Введение

Сердечно-сосудистая хирургия сопряжена с высоким риском послеоперационных осложнений, ассоциированных с применением искусственного кровообращения (ИК) и циркуляторного ареста (ЦА). Особенностью операций с применением ИК является развитие ишемически-реперфузионного повреждения (ИРП) органов, которое усиливается в условиях ЦА при пережатии аорты и ее ветвей [1, 2]. Требуется поиск новых способов защиты органов от ИРП и ассоциированных с ним осложнений. Известно, что ИРП кишечника является жизнеугрожающим состоянием и связано с инициированием и/или сохранением критического состояния у больного [3, 4]. Одну из ключевых ролей в инициации ИРП играет ИК, которое ассоциировано с кишечной гипоперфузией, системным воспалением, микроциркуляторными нарушениями, снижением барьерной функции слизистой оболочки кишечника и гемолизом, что в совокупности может приводить к органной дисфункции [3, 5, 6]. Доказано, что ИРП кишечника провоцирует развитие окислительного стресса в кишечнике [7]. Повреждение кишечника приводит к транслокации бактерий и эндотоксинов в системный кровоток с развитием бактериемии [6, 8, 9]. Системный воспалительный ответ запускает каскад реакций с высвобождением провоспалительных цитокинов и бактериальных эндотоксинов из реперфузионно-ишемизированной ткани кишечника, вызывая острое повреждение легких [10—12]. Доказано, что бактерии микробиома кишечника Klebsiella pneumoniae, представители Enterobacteriaceae и Enterococcus faecium распространены в кишечнике человека и в норме не способны вызывать его воспаление, но в условиях, повреждающих кишечник, приводят к развитию бактериемии [13, 14]. Поэтому периоперационная защита органов спланхнической системы остается крайне актуальной проблемой и необходима прежде всего для того, чтобы предупредить и снизить риск как абдоминальных, так и ассоциированных с ними осложнений.

Оксид азота (NO) вызывает плеотропный эффект. Помимо своего вазодилатирующего эффекта NO участвует в регуляции кровотока, модуляции тонуса гладкой мускулатуры, оказывает влияние на ингибирование адгезии и агрегации тромбоцитов и лейкоцитов в сосудистой сети, участвует в модуляции реактивности тучных клеток и удалении активных метаболитов кислорода, таких как супероксид [15—19]. Истощение запасов NO приводит к каскаду системных нарушений в организме [20, 21]. Во время ИК за счет механического повреждения клеток крови в системе насосов и магистралей аппарата ИК (АИК) и гемолиза повышается концентрация в плазме свободного гемоглобина, выступающего поглотителем эндогенного NO, в результате чего формируется дефицит внутрисосудистого NO [14, 18, 20].

Гипотеза исследования состоит в том, что экзогенный NO способен снижать степень повреждения кишечника во время ишемии-реперфузии.

Цель исследования — оценить эффективность периоперационной донации оксида азота для защиты органов желудочно-кишечного тракта у пациентов при операциях на дуге аорты в условиях искусственного кровообращения и циркуляторного ареста.

Материал и методы

Проведено одноцентровое проспективное простое слепое рандомизированное контролируемое исследование с применением NO для защиты органов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Работа выполнена на базе отделения анестезиологии-реанимации и лаборатории медицины критического состояния НИИ кардиологии Томского НИМЦ. Исследование одобрено локальным этическим комитетом по биомедицинской этике НИИ кардиологии Томского НИМЦ (протокол №232 от 26 октября 2022 г.), все пациенты подписали информированное согласие на участие. Исследование проведено в соответствии с положениями Хельсинкской декларации.

В исследование включены 62 пациента с аневризмой восходящего отдела и дуги аорты, которым проведена плановая операция на дуге аорты в условиях ИК и ЦА.

Критерии включения: плановая операция на восходящем отделе и дуге аорты; информированное добровольное согласие пациента в письменной форме.

Критерии невключения в исследование: отсутствие согласия пациента, онкологические заболевания со стороны ЖКТ в анамнезе, резекции кишки и/или ушивание язв по поводу перфорации язв, выраженный атеросклероз мезентериальных сосудов и чревного ствола по данным мультиспиральной компьютерной томографии, критическое состояние до оперативного вмешательства, диссекция аорты, метгемоглобинемия (врожденная и приобретенная), геморрагический диатез, внутричерепное кровоизлияние, тяжелая левожелудочковая недостаточность (классы NYHA III и IV).

Критерии исключения: массивные кровотечения и гемотрансфузии, анафилактический шок, продленное ИК и потребность в экстракорпоральной мембранной оксигенации в периоперационном периоде.

Рандомизацию осуществляли методом закрытых конвертов. Все больные разделены на 2 равные группы по 31 пациенту. Для пациентов группы NO осуществляли периоперационную доставку NO с концентрацией 80 ppm. У пациентов контрольной группы осуществляли унифицированную методику проведения анестезии, операции с ИК и ЦА без доставки NO.

Доставка оксида азота

Для пациентов группы NO осуществляли периоперационную доставку NO в концентрации 80 ppm сразу после интубации трахеи, далее после начала ИК — в контур экстракорпоральной циркуляции до проведения ЦА. После завершения ЦА возобновляли доставку NO в контур ИК. После отлучения от ИК доставку NO продолжали в контур наркозно-дыхательного аппарата в концентрации 80 ppm и в течение 6 ч после операции в контур аппарата искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Доставку и мониторинг содержания NO/NO₂ осуществляли с помощью образца установки плазмохимического синтеза NO AIT-NO-01 «Тианокс» (ФГУП «РФЯЦ — ВНИИЭФ», Россия). Максимально допустимой концентрацией NO₂ у пациентов группы NO считали 2 ppm.

Для индукции анестезии использовали фентанил (3,0—5,0 мкг на 1 кг массы тела) и пропофол (1,5 мг на 1 кг массы тела). Для нервно-мышечной блокады применяли пипекурония бромид (0,1 мг на 1 кг массы тела в час). Анестезию поддерживали ингаляцией севофлурана (МАС 0,8—1,2) и инфузией фентанила (3,0—5,0 мкг на 1 кг массы тела в час). Для ИВЛ использовали аппарат Dräger Primus (Dräger Medical AG & Co. KG, Германия) в режиме Controlled Mandatory Ventilation с управлением по объему с FiO₂=0,3 и выше в зависимости от клинической ситуации. Для поддержания анестезии во время ИК выполняли инфузию пропофола через дозатор (4 мг на 1 кг массы тела в час), а также инфузию фентанила (3—5 мкг на 1 кг массы тела в час).

Расширенный интраоперационный мониторинг включал непрерывный анализ электрокардиограммы, капнометрию, капнографию, церебральную оксиметрию, инвазивное измерение уровня артериального давления (АД), центрального венозного давления, пульсоксиметрию, измерение диуреза, термометрию в прямой кишке и пищеводе. Осуществляли мониторинг показателей кислотно-основного статуса, газового состава крови, гематокрита, концентрации электролитов, гемоглобина, лактата, глюкозы, которые определяли с помощью аппарата Stat Profile Critical Care Xpress (Nova Biomedical Corporation, США).

Для проведения ИК использовали аппарат Stockert (LivaNova Deutschland GmbH, Германия) согласно действующим клиническим рекомендациям EACTS/EACTA/EBCP [22]. Операцию на дуге аорты проводили по стандартной методике в условиях ИК и ЦА с температурой 26—31°C.

Методы исследования

Первичной конечной точкой исследования была концентрация маркера ишемии кишечника (intestinal fatty acid binding protein —i-FABP) на этапах исследования: исходно до разреза, 20 мин после ИК, 4 ч после операции, 1-е сутки после операции. После получения всех проб в соответствии с инструкциями производителя использовали коммерчески доступный твердофазный иммуноферментный анализ для обнаружения i-FABP в сыворотке крови (Hycult Biotechnology (H.B.T.) B.V., Нидерланды).

Вторичные конечные точки: концентрации креатинина, аланинаминотрансферазы (АлАТ), аспартатаминотрансферазы (АсАТ), общего билирубина, альбумина, время восстановления стула, частота послеоперационных осложнений, длительность ИВЛ, длительность пребывания больного в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) и стационаре.

Количественное определение in vitro креатинина, АлАТ, АсАТ, общего билирубина, альбумина в сыворотке крови осуществляли с использованием автоматического анализатора Konelab/Indiko (Thermo Fisher Scientific Oy, Финляндия).

Функциональное состояние кишечника оценивали на основании времени восстановления стула (сутки после операции).

Статистический анализ

Статистический анализ данных проводили в программах Statistica 12 v. 12.0.0.0. (StatSoft Inc., США) и IBM SPSS Statistics (IBM Corporation, США). Проверку на нормальность распределения осуществляли с помощью критерия Шапиро—Уилка. При описании количественных показателей использовали среднее значение (M) и стандартное отклонение (SD) для показателей, имеющих нормальное распределение, или медиану (Me) и первый и третий квартили [Q₁; Q₃] при отсутствии нормального распределения показателей. Количественные данные описывали как абсолютное количество (n) и процент (%). Для сравнения качественных характеристик использовался точный критерий Фишера. Для выявления статистически значимых различий количественных показателей в двух независимых группах использовали критерий Стьюдента для независимых групп при нормальном распределении показателя и критерий Манна—Уитни при отсутствии нормального распределения. При сравнении двух зависимых выборок применяли критерий Уилкоксона. Для изучения связи между явлениями, представленными количественными данными, распределение которых отличалось от нормального, использовали непараметрический метод Спирмена. Значения коэффициента корреляции (r) интерпретировали в соответствии со шкалой Чеддока. Различия считали статистически значимыми при уровне p<0,05.

Результаты

В исследовании включены 62 пациента с аневризмой восходящего отдела и дуги аорты, которым выполнена операция на дуге аорты в условиях ИК и ЦА (рисунок). Группы NO и контрольная группа были однородными по клинико-демографическим показателям (табл. 1).

Блок-схема дизайна исследования.

КБМЭ — комитет по биомедицинской этике.

Таблица 1. Клинико-демографические показатели

Примечание. Данные представлены в виде абсолютных чисел n (%), M±SD, Me [Q₁; Q₃]. ФВ ЛЖ — фракция выброса левого желудочка; НРС — нарушения ритма сердца; СН ФК — стенокардия напряжения, функциональный класс; ГБ — гипертоническая болезнь; ХБП — хроническая болезнь почек; СКФ — скорость клубочковой фильтрации; ЖКТ — желудочно-кишечный тракт.

Интраоперационные характеристики пациентов обеих групп были сопоставимыми (табл. 2). Показатели кислотно-основного статуса, газового состава крови, гематокрита, концентрации электролитов, гемоглобина, лактата, глюкозы находились в референсных пределах и не различались между группами на разных этапах.

Таблица 2. Характеристика интраоперационного периода

Примечание. Данные представлены в виде M±SD и Me [Q₁; Q₃]. ИК — искусственное кровообращение; ЦА — циркуляторный арест; Ср. АД — среднее артериальное давление.

Динамика концентрации i-FABP на этапах исследования представлена в табл. 3.

Таблица 3. Динамика концентрации i-FABP на этапах исследования

Примечание. Данные представлены в виде Me [Q₁; Q₃]. п/о — после операции; i-FABP (intestinal fatty acid binding protein) — маркер ишемии кишечника.

Исходная концентрация i-FABP у пациентов двух групп была сопоставима и не выходила за пределы референсных значений. Концентрация i-FABP достигла максимума на этапе 20 мин после ИК у пациентов обеих групп, однако у пациентов группы NO она была ниже, чем у пациентов контрольной группы (p=0,021).

У пациентов контрольной группы при корреляционном анализе выявлены статистически значимые прямые корреляционные связи между концентрацией i-FABP через 20 мин после ИК и временем ИК (r=0,372, p<0,05), концентрацией i-FABP через 20 мин после ИК и временем ЦА (r=0,383, p<0,05), концентрацией i-FABP через 4 ч и временем ЦА (r=0,384, p<0,05), концентрацией i-FABP в 1-е сутки после операции и временем восстановления стула (r=0,512, p<0,01). У пациентов группы NO корреляционные связи не выявлены.

Биохимические показатели крови креатинина, АлАТ, АсАТ, общего билирубина, альбумина мы оценивали при межгрупповом и внутригрупповом сравнении (табл. 4, 5).

Таблица 4. Динамика биохимических показателей при межгрупповом сравнении

Примечание. Данные представлены в виде M±SD, Me [Q₁; Q₃]. АлАТ — аланинаминотрансфераза; АсАТ— аспартатаминотрасфераза; п/о — после операции.

Таблица 5. Динамика биохимических показателей при внутригрупповом сравнении

Примечание. Данные представлены в виде Me [Q₁; Q₃]. АлАТ — аланинаминотрансфераза; АсАТ— аспартатаминотрасфераза; п/о — после операции.

Исходные показатели креатинина, АлАТ, АсАТ, общего билирубина до оперативного вмешательства были в референсных пределах и не различались у пациентов двух групп. У пациентов группы NO концентрации креатинина и общего билирубина в 1-е сутки после операции были меньше, чем у пациентов контрольной группы (p=0,007 и p=0,034 соответственно). Уровень альбумина у пациентов группы NO в 1-е сутки после операции был больше, чем у пациентов контрольной группы (p=0,026). Выявлено внутригрупповое различие динамики уровней креатинина и общего билирубина. Так, уровни креатинина и общего билирубина у пациентов контрольной группы в 1-е сутки после операции были выше исходных значений (p=0,001 и p=0,045 соответственно), а у пациентов группы NO различий в этих показателях не было. Характеристика послеоперационного периода представлена в табл. 6.

Таблица 6. Характеристика послеоперационного периода

Примечание. Данные представлены в виде абсолютных чисел n (%) и Me [Q₁; Q₃]. ИВЛ — искусственная вентиляция легких; ФП — фибрилляция предсердий; сут п/о — сутки после операции; ОПП — острое повреждение почек; ДН — дыхательная недостаточность; ОРИТ — отделение реанимации и интенсивной терапии.

У пациентов группы NO восстановление стула произошло раньше, чем у пациентов контрольной группы (p=0,007). Время восстановления стула у пациентов контрольной группы, послеоперационный период которых осложнялся пневмонией, составило 5 [4; 7] сут и было статистически значимо больше, чем у пациентов без пневмонии — 2 [2; 5] сут (p=0,036).

Частота развития пневмонии была больше в контрольной группе, чем в группе NO (p=0,005).

Длительность пребывания в ОРИТ пациентов группы NO была статистически значимо меньше, чем пациентов контрольной группы (p=0,007). При корреляционном анализе выявлены статистически значимые прямые корреляционные связи между длительностью пребывания в ОРИТ и стационаре больных контрольной (r=0,644, p<0,01) и основной групп (r=0,525, p<0,01), а также между длительностью пребывания в стационаре и временем восстановления стула у больных контрольной группы (r=0,460, p<0,01).

Обсуждение

Наше исследование продемонстрировало защитные свойства NO, которые подтверждаются снижением уровней i-FABP, креатинина, общего билирубина, а также ранней нормализацией функции кишечника и меньшей длительностью пребывания пациентов в ОРИТ.

Как сказано ранее, интестинальная гипоперфузия считается инициатором полиорганной дисфункции. Она приводит к ишемии интестинальных ворсинок и нарушению барьерной функции слизистой оболочки, в результате в системный кровоток попадают бактерии и эндотоксины [4]. В нашем исследовании ишемию кишечника мы оценивали на основании динамики изменения концентрации i-FABP — кишечного белка, который экспрессируется зрелыми энтероцитами и высвобождается в кровоток при их повреждении [4, 23]. В исследовании выявлено, что в группах с NO ишемия кишечника была менее выражена, что согласуется с концепцией влияния NO на кровоток в органах ЖКТ, поскольку NO является важным сосудорасширяющим фактором, играющим центральную роль в регуляции перфузии органов ЖКТ [16, 24]. В недавних исследованиях на животных доказано, что в условиях ИК и ЦА NO оказывает положительное влияние как на функциональное состояние кишечника, так и на снижение повреждения ткани кишечника [25]. Исследования, проведенные группой авторов из Университета Эребру (Швеция), выявили связь между повышением концентрации i-FABP в послеоперационном периоде с развитием осложнений со стороны ЖКТ. Показано, что определение уровня биомаркеров и комплексная оценка функции ЖКТ могут помочь в ранней диагностике осложнений со стороны ЖКТ и облегчить ведение таких пациентов в послеоперационном периоде [26]. Одним из механизмов поддержания нормального кровотока в дистальных органах является способность NO регулировать функцию эритроцитов посредством двух путей. Первый — это содействие переносу и выделению O₂ эритроцитами путем регулирования метаболизма гликолиза эритроцитов и равновесия между Fe²⁺ и метгемоглобином. Второй — это регулирование деформируемости эритроцитов путем NO-зависимого S-нитрозилирования мембраны и связанных с мембраной белков [27, 28]. За счет этого эритроциты способны сохранять деформируемость в условиях гипоксии и проходить через разные уровни микроциркуляторного русла [28, 29]. Эти два пути обеспечивают улучшение перфузии и доставки кислорода, повышают адаптацию к гипоксии.

Функция кишечника была лучше у пациентов группы NO, что подтверждается более ранним восстановлением стула. В исследованиях на мышах доказано, что ингибирование синтеза NO отменяло регулярные ритмические сокращения в тонком кишечнике крысы in vivo. В исследованиях на баранах показано, что за счет доставки NO темп дефекации был больше в группах с NO, что согласуется с нашими результатами [25, 30].

В нашем исследовании обнаружена связь между увеличением концентрации i-FABP и более частым развитием пневмонии. В ряде исследований доказана связь между ишемией кишечника и снижением барьерной функции эпителия с развитием у таких пациентов острого респираторного дистресс-синдрома и острого повреждения легких [10, 12, 31]. В целом иммунная ось «кишечник — легкие» может играть решающую роль в регуляции иммунного тонуса организма [24].

Наше исследование доказывает эффективность применения NO для снижения частоты осложнений со стороны ЖКТ и других ассоциированных осложнений, улучшения результатов хирургического лечения пациентов с аневризмой дуги аорты.

Заключение

Доставка оксида азота в контур искусственной вентиляции легких и искусственного кровообращения во время операции на дуге аорты с циркуляторным арестом оказывает протективное влияние на органы спланхнической системы, снижает уровни i-FABP, креатинина и билирубина. Кроме этого, применение оксида азота улучшает время восстановления функции кишечника, ассоциировано со снижением частоты послеоперационной пневмонии и сокращением длительности пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии.

Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственного задания (тема №122123000017-3) «Защита органов оксидом азота в сердечно-сосудистой хирургии: технологическая поддержка (устройства синтеза и доставки), механизмы реализации защитных эффектов и влияние на клинические исходы».

Funding. This research was performed in the framework of the state assignment for basic research (theme No. 122123000017-3) ‘Organ protection with nitric oxide in cardiovascular surgery: technological support (synthesis and delivery devices), mechanisms for implementing the protective effects and impact on clinical outcomes’.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Чурилина Е.А., Подоксенов Ю.К., Каменщиков Н.О.

Сбор и обработка материала — Чурилина Е.А., Свирко Ю.С., Гусакова А.М.

Статистический анализ данных — Подоксенов Ю.К., Чурилина Е.А.

Написание текста — Чурилина Е.А.

Редактирование — Подоксенов Ю.К., Каменщиков Н.О., Козлов Б.Н.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.