Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема лечения синдрома ишемии - реперфузии конечности на современном этапе развития медицины (обзор литературы) 13
1.1. Механизм развития ишемических и реперфузионных повреждений
1.2. Современные методы лечения синдрома ишемии реперфузии конечности 39
Глава 2. Материал и методы исследования
2.1 Характеристика групп экспериментальных животных 39
2.2. Техника создания модели синдрома ишемии -реперфузии конечности
2.3. Лечебные мероприятия 40
2.4. Технология модификации сорбентов 40
2.5. Методы исследования 41
Глава 3. Исследование кислородного гомеостаза в скелетных мышцах конечностей и синтеза вазоактивных субстанций в сыворотке крови при моделировании синдрома ишемии-реперфузии
3.1 Оценка парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени при синдроме ишемии - реперфузии в эксперименте 43
3.2. Динамика изменений вазоактивных субстанций в сыворотке крови при острой ишемии-реперфузии мышц задней конечности
Глава 4 Оценка эффективность использования гемосорбентов, модифицированных глутатионом, в лечении синдрома ишемии - реперфузии конечности в эксперименте 62
4.1 Оценка парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени при лечении синдрома ишемии - реперфузии гемосорбцией на стандартных и модифицированных сорбентах 62
4.2. Динамика изменений вазоактивных субстанций в сыворотке крови при лечении острой ишемии- реперфузии мышц задней конечности гемосорбцией на стандартных и модифицированных сорбентах
Заключение 80
Выводы 90
Список использованной литературы 91
Приложения 114
- Механизм развития ишемических и реперфузионных повреждений
- Характеристика групп экспериментальных животных
- Оценка парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени при синдроме ишемии - реперфузии в эксперименте
- Оценка парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени при лечении синдрома ишемии - реперфузии гемосорбцией на стандартных и модифицированных сорбентах
Введение к работе
Актуальность исследования. Повреждения типа ишемии реперфузии представляют одну из наиболее серьезных проблем хирургии, что связано как с увеличением во всем мире числа сердечно-сосудистых заболеваний, так и с: расширением оперативных вмешательств на органах, требующих временного прекращения в них кровотока, а также внедрением в клинику трансплантации, в которой острая тотальная ишемия во время забора и переноса органа является неизбежной. (Комаров А.Л. и др., 2000, Beard J.D., 2000, Schellong S.M., Ockert D., Honig V., 2002 ). Ишемия развивается при синдроме длительного сдавления, синдроме позиционного сдавления, жгутировании конечностей (турникетный шок), восстановлении кровотока после эмбол- или тромбэктомии, реплантации конечностей (Биленко М.В., 1989, Гембицкий Е.В., Клячкин Л.М., Кирилов М.М., 1994, Grace Р.А., 1994). Сходные в клиническом отношении состояния наблюдаются при постреанимационной болезни (Евтушенко А.Я., 1990), геморрагическом, кардиогенном и мезентериальном шоках. Острая ишемия нижних конечностей - часто встречающийся в клинической практике синдром, развивающийся вследствие эмболии, острого атеросклеротического тромбоза, травматического или ятрогенного повреждения артерий, а также в результате временного перекрытия просвета артерий или аорты при проведении артериальной реконструктивной хирургии (Белов Ю.В., Сандриков В.А., Косенков А.Н., 1997, Буров Ю.А. и соавт, 1997, Комаров А.Л. и соавт., 2000).
При синдроме острой ишемии - реперфузии конечностей на фоне острой непроходимости бифуркации аорты и магистральных сосудов летальность среди данной категории больных колеблется в пределах 25-30%, а по некоторым данным до 41%
Реперфузия ишемизированной ткани вследствие хирургической коррекции магистрального кровообращения является предпосылкой для восстановления ишемических повреждений. Однако возврат токсических
6 метаболитов в системную циркуляцию может привести к серьезным метаболическим последствиям и реперфузия может усилить местные ишемические повреждения и вызвать развитие системных осложнений, включающих респираторный дистресс-синдром взрослых (РДСВ, «adult respiratory distress syndrome»), дисфункцию печени и : почек (Walker Р.М:, 1991, Stachowiak О. et al.,1998, Yassin. М., 2002).
Основными проявлениями реперфузионного синдрома является тяжелая полиорганная недостаточность, нередко резистентная к существующим методам лечения (Yassin. М., 2002).
Среди патологических процессов, вызванных ишемией-реперфузией, особое место занимают повреждения скелетной мускулатуры и как следствие этого - развивающиеся системные реакции, приводящие к тяжелым последствиям. В частности, несмотря на несомненные успехи в развитии хирургических технологий, совершенствовании анестезиологических пособий и методик проведения интенсивной терапии, восстановительная хирургия аневризм аорты сопровождается значительной смертностью (3-5%). Значительную часть (20%) в структуре смертности в этих случаях составляет синдром полиорганной недостаточности, нередко развивающийся после успешной реконструкции аорты и восстановления кровотока в конечностях (Тепляков А.И. и соавт., 1999).
Общепринятой точкой зрения считается развитие синдрома полиорганной недостаточности вследствие хирургической илииной травмы как проявление системной реакции на развитие инсульта органа и повреждение тканей. Эта реакция получила название синдрома системного воспалительного ответа («systemic inflammatory response syndrome»), включающего активацию гуморального и клеточного ответа организма, выделение широкого спектра различных воспалительных медиаторов, обеспечивающих развитие клинической картины синдрома полиорганной недостаточности (Schlag, G, Redl, Н, Hallstrom, S,.1991).
В развитии синдрома полиорганной недостаточности, вызванного ишемией-реперфузией скелетных мышц, принимают участие молекулярные механизмы, в круг которых включены генерация свободных радикалов кислорода, реакция эндогенных антиокислителей, высвобождение: медиаторов; воспаления, обеспечивающих системный ответ (Тепляков А.И. и соавт., 1999).
Воспалительный ответ при ишемии - реперфузии обусловлен активацией каскада арахидоновой кислоты, с образованием мощных вазоактивных и хемоаттрактантных медиаторов (тромбоксана, лекотриенов), продукцией лейкоцитарных адгезионных молекул, выбросом медиаторов кишечного происхождения, что приводит к значительным нарушениям тканевого метаболизма (Lelcuk S., 1985, Cotran R.S.,1989, Биленко М.В., 1989, Goldman G, 1992).
При реперфузии скелетных мышц возможно развитие прогрессирующей микроциркуляторной обструкции - феномена, получившего название «no-reflow phenomenon» (Коо А. и соавт,. 1992). Механизм развития этого феномена недостаточно ясен. Возможно, что воспалительные медиаторы типа цитокинов и пептидов, метаболиты арахидоновой кислоты, продуцируемые в избыточных количествах при ишемии-реперфузии, приводят к стойкому нарушению оксигенации, поскольку обладают вазоактивными свойствами и вызывают развитие этого синдрома.
В настоящее время наиболее эффективным методом лечения больных с синдромом ишемии реперфузии конечностей являются реконструктивные хирургические операции (Затевахин И.И. и соавт., 1998; Покровский А.В., 2000).
Однако уровень неудовлетворительных результатов реконструктивных операций продолжает оставаться высоким, что обуславливает необходимость либо проведения повторных реконструктивных хирургических вмешательств, либо вторичных
8 ампутаций конечностей (Клячкин М.Л., Осипова О.В., Марченко В.Б., 1992; Лосев Р.З., Буров Ю.А., Осипова О.В.,1995; Ван Ридт Дортланд Р.В.Х., Экельбоум Б.К., 1997; Дадвани С.А., Фролов К.Б., Артюхина Е.Г. и соавт., 2000)
Известно, что даже успешная реконструктивная операция далеко не полностью компенсирует нарушения микроциркуляторного русла (Петухов В.А., Березов В.П., Петухов Е.Б., 1994; Атанов Ю.П., Шамычкова А.А., 2001). Все это определяет интерес к методам консервативного лечения и вмешательствам, способствующим улучшению тканевого кровотока пораженной конечности.
Для коррекции нарушенного метаболизма при синдроме ишемии -реперфузии конечности, как правило, используют различные подходы. Одни из них связаны с перфузией реоксигенированной конечности растворами вазодилятаторов, другие - с использование антиоксидантов, ограничивающих образование свободных радикалов и, возможно, снижающих синтез вазоконстрикторов (Баранов А.П., и соавт., 1999, Восканян Ю.Э. и соавт., 2000).
В последние годы для лечения системных последствий критической ишемии нижних конечностей используют эфферентные методы лечения, направленные на выведение из системного кровотока токсических и провоспалительных метаболитов, способствующих развитию полиорганной недостаточности при реперфузии (Таций Ю.П. и соавт., 1998-2000).
Уникальное место среди методов активной детоксикации занимает гемосорбция (в зарубежной литературе hemoperfusion) - метод лечения, направленный на удаление из крови различных токсических продуктов и регуляцию гемостаза путем контакта крови с сорбентом вне организма (Сергиенко В.И., 1987, Остапенко В.А., 1993; Болдырев А.Г., Симбирцев А.С., Соколов А.А. и соавт., 2003)
Наиболее часто для гемосорбции применяют углеродные гемосорбенты, относящиеся к классу неселективных. Одним из путей повышения эффективности гемосорбции является возможность целенаправленно влиять на физико-химические свойства сорбентов, применяя различные технологии их модификации (Каленюк А.А.,.. Таранова Л.А., Решетилов А.Н., 1999; Коваленко Г.А., Семиколенов В.А., Кузнецова Е.В., 1999; Петросян Э.А. и соавт, 1996 - 2003).
Повышение эффективности гемосорбции может происходить за счёт изменения химического характера поверхности и (или) за счёт придания сорбентам дополнительных свойств. Для этого могут быть использованы различные пути: введение в углеродную матрицу азота, серы и др. гетероатомов; усиление ионообменных и окислительно восстановительных свойств углей; создание на поверхности сорбентов функциональных комплексообразователей и биологически активных веществ (Картель Н.Т., 1995; Singhal V.P., Anand M.S., Narayan B.S. et al, 1997; Поконова Ю.В., 1999; Петросян и соавт., 1996-1999).
Учитывая, что одним из основных факторов развития полиорганной недостаточности при ишемии - реперфузии является активация процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), синтез сорбента с выраженной поглощающей емкостью в отношении свободных радикалов существенно расширяет возможности операции гемосорбции при состояниях, связанных с синдромом ишемии - реперфузии.
Цель исследования - повысить эффективность лечения синдрома ишемии - реперфузии конечности путем использования гемосорбции на сорбенте модифицированном восстановленным глутатионом.
Основные задачи исследования:
1. Изучить степень парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени экспериментальных животных при развитии синдрома ишемии - реперфузии конечности.
Изучить динамику изменения вазоактивных метаболитов в крови при ишемии-реперфузии конечности.
Провести сравнительную оценку гемосорбции на стандартном и модифицированном глутатионом сорбенте СКН-2К по восстановлению оксигенации тканей после ишемии - реперфузии конечности.
4. Изучить влияние гемосорбции на стандартном и модифицированном глутатионом сорбенте СКН-2К на вазоактивные метаболиты при ишемии - реперфузии конечности.
5. Оценить эффективность гемосорбции на модифицированном глутатионом сорбенте СКН-2К при лечении экспериментального синдрома ишемии - реперфузии конечности.
Научная новизна. Впервые в эксперименте исследованы патогенетические механизмы развития синдрома неполного восстановления кровотока при реперфузии ишемизированной конечности.
Впервые предложено патогенетическое обоснование применения метода хирургической коррекции крови для восстановления оксигенации тканей при развитии ишемии - реперфузии конечности с применением гемосорбента модифицированного глутатионом. Определено корригирующее действие гемосорбции на сорбенте, модифицированном глутатионом на вазоактивные метаболиты крови.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
Острое нарушение магистрального кровообращения в конечности с развитием синдрома ишемии - реперфузии сопровождается снижением парциального напряжения кислорода в мышечной ткани и нарушением баланса вазоактивных метаболитов с преобладанием вазоконстрикторов.
Устранения причины ишемии конечности не достаточно для восстановления уровня оксигенации тканей и баланса вазоактивных метаболитов, необходимо применение дополнительных методов коррекции нарушенного метаболизма.
Использование гемосорбции на модифицированном глутатионом сорбенте при синдроме ишемии - реперфузии позволяет восстановить парциальное напряжение кислорода в мышечной ткани и снизить концентрации вазоконстрикторных медиаторов, восстанавливая соотношение различных вазоактивных субстанций.
Теоретическая значимость исследования. Полученные данные позволяют обосновать патогенетические механизмы развития синдрома неполного восстановления кровотока при ишемии с последующей реперфузией и методы его лечения.
Практическая значимость исследования. Итогом проведенных исследований явилось обоснование применения сорбента модифицированного глутатионом для лечения синдрома ишемии -реперфузии. Применение сорбента модифицированного глутатионом в клинической практике позволит повысить эффективность лечения данной категории больных и сократить сроки их пребывания в стационаре.
Сведения об использовании результатов исследования
Результаты исследования, касающиеся необходимости ранней экстракорпоральной детоксикации крови при реперфузионном синдроме, внедрены в практику работы терапевтического стационара, отделения анестезиологии и реанимации краевой клинической больницы, центра сосудистой хирургии г. Ставрополя. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и используются при чтении лекции и проведении семинаров на кафедрах биологической химии и терапии ФПО СтГМА. Апробация диссертационного исследования осуществлялась в виде докладов, содержащих основные положения, на второй региональной научно-практической конференции, посвященной памяти заслуженного деятеля науки РФ, профессора Л.И. Геллера (Хабаровск, 18-19 октября 2001 г.); II Всероссийской конференции общих хирургов (Ростов-на-Дону, 16-17 мая 2003 г.); Всероссийской Научно-практической конференции хирургов, посвященной 200-летию Кавказских Минеральных Вод.
12 (Кисловодск, 29-30 мая 2003 г.).
Основные положения диссертации изложены в 8 печатных работах.
Механизм развития ишемических и реперфузионных повреждений
Ишемия развивается к вследствие нарушения трех основных функций локального кровообращения: доставки в ткань кислорода, доставки в ткань субстратов окисления, удаление из ткани продуктов тканевого метаболизма. Причиной острой ишемии органов являются либо генерализованные нарушения гемодинамики в организме (сердечнососудистая недостаточность, падение артериального давления, стрессы и шоки различной этиологии, клиническая смерть с последующей реанимацией и др.), либо локальные нарушения кровообращения из-за ухудшения или прекращения кровотока по магистральным артериям органа (Wledermann C.J., Kiechl S., Dunzendorfer S. et al., 2000).
Ишемия существенно отличается от гипоксии по своим метаболическим последствиям. Когда поступление крови к тканям прерывается, инициируется определенный каскад химических процессов, приводящий к клеточной дисфункции, клеточному и интерстициальному отеку, к клеточному хаосу и смерти. Кислород является основным ключевым «топливом», необходимым для осуществления клеточных функций. Аэробный метаболизм эффективно восполняет высокоэнергетические фосфатные связи, необходимые для нормального функционирования клеток. Отсутствие кислорода приводит к анаэробному метаболизму и увеличению концентрации молочной кислоты. Развивающийся ацидоз приводит к нарушениям ферментной кинетики, к разрушению высокоэнергетических связей и возможности синтезировать энергию, необходимую для поддержания гомеостаза (Rhodes R.S., DePalma R.G., 1980). Таким образом, ишемия, в отличие от гипоксии, имеет существенные отличия, поскольку она характеризуется ацидозом, аккумуляцией NO, и NO-метаболитов, накоплением аденозина и других энергетических метаболитов, и, по-видимому, накоплением оксидантов и продуктов окисления. При «чистой» гипоксии эти факторы встречаются менее часто (Кузнецов О.Г., 2001).
В исследованиях последних лет было показано, что во время острой ишемию в клетках различных тканей все же протекают кислород-зависимые процессы. Они лежат в основе любых метаболических процессов и определяют характер трансформации энергии и перекисного окисления липидов (ПОЛ), синтеза циклических нуклеотидов, эйкозаноидов и других регуляторов клеточных функций. Уже доказано, что изменение соотношения внутриклеточного кислорода и его активных форм является индуктором этих повреждений (Granger D.N., Hollwarth М.Е., 1985, Биленко М.В., 1989, Таций Ю.П., 1997). М.В. Биленко (1998) показано достаточно длительное по времени сохранение в клетках остаточного кислорода во время острой ишемии, а явный его избыток в реперфузионном периоде, по ее мнению, превышает антиоксидантные возможности организма.
Различные ткани по разному устойчивы к действию гипоксии и ишемии. Скелетные мышцы могут восстановиться после многочасовой ишемии, в то время как невосстанавливаемые повреждения нейронов развиваются через несколько минут. В течение многих лет и в настоящее время изучаются различные аспекты клеточной смерти в условиях ишемии (Chambers R, Resnikoff Р, 1996). Изучаются состояние цитоскелета, клеточных мембран, ионной регуляции. Как установлено, среди прочих, критическим фактором, ведущим к клеточной смерти, индуцированной ишемией, является истощение клеточных энергетических субстанций, особенно распад АТФ, приводящий к резкому нарушению гомеостаза и потере ионного градиента через клеточные мембраны (Смирнов А.В., Криворучко Б.И., 1998).
Характеристика групп экспериментальных животных
Исследование проведено на 31 половозрелых беспородных собаках-самцах, массой 12 - 15 кг. Все животные содержались в виварии в соответствии с "Санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических помещений (вивариев)", утвержденными МЗ СССР 06.07.73 и приказом МЗ СССР № 163 от 10.03.66.
В соответствии с поставленными целями и задачами эксперимента все животные были распределены на 3 группы:
1- группа сравнения - животные в условиях фиксации и наркоза (п=6);
2 группа - животные, в лечении которых использовалась гемосорбция на стандартном сорбенте СКН-2К (п=12);
3 группа - животные, в лечении которых использовалась гемосорбция на сорбенте СКН-2К модифицированном глутатионом (п=13);
Оценка парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени при синдроме ишемии - реперфузии в эксперименте
Для оценки состояния кровотока в скелетных мышцах конечности при развитии синдрома ишемии с последующей реперфузией нами изучено парциальное напряжение кислорода в мышцах бедра и голени.
У животных группы сравнения в условиях фиксации и наркоза физиологическое состояние кровотока в скелетных мышцах бедра и голени характеризовалось практически идентичными количественными значениями рОг. Так, в мышцах бедра количественные показатели рОг составили в среднем 46,7±2,3 мм рт. ст., а в мышцах голени - 47,5±2,6 мм рт. ст., при этом различия между представленными показателями были не достоверны (р 0,05).
При моделировании острой ишемии уже через 15 мин с начала прекращения магистрального кровотока в задней конечности у экспериментальных животных регистрировалось достоверное снижение pd, которое продолжалось в течение всего периода 4-х часовой ишемии, когда рСЬ в мышцах бедра составило 19,1 ± 1,2 мм рт. ст., а в мышцах голени —11,2 ± 0,9 мм рт. ст. (рис. 1)
Необходимо отметить, что в мышцах голени уменьшение рОг оказалось более выраженным, чем в мышцах бедра, причем данные различия были статистически достоверны (р 0,01), что свидетельствует о более значительных ишемических процессах в мышцах голени в условиях острого прекращения магистрального кровотока.
У животных уже с первых минут реперфузии конечности, подвергшейся острой ишемии, отмечались признаки восстановления кровообращения в виде выраженной гиперемии, пульсации артерии и роста парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени. Наиболее значительный прирост рС 2 отмечается к 3-му часу после начала реперфузии, когда средние показатели рОг в мышцах бедра составили 22,4 мм рт. ст., а в мышцах голени 32,8 мм рт. ст. (р 0,001) (рис.2).
Несмотря на объективные признаки улучшения кровоснабжения скелетных мышц в постишемизированнои конечности при восстановлении кровотока, показатели рОг у животных после реперфузии былшдостоверно ниже показателей животных группы сравнения (рис. 3).
Оценка парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени при лечении синдрома ишемии - реперфузии гемосорбцией на стандартных и модифицированных сорбентах
Как отмечалось в главе 3 у животных в течение 4-х часовой ишемии происходит значительное снижение парциального напряжения Ог в мышцах бедра и голени с последующим возрастанием в период реперфузии до 22,9±0,9 мм рт.ст. и 32,8±1,3 мм рт. ст. соответственно, что однако достоверно ниже показателей животных группы сравнения (р 0,05) и связано с развитием феномена "slow-reflow".
Проведение гемосорбции на стандартном сорбенте СКН-2К у животных 2-ой группы приводило к дальнейшему снижению парциального напряжения кислорода в скелетных мышцах бедра и голени до 15,9 мм рт. ст. и 20,9 мм рт. ст. соответственно (р 0,05). Причем рОг в мышцах бедра после гемосорбции оказалось даже ниже, чем на высоте ишемии (р 0,05) (рис. 18) Полученные результаты свидетельствуют о продолжающемся ухудшении кровообращения мышц бедра и голени вследствие их реперфузионного повреждения и отсутствии эффекта от гемосорбции на стандартном сорбенте.
Можно предположить, что при проведении гемосорбции на стандартном гемосорбенте феномен "slow-reflow" дополняется дефицитом кислорода в проксимальных к месту перевязки артерии мышцах бедра, которые в физиологических условиях обеспечены кровоснабжением в условиях большего артериального давления, более развиты и функционально отягощены по сравнению с мышцами голени и, в связи с этим, имеют более высокую потребность в оксигенации и реоксигенации.
В то же время при проведении экстракорпоральной детоксикации на модифицированном гемосорбенте СКН-2К у животных 3-ей группы в скелетных мышцах бедра и голени отмечались явления оптимизации кровоснабжения ткани, проявляющиеся последовательным увеличением рОг в исследуемых мышцах задней конечности.
Через 1 час после применения модифицированного гемосорбента рСЬ в мышечной ткани бедра возрастало до 38,1 мм рт. ст., а голени до 56,9 мм рт. ст. (р 0,05). Причем рОг в мышцах бедра после проведения гемосорбции было достоверно ниже показателя животных группы сравнения (р 0,05), а в мышцах голени превышало этот уровень (р 0,05), что подтверждает предположение о наиболее интенсивном протекании процессов реоксигенации; именно в мышцах этого отдела конечности, связанных с меньшей мышечной массой и лучшим кровоснабжением голени (рис. 19).
Таким образом, гемосорбция на модифицированном сорбенте приводит к восстановлению оксигенации тканей после ишемии и реперфузии конечностей. Проведение же гемосорбции на стандартном гемосорбенте СКН-2К напротив приводит к снижению парциального напряжения кислорода скелетных мышц.
