Интраоперационная оптимизация снабжения кислородом

Benjamin Conte, MD, JOЁL L’Hermitte, MD, Jacques Ripart, MD, PhD
и Jean-Yves Lefrant, MD

Резюме

Концепция интраоперационной оптимизации гемодинамики была разработана Shoemaker в начале 1980х годов. Дискуссии по поводу оптимизации снабжения кислородом продолжаются и по сей день, так как последние исследования свидетельствуют, что согласование во времени для данной оптимизации является, как предполагается, важнейшим фактором. На начальных стадиях (операционный период, начальная фаза септического шока) оптимизация восполнения объема снижает заболеваемость и смертность, тогда как в более поздние периоды переливание избыточных объемов жидкости несет вред для пациента. Целью этой статьи было проанализировать физиологические методы и показания для оптимизации снабжения кислородом.

Введение

Концепция интраоперационной оптимизации гемодинамики была разработана Shoemaker в начале 1980х годов. Часто наблюдалось, что пациенты, которые погибали после операционного вмешательства, имели более низкие показатели снабжения кислородом (DO₂) и потребления кислорода ( VO₂). Это привело к появлению гипотезы, что погибшие пациенты находились в группе риска вследствие того, что их низкие физиологические резервы не соответствуют метаболическим потребностям в интраоперационном периоде. Предполагалось, что неспособность к активации адаптивных защитных механизмов обуславливает появление и дальнейшее накопление кислородной задолженности, которая затем также усугубляется хирургическим вмешательством. Вся эта цепочка событий, в конечном счете, приводит к недостаточности органа или даже смерти. Данная гипотеза была подтверждена в 1988 году в рандомизированном проспективном исследовании, где сравнивались традиционный и интервенционный подходы. Последний был разработан для индукции более высоких, чем в норме, значений (сердечный индекс > 4,5 л/мин/м², VO₂>170 мл/мин/м², DO₂>600 мл/мин/м²). Данная оптимизация снизила смертность. Рассматриваемый подход был применен для пациентов с высоким риском, который был совокупным результатом клинических показателей пациентов (нарушения функции почек, сердечно-сосудистой системы, головного мозга, печени или дыхательной системы, пониженное питание, возраст старше 70 лет, шок, сепсис, острая патология живота) и типа операционного вмешательства (операции на сердце, аорте, печени и на брюшной полости). Классическими физиологическими показателями были сердечный индекс > 4,5 л/мин/м² с DO₂> 600 мл/мин/м² и VO₂> 170 мл/мин/м². Рекомендованное в таких случаях лечение включает в себя переливание плазмы, замороженных эритроцитов, применение препаратов с положительным инотропным эффектом и вазодилататоров. Аналогичные результаты были опубликованы Boyd et al. В этих исследованиях оптимизация снабжения кислородом проводилась до возникновения недостаточности какого-либо органа. В мета-анализе, опубликованном в 2002 году, подтверждалось, что подобный подход обладает определенной ценностью при применении в интраоперационных условиях . При этом последующие исследования, проведенные с участием пациентов в блоках интенсивной терапии, показали более высокие значения (в терминах смертности) чем те, которые наблюдались при уже наступившей недостаточности органа. Дискуссии, касающиеся оптимизации снабжения кислородом, продолжаются до сих пор, так как последние исследования показали, что согласование во времени – важнейший фактор данного процесса оптимизации. На начальных этапах (операционный период, начальная фаза септического шока) оптимизация восполнения объемов снижает смертность и заболеваемость, тогда как на более поздних этапах введение избыточных объемов жидкости может нести вред для пациента. Целью данной статьи является, таким образом, проанализировать физиологические методы и показания для оптимизации снабжения кислородом.

Физиологические основы снабжения кислородом

Основы физиологии: снабжение тканей кислородом и потребление кислорода

Окислительный распад высокоэнергетических субстратов – непременная особенность всех живых организмов. В аэробных организмах происходят сложные химические реакции, которые объединяются под названием «дыхательная цепь», в которой кислород играет главную роль окислителя. Отсутствие резервов кислорода объясняет важность постоянного снабжения тканей этим окислителем.

В покое базальный метаболизм требует VO₂, равного 250-300 мл/мин (3,5 мл/кг). При многих состояниях VO₂ может как повышаться (боль, тревога, сепсис, лихорадка), так и понижаться (гипотермия, анестезия).

Согласно принципу Фика, VO₂ вычисляется следующим образом: содержание кислорода в артериальной крови (СаО₂) минус содержание кислорода в венозной смешанной крови ( CvО₂) умножить на сердечный выброс:

VO₂ = (СаО₂ -СvО₂) × СО

Снабжение кислородом (DO₂) определяется как произведение СаО₂ и СО:

DO₂ = CaO₂ × CO

Содержание кислорода в артериальной и смешанной венозной крови определяется в основном за счет гемоглобина, насыщения гемоглобина кислородом и кислород-связывающей емкости гемоглобина, так как лишь незначительная часть кислорода напрямую растворяется в крови:

CaO₂ = 1,34 × [Hb] × SaO₂

CvO₂ = 1,34 × [Hb] × SvO₂

Где:

1,34 – кислород-связывающая емкость гемоглобина

[ Hb ] – концентрация гемоглобина у пациента (равны в артериальном и венозном руслах)

SaO₂ – насыщение гемоглобина кислородом в артериальном крови

SvO₂ – насыщение гемоглобина кислородом в смешанной венозной крови в легочной артерии

Доставка кислорода артериальной кровью и потребление кислорода зависят, таким образом, от сердечного выброса, гемоглобина и насыщения кислородом артериальной и венозной крови (последнее отражает величину экстракции кислорода тканями):

DO₂ = CaO₂ × CO = 1,34 × Hb × SaO₂ × СО

VO 2 = (СаО₂ - СvО₂) × СО = 1,34 × Hb × СО × (SaO₂ – SvO₂)

При физиологических условиях VO₂ не зависит от DO₂. Для поддержания постоянного VO₂ организм может либо увеличивать экстракцию кислорода тканями (что соответствует уменьшению SvO₂) и/или увеличивать сердечный выброс. Данные механизмы характеризуют нормоволемическую гемодилюцию. В случае увеличения VO₂ (например, при физических нагрузках) ткани организма получают необходимое количество кислорода за счет повышения сердечного выброса и увеличения экстракции кислорода тканями. Теоретически значение SvO₂ не может рассматриваться как нормальное без определения значений VO₂ у индивидуума. Значение VO₂ у здорового человека составляет 70% в покое, оно снижается при физической нагрузке. Напротив, если DO₂ снижается (снижение сердечного выброса и/или снижение количества гемоглобина), то величина экстракции кислорода тканями увеличивается (что соответствует снижению SvO₂) для поддержания постоянного VO₂.

При выраженном снижении DO₂ компенсаторный механизм, состоящий в повышении экстракции кислорода, уже не достаточен для поддержания постоянного VO₂. VO₂ снижается пропорционально DO₂ (рисунок 1). Значение DO₂, ниже которого отмечается такая зависимость между DO₂ и VO₂, называется критическим снабжением кислорода. Ниже этого значения для адекватной выработки энергии начинает использовать анаэробный путь метаболизма. Это приводит к образованию молочной кислоты, которая является признаком кислородного голодания тканей.

Рисунок 1. Критический уровень доставки кислорода (DO2): выше этого значения VO2 не зависит от DO2. Ниже этого значения VO2 становится зависимым от DO2, экстрагируемые объемы кислорода становятся недостаточными. Активируется анаэробный путь, что приводит к накоплению молочной кислоты.

Соответствие между потребностями в кислороде и DO₂ может быть достигнуто за счет снижения VO₂, повышения DO₂ или сочетания обоих путей.

Снижение потребления кислорода

VO₂ снижается в условиях гипотермии и анестезии. Гипотермия ниже 35°С обычно ассоциируется с нарушениями коагуляции вследствие снижения активности ферментов. Преимущества снижения VO 2 во время гипотермии необходимо тщательно взвесить с учетом риска, связанного с разогреванием во время восстановления. В этом случае VO₂ может повыситься до уровней, достигающих максимального VO₂, что может стать тяжелым стрессом для организма. При анестезии также снижается VO₂, чем объясняется применение седации при шоке. При этом необходимо избегать гипотензивных эффектов препаратов для анестезии – при этом может нарушаться перфузия органов и, таким образом, снабжение кислородом периферических тканей.

Увеличение доставки кислорода

Теоретически, увеличение DO₂ может быть обеспечено за счет увеличения одной из трех составляющих DO₂ – повышения экстракции кислорода (ЕО₂ = SaO₂ – SvO₂ ), повышения сердечного выброса или увеличения концентрации гемоглобина.

Повышение экстракции кислорода

Повышенный SaO₂. Оптимальный SaO₂ может быть легко достигнут во время анестезии путем нивелирования отрицательных эффектов вентиляции легких. В различных операционных используются сильно различающиеся значения дыхательного объема и положительного давления в конце выдоха. Несмотря на то, что было показано, что профилактическая вентиляция легких (дыхательный объем < 8 мл/кг) снижает смертность при остром респираторном дистресс-синдроме взрослых в условиях блока интенсивной терапии, использование высоких значений дыхательного объема при анестезии оказалось связано с активацией воспаления. Для более глубокого понимания этих отрицательных эффектов необходимы дальнейшие исследования.

Сниженный SvO₂. (истинное повышение ЕО₂). Достаточно трудно продумать путь, каким с помощью фармакологических воздействий можно воздействовать на SvO₂. И это несмотря на тот факт, что все анестетики, за исключением кетамина, снижают экстракционную способность. Следует помнить, что поддержание определенной степени ацидоза (7,25-7,38) или гиперкапнии (при отсутствии внутричерепной гипертензии) обеспечивает более удовлетворительную доставку кислорода к периферическим тканям без изменения кислород-связывающих процессов в легких. В случае изменения последних процессов поддержание нормокапнии и нормального рН достаточно опасно, так как чревато повреждением тканей легких, чего не случается при определенной степени ацидоза и/или гиперкапнии.

Улучшение микроциркуляции. Стимуляция микроциркуляции может улучшить перфузию периферических тканей и бассейнов, что в дальнейшем обеспечивает стимуляцию усвоения кислорода тканями. Улучшение микроциркуляции соответствует элиминации шунтов. Данный феномен аналогичен таковому, что наблюдается в легких, когда выравнивание соотношения вентиляция/перфузия улучшает газообмен и, таким образом, РаО₂.

Увеличенный сердечный выброс

Сердечный выброс зависит от частоты сердечных сокращений и ударного объема (SV). Ударный объем, в свою очередь, вычисляется следующим образом: конечный диастолический объем (EDV) минус конечный систолический объем (ESV). SV увеличивается за счет увеличения ESV или снижения EDV .

Увеличение конечного диастолического объема или преднагрузки.

Кривая Франка-Старлинга функции желудочка демонстрирует, что увеличение преднагрузки для сердца индуцирует выраженное увеличение SV с левой стороны кривой (зависимая от преднагрузки часть кривой). Данная зависимость от преднагрузки является физиологическим условием для функционирования сердечно-сосудистой системы, что позволяет организму адаптироваться к изменению венозного возврата настолько быстро, насколько возможно. Это необходимо для удовлетворения метаболических потребностей согласно уровню активности.

Уменьшение конечного систолического объема . Данная ситуация соответствует повышению сократимости и/или уменьшение обструкции выносящего отдела желудочка или постнагрузки. Стимуляция сократимости показана только в случае сердечной недостаточности, которая встречается достаточно часто при определенных заболеваниях. Использование препаратов с положительным инотропным эффектом для улучшения гемодинамики не показано пациентам с нормальной систолической функцией, так как эти препараты вызывают тахикардию и повышение потребления кислорода, что может нанести вред. Теоретически могут быть показаны вазодилататоры и препараты с отрицательным инотропным эффектом, но они часто вызывают гипотензию. Добутамин также может вызывать снижение артериального давления вследствие своих вазодилатирующих свойств.

Увеличение концентрации гемоглобина

Увеличение уровня гемоглобина может теоретически повлечь за собой увеличение DO₂. Так или иначе, увеличение гематокрита связано с увеличением вязкости крови, что ведет к росту постнагрузки и снижению реологических свойств крови. При проведении анестезии мы имеем обратную ситуацию, когда снижение концентрации гемоглобина (в условиях кровотечения) представляет более тяжелую сложную проблему. В случае острого кровотечения основная проблема заключается в том, что снижение циркулирующего объема крови влечет за собой снижение венозного возврата, сердечной преднагрузки и, таким образом, сердечного выброса. В таких условиях содержание гемоглобина снижается до уровня, когда доставка кислорода к клеткам осуществляется в недостаточной степени. Компенсация потерь циркулирующего объема крови за счет переливания жидкости без эритроцитов влечет за собой гемодилюцию. Сниженное содержание гемоглобина компенсируется (в терминах DO₂) за счет улучшения реологических свойств без нарушения доставки кислорода к периферическим тканям. У здоровых индивидуумов, у которых может поддерживаться нормальный объем крови, уровень гемоглобина может поддерживаться выше 7 г/дл; это также касается и условий блока интенсивной терапии. Напротив, у пациентов с тяжелым поражением коронарных артерий рекомендуется поддерживать уровень гемоглобина выше 10 г/дл. В интервале между этими двумя значениями следует определять наличие или отсутствие показаний к переливанию крови. Показания зависят от типа оперативного вмешательства и клинической ситуации (путем измерения SvO₂). Слишком низкое значение SvO₂ может свидетельствовать о необходимости переливания, даже в том случае, если достигнут безопасный уровень гемоглобина.

Каковы способы оптимизации снабжения кислородом?

Несмотря на то, что было показано улучшение прогноза у пациентов, где проводилась оптимизация снабжения кислородом, клиницистам следует помнить о «подводных камнях»: у концепции есть определенные ограничения, поэтому следует избегать применения некоторых методов у специальных популяций пациентов. Предоперационный осмотр остается незаменимым методом для гарантии оптимальной подготовки пациента к хирургическому вмешательству. Для пациентов с наивысшим риском следует рассмотреть вопрос о необходимости агрессивного и инвазивного мониторинга с целью снижения смертности. При планировании менее масштабных оперативных вмешательств для снижения частоты послеоперационных осложнений и уменьшения длительности пребывания в стационаре необходима оптимизация сердечного выброса в сочетании с минимально инвазивным мониторингом. Важность оптимизации доставки кислорода для менее масштабных оперативных вмешательств на сегодняшний день четко не продемонстрирована.

Какие параметры необходимо контролировать?

Сердечный выброс и/или детерминанты сердечного выброса

Сердечный выброс изначально оценивается с помощью метода термодилюции с использованием катетера в легочной артерии. Несмотря на то, что в настоящее время нет исследований, которые демонстрировали бы какие-либо отрицательные аспекты этой методики, ее должен выполнять опытный хирург для профилактики осложнений и ошибок при интерпретации. Использование этой методики требует определенного количества времени, что делает ее резервной для пациентов в группе наивысшего риска, особенно тех, кто направлен на операцию на сосудах. Для оценки сердечного выброса могут быть также использованы менее инвазивные методики. Надежность этих методик остается под сомнением, хотя их диагностическая мощность для обнаружения изменений сердечного выброса все же удовлетворительна, что обеспечивает улучшение прогноза у пациентов. В других исследованиях для оптимизации данного параметра используются маркеры сердечной преднагрузки. Данные маркеры могут быть статическими (центральное венозное давление (ЦВД), EDV, общее EDV, корректированное время потока) или динамическими (изменения пульсового давления). Использование этих маркеров позволяет проводить профилактику тяжелой гиповолемии, что обеспечивает более значимое улучшение прогноза, чем при оптимизации сердечного выброса. Интраоперационная оптимизация плазмозамещающей терапии, основанная на ЦВД и/или времени систолического аортального потока, измеренного методом Доплера в области пищевода, или даже инвазивных динамических индексах, таких как изменения пульсового давления, или неинвазивных динамических индексах (параметры оксиметрии) – все эти параметры могут быть использованы для снижения частоты послеоперацинных осложнений и уменьшения срока пребывания в стационаре. На раннем этапе реанимации пациентов с тяжелым сепсисом и/или септическим шоком оптимизация распределения объема плазмы с использованием показателей ЦВД и средних целевых значений артериального давления снижает смертность. Исследование, выполненное Rivers et al, свидетельствует, что оптимизация начального восполнения объема плазмы у пациентов с тяжелым сепсисом и/или септическим шоком может увеличить значение ScvO₂ до 70% . Хотя общие объемы перелитой за 72 часов плазмы в обеих группах были одинаковы, данный подход позволил произвести быстрое переливание в первые 24 часов.

Концентрация гемоглобина

Переливание концентрата эритроцитов теоретически приведет к увеличению содержания кислорода в артериальной крови (СаО₂) при достижении гемостаза. В 1999 году было проведено исследование, где изучались условия переливания жидкостей в условиях блока интенсивной терапии. Исследование проводилось с участием 838 пациентов, находящихся в блоках интенсивной терапии, и в нем не было выявлено статистически значимой разницы в 30-дневной смертности между двумя группами: в одной группе концентрация гемоглобина поддерживалась на уровне 7-9 г/дл, в другой – 10-12 г/дл. В результате оценки микробиологического, иммунологического риска, риска тромбообразования при трансфузии, а так также рисков, связанных с человеческим фактором, был сделан вывод, что для пациентов без тяжелых заболеваний сердца более приемлемы низкие уровни гемоглобина. Для пациентов с нормоволемической гемодилюцией приняты следующие пороговые величины:

• 7 г/дл в популяции без медицинского анамнеза
• 8-9 г/дл с заболеваниями сердечно-сосудистой системы в анамнезе
• 10 г/дл у пациентов с клиническими признаками непереносимости низких концентраций гемоглобина или с сердечной недостаточностью или острой коронарной недостаточностью в анамнезе.

Так или иначе, но в контексте тяжелого кровотечения следует предвидеть падение концентрации гемоглобина, чтобы избежать появления кислородной задолженности.

В мета-анализе с использованием 18 исследований оценивалось влияние переливания крови на улучшение оксигенации тканей. В четырех исследованиях не было выявлено каких-либо изменений в DO₂. В 14 исследованиях, где было заявлено об увеличении DO₂, в 9 из них действия на VO₂ отмечено не было. Эти результаты свидетельствуют о важности адаптивных механизмов для поддержания VO₂ независимо от DO₂ за счет увеличения сердечного выброса и экстракции кислорода тканями. Таким образом, пороговые значения содержания гемоглобина могут быть неэффективны для оценки необходимости переливания эритроцитов. Для определения показаний к переливанию крови необходимо проведение оценки общей или региональной оксигенации тканей. С этой точки зрения ScvO₂ является наиболее доступным способом. В обсервационном исследовании с участием 60 пациентов с центральным венозным катетером значение ScvO₂ измерялось до и после переливания крови при условии отсутствия какой-либо нестабильности гемодинамических показателей. У практически 30% пациентов после переливания значение ScvO₂ было более 70%, что свидетельствовало об избыточном перелитом объеме.

Насыщение кислородом

Так как количество растворенного в крови кислорода пренебрежимо мало по сравнению с количеством кислорода, связанного с гемоглобином, степень насыщения кислородом (SaO₂) является важнейшим параметром. Важным аспектом является поддержание SaO₂ ниже 90%, чтобы избежать наклонного сегмента кривой диссоциации гемоглобина, что может повлечь за собой нежелательные значения SaO₂ и, таким образом, DO₂. У большого количества пациентов при проведении искусственной вентиляции легких возникает много проблем, которые в последующем решают анестезиологи и реаниматологи, но использование высоких значений положительного давления на выдохе или маневра раскрытия альвеол могут быть необходимы при наличии тяжелой гипоксемии. Возможное влияние этой вентиляции на циркуляцию, особенно на легочную, должно тщательно контролироваться.

Какое лечение следует использовать?

Увеличение объема внутривенного компартмента плазмы является первоочередной мерой для пациентов, находящихся в вертикальной части кривой Франка-Старлинга. Во французском национальном исследовании, проведенном в 1999 году, было показано, что гиповолемия является наиболее частой причиной смертности при проведении анестезии. Оптимизация объема плазмы сочетается, в свою очередь, со снижением частоты сердечных сокращений и улучшением функционирования миокарда. Растворы для переливания должны быть, по крайней мере, изотоническими. Могут быть использованы гипертонические препараты (гипертонические растворы солей = 7,5% соли) и изо-онкотические или гипер-онкотические растворы. И все же гипертонические препараты и изо-онкотические или гипер-онкотические растворы не лишены побочных эффектов. Гипертонические растворы солей могут быть использованы только один раз из-за развития гипернатриемии. Высокомолекулярные растворы гидроксиэтилкрахмала (молекулярная масса > 150 кД) могут вызывать нарушения свертывания крови и почечную недостаточность, особенно при использовании высоких доз. С другой стороны, признаков нефротоксичности со стороны растворов гидроксиэтилкрахмала нового поколения (молекулярная масса < 150 кД) обнаружено не было.

Так или иначе, хотя гиповолемия оказывает отрицательное влияние на снабжение тканей кислородом, избыточное увеличение объема плазмы также опасно, так как это не стимулирует какого-либо увеличения сердечного выброса, но приводит к формированию интерстициального отека, который усугубляет нарушенную доставку кислорода тканям, что, таким образом, ведет к недостаточности органа. В данном случае наиболее важным представляется временной фактор. В исследованиях было показано, что при оптимизации объема плазмы во время хирургического вмешательства, сроки пребывания в стационаре уменьшаются, тогда как при менее интенсивных постоперационных мероприятиях по восстановлению циркулирующего объема плазмы отмечается более высокая частота осложнений.

В настоящее время экспериментальные данные свидетельствуют, что различные плазмозамещающие препараты оказывают выраженное влияние на микроциркуляцию и про- и противовоспалительные эффекты, что в дальнейшем сказывается на экстракционной способности тканей.

Катехоламины

После адекватного восполнения объема плазмы или в случае тяжелой гипотензии (диастолическое артериальное давление < 40 мм. рт. ст.), использования катехоламинов следует избегать, так как они могут вызывать отрицательные эффекты (тахикардия, гипотензия, повышение VO₂). Вопрос о применении препаратов с положительным инотропным эффектом следует рассматривать у пациентов предшествующей или транзиторной сердечной недостаточностью. Что касается левосимендана, то свидетельств его эффективности в терминах смертности и заболеваемости обнаружено не было. Наиболее часто используемыми препаратами остаются вазодилататоры, особенно, норадреналин, хотя адреналин может быть хорошей заменой. Также могут вводиться производные вазодилататоров, но их эффективность не была строго доказана.

Вывод

Оптимизация доставки кислорода улучшает прогноз, особенно, у наиболее тяжело больных пациентов. Но все же показания для этого подхода, а также временное согласование, мониторинг и применяемое лечение должно тщательно оцениваться, так как несоответствующая ситуации оптимизация может повлечь за собой вредные последствия.

Конфликт интересов

Конфликтов интересов авторы не отмечали.