Материалы

Клиническая эффективность и требования к пульсирующей перфузии кровотока с использованием центрифужного насоса

Клиническая эффективность и требования к пульсирующей перфузии кровотока с использованием центрифужного насоса

Перевод Гинзбург А.А.

По материалам статьи Y.J. Gu, MD, PhD Clinical effectiveness and requirements of pulsatile flow perfusion with a centrifugal pump NeSECC UPTODATE 2 (2009) 10-12 
Оригинал статьи на английском языке

Пульсирующая перфузия при искусственном кровообращении 

Экстракорпоральное кровообращение в течение более чем полувека успешно применяется при операциях на открытом сердце у пациентов с различными сердечными заболеваниями [1]. Однако у пациентов, подвергавшихся искусственному кровообращению, по-прежнему нередки послеоперационные осложнения и дисфункции органов как следствие слабой перфузии органов [2-4]. Для оптимальной перфузии органов во время искусственного кровообращения предпочтительной признается пульсирующая перфузия, как более физиологичная, чем непульсирующий поток [5-8]. За более чем три десятилетия было представлено несколько типов пульсирующих насосов, которые были всесторонне оценены посредством экспериментов над животными, или при использовании у кардиохирургических пациентов. Эти насосы также оснащены модифицированной роликовой насадкой, которая помогает быстро увеличивать и уменьшать напор [9, 10], позволяет усиливать пульсацию во внутриартериальном катетере с помощью вспомогательного пульсирующего устройства или пульсатора [11,12], придавать кровотоку пульсацию изнутри аорты посредством внутриаортального баллонного катетера или пульсирующего катетера-помпы [13,14], а центрифужному насосу – периодически повышать скорость работы насоса [15,16]. 




Пульсирующая перфузия при искусственном кровообращении с использованием центрифужного насоса 

Центрифужный насос – сравнительно новый тип помпы, используемый в качестве основного перфузионного насоса при выполнении цикла искусственного кровообращения и заменяющий традиционный роликовый насос [17, 18]. Целью нашего клинического исследования мы ставили оценку клинической эффективности пульсирующего потока, создаваемого центрифужным насосом Rotaflow с точки зрения его участия в производстве гемодинамической энергии, определяемой с учетом энергетического эквивалента давления и избытка гемодинамической энергии [8, 19, 20]. В настоящее исследование включены пациенты, которым выполнялось экстракорпоральное кровообращение при проведении аортокоронарного шунтирования в Медицинском центре при университете Гронинген (University Medical Centre Groningen). Пациенты были случайным образом распределены в группы пульсирующей перфузии (16 человек) и непульсирующей перфузии (16 человек). Анестезия проводилась с помощью суфентанила, мидазолама и пропофола. Искусственное кровообращение выполнялось посредством центрифужного насоса в качестве основного перфузионного насоса (RotaFlow, Maquet Cardiopulmonary, Hirrlingen, Germany) и мембранного оксигенатора (Quadrox, Maquet Cardiopulmonary, Hirrlingen, Germany). Перфузия потока была установлена на уровне 2,4 л/мин. на каждый м2 поверхности тела, а контур был заполнен 1000 мл лактата Рингера, 500 мл гидроксиэтилкрахмала 200/0.5 10% и 50 мг гепарина. Для защиты миокарда использовался раствор Св.Томаса (St. Thomas solution) для кристаллоидной кардиоплегии. Во время выполнения искусственного кровообращения назофарингеальная температура была понижена до 32°, а среднее артериальное давление поддерживалось на уровне между 60 мм.рт.ст. и 90 мм.рт.ст. В группе пульсирующей перфузии пульсирующий кровоток осуществлялся посредством повышения скорости работы центрифужного насоса до 60 циклов в минуту, в то время как в группе непульсирующей перфузии центрифужный насос находился в режиме непрерывного потока. Пульсирующий поток начинался от места пережатия аорты и длился до момента разжатия аорты. 


Результаты 

По результатам исследования выявилось, что артериальное системное давление в группе пульсирующей перфузии во время пережатия аорты было значительно выше (p<0.01), чем в группе непульсирующей перфузии, в то время, как диастолическое артериальное давление оказалось примерно одинаковым в обеих группах. Соответственно пульсовое давление в группе пульсирующей перфузии было существенно выше (p<0.01). Среднее артериальное давление в обеих группах почти не отличалось. Энергетический эквивалент давления во время пережатия аорты в условиях гипотермии (73±11 мм.рт.ст. против 65±10 мм.рт.ст., p=0.058) в группе пульсирующей перфузии был немного выше, чем в группе непульсирующей перфузии. По сравнению со средним артериальным давлением, энергетический эквивалент давления был на 1.8% - 2.3% выше при пережатии аорты в группе пульсирующей перфузии, в то время, как в контрольной группе не было практически никакой разницы между средним артериальным и энергетическим эквивалентом давления. Избыток гемодинамической энергии, производимый центрифужным насосом во время пережатия аорты, в группе пульсирующей перфузии составил от 1510 до 2325 эрг/см3. В рамках экстракорпорального контура после оксигенатора или вблизи артериального катетера был зафиксирован намного больший избыток гемодинамической энергии, чем в радиальной артерии пациентов, что говорит о значительном снижении уровня гемодинамической энергии (p<0.01). 


Эффективность и требования 

Многочисленные эксперименты показали, что режим пульсирующей перфузии в сравнении с режимом непульсирующей перфузии ассоциируется с улучшением микроциркуляции, более интенсивным лимфотоком, повышенным потреблением кислорода и снижением уровня лактата. Однако клиническая эффективность пульсирующего кровотока далека от совершенства из-за недостатка стандартов измерения гемодинамической энергии, производимой пульсирующими насосами. Если сравнить результаты нашего эксперимента с использованием внутриаортального балонного катетера [14] и полученные нами результаты применения центрифужного насоса, последний с точки зрения пульсации выглядит менее эффективным. Как следствие, пульсирующий центрифужный насос в клинических условиях обеспечивал значительно меньшие энергетический эквивалент давления и избыток гемодинамической энергии. Эта разница, на самом деле, неудивительна, поскольку хорошо известно, что при размещении пульсирующего насоса в кардиопульмональном контуре производимая пульсация будет снижаться под воздействием сопротивления оксигенатора [21] и размеров артериального катетера [22]. 


Перспективы 

В будущем клинические требования к пульсирующему перфузионному насосу могут основываться на разработке нового мембранного оксигенатора с низким сопротивлением и артериального катетера с минимальным эффектом торможения. В конечном итоге пульсирующая перфузия должна быть полезной для пациентов, которым необходимо более длительное обеспечение искусственного кровообращения, для пациентов с сенильным артериосклерозом в сочетании с высоким пульсовым давлением, а также для пациентов, имеющим высокий риск постоперационного нарушения функции органов. 


Адрес для корреспонденции 

Y. John Gu, MD, PhD University Medical Center Groningen University of Groningen A. Deusinglaan 1, 9713 AV Groningen The Netherlands Тел.: +31-50-363-3127 Факс: +31-50-363-3159 Email: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. 


Библиография 

1. Edmunds, L.H. Cardiopulmonary bypass after 50 years. Editorial, N Engl J Med 2004; 351:1603-6. 
2. Taggart, D.P., el-Fiky, M., Carter, R., Bowman, A., Wheatley, D.J. Respiratory dysfunction after uncomplicated cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1993;56:1123-8. 
3. Newman, M.F., Kirchner, J.L., Phillips-Bute, B., et al. Longitudinal assessment of neurocognitive function after coronary artery bypass surgery. N Engl J Med. 2001;344:395-402. 
4. Biglioli, P., Cannata, A., Alamanni, F., et al. Biological effects of off-pump vs. on-pump coronary artery surgery: focus on inflammation, hemostasis and oxidative stress. Eur J Cardiothorac Surg 2003;24:260-9. 
5. Hickey PR, Buckley MJ, Philbin DM. Pulsatile and nonpulsatile cardiopulmonary bypass: review of a counterproductive controversy. Ann Thorac Surg. 1983;36(6):720-37. 
6. Wright G. Hemodynamic analysis could resolve the pulsatile blood flow controversy. Ann Thorac Surg 1994;58:1199-204. 
7. Hornick P, Taylor K. Pulsatile and nonpulsatile perfusion: the continuing controversy. J Cardiothorac Vasc Anesth 1997;11:310-5. 
8. ?oendar A, Eichstaedt HC, Masai T, Bigley JE, Kunselman AR. Precise quantification of pulsatility is a necessity for direct comparisons of six different pediatric heart-lung machines in a neonatal CPB model. ASAIO J 2005;51:600-3. 
9. Taylor KM, Bain WH, Davidson KG, Turner MA. Comparative clinical study of pulsatile and non-pulsatile perfusion in 350 consecutive patients. Thorax 1982;37:324-30. 
10. Boldt J, Zickmann B, Dapper F, Hempelmann G. Does the technique of cardiopulmonary bypass affect lung water content? Eur J Cardiothorac Surg 1991;5:22-6. 
11. Bregman D, Bailin M, Bowman FO Jr, et al. A pulsatile assist device (PAD) for use during cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1977; 24: 574-81. 
12. Chun-Hsiu Y, Bang-Yu C, I-Shan W. Preliminary observations on physiological effects of pulsatile cardiopulmonary bypass in animals. Trans Am Soc Artif Intern Organs 1981; 27: 480-4. 
13. Onorati F, Santarpino G, Rubino AS, Caroleo S, Dardano A, Scalas C, Gulletta E, Santangelo E, Renzulli A. Body perfusion during adult cardiopulmonary bypass is improved by pulsatile flow with intra-aortic balloon pump. Int J Artif Organs 2009;32:50-61. 
14. Gu YJ, De Kroon TL, Elstrodt JM, van Oeveren W, Boonstra PW, Rakhorst G. Augmentation of abdominal organ perfusion during cardiopulmonary bypass with a novel intra-aortic pulsatile catheter pump. Int J Artif Organs 2005;28:35-43. 
15. Bearnson GB, Olsen DB, Khanwilkar PS, Long JW, Allaire PE, Maslen EH. Pulsatile operation of a centrifugal ventricular assist device with magnetic bearings. ASAIO J 1996;42:M620-4. 
16. Kono S, Nishimura K, Yamada T, Oonishi T, Tsukiya T, Akamatsu T, Ban T. In vivo and in vitro evaluation of the pulsatile mode of a magnetically suspended centrifugal pump. ASAIO J 1997;43:M580-4. 
17. Klein M, Dauben HP, Schulte HD, Gams E. Centrifugal pumping during routine open heart surgery improves clinical outcome. Artif Organs 1998;22:326-36. 
18. Parolari A, Alamanni F, Naliato M, Spirito R, Franz?? V, Pompilio G, Agrifoglio M, Biglioli P. Adult cardiac surgery outcomes: role of the pump type. Eur J Cardiothorac Surg 2000;18:575-82. 
19. Shepard RB. Quantitative assessment of mechanical energy in pulsatile blood flow during cardiopulmonarybypass. J Thorac Cardiovasc Surg 1990;100:931-2. 
20. ?oendar A, Ji B, Lukic B, Zapanta CM, Kunselman AR, Reibson JD, Weiss WJ, Rosenberg G, Myers JL. Quantification of perfusion modes in terms of surplus hemodynamic energy levels in a simulated pediatric CPB model. ASAIO J 2006;52:712-7. 
21. Gourlay T, Gibbons M, Taylor KM. Pulsatile flow compatibility of a group of membrane oxygenators. Perfusion 1987;2:115-26. 
22. Rider AR, Ji B, Kunselman AR, Weiss WJ, Myers JL, Undar A. A performance evaluation of eight geometrically different 10 Fr pediatric arterial cannulae under pulsatile and nonpulsatile perfusion conditions in an infant cardiopulmonary bypass model. ASAIO J 2008;54:306-15.