Селективная церебральная и коронарная перфузия при коррекции коарктации аорты с тубулярной гипоплазией дуги (литературный обзор)

–90

При коррекции коарктации аорты с тубулярной гипоплазией дуги аорты существует несколько вопросов, определяющих принципиально разную тактику хирургического вмешательства. Во-первых, это вопрос выбора доступа: стернотомия или торакотомия, что, в свою очередь, определяется необходимостью использования искусственного кровообращения. Во-вторых, при коррекции порока в условиях искусственного кровообращения нужно определить способ защиты головного мозга: селективная церебральная перфузия или глубокий гипотермический циркуляторный арест. В-третьих, требует решения вопрос выбора защиты миокарда: селективная коронарная перфузия или кардиоплегия.

Все эти вопросы, в свою очередь, делятся на множество более мелких проблем, каждая из которых имеет иногда более двух вариантов решения. Такая ситуация приводит к тому, что принятие решения о способе оказания помощи конкретному пациенту представляет собой непростую задачу. Это связано с отсутствием исследований, которые позволили бы получить надежные данные, на основании которых можно было бы выработать универсальную стратегию.

В данном литературном обзоре делается попытка собрать воедино различные сведения о методиках, являющихся в настоящее время наиболее распространенными, проанализировать их обоснование и некоторые результаты.

Данная работа не является метаанализом, так как разнообразие факторов, влияющих на результаты оперативного лечения в данной группе пациентов (в свою очередь, также неоднородной), не позволяет объединить работы для математического анализа.

Доступ

Когда у пациента имеется изолированная коарктация аорты без какой-либо гипоплазии дуги, выбор доступа представляется относительно однозначным. В такой ситуации (за редким исключением) используется левая торакотомия. Существует также мнение, что у новорожденных детей коарктация аорты всегда сопровождается той или иной степенью гипоплазии дуги аорты, а значит, требует коррекции из стернотомного доступа в условиях искусственного кровообращения [1]. Когда имеется атрезия дуги аорты либо ее перерыв, ситуация однозначно предполагает стернотомный доступ.

Сложнее, когда у пациента имеется коарктация аорты с тубулярной гипоплазией дуги аорты. Термин «тубулярная гипоплазия аорты» впервые появляется у J.E. Edwards et al. (1948) [2]. В дальнейшем описывается несколько различных определений тубулярной гипоплазии. Так, в работе A.J. Moulaert et al. (1976) [3] тубулярная гипоплазия определяется как комбинация аномальной длины в сочетании с малым диаметром сегмента. В соответствии с выделенными G.C. Celoria и R.B. Patton сегментами A, B и C [4] для проксимального сегмента дуги аорты (сегмент C по G.C. Celoria, между брахиоцефальным стволом и левой общей сонной артерией) тубулярной гипоплазией считается ситуация, когда наружный диаметр проксимального сегмента аорты составляет 60% и менее от диаметра восходящей аор- ты. Для дистального сегмента дуги аорты (сегмент B по G.C. Celoria, между левой общей сонной артерией и левой подключичной артерией) критерием гипоплазии считается уменьшение наружного диаметра до 50% и менее от диаметра восходящей аорты. Другой вариант определения тубулярной гипоплазии опирается на работу A.M. Rudolph et al. [5], где на основании исследования 41 новорожденного с обструкцией аорты показано, что восходящая аорта может не соответствовать весу ребенка из-за фетальной гемодинамической «недогру-женности». Таким образом, предлагается оценивать гипоплазию дуги аорты, сравнивая ее не с восходящей, а с нисходящей аортой; критерий – менее 50% наружного диаметра нисходящей аорты [6].

Еще одно определение гипоплазии дуги аорты предложено в 1992 г. и часто упоминается как правило Ми. Гипоплазированной считается дуга, размер которой в миллиметрах меньше, чем вес ребенка в килограммах плюс один [7]. Также можно найти упоминание следующего критерия гипоплазии: диаметр аорты менее диаметра брахиоцефального ствола [8].

Предложено несколько критериев тубулярной гипоплазии на основании стандартизированной оценки (z-score), но единого критерия опять же нет. Так, в работе M.A. Elgamal et al. [9] авторы ориентируются на значение z-score-2 и менее как критерий гипоплазии. В работе Y. Kotani et al. [10] пограничным выбрано значение z-score-3.

При отсутствии договоренности об однозначном определении тубулярной гипоплазии можно отметить, что каждый из подходов имеет положительные и отрицательные стороны. Так, критерии гипоплазии, основанные на сравнении дуги аорты с другими сосудами, дают возможность объективно оценить относительную гипоплазию участка, но не позволяют судить о «достаточности» данного размера дуги аорты для пациента с конкретными антропометрическими параметрами. В свою очередь, правило Ми и стандартизированные оценки позволяют судить о соответствии дуги аорты конкретному пациенту, но не могут учитывать изменения веса пациента (например, в результате накопления жидкости на фоне инфузии простагландина Е1, физиологической потери веса), которые могут быть существенными у новорожденных пациентов. Кроме того, существуют различные методики визуализации: эхокардиография, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография. Каждая методика имеет свое разрешение, при каждой из них оценка «истинного» диаметра производится по своей технологии, что также в ряде случаев затрудняет принятие решения.

При выборе доступа необходимо сослаться на две работы, отдающие в определенных ситуациях предпочтение стернотомии либо торакотомии в зависимости от результатов, получаемых авторами. Первая работа, симпатии авторов которой в случае тубулярной гипоплазии однозначно на стороне стернотомного доступа, это работа T. Sakurai et al. (2012) [8]. Авторы анализируют 288 случаев коррекции коарктации аорты за период с 1991 по

2010 гг. в Birmingham Children’s Hospital (Великобритания). Гипоплазия дуги аорты определялась по правилу Ми или в сравнении с брахиоцефальным стволом. Всего пациентов с гипоплазией дуги было 60 (21%). Срок наблюдения составил 6,8 ± 8,3 года. Ранняя (до 30 сут) летальность составила 1%, поздняя – 3%. Левая торакотомия использовалась в 237 (82%) случаях, срединная стернотомия – в 51 (18%) случае. При этом авторы отмечают, что постепенно стали склоняться к стернотомии во всех пограничных случаях тубулярной гипоплазии, что привело к возрастанию доли стернотомного доступа. С учетом критериев гипоплазии и среднего веса пациентов 3,7 кг пограничный размер дуги аорты составлял 4,7 мм [11]. У 33 пациентов (11%) потребовались повторные вмешательства по поводу обструкции дуги аорты. При этом у пациентов с гипоплазией дуги коррекция из стернотомии позволяла добиться более радикального устранения обструкции (в том числе за счет использования заплат), что сопровождалось статистически значимо меньшим числом реинтервенций. Авторы делают вывод, что более частое использование стернотомии уменьшает количество повторных вмешательств по поводу обструкции дуги аорты после первичной коррекции коарктации, а использование стернотомии при пограничных размерах дуги может позволить достичь лучших отдаленных результатов.

Вторая работа, авторы которой скорее симпатизируют торакотомии, это работа Y. Kotani et al. (2014) [10]. Авторы анализируют 140 случаев оперативного лечения по поводу коарктации аорты за период с 2005 по 2012 гг. в госпитале Торонто (The Hospital for Sick Children, Канада). Гипоплазия дуги аорты определялась как z-score проксимальной дуги (сегмент А по G.C. Celoria) менее –3. Пациентов с гипоплазией дуги было 80 (57%). Срок наблюдения составил 18 мес. Летальных исходов не было. В 100% случаев использовалась левая торакотомия. Зажим на дугу накладывался под контролем церебральной оксиметрии, конец зажима мог достигать брахиоцефального ствола для расширения зоны анастомоза. С учетом критериев гипоплазии и среднего веса пациентов 3,3 кг (средняя площадь поверхности тела BSA при этом составляет 0,22 м2), пограничный размер дуги аорты – 4,95 мм [11]. У 12 пациентов (8,6%) потребовалось повторное вмешательство по поводу обструкции дуги аорты или анастомоза. Свобода от реопераций не отличалась между группами с гипоплазией и без гипоплазии дуги аорты. Авторы делают вывод, что у пациентов с коарктацией аорты и тубулярной гипоплазией дуги аорты при z-score размеров проксимальной дуги аорты более –6 возможна коррекция из торакотомии с низким риском повторного вмешательства. Для пациента со средней BSA 0,22 м2 (вес – 3,3 кг, рост – 54 см) такой размер сегмента А аорты составил 3,14 мм [11].

Важным моментом в выборе доступа является необходимость проведения искусственного кровообращения (и, соответственно, защиты мозга, сердца, висцеральных органов). Вероятно, основным определяющим фактором будет являться умение хирурга и команды выполнять адекватную и безопасную коррекцию из выбранного доступа с хорошим отдаленным результатом.

Защита головного мозга

Масса мозга составляет всего около 2% массы всего организма, при этом мозговой кровоток составляет 13– 20% сердечного выброса, а потребление кислорода – 20% всего потребления кислорода организмом в покое [12, 13]. Это повышает требования к качеству защиты головного мозга при вмешательствах на дуге аорты. Возможные варианты защиты включают, во-первых, глубокий гипотермический циркуляторный арест, позволяющий добиться снижения потребления кислорода, во-вторых, различные варианты перфузии (антеградная, в том числе селективная, ретроградная) как при поддержке гипотермии различной степени, так и в нормотермических условиях.

Известно, что снижение температуры на 1 ˚С приводит к уменьшению потребления кислорода на 57% [14–16]. Хочется особо упомянуть вклад отечественной кардиохирургии в развитие и обоснование гипотермии как метода защиты организма в кардиохирургии. Во всем мире основополагающими работами по коррекции врожденных пороков сердца в условиях общей гипотермии считаются исследования Е.Н. Мешалкина и его коллег [17]. Описаны многочисленные нейропро-текторные эффекты гипотермии [18–20]. Гипотермия уменьшает уровень внеклеточных нейротрансмиттеров, уменьшает уровень глицина в мозге после ишемии, увеличивает количество нейротрофического фактора мозга (BDNF) и других нейротрофинов после ишемии. К тому же гипотермия предотвращает пролиферацию, миграцию, трансформацию и активацию астроглиальных клеток. Кроме того, гипотермия уменьшает уровень белка p53 в мозге и апоптоз нейронов, воздействует на уровни регулятора апоптоза bcl-2 и цитохрома C, блокирует апоптоз, зависимый от фактора некроза опухоли, воздействует на стрессовые сигнальные системы, предотвращая апоптоз, уменьшает каспаза-зависимый апоптоз, блокирует белки, ответственные за опосредование каспаза-независимого апоптоза. Наконец, гипотермия способствует образованию белков холодного шока, уменьшает уровень лактата от анаэробного метаболизма, уменьшая клеточный ацидоз, улучшает метаболизм глюкозы и сохраняет ее резервы в мозге, уменьшает уровень свободных радикалов после повреждения нейронов, блокирует протеинкиназу С-дельта и сохраняет функцию протеинкиназы С-эпсилон после ишемии. С гипотермией связывают усиление сигнального пути проте-инкиназы В (PI3K-Akt) и структурные повреждения PTEN, уменьшение выработки воспалительных цитокинов и лейкотриенов, снижение функции воспалительных клеток (таких, как макрофаги), подавление эпилептогенной электрической активности, уменьшение повреждения гематоэнцефалического барьера, уменьшение повреждения эндотелия сосудов, снижение концентрации тромбоксана А2 [18].

Однако ключевым механизмом поддержания адекватного притока кислорода и глюкозы к мозгу является феномен ауторегуляции церебрального кровотока [21]. В ряде исследований показано, что гипотермия во время искусственного кровообращения может нарушать механизмы ауторегуляции, что коррелирует с послеоперационными инсультами [22, 23]. Однако другие исследования свидетельствуют о сохранении ауторегуляции во время охлаждения, хотя во время согревания эффективность ауторегуляции статистически значимо ниже, чем при нормотермии [24]. Кроме того, безопасные интервалы циркуляторного ареста значимо варьируют: от 40–60 мин при 20–22 ˚С до 29 мин при 15 ˚С [25–27]. А электрическое молчание мозга достигается при назофарингеальной температуре 10,1–24,1 ˚С, ректальной температуре 12,8–28,6 ˚С [28]. Наиболее значимым аргументом против глубокого гипотермического циркуляторного ареста являются данные, полученные в исследовании, опубликованом D. Wypij et al. (2003) [29]. В этом исследовании сравниваются восьмилетние неврологические результаты коррекции врожденных пороков сердца в условиях искусственного кровообращения у пациентов, для защиты мозга которых применялся глубокий гипотермический циркуляторный арест и низкопоточная циркуляция. Авторами показано, что в тестах, оценивающих вербальный интеллект и тонкую моторику, пациенты после ареста демонстрировали статистически значимо худшие результаты.

Что касается селективной церебральной перфузии, то уже в самых ранних работах были показаны следующие положительные эффекты: во время селективной перфузии головной мозг утилизирует кислород [30], а через коллатерали кровоснабжаются органы брюшной полости [31].

В работе Jr. Fraser et al. (2008) подробно разобрана методика селективной церебральной перфузии [32]. Авторы указывают на то, что несмотря на теоретическое преимущество, селективная церебральная перфузия не показала лучших результатов в сравнении с глубоким гипотермическим циркуляторным арестом. Подробно разбирая техники селективной перфузии, описанные в различных работах, авторы делают вывод о том, что в этих исследованиях перфузия головного мозга не была адекватной. Для обеспечения контроля достаточности кровотока (и, соответственно, предотвращения ишемических повреждений) применялась двусторонняя церебральная оксиметрия. При регионарной перфузии кровоснабжение головного мозга происходит через Виллизиев круг, потому анатомические варианты его строения, нарушение венозного оттока и даже положение пациента могут приводить к разнице в глубокой сатурации мозга у 50% пациентов, и эта разница может достигать 30%. Для ограничения избыточного кровотока (и, соответственно, предотвращения геморрагических повреждений и отека мозга) применяется транскраниальная допплерометрия, по которой скорость кровотока в средней мозговой артерии должна поддерживаться на уровне ± 10% от исходного кровотока (если пациент охлаждается, то в соответствии с гипотермией). Также показано отсутствие корреляции между давлением в правой лучевой артерии и данными глубокой оксиметрии и транскраниального допплера, то есть представляется некорректным ориентироваться на цифры артериального давления. При контрольном магнитно-резонансном исследовании авторы подчеркивают отсутствие новых очагов лейкома-ляции у оперированных при таком контроле пациентов. При других методиках обеспечения селективной церебральной перфузии и аресте новые очаги лейкомаляции выявляются у 5070% пациентов [33, 34].

В другой работе B.A. Ziganshin et al. (2013) подробно разбирается гипотермический циркуляторный арест [35]. Проведя анализ большого количества работ, описывающих результаты глубокого гипотермического ареста и различных вариантов церебральной перфузии, авторы приходят к выводу, что арест – это эффективная и безопасная методика защиты головного мозга в абсолютном большинстве плановых и неотложных вмешательств на дуге аорты. Арест позволяет уменьшить летальность, снизить уровень инсультов и сохранить когнитивную функцию после операции также хорошо, как и другие методы защиты (а в некоторых случаях является даже более эффективным). По мнению авторов, удобство, простота и эффективность обосновывают использование глубокого гипотермического циркуляторного ареста при необходимости вмешательства на дуге аорты.

Таким образом, различная оценка используемых методов защиты головного мозга подчеркивает сложность этой проблемы, а при принятии решения о том, перфузировать или нет, охлаждать или нет головной мозг, должны учитываться многие факторы. К сожалению, нет однозначного ответа на вопрос, что лучше: сохранять ли физиологические условия искусственным путем со всеми рисками технических неточностей (часто в надежде, что эти погрешности будут скомпенсированы ауторегуляционными механизмами) или создавать нефизиологические, но протективные условия.

Защита миокарда

Физиология сердца имеет ряд особенностей. Сердце – это и полый, и мышечный орган, а потому потребление кислорода пропорционально как напряжению стенок, так и нагрузке. В покое коронарный кровоток составляет 5% сердечного выброса, а потребление кислорода сердцем – 11% всего потребления кислорода [12].

Экстракция кислорода из крови сердцем наиболее полная, сатурация крови в коронарном синусе самая низкая во всем организме и у здоровых людей составляет в среднем 29%. Эта цифра остается стабильной при физической нагрузке, то есть при увеличении потребности миокарда [36]. Таким образом, ввиду практически полной экстракции кислорода в покое и минимальной способности к анаэробному метаболизму, увеличение кислородной потребности миокарда может быть удовлетворено только увеличением кровотока [37].

Физиология коронарного кровотока также имеет ряд особенностей. Здоровые коронарные артерии практиче- ски не создают сопротивления кровотоку, оно возникает в микроциркуляторном русле. Систолическое напряжение стенки желудочков использует около 30% общего потребления кислорода сердцем. Систолическое напряжение пропорционально давлению в желудочке, постнагрузке, конечному диастолическому объему, толщине стенки миокарда. Регуляция коронарного кровотока в основном обеспечивается локальными метаболитами: системные нервные и гуморальные влияния сравнительно невелики [37].

Стратегии защиты миокарда представлены кардиоплегией и селективной коронарной перфузией. Кардиоплегия – это технически простой, надежный и распространенный способ защиты миокарда, с широкой научной и практической базой. Более того, описанные выше особенности коронарного кровотока обусловливают очень высокие требования к качеству проведения селективной коронарной перфузии, если выбран данный метод защиты. Фактически, чтобы ответить, зачем нужна селективная коронарная перфузия, необходимо ответить на вопрос о недостатках кардиоплегии. Кардиоплегия заключается во введении гиперкалиевого раствора, который приводит к остановке сердца в фазе деполяризации. Дополнительным защитным фактором в большинстве случаев выступает охлаждение. В обзорной статье G.P. Dobson et al. представлены минусы гиперкалиевой кардиоплегии, подробно рассмотрена роль повреждения миокарда в результате ишемии с последующей реперфузией [38]. Процесс реперфузионного повреждения связан с выходом ионов калия из клеток, деполяризацией мембран, анаэробным образованием лактата и снижением уровня аденозинтрифосфата (АТФ), избытком внутриклеточных протонов, ионов натрия и двухвалентного кальция, ионным дисбалансом, клеточным отеком, образованием свободных радикалов, дисфункцией митохондрий, апоптозом и некрозом [39–42]. Это повреждение может быть обратимым, что проявляется отеком, сосудистой дисфункцией, оглушением миокарда, с исходом в синдром малого выброса, что требует инотропной или механической поддержки гемодинамики [43, 44]. Необратимое повреждение заключается в некрозе и апоптозе [45, 46]. Отек ткани и дисфункция микроциркуляторного русла могут переходить из обратимой в необратимую фазу, внося дополнительный вклад в некротические изменения в миокарде [38].

Само введение гиперкалиевого раствора приводит к следующим последствиям: изменяется мембранный потенциал, увеличивается накопление внутриклеточного двухвалентного кальция [38]. Концентрированный калиевый раствор связан с коронарной вазоконстрикцией как у взрослых пациентов [47], так и у детей [48]. Нарушается функция эндотелия: происходят воспалительные изменения, нейтрофильная инфильтрация, повышается проницаемость клеточных контактов, активация тромбоцитов, выработка закисляющих продуктов, нарушается коагуляционная функция [38]. Возрастает риск послеоперационных аритмий: как различных тахикардий [49], так и нарушений проводимости [50]. Происходит оглушение миокарда, снижается сердечный выброс [38].

Таким образом, введение гиперкалиевого, как правило, холодового раствора с последующей реперфузией, может не только недостаточно защищать миокард, но и способствовать развитию различных повреждений в миокарде на гистологическом, физиологическом, функциональном уровнях.

Селективная коронарная перфузия это физиологичный способ защиты миокарда, цель которого исключить нарушение кровоснабжения и снять нагрузку, опорожнив сердце, тем самым уменьшив потребление кислорода, и исключить реперфузионное повреждение. Дополнительным теоретическим обоснованием возможности достижения эффективной защиты при нормотермической перфузии пустого сокращающегося сердца является исследование W.F. Bernhard et al. [51]. В этой экспериментальной работе показано, что уровень потребления кислорода гипотермически плегиро-ванного сердца пересекается с уровнем потребления пустого сокращающегося сердца: для первого потребление колеблется в диапазоне 0,7–2,8 мл кислорода на 100 г миокарда, для второго – 1,5–5,0 мл. Теоретически остановленное сердце может потреблять такое же количество кислорода, как и пустое, сокращающееся при нормальной температуре сердце [52].

Заключение

Из проведенного анализа литературного материала, в отсутствие мультицентровых рандомизированных исследований, считаем возможным обратить внимание на следующие моменты. Вероятно, наличие перфузии (селективной церебральной и коронарной) лучше, чем ее отсутствие (как для всего тела, так и для отдельных органов). Сохранение физиологических условий (температура, скорость перфузии) лучше, чем нефизиологические стратегии защиты. Основное повреждение при гипотермическом аресте, плегии происходит в момент реперфузии, которая нивелирует положительные эффекты гипотермии, физиологического покоя. Неадекватная перфузия в отсутствие защиты (гипотермией, плегией) приводит к более тяжелым повреждениям, чем создание нефизиологических, но протективных условий (гипотермический арест, плегия) даже с учетом последующей реперфузии.