Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Особенности компенсаторно-приспособительных метаболических реакций при различных вариантах гипотермической защиты организма

На правахрукописи

СЕРГЕЕВА Галина Игоревна

ОСОБЕННОСТИ КОМПЕНСАТОРНО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫХ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ ГИПОТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА

14.00.16 - патологическая физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

НОВОСИБИРСК 2005

Работа выполнена в Государственном учреждении «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е. Н. Мешалкина Министерства здравоохранения Российской Федерации»

Научный руководитель:

доктор медицинских наук,

профессор Ломиворотов Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор Селятицкая Вера Георгиевна

доктор медицинских наук,

профессор Поляков Лев Михайлович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный университет Федерального агентства по образованию Министерства образования и науки РФ.

Защита состоится « 2005 г. в -/О часов

на заседании диссертационного совета Д 001.048.01 в ГУ Научном центре клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения Российской академии медицинских наук по адресу: ул. Академика Тимако-ва, 2, г. Новосибирск, 630117.

Тел/факс 8 (3832) 33-64-56.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ Научного центра клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения РАМН.

Автореферат разослан

(С/У у, с^Лубс

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. б. н.

Пальчикова Н. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возможности гипотермии, как фактора, снижающего скорость метаболических процессов и повышающего устойчивость к гипоксии и стрессу (Новиков и др., 1998; Шнайдер, Салмина, 2004; Swain et al, 1991; Rebeyka, 1994), определяют широкое применение гипотермиче-ских и гипометаболических стратегий в медицине, и, в первую очередь, в кардиохирургии.

Вместе с тем при операциях на открытом сердце, помимо охлаждения, на организм воздействует большое число повреждающих факторов разной природы, в том числе наркоз, хирургическая травма, искусственная перфузия или перерыв кровотока по магистральным сосудам. Это ведет к развитию в организме мощной ответной реакции, которая выражается в активации гормональных систем и ряда метаболических путей (Мешалкин, Верещагин, 1985; Цветовская и др., 1990, 1995; Караськов, 1999; Werb et al., 1989; Pesonen, 1995). Подобные результаты не укладываются в рамки представлений о гипометаболизме в условиях гипотермии и свидетельствуют, скорее, о неспецифической перестройке метаболических процессов, характерной для стресс-реакции.

Как известно, любые адаптивные реакции приобретают повреждающий характер, если сила раздражителя или длительность его действия превышает резервные возможности организма (Пшенникова, 2000). В связи с этим для обеспечения надежной защиты организма от факторов хирургической агрессии необходимо иметь четкое представление о характере компенсаторной перестройки метаболизма при операциях на сердце в условиях управляемой гипотермии.

Изменения со стороны углеводного и липидного обмена описаны как при искусственном кровообращении (Мещеряков и др., 1989; Дементьева, 1995; Jakob et al., 2001), так и при бесперфузионной гипотермии (Литасова и др., 1988; Цветовская и др., 1994), однако основное внимание было уделено вопросам адекватности применяемых методов гипотермической защиты, при этом субстратное обеспечение компенсаторно-приспособительных реакций было изучено недостаточно. Реакция системы «перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита» при обоих вариантах гипотермии изучалась без сопоставления с энергетическим метаболизмом (Мещеряков и др., 1990; Дубикайтис и др., 1994; Цветовская и др., 1997; Караськов, 1999; Кирсанова и др., 2002; Pesonen et al., 1995; Belboul et al., 2001). Данные об изменении уровня тиреоидных гормонов, играющих важную роль в процессах адаптации при охлаждении организма, при кардиохирургических вмешательствах, и особенно в послеоперационном периоде, неоднозначны (Цветовская и др., 1996; Углова, 1998; Караськов, Ломиворотов, 2004; Ririe et al., 1998).

Учитывая сохраняющийся интерес к гипотермии, как методу защиты организма при операциях на открытом сердце, особую актуальность приобрел сравнительный анализ метаболического ответа на гипотермическую перфузиию и бесперфузионную гипотермию и оценка степени биохимических изменений при разной длительности гипотермической перфузии и остановки кровообращения. Работы, направленные на изучение метаболических реакций, позволяют понять природу патофизиологических сдвигов при воздействии на организм экстремальных факторов, специфичных для данных методов гипотермической защиты, выявить факторы риска перехода компенсаторно-приспособительных реакций в реакции повреждения и разработать пути профилактики критических нарушений метаболизма в послеоперационном периоде.

Цель исследования: выявить особенности реакции углеводного и ли-пидного обменов, системы перекисного окисления липидов и антиокси-дантной защиты в организме человека при операциях на открытом сердце, выполняемых в условиях гипотермической перфузии и бесперфузионной гипотермии.

Задачи исследования:

1. Изучить динамику содержания в крови пациентов субстратов и метаболитов углеводного и липидного обменов, продуктов перекисного окисления липидов, активности ферментов антиоксидантной защиты и их вклад в обеспечение компенсаторно-приспособительных метаболических реакций в ходе хирургической коррекции врожденных пороков сердца в условиях ги-потермической перфузии.

2. Исследовать динамику содержания в крови пациентов субстратов и метаболитов углеводного и липидного обменов, продуктов перекисного окисления липидов, активности ферментов антиоксидантной защиты и их вклад в обеспечение компенсаторно-приспособительных метаболических реакций в ходе хирургической коррекции врожденных пороков сердца в условиях бесперфузионной гипотермии.

3. Оценить влияние длительности гипотермической остановки кровообращения и гипотермической перфузии на выраженность биохимических сдвигов в организме пациентов при хирургической коррекции врожденных пороков сердца.

4. Изучить реакцию центрального и периферического звеньев тиреоид-ной системы больных с врожденными пороками сердца на кардиохирурги-ческие вмешательства в условиях бесперфузионной гипотермии.

Научная новизна. Впервые при сравнительном комплексном анализе метаболического ответа на кардиохирургические вмешательства в условиях гипотермических перфузии и остановки кровообращения установлено, что, несмотря на различия в динамике и степени выраженности биохимических изменений, компенсаторно-приспособительная перестройка метаболизма при данных воздействиях однотипна и реализуется как стресс-реакция.

Впервые показано, что в активацию перекисного окисления липидов при кардиохирургических вмешательствах наибольший вклад вносит искусственное кровообращение. Длительность гипотермических перфузии и остановки кровотока является фактором риска гиперактивации перекисного окисления липидов. При обоих способах гипотермической защиты в перестройке углеводного обмена и развитии гипохолестеринемии участвуют процессы пероксидации; при гипотермической перфузии более выраженная активация перекисного окисления липидов сопровождается более длительным сохранением гипергликемии в послеоперационном периоде.

Показано, что при увеличении длительности гипотермической остановки кровотока возрастание уровня глюкозы и продуктов гликолиза связано с нарушением их утилизации.

Впервые установлено повышение функциональной активности щитовидной железы на третьи сутки послеоперационного периода, что отражает участие тиреоидных гормонов в процессах реадаптации и восстановления гомеостаза после хирургической коррекции врожденных пороков сердца.

Научно-практическая значимость работы. Проведенные исследования позволили установить направленность метаболических реакций на основных этапах кардиохирургических вмешательств в условиях управляемой гипотермии и выявить зависимость ряда биохимических показателей, в том числе малонового диальдегида, каталазы, холестерина, лактата и пирувата, от длительности гипотермической перфузии или остановки кровотока. Это позволяет обосновать пути профилактики перехода компенсаторно-приспособительных реакций в реакции повреждения. Целесообразность использования данных показателей для прогнозирования критических состояний после коррекции врожденных пороков сердца сформулирована в пособии для врачей, утвержденном Учебно-методическим советом МЗ РФ по сердечно-сосудистой хирургии (протокол №3 от 15.11.2000 г.), и отражена в акте о внедрении в практическую деятельность ГУ ННИИ ПК им. академика Е. Н. Мешалкина от 02.09.2004 г.

Полученные результаты обосновывают необходимость применения ан-тиоксидантной терапии при длительных кардиохирургических вмешательствах, особенно в условиях искусственного кровообращения, которая должна быть направлена на усиление антирадикальной активности, начинаться в ходе операции и продолжаться в послеоперационном периоде вплоть до 10-х суток.

Положения, выносимые на защиту.

1. Компенсаторно-приспособительная перестройка метаболизма при кардиохирургических вмешательствах в условиях управляемой гипотермии характеризуется активацией гликогенолиза, липолиза, гликолиза, перекис-ного окисления липидов, снижением содержания холестерина в крови, повышением функциональной активности системы гипофиз - щитовидная железа и реализуется как стресс-реакция. В поддержание энергетического

гомеостаза на этапах операции при бесперфузионной гипотермии больший вклад вносит гликолиз, при гипотермической перфузии - окисление жирных кислот.

2. При коррекции врожденных пороков сердца в условиях гипотермической защиты имеет место выраженная активация перекисного окисления липидов, причем наибольший вклад в эту реакцию вносит искусственное кровообращение. Усиление перекисного окисления липидов при бесперфу-зионной гипотермии и гипотермической перфузии сопровождается компенсаторным возрастанием активности каталазы, зависящим от содержания продуктов пероксидации, и снижением содержания церулоплазмина. Усиление процессов перекисного окисления липидов оказывает влияние на перестройку углеводного обмена и развитие гипохолестеринемии при обоих способах гипотермической защиты организма.

3. Степень нарушения метаболизма глюкозы, усиления перекисного окисления липидов и активации антиперекисной защиты зависит от длительности гипотермической перфузии и гипотермической остановки кровообращения. Восстановление показателей углеводного обмена и уровня продуктов перекисного окисления липидов после операций на сердце при длительных гипотермических перфузиях или окклюзиях, в отличие от менее продолжительных воздействий, происходит в более поздние сроки.

Работа выполнена в рамках НИР ГУ ННИИ ПК им. академика Е. Н. Ме-шалкина МЗ РФ по договору 008(29)002 «Разработка и усовершенствование технологий хирургического лечения заболеваний сердца и сосудов», № гос. регистрации 01.200.1 12900.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на I Всероссийском съезде по экстракорпоральным технологиям (Новосибирск, 1997), Ш Международной конференции «Гипоксия в медицине» (Москва, 1998), V Всероссийском съезде сердечнососудистых хирургов (Новосибирск, 1999), IV съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 2002).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 21 печатной работе, включая 6 статей в рецензируемых журналах и пособие для врачей.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, двух глав собственных результатов, обсуждения, выводов и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста и иллюстрирована 17 таблицами и 11 рисунками. Список литературы включает 361 источник, из них 214 отечественных и 147 иностранных.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В соответствии с целью и задачами было обследовано 105 пациентов с ВПС. 76 человек обследовано на этапах хирургической коррекции порока и в послеоперационном периоде. Группа пациентов, оперированных с применением бесперфузионной гипотермии, составила 47 человек в возрасте 6-16 лет, из которых было 25 лиц женского пола и 22 - мужского.

Группа пациентов, оперированных в условиях гипотермической перфузии, включала 29 человек. Из них 21 больной был в возрасте 6-16 лет, 8 больных - старше 16 лет, 16 лиц женского пола, 13 - мужского.

В качестве исходного метаболического статуса использовали данные лабораторного обследования 29 больных ВПС 7-15 лет, не подвергнутых оперативному лечению.

Обеспечение бесперфузионной гипотермии осуществлялось по методу, разработанному Е. Е. Литасовой и др. (1988), В. Н. Ломиворотовым (1988). Длительность окклюзии магистральных сосудов в среднем по группе составила 30,3± 12,7 мин, минимальная температура -25,6±1,0°С.

Обеспечение гипотермической перфузии осуществлялось согласно общепринятым методикам. Длительность гипотермической перфузии составила в среднем по группе 110,7±38,8 мин, минимальная температура -25,5±2,0°С.

Взятие проб крови у больных проводили на следующих этапах:

При бесперфузионной гипотермии: При гипотермической перфузии:

1. Наркоз 1. Наркоз

2. Охлаждение до 33 °С 2. Перед началом ГП

3. Максимальное охлаждение 3.20 мин ГП

4. 5 мин реперфузии 4. Перед окончанием ГП

5. 20 мин реперфузии 5.30 мин после окончания ГП

6. Согревание до 33 °С 6.1-е сутки после операции

7. 1-е сутки после операции 7.3-5 сут после операции

8. 3-5 сут после операции 8.10 сут после операции

9.10 сут после операции

Содержание в крови глюкозы, холестерина, триглицеридов, лактата определяли с помощью коммерческих наборов реагентов производства "Biocon" (Германия) на биохимических анализаторах FP-901 (Labsystems, Финляндия) и Vemo (Италия). Уровень свободных жирных кислот определяли колориметрическим методом после экстракции их медных солей смесью гептан-хлороформ (Прохоров и др., 1977). Определение концентрации пирувата проводили методом Умбрайта по образованию окрашенного продукта в реакции с дифенилгидразином (Камышников, 2000).

Для оценки перекисного окисления липидов исследовали первичные и вторичные продукты ПОЛ. Определение содержания конъюгированных

диенов проводили в гептан-изопропанольных экстрактах (гептановая фаза) при длине волны 232 нм (Гаврилов, Мишкорудная, 1983), сопряженных триенов - в гептан-изопропанольных экстрактах (изопропанольная фаза) при длине волны 280 нм (Волчегорский и др., 1989), малонового диальдеги-да- в реакции с тиобарбитуровой кислотой (Стальная, Гаришвили, 1977).

Для оценки состояния системы антиоксидантной защиты определяли активность каталазы по методу М. А. Королюка и др. (1988) и содержание церулоплазмина методом Равина, основанном на образовании окрашенного продукта при окислении пара-фенилендиамина (Камышников, 2000).

Уровень общих тироксина и трийодтиронина, тиреотропного гормона в сыворотке крови определяли иммуноферментным методом, используя коммерческие наборы реагентов «Алкор-Био» (Россия), на анализаторе Е1х-800 (Bio-tek, США).

Статистическую обработку проводили с использованием пакета статистических программ QuickStat. Полученный материал был обработан с помощью методов вариационной статистики путем расчета средней арифметической (М), стандартной ошибки среднего (m). Данные в таблицах представлены в виде М ± m. Различия показателей рассчитывали методом разностной статистики по t-критерию Стьюдента для независимых переменных или парному t-тесту для зависимых величин и считали статистически значимыми при р < 0,05. Проводили корреляционный анализ с определением коэффициента линейной корреляции Пирсона (г).

Все результаты лабораторных исследований, представленные в диссертации, получены, обработаны и проанализированы лично автором.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как показали результаты исследований, несмотря на применение гипотермии, резко снижающей общее потребление кислорода, реакция организма на кардиохирургические вмешательства является гиперкатаболической.

При обоих вариантах гипотермической защиты имело место усиление липолиза, связанное с активацией гормональных систем и применением гепарина. Степень снижения содержания триглицеридов при гипотермической перфузии была более выраженной, чем при бесперфузионной гипотермии (0,16+0,05 против 0,31+0,03 ммоль/л, р<0,05), тогда как максимальный уровень СЖК, достигаемый в ходе ГП (0,51+0,04 ммоль/л), оказался сопоставимым с таковым при БГ (0,59+0,04 ммоль/л). Несмотря на тесную метаболическую связь между триглицеридами и жирными кислотами, противонаправленная динамика этих показателей, а также статистически значимые корреляции между ними наблюдались не на всех этапах. При ги-потермической перфузии подобная зависимость исчезала к концу перфузии, при бесперфузионной гипотермии - после восстановления кровотока (рис. 1).

В первые послеоперационные сутки в группе БГ уровень СЖК был в среднем на 57 % выше, чем в группе ГП (0,44±0,04 против 0,28±0,03 ммоль/л, р<0,05), а уровень глюкозы - на 25% ниже. Это согласуется с общеизвестным фактом реципрокных отношений между жирными кислотами и глюкозой и подтверждается корреляциями между этими показателями, выявленными в конце операционного периода и в первые сутки при ГП (г=-0,58, р<0,01) и БГ (г= -0,38, р<0,05).

Рис. 1. Динамика показателей липидного обмена при хирургической коррекции ВПС в условиях: а - гипотермической перфузии, б - бесперфузионной гипотермии.

Здесь и далее звездочкой отмечена достоверность различий (р<0,05): на этапе наркоза и в послеоперационном периоде - по сравнению с исходным уровнем, на этапах операции - по сравнению с уровнем на фоне наркоза. По оси абсцисс - этапы обследования, по оси ординат - степень изменения относительно исходного уровня, %.

Таким образом, разная динамика жирных кислот, вероятно, определяется большей степенью экстракции их тканями при гипотермической перфузии, чем при бесперфузионной гипотермии, и соответственно большим вкладом в энергетическое обеспечение компенсаторно-приспособительных реакций.

При обоих вариантах гипотермической защиты наблюдалось выраженное усиление ПОЛ. Активацию свободнорадикальных и перекисных процессов рассматривают как первичный медиатор стресса, часть его липо-тропного эффекта, адаптивное значение которого заключается в изменении липидного окружения жизненно важных мембранно-связанных белков (Ме-ерсон, Пшенникова, 1988; Барабой, 1991; Болдырев, 2003).

Динамика продуктов ПОЛ оказалась принципиально сходной при бес-перфузионной гипотермии и гипотермической перфузии и характеризовалась снижением (при БГ) либо отсутствием повышения (при ГП) содержания конъюгированных диенов и накоплением сопряженных триенов и МДА (рис. 2). Такая динамика отражает высокую степень активации радикал-генерирующих систем с ускоренным превращением первичных продуктов

ПОЛ в более устойчивые и токсичные вторичные метаболиты. Критическими этапами с точки зрения активации ПОЛ при обоих способах гипотермии являются период восстановления естественного кровотока и согревание, что связано с проявлением реперфузионного синдрома.

200 * 180

% ! Г ДА -♦-Триены ' б I

| 1 1

160 140 I 1 +-ДИ еиы

--1-1 1 1

100 80 60 40 20 Исх 01 -20 г А 1 1

п— * * Л * * Д—(

/С* -- *

А / *

* >* Г—*

3 I- б В 1 2 3 4 5 в 7 в 9

Рис. 2. Динамика содержания продуктов ПОЛ при хирургической коррекции ВПС в условиях: а - гипотермической перфузии, б - бесперфузионной гипотермии. Обозначения те же, что и на рис. 1.

В раннем послеоперационном периоде в обеих группах по сравнению с исходным состоянием было увеличено содержание в крови первичных и вторичных продуктов ПОЛ, что отражает стабилизацию ПОЛ на повышенном уровне при относительно постоянном по силе и качеству воздействии повреждающих факторов.

В то же время между группами установлены статистически значимые количественные различия. При гипотермической перфузии максимальный за время исследования средний уровень МДА (16,71 ±1,51 мкмоль/л) и трие-нов (1,7±0,2 ед.) был на 60 % выше, чем при бесперфузионной гипотермии (10,42±0,47 мкмоль/л и 1,05±0,07 ед. соответственно). Более высокий средний уровень МДА у пациентов из группы ГП сохранялся и после операции, однако в этот период различия были на уровне тенденции (см. рис. 2). Таким образом, среди всех экстремальных факторов, воздействующих на организм в ходе кардиохирургических вмешательств, наиболее агрессивным с точки зрения активации ПОЛ является искусственное кровообращение. Основной вклад вносит, вероятно, воспалительная реакция, возникающая при контакте крови с чужеродными поверхностями.

Для обоих способов обеспечения операций на сердце характерно развитие гипохолестеринемии, которая сохраняется до трех суток после операции (см. рис. 1). Одной из причин, вероятно, является активация ПОЛ, в ходе которого холестерин может расходоваться и как субстрат, и как антиокси-дант (Яворский, 1974; Владимиров, 1985). Это подтверждается наличием

отрицательных корреляций между содержанием холестерина и МДА в конце операционного периода как при ГП (г=-0,57, р<0,001), так и при БГ (г=-0,59, р<0,01). Адаптивный эффект гипохолестеринемии, возможно, состоит в защите мембран в условиях избыточной активации ПОЛ (Антонов, 1982; Мороз и др., 2001).

Реакция стресс-лимитирующей антиоксидантной системы при обоих способах гипотермии в ходе операции и в первые сутки проявлялась возрастанием активности каталазы и уменьшением содержания церулоплазмина (рис. 3).

Динамика активности каталазы повторяла динамику содержания МДА. Кроме того, выявлены корреляции между активностью данного фермента и содержанием продуктов ПОЛ: триенов перед окончанием ГП (г=0,77, р<0,005) и МДА на этапе согревания при БГ (г=0,55, р<0,005). Таким образом, на усиление процессов ПОЛ антиперекисное звено системы АОЗ реагирует адекватным повышением активности каталазы (при ГП максимальная за период обследования активность составила 230,9+19,3 мкат/л, при БГ - 131,7+7,6 мкат/л при исходном уровне 74,9+4,4 мкат/л).

_ 7ЧП.--г——.------,-,-,

« 200 150 100 % > ! , 1........1 -♦-Катала« б

* \ 1

* * 1 1

Иод / > Г | Р >

-50 * I 1 * г1 1 * . к« > /

1 2 4 3 8 1 2 3 4 5 5 7 В . <

Рис. 3. Динамика показателей системы антиоксидантной защиты при хирургической коррекции ВПС в условиях: а - гипотермической перфузии, б - бесперфузион-ной гипотермии. Обозначения те же, что и на рис. 1.

Снижение содержания церулоплазмина, обладающего антирадикальными свойствами, было выражено в исследуемых группах в одинаковой степени (при исходном уровне 0,31 + 0,02 г/л минимальное зарегистрированное при ГП значение составило 0,19 + 0,02 г/л, при БГ - 0,17 + 0,01 г/л). Данная реакция является одним из факторов, способствующих усилению ПОЛ. При гипотермической перфузии выявлена статистически значимая зависимость между содержанием ЦП перед окончанием перфузии и МДА через 30 мин

(г= -0,55, р<0,05) и в 1-е сутки (г= -0,50, р<0,05). В послеоперационном периоде наблюдали постепенное снижение активности каталазы, которое компенсировалось возрастанием содержания ЦП. К 10-м суткам средний уровень этого белка в группах ГП и БГ составил 0,38±0,02 г/л.

Со стороны углеводного обмена отмечали гипергликемию, накопление продуктов гликолиза. На этапах операции в обеих группах достигался приблизительно одинаковый уровень глюкозы (11,32±0,54 ммоль/л при БГ и 10,60±1,05 ммоль/л при ГП). В первые и третьи сутки ее содержание в группе больных, оперированных в условиях гипотермической перфузии, составило 8,11 ± 0,58 ммоль/л и 6,80±0,67 ммоль/л, в группе бесперфузионной гипотермии - 6,51±0,32 и 4,87±0,25 ммоль/л; различия между группами были статистически значимыми (р<0,05).

Гипергликемию при операциях на сердце в условиях охлаждения рассматривают как результат действия контринсулярных гормонов и нарушения утилизации глюкозы периферическими тканями. Адаптивное значение данной реакции может состоять, в частности, в снабжении мозга глюкозой и в быстром удовлетворении энергетических потребностей организма после восстановления кровотока и согревания и благодаря этому - в обеспечении сохранности белка.

Максимальный за время исследования уровень лактата при бесперфузи-онной гипотермии был значительно выше, чем при гипотермической перфузии (5,89±0,22 ммоль/л против 2,77±0,20 ммоль/л, р<0,001). Однако уже в течение первых суток данные различия практически исчезли и среднее содержание лактата в обеих группах не отличалось достоверно от исходных показателей. В то же время восстановление содержания пирувата в этот срок не наблюдалось, и его уровень превышал исходные значения в среднем на 26% при БГ и на 35% при ГП (рис.4). Причиной дисбаланса между

12345678 123456789

Рис. 4. Динамика содержания продуктов гликолиза при хирургической коррекции ВПС в условиях: а - гипотермической перфузии; б - бесперфузионной гипотермии.

Обозначения те же, что и на рис. 1.

образованием и использованием пирувата является, вероятно, нарушение его окислительных превращений в результате повреждения ферментных систем, связанного, в частности, с воздействием продуктов ПОЛ и охлаждения.

Вклад процессов ПОЛ в нарушение метаболизма глюкозы подтверждается наличием корреляций между уровнем лактата к концу операции и в послеоперационном периоде и содержанием продуктов пероксидации. При БГ такие связи установлены с содержанием диенов в 1-е сутки (г= 0,43, р<0,01), при ГП - с более токсичным малоновым диальдегидом через 30 мин после отключения АИК и в 1-е сутки (г= 0,61, р<0,01; г= 0,51, р<0,01 соответственно).

Вероятно, при гипотермической перфузии за счет большей активности перекисных процессов по сравнению с бесперфузионной гипотермией имеет место более выраженное нарушение углеводного обмена, что проявляется более поздним восстановлением уровня глюкозы в послеоперационном периоде.

Учитывая важное значение гипофизарно-тиреоидной системы в регуляции метаболизма при экстремальных воздействиях, особенно в условиях охлаждения, исследовали содержание тиреотропного гормона, тироксина и трийодтиронина у больных, оперированных с примененим бесперфузионной гипотермии (табл. 1).

Таблица 1

Динамика содержания тиреотропного гормона и гормонов щитовидной железы при хирургической коррекции ВПС в условиях бесперфузионной гипотермии

Этап исследования Т3, нмоль/л Т4, нмоль/л ТТГ, мкМе/мл Т4/Т3

До операции (исходные данные) 1,59±0,11 (27) 103,7±3,7 (29) 1,59±0,12 (33) 66,3±3,5 (25)

Наркоз 2,6510,25ь (15) 139,7+9,8" (18) 2,19±0,25ь (16) 50,5±4,5 ь (15)

Охлаждение до 33 °С 3,88±0,40 "* (15) 168,8±15,1а* (18) 1,79+0Д2а* (18) 45,9±5,3 (14)

Максимальное охлаждение 4,31+0,48а* (13) 185,0112,9а* (14) 1,73±0,29 (13) 48,1±5,6 (13)

20 мин реперфузии 3,98±0,34 '* (15) 144,8±8,1с* (16) 4,06+0,70 а*,с* (16) 38,6±3,58 (15)

Согревание до 33 °С 2,87±0,34с* (П) 116,915,7 е* (11) 1,17Ю,17а*,с* (12) 44,113,4 (П)

1 сут после операции 1,68±0,19 (13) 103,5±5,9 (14) 0,54±0,07ь (15) 63,215,9 (12)

3 сут после операции 2,16±0ДЗЬ (13) 94,7±5,2 (12) 2,36±0,41ь (13) 49,015,3ь (12)

' Различия достоверны с уровнем наркоза. ь Различия достоверны с исходными данными. с Различия достоверны с предыдущим этапом. * Парный 1-тест.

При снижении температуры тела, на этапах операции, выполняемых при максимальном охлаждении, наблюдалось повышение содержания периферических гормонов с сохранением обратной связи с центральным звеном. После восстановления кровотока и при согревании происходило постепенное снижение уровня Т3 и Т4. Особенностью первых суток было низкое содержание ТТГ при нормализации Т3 и Т4, т. е. в этот срок, по-видимому, имело место нарушение чувствительности центрального звена системы к регулирующему влиянию со стороны железы-мишени. Через трое суток уровень функционирования тиреоидной системы по сравнению с исходным состоянием был повышенным. В течение всего операционного периода в обеспеченность организма тиреоидными гормонами вносило вклад усиление конверсии тироксина в трийодтиронин.

Роль тиреоидных гормонов в компенсаторно-приспособительной перестройке метаболизма при кардиохирургических вмешательствах с применением гипотермии связана, по-видимому, не только с их способностью к мобилизации энергетических субстратов, но и с антиоксидантными свойствами (Владимиров, Арчаков, 1972; Владимиров и др., 1977). Возможно, ти-реоидные гормоны вносят вклад в развитие гипохолестеринемии. На это указывает сопоставление их интраоперационной динамики с динамикой содержания холестерина при бесперфузионной гипотермии (ср. рис. 1 и табл. 1). Одним из механизмов действия тиреоидных гормонов в данных условиях может быть активация поглощения холестерина клетками путем повышения экспрессии рецепторов ЛПНП и за счет этого - стабилизация клеточных мембран.

Анализ зависимости метаболического ответа от длительности гипотер-мической перфузии и остановки кровотока (табл. 2) показал, что при ПТ влияние длительности на содержание МДА, лактата и пирувата сохраняется до трех суток после операции.

В группе больных с продолжительностью перфузии до 100 мин содержание в крови лактата, МДА, активность каталазы в течение суток приближалось к начальному уровню, тогда как в группе с более продолжительной перфузией данные показатели статистически значимо превышали не только уровень на фоне наркоза, но и показатели больных первой группы (по лак-тату - на 72%, по МДА - на 37%, по каталазе - на 33%). Содержание пиру-вата было повышено в обеих группах, но во второй - более значительно, а разница по этому показателю (на 30%, р<0,01) сохранилась и через трое суток. Таким образом, при увеличении продолжительности гипотермической перфузии возрастает и степень выраженности биохимических изменений, и длительность их сохранения в послеоперационном периоде.

Таблица 2

Наиболее значимые корреляции между длительностью гилотермической перфузии и гипотермической остановки кровотока и биохимическими показателями

Гипотермическая перфузия Бесперфузионная гипотермия

Этап Показатель г Р Этап Показатель г Р

Конец ГП МДА 0,66 <0,001 5 мин реперфузии Глюкоза 0,49 <0,001

Пируват 0,45 <0,05 Пируват 0,40 <0,01

30 мин после ГП МДА 0,75 <0,001 20 мин реперфузии Катал аза 0,51 0,001

Лактат 0,48 <0,05

Пируват 0,49 <0,05 Согревание 33°С Катал аза 0,52 <0,001

Холестерин -0,52 <0,05 СЖК 0,70 <0,01

1-е сутки МДА 0,44 <0,05 1-е сутки МДА 0,51 <0,01

Катал аза 0,57 <0,005 3-й сутки МДА 0,67 <0,001

Лактат 0,77 <0,001 Триены -0,52 <0,01

Пируват 0,68 <0,001

3-й сутки МДА 0,58 <0,005

Лактат 0,51 <0,05

Пируват 0,60 <0,005

При БГ зависимость между содержанием МДА и длительностью также сохранялась до трех суток, а для глюкозы и пирувата выявлялась только через 5 мин после восстановления кровотока (см. табл. 2). При сравнении метаболического ответа в группах пациентов, перенесших гипотермическую окклюзию разной длительности, статистически значимые различия по содержанию глюкозы и пирувата обнаружены через 5 мин после восстановления кровотока, лактата - через 20 мин, а на последующих этапах различий между группами не было. Это позволяет считать, что при увеличении длительности гипотермической остановки кровотока свыше 25 мин возрастание содержания глюкозы и продуктов гликолиза является следствием нарушения их утилизации. В то же время по уровню МДА статистически значимые различия между группами с длительностью гипотермической окклюзии менее 30 мин и более 30 мин сохранялись после операции в течение всего периода наблюдения (в 1-е сутки разница составила 18%, на 3-и - 26%, на 10-е-14%).

Сходный характер зависимости между содержанием МДА и продолжительностью ГП или БГ, длительное сохранение изменений в системе ПОЛ-АОЗ в послеоперационном периоде, вклад перекисных продуктов в нарушение углеводного обмена указывают на важную роль процессов ПОЛ в развитии нарушений метаболизма, которые могут привести к клинически значимым нарушениям гомеостаза при операциях на сердце в условиях гипотермии.

Анализ биохимических сдвигов при кардиохирургических вмешательствах с применением гипотермии показал, что компенсаторно-приспособительная перестройка метаболизма в данных условиях осуществляется через мобилизацию взаимодействующих функциональных систем - поддержания энергетического и свободнорадикального гомеостаза. Гипоксия и гипотермия за счет присутствия в их действии общих механизмов - нарушения структуры мембран и энергетического обеспечения их функций -взаимно усиливают активность данных систем. В то же время такие специфические факторы, как остановка кровотока и искусственное кровообращение, увеличивают при БГ удельный вес системы энергетического гомеоста-за, а при ГП - системы свободнорадикального гомеостаза.

Выявленные изменения биохимических показателей и характера внутри-и межсистемных связей в ходе кардиохирургических вмешательств свидетельствуют о динамичности данных функциональных систем и появлении на каждом из этапов новых причинно-следственных отношений, отражающих особенности действия эндогенных и экзогенных факторов. Так, наиболее выраженные изменения в системе ПОЛ-АОЗ при восстановлении естественного кровотока и согревании позволяют говорить о доминировании слстемы свободнорадикального гомеостаза на этих этапах при обоих вариантах гипотермической защиты.

В послеоперационном периоде доминирующей биологической потребностью становится восстановление нарушенного гомеостаза, а также реадаптация к новым условиям функционирования кардиореспираторной и других систем организма после коррекции ВПС. Успешность реадаптации зависит как от адаптивного резерва организма, который определяется в первую очередь видом порока сердца и стадией его развития, так и от эффективности восстановления аэробного метаболизма. Поэтому возрастание функциональной активности гипофизарно-тиреоидной системы, отмеченное на третьи сутки у больных, оперированных при БГ, является одной из важнейших компенсаторно-приспособительных реакций в этот период.

Особо важное значение имеет положительное инотропное действие ти-реоидных гормонов на миокард, а также их стимулирующее действие на эритропоэз (Klein, Ojamaa, 2001), что способствует стабилизации сердечной деятельности после операции и восполнению кровопотери.

Таким образом, в процессе срочной адаптации к экстремальным условиям кардиохирургического вмешательства взаимосодействие и последовательное взаимодействие функциональных систем, составляющих обобщенную функциональную систему гомеостаза (Судаков, 2002), позволяет организму сохранить структурно-функциональную целостность и обеспечивает успешное протекание периода реадаптации. Несмотря на различия в динамике и степени выраженности компенсаторно-приспособительных метаболических реакций при БГ и ГП, динамика восстановления биохимических показателей в послеоперационном периоде существенно не различалась. Это указывает на то, что биохимическая стратегия организма при воздействии факторов операционного периода при обоих вариантах гипо-термической защиты однотипна и реализуется как стресс-реакция.

выводы

1. Поддержание энергетического гомеостаза при коррекции врожденных пороков сердца в условиях гипотермической перфузии и остановки кровотока реализуется разными путями: при бесперфузионной гипотермии выявляется большая степень активации гликолиза, при искусственном кровообращении - окисления жирных кислот.

2. При кардиохирургических вмешательствах в условиях гипотермиче-ской защиты имеет место выраженная активация перекисного окисления липидов, сохраняющаяся до 10-х суток после операции. Наибольший вклад в эту реакцию вносит искусственное кровообращение. Длительность гипо-термической перфузии или гипотермической остановки кровотока является фактором риска гиперактивации перекисного окисления липидов.

3. Компенсаторно-приспособительная реакция системы антиоксидантной защиты при бесперфузионной гипотермии и гипотермической перфузии характеризуется возрастанием активности каталазы, зависящим от содержания продуктов пероксидации, и снижением содержания церулоплазмина. В послеоперационном периоде постепенное снижение активности каталазы сопровождается увеличением содержания церулоплазмина.

4. При обоих вариантах гипотермической защиты выявляется зависимость между содержанием продуктов гликолиза и перекисного окисления липидов, что указывает на вклад процессов пероксидации в перестройку углеводного обмена. При гипотермической перфузии большая степень активации перекисного окисления липидов сопровождается более длительным сохранением гипергликемии в послеоперационном периоде.

5. Кардиохирургические вмешательства в условиях бесперфузионной гипотермии и гипотермической перфузии сопровождаются гипохолестери-немией, отражающей участие холестерина в процессах перекисного окисления липидов и поддержании целостности мембран. Уровень холестерина в конце операции и в первые сутки после нее может служить интегральным показателем напряженности компенсаторно-приспособительных реакций.

6. Содержание гормонов щитовидной железы и тиреотропного гормона в ходе коррекции врожденных пороков сердца в условиях бесперфузионной гипотермии и в послеоперационном периоде подвергается фазным изменениям, отражающим участие гипофизарно-тиреоидной системы в поддержании энергетического и свободнорадикального гомеостаза, а также в процессах реадаптации. В обеспеченность организма тиреоидными гормонами на всех этапах операции и в послеоперационном периоде вносит вклад усиление конверсии тироксина в трийодтиронин.

7. Биохимическая стратегия организма при кардиохирургических вмешательствах в условиях гипотермической перфузии и бесперфузионной гипотермии однотипна, несмотря на различия в динамике и степени выраженности компенсаторно-приспособительных метаболических реакций в ходе операций.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Цветовская Г. А. Метаболический ответ при кардиохирургических вмешательствах в условиях искусственного кровообращения и бесперфузи-онной гипотермической защиты / Г. А. Цветовская, Г. И. Сергеева, Л. Г. Семенова // Материалы I Всероссийского съезда по экстракорпоральным технологиям.- Новосибирск, 1997.- С. 28-29.

2. Реакция гормональных систем на хирургический стресс как показатель адаптационного потенциала при пороках сердца / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, А. Н. Малыгина, А. М. Караськов, С. Е. Науменко, А. В. Шунькин, Г. И. Сергеева // Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии: Материалы конф.- Новосибирск, 1997. - С. 164-165.

3. Стратегия биохимической адаптации в условиях охлаждения и гипоксии / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, Г. И. Сергеева, И. И. Евнина, А. М. Караськов, А. В. Шунькин // Гипоксия в медицине: Механизмы, адаптация, коррекция: Материалы Всероссийской конф.- Москва, 1997. - С. 130-131.

4. Стратегия биохимической адаптации при кардиохирургических вмешательствах / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, В. Н. Ломиворотов, А. В. Шунькин, Г. И. Сергеева, И. И. Евнина, А. Н. Малыгина, А. Л. Покровский, О. И. Медведева // Патология кровообращения и кардиохирургия. - 1998.-№1.- с. 45-46.

5. Тиреоидный статус у больных врожденными пороками сердца, оперированных в условиях бесперфузионной гипотермической защиты и искусственного кровообращения / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, А. В. Шунькин, Е. В. Углова, М. Ю. Ермилов, Г. И. Сергеева, Л. Г. Семенова // Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. - 1999. - № 1. - С. 39-43.

6. Роль перекисного окисления липидов в развитии гипоксии в условиях хирургического стресса и охлаждения / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князько-ва, Г. И. Сергеева, А. В. Шунькин // Гипоксия в медицине: Материалы Всероссийской конф.- Москва, 1998. - С. 70.

7. Влияние длительности искусственного кровообращения на метаболические реакции / А. М. Караськов, Г. А. Цветовская, Г. И. Сергеева, Л. Г. Князькова, В. Н. Ломиворотов, А. В. Гинько // Материалы V Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов. - Новосибирск, 1999. -С. 197.

8. Метаболические реакции на гипотермическую перфузию различной длительности / Г. А. Цветовская, Г. И. Сергеева, Л. Г. Князькова, А. М. Караськов, В. Н. Ломиворотов, А. В. Гинько // Материалы II съезда по экстракорпоральным технологиям. - Казань, 1999.-С. 18-19.

9. Lipid peroxidation in the development of hypoxia under surgical stress / G. A. Tsvetovskaya, L. G. Knyazkova, G. I. Sergeeva, A. V. Shunkin // Abstr. 17th Intern, and 13th European congress of clinical chemistry and laboratory medicine. - Florence, 1999. - P. 365.

10. Тиреоидный статус и процессы свободнорадикального окисления в условиях гипотермических окклюзий при операциях на открытом сердце / Л. Г. Князькова, Г. А. Цветовская, Г. И. Сергеева, А. Н. Малыгина, Е. В. Углова, М. Ю. Ермилов // Достижения, нерешенные проблемы и перспективы развития сердечно-сосудистой хирургии: Материалы юбилейной науч.-практ. конф.- Екатеринбург, 2000. - С. 119-120.

11. Вклад тиреоидной и антиоксидантной обеспеченности организма в процессы реабилитации после кардиохирургических вмешательств / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, Г. И. Сергеева, М. Ю. Ермилов, А. В. Шунькин // Материалы VI ежегодной сессии НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН. - Москва, 2000. - С. 38.

12. Возможность прогнозирования критических состояний после коррекции врожденных пороков сердца (на основе количественных биохимических критериев): Пособие для врачей / Г. А. Цветовская, А. М. Карась-ков, Л. Г. Князькова, Г. И. Сергеева, А. Н. Малыгина, В. Н. Ломиворо-тов, А. В. Шунькин.- Новосибирск, 2000. -22 с.

13. Прогнозирование критических состояний после коррекции врожденных пороков сердца / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, Г. И. Сергеева, А. Н. Малыгина, В. Н. Ломиворотов, А. В. Шунькин // Материалы IV Российской науч. конф. «Реабилитация и вторичная профилактика в кардиологии». - Москва, 2001. - С. 111.

14. Особенности метаболических реакций при перфузионной и бесперфузи-онной гипотермии / Г. И. Сергеева, Л. Г. Князькова, Г. А. Цветовская, А. В. Шунькин // Материалы VI съезда сердечно-сосудистых хирургов.-Москва, 2001.-С. 185.

15. Перекисное окисление липидов при коррекции врожденных пороков сердца в условиях искусственного кровообращения и экстракорпоральной гипотермии / Л. Г. Князькова, Г. А. Цветовская, Г. И. Сергеева, В. В. Ломиворотов, В. Н. Ломиворотов // Патология кровообращения и кардиохирургия. - 2001. - № 1. - С. 60-65.

16. Роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении адаптивных реакций в условиях хирургического стресса / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, Г. И. Сергеева, В. В. Ломиворотов // Материалы IV съезда физиологов Сибири.- Новосибирск, 2002. - С. 296.

17. Цветовская Г. А. Использование показателей липидного обмена в лабораторной оценке критических состояний после кардиохирургических вмешательств / Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова , Г. И. Сергеева // Клиническая лабораторная диагностика.- 2002. - № 10. - С. 10.

18. Особенности обеспечения адаптивных реакций при бесперфузионной гипотермии и гипотермической перфузии / Г. И. Сергеева, Л. Г. Князь-кова, Г. А. Цветовская, Н. X. Купцов, В. В. Ломиворотов // Материалы III науч. чтений, посвященных памяти академика Е. Н. Мешалкина.-Новосибирск, 2002. - С. 88-89.

19. Липидный обмен и процессы пероксидации при коррекции врожденных пороков сердца в условиях гипотермической перфузии различной длительности / Г. И. Сергеева, Г. А. Цветовская, Л. Г. Князькова, А. В. Шунькин, В. В. Ломиворотов // Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. - 2003. - № 4. - С. 45-50.

20. Гипохолестеринемия как интегральный показатель снижения резистентности организма после кардиохирургических вмешательств / Г. А. Цве-товская, Г. И. Сергеева, Л. Г. Князькова, В. В. Ломиворотов // Патология кровообращения и кардиохирургия.- 2003.- № 3. - С. 41-44.

21. Особенности углеводного обмена и процессов пероксидации в динамике коррекции ВПС в условиях гипотермической перфузии и бесперфу-зионной гипотермии / Г. И. Сергеева, Л. Г. Князькова, А. В. Шунькин, В. В. Ломиворотов // Патология кровообращения и кардиохирургия. -2004. - № 3 . - С. 41-48.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АИК - аппарат искусственного кровообращения

АОЗ - антиоксидантная защита

БГ - бесперфузионная гипотермия

ВПС - врожденный порок сердца

ГП - гипотермическая перфузия

Ж - искусственное кровообращение

ЛПНП - липопротеиды низкой плотности

МДА - малоновый диальдегид

ПОЛ - перекисное окисление липидов

СЖК - свободные жирные кислоты

ТТГ - тиреотропный гормон

ЦП - церулоплазмин

Соискатель Сергеева Г. И.

Зак. 72. Тир. 100. Печ. Л. 1,0. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Типография СО РАМН, Новосибирск, ул. Ак. Тимакова, 2/12,2004 г.

1 б ФЕ0 2005

( iî

i * r t. i

i V Г: ? /

'1229

Актуальность темы. Возможности гипотермии, как фактора, снижающего скорость метаболических процессов и повышающего устойчивость к гипоксии и стрессу (Новиков и др., 1998; Шнайдер, Салмина, 2004; Swain et al., 1991; Rebeyka, 1994), определяют широкое применение гипотермических и гипометаболических стратегий в медицине, и, в первую очередь, в кардиохирургии.

Вместе с тем при операциях на открытом сердце, помимо охлаждения, на организм воздействует большое число повреждающих факторов разной природы, в том числе наркоз, хирургическая травма, искусственная перфузия или перерыв кровотока по магистральным сосудам. Это ведет к развитию в организме мощной ответной реакции, которая выражается в активации гормональных систем и ряда метаболических путей (Мешалкин, Верещагин, 1985; Цветовская и др., 1990, 1995; Караськов, 1999; Werb et al., 1989; Pesonen, 1995). Подобные результаты не укладываются в рамки представлений о гипометаболизме в условиях гипотермии и свидетельствуют, скорее, о неспецифической перестройке метаболических процессов, характерной для стресс-реакции.

Как известно, любые адаптивные реакции приобретают повреждающий характер, если сила раздражителя или длительность его действия превышает резервные возможности организма (Пшенникова, 2000). В связи с этим для обеспечения надежной защиты организма от факторов хирургической агрессии необходимо иметь четкое представление о характере компенсаторной перестройки метаболизма при операциях на сердце в условиях управляемой гипотермии.

Изменения со стороны углеводного и липидного обмена описаны как при искусственном кровообращении (Мещеряков и др., 1989; Дементьева, 1995; Jakob et al., 2001), так и при бесперфузионной гипотермии (Литасова и др., 1988; Цветовская и др., 1994), однако основное внимание было уделено ф вопросам адекватности применяемых методов гипотермической защиты, при этом субстратное обеспечение компенсаторно-приспособительных реакций было изучено недостаточно. Реакция системы «перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита» при обоих вариантах гипотермии изучалась без сопоставления с энергетическим метаболизмом (Мещеряков и др., 1990; Дубикайтис и др., 1994; Цветовская и др., 1997; Караськов, 1999; Кирсанова и др., 2002; Pesonen et al., 1995; Belboul et al., 2001). Данные об изменении уровня т тиреоидных гормонов, играющих важную роль в процессах адаптации при охлаждении организма, при кардиохирургических вмешательствах, и особенно в послеоперационном периоде, неоднозначны (Цветовская и др., 1996; Углова, 1998; Караськов, Ломиворотов, 2004; Ririe et al., 1998).

Учитывая сохраняющийся интерес к гипотермии, как методу защиты организма при операциях на открытом сердце, особую актуальность приобрел сравнительный анализ метаболического ответа на гипотермическую перфузиию и бесперфузионную гипотермию и оценка степени биохимических изменений при разной длительности гипотермической перфузии и остановки кровообращения. Работы, направленные на изучение метаболических реакций, позволяют понять природу патофизиологических сдвигов при воздействии на организм экстремальных факторов, специфичных для данных методов гипотермической защиты, выявить факторы риска перехода компенсаторно-приспособительных реакций в реакции повреждения и разработать пути профилактики критических нарушений метаболизма в послеоперационном периоде.

Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состояла в выявлении особенностей реакции углеводного и липидного обменов, системы перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты в организме человека при операциях на открытом сердце, выполняемых в условиях гипотермической перфузии и бесперфузионной гипотермии. М

Были поставлены следующие задачи:

1. Изучить динамику содержания в крови пациентов субстратов и метаболитов углеводного и липидного обменов, продуктов перекисного окисления липидов, активности ферментов антиоксидантной защиты и их вклад в обеспечение компенсаторно-приспособительных метаболических реакций в ходе хирургической коррекции врожденных пороков сердца в условиях гипотермической перфузии.

2. Исследовать динамику содержания в крови пациентов субстратов и метаболитов углеводного и липидного обменов, продуктов перекисного окисления липидов, активности ферментов антиоксидантной защиты и их вклад в обеспечение компенсаторно-приспособительных метаболических реакций в ходе хирургической коррекции врожденных пороков сердца в условиях бесперфузионной гипотермии.

3. Оценить влияние длительности гипотермической остановки кровообращения и гипотермической перфузии на выраженность биохимических сдвигов в организме пациентов при хирургической коррекции врожденных пороков сердца.

4. Изучить реакцию центрального и периферического звеньев тиреоидной системы больных с врожденными пороками сердца на кардиохирургические вмешательства в условиях бесперфузионной гипотермии.

Научная новизна работы. Впервые при сравнительном комплексном анализе метаболического ответа на кардиохирургические вмешательства в условиях гипотермической перфузии и гипотермической остановки кровообращения установлено, что, несмотря на различия в динамике и степени выраженности биохимических изменений, компенсаторно-приспособительная перестройка метаболизма при данных воздействиях однотипна и реализуется как стресс-реакция.

Впервые показано, что в активацию перекисного окисления липидов при кардиохирургических вмешательствах наибольший вклад вносит искусственное кровообращение. Длительность гипотермических перфузии и остановки кровотока является фактором риска гиперактивации перекисного окисления липидов. При обоих способах гипотермической защиты в перестройке углеводного обмена и развитии гипохолестеринемии участвуют процессы пероксидации; при гипотермической перфузии более выраженная активация перекисного окисления липидов сопровождается более длительным сохранением гипергликемии в послеоперационном периоде.

Показано, что при увеличении длительности гипотермической остановки кровотока возрастание уровня глюкозы и продуктов гликолиза связано с нарушением их утилизации.

Установлено повышение функциональной активности щитовидной железы на третьи сутки послеоперационного периода, что отражает участие тиреоидных гормонов в процессах реадаптации и восстановления гомеостаза после хирургической коррекции врожденных пороков сердца.

Научно-практическая значимость. Проведенные исследования позволили установить направленность метаболических реакций на основных этапах кардиохирургических вмешательств в условиях управляемой гипотермии и выявить зависимость ряда биохимических показателей, в том числе малонового диальдегида, каталазы, холестерина, лактата и пирувата, от длительности гипотермической перфузии или остановки кровотока. Это позволяет обосновать пути профилактики перехода компенсаторно-приспособительных реакций в реакции повреждения. Целесообразность использования данных показателей для прогнозирования критических состояний после коррекции врожденных пороков сердца сформулирована в пособии для врачей, утвержденном Учебно-методическим советом МЗ РФ по сердечно-сосудистой хирургии (протокол №3 от 15.11.2000 г.), и отражена в акте о внедрении в практическую деятельность ГУ ННИИПК им. академика Е. Н. Мешалкина от 02.09.2004 г.

Полученные результаты обосновывают необходимость применения антиоксидантной терапии при длительных кардиохирургических вмешательствах, особенно в условиях искусственного кровообращения, которая должна быть направлена на усиление антирадикальной активности, начинаться в ходе операции и продолжаться в послеоперационном периоде вплоть до 10-х суток.

Положения, выносимые на защиту:

1. Компенсаторно-приспособительная перестройка метаболизма при кардиохирургических вмешательствах в условиях управляемой гипотермии характеризуется активацией гликогенолиза, липолиза, гликолиза, перекисного окисления липидов, снижением содержания холестерина в крови, повышением функциональной активности системы гипофиз - щитовидная железа и реализуется как стресс-реакция. В поддержание энергетического гомеостаза на этапах операции при бесперфузионной гипотермии больший вклад вносит гликолиз, при гипотермической перфузии - окисление жирных кислот.

2. При коррекции врожденных пороков сердца в условиях гипотермической защиты имеет место выраженная активация перекисного окисления липидов, причем наибольший вклад в эту реакцию вносит искусственное кровообращение. Усиление перекисного окисления липидов при бесперфузионной гипотермии и гипотермической перфузии сопровождается компенсаторным возрастанием активности каталазы, зависящим от содержания продуктов пероксидации, и снижением содержания церулоплазмина. Усиление процессов перекисного окисления липидов оказывает влияние на перестройку углеводного обмена и развитие гипохолестеринемии при обоих способах гипотермической защиты организма.

3. Степень нарушения метаболизма глюкозы, усиления перекисного окисления липидов и активации антиперекисной защиты зависит от длительности гипотермической перфузии и гипотермической остановки кровообращения. Восстановление показателей углеводного обмена и уровня продуктов перекисного окисления липидов после операций на сердце при длительных гипотермических перфузиях или окклюзиях, в отличие от менее продолжительных воздействий, происходит в более поздние сроки.

Работа выполнена в рамках НИР ГУ ННИИ ПК им. академика Е. Н. Мешалкина МЗ РФ по договору 008(29)002 «Разработка и усовершенствование технологий хирургического лечения заболеваний сердца и сосудов», № гос. регистрации 01.200.1 12900.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на I Всероссийском съезде по экстракорпоральным технологиям (Новосибирск, 1997), III Международной конференции «Гипоксия в медицине» (Москва, 1998), V Всероссийском съезде сердечно-сосудистых хирургов (Новосибирск, 1999), IV съезде физиологов Сибири (Новосибирск, 2002).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 21 печатной работе, включая 6 статей в рецензируемых журналах и пособие для врачей.

Выводы

1. Поддержание энергетического гомеостаза при коррекции врожденных пороков сердца в условиях гипотермической перфузии и остановки кровотока реализуется разными путями: при бесперфузионной гипотермии выявляется большая степень активации гликолиза, при искусственном кровообращении -окисления жирных кислот.

2. При кардиохирургических вмешательствах в условиях гипотермической защиты имеет место выраженная активация перекисного окисления липидов, сохраняющаяся до 10-х суток после операции. Наибольший вклад в эту реакцию вносит искусственное кровообращение. Длительность гипотермической перфузии или гипотермической остановки кровотока является фактором риска гиперактивации перекисного окисления липидов.

3. Компенсаторно-приспособительная реакция системы антиоксидантной защиты при бесперфузионной гипотермии и гипотермической перфузии характеризуется возрастанием активности каталазы, зависящим от содержания продуктов пероксидации, и снижением содержания церулоплазмина. В послеоперационном периоде постепенное снижение активности каталазы сопровождается увеличением содержания церулоплазмина.

4. При обоих вариантах гипотермической защиты выявляется зависимость между содержанием продуктов гликолиза и перекисного окисления липидов, что указывает на вклад процессов пероксидации в перестройку углеводного обмена. При гипотермической перфузии большая степень активации перекисного окисления липидов сопровождается более длительным сохранением гипергликемии в послеоперационном периоде.

5. Кардиохирургические вмешательства в условиях бесперфузионной гипотермии и гипотермической перфузии сопровождаются гипохолестеринемией, отражающей участие холестерина в процессах перекисного окисления липидов и поддержании целостности мембран. Уровень холестерина в конце операции и в первые сутки после нее может служить интегральным показателем напряженности компенсаторно-приспособительных реакций.

6. Содержание гормонов щитовидной железы и тиреотропного гормона в ходе коррекции врожденных пороков сердца в условиях бесперфузионной гипотермии и в послеоперационном периоде подвергается фазным изменениям, отражающим участие гипофизарно-тиреоидной системы в поддержании энергетического и свободнорадикального гомеостаза, а также в процессах реадаптации. В обеспеченность организма тиреоидными гормонами на всех этапах операции и в послеоперационном периоде вносит вклад усиление конверсии тироксина в трийодтиронин.

7. Биохимическая стратегия организма при кардиохирургических вмешательствах в условиях гипотермической перфузии и бесперфузионной гипотермии однотипна, несмотря на различия в динамике и степени выраженности компенсаторно-приспособительных метаболических реакций в ходе операций.