Нарушение функции эндотелия и повреждение гликокаликса в ходе реконструктивных операций на аорте в условиях умеренной гипотермии и циркуляторного ареста

Современные представления о патогенезе ряда заболеваний, в том числе сердечно-сосудистой патологии, включают в себя эндотелиальную дисфункцию как обязательный компонент патологического процесса. При этом дисфункция эндотелия является результатом не только нарушения морфологии и активности клеток эндотелия, но и повреждения надклеточной системы — гликокаликса (ГК). Проведение операции с искусственным кровообращением (ИК) оказывает значительное негативное влияние на состояние эндотелия и ГК.

ГК выполняет три основные функции: он действует как мостик для взаимодействия между клетками циркулирующей крови и эндотелиальными клетками, как селективный проницаемый барьер для стенки кровеносного сосуда и как механический барьер (датчик механических сил, защищающий от сверхактивации рецепторов клеточной поверхности) [1]. Структура ГК чрезвычайно уязвима, и воспаление, ишемия/реперфузия, гиперволемия, операции на сосудах могут вызвать его повреждение. Повреждение слоя ГК считается начальной стадией развития воспаления и приводит к дисфункции эндотелиальных клеток. Сосудистая эндотелиальная дисфункция усугубляет воспалительную реакцию, что еще больше способствует повреждению ГК [2].

Кардиохирургические операции, проводимые при патологии аорты, кроме ИК требуют циркуляторного ареста (ЦА) в условиях гипотермии, что является стандартным подходом при операциях на дуге аорты [3, 4]. Улучшение техники операции и методов защиты головного мозга послужило предпосылкой для возможного снижения уровня гипотермии. Одними из главных позитивных сторон стратегии изменения температурного режима являются снижение системного воспалительного ответа, минимизация дисфункции внутренних органов, снижение риска послеоперационного кровотечения (неблагоприятных последствий глубокой гипотермии), что, вероятно, обусловлено меньшим повреждением ГК и степенью эндотелиальной дисфункции [5]. Некоторые авторы сообщают об успешных результатах как при легкой [6], так и при умеренной системной гипотермии [7]. Однако до сих пор нет регламентирующих стандартизованных принципов в отношении уровня гипотермии, которая должна быть достигнута к моменту ЦА [8], в связи с чем представляется актуальным оценить динамику маркеров повреждения собственно эндотелия и ГК при операциях на аорте в условиях ИК и умеренной гипотермии (28—30°C) для выработки тактики, направленной на уменьшение расстройств микроциркуляции и улучшение клинических результатов в данном аспекте.

В исследование включены 15 пациентов с аневризмой восходящей аорты в возрасте 56,0±8,6 года (табл. 1). Выполняли протезирование восходящей аорты из срединной стернотомии в условиях ИК, умеренной гипотермии (28—30°C) и ЦА с унилатеральной антеградной перфузией головного мозга через брахиоцефальный ствол и дистальной перфузией. При проведении ИК объемная скорость перфузии составляла не менее 4,5 л/мин. Давление в артериальной магистрали во время ЦА поддерживали на уровне 60—80 мм рт.ст., скорость перфузии составляла 6—8—10 мл/кг/мин.

Таблица 1. Клинико-демографическая характеристика пациентов

Примечание. ИМТ — индекс массы тела; ГБ — гипертоническая болезнь; СД — сахарный диабет; АКШ — аортокоронарное шунтирование; АК — аортальный клапан; ФВ ЛЖ — фракция выброса левого желудочка.

Определяли уровень биохимических маркеров повреждения ГК, таких как SDC-1 — синдекан-1, HSPG — синдекан-2, гепарансульфатпротеогликан, HA — гиалуроновая кислота. Также оценивали уровень маркеров эндотелиальной дисфункции, таких как Ang-1 — ангиопоэтин-1, ESM-1 — специфическая молекула эндотелиальных клеток, ET-1 — эндотелин-1. Материал для исследования забирали в вакутейнеры BD Vakuteiner (USA) до операции, после окончания ИК, через 4 ч и 24 ч после кардиохирургического вмешательства. После центрифугирования в течение 15 мин при 3000 g сыворотку немедленно замораживали до –25°C и по мере накопления необходимого количества проб определяли маркеры повреждения ГК и эндотелиальной дисфункции иммуноферментным анализом.

Статистический анализ данных проводили в программе Statistica 10 (USA). Количественные значения выражали медианой и межквартильным интервалом (Me [Q1; Q3]). Для сравнения количественных характеристик использовали W-критерий Уилкоксона (зависимые выборки). Для оценки корреляции использовали коэффициент Спирмена. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

При анализе уровня маркеров повреждения ГК выявлены тенденции к значительному повышению уровня SDC-1 — на 108,3% к концу ИК (табл. 2) и значительному снижению уровня SDC-1 через 4 ч и 24 ч после операции. Анализ показал тенденцию к некоторому снижению уровня HSPG в крови по завершении ИК и увеличение содержания HSPG на 26,7% через 4 ч и на 23,4% через 24 ч после операции (p>0,05) относительно дооперационных значений. Содержание в крови гиалуроновой кислоты возрастало уже после окончания ИК на 275% (p=0,006) и постепенно снижалось через 4 ч после операции, но превышало дооперационные значения на 115,6% (p=0,0035), а через 24 ч — на 34,4% (p>0,05).

Таблица 2. Динамика маркеров деградации гликокаликса

Анализ маркеров эндотелиальной дисфункции также показал значимые изменения в интраоперационном и раннем послеоперационном периодах (табл. 3). Уровень Ang-1 снизился на 80,7% (p=0,001) после окончания ИК и оставался ниже дооперационных значений на 42% через 4 ч после операции. Отмечено возрастание уровня ET-1 через 4 ч после операции на 76% (p=0,009) и через 24 ч на 49% (p=0,03). Содержание в крови ESM-1 имело тенденцию к росту через 4 ч и 24 ч после кардиохирургического вмещательства.

Таблица 3. Динамика маркеров эндотелиальной дисфункции

Корреляционный анализ маркеров повреждения ГК, эндотелиальной дисфункции и интраоперационных факторов, таких как продолжительность ИК и ЦА, выявил продолжительность ИК в качестве статистически значимого фактора (табл. 4). Так, продолжительность ИК положительно коррелировала с уровнем HSPG после ИК, а также с уровнем ET-1 в крови после ИК и через 4 ч после операции.

Таблица4. Коэффициент корреляции Спирмена

Исследований, изучающих повреждение ГК во время кардиохирургических операций, немного. Полученные нами данные схожи с опубликованными ранее результатами по изучению динамики маркеров расстройств микроциркуляции у пациентов при операциях на восходящей аорте в условиях ИК, глубокой гипотермии и ЦА, показавшими транзиторное 42-кратное и 10-кратное увеличение SDC-1 и HSPG соответственно во время ранней реперфузии [9]. Другие авторы изучали динамику маркеров повреждения ГК и эндотелиальной дисфункции при аортокоронарном шунтировании (АКШ) с ИК [10]. Начало шунтирования было связано с 2-кратным увеличением уровня гепарансульфата в плазме (p<0,0001) с последующим 6-кратным увеличением уровня SDC-1 после отключения от ИК (p<0,0001) по сравнению с дооперационными значениями. Уровни HSPG вернулись к уровням до шунтирования после отключения от ИК, тогда как уровни SDC-1 оставались повышенными в первые 3 дня после операции (p<0,0001). Мощное воздействие ИК на ГК продемонстрировано и другими исследователями, отметившими повышение уровня SDC-1 в 4,8 раза, HSPG в 1,8 раза уже после завершения ИК с нормализацией этих показателей через сутки после изолированного АКШ с ИК [11]. Также была показана взаимосвязь между повышенным высвобождением продуктов деградации ГК и расстройствами микроциркуляции при кардиохирургических операциях с ИК [12].

SDC-1 является основным белком в протеогликане гепарансульфата и используется в качестве маркера повреждения ГК [13]. Гиалуроновая кислота является еще одной важной составляющей эндотелиального ГК, низкомолекулярные фрагменты которого под действием гиалуронидазы могут стимулировать воспаление и повреждение эндотелиальных клеток [14]. Проведенное нами исследование продемонстрировало, что после операций на аорте с ИК и ЦА в условиях умеренной гипотермии уровень SDC-1 имел тенденцию к возрастанию в 2 раза относительно дооперационных значений сразу после окончания ИК и снижению через 24 ч после операции до исходных значений. Уровень HSPG как составной части ГК также значительно возрастал через 4 ч после операции (на 26,7%, p=0,004) и оставался повышенным через 24 ч после вмешательства по сравнению с исходными значениями (на 23,4%, p=0,006).

Наибольшая динамика среди маркеров деградации ГК отмечена при определении уровня гиалуроновой кислоты. После окончания ИК ее содержание в крови возросло на 275% (p=0,006) и оставалось увеличенным через 4 ч и 24 ч после операции на 115,6% (p=0,0035) и 34,4% (p=0,3) соотвественно. Таким образом, анализ маркеров деградации ГК показал значимое повышение их уровней уже после окончания ИК, однако превышение дооперационных значений было менее выраженным, чем показано в других исследованиях [9—11]. Это, возможно, объясняется более мягким режимом гипотермии при ЦА, а также небольшим количеством обследованных больных в нашем исследовании. Проведенное нами исследование демонстрирует высокую чувствительность ГК к ишемически-перфузионному повреждению при анализируемых хирургических вмешательстах, что указывает на развитие массивных субклинических расстройств микроциркуляции при операциях на восходящей аорте.

В данном исследовании была изучена динамика маркеров эндотелиальной дисфункции, а именно ET-1, Ang-1 и ESM-1.

ET-1 яляется мощным сосудосуживающим пептидом, продуцируется и высвобождается преимущественно эндотелиальными клетками. ET-1 ингибирует eNOS и, как следствие, оксид азота, что приводит к нарушению сосудистой реактивности и вызывает воспаление гладкой мускулатуры сосудов [15]. В нашем исследовании ET-1 имел статистически значимую динамику в виде роста в послеоперационном периоде: через 4 ч после операции его уровень возрастал на 76% (p=0,009), а через 24 ч — на 49% (p=0,03).

Ang-1 является своего рода защитным фактором при ишемически-реперфузионном повреждении сосудистого русла, он способен ингибировать апоптоз эндотелиальных клеток [16]. Настоящее исследование продемонстировало значительное снижение уровня Ang-1 после окончания ИК — на 80,7% (p=0,001), а через 4 ч после операции — на 42% по сравнению с дооперационным уровнем и возрастание его уровня через 24 ч после операции на 19,2%. Данную динамику Ang-1 можно расценить как проявление выраженной дисфункции эндотелия, развившейся в результате ишемически-реперфузионного повреждения после хирургической реконструкии восходящего отдела аорты в условиях ИК и ЦА.

Специфическая молекула эндотелиальных клеток (ESM-1), также известная как эндокан, отражает активацию и дисфункцию эндотелия и служит потенциальным иммуновоспалительным маркером, ассоциированным с сердечно-сосудистыми заболеваниями [17]. В нашем исследовании уровень ESM-1 возрастал через 4 ч после операции на 36,7% с возвратом к исходным значениям через 24 ч после операции.

Одним из наиболее значимых факторов, коррелирующих с повышением уровня маркеров деградации ГК, является продолжительность ИК. Так, корреляция длительности ИК и уровня SDC-1 в раннем послеоперационном периоде была показана в некоторых исследованиях [18]. Проведенный нами корреляционный анализ показал прямую взаимосвязь продолжительности ИК и уровня маркеров деградации ГК (HSPG) и эндотелиальной дисфункции (ET-1). Отсутствие корреляций с продолжительностью ЦА, возможно, обусловлено небольшим количеством наблюдений, а также относительно постоянным и непродолжительным временем ЦА.

Ограничение исследования: небольшое количество пациентов, включенных в исследование.

При операциях на восходящем отделе аорты в условиях ИК, ЦА и умеренной гипотермии (28—30°C) продемонстрировано статистически значимое повреждение ГК и развитие эндотелиальной дисфункции, что указывает на развитие массивных субклинических расстройств микроциркуляции при подобных вмешательствах. При этом в первую очередь отмечается повышение маркеров деградации ГК (непосредственно после ИК), во вторую очередь — маркеров эндотелиальной дисфункции в раннем послеоперационном периоде. Это отражает картину микроциркуляторных расстройств вследствие ишемически-реперфузионного повреждения. Степень выраженности эндотелиальной дисфункции и разрушения ГК, основных структурных составляющих микроциркуляторного русла, при выполняемых операциях прямо коррелирует с длительностью ИК.

Финансирование. Работа выполнена в рамках фундаментального научного исследования №122020300043-1 «Молекулярно-клеточные механизмы развития сердечно-сосудистых заболеваний ишемического и неишемического генеза. Фундаментальные аспекты реализации органопротективных эффектов лечебных вмешательств».

Комментарий. Отправленная коллективом авторов статья носит характер пилотного исследования по актуальному направлению — исследованию повреждения гликокаликса при операциях на аорте по результатам немногочисленной группы пациентов. Целью написания статьи было привлечь внимание заинтересованного круга лиц к проблеме повреждения микроциркуляторного русла при подобных операциях и, собственно, представить полученные нами результаты. В дальнейшем планируется расширить рамки работы и сопоставить различные группы пациентов (с циркуляторным арестом и без него, с разными вариантами реконструкции аорты) с публикацией полученных результатов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.