Оптическая биопсия для online-мониторинга функционального состояния миокарда при кардиохирургических операциях (экспериментальное исследование)

В настоящее время болезни сердечно-сосудистой системы занимают лидирующую позицию по заболеваемости и смертности в мире [1—3], в том числе в России [4]. Одним их видов оказания помощи пациентам с сердечно-сосудистыми заболеваниями является оперативное вмешательство на сердце. В связи с этим закономерно, что врачи проявляют значительный интерес к изучению и мониторингу функционального состояния миокарда [5—8]. Для оценки состояния миокарда в клинике используют различные методы: электрокардиографию, импедансометрию, ультразвуковое исследование сердца, сцинтиграфию миокарда, магнитно-резонансную томографию [9—12]. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Например, золотым стандартом изучения морфологического строения миокарда считается его биопсия, недостатки этого метода — травматичность, опасность контаминации и многие другие, большинство недостатков связано с инвазивностью метода.

Во время кардиохирургических операций для мониторинга состояния миокарда используют ряд методов: это определение маркеров повреждения миокарда из системного и коронарного кровотока, рН-метрия, термометрия миокарда и др. [13]. Каждый из методов несовершенен и имеет свои недостатки, но есть и общие: изолированность точек анализа, длительность получения результатов. Наличие таких недостатков иногда приводит к повреждениям миокарда, которые могут стать необратимыми (станнинг, инфаркт) [14—17]. Это обусловливает необходимость создания новых методов online-мониторинга состояния миокарда. Метод должен обладать малой инвазивностью, высокой тропностью и точностью. Достаточно перспективным методом оценки функционального состояния миокарда является лазерная флуоресцентная диагностика (ЛФД). Этот метод обладает хорошей точностью и специфичностью, что показано в экспериментах [18—20]. Следует отметить, что возможность получать данные из миокарда в режиме реального времени и при этом сохранять морфофункциональное состояние миокарда в целостности делает ЛФД достаточно актуальным и интересным методом для практической медицины.

Цель исследования — определить диагностическую значимость метода ЛФД в отношении выраженности ишемических, радиочастотных и реперфузионных повреждений миокарда в условиях кардиоплегического ареста.

Для апробации метода ЛФД выбраны пациенты Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук, которым проводилось оперативное лечение с применением искусственного кровообращения (ИК). Критерии включения пациентов в обследование — возраст старше 18 лет; наличие органического заболевания сердца, при котором требуется хирургическая коррекция в условиях ИК и фармакохолодовой кардиоплегии; подписанное информированное согласие. Критерии исключения — возраст менее 18 лет; признаки вторичной кардиопатии (ишемической или вальвулярной); повторные операции на сердце; полиорганная недостаточность; фракция изгнания левого желудочка менее 40%; декомпенсированная коморбидная патология; острый коронарный синдром; слипчивый перикардит; комбинированные и гибридные процедуры на открытом сердце; отказ от участия в исследовании.

В период с января 2017 г. по ноябрь 2018 г. в исследование включено 15 пациентов, которым проведена операция на «открытом» сердце с применением ИК и кардиоплегическим арестом. Средний возраст пациентов составил 60±9 лет.

Помимо стандартных методов интраоперационного мониторинга состояния миокарда использовали ЛДФ. Суть метода состоит в регистрации спектра вторичного излучения (флуоресценции) ткани при ее зондировании лазерным излучением в ультрафиолетовом спектре с длиной волны 365 нм, соответствующей длине волны поглощения излучения определенных биологических веществ: коллагена, эластина, восстановленной формы никотинамидадениндинуклеотида (НАДН), пиридоксина, флавинов, липофусцина. Для регистрации показателей ЛДФ использовали световой зонд одноканального аппарата лазерного диагностического ЛАЗМА СТ (ООО НПП «ЛАЗМА», Россия).

Для количественной оценки флуоресценции ткани миокарда применяли коэффициент флуоресцентной контрастности, который определяли по формуле:

K_f=1+(I_f—I_l)/(I_f—I_l),

где If — максимум (пик) интенсивности в линии флюоресценции биологического вещества, Il — максимум интенсивности в лазерной линии возбуждения.

Учитывая небольшую глубину зондирования с помощью данного прибора, для оценки состояния миокарда выбрали миокард правого предсердия. Используя ЛДФ, снимали показания с трех видов миокарда правого предсердия: интактного миокарда; миокарда после нетрансмуральной радиочастотной аблации; миокарда после трансмуральной радиочастотной аблации. Нетрансмуральную и трансмуральную радиочастотную аблацию выполняли до и после окклюзии аорты.

Во время операции проводили регистрацию показателей флуоресценции в следующих периодах: до окклюзии аорты; после кардиоплегической индукции; перед снятием зажима с аорты; после окончания искусственного кровообращения.

Для кардиоплегии использовали раствор Кустодиола (Dr. F. Köhler Chemie GmbH, Германия), имеющий температуру +6 °С, в общей дозе 25—30 мл на 1 кг массы тела, который вводили в течение 8 мин в два этапа: 50% дозы антеградно в коронарные артерии и 50% дозы ретроградно в коронарный синус.

Статистическую обработку полученных данных производили с применением пакета программ Statistica 10. Нормальность распределения оценивали с использованием критерия Колмогорова—Смирнова. При распределении, отличном от нормального, количественные переменные представили в виде медианы и квартилей ME (Q25; Q75). При сопоставлении количественных данных в двух группах использовали критерий Манна—Уитни. Статистически значимыми считали различия при уровне значимости р<0,05.

Установлено, что показатели индуцированной флюоресценции пиридоксина, коллагена, флавинов и липофусцина статистически значимо не различались во всех точках исследования. Вероятно, это связано с эффективной кардиоплегией, не допускающей значительного повреждения миокарда.

При анализе зависимости параметров ЛФД от времени аноксии миокарда («медленное» повреждение миокарда) статистически значимые различия получены на флуоресценции эластина (рис. 1). Коэффициент флуоресцентной контрастности эластина в интактном миокарде статистически значимо увеличивался после окклюзии аорты и проведения кардиоплегической индукции и перед окончанием периода аноксии по сравнению с ее уровнем до окклюзии аорты.

После начала реперфузии и окончания искусственного кровообращения уровень флуоресценции эластина возвращался к исходным значениям, соответствующим периоду до кардиоплегической индукции (см. рис. 1).

Рис. 1. Коэффициент флуоресцентной контрастности эластина в интактном миокарде по данным лазерной флуоресцентной диагностики на различных этапах операции с искусственным кровообращением.

Инт ДО — интактный миокард до окклюзии аорты; Инт НаО — интактный миокард в начале окклюзии аорты и после кардиоплегии; Инт КО — интактный миокард в конце окклюзии аорты, перед снятием зажима с аорты; Инт КИК — интактный миокард после отключения аппарата искусственного кровообращения. * — p<0,05 по сравнению с группой Инт ДО.

Коэффициент флуоресцентной контрастности эластина статистически значимо возрастал в миокарде после кардиоплегической индукции при проведении нетрансмуральной (р=0,04) и трансмуральной (p=0,03) радиочастотной аблации по сравнению с его показателями в интактном миокарде до окклюзии аорты (рис. 2). Исходя из этого, мы можем предположить, что нетрансмуральное повреждение миокарда после проведения кардиоплегии сопровождается наибольшими конформационными изменениями в структуре белка по сравнению с интактным миокардом до окклюзии аорты и по сравнению с трансмуральным повреждением миокарда. Трансмуральное повреждение миокарда сопровождается гораздо более значительными изменениями в структуре эластина, чем в интактном миокарде, но при этом менее выраженными, чем при нетрансмуральном повреждении. Подобное может объясняться не столь глубокими повреждениями миокарда, что оставляет возможность частичной компенсации структуры эластина.

Рис. 2. Коэффициент флуоресцентной контрастности эластина в интактном, нетрансмуральном и трансмуральном миокарде по данным лазерной флуоресцентной диагностики на различных этапах операции с искусственным кровообращением.

Обозначения: Инт ДО — интактный миокард до окклюзии аорты; Нетран НаО — миокард после нетрансмуральной радиочастотной аблации в начале окклюзии аорты и после кардиоплегии; Тран НаО — миокард после трансмуральной радиочастотной аблации в начале окклюзии аорты и после кардиоплегии. * — p<0,05 по сравнению с группой Инт ДО.

В качестве маркера «быстрого» повреждения при радиочастотном воздействии на миокард в условиях сохраненного коронарного кровотока оценивали содержание НАДН (рис. 3). До окклюзии аорты его показатели в интактном миокарде были статистически значимо выше (p=0,03), чем после радиочастотного трансмурального повреждения. Это говорит о том, что метаболический статус миокарда существенно изменился при трансмуральном повреждении, и часть макроэргических связей разорвана. Следовательно, уровень метаболизма при трансмуральном повреждении значительно снижается. Останавливается цикл трикарбоновых кислот, пропадает потребность в макроэргах, поэтому они перестают флуоресцировать.

Рис. 3. Коэффициент флуоресцентной контрастности восстановленной формы НАДН в интактном миокарде и при его трансмуральном повреждении по данным лазерной флуоресцентной диагностики до окклюзии аорты.

НАДН — никотинамидадениндинуклеотид; Инт ДО — интактный миокард до окклюзии аорты; Тран ДО — миокард после трансмуральной радиочастотной аблации до окклюзии аорты. * — p<0,05 по сравнению с группой Инт ДО.

На исход кардиохирургической операции в значительной степени влияет качество проводимой защиты миокарда за счет кардиоплегического ареста. Во время реперфузии миокард выходит из состояния станнинга и восстанавливается при неадекватной кардиопротекции миокарда из станнированного он может перейти в гибернирующий или получить необратимые повреждения вплоть до некроза. Клинически это проявляется снижением сократительной способности миокарда, аритмией и прочими признаками сердечной недостаточности.

К сожалению, в настоящее время нет единого метода, позволяющего в полной мере адекватно оценивать метаболический статус миокарда, особенно в период кардиоплегического ареста. Стандартные методы мониторинга состояния миокарда позволяют обнаружить нарушения метаболизма либо на работающем сердце (электрокардиография, эхокардиография), либо являются слишком трудоемкими для исполнения (гистологическое и гистохимическое исследование) и не позволяют осуществлять online-мониторинг, либо служат косвенным подтверждением нарушения метаболизма миокарда (рН-метрия, термометрия миокарда).

В нашем исследовании апробирован метод online-диагностики ишемических и реперфузионных повреждений миокарда. Доказано, что ЛФД позволяет мониторировать эффективность кардиоплегии, так как коэффициент флуоресцентной контрастности НАДН на интактном миокарде не изменялся в начале и в конце окклюзии аорты. Однако изменения, вызванные радиочастотной аблацией, говорят о возможности диагностики «быстрого» повреждения миокарда. Подобные данные позволяют судить об адекватности проведенной радиочастотной аблации либо о развитии необратимых повреждений миокарда, таких как интраоперационный инфаркт.

Подтверждением данных о чувствительности метода может служить факт увеличения коэффициента флуоресцентной контрастности эластина при «быстром» повреждении миокарда, что говорит о смене конформации или денатурации белка эластина при необратимых повреждениях миокарда. Следует отметить, что радиочастотная аблация проведена после окклюзии аорты, то есть исключаются помехи при флуоресценции этого белка. Таким образом, данный метод позволяет оценивать степень повреждения миокарда без применения высокочувствительных и дорогих исследований (иммуногистохимического исследования, гистометрии, цитометрии, спектроскопии и т.д.).

Помимо высокой чувствительности и специфичности ЛФД следует отметить скорость получения данных. Для того чтобы получить данные, достаточно 30 с, в то время как для реализации остальных методов требуется достаточно длительное время.

Однако есть ряд ограничений данного метода. Первым ограничением является незначительная глубина зондирования миокарда — порядка 8 мм. Это ограничение связано с несовершенством технологии и малой мощностью прибора. Вторым ограничением является площадь применения прибора. Это связано с диаметром зонда 3 мм. Не менее важным ограничением является необходимость плотного контакта со стенкой миокарда. Следовательно, метод ЛФД применим только при открытых операциях на сердце.

Результаты исследования показали, что метод лазерной флуоресцентной диагностики при проведении кардиохирургических операций с использованием искусственного кровообращения можно применять для оценки маркеров медленного (ишемического) и быстрого (радиочастотного) повреждения кардиомиоцитов в режиме online. Следовательно, это позволяет отнести метод лазерной флуоресцентной диагностики к методам экспресс-диагностики ишемических повреждений в миокарде. Однако следует отметить, что имеется ряд недостатков, которые нуждаются в доработке для более успешной адаптации метода в клинике.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.