных операций 71
3.1.3. Сравнительный анализ течения послеоперационного периода в 4 группах больных 73
3.2. Дисбаланс цитокинов в послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 89
3.2.1. Цитокиновый профиль пациентов до операции 90
3.2.2.Цитокиновый профиль через 6 часов операции 95
3.2.3. Цитокиновый профиль через 24 часа операции 98
3.3. Эндотелиальная дисфункция в послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 103
3.3.1. Динамика концентрации молекул адгезии в раннем послеоперационном периоде 104
3.3.2. Динамика факторов коагуляции в раннем послеоперационном периоде 111
3.4. Механизмы повреждения/кардиопротекции миокарда в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 116
3.4.1. Динамика активности фермента антиоксидантной системы супероксиддисмутазы в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 118
3.4.2. Динамика маркеров апоптоза в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 119
3.4.3. Динамика маркеров повреждения миокарда в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 121
3.4.4. Функциональное состояние миокарда в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования 126
3.5. Влияние генетического полиморфизма медиаторов воспалительного ответа на развитие осложнений после операций коронарного шунтирования 155
3.5.1. Влияние генетического полиморфизма медиаторов воспаления на течение послеоперационного периода у больных после коронарного шунтирования 156
3.5.2. Анализ клинических случаев развития послеоперационных осложнений после операций коронарного шунтирования с учетом генетического статуса 160
3.6. Предикторы развития послеоперационных осложнений у больных после операций коронарного шунтирования 175
3.6.1. Предикторы развития острой сердечной недостаточности в послеоперационном периоде 171
3.6.2. Предикторы развития полиорганной недостаточности в послеоперационном периоде176
3.6.3. Предикторы развития инфекционных осложнений в послеоперационном периоде 176
Глава четвертая: Обсуждение полученных результатов 179
Выводы 220
Практические рекомендации 222
Литература 224
- Фундаментальные механизмы развития системного воспалительного ответа при кардиохирургических операциях
- Сравнительная клиническая характеристика больных до операции
- Динамика маркеров повреждения миокарда в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования
- Предикторы развития острой сердечной недостаточности в послеоперационном периоде
Фундаментальные механизмы развития системного воспалительного ответа при кардиохирургических операциях
При кардиохирургических операциях с искусственным кровообращением запускается системная воспалительная реакция, которая оказывает повреждающее воздействие на органы и системы организма, приводя к развитию сердечной, легочной, почечной недостаточности, неврологических осложнений, коагулопатии, лихорадке неинфекционного генеза. Этот «синдром системной воспалительной реакции», развивающийся после кардиохирургических операций, называется также «постперфузионный синдром» (Kirklin J.K. et al., 1983г. [103]).
Ряд факторов оказывают воздействие при операциях с искусственным кровообращением, индуцируя каскад воспалительных реакций. Это факторы, связанные с контактом крови с синтетической поверхностью контура аппарата ИК, нефизиологический непульсирующий характер кровотока во время ИК, хирургическая травма, воздействие ишемии/реперфузии на органы, воздействие гипотермии и высвобождение эндотоксина. Развивается каскад гуморальных и клеточных воспалительных реакций, включая активацию системы комплемента, высвобождение цитокинов, активацию лейкоцитов и эндотелиальных клеток (см. Табл. №1) и продукцию многих субстанций, включая свободные радикалы кислорода, метаболиты арахидоновой кислоты, фактор активирующий тромбоциты (PAF), оксид азота и эндотелины (Larmann J., 2004г. [105] (см. Рис. № 1).
Активация системы комплемента- первоначально развивающийся механизм, который запускает и расширяет воспалительную реакцию. В неактивной форме система комплемента состоит из 9 компонентов СІ- С9, тогда как в активную фазу представлена 20 продуктами деградации. Существует 3 пути активации системы комплемента: «классический», «альтернативный» и «общий» (или мембранная атака).
«Классический путь» активации комплемента запускается связыванием комплекса антиген-антитело с С1, что в итоге приводит к деградации СЗ и С5 с формированием продуктов распада СЗЬ, С5Ь и анафилатоксинов СЗа и С5а. Анафилаксины могут способствовать развитию таких повреждающих эффектов воспалительной реакции как вазодилатация, повышенная сосудистая проницаемость, активация лейкоцитов, хемотаксис и адгезия, фагоцитоз микроорганизмов нейтрофилами и моноцитами (Asimakopoulos С, 1999г. [23]).
Широкий спектр негативных воздействий во время ИК (инородная синтетическая поверхность контура аппарата ИК, воздействие эндотоксина и др.) запускает «альтернативный путь» активации комплемента, который заключается в изменении молекулярной конфигурации СЗ. Он заключается в превращении СЗ в СЗа и СЗЬ. После распада СЗ на 2 иона, продолжается распад С5 на С5а и С5Ь. Как только образуется С5Ь, этот продукт взаимодействует с другими компонентами системы комплемента, образуя комплекс С5Ь-9, также называемый «комплекс мембранной атаки». Этот комплекс вызывает лизис клеток, активацию эндотелиальных клеток и нейтрофилов (Larmann J., 2004г. [105]).
Цитокины — это группа гормоноподобных пептидов или гликопептидных медиаторов, которые осуществляют широкий спектр регуляторных функций в нормальных и патологических механизмах гомеостаза. Представляют собой небольшие белковые молекулы или гликопротеины массой от 8 до 30000d. Цитокины контролируют интенсивность и продолжительность иммунного ответа, воздействуя на активацию, пролиферацию и дифференциацию различных клеток, регулируя продукцию антител и секрецию других цитокинов. Фактор некроза опухолей-a (TNF- а) и несколько интерлейкинов играют ключевую роль в регуляции воспалительного ответа. Основные эффекты цитокинов представлены в Таблице № 2.
Большинство цитокинов действуют локально в очень низких концентрациях вблизи места продукции, при этом они не определяются или определяются в очень низких концентрациях в периферической крови. Некоторые цитокины также действуют системно, как плейотропные гормоны и модулируют функцию клеток. Они могут оказывать негативные эффекты при патологических состояниях, таких как травма, сепсис или шок, при этом их уровень в сыворотке крови значительно повышается.
Функционально цитокины делятся на провоспалительные (TNF- a, IL-1, IL-8) и противовоспалительные (IL-1RA, IL-10), в то время как IL-6 обладает обоими свойствами. IL-8 рассматривается также как хемокин, обладает потенциальной хемоаттрактантной активностью в отношении нейтрофилов. Были выявлены прямые корреляционные взаимосвязи уровней IL-10 и IL-8, а также IL-10 и IL-6, показывающие, что во время кардиохирургических операций увеличиваются уровни как провоспалительных, так и противовоспалительных цитокинов для поддержания баланса (Kawamura Т. et al., 1997г. [99]). Следует отметить, что цитокины действуют как индивидуально, так и в составе взаимодействующих регуляторных путей.
Важным моментом в развитии воспалительного процесса является активация лейкоцитов и их скопление в зоне повреждения. Активация лейкоцитов во время искусственного кровообращения может вызываться рядом факторов, в том числе образованием СЗа, С5а и PAF. При системном воспалении генерализованная активация нейтрофилов может являться главной причиной развития синдрома системной воспалительной реакции и полиорганной недостаточности. Активированные нейтрофилы могут повреждать эндотелиальные клетки с помощью нескольких токсических субстанций из внутриклеточных гранул нейтрофилов. Нейтрофилы могут облегчать их миграцию в ткани, вследствие повреждающего эффекта свободных радикалов кислорода. Протеолитические энзимы из гранул нейтрофилов могут функционировать как медиаторы эндотелиального и субэндотелиального повреждения [187],[177],[162 ].
Адгезия нейтрофилов на эндотелиальных клетках является важным шагом в развитии повреждения тканей. Нейтрофилы взаимодействуют с этими клетками посредством экспрессии специфических адгезивных молекул на их поверхности (семейств селектинов и интегринов) (Springer Т.А., 1990г. [164]). Адгезивные молекулы Е-селектин, Р-селектин и ICAM-1 (молекула межклеточной адгезии-1) могут участвовать в этих реакциях при проведении ИК. Посредством координации действия этих молекул, развиваются 3 последовательных этапа, которые известны как: роллинг, адгезия и миграция. Повреждающий потенциал активированных нейтрофилов определяется их способностью адгезии к эндотелию.
Вследствие экспрессии адгезивных молекул, активированные нейтрофилы могут вызывать повреждение легких (Gillinov A.M. et al., 1994г. [75]) и миокарда, обусловленное ишемией/реперфузией (Youker К.A. et al., 1994г. [196]). Активированные нейтрофилы могут снижать функцию миокарда и замедлять восстановление его функции после глобальной гипотермической ишемии (Myers M.L. et al., 1992г. [136]).
Сравнительная клиническая характеристика больных до операции
Сравнительная клиническая характеристика больных до операции представлена в Табл. № 13. По возрастным характеристикам пациенты четырех групп были сопоставимы. В 1 группе средний возраст пациентов составил 59,9±5,1 лет, во 2 группе- 57,5±4,6 лет, в 3 группе- 58,8±5,7 лет, в 4 группе- 58,2±7,9 лет (р 0,05 при сравнении между группами). По тяжести хронической коронарной недостаточности пациенты четырех групп также существенно между собой не различались, во всех группах преобладали пациенты с тяжелыми клиническими проявлениями стенокардии. Так, в 1 группе стенокардия I-II ФК отмечалась у 3 (8%) пациентов, III-IV ФК- у 33 (84%), нестабильная стенокардия имела место у 3 (8%) пациентов. Во 2 группе стенокардия I-II ФК определялась у 6 (17%) больных, III- IV ФК- у 21 (66%), нестабильная стенокардия- у 6 (17%) больных. В 3 группе стенокардия I-II ФК имела место у 6 (26%) пациентов, III-IV ФК- у 16 (74%). В 4 группе у 2 (20%) пациентов отмечалась стенокардия I-II ФК, у 8 (80%)-стенокардия III- IV ФК (р 0,05 при сравнении между группами).
Среднее количество перенесенных в анамнезе инфарктов миокарда у одного больного было несколько ниже в группе сочетанных операций и составило в 1 группе- 1,33±0,41, во 2 группе- 1,27±0,09, в 3 группе- 1,18±0,12, в 4 группе- 1,21±0,8.
Симптомы хронической сердечной недостаточности чаще определялись у пациентов, которым в последующем были выполнены сочетанные операции, в связи с наличием у этих больных клапанной патологии (ишемической митральной регургитации, стеноза аортального клапана) или постинфарктной аневризмы ЛЖ. Количество больных с клинической картиной тяжелой сердечной недостаточности (III- IV ФК NYHA) до операции также было больше в группе сочетанных операций. Так, в 1 группе у 4 (11%) больных определялась ХСН I-II ФК, у 1 (3%)- III ФК. Во 2 группе у 6 (17%) пациентов определялась ХСН I- II ФК, у 1 (3%)- III ФК. В 3 группе ХСН I- II ФК имела место у 7 (32%) пациентов, III- IV ФК- у 5 (21%). В 4 группе симптомы ХСН I- II ФК до операции имели место у 4 (40%) больных, III- IV ФК- у 2 (20%) пациентов.
Сравнение параметров выполненных операций показало, что среднее количество имплантированных коронарных анастомозов у одного больного было сходным у пациентов четырех групп и составило: в 1 группе- 2,33±0,33, во 2 группе- 2,75±0,14, в 3 группе- 2,5±0,27, в 4 группе- 2,56±0,27 (р 0,05 при сравнении между группами). В 1 и во 2 группах были выполнены только операции коронарного шунтирования. В 3 группе наряду с аортокоронарным шунтированием 8 (36%) пациентам была выполнена хирургическая реконструкция ЛЖ по Дору при постинфарктной аневризме ЛЖ, 8 (36%)- аннулопластика митрального клапана (шовная или с использованием мягких или жестких опорных колец), 3 (14%) - протезирование митрального клапана, у 4 пациентов (18%) коррекция митральной недостаточности была дополнена аннулопластикой трикуспидального клапана по ДеВега, 3 (14%) пациентам выполнено протезирование аортального клапана. В 4 группу (осложненного течения) вошли 2 (20%) пациента, которым была выполнена хирургическая реконструкция ЛЖ по Дору, 3 (30%) пациента, которым выполнялась митральная аннулопластика, 1 (10%) пациент после протезирования митрального клапана.
Время искусственного кровообращения и пережатия аорты, логично, были больше в группе сочетанных операций (3 группа). Так, во 2 группе среднее время ИК составило- 74,7±4,64 мин, в 3 группе- 124,1±10,7 мин, в 4 группе- 100,1±11,2 мин. Среднее время пережатия аорты во 2 группе составило- 53,9±6,1 мин, в 3 группе- 95,9±6,52 мин, в 4 группе- 83,9±6,7 мин. Во всех случаях использовался кардиоплегический раствор Кустадиол 1-2 литра. Операции проводились в условиях гипотермии 280С.
Динамика маркеров повреждения миокарда в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования
Уровни антиапоптотического белка Вс1-2 и цитохрома С до операции существенно между больными четырех групп не различались. Уровни Вс1-2 до операции составили в 1 группе- 12,8±3,0 (7,82/ 2,04; 49,3) нг/мл, во 2 группе- 8,3±2,8 (7,77/ 2,13; 21,35) нг/мл, в 3 группе- 7,4±1,16 (6,4/ 3,2; 10,4) нг/мл, в 4 группе- 9,8±3,0 (8,4/ 4,22; 21,3) нг/мл (р 0,05 при сравнении между группами). Уровни Цитохрома С до операции составили в 1 группе-0,66±0,07 (0,32/ 0,05; 2,82) нг/мл, во 2 группе- 0,44±0,03 (0,15/ 0,05; 2,1) нг/мл, в 3 группе- 0,59±0,03 (0,38/ 0,1; 0,95) нг/мл, в 4 группе- 0,43±0,02 (0,29/ 0,05; 6,42) нг/мл (р 0,05 при сравнении между группами).
Динамика уровней белка Вс1-2 в раннем послеоперационном периоде в четырех группах больных.
В раннем послеоперационном периоде отмечалось снижение уровней антиапоптотического белка Вс1-2 во всех группах больных, но более значительное его снижение отмечалось в группе осложненного течения (4 группа) и в группе сочетанных операций (3 группа), незначительное снижение данного белка отмечалось в группе операций на работающем сердце (1 группа), различия были статистически значимы. Так, уровни Вс1-2 через 6 часов после операции составили в 1 группе- 7,9±0,57 (7,44/ 2,22; 44,5) нг/мл, во 2 группе- 4,4±0,7 (4,44/ 2,56; 7,95) нг/мл, в 3 группе- 5,0±1,5 (3,61/ 2,67; 11,54) нг/мл, в 4 группе- 3,33±0,32 (3,22/ 2,2; 4,44) нг/мл (р=0,0001 между 1 и 4 группами, р=0,03 между 1 и 3 группами, р=0,005 между 1 и 2 группами, при сравнении между другими группами р 0,05). Через 24 часа после операции уровни Вс1-2 составили в 1 группе- 9,1±0,2 (8,44/ 1,71; 54,0) нг/мл, во 2 группе- 4,5±0,13 (3,72/1,53; 9,49) нг/мл, в 3 группе- 2,94±0,2 (2,86/ 2,18; 3,83) нг/мл, в 4 группе- 3,6±0,68 (3,0/ 1,71; 6,79) нг/мл (р=0,0001 между 1 и 2 группами, р=0,0001 между 1 и 3 группами, р=0,0001 между 1 и 4 группами, при сравнении между другими группами р 0,05).
Уровни цитохрома С существенно не изменились в раннем послеоперационном периоде, лишь незначительное повышение его уровня отмечалось в группе сочетанных операций (3 группа), различия между группами были статистически незначимы. Так, уровни Цитохрома С через 6 часов после операции составили в 1 группе- 0,5±0,02 (0,21/ 0,04; 1,58) нг/мл, во 2 группе- 0,35±0,1 (0,2/ 0,04; 1,4) нг/мл, в 3 группе- 0,51±0,01 (0,48/ 0,25; 1,9) нг/мл, в 4 группе- 0,32±0,11 (0,2/ 0,15; 0,92) нг/мл (р 0,05 при сравнении между группами). Через 24 часа после операции уровни Цитохрома с составили в 1 группе- 0,42±0,08 (0,29/ 0,09; 1,34) нг/мл, во 2 группе- 0,43±0,2 (0,2/ 0,04; 1,4) нг/мл, в 3 группе- 0,46±0,08 (0,41/ 0,27; 0,74) нг/мл, в 4 группе-0,36±0,08 (0,32/ 0,14; 0,74) нг/ мл (р 0,05 при сравнении между группами).
До операции уровни маркеров миокардиального повреждения (Тропонина I, миоглобина и МВ-фракции креатинкиназы) были в пределах нормальных значений во всех группах. Так, уровни Тропонина I до операции составили в 1 группе- 0,03±0,003 (0,02/ 0; 0,78) нг/мл, во 2 группе- 0,03±0,001 (0,02/ 0; 0,11) нг/мл, в 3 группе- 0,08±0,004 (0,01/ 0; 0,61) нг/мл, в 4 группе-0,05±0,003 (0,01/ 0; 0,02) нг/мл (р 0,05 при сравнении между группами). Уровни миоглобина до операции составили в 1 группе- 51,8±7,8 (42,7/ 15,7; 148,6) мкг/л, во 2 группе- 47,1±8,9 (29,1/ 2,37; 142,8) мкг/л, в 3 группе-36,8±7,41 (29,4/ 25,0; 63,3) мкг/л, в 4 группе- 28,7±8,7 (25,0/ 2,37; 62,6) мкг/л (р 0,05 при сравнении между группами). Уровни МВ-фракции креатинкиназы до операции в 1 группе- 5,46±0,42 (2,9/ 0; 29,0) ед/л, во 2 группе- 3,85±0,84 (3,0/ 0; 23,0) ед/л, в 3 группе- 3,57±0,44 (2,6/1,0; 8,7) ед/л, в 4 группе- 5,6±0,6 (3,0/1,0; 29,0) ед/л.
В раннем послеоперационном периоде отмечалось повышение маркеров повреждения миокарда во всех группах больных, наиболее значительное повышение отмечалось в группе осложненного течения (4 группа) и в группе сочетанных операций (3 группа). Тогда как в группе коронарного шунтирования на работающем сердце (1 группа) повышение маркеров повреждения миокарда было наименее выражено, что свидетельствует о наилучшей кардиопротекции в данной группе.
Предикторы развития острой сердечной недостаточности в послеоперационном периоде
В развитии острой сердечной недостаточности в послеоперационном периоде выявлено предикторное значение уровней IL-6 через 6 часов после операции более 20,0 пг/мл (х2=12,03, р 0,01, ф=0,42 (сила связи сильная)), уровней IL-8 через 6 часов после операции более 40,0 пг/мл (х2=16,65, р 0,01, ф=0,49 (сила связи сильная)), уровней СРБ через 24 часа после операции более 10 г/л (х2=2,7, р=0,05, ф=0,2 (сила связи слабая)). Наши результаты еще раз подтверждают взаимосвязь воспаления и развития дисфункции миокарда в послеоперационном периоде, обусловленной воздействием ишемии/реперфузии. Медиаторы воспаления, в частности провоспалительные цитокины, могут значительно нарушать сократимость миокарда, их синтез в миокарде может участвовать в развитии дисфункции миокарда, обусловленной миокардиальным станнингом после операций с искусственным кровообращением. Синтез провоспалительных цитокинов в миокарде приводит к индукции iNOS и синтезу большого количества оксида азота, результатом чего является снижение сократительной функции миокарда, вследствие гибели кардиомиоцитов или апоптоза. Кроме того, провоспалительные цитокины могут глубоко нарушать периферическое кровообращение, снижая сосудистый тонус, и таким образом приводя к низкой сосудистой резистентности после операции.
Нами было выявлено предикторное значение снижения активности СОД через 24 часа после операции менее 50,0 ед.акт./мг (х2=9,1, р 0,01, ф=0,39 (сила связи средняя)) и уровней Вс1-2 через 24 часа после операции менее 3,0 нг/мл (х2=3,43, р=0,05, ф=0,24 (сила связи средняя)) с развитием острой сердечной недостаточности после операций коронарного шунтирования. Данные взаимосвязи еще раз подтверждают кардиопротекторное действие антиоксидантной системы в защите миокарда от ишемического/реперфузионного повреждения и антиапоптотических белков Вс1-2, способных блокировать апоптоз. Снижение активности СОД и уровней cl-2 у больных после кардиохирургических операций связано с более высоким риском развития ишемического/реперфузионного повреждения миокарда.
В развитии полиорганной недостаточности в послеоперационном периоде выявлено предикторное значение уровней IL-6 через 6 часов после операции более 20,0 пг/мл (х2=8,89, р 0,01, ф=0,36 (сила связи средняя)), уровней IL-8 через 6 часов после операции более 40,0 пг/мл (х2=9,28, р 0,01, ф=0,37 (сила связи средняя)). Полученные взаимосвязи указывают на тот факт, что цитокины могут также оказывать прямой повреждающий эффект на органы, участвуя в развитии полиорганной недостаточности. Провоспалительные цитокины повышают экспрессию молекул адгезии нейтрофилов на эндотелиальной поверхности, тем самым способствуя увеличению адгезии, что приводит к повреждению органов.
Кроме того выявлено предикторное значение снижения активности СОД через 24 часа после операции менее 50,0 ед.акт./мг с развитием полиорганной недостаточности в послеоперационном периоде (х2=4,93, р 0,05, ф=0,29 (сила связи средняя)). Эта взаимосвязь указывает на то, что антиоксидантная система играет важную роль в защите органов от повреждения после кархиохирургических операций с искусственным кровообращением. Сниженный антиоксидантный потенциал оказывается недостаточным для компенсации развивающихся нарушений.
Было выявлено предикторное значение в развитии инфекционных осложнений после операций коронарного шунтирования, включая сепсис, уровней IL-10 через 6 часов после операции более 8 пг/мл (х2=25,13, р 0,01, ф=0,6 (сила связи сильная)) и уровней СРБ через 24 часа после операции более 10 г/л (х2=5,69, р 0,01, ф=0,29 (сила связи средняя)).
Наши результаты еще раз подтверждают, что повышенная экспрессия IL-10 индуцирует иммуносупрессию и связана с более высоким риском развития инфекционных осложнений и бактериального сепсиса. СРБ-осторофазовый белок воспаления, высокочувствительный, но неспецифичный показатель воспаления, отражает выраженность воспалительной реакции и потому тесно связан с риском развития инфекционных осложнений.