Влияние общей анестезии на системный воспалительный ответ и нейрональное повреждение у детей с краниосиностозом в периоперационном периоде

Успешное выполнение нейрохирургических вмешательств на головном мозге во многом определяется вкладом факторов анестезиологического пособия по управлению внутричерепными объемами, обеспечению удовлетворительного интраоперационного состояния мозга, надежного гемостаза и гармоничного пробуждения больного [1—4]. В полной мере это относится и к детской нейрохирургии и нейроанестезиологии [5, 6].

Современные методики ингаляционной и тотальной внутривенной анестезии позволяют в определенной степени нивелировать некоторые интраоперационные многофакторные повреждения мозга, считавшиеся ранее необратимыми [7]. В детской анестезиологии высокую актуальность приобретает изучение проблемы нейротоксичности общих анестетиков, специфичности и контроля системного воспалительного ответа, запуска возможных механизмов нейронального апоптоза под влиянием общих анестетиков и нейрохирургического оперативного вмешательства в условиях развивающегося мозга, особенно у детей младшей возрастной группы [2, 7—12].

При нейрохирургических операциях у детей с краниоцеребральной диспропорцией представляется особенно важным выбор общего анестетика с минимальным нейротоксическим эффектом, запускающим нейрональное повреждение, поскольку, исходя из особенностей заболевания, при краниосиностозе дети первого года жизни сохраняют компенсированный соматический и неврологический статус и фактор церебрального повреждения может способствовать формированию отсроченного неврологического когнитивного дефицита, задержки психомоторного развития ребенка [10, 13, 14].

Таким образом, оптимизация анестезиологического пособия детям с краниосиностозом в периоперационном периоде, включая выполнение неинвазивной диагностической процедуры нейровизуализации — МРТ с контрастной перфузией, на основе повышения профиля безопасности общей анестезии является актуальной проблемой анестезиологии и нейрохирургии у детей.

Цель исследования — изучить влияние ингаляционной анестезии севофлураном и внутривенной анестезии (седации) пропофолом на механизмы системного воспалительного ответа и нейронального повреждения у детей младшей возрастной группы с краниосиностозом путем определения уровней биохимических маркеров воспаления — провоспалительных (интерлейкин (ИЛ)-6, ИЛ-8, фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α)) и противовоспалительных (ИЛ-10) цитокинов, а также маркера нейронального повреждения — белка s100B в плазме крови.

Проведено проспективное когортное клиническое исследование, в которое с февраля 2016 г. по май 2020 г. включены 38 пациентов в возрасте от 1 до 18 мес с диагнозом «несиндромальные формы краниосиностозов» (табл. 1). Критериями включения явились: срок гестации при рождении 37 нед и более; отсутствие внутриутробной инфекции и инфекционных заболеваний, неврологического дефицита; оценка при рождении по шкале Апгар 7—9 баллов; отсутствие приема каких-либо лекарственных препаратов, хирургических вмешательств ранее; клинический и биохимический анализы крови, соответствующие возрастным нормам по лабораторным данным. Критериями исключения из исследования явились: рождение в сроке до 37 нед гестации (недоношенные и глубоконедоношенные дети), с хроническими заболеваниями, принимающие препараты на постоянной основе, которые могут искажать картину маркеров системного воспалительного ответа (СВО); дети с грубым неврологическим дефицитом, декомпенсированными формами краниостенозов; пациенты, перенесшие вирусную или бактериальную инфекцию менее чем за 4 нед до даты нейровизуализационного исследования. Всем детям, включенным в исследование, выполняли МРТ головного мозга с перфузией в условиях моноанестезии севофлураном (n=23) и анестезии (седации) пропофолом (n=15) до выполнения реконструктивного нейрохирургического вмешательства. По классификации оценки физического статуса Американского общества анестезиологов (ASA) все пациенты отнесены к I или II классу.

Таблица 1. Характеристика пациентов, вошедших в исследование

Примечание. Данные предоставлены в виде: ¹ — среднего значения и стандартного отклонения (M±SD); ² — абсолютных (n) и относительных (%) величин.

Этическим комитетом ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России вынесено положительное решение о проведении данного исследования (выписка №07112019 из протокола заседания этического комитета №11-19 от 11 ноября 2019 г.). После получения от законного представителя информированного согласия на проведение анестезии детям выполнялось МРТ-исследование. Постановку периферического венозного катетера осуществляли до начала исследования, соответственно, до подачи анестетика, с забором первого образца крови. Далее проводили индукцию и поддержание анестезии.

1. В случае ингаляционной методики анестезиологическое пособие осуществляли с помощью МРТ-совместимого наркозно-дыхательного аппарата Dräger Fabius MRI (Drägerwerk AG, Германия), выполняли индукцию севофлураном (севоран, Abbott Laboratories, Великобритания) 8 об.% с потоком воздушно-кислородной смеси 8 л/мин (FiO₂=0,8) в течение 2 мин через неплотную лицевую маску, фиксированную силиконовыми держателями к голове пациента, поддержание анестезии 2,0—2,5 об.% севофлурана с потоком воздушно-кислородной смеси 1,5—2,5 л/мин (FiO₂=0,45), что соответствует 1 МАК (E.T. Eger II, 2001).

2. В случае внутривенной методики использовали пропофол (пропофол-липуро, B. Braun Melsungen, Германия), выполнялась индукция в дозе 2—3 мг на 1 кг массы тела с переходом на поддерживающую дозу 2,5 мг на 1 кг массы тела в час внутривенно микроструйно в течение всего периода выполнения МРТ. В процессе нейровизуализационного исследования осуществлялся мониторинг витальных функций (частота сердечных сокращений, частота дыхания, неинвазивное артериальное давление, SpO₂, etCO₂) с помощью МРТ-совместимого монитора Invivo Expression (Philips, Нидерланды).

По окончании исследования прекращали подачу анестетика и выполняли второй забор образца крови. Дети просыпались в течение 2—3 мин. Длительность анестезии при обоих методах составляла от 20 до 35 мин.

Ни у одного ребенка, вошедшего в исследование, не зафиксированы осложнения при проведении анестезии. Постнаркозный период протекал гладко, без проявления респираторных и гемодинамических нарушений. В случае применения севофлурана практически у всех детей после пробуждения отмечались непродолжительный плач и беспокойство, при использовании пропофола дети после пробуждения были более спокойны.

Образцы крови немедленно транспортировали в лабораторию, где при комнатной температуре производилось центрифугирование пробирок с целью получения сыворотки. Для последующего анализа маркеров СВО и белка s100B образцы сыворотки замораживали и хранили при температуре 36°C. Концентрацию ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-10 и ФНО-α в крови определяли на иммунохемилюминесцентном анализаторе Immulite 1000 (Diagnostics Products Corporation Cirrus Inc., США) с помощью наборов производителя Siemens Healthcare Diagnostics Products Ltd., Великобритания. Согласно прилагаемым инструкциям, чувствительность метода для ИЛ-6 составляет 2 пг/мл, ИЛ-8 —5 пг/мл, ИЛ-10 — 1 пг/мл, ФНО-α — 1,7 пг/мл. Концентрацию нейроспецифического белка s100B в крови определяли иммуноферментным методом на анализаторе планшетного типа Personal Lab (Adaltis, Италия) с помощью набора CanAg S100 EIA (Fujirebio Diagnostics, Швеция) согласно инструкции, прилагаемой производителем. Нижний порог чувствительности составляет 50 нг/л. Референсные значения в крови, указанные производителем, составляют менее 90 нг/л.

Статистическая обработка данных проведена с помощью программ Statistica 10, Excel 2010. При сравнительно небольшой величине изменений показателя использовали непараметрический критерий Уилкоксона — аналог парного критерия Стьюдента (t-критерий для зависимых выборок) для парных сравнений. Критический уровень значимости принят за p<0,05. Результаты, полученные после обработки данных, занесены в таблицу и представлены в виде графических изображений.

Данные статистического анализа содержания маркеров СВО и нейроспецифического белка s100B до и после использования севофлурана и пропофола с целью проведения МРТ-исследования головного мозга у детей младшей возрастной группы представлены соответственно в табл. 2, 3.

Таблица 2. Концентрация циркулирующих маркеров системного воспалительного ответа и нейроспецифического белка s100B до и после использования севофлурана

Примечание. Данные предоставлены в виде среднего значения и стандартного отклонения (M±SD); ИЛ — интерлейкин; ФНО-α — фактор некроза опухоли альфа.

Таблица 3. Концентрация циркулирующих маркеров системного воспалительного ответа и нейроспецифического белка s100B до и после использования пропофола

Примечание. Данные предоставлены в виде среднего значения и стандартного отклонения (M±SD); ИЛ — интерлейкин; ФНО-α — фактор некроза опухоли альфа.

При сравнимой средней продолжительности воздействия севофлурана (27,39±5,61 мин) и пропофола (29±4,93 мин) у всех обследованных пациентов выявлен статистически значимый подъем уровня цитокина ИЛ-6 в сыворотке крови (p=0,034577 и p=0,045108 соответственно) (см. табл. 2, 3, рис. 1).

Рис. 1. Уровень интерлейкина-6 в сыворотке крови до и после применения севофлурана и пропофола.

В отношении уровня провоспалительного цитокина ИЛ-8 и противовоспалительного ИЛ-10 не получено статистически значимых различий в уровнях маркеров СВО (p>0,05) как при ингаляционной анестезии севофлураном, так и при внутривенной седации пропофолом (см. табл. 2, 3, рис. 2, 3).

Рис. 2. Уровень интерлейкина-8 в сыворотке крови до и после применения севофлурана и пропофола.

Рис. 3. Уровень в сыворотке крови интерлейкина-10 до и после применения севофлурана и пропофола.

После экспозиции севофлурана 2,0—2,5 об.% (1 МАК) уровень ФНО-α сохранялся неизменным (p>0,05), однако по данным среднего значения его концентрация увеличивалась после окончания воздействия севофлурана, характеризовалась низкой вариабельностью показателей и высокой дисперсией (Std. Dv. Diff.=24,71408; df=21) (см. табл. 2, рис. 4). По нашим данным, пропофол в дозе 2,5 мг на 1 кг массы тела в час не оказал существенного влияния на изменение концентрации ФНО-α (p>0,05) (см. табл. 3, рис. 4).

Рис. 4. Уровень фактора некроза опухоли альфа в сыворотке крови до и после применения севофлурана и пропофола.

При исследовании уровня нейроспецифического белка s100B в сыворотке крови определялось статистически значимое (p=0,045047) увеличение его при использовании севофлурана в концентрации 2,0—2,5 об.% (1 МАК) (см. табл. 2, рис. 5). При внутривенной анестезии (седации) пропофолом 2,5 мг на 1 кг массы тела в час отмечалось статистически незначимое увеличение концентрации нейроспецифического белка s100B (p>0,05) (табл. 3, рис. 5).

Рис. 5. Уровень белка s100B в сыворотке крови до и после применения севофлурана и пропофола.

В доступной литературе представлены единичные публикации по изучению медиаторов воспаления и маркеров нейронального повреждения у детей первого года жизни, а также данные, касающиеся референсных значений цитокинов с учетом возраста пациента (табл. 4) [15—17].

Таблица 4. Значения цитокинов у детей в зависимости от возраста

Примечание. Референсные значения в сыворотке крови указаны производителем реактивов, использованных в нашем исследовании.

Изменение уровней цитокинов до и после непродолжительной экспозиции севофлурана и сравнимой по времени седации пропофолом в процессе проведения МРТ-исследования головного мозга у детей первого года жизни без хирургического стимула (до реконструктивного нейрохирургического вмешательства) демонстрирует возможные механизмы формирования иммунного ответа на действие общего анестетика [18]. Статистически значимое повышение уровня провоспалительного цитокина ИЛ-6 свидетельствует об активации провоспалительного звена СВО после воздействия севофлурана и пропофола [18—20]. По данным ряда авторов, полученным в исследованиях на животных, в большинстве случаев отмечается повышение концентрации ИЛ-6 после воздействия севофлураном и значительно реже после применения пропофола [3, 21]. Можно предположить, что увеличение концентрации ИЛ-6 после внутривенной анестезии (седации) пропофолом связано с особенностью и незрелостью механизмов иммунной регуляции у детей первого года жизни, у которых триггером для запуска универсальной саногенетической реакции организма в виде асептического СВО может быть любой анестетический агент.

Отсутствие статистически значимых различий в концентрации ИЛ-8 и ИЛ-10 до и после воздействия севофлурана и пропофола [20, 22—24], с нашей точки зрения, также можно объяснить избирательными механизмами иммунологической реактивности, связанными с младшим возрастом (до 1 года жизни) обследуемых детей.

Статистически незначимое увеличение концентрации ФНО-α мы наблюдали в случае применения севофлурана. Однако даже статистически незначимый результат, на наш взгляд, позволяет рассуждать о влиянии общей анестезии севофлураном на развивающийся мозг. В недавних исследованиях отмечено, что при использовании севофлурана у детей с развитием послеоперационной когнитивной дисфункции уровень ФНО-α статистически значимо повышался [21, 25, 26]. В настоящее время существует достаточное количество исследований, посвященных нейропротекции с применением севофлурана, но они касаются взрослых и детей старшего возраста [22, 27, 28]. В отношении пропофола мы получили данные о неизменном уровне ФНО-α до и после его применения. Такие результаты совпадают с данными зарубежных коллег в контексте изучения антиоксидантных свойств пропофола [4, 29—31]. По данным литературы, пропофол не вызывает увеличения синтеза ФНО-α и усиления провоспалительного пула цитокинов [8, 9, 11, 23]. В нашем исследовании при воздействии пропофола исходные показатели ФНО-α в 3 раза превышали верхнюю границу референсных значений и практически не изменились после индукции и поддержания общей анестезии пропофолом в дозе 2,5 мг на 1 кг массы тела в час. Вероятно, пропофол вызывает более мягкий и сбалансированный асептический СВО у детей младшей возрастной группы — от 1 мес до 1 года.

В процессе развития мозга при наличии сложной нейрохирургической патологии в виде краниосиностоза, при котором в полости черепа есть пространственные ограничения для быстро увеличивающегося в объеме головного мозга, риски формирования неврологического дефицита, включая нейрокогнитивную дисфункцию, очень велики. Важно не вмешиваться в сложную иерархию взаимодействия иммунной и нейроэндокринной систем, формирование путей передачи нейротрансмиссии, созревание и миелинизацию нервных трактов и т.д. С этих позиций в случае проведения оперативного вмешательства перед анестезиологом возникает задача выбора общей анестезии с минимальным «нейротоксичным» влиянием на процессы синаптогенеза, нейронального апоптоза, что, в свою очередь, может положительно сказываться на дальнейшем развитии мозга [20, 29, 30, 32]. В выполненных ранее исследованиях, преимущественно на взрослой популяции и у детей подросткового возраста, показано, что активация системного воспалительного ответа и связанного с ним нейровоспаления в отдаленном периоде приводила к запуску нейродегенеративных процессов и ухудшению нейрокогнитивных функций [25, 26, 30, 33]. Следует напомнить, что члены суперсемейства рецепторов активированного ФНО-α — CD40 и CD95 играют важную роль в запуске и регуляции апоптоза: система CD40—CD40L стимулирует выживание, а система CD95—CD95L вызывает гибель клеток [34].

В обоих случаях — севофлурановой анестезии и седации пропофолом — после воздействия анестетика выявлено изменение концентрации наиболее изученного маркера повреждения головного мозга — нейроспецифического белка s100B, который представлен преимущественно в глиальных клетках головного мозга и в субпопуляциях нейронов. При анестезии севофлураном повышение было статистически значимым (p<0,05). Как внутриклеточный регулятор s100B влияет на фосфорилирование протеинов, энергетический метаболизм, кальциевый гомеостаз, клеточную пролиферацию, дифференциацию и миграцию [35]. Как внеклеточный сигнал в низких физиологических концентрациях s100B защищает нейроны от апоптоза, стимулирует рост нервов и пролиферацию астроцитов, подавляет реакцию астроцитов и микроглии на нейротоксические воздействия [35, 36]. Однако высокие дозы s100B вызывают гибель нейронов, поэтому значительное повышение его уровня рассматривается как ассоциированное с поражением нейрональных клеток [36]. В доступной нам литературе мы не нашли информации о конкретных значениях s100B, которые свидетельствовали бы о высоких или низких концентрациях данного белка. Наиболее изучено влияние высоких доз белка s100B на отдаленные последствия у взрослых [24, 36]; в детской практике, особенно у детей первого года жизни, данные весьма скудны и противоречивы. Таким образом, представляется целесообразным дальнейшее изучение уровней белка s100B с обозначением референсных значений у детей различных возрастных групп, по которым можно будет прогнозировать нейротоксический эффект фармакологического воздействия на развивающийся мозг.

Интерпретация результатов в нашем исследовании строится на предположении, что фактор, влияющий на динамику исследуемых показателей (в нашем случае это анестетик, длительность его воздействия, группа детей) — маркеров СВО и нейронального повреждения (белок s100B), является недостаточно сильным, следовательно, необходимо изменить условия для дальнейшего исследования: увеличить число выборки исследуемых пациентов или включить в исследование случаи более длительного воздействия анестетика.

1. Кратковременная экспозиция ингаляционного анестетика севофлурана и гипнотика пропофола без хирургического воздействия запускает системную воспалительную реакцию в виде статистически значимого изолированного повышения уровня провоспалительного цитокина интерлейкина-6.

2. Повышение концентрации нейроспецифического белка s100B после кратковременного воздействия ингаляционного анестетика севофлурана 2,0—2,5 об.% (1 МАК) без хирургического стимула свидетельствует, по нашему мнению, об активации механизмов нейронального апоптоза у детей младшего возраста с краниосиностозом.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Саввина И.А., Гурская В.И.; сбор и обработка материала — Гурская В.И., Иванов В.П., Дрягина Н.В., Саввина И.А.; статистический анализ данных — Гурская В.И., Иванов В.П., Дрягина Н.В., Саввина И.А.; написание текста — Гурская В.И., Саввина И.А.; редактирование — Саввина И.А., Дрягина Н.В., Александрович Ю.С., Хачатрян В.А.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.