Введение

Известно, что искусственное кровообращение (ИК) оказывает негативное влияние на все органы и системы, что во многом обусловлено его влиянием на микроциркуляцию (МЦ). При этом состояние МЦ зависит не только от параметров центральной гемодинамики, но и определяется большим количеством параметров, таких как температура, гемодилюция, активация системного воспалительного ответа и др. В значительной степени нарушения МЦ связаны с повреждением структуры эндотелиального гликокаликса (ЭГ), которое ведет к изменению проницаемости эндотелиального барьера, воспалению и микротромбообразованию [1, 2].

С начала становления кардиохирургии ведутся поиски методов, которые могли бы уменьшить повреждающее воздействие ИК на органы и системы [3]. Одним из направлений этих поисков стало применение методики пульсирующего кровотока (ПК) вместо традиционного ламинарного кровотока (ЛК). Исследования, посвященные сравнению ПК и ЛК, а также их воздействию на МЦ, немногочисленны, а их результаты противоречивы [1, 4—6]. Изучение данного вопроса также осложняется трудностями диагностики нарушений МЦ. Однако современные возможности лабораторной диагностики позволяют диагностировать повреждение ЭГ и оценить степень выраженности эндотелиальной дисфункции.

В основу нашего исследования легла гипотеза о том, что ПК во время ИК позволит уменьшить деструкцию ЭГ, степень выраженности эндотелиальной дисфункции и тем самым оптимизировать МЦ в периоперационном периоде.

Цель исследования — сравнить влияние ЛК и ПК во время ИК на микроциркуляцию.

Материал и методы

В проспективное, рандомизированное, сравнительное исследование были включены 42 пациента, которым выполняли аортокоронарное шунтирование или коррекцию патологии клапанов сердца в условиях ИК с января по март 2023 г. Методом случайных чисел больные были рандомизированы на две группы в зависимости от типа кровотока во время ИК: в 1-й группе (n=21) применяли ПК, во 2-й группе (n=21) — ЛК. Все пациенты дали добровольное информированное согласие на исследование в ходе предоперационного осмотра анестезиолога.

Критериями исключения являлись экстренные оперативные вмешательства, сочетанные и повторные операции, пациенты с площадью поверхности тела (ППТ) >2 м², EuroSCORE II >7%, наследственный сфероцитоз.

У всех пациентов проводилась общая многокомпонентная сбалансированная анестезия на основе севофлурана в условиях расширенного анестезиологического мониторинга (ЧСС, инвазивное АД, центральное венозное давление, SpO₂, t°, мониторинг газового состава крови и кислотно-щелочного равновесия). ИК выполняли на аппарате Stockert S5 (Германия) с экстракорпоральным контуром Capiox («Terumo», Япония) в условиях нормотермии и нормоволемической гемодилюции (гематокрит поддерживали на уровне 25—29%) с перфузионным индексом 2,5 л/мин/м². Для защиты миокарда применяли кровяную кардиоплегию по методике Дель Нидо. В 1-й группе ПК начинали с момента пережатия аорты и продолжали до восстановления сердечной деятельности, частота пульсаций составляла 70 в 1 мин, длительность импульса (отношение длительности высокоскоростной фазы к длительности одного цикла пульса) — 40%, основной кровоток (скорость вращения во время низкоскоростной фазы в процентах от установленной номинальной скорости вращения) — 60%.

Для сбора интраоперационных данных была использована уникальная научная установка «Коллекция электронных карт анестезии кардиохирургических больных РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского» (уникальная научная установка «Коллекция электронных карт анестезии кардиохирургических больных РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского» ФГБНУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского» (г. Москва), руководитель УНУ: Б.А. Аксельрод, https://med.ru/ru/unikalnaa-naucnaa-ustanovka).

Для оценки нарушений МЦ были выбраны следующие лабораторные показатели: синдекан-1, ADAMTS-13, гепаран сульфат и фактор фон Виллебранда (vWF). Исследования синдекана-1, ADAMTS-13, гепаран сульфата выполняли с помощью полуавтоматических ИФА-анализаторов (инкубаторов, вошеров, ридеров) согласно инструкциям по применению к наборам реагентов. Фактор фон Виллебранда (концентрация антигена) исследован иммунотурбидиметрическим методом на автоматическом анализаторе Stago Sta Compact. Измерения проводили на трех этапах: 1-й этап — исход (сразу после вводной анестезии), 2-й этап — в конце ИК, 3-й этап — через 6 ч после окончания ИК. В послеоперационном периоде оценивали количество осложнений и длительность пребывания в отделении интенсивной терапии и стационаре.

Для статистической обработки полученных результатов использовали методы описательной статистики, корреляционного и сравнительного анализов, при множественных сравнениях — поправку Бонферрони. Количественные величины представлены в виде среднего±стандартного отклонения или медианы, межквартильного разброса (25-й, 75-й процентили), минимума и максимума в зависимости от результатов предшествующей проверки на нормальность распределения. Статистическая обработка материала осуществлялась с помощью статистических пакетов Statistica (v.10) for Windows и IBM SPSS Statistics 23.

Результаты

По клиническим и демографическим характеристикам группы между собой не различались (см. таблицу).

Клиническо-демографическая характеристика больных

Примечание. ИБС — ишемическая болезнь сердца, МАС — мультифокальный атеросклероз, ХОБЛ — хроническая обструктивная болезнь легких, ХБП — хроническая болезнь почек.

При анализе уровня синдекана-1 было выявлено отсутствие динамики между этапами в 1-й группе (рис. 1). Во 2-й группе отмечалось повышение концентрации синдекана-1 в конце ИК и через 6 ч после ИК по сравнению с исходом.

Рис. 1. Сравнительный анализ динамики синдекана-1 на различных этапах периоперационного периода.

В 1-й группе концентрация гепаран сульфата снижалась во время ИК с последующей тенденцией к росту через 6 ч после ИК (рис. 2). Во 2-й группе достоверные изменения показателя между этапами не обнаружены.

Рис. 2. Сравнительный анализ динамики гепаран сульфата на различных этапах периоперационного периода.

Динамика изменений ADAMTS-13 на различных этапах периоперационного периода была сходной (рис. 3). Так, в обеих группах отмечалась тенденция к снижению концентрации ADAMTS-13 к концу ИК с последующим достоверным ростом через 6 ч после ИК.

Рис. 3. Сравнительный анализ динамики ADAMTS-13 на различных этапах периоперационного периода.

Изучение динамики vWF в 1-й группе показало достоверное снижение его концентрации в конце ИК с последующим ростом через 6 ч после ИК (рис. 4). Во 2-й группе во время ИК концентрация vWF не изменялась, однако также наблюдалось нарастание концентрации через 6 ч после ИК. В конце ИК во 2-й группе значения vWF были выше, чем в 1-й группе.

Рис. 4. Сравнительный анализ динамики фактора фон Виллебранда на различных этапах периоперационного периода.

Частота гемолиза в конце ИК не отличалась между группами. В 1-й группе гемолиз наблюдался у 3 (14%) пациентов, во 2-й группе — у 2 (9,5%). Во всех случаях значения гемолиза не превышали 100 мг%.

Сравнительный анализ частоты послеоперационных осложнений, а также длительности пребывания в отделении интенсивной терапии и стационаре не выявил различий между группами.

Обсуждение

С момента проведения первого ИК продолжаются поиски методов, которые позволили бы снизить его негативное влияние на организм. Развитие инструментальных и лабораторных методов диагностики позволило существенно продвинуться в понимании влияния ИК на все органы и системы. Было показано, что ИК приводит к развитию синдрома системного воспалительного ответа, микроэмболии и вторичному повреждению жизненно важных органов. Параллельно велись исследования по сравнению различных температурных режимов перфузии, видов насосов аппаратов ИК и других параметров для того, чтобы разработать методику перфузии, вызывающую наименьшее количество осложнений. Заманчивой и логичной представлялась идея о том, что пульсирующий режим ИК, как наиболее приближенный к физиологическому кровотоку по сосудам, будет демонстрировать лучшие результаты по сравнению с ЛК.

При ПК с помощью роликового или центрифужного насоса создается пульсовая волна, которая моделирует условия естественного кровообращения с сердечными сокращениями и дальнейшим продвижением крови по сосудам. В ряде исследований было показано, что данный вариант кровотока позволяет снизить частоту послеоперационных осложнений и улучшить результаты хирургического лечения. В метаанализе C. Lim и соавт. [7] было продемонстрировано, что пульсирующий режим ИК позволяет снизить количество легочных осложнений, уменьшить длительность послеоперационной ИВЛ и в конечном счете уменьшить длительность пребывания в ОРИТ и стационаре. При этом в других исследованиях авторам не удалось обнаружить благотворного влияния ПК на частоту инфаркта миокарда и функцию почек [4]. E. Kadiroğulları и соавт. [5] также не выявили преимуществ ПК перед ЛК в отношении частоты послеоперационных осложнений и длительности госпитализации. Тем не менее в рекомендациях 2019 г. по ИК, разработанных совместно Европейской ассоциацией кардиоторакальных хирургов, Европейской ассоциацией кардиоторакальных анестезиологов и Европейским советом по кардиоваскулярной перфузии, указывается, что ПК все же может быть предпочтителен у пациентов с высоким риском легочных и почечных осложнений (класс IIa, уровень доказательности B) [3].

Одной из причин, по которой исследования, посвященные ПК, демонстрируют такие противоречивые результаты, является отсутствие стандартизации параметров ПК. Параметром, определяющим эффективность ПК, является не пульсовое АД, а так называемый избыток гемодинамической энергии [8]. Избыток гемодинамической энергии формируется как при ЛК, так и при ПК, однако в большинстве случаев в условиях ПК он будет выше. Тот факт, что эффективность ПК определяется именно разницей энергий, а не давлений, подтверждается тем, что при равном пульсовом АД два разных пульсирующих насоса будут вырабатывать различный объем гемодинамической энергии. Это в конечном счете будет приводить к различным клиническим результатам. Существует ряд исследований, подтверждающих взаимосвязь между избытком гемодинамической энергии и восстановлением функции жизненно важных органов в условиях ПК [9]. Однако исследования, посвященные этому вопросу, пока немногочисленны и носят в основном экспериментальный характер, что в первую очередь связано с трудностями расчета данного показателя. На наш взгляд, расчет избытка гемодинамической энергии в дальнейших исследованиях поможет объективизировать параметры ПК, облегчить накопление данных и анализ результатов исследований.

Вопросу влияния типа кровотока по время ИК на микроциркуляторное русло также уделялось внимание в литературе. Так, в работе N. Koning и соавт. [1] с помощью сублингвальной видеомикроскопии было показано, что плотность перфузируемых микрососудов не изменяется во время анестезии у больных, которым выполнялась реваскуляризация миокарда на работающем сердце, и снижается у пациентов, оперированных в условиях ИК. При этом данное снижение было более выраженным в группе ЛК по сравнению с ПК. Также была выявлена корреляция между толщиной ЭГ и плотностью перфузируемых микрососудов [1, 2].

В настоящее время существует большое количество исследований, подтверждающих ключевую роль состояния ЭГ в нарушениях МЦ при различных состояниях и ИК [2, 10—13]. В условиях ИК происходит слущивание наружного слоя ЭГ, которое приводит к истончению ЭГ и нарушению его структуры, что в свою очередь нарушает его барьерную функцию, приводя к развитию синдрома капиллярной утечки. Помимо этого, уменьшение напряжения сдвига эндотелия приводит к снижению синтеза и высвобождения оксида азота, в результате чего нарушается ауторегуляция работы прекапиллярных сфинктеров и возникает мозаичность кровотока в МЦ русле, т.е. развивается эндотелиальная дисфункция [14]. Важность роли ЭГ в поддержании адекватной МЦ органов-мишеней подтверждается исследованиями и у пациентов в критических состояниях. Так, в исследовании B. Fabian-Jessing и соавт. [15] было показано, что у пациентов, не выживших после сепсиса, наблюдалось истощение гликокаликса с увеличением количества адгезированных лейкоцитов.

Клиническая значимость последствий микроциркуляторных нарушений вследствие ИК определяется не только фактом повреждения ЭГ и эндотелиальной дисфункции, но и скоростью восстановления ЭГ после окончания перфузии. Достаточное напряжение сдвига и наличие потенциальных субстратов гликокаликса в плазме, таких как белки и производные гепарина, являются факторами, определяющими способность эндотелия восстанавливать свой гликокаликс [16]. Было показано, что ИК вызывает процесс деградации гликокаликса при любом типе кровотока, однако при ПК этот процесс менее выражен, а скорость восстановления гликокаликса после окончания ИК выше, чем при ЛК [1].

ЭГ представляет собой высокоорганизованную пространственную полианионную сеть с суммарным отрицательным зарядом и включает в себя ряд компонентов: мембранные гликопротеины, богатый углеводами слой протеогликанов, гликозаминогликаны, гиалуроновую кислоту, адсорбированные белки плазмы [12]. Условно ЭГ можно разделить на 2 слоя: примембранный (фиксированная часть, всегда прикрепленная к поверхности эндотелия) и растворимый или наружный, обратимо связанный слой (динамическая часть, которая взаимодействует с элементами циркулирующей крови). Определение содержания в крови компонентов различных слоев ЭГ является косвенным методом диагностики деструкции ЭГ.

Примембранный слой ЭГ составляют два семейства молекул клеточной поверхности — синдеканы и глипиканы. Именно они формируют основной белковый скелет ЭГ. Синдекан-1 является потенциально перспективным индикатором повреждения ЭГ. Уровень синдекана-1, циркулирующего в кровотоке, зависит от степени деструкции ЭГ, а также коррелирует с уровнями воспалительных цитокинов [10, 13, 17]. В нашем исследовании нам не удалось обнаружить различий в уровне синдекана-1 между группами. Однако отсутствие динамики показателя между этапами в 1-й группе и достоверный его рост после ИК во 2-й группе косвенно свидетельствуют о большей сохранности примембранного слоя ЭГ при ПК по сравнению с ЛК. Эти данные согласуются с результатами исследования D. Bruegger и соавт. [10], в котором авторы оценивали значения синдекана-1 в динамике у пациентов, оперированных с ИК и без него. В этом исследовании также не обнаружено различий в абсолютных значениях синдекана-1 между группами на различных этапах операции, однако был продемонстрирован более выраженный прирост значений данного показателя после перфузии по сравнению с базальным уровнем в группе с ИК.

Гепаран сульфат является гликозаминогликаном, который обратимо связывается с гликопротеинами и протеогликанами примембранной части ЭГ, составляя до 70% наружного слоя ЭГ. Учитывая физиологическую непрочность данных соединений, можно предположить, что даже незначительное повреждение структуры гликокаликса будет сопровождаться ростом концентрации гепаран сульфата в плазме крови [13, 17]. В нашем исследовании мы наблюдали снижение концентрации этого биомаркера в конце ИК в 1-й группе при отсутствии аналогичных изменений во 2-й группе. Возможно, это связно с тем, что в 1-й группе снижение концентрации во время ИК было закономерно обусловлено гемодилюцией, тогда как во 2-й группе истинный рост концентрации гепаран сульфата вследствие более выраженного повреждения ЭГ компенсировался гемодилюцией, в итоге маскируя динамику изменений между этапами.

Еще одним важнейшим свойством ЭГ является тромборезистентность. Эндотелиальная дисфункция проявляется нарушением синтеза и высвобождения различных биологически активных веществ, в частности фермента ADAMTS-13. ADAMTS-13 — это металлопротеиназа, основной задачей которой является расщепление слишком крупных мультимеров фактора фон Виллебранда. Снижение активности этого фермента приводит к накоплению таких мультимеров, что в свою очередь стимулирует агрегацию тромбоцитов и формирование микротромбов. В нашем исследовании нам не удалось выявить различий в значениях ADAMTS-13 между группами. При этом сходная динамика изменений концентрации ADAMTS-13 между этапами в обеих группах, вероятнее всего, была обусловлена гемодилюцией во время ИК и последующим восстановлением концентраций через 6 ч после окончания перфузии.

Еще одним маркером нарушения тромборезистентности эндотелия является vWF. Это сложный мультимерный адгезивный гликопротеин, синтезируемый эндотелиальными клетками и мегакариоцитами. Важнейшая функция этого фактора заключается в том, что он является носителем-стабилизатором для прокоагулянтного протеина FVIII:C, который циркулирует в сыворотке крови в виде нековалентно связанного комплекса и является белком адгезии в процессах гемостаза. Изменение содержания vWF в крови отражает нарушение антиагрегантных и антикоагулянтных свойств, повреждение эндотелиоцитов и развитие эндотелиальной дисфункции [17]. Однако еще одной целью определения концентрации высокомолекулярных мультимеров vWF является косвенная оценка напряжения сдвига эндотелия [18, 19].

Напряжение сдвига эндотелия — это сила трения, возникающая при взаимодействии протекающей крови с эндотелием. В этой модели эндотелий рассматривается как пласт ламинарного потока, не способный к движению вместе с кровью, но деформирующийся в ответ на воздействие. Изменение напряжения сдвига может непосредственно влиять не только на функцию, но и на структуру эндотелия. Согласно данным экспериментальных исследований, повышение напряжения сдвига замедляет апоптоз эндотелиальных клеток, стимулирует репаративные процессы в эндотелии и потенцирует синтез оксида азота и простациклина, обладающих дезагрегантным и антикоагулянтным эффектами. В большинстве проведенных исследований интенсивность эндотелиальной реакции повышалась с ростом напряжения сдвига [18, 19]. Так, в исследовании G. He и соавт. [11] была выявлена обратная корреляционная связь между напряжением сдвига стенки сонной артерии и концентрациями синдекана-1 и гепарана сульфата в плазме крови во время ИК.

В нашем исследовании более высокие значения vWF во время ИК у больных 2-й группы, вероятнее всего, можно объяснить меньшим напряжением сдвига эндотелия при ЛК. При этом у больных 1-й группы более высокие значения напряжения сдвига в условиях ПК ускоряли клиренс фактора фон Виллебранда, превращая его в лиганд для рецепторов макрофагов, что в свою очередь приводило к увеличению поглощения его макрофагами и утилизации. В ряде исследований были получены сходные результаты: обнаружена обратная корреляционная связь между концентрацией высокомолекулярных мультимеров vWF и напряжением сдвига эндотелия при ИК [18] и у больных с аортальным стенозом [19]. Однонаправленная динамика изменений концентрации ADAMTS-13 в обеих группах при различной динамике vWF свидетельствует о том, что снижение его во время ИК в 1-й группе не было связано с увеличением количества ADAMTS-13.

Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют с осторожностью предполагать, что ПК может иметь ряд преимуществ перед ЛК. Нами было отмечено позитивное влияние ПК на состояние микроциркуляции, которое заключалось в менее выраженной эндотелиальной дисфункции, большей сохранности структуры ЭГ и сохранении тромборезистентности эндотелия. Тем не менее небольшое число больных, включенных в данное исследование, не позволило выявить клинические последствия оптимизации микроциркуляции в виде снижения частоты осложнений и улучшения результатов хирургического лечения в целом.

Заключение

Сравнение динамики концентраций синдекана-1 и гепаран сульфата в обеих группах свидетельствует о меньшей выраженности деградации ЭГ в группе с ПК. Анализ изменений концентрации vWF свидетельствует о большем напряжении сдвига эндотелия при пульсирующем кровотоке. Динамика ADAMTS-13 не позволяет делать выводы о преимуществах того или иного типа кровотока во время ИК.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.