Динамика газового состава крови и кислотно-основного состояния при реконструкции стенозов трахеи в условиях применения специализированных методов респираторной поддержки

В настоящее время хирургические вмешательства на дыхательных путях претерпели значительный прогресс [1]. Все больше в практику входят новейшие методы проведения сложных резекций и реконструкций дыхательных путей [1—4]. Данные операции связаны с рядом требований к анестезиологическому обеспечению, из которых специфичным требованием является необходимость поддержания эффективного газообмена в условиях длительного вскрытия просвета дыхательных путей, когда традиционная искусственная вентиляция (ИВЛ) становится невозможной [5, 6]. В этот момент прибегают к специальным методам респираторной поддержки, таким как объемная циклическая ИВЛ посредством системы «шунт — дыхание», высокочастотная струйная искусственная вентиляция легких (ВЧ ИВЛ), потоковая апнойная оксигенация (ПАО). Важно оценить в сравнительном аспекте преимущества и ограничения методов ВЧ ИВЛ и ПАО, в том числе их влияние на показатели газового состава артериальной крови.

Цель исследования — выполнить анализ динамики показателей газового состава артериальной крови при использовании высокочастотной струйной искусственной вентиляции легких и потоковой апнойной оксигенации в процессе реконструкции рубцовых стенозов трахеи.

Проведено проспективное нерадомизированное сравнительное исследование с включением 40 пациентов со стенозом трахеи, оперированных в БУ «Сургутская клиническая травматологическая больница» в период с 01.11.2022 по 01.09.2024. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России (протокол №11 от 16.09.2022).

Критерии включения в исследование: пациенты в возрасте от 18 до 60 лет с рубцовым стенозом трахеи различной локализации посттрахеостомической и постинтубационной этиологии.

Критерии невключения в исследование: декомпенсированный стеноз трахеи с острой дыхательной недостаточностью, онкологические заболевания дыхательных путей, декомпенсация сопутствующей патологии.

Критерии исключения из исследования: отсутствие эффекта от бужирования трахеи, сохраняющийся гнойно-воспалительный процесс в трахеобронхиальном дереве и в месте предполагаемого хирургического доступа [7].

В зависимости от способа респираторной поддержки больные разделены на две группы: в 1-ю группу вошли 28 пациентов, которым проводили ВЧ ИВЛ, 2-ю группу составили 12 пациентов, которым выполняли ПАО. Продолжительность операции составила от 35 до 300 мин при проведении ВЧ ИВЛ, при проведении ПАО — от 45 до 210 мин. Длительность применения специальных способов вентиляции варьировала от 10 до 45 мин, у пациентов с использованием ПАО — статистически значимо меньше. Характеристика пациентов представлена в табл. 1, характеристика местных изменений — в табл. 2.

Таблица 1. Характеристика больных в сравниваемых группах

Примечание. Данные представлены в виде Me (25%; 75%); ¹ — критерий Фишера; ² — критерий Манна—Уитни; * — статистически значимые различия.

Таблица 2. Характеристика местных изменений у больных сравниваемых групп

Примечание. Статистически значимых различий между группами нет (p>0,05, критерий c²).

Больные 2-й группы были моложе, индекс коморбидности Чарлсон был статистически значимо более низким. Пациенты не различались по половому составу и тяжести дыхательной недостаточности, которую оценивали по классификации А.Г. Дембо [8], а также по уровню, степени и протяженности стеноза трахеи.

При проведении операции применяли стандартное анестезиологическое обеспечение и мониторинг. С целью предотвращения усугубления дыхательной недостаточности и усиления вязкости секрета дыхательных путей из схемы премедикации исключили седативные и холинолитические препараты. За 30 мин до разреза выполняли антибактериальную профилактику цефалоспорином 1-го поколения [8]. Всем пациентам проведена тотальная внутривенная анестезия на основе пропофола [9] в дозе 2,0—2,5 мг на 1 кг массы тела и фентанила 2,5—3,5 мкг на 1 кг массы тела на индукцию, миоплегия — рокуроний 0,6 мг на 1 кг массы тела. Поддержание анестезии осуществляли постоянной инфузией пропофола 4—12 мг на 1 кг массы тела в час и болюсным введением фентанила в дозе 2,5—3,5 мкг на 1 кг массы тела в час. Поддержание миорелаксации в течение анестезии не требовалось. Всем пациентам выполняли пункцию и катетеризацию лучевой артерии для забора крови. К инвазивному контролю газового состава крови прибегли в связи с тем, что на этапе использования ВЧ ИВЛ показатели капнографии не являются достоверными, так как негерметичный дыхательный контур и ВЧ ИВЛ приводят к грубым ошибкам измерения [10]. На этапе обеспечения хирургического доступа всех пациентов вентилировали по объему в режиме нормокапнии, FiO₂=0,5. Проводили ИВЛ наркозно-дыхательным аппаратом WATO EX-65 Pro (Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd., КНР) под контролем etCO₂, Ppeak, Pmean, дыхательного объема, минутного объема дыхания в режиме постоянной принудительной вентиляции. Перед началом основного этапа операции проводили оксигенацию FiO₂=1,0 в течение 5 мин. Забор крови осуществляли на этапе традиционной ИВЛ (FiO₂=1,0) при выполнении хирургического доступа (1-й этап), каждые 10 мин (2-й этап), 20 мин (3-й этап), 30 мин (4-й этап) и 40 мин (5-й этап) до завершения основного этапа операции и после возвращения к объемной вентиляции (FiO₂=0,5) (6-й этап).

На основном этапе операции эндотрахеальную трубку подтягивали к голосовым складкам и через нее проводили стерильный санационный катетер, врач-хирург устанавливал катетер в каудальный отдел трахеи. Пациентам 1-й группы по санационному катетеру осуществляли высокочастотную струйную ИВЛ респиратором Paravent PAT (CHIRANA, a.s., Словацкая Республика) с частотой 120—180 циклов/мин с устанавливаемым соотношением времени вдоха/выдоха 1:2. Пациентам 2-й группы через санационный катетер вводили 100% кислород со скоростью 10—12 л/мин от централизованного источника без создания положительного давления в дыхательных путях, выведение газа осуществлялось пассивно. После закрытия просвета трахеи пациентов переводили в режим традиционной ИВЛ через эндотрахеальную трубку, когда наличие ее в просвете трахеи не ухудшало условия работы хирургов.

Статистическая обработка данных выполнена с помощью пакета прикладных программ Statistica v. 10.09 (StatSoft-Russia, Россия, 2011). Проверку вариационных рядов на нормальность распределения проводили с помощью критерия Колмогорова—Смирнова. Принимая во внимание, что результаты анализируемых параметров не соответствовали нормальному распределению, и ввиду малочисленности выборки для статистического анализа использовали непараметрические методы [11]. Данные представлены в виде медианы (Me) и межквартильного интервала (25%; 75%). Для сравнения выборок использовали критерий c², U-критерий Манна—Уитни. Критическим уровнем статистической значимости различий считали 0,05 (p<0,05).

После преоксигенации у всех пациентов отмечали гипероксию. При этом более высокие значения PO₂, достигающие статистически значимых различий, подтвержденных дисперсионным анализом ANOVA, зарегистрированы у пациентов 1-й группы: медиана составила 351,0 мм рт.ст., максимальное значение — 589 мм рт.ст., минимальное — 84 мм рт.ст. На фоне проведения ПАО медиана PaO₂ составила 348,1 мм рт.ст., максимальное значение — 460 мм рт.ст., минимальное — 298 мм рт.ст.

Высокие величины PaO₂ на фоне ВЧ ИВЛ не стали неожиданностью, так как ВЧ ИВЛ считается методом, способным обеспечить более высокое напряжение кислорода в артериальной крови по сравнению с традиционной ИВЛ [12]. Это объясняется, с одной стороны, незавершенностью выдоха, сопровождающейся накоплением в альвеолах некоторого количества газа и появлением auto-PEEP. С другой стороны, на фоне высокой скорости и турбулентного характера газового потока происходит уменьшение дыхательного мертвого пространства, что способствует выведению углекислоты [12]. На фоне проведения ПАО у больных 2-й группы показатель PaO₂ оставался высоким и даже имел тенденцию к некоторому росту (без статистической значимости). После возвращения к традиционной ИВЛ у больных 2-й группы напряжение кислорода было ниже, чем у больных 1-й группы (p=0,038). Значение медианы при ПАО составило 210,2 (198,6; 230,1) мм рт.ст., при ВЧ ИВЛ — 252,2 (218,1; 282,6) мм рт.ст..

На этапе резекции трахеи ПАО пришлось прекратить у 2 пациентов 2-й группы через 10 мин, у 1 пациента — через 15 мин в связи со снижением сатурации по пульсоксиметру до 89—90%. Выполнение конверсии с переходом на ВЧ ИВЛ позволило повысить сатурацию до 96—97%. При последующей санационной фибробронхоскопии обнаружена обструкция бронхов сгустками крови. На 20-й, 25-й и 30-й минуте закончен основной этап операции еще у 3 больных. К 5-й исследовательской точке (40 мин использования специального метода респираторной поддержки) ПАО использовали у 6 пациентов. После возвращения к традиционной ИВЛ у больных 2-й группы показатель PaO₂ оказался статистически значимо более высоким.

На фоне применения специальных режимов респираторной поддержки у всех больных отмечали нарушение выведения углекислоты, что сопровождалось ростом показателя PaCO₂. Показатель PaCO₂ увеличивался во второй исследовательской точке, через 10 мин после начала ВЧ ИВЛ или ПАО. После возвращения к традиционной ИВЛ у больных 2-й группы уровень PaCO₂ оставался более высоким (рис. 1, 2). Нарастание PaCO₂ приводило к развитию декомпенсированного дыхательного ацидоза у пациентов обеих групп. Показатель pH снижался, достигая минимальных значений к 40-й минуте ВЧ ИВЛ. После возвращения к традиционной ИВЛ показатель pH у больных 2-й группы был статистически значимо ниже по сравнению с показателем больных 1-й группы, что, вероятнее всего, обусловлено более выраженной гиперкапнией, которая зарегистрирована у пациентов с ПАО (рис. 3). Уровень бикарбоната не изменялся у пациентов 1-й группы, а у пациентов 2-й группы имел статистически значимую тенденцию к повышению, оставаясь при этом в пределах нормальных значений (рис. 4). Показатель лактата находился в пределах референсных значений у всех больных на всех этапах на фоне ПАО, что отражает адекватное кислородное обеспечение тканей. У больных на фоне ВЧ ИВЛ уровень лактата был более высоким, статистически значимые различия установлены на 3-м этапе, к 20-й минуте применения специализированного метода (рис. 5).

Рис. 1. Динамика парциального давления кислорода в артериальной крови (РаО₂, мм рт.ст.).

На рис. 1—5: ВЧ ИВЛ — высокочастотная струйная искусственная вентиляция легких (показатели больных 1-й группы); ПАО — потоковая апнойная оксигенация (показатели больных 2-й группы). Этапы исследования: 1 — показатели после преоксигенации FiO₂ 1,0 в течение 5 мин; 2 — через 10 мин специального режима респираторной поддержки; 3 — через 20 мин; 4 — через 30 мин; 5 — через 40 мин; 6 — переход к традиционной искусственной вентиляции легких.

Рис. 2. Динамика парциального давления углекислого газа в артериальной крови (PaCO₂, мм рт.ст.).

Рис. 3. Динамика показателя pH артериальной крови.

Рис. 4. Динамика уровня бикарбоната артериальной крови (HCO₃, ммоль/л).

Рис. 5. Динамика уровня лактата артериальной крови (ммоль/л).

У пациентов 1-й группы отмечены осложнения, характерные для ВЧ ИВЛ и связанные с инсуффляцией под повышенным давлением (табл. 3), такие как пневмоторакс (0,9%), пневмомедиастинум (0,9%) и подкожная эмфизема (6,7%). При статистическом анализе с помощью критерия χ² различия между двумя группами не выявлены (p>0,05), за исключением такого осложнения, как трудности при интубации трахеи (p<0,0001). У всех 22 пациентов трахея интубирована с помощью фибробронхоскопа [13].

Таблица 3. Осложнения во время операции

Примечание. Статистически значимые различия между группами выявлены по осложнению «трудности при интубации трахеи» (p<0,0001, c²).

Эффект увеличения РаО₂ на фоне ПАО отмечен в целом ряде работ, в том числе в работах А.В. Алексеева и соавт. (2017) [4—6, 14]. Это можно объяснить хорошей диффузионной способностью легких у молодых пациентов без сопутствующей патологии, которые включены во 2-ю группу. Проблема, возникающая при применении ПАО с постепенным введением чистого кислорода (О₂ 100%), заключается в возможности токсического воздействия кислорода на легкие и организм в результате образования свободных радикалов [15]. Метод ПАО применяется в условиях атмосферного давления, поэтому парциальное давление кислорода в тканях не может быть повышено до такого уровня, чтобы вызвать токсичность в других органах, кроме легких. Защитные механизмы организма против свободных радикалов эффективно функционируют, пока уровень PO₂ в тканях не достигнет 450 мм рт.ст. В нашем исследовании ПАО применяли в более короткие сроки у молодых пациентов без сопутствующей патологии, поэтому она явилась полностью безопасным методом с точки зрения возможности нанесения вреда легким из-за воздействия на них 100% кислорода [15].

Бикарбонат отражает метаболический путь компенсации дыхательного ацидоза, который не успел проявиться в полном объеме ввиду короткого периода специальных методов респираторной поддержки. Явления гиперкапнии и ацидоза исчезали после возвращения к традиционной ИВЛ с FiO₂=0,5, вне зависимости от длительности специального режима респираторной поддержки. Нарушение выведения углекислого газа связано с патофизиологическими особенностями при ВЧ ИВЛ — вентиляция происходит с высокой частотой и дыхательным объемом, существенно меньшим, чем объем мертвого пространства [4, 5, 12]. Гиперкапния и респираторный ацидоз также являются основными последствиями проведения ПАО. Показано, что у здоровых пациентов в условиях апноэ из альвеол в кровоток кислород поступает со скоростью около 200—250 мл/мин, а скорость поступления углекислого газа составляет всего 8—20 мл/мин [16]. Часть углекислого газа буферируется в кровотоке за счет его высокой растворимости в воде. У пациентов в «идеальных» условиях уровень PaO₂ может поддерживаться выше 100 мм рт.ст. в течение 100 мин апноэ. Время негерметичных дыхательных путей при наложении анастомоза в нашем исследовании составило 40 мин у пациентов группы ВЧ ИВЛ и 28 мин у пациентов группы ПАО. По данным литературы, продолжительность безопасного использования ПАО составляет от 15 до 40 мин [4, 16]. Однако ПАО может стать неэффективной, если развивается обструкция дыхательных путей, например в случае кровотечения [5, 16]. В нашем исследовании значение PaCO₂ после возвращения к традиционной ИВЛ было статистически значимо выше, чем до начала ПАО (p=0,04), и также выше показателя у пациентов группы ВЧ ИВЛ, а показатель pH артериальной крови был ниже исходного (p=0,001). Отмечено, что острый респираторный ацидоз при pH >7,15 является приемлемым «пределом безопасности» при отсутствии противопоказаний [16].

Выбор метода респираторной поддержки определяется как особенностями конкретного пациента и клинической ситуации, так и индивидуальными особенностями оперирующего хирурга [1, 2, 12]. Применение ВЧ ИВЛ позволяет обеспечивать в течение неограниченного времени постоянный газообмен в условиях негерметичного дыхательного контура при операциях на трахее и с этой точки зрения не имеет альтернативы. Однако эффективность газообмена не является достаточной, так как сопровождается гиперкапнией и ацидозом. Использование ВЧ ИВЛ позволило выполнять операцию резекции и реконструкции дыхательных путей, не прерывая вентиляцию, но в то же время сопровождалось большим количеством осложнений. В нашем исследовании ВЧ ИВЛ применялась у возрастных пациентов, отягощенных коморбидной патологией, продолжительность операции и применения специального режима была более длительной, чем у больных с ПАО.

Основным преимуществом ПАО является создание свободного операционного поля и оптимальных условий для наложения анастомоза. Ведущим ограничением применения ПАО является фактор времени, приводящий к нарастанию гиперкапнии и ацидоза. Однако эти нарушения являются обратимыми в условиях достаточной оксигенации артериальной крови и не сопровождаются изменением параметров кровообращения и накоплением лактата.

1. При реконструктивных вмешательствах по поводу стенозов трахеи оба специализированных метода респираторной поддержки сопровождаются нарушениями газового состава крови и кислотно-основного состояния в виде формирования гиперкапнии и дыхательного ацидоза.

2. Метод потоковой апнойной оксигенации обеспечивает уровень оксигенации, сопоставимый с таковым при высокочастотной струйной искусственной вентиляции легких, но только в том случае, если не развивается гипоксемия на фоне присоединяющихся осложнений. Выполнение потоковой апнойной оксигенации сопровождается более выраженным ацидозом на фоне нарушения выведения углекислоты без статистически значимых различий по уровню лактатемии.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Говорова Н.В., Орлов Ю.П., Нестерова К.И.

Сбор и обработка материала — Спасская А.А.

Статистический анализ данных — Спасская А.А., Говорова Н.В., Нестерова К.И., Гольтяпин В.В.

Написание текста — Спасская А.А., Говорова Н.В., Орлов Ю.П., Нестерова К.И., Гольтяпин В.В.

Редактирование — Говорова Н.В., Орлов Ю.П., Нестерова К.И., Гольтяпин В.В.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.