Тромбоэмболия легочной артерии (ТЭЛА) — третья по частоте причина смерти населения от сердечно-сосудистых заболеваний после инфаркта миокарда и инсульта. Ежегодно от ТЭЛА умирают 0,1% населения земного шара. По данным мировой литературы, ТЭЛА регистрируется с частотой от 0,5 до 2 случаев на 1000 населения в год, а у лиц старше 75 лет этот показатель доходит до 1 на 100 [1]. Клиническая актуальность проблемы ТЭЛА обусловлена не только тяжестью течения заболевания и высокой летальностью, но и трудностями своевременной диагностики этого осложнения из-за полиморфизма развивающихся клинических синдромов [2]. Хроническая ТЭЛА и связанная с ней постэмболическая легочная гипертензия (ЛГ) — одно из самых тяжелых осложнений острой ТЭЛА. Вероятность нормализации легочного кровообращения и функции правых отделов сердца в последующие сроки минимальна.
Перспективной является хирургическая методика лечения данного заболевания — тромбэндартерэктомия из ветвей легочной артерии (ЛА) [3—5]. Совершенствование хирургической техники позволило снизить количество встречающихся у кардиохирургических больных осложнений, таких как аритмии, ателектазы, кровотечения, инфекционные осложнения, и присущих только данной категории больных — реперфузионных поражений легких [3, 4]. Однако частыми остаются неврологические осложнения хирургического лечения хронической ТЭЛА [6, 7]. В основе этого лежит исходная гипоксия, наиболее чувствительны к которой ткани головного мозга, а также усугубление гипоксии тканей мозга при хирургическом лечении в результате длительной искусственной перфузии, гипотермии и применения остановки кровообращения («циркуляторного ареста») [3, 6, 8].
Поэтому изучение кислородного обеспечения головного мозга у больных данной категории во время тромбэндартерэктомии из ветвей ЛА представляется актуальным для определения факторов риска возникновения неврологических осложнений.
Цель данного исследования: оценить особенности кислородного обеспечения головного мозга у пациентов с хронической ТЭЛА для определения факторов риска возникновения неврологических осложнений в ранний послеоперационный период.
Материал и методы
В исследование включены 34 пациента (68% мужчин, 32% женщин) в возрасте 49 (42—55) лет с диагнозом хроническая ТЭЛА, ЛГ, поступивших в клинику на хирургическое лечение. Диагноз был верифицирован по данным ангио-пульмонографии, перфузионной сцинтиграфии легких, мультиспиральной компьютерной ангиографии (МСКТ-ангиографии) ЛА. Объем эмболического поражения оценивали в баллах по методу G.A. Miller и соавт. [9]. Средняя длительность заболевания составила 3 (1,4—4,2) года. Согласно классификации NYHA 75% пациентов были отнесены к III функциональному классу (ФК) хронической сердечной недостаточности, 25% — к IV ФК. Всем больным проводили хирургическое лечение в объеме тромбэндартерэктомии из ветвей ЛА. В исследование не включали пациентов с гемодинамически значимым поражением брахиоцефальных и внутричерепных артерий, с умеренными или грубыми неврологическими нарушениями до операции, острым нарушением мозгового кровообращения в анамнезе.
В предоперационном периоде все пациенты были обследованы по протоколу, включавшему определение объема поражения легочного русла, состояние перфузии легких определяли при проведении ангиопульмонографии. Оценивали давление в ЛА, сопротивление сосудов малого круга кровообращения (дин × с × см–5), ангиографический индекс (баллы) [9]. Проводили эхокардиографию с определением анатомо-функциональных параметров правого и левого желудочков сердца (ПЖ, ЛЖ): конечный диастолический размер (КДР, см), конечный диастолический объем (КДО, мл), фракция выброса (ФВ в %). Исследовали общий клинический анализ крови, биохимические показатели крови, коагулограмму (протромбиновый индекс — ПТИ, время свертывания крови). С помощью пульсоксиметра BCI 3304 Oximeter измеряли оксигенацию артериальной крови (%).
Кислородный статус головного мозга оценивали с использованием билатеральной транскраниальной спектроскопии INVOS 5100. Определяли уровень оксигенации головного мозга (церебральной оксигенации — rSO2, %) правого и левого полушарий, рассчитывали индекс гемодинамического соответствия (ИГС, усл. ед.) по полушариям — соответствие кислородного обеспечения метаболическим потребностям головного мозга, который является отношением rSO2 к уровню среднего артериального давления (АДср). Во время исследования датчик накладывали больному на правую и левую лобно-височные области. Суть метода церебральной оксиметрии заключается в измерении степени абсорбции света в диапазоне волн от 700 до 1000 нм, проходящего через биологические объекты. В пределах данного диапазона единственными биологическими веществами, имеющими кислородзависимые спектры поглощения, являются гемоглобин и цитохромоксидаза. Поэтому данный метод позволяет оценивать кислородный статус гемоглобина, находящегося в сосудах исследуемой области головного мозга. Известно, что венозные сосуды составляют 85% от объема сосудистого русла мозга. На долю артерий приходится 10%, на капилляры — 5% [10]. Из этого следует, что метод церебральной оксиметрии позволяет оценить насыщение гемоглобина О2 главным образом в крови венозных сосудов мозга с целью оценки степени выраженности его ишемии. Нормальные значения церебральной оксиметрии соответствуют нормальным значениям сатурации О2 в яремной вене (63—75%) [11, 12]. Преимуществами данной методики являются неинвазивность, а также возможность получения данных в режиме реального времени.
На первом этапе исследования регистрировалась церебральная оксигенация левого и правого полушарий до хирургического лечения. Для оценки толерантности головного мозга к гипоксии проводили пробу с задержкой дыхания (проба Штанге). Длительность задержки дыхания при пробе Штанге менее 30 с свидетельствует о низкой толерантности к гипоксии, длительность задержки дыхания от 30 до 60 с — об умеренном снижении толерантности к гипоксии, более 60 с — о высокой толерантности к гипоксии. На втором этапе проводили мониторинг церебральной оксигенации во время операции. Третий этап исследования включал регистрацию церебральной оксигенации в ранние сроки после операции, с оценкой послеоперационных неврологических осложнений.
Хирургическое лечение всем пациентам проводилось в условиях искусственного кровообращения (ИК) в непульсирующем режиме, с перфузионным охлаждением организма до 18 °С и краниоцеребральной гипотермией. Тромбэндартерэктомия из долевых, сегментарных и субсегментарных ветвей ЛА проводилась сначала с правой стороны в условиях полной остановки кровообращения (1-й «циркуляторный арест»). Следующим этапом возобновляли ИК с целью реперфузии организма в целом и головного мозга в частности в течение времени, равного продолжительности остановки кровообращения. Затем вмешательство проводили на левой стороне, включая 2-й «циркуляторный арест». После завершения эндартерэктомии с обеих сторон прекращали наружное охлаждение сердца и головы и начинали перфузионное согревание больного. По времени согревание занимало от 90 до 120 мин в зависимости от массы тела больного.
Всем пациентам проводили стандартный периоперационный мониторинг, включающий непрерывную пульсоксиметрию, регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ), частоты сердечных сокращений (ЧСС), артериального и центрального венозного давления. На различных этапах операции определяли газовый состав артериальной и венозной крови. Для анализа использовали данные: PCO2 — парциальное давление углекислого газа в крови; PO2 — парциальное давление кислорода в крови; О2SAT — насыщение кислородом крови. Анализировали концентрацию общего гемоглобина в крови (tHb), гематокрит (Hct), параметры гемодинамики — АДср (систолическое АД — диастолическое АД)/3 + диастолическое АД); МОК — минутный объем кровообращения (л/мин).
Статистический анализ полученных данных проведен с использованием пакета статистических программ Statistica 6.0. Данные представлены в виде медианы (25-й процентиль; 75-й процентиль). Достоверность различий зависимых величин определяли по критерию Вилкоксона, независимых — по критерию Манна—Уитни. Взаимосвязь параметров оценивали с использованием коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Статистически значимыми считали различия при p<0,05.
Результаты
Тромбоэмболическое поражение артериального русла легких приводит к увеличению давления в ЛА. У обследованных пациентов максимальное давление в ЛА по данным ангиопульмонографии составило 81 (60; 94) мм рт.ст. и сопровождалось значительным повышением сосудистого сопротивления в малом круге кровообращения до 621 (453; 937) дин × с × см–5, развитием ЛГ. Данные изменения связаны с большим объемом эмболического поражения — индекс Миллера составил 25 (22; 27) баллов.
В табл. 1 представлены анатомо-функциональные параметры желудочков сердца до хирургического лечения у пациентов с хронической ТЭЛА. Увеличение легочного сосудистого сопротивления повышает нагрузку на ПЖ, приводя к снижению его сократительной способности и ремоделированию камер сердца (см. табл. 1).
Выявлена обратная корреляция между уровнем давления в ЛА и сократительной способностью ПЖ (r= –0,61; p<0,05).
При хронической ТЭЛА формируются участки неперфузируемой, но вентилируемой легочной ткани. Пораженный участок исключен из газообмена, в результате чего эффективность вентиляции значительно снижается [14]. На фоне нарушения вентиляции легких развивается артериальная гипоксемия — артериальная оксигенация у обследованных пациентов составила в среднем 93% (92; 96%).
Головной мозг обладает крайне низкой резистентностью к ишемии и гипоксии, так как он практически не содержит запасов энергетических субстратов и имеет недостаточность собственных антиоксидантных защитных систем. При хронической ТЭЛА кардиореспираторные нарушения (снижение доставки кислорода и эффективности вентиляции легких, артериальная гипоксемия) формируют недостаточное кислородное обеспечение головного мозга (табл. 2). При увеличении уровня давления в ЛА происходит снижение rSO2 как правого, так и левого полушарий головного мозга (r= –0,43 и r= –0,40, соответственно, p<0,05). В табл. 2 представлены данные rSO2 левого и правого полушарий головного мозга у пациентов с хронической ТЭЛА.
Как видно из табл. 2, если в норме rSO2 полушарий головного мозга составляет от 63 до 75%, у пациентов с хронической ТЭЛА исходные показатели rSO2 полушарий головного мозга снижены [12], при этом индекс гемодинамического соответствия также ниже нормы [11], что свидетельствует о снижении эффективности кислородного обеспечения головного мозга у данной категории пациентов.
Длительность пробы с задержкой дыхания (проба Штанге) отражает толерантность головного мозга к гипоксии. У данных пациентов длительность пробы Штанге значительно снижена — 30 (22; 42) с (при норме более 60 с) и уменьшается по мере прогрессирования ЛГ (r= –0,33, p<0,05).
Таким образом, хроническая ТЭЛА приводит к выраженным циркуляторным нарушениям, формируя недостаточное снабжение кислородом головного мозга. Результатом является снижение у данных пациентов толерантности к гипоксии, что необходимо учитывать при обеспечении мер по защите мозга при хирургическом лечении данного заболевания.
Во время ИК регистрировалось статистически значимое увеличение rSO2 справа и слева (p<0,05) по сравнению со сниженными показателями по отношению к норме при вводном наркозе. Данные изменения можно объяснить снижением потребления кислорода в условиях углубления анестезии и охлаждения. Это подтверждается высоким уровнем насыщения кислородом венозной крови (табл. 3).
Величина просвета сосудов головного мозга зависит в основном от метаболических факторов, в частности от напряжения СО2 в капиллярах и тканях. Мозговой кровоток увеличивается всегда, когда парциальное давление СО2 в артериальной крови превышает норму (и наоборот) [15]. В нашем исследовании регистрировалось статистически значимое увеличение парциального давления СО2 в артериальной крови на этапе ИК по сравнению с показателями при вводном наркозе. В то же время на данном этапе регистрировалось статистически значимое снижение гематокрита, уровня гемоглобина в артериальной крови, связанное с инфузионной терапией и температурным режимом (см. табл. 3).
Во время тромбэндартерэктомии из ветвей ЛА справа на фоне 1-го «циркуляторного ареста» уровень rSO2 правого и левого полушарий снижался на 20 и 17% соответственно по отношению к предшествующим показателям во время ИК (p<0,05). На фоне 2-го «циркуляторного ареста» (тромбэндартерэктомия слева) уровень rSO2 справа и слева снижался на 20 и 24% соответственно (p<0,05). Таким образом, снижение церебральной оксигенации справа и слева во время 1-го и 2-го «циркуляторных арестов» в среднем не превышало 25%.
В динамике после окончания тромбэндартерэктомии из ветвей ЛА и подключения ИК прослеживалось статистически значимое снижение парциального давления О2 в венозной крови, насыщения О2 венозной крови, что характеризует увеличение потребления О2 тканями на фоне общего согревания и соответственно отражается в снижении rSO2 обоих полушарий головного мозга.
При проведении корреляционного анализа выявлена прямая взаимосвязь между rSO2 и уровнем парциального давления О2 в венозной крови (r=0,45; p<0,05), между rSO2 и насыщением кислородом венозной крови во время ИК (r=0,44; p<0,05). Выявлена прямая корреляционная зависимость минимальных значений rSO2 во время остановки кровообращения от уровня парциального давления О2 в венозной крови (r=0,45; p<0,05) и насыщения кислородом венозной крови перед тромбэндартерэктомией во время ИК (r=0,44; p<0,05). На этапах операции без ИК (вводный наркоз, полное согревание) отмечена взаимосвязь между rSO2 и парциальным давлением СО2 в артериальной крови. Следует отметить, что статистически значимых корреляций между показателями rSO2 и уровнем гематокрита, гемоглобина, АДср и другими гемодинамическими параметрами не выявлено.
Таким образом, на фоне нормотермии при относительно сохранной ауторегуляции мозгового кровотока ведущим фактором, влияющим на значения церебральной оксигенации, является уровень СО2. В ходе ИК значения церебральной оксигенации также коррелируют с основными детерминантами транспорта кислорода, которые определяют степень снижения показателей rSO2 во время остановки кровообращения. Данные факты необходимо учитывать для поддержания адекватного кислородного обеспечения головного мозга на различных этапах операции.
В ближайший срок после хирургического лечения у данных пациентов регистрировалась церебральная оксигенация (табл. 4). По сравнению с дооперационным уровнем по показателям rSO2 обоих полушарий и значениям индекса гемодинамического соответствия статистически значимых отличий не выявлено.
Уменьшение общего притока крови к мозгу (например, при падении системного АД) приводит к срыву регуляции мозговой гемодинамики и к нарушению мозгового кровообращения [15]. При анализе динамики rSO2 обоих полушарий на этапах операции выявлено, что в группе из 10 пациентов (29% от общей группы), у которых во время «циркуляторных арестов» регистрировалось значительное снижение церебральной оксигенации (на 40% и более) от исходной, в ранний послеоперационный период в 70% случаев отмечались неврологические осложнения (острая недостаточность мозгового кровообращения, умеренно выраженная дисциркуляторная энцефалопатия). Острая недостаточность мозгового кровообращения, выявленная у 2 пациентов, регистрировалась в бассейнах левой и правой внутренних сонных артерий. Умеренно выраженная дисциркуляторная энцефалопатия регистрировалась у 5 пациентов. В группе больных, у которых во время «циркуляторных арестов» снижение церебральной оксигенации в среднем не превышало 25% от исходной, в ранний послеоперационный период нарушения неврологического статуса регистрировались только у 2 (8%) пациентов в виде умеренно выраженной дисциркуляторной энцефалопатии. По исходным показателям церебральной оксигенации (до операции и в начальном периоде интраоперационного мониторинга), возрасту, тяжести исходного состояния, длительности ИК и «циркуляторных арестов», методикам анестезии, температурному режиму перфузии данные группы пациентов не различались между собой. По показателям клинического анализа крови, биохимического исследования крови, коагулограммы данные группы также не имели статистически значимых различий.
Обсуждение
Важнейшим моментом, регулирующим мозговой кровоток, является механизм ауторегуляции, обеспечивающий постоянство показателей перфузии мозга при колебаниях АД от 50 до 150 мм рт.ст. [16]. Основными факторами, регулирующими мозговой кровоток, являются уровень СО2 и рН в сосудах головного мозга. Снижение парциального давления СО2 на 1 мм рт.ст. уменьшает интенсивность церебрального кровотока на 1—2 мл/100 г/мин, а падение парциального давления СО2 на 20—40 мм рт.ст. снижает величину мозгового кровотока в 2 раза [17]. В нашем исследовании прослеживается прямая взаимосвязь между интраоперационными показателями rSO2 и парциальным давлением СО2 в артериальной крови, а также уровнем парциального давления О2 в венозной крови во время ИК.
Главным и универсальным повреждающим звеном в механизме формирования нарушения мозгового кровообращения является гипоксия нейронов головного мозга с последующим ишемическим повреждением структур клеток. Являясь метаболически активным органом, мозг получает до 15% сердечного выброса. При этом в сером веществе мозговой кровоток в 4 раза интенсивнее, чем в белом, и составляет до 80 мл/100 г/мин [18].
Снижение температуры угнетает метаболизм головного мозга, который при 18 °С составляет 10% от уровня при нормотермии. Таким образом, предотвращается истощение клеточных высокоэнергетических фосфатов и увеличивается период времени («терапевтическое окно»), в течение которого повреждения могут быть обратимы [19, 20]. На этом свойстве глубокой гипотермии основано применение в недалеком прошлом методики остановки кровообращения («циркуляторного ареста») на основном этапе выполнения корректирующей процедуры [21].
Во время остановки кровообращения происходит резкое снижение АД в магистральных сосудах головного мозга. Возможности ауторегуляции в данном случае ограничены. При гипоперфузии особенно уязвимы конечные сосудистые регионы мозга, где ишемия появляется раньше и выражена интенсивнее. При этом происходит накопление СО2 и нарастание ацидоза, что также снижает интенсивность церебрального кровотока. Кроме того, накопление недоокисленных продуктов вызывает отек, что может дополнительно усилить нарушение перфузии тканей мозга, особенно в кортикальных слоях [22, 23]. Пристальное внимание следует уделять изменению rSO2 на 30% и более от исходного. Клинические исследования показали, что абсолютные значения ниже 40% или уменьшение rSO2 более чем на 30% от исходного свидетельствуют о неврологических расстройствах [24]. В нашей работе показана патофизиологическая значимость снижения показателей rSO2 во время остановки кровообращения у пациентов с хронической ТЭЛА на 40% от исходных значений — именно у больных этой категории в большинстве случаев наблюдались в ранний послеоперационный период нарушения неврологического статуса. При этом степень снижения rSO2 на остановке кровообращения находилась в прямой зависимости от уровня парциального давления О2 в венозной крови и насыщения кислородом венозной крови перед тромбэндартерэктомией во время ИК.
Заключение
Таким образом, хроническая гипоксия при тромбоэмболии легочной артерии приводит к снижению эффективности обеспечения кислородом головного мозга. Снижение показателей церебральной оксигенации более чем на 40% во время остановки кровообращения по отношению к исходной значительно увеличивает риск возникновения неврологических осложнений в ранний послеоперационный период. Степень снижения оксигенации головного мозга во время остановки кровообращения («циркуляторный арест») имеет прямую зависимость от уровня парциального давления кислорода в венозной крови и насыщения кислородом венозной крови перед тромбэндартерэктомией во время искусственного кровообращения.
