Влияние вазоконстрикции и увеличения объема на вено-артериальный поток ЭКМО

Аннотация:

Вено-артериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация (ВА-ЭКМО) получило применение при лечении тяжелой кардиореспираторной недостаточности и остановки сердца. Несмотря на значительные технические усовершенствования с улучшенной биосовместимостью системы и центробежными насосами вместо роликовых, исходы кардиогенного шока, экстракорпоральной реанимации и посткардиотомического шока остаются в лучшем случае скромными.

Коллектив авторов из отделения  интенсивной терапии, Inselspital (Бернская университетская больница, Бернский университет, Швейцария) и отделение анестезиологии и интенсивной терапии Института клинических наук Сальгренской академии Гетеборгского университета, (Больница Сальгренского университета, Гетеборг, Швеция) изучили влияние вазоконстрикции на увеличение объема крови в качестве альтернативы увеличению Q_ЭКМО, основываясь на концепциях венозного возврата и опубликовали статью о влияние вазоконстрикции и увеличения объема на вено-артериальный ЭКМО-поток.

Физиология ЭКМО изучена не полностью,  данные о гемодинамической поддержке для оптимизации ЭКМО-потока с помощью объемных или вазопрессорных препаратов у пациентов с вено-артериальной ЭКМО скудные. Низкий кровоток и положительный баланс жидкости при ЭКМО являются надежными предикторами смертности. Увеличение объема кровотока, является распространенным методом увеличения кровотока при ЭКМО, несмотря на риски прогрессивно положительного баланса жидкости с ухудшением прогноза. В данной работе продемонстрировано, что кровоток при ЭКМО напрямую зависит от венозного возврата (VR).

Среднее системное давление наполнения (MSFP) – это давление упругой отдачи в системной сосудистой сети, вызванное повышенным объемом крови и податливостью сосудов. Его можно измерить при отсутствии кровотока. Концептуально давление, определяющее венозный возврат (VRdP), градиент между MSFP и давлением в правом предсердии (RAP), влияет на VR в сравнении с сопротивлением венозному возврату (RVR), которое отражает общее сопротивление всех сосудистых русел возвращению крови к сердцу. Поскольку около 70% крови находится в венозном бассейне, а большая часть не находится в состоянии стресса, вазоконстрикция может увеличить напряженный объем и MSFP за счет увеличения ненапряженного объема. Это было показано для адреналина, различных α₁– и α₂-агонистов и норадреналина. Подход, направленный на ограничение увеличения объема при одновременном увеличении кровотока при ЭКМО, может оказаться клинически полезным. Поскольку в настоящее время отсутствуют данные об оптимальном поддерживающем гемодинамическом лечении ВА-ЭКМО, исследование механизмов, лежащих в основе действия доступных методов лечения, могло бы послужить основой для принятия клинических решений.

В своем эксперименте  на модели фибрилляции желудочков у свиней и вено-артериальной (VA) поддержки ЭКМО мы сравнили влияние увеличения объема с помощью лактата Рингера и вазоконстрикции с использованием норадреналина на кровоток в ЭКМО и доставку кислорода (DO₂). Основываясь на концепциях венозного возврата и пополнения или увеличения объема сосудов, находящихся под напряжением,  предположили, что как увеличение объема, так и сужение сосудов норэпинефрином могут увеличить максимально достижимый поток ЭКМО, хотя и воздействуют на объем сосудов, находящихся под напряжением, с помощью различных механизмов. Далее была выдвинута гипотезу, что пределы кровотока при ЭКМО определяются напряженным объемом и свойствами сосудистого контура, а не производительностью механического насоса.

Методика канюлирования и используемое оборудование: хирургическим путем были установлены: катетер из левой сонной артерии, трехпросветный катетер из правой яремной вены и вводная оболочка в правую бедренную вену для быстрого обмена объема. Была выполнена цистостомия для контроля мочеиспускания. В грудную полость вошли через срединную стернотомию и вскрыли перикард. После введения 5000 Ед гепарина правое предсердие (RA), восходящую аорту и левое предсердие канюлировали (29 трехступенчатых венозных канюль MC2X Fr, 18 удлиненных цельных артериальных канюль Fr и 16 удлиненных цельных артериальных канюль DLP для левого предсердия, Medtronic, Minn) и подключали к контуру ЭКМО (центробежный насос, непульсирующий поток, набор Cardiohelp MECC, оксигенатор Quadrox, Maquet, Раштатт, Германия). Схема VA-ECMO имела шунт между артериальной и венозной канюлями.  Пережатие впускной и выпускной трубок при открытии шунта позволило быстро уравновесить давление и объем. Потоки в легочной артерии и контуре ЭКМО измерялись с помощью соответствующих ультразвуковых датчиков времени прохождения (датчики расхода в трубках PAU и ME9 PXL соответственно; Transonic, Итака, Нью-Йорк) и отслеживались в режиме реального времени для облегчения управления объемом и скоростью помпирования (см. Позже). Были установлены желудочковые эпикардиальные электроды (MYO / Wire для временной предсердной кардиостимуляции, A & E Medical Corporation, Фармингдейл, Нью-Джерси) и пассивные плевральные дренажи. Перикард, грудина и слои раны были закрыты. Использовались периодические болюсы гепарина для поддержания времени активированного свертывания крови > 180 с. Во время ЭКМО продолжалась  вентиляция легких с фиксированной частотой дыхания 16 в минуту и фракцией вдыхаемого кислорода – 0,21. Поток 100% O₂ регулировали для поддержания артериального Po₂ и Pco₂ в пределах нормы (ABL90Flex, Radiometer Medical ApS, Бреншой, Дания). Внутрисосудистое давление и давление в дыхательных путях измеряли с помощью датчиков (xtrans, Codan Medical, Ленсан, Германия) и мультимодулярного монитора (S/5 Critical Care Monitor, Datex-Ohmeda, GE Healthcare, Хельсинки, Финляндия), который также проводил непрерывную электрокардиографию и измерение конечного Pco₂. 

Кончик катетера, используемого для измерения давления в правом предсердии, канюля для венозного дренажа, входное отверстие насоса ЭКМО и все датчики давления были зафиксированы на высоте середины RA и проверены открытой пальпацией грудной клетки. Давление было обнулено относительно атмосферного и откалибровано по двум точкам с помощью водного манометра. Датчики расхода были обнулены и откалиброваны электронным способом. В конце эксперимента проверяли смещение базовой линии давления и потоков.

Введение жидкости, объемное состояние и скорость ЭКМО-помпы: во время операции вводили лактат Рингера со скоростью 10 мл / кг / ч, а затем снизили до 2 мл / кг / ч. Гидроксиэтилкрахмал (HES, 6% Voluven, Fresenius Kabi, Бад-Хомбург, Германия) добавляли для измерения кровопотери во время операции (150 ± 109 мл). После закрытия грудной клетки и обеспечения периода стабилизации в 30 мин поток ЭКМО (Q_ECMO) регулировали для достижения смешанной венозной О₂ сатурации (Svo₂, измеренный в RA) 50% (нижний предел нормы для свиней). В течение этого периода, при необходимости, вводили ГЭК болюсами по 50 мл, чтобы обеспечить достаточную Q_ЭКМО для достижения цели Svo₂ и избежать коллапса РА во время искусственной вентиляции легких (общий объем ГЭК, включая объем для восполнения кровопотери, составлял 197 ± 199 мл). После этой стадии, определяемой как эуволемия, ГЭК больше не допускался. Протокол эксперимента: фибрилляция желудочков была вызвана высокочастотной электрокардиостимуляцией (1000 ударов в минуту, электрическая мощность желудочка 18 мВ, Pace 203, Osypka, Берлин, Германия). Протокол состоял из восьми экспериментальных условий: за эуволемией следовали три условия постепенного увеличения скорости инфузии норэпинефрина (0,05, 0,125 и 0,2 мкг/кг/мин, каждое начиналось с болюсного введения 5 мкг/ кг [Вазоконстрикция 1-3, соответственно]), при этом измерения исследования начинались через 5 мин при каждой скорости инфузии. После завершения измерений при вазоконстрикции 3 уровень норэпинефрина снизился вдвое и через 3 минуты полностью прекратился, перейдя в состояние пост-вазоконстрикции. За этим последовали три этапа поэтапного увеличения объема (VE1-3), при которых в течение трех минут на каждом этапе вводили 10 мл/кг лактата Рингера, при этом измерения исследования начинались через пять минут (рис. 1). После завершения измерений животных умерщвляли в условиях глубокой анестезии путем снятия опоры ЭКМО.

Протокол эксперимента.

Ученые применили принципы венозного возврата, проверенные в серии экспериментов с  и без механической помощи кровообращения, для современного лечения VA-ECMO.  Обнаружили, что как вазоконстрикция норэпинефрином, так и увеличение кровотока увеличивали MSFP и максимально достижимую Q_ЭКМО при аналогичной доставке кислорода. Влияние увеличения объема на кровоток было больше, чем влияние вазоконстрикции.  В описываемой  модели насос ЭКМО заменяет сердечную функцию. Функция насоса была постоянной, о чем свидетельствует линейная зависимость между расходом насоса и частотой вращения в минуту (rpm). Соответственно,  результаты могут быть интерпретированы исключительно как изменения свойств контура. Оценка эффектов и механизмов вазоконстрикции и объемного расширения на кровоток при ЭКМО имеет большое значение для клинического применения в современной прктике терапии  ЭКМО.

Максимальные показатели ЭКМО при каждом состоянии были связаны с неминуемым сосудистым коллапсом, который клинически не наблюдался. Сосудистый коллапс, когда он присутствовал, нарушал взаимосвязь Q_ЭКМОи РЭП, поскольку РЭП больше не служила противовесом для VR. Условия закрытия сосудистых коллатералей были признаны основным ограничением дальнейшего увеличения кровотока в ранних фундаментальных исследованиях Гайтона. Графики венозного возврата показали строго линейную зависимость RAP-Q от ЭКМО. 

Эксперимент показал, что  как объемное расширение, так и вазоконстрикция при использовании в умеренных дозах увеличивают максимально достижимый поток ЭКМО с аналогичными эффектами при DO₂. 

Авторы пришли к выводу, что кровоток при ЭКМО в первую очередь зависит от факторов, определяющих венозный возврат, что, на наш взгляд, является центральным выводом для всех, кто занимается клиническим лечением пациентов с ЭКМО. 

Чтобы подобрать оптимальное лечение с точки зрения результата, необходимо понимать основные механизмы. Еще предстоит выяснить, в какой степени наши результаты могут быть применены к заболеваниям, отличным от остановки сердца, таким как септический шок или тяжелая легочная недостаточность. В частности, наши результаты нельзя экстраполировать на лечение дыхательной недостаточности с использованием вено-венозной ЭКМО.

Увеличение скорости помпы смещает объем в сторону от RA, прогрессивно снижая RAP и увеличивая VRdP  — разницу внутрисосудистых давлений в сосудистом сегменте. Однако предел максимального кровотока определяется трансмуральным давлением: в условиях закрытия сосудистая стенка взаимодействует с кончиком канюли, вызывая падение кровотока с последующим повышением давления до тех пор, пока стенка и канюля не отделятся заново и кровоток не восстановится. Это явление связано с общим увеличением сопротивления. Значение RAD, действительное для расчета VRdP, может быть измерено только в отверстии для беспрепятственного кровотока в многоступенчатой канюле ^(14,34). Поэтому мы проверили наши основные результаты, оценив увеличение кровотока при стандартном РЭП, независимо от VRdP.

В результате проведенной работы, исследователи сделали вывод, что при кровообращении, полностью зависящем от поддержки ЭКМО, кровоток напрямую зависит от сосудистых факторов, определяющих венозный возврат, то есть от условий закрытия, напряженного объема сосудов, эластичности и резистивных свойств сосудистой сети. Это следует учитывать при клиническом ведении.

Ключевые слова:  экстракорпоральная мембранная оксигенация, ЭКМО,  Вено-артериальная экстракорпоральная мембранная оксигенация, ВА-ЭКМО, Cardiohelp Кардиохелп, оксигенатор Quadrox, Maquet, гемодинамика, среднее системное давление наполнения, норэпинефрин, сосудосуживающие средства,  венозный возврат, АД, артериальное кровяное давление,  DO₂ , доставка кислорода, MAP,  среднее артериальное давление,  PEEP, положительное давление в конце выдоха,  RAP,  давление в правом предсердии, число оборотов в минуту,  Svo₂,  смешанная венозная сатурация, потребление кислорода,  VR, венозный возврат, VRdP.

Ссылка на статью: https://journals.lww.com/shockjournal/fulltext/2019/05000/the_effects_of_vasoconstriction_and_volume.15.aspx