Влияние метилпреднизолона на эндотелиальную функцию при кардиохирургических операциях в условиях искусственного кровообращения

Поступила в редакцию 21 февраля 2011 г.

В.В. Ломиворотов,

И.А. Корнилов, Л.Г. Князькова, С.М. Ефремов, 2011

Цель исследования – оценить влияние метилпреднизолона на эндотелиальную функцию при операциях в условиях нормотермического искусственного кровообращения. Обследовано 22 пациента без применения метилпреднизолона (контрольная группа) и 22 пациента с внутривенным введением метилпреднизолона в дозе 20 мг/кг массы тела после индукции анестезии (основная группа). В качестве маркеров капиллярной утечки были определены микроальбуминурия и отношение альбумина к креатинину в моче. Маркерами эндотелиальной дисфункции были выбраны эндотелин-1 и sЕ-селектин. Оценивались уровни ИЛ-6, ИЛ-10, креатинина, альбумина, цистатина С, глюкозы в сыворотке крови, газовый состав крови. В группе с применением метилпреднизолона при сравнении с контрольной группой на этапах исследования показатели системного воспалительного ответа были меньше, однако отмечалось увеличение уровня маркеров эндотелиальной дисфункции, транзиторное ухудшение показателей функции почек и легких при отсутствии значимого различия маркеров капиллярной утечки. Установлено, что применение пульс-дозы глюкокортикостероидов усугубляло явления эндотелиальной дисфункции (увеличение уровней эндотелина-1 и sЕ-селектина на этапах исследования) и отрицательно влияло на восстановление легочной и почечной функций после искусственного кровообращения. Выявлено, что использование метилпреднизолона не уменьшает проявлений синдрома капиллярной утечки. Ключевые слова: метилпреднизолон; глюкокортикостероиды; искусственное кровообращение; эндотелиальная дисфункция; синдром капиллярной утечки.

Основным недостатком искусственного кровообращения (ИК) является развитие синдрома системного воспалительного ответа (ССВО). Повышение капиллярной проницаемости и увеличение эндотелиальной дисфункции (ЭТД) вследствие развития системной воспалительной реакции во время ИК являются причинами накопления жидкости в интерстициальном пространстве [8], что способствует возникновению осложнений в послеоперационном периоде [11]. Одной из стратегий профилактики системного воспалительного ответа является использование глюкокортикостероидов (ГКС). Глюкокортикостероиды при ИК используются более полувека, в начале 1980-х гг. доза метилпреднизолона в 30 мг/кг была установлена эмпирически [10] и оставалась стандартом для практического применения в течение последующих десятилетий. Исследования влияния ГКС на составляющие ССВО многочисленны, однако результаты их противоречивы [14]. Было показано, что введение ГКС способствовало увеличению уровня противовоспалительных медиаторов при сдер- живании продукции провоспалительных медиаторов, вызывало устойчивую гипергликемию, увеличивало время послеоперационной ИВЛ и не оказывало почечной протекции. Тем не менее вопрос о влиянии ГКС на функциональное состояние эндотелия остается открытым. Цель настоящего исследования – оценка влияния метилпреднизолона на эндотелиальную функцию при операциях в условиях нормотермического ИК.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

44 пациента с ИБС были рандомизированы методом конвертов на 2 группы равного количества и прооперированы в ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина с февраля по октябрь 2010 года. В контрольную группу включено 22 пациента (21 мужчина и одна женщина). Исследуемую группу составили 22 пациента (16 мужчин и 6 женщин). Критериями исключения из исследования являлись возраст старше 70 лет, фракция выброса левого желудочка менее

40%, сахарный диабет, скорость клубочковой фильтрации (СКФ) по Кокрофту – Гоулту менее 90 мл/мин, хронические обструктивные заболевания легких.

Методика анестезиологического обеспечения в исследуемой группе отличалась от методики контрольной группы внутривенным введением метилпреднизолона в дозе 20 мг/кг массы тела после индукции анестезии.

Забор крови и мочи для биохимических исследований выполняли в контрольных точках: после индукции анестезии (этап 1), через 10 мин после окончания ИК (этап 2), через 2 ч после окончания ИК (этап 3), через 4 ч после окончания ИК (этап 4), к исходу первых суток после окончания ИК (этап 5). Группы статистически значимо не различались по предоперационным показателям (табл. 1), а также по объему и продолжительности операционной агрессии (табл. 2).

В послеоперационном периоде анализировались время искусственной вентиляции легких (ИВЛ), потребность в инотропной поддержке, отделяемое по дренажам в первые сутки после операции, длительность пребывания больных в палате интенсивной терапии, летальность.

Исследовались клинические и лабораторные показатели. Определение уровня креатинина, альбумина, цистатина С в сыворотке крови, креатинина в моче, собранной в тече- ние 10 мин, и исследование микроальбуминурии выполняли, используя стандартные наборы реагентов Thermo Fisher Scientific (Финляндия), на автоматическом биохимическом анализаторе «Konelab – 60 Prime» (Финляндия). Концентрацию sE-селектина в плазме (sЕ-С), а также уровни ИЛ-6, ИЛ-10 определяли методом иммунофер-ментного анализа с помощью реагентов фирмы «Bender Medsystems» (Австрия) на автоматическом ридере PW-40 фирмы «BIO-RAD» (США). На этом же приборе определяли содержание эндотелина-1 (ЭТ-1), используя наборы реагентов фирмы «Biomedica» (США). Контроль газового, электролитного состава и кислотно-основного состояния артериальной и смешанной венозной крови выполнялся на газоанализаторе «Rapidlab-865» (Германия).

Маркерами эндотелиальной дисфункции были выбраны факторы, синтез которых в нормальных физиологических условиях практически не происходит, однако резко увеличивается при активации эндотелия – ЭТ-1 и sЕ-С. В качестве маркеров СКУ были определены микроальбуминурия (МАУ, мкг/мин), а также отношение альбумина к креатинину в моче (ОАК, мг/ммоль) как показатель, не подверженный влиянию гиперволемии. Для оценки динамики легочной функции использовались коэффициенты отношения РаО2/РАО2 и PaO2/FiO2, альвеолярно-артериального градиента по кислороду (AaDO2)

Таблица 1 Предоперационные показатели	Показатель	Группы	р
		контрольная	исследуемая
	Возраст, годы	56,7±6,3	57,9±7,8	ns
Данные представлены как M±Std.Dev. Сравнение групп	Индекс массы тела, кг/м2	29,1±3,9	29,3±4,4	ns
	Фракция выброса левого желудочка, %	61,2±7,8	59,8±8,8	ns
проводилось по критерию	Стенокардия II ФК/III ФК/IV ФК, n	5/16/0	3/16/2	ns
Колмогорова – Смирнова для парных сравнений независимых выборок	ПИКС, n (%)	13 (61,9)	13 (61,9)	ns
	НК I/II, n (%)	12 (57,1)/9(42,9)	11 (52,4)/10(47,6)	ns
	Синдром артериальной гипертензии, n (%)	17 (80,9)	20 (92,5)	ns
	EuroSCORE	1,95±1,8	3,62±2,1	ns
	Прогнозируемый уровень летальности, %	1,96±2,1	3,29±2,3	ns

Таблица 2 Показатель Группы р контрольная исследуемая Периоперационные результаты Продолжительность операции, мин 166,9±28,4 192,6±42,5 ns Кол-во шунтов 2,4±0,6 2,6±0,6 ns Данные представлены как ИК общее, мин 57,5±23,9 65,1±26,7 ns M±Std.Dev. Сравнение групп проводилось по критерию Колмогорова – Смирнова для парных сравнений неза- Окклюзия аорты, мин 34,6±15,3 40,5±15,1 ns П/о ИВЛ, мин 344,3±101,0 405,0±120,6 ns П/о кровопотеря, мл/кг 3,9±2,0 3,99±1,3 ns висимых выборок Койко-день ОАР, n 1,3±0,6 2,65±4,4 ns Мерцательная аритмия, n 2/21 1/21 ns Периоперационный ИМ, n 0/21 2/21 ns Инфекционные осложнения, n 1/21 2/21 ns Летальность, n 0/21 1/21 ns и венозного шунтирования (Qs/Qt). Состояние почечной функции оценивалось по уровням креатинина сыворотки крови, цистатина С и СКФ по Кокрофту – Гоулту.

Статистическая обработка проводилась при помощи программного обеспечения Statistica version 6.0. Для оценки характера распределения в совокупности по выборочным данным использовали тесты Лиллиефорса и Колмогорова – Смирнова. Сравнения двух групп из совокупностей с нормальным распределением проводили с помощью t- критерия Стьюдента для двух зависимых или двух независимых выборок. Для анализа выборочных данных из совокупностей, отличающихся от нормального распределения, использовали непараметрические методы. Для сравнения двух групп применяли критерий Колмогорова – Смирнова. Анализ выборок при повторных измерениях проводили с помощью критерия Фридмана ( χ r ²). Для анализа зависимости количественных признаков выборочных данных из совокупностей с нормальным распределением или без него применяли ранговый коэффициент корреляции Спирмена (r_s). Статистически значимыми считались различия данных и корреляция между данными при р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

При анализе периоперационных результатов выявлено различие (р<0,05) между группами по потребности в инотропной поддержке у 2 больных (9,5%) в контрольной группе и у 9 больных (42%) в исследуемой группе. По остальным показателям достоверных различий не определялось (табл. 2). Исследуемые биохимические показатели (табл. 3) в течение всего периода наблюдения (этапы 1–5) статистически значимо изменялись в обеих группах.

Показатели МАУ и ОАК в контрольной и исследуемой группах статистически значимо не различались. Коэффициенты отношения РаО2/РАО2 и PaO2/FiO2 при парном сравнении между группами статистически значимо различались на этапе 5 при p<0,05 и p<0,025. Различие между группами определялось по коэффициенту Qs/Qt на этапах 3 и 5 (p<0,05). Уровень цистатина С при парном сравнении между группами различался на этапах 2 (p<0,05) и 5 (p<0,01), а СКФ на этапе 2 (p<0,05). Выявлено достоверное различие при парном сравнении между группами по уровню ИЛ-6 на этапах 3 и 4 при p<0,05, на этапе 5 при p<0,001, а по уровню ИЛ-10 на этапах 2 (p<0,001), 3 (p<0,05) и 4 (p<0,025). При сравнении между контрольной и исследуемой группами уровень sE-C статистически значимо различался на этапе 4 (p<0,025), а уровень ЭТ-1 на этапах 2 (p<0,025), 3 (p<0,05), 4 (p<0,05) и 5 (p<0,025). Уровень гликемии между группами различался на этапах 2 (p<0,01) и 5 (p<0,05) (табл. 3).

Корреляции выявлены в контрольной группе пациентов между sE-C и длительностью послеоперационной ИВЛ на этапах 2 (rs = 0,52 при p = 0,016) и 5 (rs = 0,57 при p = 0,007), а также между ЭТ-1 и показателем почечной функции (СКФ) на этапе 5 (rs = -0,47 при p = 0,035). Значения коэффициента корреляции Спирмена свидетельствуют о средней силе связей.

ОБСУЖДЕНИЕ

Основным недостатком методики ИК по-прежнему остается развитие ССВО. К специфическим факторам хирургической агрессии в условиях ИК относятся контакт крови с чужеродной поверхностью контуров аппарата ИК, хирургическая травма, ишемически-реперфузионные повреждения, изменения температуры тела, вызывающие развитие системного воспаления. Экстравазация жидкости и плазменных белков в интерстициальное пространство происходит в результате нарушения структуры и функций сосудистой стенки под воздействием медиаторов воспаления. Недостаточная капиллярная перфузия вследствие капиллярной утечки повышает риск окислительного повреждения клеточных мембран, а также дополнительного высвобождения и активации медиаторов, которые способствуют адгезии клеток и сосудистому спазму. Отек и нарушение микроциркуляции вызывают порочный круг прогрессирующего тканевого повреждения, что усугубляет дисфункцию органов [7].

Использование ГКС является одной из стратегий профилактики ССВО, так как они ограничивают увеличение уровней провоспалительных медиаторов при возрастании продукции противовоспалительных медиаторов после ИК [14]. Наши результаты согласуются с данными, полученными в исследовании [14]. Уровень провоспа-лительного ИЛ-6 статистически значимо различался между группами на этапах 3–5, а уровень противовоспалительного ИЛ-10 – на этапах 2–4. Очевидно, что снижение активности воспалительного ответа в группе пациентов с применением ГКС должно было бы привести к снижению проявлений СКУ. Т. von Spiegel и его коллеги предположили, что ГКС могут уменьшить экстра-вазальное накопление жидкости [13]. Однако полученные нами результаты не подтвердили этой гипотезы.

Микроальбуминурия используется как маркер СКУ при экспериментальных исследованиях [4]. Динамика этих показателей характеризовалась максимальным увеличением значений обоих маркеров в группах сравнения на этапе 2 (10 мин после ИК) с последующим снижением значений до исходного уровня в течение остальных этапов исследования. Полученные данные согласуются с результатами C.S. Brundey и соавторов [4] о возрастании степени капиллярной утечки под воздействием ИК с последующим уменьшением выраженности процесса через 24–48 ч. Отсутствие различия МАУ и ОАК между группами на этапах исследования говорит о том, что применение метилпреднизолона в дозе 20 мг/кг не уменьшает системной капиллярной утечки.

У пациентов группы с применением ГКС было более выраженное ухудшение легочной функции, о чем свидетельс-

Таблица 3

Динамика показателей контрольной и исследуемой групп на этапах исследования

Показатели	Группы	Этапы					ANOVA Фридмана χ r 2
		12		3	4	5
МАУ,	контр.	28,0 (20,0; 48,8)	160,5 (144; 240)	56 (34,64; 127)	20,3 (16; 47,2)	15,0 (10,98; 30,0)	49,9; p<0,0000^
мкг/мин	исслед.	29,0 (21,2; 109,8)	162 (100; 194,8)	88,8 (43,9; 216,7)	24,4 (14,6; 41,4)	14,2 (11,88; 36,4)	39,2; p<0,0000^
ОАК,	контр.	1,42 (1,24; 2,68)	15,6 (11,1; 24,6)	7,4 (4,8; 12,3)	2,8 (1,7; 4,3)	1,5 (1,3; 2,0)	46,09; p<0,0000^
мг/ммоль	исслед.	1,73 (0,68; 5,85)	11,3 (6,9; 22,7)	12,5 (6,5; 24,4)	5,1 (2,9; 8,4)	2,15 (1,16; 6,1)	36,3; p<0,0000^
AaDO2,	контр.	110 (77,8; 128,7)	199 (165; 244)	153 (127; 177,9)	137 (98,5; 164)	30,4 (18,4; 38,2)	53,68; p<0,0000^
мм рт. ст.	исслед.	110 (53,6; 158,3)	159 (126; 221,6)	183 (139; 211,2)	132 (116; 208,7)	39,5 (32,5; 52,6)	34,4; p<0,0000^
РаО2/РАО2	контр. исслед.	0,66 (0,53; 0,77) 0,66 (0,53; 0,83)	0,39 (0,29; 0,5) 0,41 (0,32; 0,57)	0,49 (0,42; 0,59) 0,42 (0,32; 0,54)	0,56 (0,47; 0,68) 0,51 (0,35; 0,6)	0,73 (0,63; 0,82) 0,61 (0,5; 0,67) *	47,83; p<0,0000^ 27,62; p<0,0000^
PaO2/FiO2	контр. исслед.	426 (344; 474,3) 417 (338; 520,9)	240 (183,8; 306) 264 (207; 357,1)	310 (260; 361,9) 261 (196; 342,7)	349 (285; 409,9) 318 (217; 373,0)	345 (305; 399,6) 297 (260; 323,3) *	29,77; p<0,0000^ 20,33; p<0,0004^
Qs/Qt	контр.	0,07 (0,04; 0,1)	0,2 (0,17; 0,26)	0,13 (0,1; 0,17)	0,11 (0,09; 0,14)	0,13 (0,09; 0,2)	37,43; p<0,0000^
	исслед.	0,08 (0,06; 0,12)	0,24 (0,15; 0,29)	0,2 (0,1; 0,27) **	0,15 (0,09; 0,22)	0,18 (0,14; 0,25) *	31,01; p<0,0000^
Цистатин С, мг/л	контр. исслед.	0,79 (0,75; 0,92) 0,94 (0,84; 0,99)	0,74 (0,71; 0,82) 0,85 (0,77; 0,93) *	0,75 (0,7; 0,78) 0,8 (0,7; 0,87)	0,73 (0,69; 0,78) 0,76 (0,71; 0,88)	0,8 (0,77; 0,94) 1,0 (0,86; 1,05) **	19,6; p<0,0006^ 32,49; p<0,0000^
Kреатинин,	контр.	83 (72; 91,5)	89 (83; 102)	101 (90; 110)	104,5 (94,5; 119)	106 (83; 116)	56,12; p<0,0000^
мкмоль/л	исслед.	80 (70; 93)	91 (88; 102)	103 (95,5; 120,5)	109 (100; 120)	101 (93,5; 115,5)	43,98; <0,0000^
СКФ по Кокрофту	контр.	96,3 (90,4; 119,9)	99,1 (79,5; 113,2)	81,6 (73,1; 98,8)	77,4 (66,6; 95,4)	90,1 (68,2; 101,2)	52,78; p<0,0000^
– Гоулту, мл/мин	исслед.	91,6 (90,4; 101,4)	78,9 (67,1; 91,3) *	71,4 (61,1; 81,6)	66,1 (58,4; 74,1)	75,1 (64,4; 85,7)	43,98; p<0,0000^
ЭТ-1, фмоль/мл	контр. исслед.	0,16 (0,12; 0,23) 0,2 (0,17; 0,3)	0,1 (0,06; 0,2) 0,24 (0,13; 0,35) *	0,35 (0,16; 0,47) 0,47 (0,32; 0,75) *	0,28 (0,19; 0,56) 0,57 (0,4; 0,73) *	0,27 (0,17; 0,41) 0,51 (0,37; 0,75) *	51,9; р<0,0000^ 47,5; р<0,0000^
sE-С, нг/мл	контр. исслед.	18,2 (11,4; 25,2) 24,4 (20,9; 36,4)	21,3 (13,7; 27,9) 24,5 (20,7; 31,5)	22,0 (15,7; 29,2) 28,6 (22,9; 40,0)	21,0 (15,6; 33,4) 31,8 (24,3; 35,7) *	18,1 (11,6; 26,8) 21,85 (18; 34,2)	23,1; p<0,0001^ 12,33; p<0,015^
ИЛ-6, пкг/мл	контр. исслед.	0,37 (0; 0,61) 0,33 (0; 0,87)	14,4 (7,26; 22,3) 11,9 (4,73; 30,7)	43,6 (24,4; 59,7) 22,1 (11,5; 46,3) *	49,4 (23,5; 58,1) 22,9 (10,3; 32,1) *	26,5 (17,0; 40,1) 3,8 (1,66; 6,2) ***	53,08; p<0,0000^ 48,15; p<0,0000^
ИЛ-10, пкг/мл	контр. исслед.	1,76 (1,04; 2,9) 1,97 (1,57; 3,0)	96,3 (29,8; 151,1) 334 (196; 564) ***	28,4 (17,2; 44,3) 90,5 (35; 155,1) *	4,74 (3,17; 10,8) 19,8 (11; 33,9) *	2,44 (1,62; 4,11) 2,64 (1,78; 3,83)	55,24; p<0,0000^ 60,02; p<0,0000^
Глюкоза	контр.	5,1 (4,8; 5,8)	7,2 (6,8; 8,6)	8,7 (7,6; 9,7)	9,55 (8; 10,7)	7,2 (6,6; 7,95)	40,8; р<0,0000^
крови, ммоль/л	исслед.	4,9 (4,8; 5,7)	9,7 (8,7; 11) **	9,75 (8,85; 11,85)	9,6 (8,1; 12,3)	8,15 (6,9; 9,3) *	40,37; p<0,015^

Данные представлены как медиана (нижний квартиль 25%; верхний квартиль 75%). ^ – показатель статистически значимо изменяется в течение 5 этапов наблюдения при p<0,05 (ANOVA Фридмана). * p<0,05, ** p<0,01, ***p<0,001 при сравнении групп по критерию Колмогорова – Смирнова для парных сравнений независимых выборок твует статистически значимое различие между группами на этапе 5 по коэффициентам отношений РаО2/РАО2 и PaO2/FiO2, а также значимое различие между группами на этапах 3 и 5 по величине Qs/Qt. Приведенные показатели согласуются с данными [5], но отличаются от результатов [15].

На всех этапах исследования уровень цистатина С находился в границах физиологической нормы. На этапах 2–4 уровень цистатина С уменьшился, что, вероятно, было обусловлено гиперволемией в течение первых 4 часов после ИК. Динамика показателей почечной функции характеризовалась прогрессивным увеличением уровня креатинина сыворотки крови на 25% от исходного уровня у 45% пациентов в обеих группах, что можно трактовать как развитие почечной дисфункции. Более высокие уровни цистатина С и низкие СКФ на этапах исследования у пациентов в группе с применением ГКС указывают на то, что у пациентов этой группы ухудшение почечной функции было более выражено. В пользу этого свидетельствуют и более высокие значения креатинина сыворотки крови в исследуемой группе на этапах 2–4. Наши результаты согласуются с данными М.А. Yasser и его сотрудников, которые не выявили ренальной протекции в группе пациентов с применением дексаметазона [15].

В чем причина неэффективности применения ГКС в отношении СКУ и их отрицательного влияния на восстановление легочной и почечной функций после ИК? Одним из факторов, возможно, является минералокортикоидная составляющая фармакологических свойств ГКС, которая влияет на задержку в организме натрия и жидкости, а также гипергликемия [14]. Показано, что в условиях гипергликемии гликолизация структур инсулиновых рецепторов и увеличение оксидативного стресса изменяют уровни и активность протеинки-назы В и тетрагидробиоптерина, что приводит к снижению активности и увеличению распада эндотелиальной NO-синтазы [12]. Это уменьшает выделение NO и в конечном итоге способствует угнетению вазодилатации [9].

Еще одной составляющей, по нашему мнению, является воздействие ГКС на функциональное состояние эндотелия. При усугублении эндотелиальной дисфункции ухудшается восстановление функций легких и почек, что подтверждается положительной корреляцией между sE-C и длительностью послеоперационной ИВЛ, а также отрицательной корреляцией между ЭТ-1 и СКФ по Кокрофту – Гоулту в контрольной группе. Анализ динамики маркеров ЭТД показал, что у пациентов группы с применением ГКС на этапах исследования уровни ЭТ-1 и sE-C были более высокими. Увеличение уровня ЭТ-1, который является мощным вазоконстриктором, усиливает вазоспазм микроциркуляторного русла [1], а в совокупности с уменьшением выделения NO при гипергликемии, вероятно, способствует увеличению шунтирования крови в органах и тканях. Увеличение уровня sE-C способствует усилению процессов роллинга, адгезии и трансмиграции полиморфноядерных лейкоцитов из сосудистого русла в ткани с выделением в них медиаторов воспаления [6]. Возможно, совокупность этих патофизиологических механизмов и обуславливает увеличение венозного шунтирования, уменьшение податливости легких с ухудшением альвеолярно-артериального переноса кислорода, развитие почечной дисфункции, а также является одной из тех неопределенных причин, вызывающих увеличение длительности послеоперационной ИВЛ при применении ГКС, на которые указывают в обзорных статьях М.А. Chaney [5] и E.E. Apostolakis [3].

Таким образом, полученные в нашем исследовании данные свидетельствуют, что применение пульс-дозы ГКС при ИК способствует усугублению явлений ЭТД и отрицательно влияет на восстановление легочной и почечной функций после ИК. Результаты нашего исследования согласуются с данными, показывающими взаимосвязь хронической гиперкортизолемии с эндотелиальной дисфункцией [2, 9]. Усугубление последней у кардиохирургических больных при длительном использовании ГКС требует дальнейшего изучения.

Применение метилпреднизолона в дозе 20 мг/кг способствует снижению интенсивности воспалительного ответа и усугублению явлений эндотелиальной дисфункции при операциях реваскуляризации миокарда в условиях ИК. Вместе с тем использование метилпреднизолона ведет к транзиторному нарушению функции почек и легких на этапах операционного и послеоперационного периодов.

Повышенные уровни маркеров эндотелиальной дисфункции (Е-селектина и эндотелина-1) могут служить предикторами ухудшения функции внутренних органов у кардиохирургических больных, оперированных в условиях искусственного кровообращения.