Влияние газовой микроэмболии на плазменную концентрацию белка S-100 и нейроспецифическую енолазу при операциях на открытом сердце в условиях искусственного кровообращения

Резюме

По мнению большинства авторов, одной из основных причин неврологических осложнений после операций, проведенных в условиях искусственного кровообращения (ИК), является газовая эмболия головного мозга с последующим нарушением церебральной перфузии и повреждением нервной ткани.

Цель - оценить динамику белка S-100 и нейроспецифической енолазы (NSE) за время операции. Изучить наличие корреляции между объемом газовой микроэмболии (ГМЭ) и концентрацией S-100 и NSE в сыворотке крови.

Материал и методы. В исследование включены 36 пациентов, оперированных по поводу приобретенных пороков сердца, ишемической болезни сердца и аневризмы аорты. Критерием исключения было наличие в анамнезе острого нарушения мозгового кровообращения, черепно-мозговой травмы и когнитивных нарушений.

Результаты. Установлено, что концентрация S-100 и NSE в точке Б была выше, чем в точке А. Коэффициент ранговой корреляции Спирмана между количеством зарегистрированных газовых микроэмболов в артериальной крови и концентрацией S-100 составил 0,36 (p<0,05), а между NSE и количеством зарегистрированных газовых микроэмболов - 0,44 (p<0,05).

Заключение. Плазменная концентрация белка S-100 и NSE в послеоперационном периоде у пациентов, оперированных в условиях ИК выше, чем в начале операции. Плазменная концентрацией S-100 и NSE имеет слабую прямую корреляцию с объемом зарегистрированной ГМЭ.

Ключевые слова:S-100; NSE; газовая микроэмболия; искусственное кровообращение; экстракорпоральный контур

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Для цитирования: Панов А.В., Локшин Л.С., Губко А.В. Влияние газовой микроэмболии на плазменную концентрацию белка S-100 и нейроспецифическую енолазу при операциях на открытом сердце в условиях искусственного кровообращения // Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2023. Т. 11, № 1. С. 121-125. DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2023-11-1-121-125

Согласно ранее проведенным исследованиям, у пациентов, перенесших операцию на открытом сердце в условиях искусственного кровообращения (ИК), регистрируются неврологические осложнения в послеоперационном периоде. За последние десятилетия частота этих осложнений значительно снизилась, но остается достаточно высокой [1-3]. По мнению большинства авторов, одной из основных причин неврологических осложнений после операций, проведенных в условиях ИК, является газовая эмболия головного мозга с последующим нарушением церебральной перфузии и повреждением нервной ткани [4-11].

 В настоящее время маркерами повреждения нервной ткани считаются белки семейства S-100, которые определяют в сыворотке крови и спинномозговой жидкости [12, 13]. Для оценки нейродегенеративного процесса и проницаемости гематоэнцефалического барьера также широко применяется иммуноферментный анализ нейроспецифических антигенов, таких как нейроспецифическая енолаза (NSE), также относящаяся к белкам - маркерам повреждения центральной нервной системы (ЦНС) [14]. Плазменная концентрация белка S-100 выше при проведении операций в условиях ИК и зависит от его длительности и температурного режима [15]. Максимальная концентрация данных белков (1,59±0,682 мкг/л) регистрируется в конце ИК и снижается до нормальных значений через 6 ч после операции [16]. Негативное влияние массивной газовой микроэмболии (ГМЭ), наиболее частое осложнение при проведении ИК, усиливается тем, что она обладает кумулятивным эффектом [17, 18]. Микроэмболы газового происхождения регистрируются в головном мозге на протяжении 2 ч послеоперационного периода [19].

Цель - оценить динамику S-100 и NSE за время операции. Изучить наличие корреляции между объемом ГМЭ и концентрацией S-100 и NSE в сыворотке крови.

Материал и методы

В исследование включены 36 пациентов, оперированных по поводу приобретенных пороков сердца, ишемической болезни сердца (ИБС) и аневризмы аорты. Критерием исключения было наличие в анамнезе острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК), черепно-мозговой травмы (ЧМТ) и когнитивных нарушений. Средний возраст пациентов составил 68,19±6,32 года (минимум 58, максимум 75 лет).

Все больные были включены в одну группу. У всех пациентов использовался аппарат ИК Stockert S5 c экстракорпоральным контуром (ЭКК) Capiox. Среднее время ИК составило 91±5,37 (минимум 32, максимум 148 мин) мин, перфузионный индекс составил 2,5 л/м2. После наложения зажима на аорту проведена кровяная кардиоплегия по методике Калафиоре.

Забор венозной крови для определения концентраций белка S-100 и NSE проводили после вводной анестезии (проба А) и после сведения грудины (проба Б). Референсные значения уровня NSE составляют 0,0-16,3 мкг/мл, белка S-100 в крови у здоровых людей - 0-0,105 мкг/мл и не варьируют от возраста и пола [13, 14]. Определение белка S-100 и NSE в плазме проводили на анализаторе Cobas е411, Roche (электрохемилюминесцентный иммуноанализ).

На всех операциях с ИК регистрировали газовые микроэмболы на входе и выходе из ЭКК. Для регистрации микроэмболии мы устанавливали на входе в оксигенатор (венозная кровь и кровь из раны) и на выходе из оксигенатора и артериального фильтра ультразвуковые многократного использования датчики прибора ВСС-200 фирмы GAMPT (Германия). Устанавливали предел измерения величины микроэмболов от 10 до 500 мкм и начинали регистрацию с началом ИК.

 Оценка эффективности фильтрующей способности ЭКК проводилась при помощи показателя индекса фильтрации (FI), комбинирующего показатели объема и количества пузырьков [20].

Статистический анализ

Статистическая обработка данных проведена с помощью программы Statistica 10 для Windows. Параметры обеих групп были проверены на нормальность распределения чисел с учетом критериев Шапиро-Уилка, Колмогорова-Смирнова и Лилифорс. Для нормального распределения использовался t-критерий Стьюдента, для ненормального - анализ Манна-Уитни. Данные нормально распределенных показателей представлены в виде среднего значения и стандартного отклонения, ненормально распределенных - медианы, 1-го и 3-го квартилей. Проведен сравнительный анализ различий показателей S-100 и енолазы между этапами (начало и конец операции). Для выявления взаимосвязи динамики енолазы, белка S-100 с показателями газовой микроэмболии выполнен корреляционный анализ Спирмена. Значимые различия между группами принимались при значении p<0,05.

Результаты

Установлено, что концентрация S-100 и NSE в точке Б была выше, чем в точке А (табл. 1, 2).

Среднее количество зарегистрированных ГМЭ на выходе из ЭКК (артериальная) составило 2,03±3,979 мкл за все время ИК (медиана 0,9, межквартильный разброс 0,4-2,0, минимум 0,2, максимум 23,8). При этом среднее количество зарегистрированных ГМЭ на входе в оксигенатор (венозная + кардиотомическая) составило 78,4±9,21 мкл (медиана 53,2, межквартильный разброс 8,3-75, минимум 22, максимум 178,4). Фильтрационный индекс составил 99%. Наибольшая частота регистрируемых в артериальной магистрали ГМЭ фиксировалась в первые минуты ИК.

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена между количеством зарегистрированных газовых микроэмболов в артериальной крови и концентрацией S-100 составил 0,36 (p<0,05), а между NSE и количеством зарегистрированных газовых микроэмболов - 0,44 (p<0,05).

Обсуждение

В ходе проведенного исследования мы определили, что плазменная концентрация белка S-100 и NSE в конце операции выше, чем в начале. Плазменная концентрация белка S-100 уже на этапе вводного наркоза (точка А) превышает референсное значение в 2 раза, когда нет поступления микроэмболов из ЭКК, что мы связываем с наличием сердечно-сосудистой недостаточности, приводящей к ишемии головного мозга различной степени выраженности. При перфузии есть увеличение белка S-100 в 4 раза (точка Б) с низким коэффициентом корреляции с ГМЭ, при этом плазменная концентрация NSE увеличивается значимо за время перфузии, но эти показатели находятся в пределах нормы референсных значений и тоже низко коррелируют с количеством ГМЭ. Это мы связываем с высокой фильтрующей способностью используемого ЭКК (Capiox TerumoFI - 99%), в связи с чем получили клинически не значимые объемы ГМЭ. Низкая корреляция между показателями S-100 и ГМЭ свидетельствует о существовании иных причин повреждения нервной ткани, что соответствует ранее проведенным исследованиям. Достоверное повышение концентрации S-100 и NSE в плазме крови в конце операции мы связываем с повреждением нервной ткани, вызванным непосредственным влиянием анестезии, неустойчивостью гемодинамики во время операции и после нее, возрастными изменениями [21]. Возможной причиной повышения плазменной концентрации S-100 и NSE при операциях на открытом сердце является повреждение не только нервной, но и жировой ткани при проведении торакотомии, стернотомии [15].

Заключение

Плазменная концентрация белка S-100 и NSE в послеоперационном периоде у пациентов, оперированных в условиях ИК выше, чем в начале операции. Плазменная концентрация S-100 и NSE имеет слабую прямую корреляцию с объемом зарегистрированной ГМЭ.

Литература

1.    Берикашвили Л.Б., Кузовлев А.Н., Ядгаров М.Я., Каданцева К.К., Ожиганова Е.А., Лихванцев В.В. Прогностическая способность номограммы М относительно серьезных неблагоприятных кардиальных и церебральных событий после плановых кардиальных операций, выполненных в условиях искусственного кровообращения // Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2022. Т. 19, № 2. С. 6-13. DOI: https://doi.org/10.21292/2078-5658-2022-19-2-6-13  

2.    Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л. Роль искусственного кровообращения в развитии послеоперационной когнитивной дисфункции // Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2021. Т. 14, № 2. С. 168-174. DOI: https://doi.org/10.17116/kardio202114021168  

3.    Russell M.D., Pinkerton C., Sherman K.A., Ebert T.J., Pagel P.S. Predisposing and Precipitating factors associated with postoperative delirium in patients undergoing cardiac surgery at a Veterans Affairs Medical Center: A pilot retrospective analysis // Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2020. Vol. 34, N 8. P. 2103-2111. DOI: https://doi.org/10.1053/j.jvca.2020.02.004  

4.    Liu Y.H., Wang D.X., Li L.H., Wu X.M., Shan G.J., Su Y. et al. The effects off cardiopulmonary bypass on the number of cerebral microemboli and the incidence of cognitive dysfunction after coronary artery bypass graft surgery // Anesth. Analg. 2009. Vol. 109, N 4. P. 1013-1022. DOI: https://doi.org/10.1213/ane.0b013e3181aed2bb  

5.    van Dijk D., Kalkman C.J. Why are cerebral microemboli not associated with cognitive decline? // Anesth. Analg. 2009. Vol. 109, N 4. P. 1006-1008. DOI: https://doi.org/10.1213/ANE.0b013e3181b5af06

6.    de Somer F.M., Vetrano M.R., Van Beeck J.P., Van nooten G.J. Еxtracorporeal bubbles: a word of caution // Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. 2010. Vol. 10. P. 995-1001. DOI: https://doi.org/10.1510/icvts.2009.229088  

7.    Reis E.E., Menezes L.D., Justo C.C.L. Gaseous microemboli in cardiac surgery with cardiopulmonary bypass // Rev. Bras. Cir. Cardiovasc. 2012. Vol. 27, N 3. P. 436-445. DOI: https://doi.org/10.5935/1678-9741.20120073

8.    Stehouwer M.C., de Vroege R., Bruggemans E.F., Hofman F.N., Molenaar M.A., van Oeveren W. et al. The influence of gaseous microemboli on various biomarkers after minimized cardiopulmonary bypass // Perfusion. 2020. Vol. 35, N 3. P. 202-208. DOI: https://doi.org/0.1177/0267659119867572  

9.    Suzuki A., Armstead S.C., Eckmann D.M. Surfactant reduction in embolism bubble adhesion and endothelial damage // Anesthesiology. 2004. Vol. 101. P. 97-103. DOI: https://doi.org/10.1097/00000542-200407000-00016  

10.           Tingleff J., Joyce F.S., Pettersson G. Intraoperative echocardiographic study of air embolism during cardiac operations // Ann. Thorac. Surg. 1995. Vol. 60. P. 673-677. DOI: https://doi.org/10.1016/0003-4975(95)00577-8

11.           Toomasian C.J. The effect of air exposure on leucocyte and cytokine activation in an in-vitro model of cardiotomy suction // Perfusion. 2018. Vol. 33. P. 538-545. DOI: https://doi.org/10.1177/s00401-010-0674-1

12.           Anderson R.E., Hansson L.O., Nilsson O. et al. High serum S100B levels from trauma patients without head injuries // Neurosurgery. 2001. Vol. 48, N 6. P. 1255-1258. DOI: https://doi.org/10.1097/00006123-200106000-00012

13.           Westaby S., Johnsson P., Parry A.J. et al. Serum S100 protein: a potential marker for cerebral events during cardiopulmonary bypass // Ann. Thorac. Surg. 1996. Vol. 61, N 1. P. 88-92. DOI: https://doi.org/10.1016/0003-4975(95)00904-3   

14.           Hatton G.I. Glial-neuronal interactions in the mammalian brain // Adv. Physiol. Educ. 2002. Vol. 26. P. 225-237. DOI: https://doi.org/10.1152/advan.00038.2002  

15.           Yuan S.M. S100 and S100β: biomarkers of cerebral damage in cardiac surgery with or without the use of cardiopulmonary bypass // Rev. Bras. Cir. Cardiovasc. 2014. Vol. 29, N 4. P. 630-641. DOI: https://doi.org/10.5935/1678-9741.20140084

16.           Listewnik M., Kotfis K., Ślozowski P., Mokrzycki K., Brykczyński M. The influence of carbon dioxide field flooding in mitral valve operations with cardiopulmonary bypass on S100ß level in blood plasma in the aging brain // Clin. Interv. Aging. 2018. Vol. 13. P. 1837-1845. DOI: https://doi.org/10.2147/CIA.S177356

17.           Rapp J.H. et al. Atheroemboli to the brain: size threshold for causing acute neuronal cell death // J. Vasc. Surg. 2000. Vol. 32, N 1. P. 68-76. DOI: https://doi.org/10.1067/mva.2000.107315

18.           Borger M.A., Peniston C.M., Weisel R.D., Vasiliou M., Green R.E., Feindel C.M. Neuropsychologic impairment after coronary bypass surgery: effect of gaseous microemboli during perfusionist interventions // J. Thorac. CardiovascSurg. 2001. Vol. 121. P. 743-749. DOIhttps://doi.org/10.1067/mtc.2001.112526-11

19.           Сандриков В.А., Садовников В.И., Федулова С.В., Алиев С.М. Мониторинг микроэмболических сигналов в сосудах головного мозга в раннем послеоперационном периоде у кардиохирургических больных // Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2010. № 5. С. 54-62.

20.           Локшин Л.С. Газовая микроэмболия при искусственном кровообращении // Анестезиология и реаниматология. 2015. Т. 60, № 5. С. 17-20.

21.           Медведева Л.А., Загорулько О.И. и др. Когнитивная послеоперационная дисфункция в кардиохирургии // Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2012. № 4. С. 46-54.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Дземешкевич Сергей Леонидович
Доктор медицинских наук, профессор (Москва, Россия)

Журналы «ГЭОТАР-Медиа»