Лабораторные маркеры острой мезентериальной ишемии после операций на сердце

• Белов Д.В.
• Абрамовских О.С.
• Фокин А.А.
• Сумеркина В.А.
• Пыхова Л.Р.

Резюме

Актуальность. Острая мезентериальная ишемия в кардиохирургии при относительно редкой встречаемости сопровождаются высокой летальностью, достигающей 90%.

Цель - провести анализ диагностической ценности (специфичности и чувствительности) кишечной формы белка, связывающего жирные кислоты, липополисахарид-связывающего белка, эндотелина-1, D-лактама в диагностике острой мезентериальной ишемии после операций на сердце.

Материал и методы. Проведено проспективное рандомизированнное исследование потенциальных биомаркеров острой мезентериальной ишемии у 77 пациентов в возрасте от 40 до 94 лет [54 мужчины (72,9%) и 23 женщины (27,0%)] на базе ФГБУ ФЦССХ Минздрава России (г. Челябинск) и медицинских организаций Челябинской области с 2021 по 2022 г.

Результаты. При парезе кишечника единственным статистически значимым предиктором на 1-е сутки был липополисахарид-связывающий белок, его пороговое значение составило 44,7 нг/мл. При развитии деструктивных изменений максимальную диагностическую эффективность продемонстрировали D-лактам и кишечная форма белка, связывающего жирные кислоты, увеличение концентрации которых свыше 0,54 ммоль/л и 720 пг/мл соответственно указывает на риск развития острой мезентериальной ишемии с некрозом кишки с хорошей чувствительностью.

Заключение. Определение пороговых значений кишечной формы белка, связывающего жирные кислоты, и концентрации D-лактама, можно рекомендовать в качестве скринингового теста в лабораторной диагностике при острой мезентериальной ишемии, а также для ее исключения.

Ключевые слова:острая мезентериальная ишемия; биохимические маркеры; кишечная форма белка, связывающего жирные кислоты; липополисахарид-связывающий белок; эндотелин-1; D-лактам

Поздняя диагностика острой мезентериальной ишемии (ОМИ) является одной из основных причин высокой летальности у пациентов, перенесших открытые операции на сердце в условиях искусственного кровообращения (ИК). Вследствие неспецифической клинической картины и особенностей послеоперационного периода заболевание часто диагностируется поздно, когда уже развиваются необратимые изменения стенки кишки. Отсутствие четких клинических, ультразвуковых, лабораторных критериев диагностики ОМИ требует научного поиска патогномоничных биохимических маркеров ранней диагностики.

Целью нашего исследования было изучение диагностической ценности (специфичности и чувствительности) кишечной формы белка, связывающего жирные кислоты (I-FABP), липополисахарид-связывающего белка (LBP), эндотелина-1, D-лактама в диагностике ОМИ.

Материал и методы

Проведено проспективное рандомизированнное исследование потенциальных биомаркеров острой мезентериальной ишемии у 77 пациентов в возрасте от 40 до 94 лет [54 (72,9%) мужчины и 23 (27,0%) женщины] на базе ФГБУ ФЦССХ Минздрава России (г. Челябинск) и медицинских организаций Челябинской области с 2021 по 2022 г. Все пациенты, подвергнутые научным исследованиям, дали на это письменное добровольное информированное согласие.

Больные были разделены на 3 группы.

1-я группа: пациенты с некрозом кишки на фоне острой мезентериальной ишемии, подтвержденным во время операции или лапароскопии. Критериями включения являлись: возраст старше 18 лет, наличие некроза тонкой или толстой кишки в результате эмболии либо тромбоза мезентериальных артерий. Критериями исключения были возраст младше 18 лет, некроз тонкой или толстой кишки в результате странгуляционной либо обтурационной кишечной непроходимости.

2-я группа: пациенты с развившимся парезом кишечника после операций на сердце в условиях ИК. Критерии включения: возраст старше 18 лет, операции с ИК, развитие пареза кишечника, подтвержденного клинически и данными инструментальных исследований, отсутствие некротических изменений кишки. Критериями исключения являлись возраст младше 18 лет, наличие деструктивных изменений органов брюшной полости.

3-я группа. Пациенты после операций на сердце в условиях ИК без осложнений. В данной группе проводилось определение маркеров на 1-е и 3-и сутки послеоперационного периода. Критерии включения: возраст старше 18 лет, операции с ИК, отсутствие осложнений со стороны органов брюшной полости. Критериями исключения являлись возраст младше 18 лет, развитие осложнений со стороны органов брюшной полости.

Исследование выполнено на автоматическом биохимическом иммуноферментном анализаторе ChemWell 2910 (США). Использованы тест-системы Эндотелин-1 R&D systems, кат номер DET100, LBP HycultBiotech, кат номер НК 315-02, I-FABP HycultBiotech, кат номер HK 406-01, D-лактам (ТУ BY 391360704.001-2014). Особенностью биохимических данных было наличие цензурированных наблюдений типа "менее чем" и типа "более чем" для показателя I-FABP. Сравнение групп с такими данными ранговыми методами обычно не вызывает сложностей; в нашем случае оно было проведено по критерию Краскела-Уоллиса - ранговому аналогу однофакторного дисперсионного анализа. Расчет показателей описательной статистики, особенно среднего значения с 95% доверительным интервалом (ДИ), более проблематичен, предложено несколько методов для этого (метод максимального правдоподобия, регрессия на порядковой статистике - ROS метод, робастный метод Хелсела и др.). Нами был использован непараметрический метод Каплана-Майера, который традиционно используется в анализе выживаемости и может быть модифицирован для случаев типа "менее чем". При этом значения менее 25 и более 6000 пг/мл обрабатывались как цензурированные соответственно слева и справа наблюдения. Оценки этим методом с 95% ДИ бутстрэпом (метод процентилей, n=9999) были выполнены в пакете EnvStats для программно-статистической среды R.

Результаты

Группы различались статистически значимо по возрасту: пациенты с некрозом кишки были старше остальных приблизительно на 8 лет. В половой структуре также имелись различия. Анализ согласованных стандартизованных остатков Хабермана AR показал, что они заключались в меньшей встречаемости мужчин в группе с некрозом кишки (AR= -3,44; р=0,001) и обратной ситуации в группе с парезом кишечника (AR=4,31; р<0,001) (табл. 1).

В группе с некрозом кишки преобладали пациенты с деструктивными изменениями в тонкой кишке - 17 случаев из 28 (60,7%), реже наблюдалась деструкция толстой кишки (4 пациента, 14,3%) и сочетанное поражение тонкой и толстой кишки (7 пациентов, 25%). Примерно в равном соотношении некроз имел сегментарное (15 пациентов, 53,6%) и тотальное (13 пациентов, 46,4%) распространение. При этом сегментарное распространение чаще наблюдалось в тонкой кишке (11 пациентов, 73,3%) и редко - в толстой (4 пациента, 26,7%). Тотальное распространение отмечалось в тонкой кишке (6 пациентов, 46,2%) и в сочетанном некрозе той и другой кишки (7 пациентов, 53,8%), но не встречалось в толстой кишке. Эти особенности были статистически значимыми: χ²₍₂₎=12,39; в рандомизационном тесте Монте-Карло р_МС<0,001.

Время ИК и пережатия аорты было несколько выше в группе с парезом кишечника, однако эти различия не были статистически значимыми (табл. 2).

Сравнения групп по биохимическим показателям представлены в табл. 3, на рис. 1.

По первым 2 показателям выборки статистически значимо не различались на 5% уровне, однако р-значения были малы, что позволило провести множественные апостериорные сравнения с критерием Данна в рамках омнибусного критерия Краскела-Уоллиса. Они обнаружили значимые попарные различия в обоих случаях.

Обращает на себя внимание большой разброс значений в группе пациентов с некротическими изменениями. Это хорошо видно по коробу межквартильного размаха на рис. 1, который для всех 4 биохимических показателей был шире именно в группе с деструктивными изменениями. Полагаем, что это связано с разной степенью протяженности некроза и длительности его существования.

Для поиска порогового значения при развитии пареза кишечника был использован ROC-анализ с расчетом площади под характеристической кривой, или ROC-кривой (Area under curve, AUC). При этом для оценки риска развития парезов в качестве группы сравнения использовалась собственно группа сравнения с данными, полученными на 1-е и 3-и сутки после операции. Поскольку мы рассматривали развитие деструкции кишки как следующую за парезом кишечника стадию тяжести нарушений перфузии ее стенки, для оценки риска некротических изменений в качестве группы сравнения выступала группа пациентов с парезом кишечника (табл. 4, рис. 2).

Из представленных данных видно, что единственным статистически значимым предиктором на 1-е сутки был LBP: для этого показателя отмечена самая большая площадь под характеристической кривой - 0,759, что находится в границах 0,7-0,8 и говорит о "хорошем" качестве предиктора. Для выбора оптимального порога отсечения был использован критерий Юдена, который предполагает равную ценность для диагностики как чувствительности, так и специфичности. На левой части рис. 2 он соответствует максимальной высоте от ROC-кривой (серая ломаная линия) до диагональной линии отсутствия прогностической ценности показателя. В данном случае его значение составило 0,52 (52%), что соответствовало пороговому значению 39,5 нг/мл. При использовании последнего для диагностики, значения чувствительности и специфичности составили соответственно 71,8 и 80,0%. В правой части рис. 2 представлена точечная диаграмма, наглядно показывающая распределение пациентов обеих групп (каждая точка соответствует 1 пациенту) относительно линии порогового значения.

Нельзя исключать, что и связывающий жирные кислоты белок I-FABP может быть диагностически ценным показателем. На это указывает приближающееся к 0,7 значение площади под ROC-кривой (AUC=0,671) с относительно небольшим р-значением для нулевой гипотезы отличия этой площади от 0,5 (0,05<р<0,10). Оптимальным порогом отсечения для этого показателя была концентрация менее 506 пг/мл.

На 3-и сутки после операции единственным значимым предиктором также был LBP. В данном случае площадь по ROC-кривой составила 0,797 или округленно 0,8 единицы, что говорит об "очень хорошем" качестве предиктора. Оптимальное пороговое значение мало отличалось от значения на 1-е сутки (39,5 нг/мл) и составило 44,7 нг/мл. Из данных табл. 4 видно, что качество модели в данном случае увеличилось за счет достижения 100% специфичности, тогда как чувствительность снизилась с 71,8 до 61,5%. Все 3 потенциально ценных биохимических маркера риска развития пареза представлены на диаграммах (см. рис. 2).

В целом следует заключить, что концентрация LBP в плазме крови является достаточно надежным маркером развития пареза кишечника. При этом в качестве значения, указывающего на увеличение этого риска, является концентрация более 39,5 нг/мл.

Предикторы риска некроза кишки. Аналогичные расчеты были проведены для оценки риска перехода пациентов из категории с парезом кишечника в категорию с некрозом (табл. 5, рис. 3).

Полученные результаты указывают на диагностическую ценность сразу 3 показателей: концентраций I-FABP, эндотелина-1 и D-лактама. Максимальную диагностическую эффективность с хорошей чувствительностью продемонстрировал D-лактам, увеличение концентрации которого свыше 0,54 ммоль/л указывает на риск развития некроза.

Таким образом, результаты проведенного исследования указали на перспективность использования показателя LBP для обнаружения риска пареза кишечника и D-лактама для выявления риска некроза. Максимальную диагностическую эффективность с хорошей чувствительностью продемонстрировал D-лактам, увеличение концентрации которого свыше 0,54 ммоль/л указывает на риск развития некроза. Показатель I-FABP проявил себя потенциально полезным в обоих случаях: для пареза - менее 506 пг/мл, а для некроза - более 720 пг/мл.

Обсуждение

ОМИ после операций на сердце остается тяжелым осложнением с высокой летальностью. Ранняя диагностика ОМИ требует высокой степени настороженности при любых патологических проявлениях со стороны органов брюшной полости. В ряде случаев только развитие пареза кишечника может являться первым проявлением ОМИ, особенно у пациентов на фоне применения анальгетиков, продленной искусственной вентиляции легких, экстракорпоральной мембранной оксигенации. С другой стороны, причинами нарушения моторики кишечника после операций на сердце, помимо снижения перфузии, могут являться применение препаратов, угнетающих перистальтику, нарушение электролитного состава крови и иннервации кишечника. Из применяемых методов диагностики мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) с контрастированием брыжеечных сосудов, обладающая высокой чувствительностью и специфичностью, позволяет подтвердить диагноз, определить локализацию поражения мезентериальных сосудов, а также оценить степень ишемического повреждения кишки [1]. Тем не менее отбор пациентов, требующих проведения МСКТ, остается проблемой из-за нечеткой клинической картины и отсутствия биомаркеров ОМИ.

Используемые лабораторные методы диагностики ОМИ, такие как подсчет количества лейкоцитов, определение D-димера, будут изменены в связи с проведенным оперативным вмешательством [2]. Уровень L-лактата в системном кровотоке из-за активного метаболизма в печени долгое время остается в норме. Таким образом, системный лактат-ацидоз является поздним явлением, который часто указывает на некроз кишечника и начало полиорганной недостаточности [3]. В идеале биомаркер ОМИ должен обладать высокой специфичностью к тканям кишечника, а внутриклеточное содержание изучаемых биомаркеров в его стенке - присутствовать в достаточном количестве и не разрушаться при прохождении через печень. Выбранные нами для исследования маркеры в полной мере обладают данными свойствами. Однако в различных исследованиях описаны противоречивые результаты их роли в диагностике ОМИ.

Ишемические расстройства стенки кишки приводят к взаимодействию находящихся в ее просвете микроорганизмов и бактериальных антигенов с иммунной системой слизистой и подслизистой оболочек, вызывая нарушение эпителиального барьера, что приводит к проникновению в кровоток бактериального эндотоксина, продуктов деградации энтероцитов и активированных иммунных клеток, вызывая синдром системного воспалительного ответа.

В связи с этим в разные этапы разрушения кишки будет изменяться концентрация различных маркеров. Так, при повреждении кишечного барьера возможно увеличение транслокации бактерий из просвета кишки. В результате можно ожидать увеличения D-лактама и LBP.

D-лактам, второй стереоизомер лактата, является в основном продуктом жизнедеятельности бактерий кишечника, человеческими клетками производится в небольшом количестве. При ишемическом повреждении кишечной стенки и ее избыточной проницаемости концентрация D-лактама повышается как в портальном, так и в системном циркуляторном русле [4]. Продукция D-лактама в организме человека находится на очень низком уровне, его концентрация в сыворотке крови измеряется микромолями на литр, в то время как концентрация левовращающего изомера (L-лактат) - миллимолями на литр. Значительное повышение D-лактама в стерильных жидкостях организма говорит об общей или локальной бактериальной инфекции или об абсорбции из мест, контаминированных большим количеством бактериальных патогенов. Статистически значимое его увеличение при нарушении мезентериального кровотока свидетельствует о разрушении кишечного слизистого барьера и повышенной транслокации бактерий [5].

LBP - белок, связывающий липополисахариды (ЛПС), синтезируется в печени и энтероцитах. Его образование усиливается во время острофазного отклика [6]. Этот белок прочно связывается с ЛПС, катализирует мономеризацию ЛПС и перенос его на CD14-рецептор мононуклеарных фагоцитов, увеличивая чувствительность этих клеток к данному фактору патогенности в 100-1000 раз. Более того, LBP способен усиливать ответ CD14-негативных клеток путем ускорения связывания ЛПС с растворимым CD14. LBP катализирует взаимодействие ЛПС и липопротеинов, что позволяет эффективно нейтрализовать их биологическую активность. Было показано, что LBP предотвращает развитие у мышей септического шока, вызванного ЛПС грамотрицательных бактерий. Содержание LBP в сыворотке значительно возрастает при травмах, системном воспалительном синдроме, сепсисе [7].

При некрозе слизистой оболочки кишечной стенки отмечено повышение кишечной формы белка, связывающий жирные кислоты. Он представляет собой цитозольный белок, участвующий в поглощении и внутриклеточном транспорте жирных кислот. I-FABP специфически локализован в эпителиальных клетках тонкого кишечника. В норме I-FABP в сыворотке не определяется. При повреждении клеток FABP из-за своих небольших размеров быстро выходит из поврежденных клеток, что приводит к возрастанию его концентрации в крови и моче. I-FABP является значимым биохимическим маркером повреждения интестинальных клеток in vivo и in vitro [8].

Эндотелин-1 - белок, состоящий из 21 аминокислотного остатка, представляет собой плейотропную молекулу, наиболее известную своим мощным вазоконстрикторным действием. Эндотелин-1 повышен при разных формах шока и высвобождается вследствие гипоксии, действия катехоламинов и активации коагуляционного каскада. В стенке кишечника рецепторы ET-1 обнаруживаются преимущественно в слизистой оболочке. Считается, что эндотелин-1 играет ключевую роль в вазоконстрикторном ответе мезентериальных сосудов и может быть предложен как один из факторов, которые в наибольшей степени способствуют повреждению органов при ишемии-реперфузии [9].

Заключение

Таким образом, результаты проведенного исследования показали, что во время пареза кишечника оптимальное пороговое значение LBP составило 44,7 нг/мл, I-FABP - менее 506 пг/мл. При развитии некротических изменений максимальную диагностическую эффективность с хорошей чувствительностью продемонстрировали D-лактам и I-FABP, увеличение концентрации которых свыше 0,54 ммоль/л и 720 пг/мл соответственно указывает на риск развития ОМИ.

Определение пороговых значений I-FABP и концентрации D-лактама можно рекомендовать в качестве скринингового теста в лабораторной диагностике ОМИ, а также для ее исключения.

Требуются дальнейшие исследования изучения влияния искусственного кровообращения, других заболеваний на изменения концентрации биомаркеров, а также оценка корреляции их значений с тяжестью и протяженностью поражения кишечника.

Литература

1.     Bala M., Catena F., Kashuk J., Kashuk J., De Simone B., Gomes C.A. et al. Acute mesenteric ischemia: updated guidelines of the World Society of Emergency Surgery // World J. Emerg. Surg. 2022. Vol. 17, N 1. P. 54. DOI: https://doi.org/10.1186/s13017-022-00443-x  

2.     Montagnana M., Danese E., Lippi G. Biochemical markers of acute intestinal ischemia: possibilities and limitations // Ann. Transl. Med. 2018. Vol. 6, N 17. P. 341. DOI: https://doi.org/10.21037/atm.2018.07.22  

3.     Nuzzo A., Maggiori L., Ronot M., Becq A., Plessier A., Gault N. et al. Predictive factors of intestinal necrosis in acute mesenteric ischemia: prospective study from an intestinal stroke center // Am. J. Gastroenterol. 2017. Vol. 112. P. 597-605. DOI: https://doi.org/10.1038/ajg.2017.38  

4.     Treskes N., Persoon A.M., van Zanten A.R.H. Diagnostic accuracy of novel serological biomarkers to detect acute mesenteric ischemia: a systematic review and meta-analysis // Intern. Emerg. Med. 2017. Vol. 12, N 6. P. 821-836. DOI: https://doi.org/10.1007/s11739-017-1668-y  

5.     Белов Д.В., Гарбузенко Д.В., Лукин О.П., Ануфриева С.С. Роль лабораторных методов в комплексной диагностике острой мезентериальной ишемии // Российский медицинский журнал. 2019. Т. 25, № 5-6. С. 316-323. DOI: https://doi.org/10.18821/0869-2106-2019-25-5-6-316-323  

6.     Lebrun L.J., Lenaerts K., Kiers D., Pais de Barros J.-P., Le Guern N., Plesnik J. et al. Enteroendocrine L cells sense LPS after gut barrier injury to enhance GLP-1 secretion // Cell Rep. 2017. Vol. 21. P. 1160-1168. DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.10.008  

7.     Lebrun L.J., Grober J. Could glucagon-like peptide-1 be a potential biomarker of early-stage intestinal ischemia? // Biochimie. 2019. Vol. 159. P. 107-111. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biochi.2018.11.009  

8.     Peoc'h K., Nuzzo A., Guedj K., Paugam C., Corcos O. Diagnosis biomarkers in acute intestinal ischemic injury: so close, yet so far // Clin. Chem. Lab. Med. 2018. Vol. 56, N 3. P. 373-385. DOI: https://doi.org/10.1515/cclm-2017-0291  

9.     Al-Diery H., Phillips A., Evennett N., Pandanaboyana S., Gilham M., Windsor J.A. The pathogenesis of nonocclusive mesenteric ischemia: implications for research and clinical practice // J. Intensive Care Med. 2019. Vol. 34, N 10. P. 771-781. DOI: https://doi.org/10.1177/0885066618788827