Способ защиты легких от ишемического и реперфузионного повреждения во время кардиохирургических вмешательств с искусственным кровообращением

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, к технологиям проведения анестезиолого-перфузионного обеспечения кардиохирургических вмешательств.

Послеоперационная легочная дисфункция у кардиохирургических пациентов является частым и серьезным осложнением данных вмешательств. По данным различных авторов у 12-40% больных, перенесших вмешательство в условиях искусственного кровообращения (ИК), ранний послеоперационный период осложняется развитием острой дыхательной недостаточности [1]. Развитие дыхательной недостаточности существенно утяжеляет течение послеоперационного периода, приводит к увеличению срока госпитализации пациентов, стоимости проводимого лечения и росту инвалидизации и летальности у данного контингента больных [2].

Патогенез данного состояния полиэтиологичен и включает как исходное состояние респираторной системы пациентов и наличие сопутствующих заболеваний, так и непрямые повреждающие факторы, в т.ч. ИК [3]. При этом повреждение легких, индуцированное ИК, является комплексным и включает активацию системы комплемента и цитокинов, увеличение адгезии нейтрофилов и их миграцию в экстраваскулярное пространство, а также свободно-радикальное повреждение [4]. Данный воспалительный ответ со стороны легких формируется не только как системная реакция организма на проведение механической перфузии, но и как следствие изменений в региональной перфузии легких во время ИК. Легкие имеют бимодальное кровоснабжение из систем легочной и бронхиальных артерий с обширной сетью анастомозов, однако во время ИК поток крови к паренхиме легких сохраняется в основном через бронхиальные артерии, а кровоток через систему легочной артерии падает немедленно с началом ИК. Считается, что кровоток по бронхиальным артериям обеспечивает не более 5% потребности легочной ткани в кислороде даже в условиях системной гипотермии и может стать неадекватным для поддержания нормальной альвеолярной перфузии. Таким образом, ИК подвергает паренхиму легких риску ишемического и постишемического реперфузионного повреждения, манифестирующего как острое нарушение оксигенирующей функции легких в раннем послеоперационном периоде.

Для разработки способов предупреждения повреждений легких во время ИК необходимо понимание физиологических процессов кровоснабжения (питания) функциональной единицы паренхимы легких - ацинуса, состоящего из респираторной бронхиолы, альвеолярного хода и собственно альвеол. Бронхиальные артерии, отходящие от нисходящей аорты, осуществляют кровоснабжение паренхимы легких до уровня терминальных бронхиол. Стенка альвеолы получает кислород непосредственно во время вдоха, при контакте с вдыхаемым воздухом. Питание респираторной бронхиолы и альвеолярного хода осуществляется за счет оксигенированной крови легочных капилляров системы легочной артерии [5]. При этом между бронхиальными артериями и прекапиллярами, капиллярами и посткапиллярами системы циркуляции легочной артерии существует обширная сеть анастомозов, осуществляющих кровоснабжение ацинуса в чрезвычайных обстоятельствах, при которых поток крови через легкие приостанавливается (например, при хронической тромбоэмболии легочной артерии) [6]. Механизм повреждения легких при проведении ИК состоит в недостаточности кровоснабжения ацинуса по артерио - артериальным анастомозам (бронхиальные артерии - легочная артерия) в связи со спазмом запирающих артерий («краны» внутрилегочных шунтов) на фоне централизации кровообращения, характерного для ИК. При этом происходит гипоксическое повреждение ацинуса с развитием регионарного воспалительного ответа, значительного скопления альбумина, лактатдегидрогеназы, нейтрофилов и эластазы в бронхоальвеолярной жидкости, что в совокупности с альвеолярной гиповентиляцией во время ИК является ответственными за развитие микроателектазов, гидростатического отека, ухудшение легочного комплайнса и диффузионной способности легких с формированием дыхательной недостаточности и высокой частотой инфекционных осложнений в раннем послеоперационном периоде [7].

Известен способ защиты легких от ишемического и реперфузионного повреждения во время кардиохирургических вмешательств с ИК, заключающийся в проведении искусственной вентиляции легких (ИВЛ) во время ИК с дыхательным объемом 4 мл/кг, частотой дыханий 6 в 1 мин, РЕЕР5 см вод. ст., FiO₂ 0,3-0,4 [8].

Данный способ является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа.

Недостатком данного способа является незначительное влияние на оксигенацию легочной паренхимы и невозможность исключить ишемическое и реперфузионное повреждение легких время ИК за счет нарушения ветиляционно-перфузионного сопряжения и отсутствия кровоснабжения респираторной бронхиолы и альвеолярного хода при проведении ИВЛ.

Задачей изобретения является создание патогенетически обоснованного способа защиты легких от ишемического и реперфузионного повреждения легких во время ИК с отсутствием ограничений к применению, минимальными техническими требованиями и финансовыми затратами.

Поставленная задача решается путем проведения ИВЛ на протяжении всего периода ИК с дыхательным объемом 4 мл/кг, частотой дыханий 6 в 1 мин, PEEP 5 см вод. ст., FiO₂ 0,3-0,4 и одновременной доставкой в контур экстракорпоральной циркуляции оксида азота - NO в дозе 40 ppm сразу после подключения аппарата искусственного кровообращения (АИК) и достижения расчетной объемной скорости перфузии и перфузионного баланса на протяжении всего периода ИК.

Новым в предлагаемом изобретении является проведение ИВЛ одновременно с подачей оксида азота NO в магистраль подачи газо-воздушной смеси АИК в дозе 40 ppm на протяжении всего периода проведения искусственного кровообращения.

Техническим результатом данного изобретения является сокращение числа респираторных осложнений в послеоперационном периоде у пациентов, оперированных в условиях ИК, снижение финансовых затрат на лечение и улучшение результатов кардиохирургических вмешательств.

Воздействие на механизмы метаболической регуляции капиллярного кровотока является патогенетически обоснованным. NO как локальный медиатор сосудистых реакций выступает мощным дилататором запирательных артерий с открытием анастомозов между бронхиальными артериями и системой легочной артерии. В результате оксигенированная кровь поступает к респираторным бронхиолам и альвеолярным ходам легочной паренхимы, улучшается вентиляционно-перфузионное сопряжение, что предотвращает ишемическое и реперфузионное повреждение ацинуса.

Отличительные признаки проявили в заявляемой совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и не очевидные для специалиста. Идентичной совокупности признаков не обнаружено в проанализированной патентной и научно-медицинской литературе. Предлагаемый в качестве изобретения способ может быть использован в практическом здравоохранении для повышения качества и эффективности лечения.

Исходя из вышеизложенного, следует считать данное техническое решение соответствующим условиям патентоспособности: «новизна», «изобретательский уровень», «промышленная применимость».

Способ осуществляют следующим образом: на протяжении всего периода ИК проводят ИВЛ с дыхательным объемом 4 мл/кг, частотой дыханий 6 в 1 мин, PEEP 5 см вод. ст., FiO₂ 0,3-0,4, и одновременно осуществляют доставку NO в контур экстракорпоральной циркуляции в дозе 40 ppm сразу после подключения аппарата искусственного кровообращения и достижения расчетной объемной скорости перфузии и перфузионного баланса на протяжении всего периода ИК. Перед отлучением пациента от механической перфузии и переводом на естественное кровообращение настройки ИВЛ возвращают к исходным доперфузионным параметрам, а подачу NO в контур экстракорпоральной циркуляции прекращают.

Клинический пример

Пациент П., 58 лет; вес 112 кг; рост 173 см.

Основной диагноз: Ишемическая болезнь сердца, постинфарктный кардиосклероз (2014). Отрыв хорд передней створки митрального клапана, митральная регургитация 4 степени. Атеросклероз коронарных артерий: ВТК - 75%, OA - 50%, ПКА ДО 30%. НК1ФК2 (NYHA)

Сопутствующие заболевания: гипертоническая болезнь 3, гипертрофия левого желудочка, риск 4. Состояние после острого нарушения мозгового кровообращения по смешанному типу (2006). Ожирение 2 степени.

Пациенту выполнена транслокация хорд передней створки митрального клапана, пластика митрального клапана опорным кольцом и аорто-коронарное шунтирование ВТК реверсированной аутовеной в условиях ИК и фармако-холодовой кардиоплегии «Кустодиолом» на фоне комбинированной анестезии и ИВЛ. Продолжительность искусственного кровообращения составила 138 мин, время тотальной ишемии миокарда 82 мин.

Подключение аппарата искусственного кровообращения по схеме «аорта - правое предсердие». Искусственное кровообращения осуществлялось в непульсирующем режиме. Перфузионный индекс 2,8 л/мин/м². ИВЛ в предперфузионном периоде проводилась согласно принятым в кардиохирургии рекомендациям: с дыхательным объемом 6-8 мл/кг, частотой дыхания 10-14 в мин (для достижения нормокапнии), РЕЕР5-7 см вод. ст., FiO₂ 0,4. После подключения аппарата искусственного кровообращения и достижения расчетной объемной скорости перфузии и перфузионного баланса ИВЛ не прекращали и установили параметры с дыхательным объемом 4 мл/кг, частотой дыханий 6 в 1 мин, РЕЕР5 см вод. ст., FiO_а 0,3-0,4. Одновременно осуществляли подачу NO в контур экстракорпоральной циркуляции в дозе 40 ppm. Дозирование NO осуществлялось с помощью анализатора PrinterNO_X (CareFusion). Уровень метгемоглобина в периферической крови контролировался методом отражающей фотометрии с помощью газоанализатора Stat Profile ССХ (Nova Biomedical, USA). Данный протокол проведения ИВЛ и подачи NO сохраняли на протяжении всего периода проведения искусственного кровообращения. Перед отлучением пациента от механической перфузии и переводом на естественное кровообращение настройки ИВЛ вернули к исходным доперфузионным параметрам, а подачу NO в контур экстракорпоральной циркуляции прекратили. Отлучение от искусственного кровообращения произошло на фоне стартовых доз инотропной поддержки (допамин 4 мкг/кг/мин, адреналин 0,02 мкг/кг/мин) без признаков перегрузки левых или правых отделов сердца (ЦВД - 8 мм рт.ст., ДЗЛА - 6 мм рт.ст.) и без потребности в высокой ингалируемой фракции кислорода (FiO₂ - 0,35). Статическая податливость респираторной системы в постперфузионном периоде составила 74 мл/см вод.ст, и была даже выше доперфузионных значений (68 мл/см вод.ст.), что указывает на протективный эффект способа в предупреждении повреждения легких. Ранний послеоперационный период протекал без особенностей. Пациент не требовал массивных доз инотропной поддержки. На протяжении первых 48 часов кумулятивная инфузионная нагрузка составила 4800 мл, диурез составил 7200 мл, объем дренажных потерь 200 мл, расчетные перспирационные потери - 710 мл. Средний гемоглобин составил 114 г/л. Пациенту не потребовалось проведение продленной ИВЛ, экстубация произошла через 5 часов после перевода в отделение анестезиологии - реанимации (ОАР). При этом P/F индекс за время наблюдения в ОАР не снижался менее 350 со средним значением 380 на протяжении 48 ч, что также подтверждает эффективность способа в предупреждении повреждения легких во время ИК. Осложнений в раннем послеоперационном периоде не наблюдалось. Время пребывания в ОАР составило 2 суток.

Предлагаемый авторами способ апробирован у 40 пациентов и позволяет защищать легкие от ишемического и реперфузионного повреждения во время ИК с отсутствием ограничений к применению, минимальными техническими требованиями и финансовыми затратами, что ведет к сокращению числа послеоперационных осложнений и улучшению результатов кардиохирургических вмешательств.

Список использованной литературы

1. Badenes R., Lozano A., Belda F.J. Postoperative pulmonary dysfunction and mechanical ventilation in cardiac surgery. Crit. Care Res. Pract. Vol. 2015; 2015: 420513.

2. Badenes R., Lozano A., Belda F.J. Postoperative pulmonary dysfunction and mechanical ventilation in cardiac surgery. Crit. Care Res. Pract. Vol. 2015; 2015: 420513.

3. Atabai K, Matthay MA et al. The pulmonary physician in critical care: Acute lung injury and acute respiratory distress syndrome: definitions and epidemiology. Thorax 2002; 57: 452-458.

4. Beer L., Szerafin Т., Mitterbauer A., Debreceni T., Maros Т., Dworschak M. et al. Continued mechanical ventilation during coronary artery bypass graft operation attenuates the systemic immune response. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2013; 44 (2): 282-7.

5. Навратил M., Кадлец К., Даум С. Патофизиология дыхания. М.: Медицина; 1967.

6. Wagenvoort С.А., Wagenvoort N. Arterial anastomoses, bronchopulmonary arteries and pulmobronchial arteries in perinatal lungs. Lab. Invest. 1967; 16: 13-4.

7. Magnusson L., Zemgulis V., Tehling A., Wernlund J., H., Thelin S., Hedenstierna G. Use of a vital capacity maneuver to prevent atelectasis after cardiopulmonary bypass. Anesthesiology. 1998. Vol. 88 (1). P. 134-142.

8. Imura H., Caputo M., Lim K., Ochi M., Suleiman M.S., Shimizu K. et al. Pulmonary injury after cardiopulmonary bupass. Beneficial effects of low-frequency mechanical ventilation. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2009; 137 (6): 1530-7.