Способ длительного кондиционирования донорского сердца методом аутоперфузии

Полный текст

 

Введение.

На протяжении последних 15 лет сердечная недостаточность остается основной причиной смерти во всем мире. Этим заболеванием страдают 1–2% всей популяции, а риск развития у людей старше 55 лет составляет 33 и 28% соответственно у мужчин и женщин [1, 2]. Дефицит донорских органов значительно ограничивает выполнение трансплантации сердца пациентам с терминальной стадией хронической сердечной недостаточности. Вследствие несоответствия между возможностью и потребностью в листах ожидания донорского сердца ежегодно погибают почти 15% пациентов [3]. Однако, около 60% потенциальных аллотрансплантатов считаются неподходящими для пересадки по разным причинам, в том числе из-за невозможности скорейшей доставки органа реципиенту [4]. В США только 30–35% донорских сердец используются для трансплантации из-за ограничений по хранению с использованием стандартной фармакохолодовой защиты. Подобная ситуация наблюдается и на территории Российской Федерации, большие расстояния между донорскими базами и трансплантологическими центрами не позволяют полноценно использовать донорский резерв, в связи с ограничением времени транспортировки. Поэтому, разработка безопасного длительного способа сохранения жизнеспособности донорских органов остается актуальной проблемой современной трансплантологии.

Несмотря на то, что фармакохолодовая кардиоплегия является стандартом консервации донорских органов, уже через четыре часа функция трансплантата может быть скомпрометирована длительным ишемическим периодом, особенно у доноров старшей возрастной группы [5]. Этот способ консервации органов является наибольшим фактором риска для первичной дисфункции аллотрансплантата и смерти [6, 7]. Увеличение времени холодовой ишемии с 3 до 6 часов удваивает риск смерти через 1 год после трансплантации по сравнению с 50% снижением прогнозируемой смертности через 1 год, в случае если период ишемии составляет менее 1 часа [8]. Эти данные подтвердили и американские ученые, доказав, что сокращение ишемического времени на 1 час увеличивает выживаемость на 2,2 года [9]. По данным J. Kobashigawa et al., ишемия, превышающая 4 часа, значительно увеличивает риск первичной дисфункции трансплантата, которая связана с 8% смертностью через 30 дней и повышенной смертностью через 5 и 15 лет после трансплантации [10]. Для сокращения бесперфузионной ишемии были разработаны специальные устройства, одним из них является система TransMedics (Массачусетс) (CTM), которая стала первым коммерчески доступным устройством для транспортировки донорского сердца в нормотермическом перфузионном состоянии. Однако широкое использование CTM ограничивается высокой стоимостью этой системы. В Великобритании Национальный институт здравоохранения сообщает, что стоимость одноразового перфузионного комплекта CTM составляет около £ 30 000 [11]. Следует отметить, что эта смета включает только стоимость одноразового комплекта аппарата и не учитывает стоимости дополнительных расходных средств.

Альтернативным способом сокращения времени ишемии донорского сердца может быть поддержание аутоперфузии в составе легочно-сердечного комплекса. Впервые методика выделения работающего препарата сердце-легкие за счет аутоперфузии для физиологических экспериментов была разработана Эрнестом Генри Старлингом в 1920 году [12]. В.П. Демихов использовал эту технику для трансплантации в 1948 году [13], Фрэнсис Робичек и его сотрудники [14] применили эту модель для исследований по сохранению сердца и легких в 1959 году, доказав возможность автономного дожития подобного комплекса более 24 часов. Однако, к 1976 году исследования в этом направлении были приостановлены в связи с открытием ряда перспективных кардиоплегических растворов, позволяющих безопасно сохранять органы с приемлемым результатом [15].

Со временем, с увеличением опыта и качества выполняемых процедур увеличивалась и нехватка органов, что требовало как расширения критериев забора сердца, так и географии донорских баз. Поэтому разработка простого, экономически выгодного способа длительного кондиционирования донорского сердца является актуальной проблемой современной трансплантологии.

Материалы и методы.

В качестве экспериментальной модели для проведения серии острых экспериментов были использованы свиньи породы mini-pig, самки, весом 25-30 кг в возрасте 3-4 месяца. Уход, обеспечение эксперимента, наблюдение и вывод животных из него выполняли в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (Страсбург, 18.03.1986).  В день эксперимента животному натощак выполняли премедикацию (золетил-100). Доза подбиралась индивидуально согласно весоростовым параметрам. После наступления сна подготавливали операционное поле и область катетеризации сосудов шеи. После этого животное транспортировали на операционный стол и закрепляли в положении «на спине» для последующей катетеризации периферической вены, интубации трахеи, установки центрального артериального и венозного катетеров.

Эксперимент выполняли в условиях эндотрахеального наркоза севофлюраном и миорелаксации (пипекурония бромид). Во время эксперимента проводили мониторинг: инвазивного артериального давления (иАД) путем катетеризации бедренной артерии, нарушений ритма сердца (электрокардиография), температуры тела, газового состава крови, активированного время свертываемости (АСТ). Анализ крови проводили с помощью автоматического гематологического анализатора XT-4000i (Sysmex, Германия) согласно рекомендациям производителя. Постановку артериальных и венозных катетеров для мониторинга и инфузии выполняли согласно общепринятым международным руководствам по работе с лабораторными животными [16]. Искусственную вентиляцию легких (ИВЛ) проводили с помощью наркозно-дыхательного аппарата FabiusPlus (Draeger, ФРГ) с положительным давлением на вдохе (16–20 см вод. ст.) и на выдохе (3–5 с вод. ст.) при дыхательном объеме 240 мл с частотой 12–18 дыханий в минуту. Параметры жизнедеятельности фиксировали с помощью монитора типа IntelliVue MP70 (Philips). Динамику данных фиксировали в наркозной карте экспериментального животного каждые 10 минут.

            После выполнения срединой стернотомии, магистральные артерии выделяли от окружающих тканей и брали на держалки. Выделение начинали с мобилизации верхней полой вены (ВПВ), затем выделяли брахиоцефальный ствол (БЦС), левую подключичную артерию (ЛПкА), нижнюю полую вену (НПВ). Трахею осторожно отделяли от пищевода используя электрокоагулятор. После введения гепарина (3 мг/кг массы тела) ЛПкА перевязывали и через устье устанавливали катетер для измерения иАД в корне аорты. Затем выполняли перевязку и катетеризацию БЦС канюлей, которую соединяли с эластичным резервуаром, подвешенным на высоту 30-40 см над уровнем сердца. Отточную магистраль из резервуара соединяли с венозной канюлей, установленной в ВПВ. Также через ВПВ в полость правого предсердия устанавливали двухходовой венозный катетер для измерения центрального венозного давления (ЦВД) и забора оттекающей из коронарного синуса крови. Пережимали нисходящую грудную аорту и производили эксфузию крови животного в резервуар, после снижения давления в корне аорты до 70-80 мм. рт. ст. НПВ перевязывали и пересекали. Трахею также пересекали и интубировали трубкой с манжетой. Комплекс окончательно отделяли от окружающих тканей и переносили в контейнер с теплым физиологическим раствором (38°С). Сразу после размещения комплекса добивались стабилизации работы сердца изменяя уровень волемической нагрузки эксфузатом. На протяжении всего периода наблюдения проводили непрерывный мониторинг иАД в корне аорты, иАД в легочном стволе, ЦВД, частоту сердечных сокращений, активированное время свертываемости (АСТ), газовый состав артериальной и венозной крови.  

Результаты.

            В серии острых экспериментов были использованы животные весом 25, 26 и 30 кг, при этом время работы комплекса «сердце-легкие» ex vivo составило 3, 3.5 и 4 часа. Во всех случаях сердечно-легочные комплексы были успешно изолированы и достигнуты стабильные параметры гемодинамики, сердце продолжало самостоятельно и эффективно работать в течении 3-4 часов (Рис. 1). Показатель уровня углекислоты на выдохе (et CO2) на протяжении периода наблюдения оставался на уровне 6-8 мм.рт.ст..

Рисунок 1. Общий вид изолированного комплекса «сердце-лёгкие»: 1 – легочная артерия, 2 – корень аорты, 3 – катетер для измерения иАД в легочной артерии, 4 - брахиоцефальный ствол, 5 – канюля для забора крови, 6 – левая подключичная артерия, 7 – катетер для измерения иАД в корне аорты, 8 – канюля для возврата крови из резервуара, 9 – трахея, 10 – катетер для измерения центрального венозного давления, 11 – верхняя полая вена.

Figure 1. General view of the isolated complex "heart-lungs": 1 - pulmonary artery, 2 - aortic root, 3 - catheter for measuring IAP in the pulmonary artery, 4 - brachiocephalic trunk, 5 - cannula for blood sampling, 6 - left subclavian artery , 7 - catheter for measuring the blood pressure in the aortic root, 8 - cannula for blood return from the reservoir, 9 - trachea, 10 - catheter for measuring central venous pressure, 11 - superior vena cava.

 

Уровень систолического артериального давления в корне аорты поддерживался от 70 до 130 мм.рт.ст., частота сердечных сокращений составляла 76-104 в минуту и постепенно снижалась к концу третьего часа до 60-70 в минуту по мере снижения объема эксфузата и возможности корректировать уровень волемии (Таб. 1). Ни в одном эксперименте не потребовалась внешняя электрокардиостимуляция для поддержания частоты сердечных сокращений.

 

Таблица 1. Параметры гемодинамики и гомеостаза в эксперименте №1.

Table 1. Parameters of hemodynamics and homeostasis in experiment No. 1.

 

Параметры	baseline	30 мин	60 мин	90 мин	120 мин		150 мин	180 мин
ЧСС, в мин	97	87	95	104	84		76	79
иАД (корень аорты), мм.рт.ст.	110/80	96/70	130/75	115/67	94/64		82/57	74/46
ДЛА среднее, мм.рт.ст.	15	14	16	14	12		11	9
ЦВД, мм.рт.ст.	4	5	4	6	5		4	4
Гематокрит, %	32,0	-	28,2	-	26,5		-	23,2
Гемоглобин, г/л	104	-	91	-	86		-	74
рН	7,4	-	7,5	-	7,7		-	7,3
Лактат, ммоль/л	0,6	-	0,5	-	1,0		-	0,8
Артериальная кровь  pO2, мм.рт.ст.	115,0		121,0		92,8			98,6
Венозная кровь pO2, мм.рт.ст.	38,8		21,3		39,0			28,6
Артериальная кровь  pСO2, мм.рт.ст.	17,4		8,7		29,7			21,0
Венозная кровь pСO2, мм.рт.ст.	25,7		15,0		36,8			30,2

 

По достижении критического значения гематокрита (<20%) наблюдение за комплексами прекращали и выполняли калиевую остановку сердца. При вскрытии камер сердца, просвета коронарных артерий и сосудов малого круга кровообращения не было зафиксировано ни одного случая тромбоза.  Работа сердца оставалась стабильной даже во время травматичного этапа эксплантации и размещения ex vivo. Изолированные описанным выше методом сердечно-легочные комплексы обладали высокой адаптационной пластичностью и не требовали фармакологической помощи.

 

Обсуждение.

Важным этапом трансплантологического пособия является этап консервации донорского материала. На протяжении многих десятилетий область трансплантологии сосредоточена на разработке оптимального и экономически выгодного способа продления жизнеспособности органов ex vivo. Успешное развитие фармакологии, хирургических технологий, а также законодательной базы определяли стратегию выбора как метода кондиционирования донорских органов, так и логистику их распределения и использования. Методы сохранения органов сегодня охватывают множество подходов; перфузия ex vivo при различных температурах [17–20], методы «экстремальной» заморозки [21, 22], фармакологическая индукция гипометаболического состояния тканей [23, 24] и связанные с этим инновационные методики. Данные методы активно используются в различных комбинациях, что позволяет уменьшить отрицательные моменты каждого отдельного способа [25–28]. Однако, высокий уровень медицинских технологий сегодня не должен приводить к вытеснению из памяти исторически сложившихся методов пролонгирования жизнеспособности органов вне тела.

Проблема нехватки донорских органов – сложный вопрос, требующий анализа ситуации в каждой конкретной стране и территории. Каждый из доноров может теоретически обеспечить восемь жизненно важных органов, но в настоящее время используются два-три из них [29]. В США только 0,3% смертей приводят к донорству органов по причине трудностей логистики доставки в трансплантологические центры [30–33]. Время ишемии органа – главный лимитирующий фактор, нарушающий баланс соответствия численности доноров и реципиентов [34, 35].

В ряде работ приводятся данные о том, что примерно 70% донорских сердец в настоящее время не пересаживаются [36, 37] по причине невозможности вовремя доставить орган реципиенту [38, 39], при этом успешная пересадка всего 10% органов из их числа способна обеспечить органами всех реципиентов, находящихся в листе ожидания [40]. Кроме того, достижения в области сохранения органов могут уменьшить стоимость как самой трансплантации, так и расходы на разрешение посттрансплантационных осложнений.

Изучение динамики качественных параметров работы изолированного сердечно-легочного комплекса – важный этап в понимании условий стабильной и длительной работы. В ходе проведенного исследования была отработана хирургическая техника эксплантации и определены основные принципы поддержания параметров гемодинамики. В ходе выполнения данной работы были определены некоторые осложнения, способные ограничить время дожития изолированного комплекса ex-vivo.  Так, несмотря на тщательный гемостаз, наблюдалось постепенное истечение крови из мест ранения паренхимы легких и других участков (особенно области корней легких, нисходящей грудной аорты и бронхиальных артерий) в контейнер, что требовало парциального восполнения объема циркулирующей крови. Резервированный объём крови (~350-400 мл), как правило, расходовался в течении первых 2-2,5 часов, затем кровопотерю корректировали гемодилюцией раствором стерофундина, что сопровождалось снижением гематокрита, доставки кислорода миокарду и брадикардией. Поскольку, даже в случае достижения тщательного хирургического гемостаза наблюдается незначительная кровопотеря (в наших экспериментах 3-4 мл в минуту), требуется пересмотреть конструкцию контейнера и способ поддержания температуры комплекса. Лучшим вариантом может стать двухконтурный резервуар, с подогревающимися стенками внешнего кожуха и перфорированным дном внутреннего, с возможностью лейкоцитарной фильтрацией и реинфузии истекающей крови. Разработка и внедрение в клиническую практику метода длительного кондиционирования аутоперфузируемых донорских сердец позволит решить проблему «возможностей» трансплантологических центров за счет упрощения логистики доставки донорских органов.  

Заключение.

            В результате проведённого исследования была доказана возможность длительной автономной работы изолированного сердечно-лёгочного комплекса. Дальнейшая разработка протокола аутоперфузии комплекса «сердце-легкие», изучение критериев стабильной работы комплекса ex vivo, а также разработка аппаратов для транспортировки может значительно сократить нехватку донорских сердец за счет облегчения логистики и расширения географии донорских баз.

Об авторах

Максим Олегович Жульков

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: medicus-maligna@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7976-596X

Врач сердечно-сосудистый хирург, мнс научно-исследовательского отдела хирургии аорты, коронарных и периферические артерий института патологии кровообращения 

Россия, 630055, Россия, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15,

Илья Сергеевич Зыков

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: i_zykof@meshalkin.ru
ORCID iD: 0000-0001-6253-9026

врач анестезиолог ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Россия, 630055, Россия, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Дмитрий Андреевич Сирота

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: d_sirota@meshalkin.ru
ORCID iD: 0000-0002-9940-3541

Кандидат медицинских наук, врач сердечно-сосудистый хирург, заведующий научно-исследовательским отделом хирургии аорты, коронарных и периферические артерий института патологии кровообращения 

Россия, 630055, Россия, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Хава Абдуллаевна Агаева

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: agaeva_h@meshalkin.ru
ORCID iD: 0000-0002-1648-1529

врач сердечно-сосудистый хирург кардиохирургического отделения аорты и коронарных  артерий 

Россия, 630055, Россия, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Азат Керимбекович Сабетов

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: sabetov_a@meshalkon.ru
ORCID iD: 0000-0001-8956-6585

врач сердечно-сосудистый хирург кардиохирургического отделения аорты и коронарных  артерий 

Россия, 630055, Россия, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Ольга Владимировна Повещенко

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»

Email: poveschnko_o@meshalkon.ru
ORCID iD: 0000-0001-9956-0056

Доктор медицинских наук, заведующий лабораторией, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»

Россия, 630090, Россия, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 10

Самандар Шукруллоевич Бозоров

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: bozorov_s@meshalkin.ru
ORCID iD: 0000-0001-7913-4594

врач ординатор ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Россия, 630055, Россия, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Алексей Вячеславович Фомичев

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Email: a_fomichev@meshalkin.ru
ORCID iD: 0000-0001-9113-4204

Кандидат медицинских наук, врач сердечно-сосудистый хирург кардиохирургического отделения аорты и коронарных артерий 

Россия, 630055, Россия, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Александр Михайлович Чернявский

ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: a_cherniavsky@meshalkin.ru
ORCID iD: 0000-0001-9818-8678

Доктор медицинских наук, профессор, директор ФГБУ «НМИЦ им.ак. Е. Н. Мешалкина» Минздрава России 

Россия, 630055, Россия, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Список литературы

Дополнительные файлы