Влияние умеренной гипотермии на сывороточный уровень нейронспецифических белков, кислородное обеспечение и нейрокогнитивный статус пациентов при операциях реваскуляризации миокарда

Поступила в редакцию 7 сентября 2010 г.

Обследовано 73 пациента (средний возраст 52,3±0,9 года), оперированных по поводу ишемической болезни сердца в условиях искусственного кровообращения (ИК). В основную группу вошло 30 пациентов, оперированных в условиях гипотермического ИК (31,5±0,4 °С). Контрольную группу составили 43 пациента, оперированных в условиях нормотермического ИК (t °С = 36,0±0,5). Исследованы сывороточный уровень нейронспецифических белков и кислородное обеспечение в интраоперационном и послеоперационном периодах, а также нейрокогнитивный статус пациентов. Выявлено, что при гипотермической перфузии вероятность повреждения ГМ больше, чем при нормотермическом ИК. Это объясняется активацией метаболических процессов и формированием кислородной задолженности после гипотермической перфузии, что является причиной более выраженного снижения психических функций у пациентов, оперированных в условиях гипотермической перфузии. Ключевые слова: гипотермия; защита головного мозга; нейронспецифические белки; нейрокогнитив-ный статус.

Большинство современных кардиохирургических вмешательств выполняется в условиях экстракорпорального кровообращения (ЭКК), и к анестезиологическому обеспечению защиты организма и, в частности, головного мозга (ГМ) предъявляются максимально высокие требования. Развитие кардиохирургии и совершенствование методов обеспечения операций на открытом сердце не снимают проблемы послеоперационного нейрокогнитивного дефицита. По данным литературы, сохраняется высокий риск церебральных осложнений после кардиохирургических вмешательств с искусственным кровообращением (ИК): послеоперационный инсульт развивается в 2–6% случаев, признаки менее тяжелых нейроко-гнитивных нарушений регистрируются значительно чаще [14, 19, 21]. Ведущим патогенным механизмом негативного влияния ЭКК на органы-мишени, в том числе на ГМ, является ишемия и активация процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) вследствие спазма микроциркуляторного русла, нарушения реологических свойств крови, выхода жидкой части крови в интерстициальное пространство, микроэмболизации.

С целью защиты головного мозга от факторов хирургического и оксидативного стресса наряду с фармакологическими методами широкое распространение получила гипотермия [1, 2, 6, 9, 18].

Защита, обусловленная понижением температуры тела, является результатом снижения скорости метаболических процессов и уменьшения потребности тканей в кислороде и глюкозе, а также торможения перекисного каскада и сохранения внутриклеточного гомеостаза [20, 24].

Однако наряду с перечисленными достоинствами гипотермия вызывает ряд нежелательных изменений: снижение температуры тела сопровождается вазоспазмом и централизацией кровотока, за счет холодового диуреза и вытеснения жидкости в интерсти-ций возрастает вязкость крови, что усугубляет нарушение микроциркуляции. Возникновение спазма периферических сосудов, в совокупности со сдвигом кривой диссоциации оксигемоглобина влево приводит к тканевой гипоксии, нестабильности клеточных мембран, повышению травматизации форменных элементов крови и проницае- мости гемато-энцефалического барьера (ГЭБ). В период согревания – реперфузии – резко повышается потребность в кислороде, развивается гипоксия тканей, нарастает метаболический ацидоз. Кроме того, нормализация температуры требует удлинения времени искусственного кровообращения, что увеличивает продолжительность контакта крови с чужеродными субстанциями и усугубляет системный воспалительный ответ [4, 7, 12, 18].

Поскольку основной особенностью головного мозга является сочетание высокого уровня метаболической активности и низкого запаса кислорода, а также скудный запас высокоэнергетических соединений, нервная ткань представляется высоко уязвимой в отношении отрицательных эффектов гипотермии [4, 12, 17, 18].

Таким образом, остается актуальным поиск оптимального температурного режима искусственного кровообращения для обеспечения кардиохирургических вмешательств.

Цель работы – исследовать влияние факторов операционного стресса на сывороточный уровень и динамику нейронспецифических белков (НСБ) – маркеров повреждения ГМ, кислородный статус и кислотноосновное состояние клеток ГМ, а также дать клиникопсихологическую оценку состояния центральной нервной системы пациентов, оперированных в условиях гипотермического или нормотермического ИК.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Обследовано 73 человека в возрасте от 40 до 70 лет (средний возраст 52,3±0,9 года), оперированных по поводу ишемической болезни сердца (ИБС) в условиях ИК.

В первую, основную, группу вошло 30 пациентов, оперированных в условиях гипотермического ИК. Активное охлаждение посредством терморегулирующего устройства ЭКК начиналось после окклюзии аорты. Во время основного этапа операции температура в носоглотке поддерживалась на уровне 31,5±0,4 °С, согревание до 36,3±0,4 °С начиналось после снятия зажима с аорты. Средняя продолжительность ИК в гипотермической группе составила 85,3±20,6 мин, окклюзия аорты – 47,4±15,7 мин, время реперфузии – 32,7±13,4 мин.

Вторую, контрольную, группу составили 43 пациента, оперированных в условиях нормотермического ИК.

В этой группе температура в носоглотке поддерживалась на уровне 36,2±0,5 °С на всех этапах операции. Средняя продолжительность ИК в нормотермической группе составила 67,2±17 мин, окклюзия аорты – 40,1±10,6 мин, время реперфузии – 25,4±9,4 мин. Группы сравнимы по возрасту, характеру основного и сопутствующих заболеваний, метрическим характеристикам, уровню образования и половому распределению.

Концентрация НСБ – нейронспецифической енолазы (НСЕ) – и протеина S100-b определялась имму- ноферментным методом. Кровь забиралась ретроградно из внутренней яремной вены до начала операции, через 30 и 120 мин после ИК, на первые, третьи и десятые сутки после вмешательства.

Для определения доставки кислорода (DO2) к нейронам ЦНС и расчета коэффициента утилизации кислорода (КУО2) тканью ГМ проводился анализ газового состава крови из лучевой артерии и луковицы внутренней яремной вены (ЛВЯВ), а также рассчитывался сердечный индекс на этапах: до ИК, через 30 и 120 мин после ИК, на первые сутки после ИК.

Для оценки динамики кислотно-основного состояния (КОС) крови, оттекающей от ГМ, определялся уровень кислотности (рН) и концентрация буферных оснований (ВЕ) в крови из лучевой артерии и ЛВЯВ на тех же этапах.

Для оценки когнитивных функций накануне операции и на десятые сутки после нее использовалась Краткая шкала оценки психического статуса (MMSE – mini mental state examination).

Статистический анализ полученных результатов проводился на персональном компьютере при помощи таблиц EXCEL и программы STATISTIC 6,0 for Windows. При использовании тестов Шапиро – Вилка и Колмогорова – Смирнова выявлено, что распределение данных в совокупности носит параметрический характер. Сравнения групп с нормальным распределением проводились с помощью t – теста для двух независимых выборок. Анализ выборок при повторных измерениях осуществлялся с помощью критерия Фишера. Результаты представлены как среднее и стандартная ошибка среднего (М±m). Статистически значимыми считались различия данных при р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В послеоперационном периоде у обсуждаемого контингента больных выраженных нервнопсихических нарушений не отмечалось.

Исходно, до начала ЭКК, содержание НСБ в периферической крови пациентов обеих групп достоверно не отличалось (табл. 1).

Исследование динамики содержания НСЕ в крови, оттекающей от ГМ, при операциях реваскуляризации миокарда в условиях гипотермического или нормотермического ИК выявило наиболее высокие значения этого показателя на 30 и 120 мин после окончания ЭКК в обеих обследуемых группах, причем в основной группе сывороточный уровень НСЕ был достоверно выше, чем в контрольной группе (табл. 1). К тому же повышение этого показателя в первой группе носит более стойкий характер: нормализация уровня енолазы в гипотермической группе происходит к первым суткам после операции, в нормотермической группе – через 120 мин после окончания ИК. Исходных значений концентрация НСЕ достигает в первой группе к третьим суткам, во второй группе – к первым суткам после аорто-коронарного шунтирования (АКШ).

Сывороточный уровень белка S100-b на 30 мин после ИК также достоверно повышался в обеих анализируемых группах (табл. 1). В гипотермической группе концентрация этого маркера на данном этапе в 19,6 раза превысила исходное значение и была достоверно выше, чем в нормотермической группе, где уровень протеина S-100b повысился в 12,2 раза. В обеих группах уровень этого белка, достоверно превышающий исходные значения, сохранялся на протяжении 120 мин после ИК и снижался до нормальных показателей к первым суткам после вмешательства.

Результаты исследования показали, что наиболее высокие значения НСБ в периферической крови наблюдаются через 30 и 120 мин после завершения перфузии, что может указывать на повреждение или структурную модификацию клеток ГМ вследствие неизбежной ишемии, сопровождающей ЭКК [22]. В исследованиях описано повышение сывороточного уровня продуктов ПОЛ: лактата и малонового диальдегида (МДА) – на тех же этапах операции, что объясняется причастностью гипоксии и окислительного стресса к дисфункции ГЭБ и появлению в крови высокого титра НСБ [10]. Выявленное в основной группе значительное возрастание концентрации белка S-100b, принимающего непосредственное участие в процессах регенерации мозговой ткани после ишемических атак, в сочетании с более высокими и стойкими цифрами НСЕ свидетельствует о более выраженном негативном воздействии гипотермической перфузии на нейроны ГМ.

Исследование динамики доставки кислорода к головному мозгу выявило достоверное снижение этого пока- зателя на 30, 120 мин после окончания ИК и на первые сутки после операции в обеих группах (табл. 2). Полученный в обеих исследуемых группах однотипный результат, выражающийся в снижении доставки кислорода к клеткам ГМ после ЭКК, может быть обусловлен «острым набуханием мозга» вследствие развития системного воспалительного ответа, нарушений сосудисто-тканевого обмена, образования микроэмболов, что является неспецифической реакцией организма на ИК [16].

Исходно КУО2 тканью ГМ в основной группе был достоверно ниже, чем в контрольной, при схожих показателях доставки кислорода. Однако на 30 и 120 мин после завершения перфузии выявлено достоверное возрастание этого показателя в гипотермической группе, с последующим снижением к первым суткам после операции. В нормотермической группе, напротив, отмечено постепенное уменьшение КУО2 на протяжении всего периода наблюдения, причем на 120 мин после ИК и на первые сутки после АКШ снижение данного показателя носит статистически достоверный характер (табл. 2). Прогрессивное увеличение экстракции кислорода клетками ГМ в первой группе после ЭКК может указывать на активацию метаболизма мозга в период согревания, несоответствие доставки кислорода возросшим потребностям нейронов и формирование кислородной задолженности в реперфузионном и постперфузионном периоде [9, 11, 13].

Исследование уровня кислотности крови, оттекающей от ГМ, в обеих группах не выявило значимых изменений (табл. 3). При анализе динамики содержания буферных оснований в крови ЛВЯВ в основной группе обнаружена тенденция к более выраженному, чем в группе сравнения, дефициту ВЕ через 30 и 120 мин после окончания ИК (табл. 3). Следует учитывать, что для коррекции дефицита

Этапы НСЕ нг/мл, норма ≤12,5 нг/мл S100-b мкг/мл, норма ≤0,30 мкг/мл Таблица 1 ИК, t° = 31,5 °С ИК, t° = 36,0 °С ИК, t° = 31,5 °С ИК, t° = 36,0 °С Содержание нейронспе- Исходный 5,12±0,44 6,92±0,42 0,061±0,005 0,072±0,005 цифической енолазы 30 мин после ИК 17,05±0,83##* 14,0±0,78## 1,198±0,072##** 0,875±0,066## и белка S100-b в крови 120 мин после ИК 15,3±0,87##** 11,12±0,82## 0,38±0,038## 0,346±0,035## яремной вены Сутки после операции 1-е 9,09±0,6## 8,15±0,56 0,124±0,009 0,117±0,009 3-и 6,39±0,59* 9,09±0,56# 0,082±0,006 0,084±0,006 10-е 6,14±0,45 8,21±0,43 0,06±0,004 0,055±0,004 Таблица 2 Этап DO2, мл/(мин ⋅ м2) КУО2, % Динамика доставки и утилизации кислорода клетками головного мозга ИК, t° = 31,5 °С ИК, t° = 36,0 °С ИК, t° = 31,5 °С ИК, t° = 36,0 °С Исходный 448,9±93,9 423,1±74,4 32,5±5,6** 46,2±8,2 30 мин после ИК 338,4±43,5## 320,6±35## 41,1±3,7# 41,9±8,4 120 мин после ИК 350,2±43## 351,6±35,6## 44,1±4,2## 38,5±8,1# 1-е сутки после операции 362,9±28,6## 372,7±41,9## 37,4±4,9 35,3±5,9## достоверное отличие: от исходного показателя # р<0,05; ## р<0,001; между группами **р<0,001

Таблица 3

Уровень кислотности и содержание буферных оснований в крови яремной вены

Этап рН ЛВЯВ BE ЛВЯВ ИК, t° = 31,5 °С ИК, t° = 36,0 °С ИК, t° = 31,5 °С ИК, t° = 36,0 °С Исходный 7,39±0,07 7,40±0,04 -0,26±3,67 -0,81±2,05 30 мин после ИК 7,41±0,04 7,36±0,04 -2,73±2,21 -2,07±1,98 120 мин после ИК 7,41±0,06 7,36±0,06 -0,51±2,72 0,07±2,39 1-е сутки после операции 7,41±0,03 7,37±0,02 0,7±2,43 1,74±2,35 буферных оснований и поддержания кислотности на нормальном уровне проводилась инфузия раствора натрия гидрокарбоната 5%: в гипотермической группе в общей дозе 123±7,5 мг/кг, в нормотермической группе 55±3,4 мг/кг в течение ИК и 120 мин после завершения перфузии.

По ранее полученным данным [23], некоторыми из эффектов гипотермии являются торможение анаэробных процессов в клетках, уменьшение продукции лактата, МДА и повышение внутриклеточного рН, что, вероятно, обеспечивает целостность структурных элементов и нормальную функцию тканей. Однако в период согревания и реперфузии можно наблюдать отсроченный отрицательный эффект низкой температуры, выражающийся в несоответствии обеспечения тканей кислородом и высокоэнергетическими соединениями на фоне возросших при согревании потребностей. При этом активируется анаэробный гликолиз, развивается метаболический ацидоз, снижается рН внутри- и внеклеточной среды, что приводит к деструкции и дисфункции клеточных мембран и ионных насосов. Кроме того, по мере поступления кислорода в ранее ишемизированные ткани нарастают свободнорадикальные повреждения, в большей степени выраженные при гипотермическом обеспечении откры- того сердца, как следствие более глубоких реологических и перфузионных нарушений в период охлаждения [5, 7, 8]. Данные механизмы могут приводить к нарушению функции нейрона и повышению проницаемости ГЭБ, что находит отражение в увеличении сывороточного уровня НСБ, а также развитии неврологических расстройств и признаков нейропсихологического дефицита у пациентов, оперированных в условиях гипотермического ИК.

Полученные лабораторные данные соответствовали клинической картине, полученной при изучении ней-рокогнитивного статуса пациентов обеих групп.

Анализ результатов тестирования по MMSE – шкале для выявления и оценки мнестико-интеллектуаль-ных нарушений – в дооперационном периоде не выявил достоверных отклонений от нормальных показателей в обеих группах, а также достоверных различий между группами накануне операции (рис. 1).

При анализе общего результата тестирования рассматривали величину отклонения полученных данных от нормальных показателей. Скрининг-тестирование в послеоперационном периоде выявило достоверное ухудшение общего результата MMSE в гипотермической группе

Рис. 1.

Общий результат тестирования в до- и послеоперационном периоде.

■ накануне операции

■ на 10-е сутки после операции

■ нормальные значения MMSE

Рис. 2.

Результаты тестирования речевого слуха и концентрации внимания (серийного счета) в до- и послеоперационном периоде.

## p<0,001 различия достоверны по сравнению с исходным этапом

Речевой слух

Концентрация внимания и серийный счет

• ■ накануне операции ■ на 10-е сутки после операции

по сравнению с исходным этапом (p<0,05), кроме того, выраженность нарушений высших психических функций после АКШ в первой группе была достоверно выше, по данным MMSE, чем во второй группе (p<0,05) (рис. 1).

При детальном исследовании высших психических функций в обеих группах выявлено снижение концентрации внимания и, вторично, способности к серийному счету после вмешательства, причем в гипотермической группе различие до- и послеоперационных результатов носит статистически достоверный характер (рис. 2). Кроме того, отклонение от исходных показателей тестирования данной функции в основной группе достоверно больше, чем в группе сравнения (p<0,001).

При исследовании речевых функций выявлены признаки элементов акустико-мнестической дисфазии в послеоперационном периоде у пациентов первой группы, в то время как во второй группе результат теста после операции незначительно повысился, что, возможно, объясняется эффектом обучаемости. Анализ отклонения послеоперационного результата от исходного показал достоверно большее снижение функции речевого слуха в основной группе, чем в контрольной (р<0,05) (рис. 2).

Исследование слухо-речевой памяти и оптико-пространственных синтезов выявило тенденцию к снижению результатов тестирования этих функций в послеоперационном периоде у пациентов гипотермической группы (на 7,5 и 10% от исходных показателей, соответственно), в то время как в нормотермической группе, напротив, отмечалась тенденция к улучшению результатов теста по сравнению с исходным этапом (на 1 и 7% соответственно).

Анализ понимания письменной речи (семантической составляющей речевых функций) и ориентирования во времени показал тенденцию к снижению резуль- татов тестирования после вмешательства в обеих обследуемых группах. Однако в основной группе данное ухудшение носит более выраженный характер (на 3,3% ниже исходного показателя), чем в группе сравнения (на 2,3% ниже исходного показателя).

В ряде публикаций отмечено частое развитие делирия в раннем послеоперационном периоде у пациентов, оперированных в условиях гипотермического ИК [15]. После операций в условиях нормотермии выраженность психических расстройств меньше, структура их проще и редукция психопатологической симптоматики наступает быстрее, чем у больных, перенесших гипотермию в ходе кардиохирургической операции [3]. Полученная клиническая картина более глубоких когнитивных расстройств в основной группе, в сопровождении выявленного биохимического субстрата повреждения клеток головного мозга имеет значение при выборе условий обеспечения открытого сердца в свете прогноза относительно реабилитации и качества жизни кардиохирургических пациентов.

ВЫВОДЫ

• 1.    Кардиохирургические операции с использованием экстракорпорального кровообращения сопровождаются повышением уровня содержания маркеров повреждения головного мозга, которое носит транзи-торный характер.

• 2.    Более высокий сывороточный уровень НСБ, сопровождающий АКШ в условиях ИК и умеренной гипотермии, на фоне послеоперационного возрастания экстракции кислородатканью мозга и тенденции к более глубокому дефициту ВЕ в крови ЛВЯВ свидетельствуют о большем повреждении нейронов ГМ во время гипотермического ИК, чем нормотермической перфузии.

• 3.    Операции на открытом сердце в условиях ЭКК с умеренной гипотермией на основном этапе сопровождаются более глубоким нейрокогнитивным дефицитом, затрагивающим большее количество психических функций, чем вмешательства с использованием нормотермического ИК.