Протеазно-ингибиторный дисбаланс и маркеры воспаления при кардиохирургических вмешательствах в условиях искусственного кровообращения

Воспалительная реакция на хирургическую травму, направленная на обеспечение «чистоты» внутренней среды организма, приобретает особый смысл при использовании во время кардиохирургических вмешательств искусственного кровообращения (ИК), приводящего к неизбежной травме форменных элементов крови в экстракорпоральном контуре. Исследование механизмов этих процессов и поиск способов ослабления патологических реакций при развитии воспалительного ответа на ИК остается актуальным в настоящее время [5, 6].

Известно, что в качестве модуляторов воспалительного процесса в организме и регуляторов функции основных клеток-эффекторов воспаления — нейтрофильных гранулоцитов выступают цитокины. Активированные лейкоциты наряду с продукцией свободных радикалов выделяют и другие медиаторы деструкции, такие как протеолитические ферменты. Существование в организме протеолитических ферментов с высокой физиологической активностью обусловливает необходимость тонкой регуляции их действия. Такую роль играют специфические белки-ингибиторы, обладающие способностью к образованию устойчивых комплексов с ферментами, в составе которых они теряют активность и таким образом организм становится защищенным от деструктивного действия избыточного протеолиза.

Физиологическая роль протеолиза обусловлена необходимостью деградации полипептидных цепей с измененной структурой. Между активностью протеаз и их ингибиторов в норме существует динамическое равновесие, однако избыточная активация и дисбаланс в протеазно-ингибиторной системе могут приводить к нарушению оксигенирующей функции и разрушению соединительнотканных структур легких, компонентов сосудистой стенки, развитию послеоперационной дисфункции миокарда и усилению воспалительной реакции [7, 10, 11].

Одним из наиболее агрессивных протеолитических ферментов, секретируемых при дегрануляции нейтрофилов, считается эластаза. Этот фермент, обладая способностью гидролизовать белки соединительной ткани, участвует в активации матриксных металлопротеиназ и выступает как медиатор деструкции внеклеточного матрикса [8]. Нарушение функционального баланса в эластазоингибиторной системе может быть одним из основных патогенетических звеньев затяжного воспаления и воспалительно-деструктивных изменений в альвеолах и интерстициальной ткани.

Цель настоящего исследования — оценка эластазоингибиторного баланса в условиях воспалительной реакции на хирургическую травму и ИК при коррекции врожденных пороков сердца.

Исследование проведено на различных этапах 36 кардиохирургических операций по коррекции врожденных пороков сердца в условиях ИК. Основную группу больных составили пациенты с дефектами межжелудочковой и межпредсердной перегородок сердца, средний возраст больных — 10,6±0,6 года.

Накануне операции детям назначали премедикацию: реланиум в дозе 0,1—0,15 мг/кг внутримышечно, феназепам в дозе 0,25—0,5 мг внутрь, кроме того, за 60 мин до начала операции пациенты получали реланиум 0,1 мг/кг, супрастин 1 мг/кг (максимально 20 мг) внутримышечно. Введение в анестезию выполняли непосредственно в операционной, использовали пропофол в дозе 1 мг/кг, фентанил 4—6 мкг/кг внутривенно. В качестве миорелаксанта применяли пипекурония бромид (ардуан) в дозе 0,06—0,1 мг/кг.

Длительность ИК составила 99,2±8,2 мин. Температурный режим перфузии — 33,7±0,4 °С. В периферической крови исследовали содержание интерлейкина-6 (ИЛ-6), нейтрофильной эластазы, α₁-антитрипсина, α₂-макроглобулина и С-реактивного белка на следующих этапах: перед началом ИК, на 30-й минуте ИК, через 5 и 30 мин после окончания ИК, через 2 ч после операции, а также к концу первых суток после операции.

Статистический анализ полученных данных выполняли с помощью программы Statistica 6.0.

К 30-й минуте ИК в периферической крови содержание провоспалительного ИЛ-6 характеризовалась лишь тенденцией к увеличению (табл. 1).

Развитие воспалительной реакции на хирургическую травму и ИК и увеличение продукции провоспалительного ИЛ-6 сопровождается активацией нейтрофилов и выходом в окружающую среду протеолитических ферментов, самым агрессивным из которых является нейтрофильная эластаза. Исследование динамики ее содержания показало увеличение концентрации к 30-й минуте ИК в 4 раза по сравнению с предоперационной. На последующих этапах отмечалось дальнейшее увеличение с максимальным уровнем через 30—120 мин после окончания перфузии (p<0,001). В первые сутки после операции зарегистрировано снижение концентрации этого фермента (p<0,001), однако она оставалась выше, чем до операции (p<0,001).

При исследовании динамики содержания ингибиторов эластазы (α₁-антитрипсина, α₂-макроглобулина) обнаружена противоположная направленность изменений по сравнению с эластазой. Уже на 30-й минуте перфузии содержание обоих белков-ингибиторов в крови снижалось (p<0,001) и еще 2 ч после ИК оставалось статистически значимо ниже, чем до операции (табл. 2)

Таким образом, развертывание воспалительного ответа на хирургическую травму и ИК сопровождается снижением протеазно-ингибиторного потенциала у оперированных больных.

Среди медиаторов воспалительной реакции на хирургическую травму и ИК одним из провоспалительных цитокинов, секретируемых Т-хелперами 2-го типа, выступает ИЛ-6. Значительное увеличение уровня ИЛ-6 в системном кровотоке было выявлено через 5 мин после окончания ИК, в это же время отмечался высокий уровень кортизола. Биологический смысл увеличения концентрации глюкокортикостероидов, развивающегося на этапах операции, заключается в оптимизации защитных реакций, реализуемых иммунной системой.

Известно, что ИЛ-6 является мощным стимулятором продукции белков острой фазы клетками печени. Согласно полученным данным, содержание ИЛ-6 в циркулирующей крови продолжало увеличиваться в первые 2 ч после ИК и только к первым суткам снижалось, хотя относительно дооперационного его оставалось в 10 раз выше.

По нашим данным, запуск воспалительного каскада, о котором свидетельствовало увеличение продукции ИЛ-6, сопровождался выделением активированными лейкоцитами эластазы в результате их секреторной дегрануляции и снижением уровня белков-ингибиторов протеолитических ферментов. Считается, что протеолитические ферменты нейтрофилов не только сами повреждают ткань, но и активируют комплемент, который в свою очередь подключается к деструкции. Основные функции белков острой фазы, в первую очередь С-реактивного белка, связаны с их способностью взаимодействовать со всякого рода лигандами с образованием белково-лигандных комплексов. Повышение их уровня приводит к ингибированию активности протеиназ, нейтрализации токсичных молекул, ускорению выведения погибших клеток, увеличению общего фонда антиоксидантов.

Наиболее выраженные изменения в системе протеолиз—антипротеолиз нами были выявлены через 30 и 120 мин после окончания ИК; в это время повышенное содержание протеолитического фермента нейтрофильной эластазы не было скомпенсировано увеличением содержания ее ингибитора. Протеазно-ингибиторный коэффициент на этом этапе был самым низким за весь период исследования. Было показано, что именно нарушение баланса протеазы/антипротеазы является важной характеристикой деструктивных процессов в легочной ткани [3].

Поскольку активация нейтрофилов неизбежно сопровождается образованием свободных радикалов кислорода, их модифицирующее действие на белки приводит к резкому повышению чувствительности таких белков к протеолитической деградации [2], в том числе ингибиторов эластазы — α₁-антитрипсина и α₂-макроглобулина. Усиление свободнорадикального окисления, таким образом, вносит дополнительный вклад в развитие дисбаланса в системе протеолиз—антипротеолиз в сторону гиперпротеолиза.

Нельзя исключать и того, что каскадная активация протеолитических систем плазмы крови клинически наиболее часто проявляется сдвигами в свертывающей системе. Известно деструктирующее влияние лейкоцитарной эластазы на высокомолекулярный кининоген, контролирующий адгезию и активность тромбоцитов. В эксперименте выявлена способность нейтрофильной эластазы расщеплять высокомолекулярный кининоген даже в присутствии α₁-антитрипсина, причем как в эквимолярной, так и в 3—5 раз превышающей ее концентрации, что свидетельствует о патогенетической роли лейкоцитарной эластазы в развитии тромбо-геморрагических осложнений [1].

Можно полагать, что выявленное нами значительное увеличение уровня ингибитора эластазы α₁-антитрипсина в послеоперационном периоде может оказывать ингибирующее действие на протеиназы, тем самым защищая от деструкции высокомолекулярный кининоген.

Известно, что α₂-макроглобулин не подавляет полностью каталитическое действие протеиназ, а лишь сужает их субстратную специфичность и поэтому его можно считать только ограничителем ферментативных функций протеолитических ферментов, хотя показано, что нейтрофильная эластаза при связи с α₂-макроглобулином лишается протеолитической активности [4].

Поскольку клиническими последствиями дисбаланса в эластазоингибиторной системе после операций на открытом сердце в условиях ИК являются изменения в интерстициальных структурах соединительной ткани легких, поиск фармакологических препаратов, способных ингибировать гиперпротеолиз, остается актуальной проблемой анестезиологического обеспечения кардиохирургических вмешательств.

Таким образом, коррекция врожденных пороков сердца в условиях ИК сопровождается снижением содержания антипротеазных регуляторных белков на фоне возрастания уровня протеолитического фермента нейтрофилов — эластазы. Наиболее выраженные нарушения равновесия в системе эластаза—ингибитор отмечены к окончанию операции и в первые 2 ч после нее, свидетельствуя об истощении эластазоингибиторного звена системы. Возрастание антипротеолитического потенциала у пациентов с врожденными пороками сердца, оперированных в условиях ИК, к исходу первых суток не компенсировало высокого уровня эластазы, и эластазоингибиторный коэффициент на фоне увеличения концентрации маркеров воспаления оставался практически в 3 раза ниже дооперационного. Дисбаланс в протеазно-ингибиторной системе является фактором риска развития осложнений в послеоперационном периоде и свидетельствует о необходимости определения тактики его коррекции.