Удаление медиаторов воспаления с помощью сбалансированной ульстрафильтрации во время искусственного кровообращения

Р.Д. Толлман, М. Дюмон, Д. Браун Коламбус, Огайо, США

Введение

Искусственное кровообращение (ИК) является фундаментальным компонентом множества кардиохирургических операций, однако вызываемый им системный воспалительный ответ способствует развитию множества побочных эффектов в послеоперационном периоде. Это связано с большим количеством факторов, включая контакт крови с небиологическими поверхностями, пребывание ее в нефизиологичных условиях, хирургическую травму, ишемию и реперфузию миокарда после снятия зажима с аорты, изменения температуры тела, выброс эндотоксинов. Эти патологические условия вызывают воспалительный ответ у всех больных разной степени выраженности. Он характеризуется активацией комплемента и выбросом цитокинов. Наиболее важной реакцией системы комплемента при воспалении является деградация его компонентов С3 и С5 до С3а и С5а. Активация комплемента происходит вследствие выброса гистамина, агрегации тромбоцитов и лейкоцитов, повышенной проницаемости капилляров и легочной вазоконстрикции.

Основными медиаторами цитокинов, отвечающих за воспалительный ответ, являются альфа-фактор некроза опухолей (ФНО), бета-интерлейкин-1 (ИЛ-1), ИЛ-6 и ИЛ-8. Одновременная активация комплемента и цитокинов способствует послеоперационной дыхательной недостаточности, почечной недостаточности, неврологическим нарушениям и нарушениям свертывающей системы. Если защитная система организма больного не справляется с воспалительным ответом, эти медиаторы могут вызвать развитие осложнений, или даже более того, полиорганной недостаточности. Ультрафильтр - это устройство, предназначенное для удаления избытка жидкости и сгустков, появляющийся во время ИК. Удаление сгустков размером меньше размера пор полупроницаемой мембраны удаляются благодаря трансмембранному градиенту давления. Теоретически сгустки и вода плазмы будут удаляться в той же концентрации, в какой они присутствуют в крови.

Преимуществами ультрафильтрации являются удаление избытка жидкости, улучшение гемодинамики, уменьшение кровопотери и необходимости гемотрансфузии, уменьшение повреждений головного мозга, увеличение осмотического давления и гематокрита. Это связано не только с удалением избытка жидкости, а так же со способностью удалять основные медиаторы воспалительного ответа. Большинство медиаторов воспаления имеют молекулярный вес меньше размера пор мембраны ультрафильтра, что должно позволять им хорошо проходить через фильтр. Однако некоторые медиаторы, имея даже небольшой вес, не проходят через мембрану. Это может объясняться тем, что эти медиаторы связаны с белками. Преимущество ультрафильтрации изучались преимущественно в педиатрических условиях, в которых после ИК наиболее выражены отёк тканей и полиорганная недостаточность.

Исследования, проведённые Journois et al. и Wang et al., показали, что во время ультрафильтрации не удаляет ИЛ-8, хотя его молекулярный вес достаточно мал. Во множестве исследований делается вывод, что основные медиаторы воспаления ФНО и ИЛ-6 легко удаляются ультрафильтром и их концентрация уменьшается. Исследования Andreasson показали, что в результате ультрафильтрации также уменьшается плазменная концентрация С3а и С5а. Bellomo et al. доказали, что у септических больных ультрафильтрация удаляет ФНО и ИЛ-1.

Выводом этого исследования было, что удаление некоторых медиаторов воспаления может продлить развитие полиорганной недостаточности. Основные преимущества ультрафильтрации наблюдаются при её использование у больных с риском развития полиорганной недостаточности (больные после ИК), а не при уже текущем процессе. Максимальная активация комплемента и выброс цитокинов связано с вазой согревания во время ИК. По этой причине использование ультрафильтрации во время согревания может привести к максимальному удалению медиаторов и ослаблению воспалительного каскада. Сбалансированная ультрафильтрация является методом фильтрации жидкости замещения её равным объёму сбалансированного кристаллоидного раствора «плазмалит».

Общим преимуществом для больного является прямое следствие удаление сгустков. В педиатрических исследованиях было доказано, что использование сбалансированной ультрафильтрации улучшает после операционного состояния больного. ФНО, миелопероксидаза и С3а удаляются во время сбалансированной ультрафильтрации в большом количестве, уменьшается послеоперационной кровопотери и продолжительности искусственной вентиляции лёгких. Также в пробах, взятых через двадцать четыре часа после операции, значительно уменьшалась концентрация ИЛ-6, ИЛ-8 и миелопероксидаза.

Целью данного исследования является определение способности сбалансированной ультрафильтрации удалять медиаторы воспаления в большом количестве у взрослых, подвергавшихся операциям с искусственным кровообращением, а также влияет ли удаление этих медиаторов на их концентрацию в плазме крови и на другие признаки осложнений.

МЕТОДЫ

В исследование вошли взрослые больные в возрасте младше 80 лет, подвергшиеся операции аортокоронарного шунтирования или протезирования одного из клапанов сердца в клинике государственного университета Огайо. Больные имели оценку класса II-IV по ASA, гемоглобин >100 г/л, гематокрит >30%, креатинин Ј18 мг/л, число лейкоцитов 5-10 х103/мкл, количество тромбоцитов 150-400 х103/мкл. Критериями исключения из исследования были различные клинические состояния (заболевания почек, печени, легких), фракция изгнания меньше 35%, необходимость применения апротинина. Также из исследования были выведены больные, применявшие любые противовоспалительные препараты.

Данная работа проводилась как проспективное, рандомизированное, слепое исследование. Изучались контрольная группа и группа сбалансированной ультрафильтрации. В исследуемой группе использовался гемоконцентратор, включенный в артериальную магистраль экстракорпорального контура. Применялся гемоконцентратор HPH 1400 Hemocor фирмы Minntech, площадь контактной поверхности 1,3 м2, полисульфонные микропористые волокна. Он фильтрует кровь, удаляя молекулы массой менее 65000 Да. Процесс ультрафильтрации начинали не ранее, чем через 15 минут после начала искусственного кровообращения, и он проходил с трансмембранным давлением 300 мм Hg. Жидкость удалялась со скоростью 1 л каждые 10 мин пока не был удален объем, равный 3 л/м2 поверхности. Для замещения удаленного объема жидкости использовалось равное количество кристаллоидного раствора «плазмалит».

В контрольной группе в течение всей операции не использовались никакие виды ультрафильтрации. Персонал операционной был извещен о процедуре сбалансированной ультрафильтрации, а клинические лаборанты не имели информации о исследуемой группе больных (это было сделано для избежания влияния на анализы). Также о группах больных не были извещены сотрудники отделения интенсивной терапии. Для поддержания чистоты эксперимента во всех случаях работала одна и та же бригада хирургов и перфузиологов. Полученная отфильтрованная жидкость изучалась на содержание цитокинов и комплемента. В крови больных исследовалось количество воспалительных медиаторов до и после ультрафильтрации. Данные по больным собирались по следующим этапам: Т1 – перед ИК Т2 – сразу после ИК, Т3 – через 12 часо послеИК.

Для статистического анализа использовался t-тест Стьюдента не параметрический метод, а также Крускал-Уоллиса.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В каждую из групп вошло по 15 больных. Один из больных контрольной группы умер до взятия последней пробы из-за выраженной коагулопатии, и был заменен другим больным. По предоперационным данным между группами не было статистически достоверных различий. В контрольной группе было 12 мужчин и 3 женщины, средний возраст 62,8 года. В группе сбалансированной ультрафильтрации было 10 мужчин и 5 женщин, средний возраст 62,7 года. Одному больному в контрольной группе было выполнено протезирование аортального клапана, всем остальным – АКШ (2, 3 или 4 шунта). Средняя поверхность тела в группе сбалансированной ультрафильтрации составляла 2,1 ± 0,31 м2 , средний удаленный объем жидкости – 6472 мл. Средняя концентрация медиаторов в ультрафильтрате была: ИЛ-1 0,17 пг/мл, ИЛ-6 0,64 пг/мл, ФНО 1,25 нг/мл, С3а 782,6 нг/мл, С5а 25,65 нг/мл. Все субстанции, исключая ИЛ-1, были найдены в количестве, значительно больше 0. Концентрация медиаторов в ультрафильтрате не отражала их концентрации в плазме крови больных ни до, ни после ИК.

Среднее удаленное количество медиаторов составило: ИЛ-6 3,98 ± 4,89 мкг, ФНО 8,19 ± 10,75 мкг, С3а 4,9 ± 3,0 мг, С5а 0,17 ± 0,22 мг. Ни один из параметров, полученных до ИК, не различались между двумя группами. Однако сразу после окончания ИК статистически достоверно в группе статистической ультрафильтрации был увеличен плазменный уровень ФНО (р=0,0362) и С3а (р=0,0294). Через 12 часов после окончания ИК эти различия исчезли, вновь не было различия между группами. Также не было различий между группами по кровопотере продолжительности ИВЛ, длительности пребывания в отделении интенсивной терапии и длительности госпитализации.

ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты исследования показывают, что метод сбалансированной ультрафильтрации во время ИК удаляет значительное количество медиаторов воспаления. Из изучаемых медиаторов только ИЛ-1 не был удален в статистически достоверном количестве. Это может быть связано с тем, что его плазменная концентрация была очень низкой до ИК, и начала подниматься только после ИК. Не было выявлено связи между концентрациями медиаторов в плазме крови во время операции и в ультрафильтрате. Для точного определения количественной фильтрации необходимо исследовать пробы крови до и после ультрафильтра и вычислить коэффициент отсеивания.

В ходе сбалансированной ультрафильтрации было удалено большое количество этих субстанций, однако это не повлияло на их уровень в плазме крови ни сразу после ИК, ни через 12 часов. Действительно, у больных в исследуемой группе в плазме сразу после ИК был очень высокий уровень ФНО и С3а по сравнению с больными в контрольной группе. Объяснений этому может быть несколько. Во-первых, в исследованиях в педиатрической популяции было установлено, что во время сбалансированной ультрафильтрации в значительном количестве удаляется ИЛ-10, который является мощным ингибитором ФНО, ИЛ-1 и ИЛ-6. Таким образом, сразу после ИК больные лишаются защитного цитокина, а уровень ФНО увеличивается.

Другим возможным объяснением является появление в экстракорпоральном контуре в группе сбалансированной ультрафильтрации дополнительной чужеродной контактной поверхности (гемоконцентратор). Это и есть возможная причина увеличения концентрации комплемента, который, как известно, активируется при контакте крови с чужеродной поверхностью.

Дополнительный интерес представляет поведение ИЛ-1. В течение всего исследования не было выявлено значительных различий в концентрации этого цитокина ни внутри групп, ни между группами. Известно, что повышение концентрации ИЛ-1 появляется на фоне активации комплемента, поэтому удаление большого количества фрагментов комплемента во время сбалансированной ультрафильтрации гарантирует угнетение этого цитокина.