Non-invasive målinger af nyreperfusion under hjertekirurgi

Akut nyreskade (AKI) er en desværre almindelig komplikation til hjertekirurgi, som forekommer hos op til 40 % af patienterne og resulterer i øget dødelighed, forlænget intensivafdeling og hospitalsindlæggelse. AKI efter hjertekirurgi er ikke en godartet komplikation, hvilket øger dødeligheden fra 1 % til 19 % hos dem med AKI og til 63 % hos dem, der krævede nyreudskiftningsterapi (RRT). I et andet studie havde patienter med AKI med RRT efter hjertekirurgi 39 gange så stor dødelighed som patienter uden AKI (95 % CI 32-48).[6] AKI er også blevet forbundet med øget sygelighed og et større antal patienter, der har behov for udskrivning til en udvidet plejefacilitet.

Patofysiologien af ​​AKI efter hjertekirurgi er multifaktoriel. Patienter, der gennemgår hjertekirurgi, er sandsynligvis mere modtagelige for AKI på grund af deres tendens til at være ældre patienter med flere komorbiditeter, herunder allerede eksisterende kronisk nyresygdom, hjertedysfunktion, diabetes mellitus og fremskreden alder. Hjertekirurgiske patienter udsættes også for flere nefrotoksiske midler i den perioperative periode, herunder radiokontrastfarvestoffer, der anvendes til angiografi, angiotensinkonverterende enzymhæmmere og diuretika. Hæmodynamisk ustabile patienter kan være udsat for lavt hjertevolumen og lavt systemisk blodtryk på grund af den patologiske tilstand, der bringer dem til hjerteoperationsstuen i første omgang. Lavt hjertevolumen og systemisk blodtryk kan resultere i nedsat nyreperfusion. Induktion og vedligeholdelse af anæstesi kan resultere i myokardiedepression og hæmodynamisk ustabilitet, hvilket reducerer nyreperfusionen yderligere. I de fleste tilfælde lettes hjertekirurgi af hjerte-lunge-bypass (CPB), som er processen med at placere patienten på en hjerte- og lungemaskine, der pumper, ilter og fjerner CO2 fra patientens blod for dem, mens hjertet standses. CPB-kredsløbet i sig selv er kendt for at forårsage betydelig inflammation og hæmodynamiske ændringer, der kan forårsage nyreskade, især ved længerevarende CPB-tider. Vasopressor og inotrope midler såsom vasopressin, noradrenalin, milrinon og epinephrin bruges ofte til at opretholde blodtryk og hjertevolumen. Mens nogle af disse midler kan øge det systemiske blodtryk ved at øge den systemiske vaskulære modstand, kan dette faktisk resultere i et fald i renal perfusion. Virkningen af ​​disse midler på forekomsten af ​​AKI er usikker.

Traditionelt er diagnosen AKI baseret på enten et vedvarende fald i urinproduktion eller en stigning i serumkreatinin. 2012 Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO) klassificeringen definerer AKI som en stigning i serumkreatinin med 0,3 mg/dl eller mere på 48 timer eller en stigning til mindst 1,5 gange baseline. Tre stadier af AKI defineres derefter baseret på stigende værdier af serumkreatinin eller varigheden af ​​nedsat urinproduktion.

Den største begrænsning af kreatinin og urinproduktion som markør for nyrefunktion er tidsforskydningen mellem skade og diagnose. Det tager ofte 24-36 timer efter nyreskade, før serumkreatininniveauet stiger. Perioperativ urinproduktion påvirkes af volumenstatus, anæstetika, og brugen af ​​diuretika og AKI diagnosticeres ikke, før oliguri er opstået i mindst 6-12 timer. Dette gør serumkreatinin- og urinproduktionsmålinger ufølsomme over for akutte ændringer i nyrefunktionen og relativt ubrugelige i den akutte diagnose af AKI under og efter hjertekirurgi.

For nylig er flere tidlige biomarkører blevet udviklet til at identificere patienter, der er i risiko for at udvikle AKI. To af disse biomarkører, TIMP-2 og IGFBP7, er blevet brugt til den tidlige forudsigelse af AKI hos ICU og hjertekirurgipatienter. Ikke desto mindre er "tidlig påvisning" med disse biomarkører indtil begrænset til 3-4 timer (og i nogle undersøgelser 24 timer) efter nyreskade.

En af de største begrænsninger i bestræbelserne på at reducere forekomsten af ​​AKI i hjertekirurgi er manglen på en realtidsmonitor af nyreperfusion. Som nævnt ovenfor er urinproduktion velkendt for at være en dårlig indikator for renal perfusion. Mens urinflowhastigheden kan være lineært relateret til blodtrykket, mens du er på CPB, er dette sandsynligvis relateret til et fænomen kaldet trykdiurese og er usandsynligt at være en afspejling af forbedret nyreperfusion. Renal blodgennemstrømning kan måles ved at kanyle nyrevenen gennem et centralt venekateter placeret i femoralvenen. Dette er dog en meget invasiv teknik og bruges ikke rutinemæssigt.

Som et resultat af manglen på overvågning af nyrerne i realtid under hjertekirurgi, er anæstesiologer ofte overladt til at foretage veluddannede bud på, hvilket blodtryk og hjerteoutput, der er tilstrækkelige til nyreperfusion baseret på patientens baseline blodtryk og nyrefunktion. Hos en patient med en lang historie med hypertension og/eller kronisk nyresygdom er anæstesiologens mål ofte at forsøge at opretholde et højere middelarterielt tryk (MAP) både på og uden for CPB end normalt for at "forbedre nyreperfusion". Der er meget få data, der understøtter denne praksis, især hvis vi skal bruge vasopressormidler for at nå disse højere MAP-mål, og det nøjagtige mål MAP hos disse patienter er ukendt.

Denne mangel på overvågning af nyreperfusion i realtid står i skarp kontrast til den årvågne overvågning af hjernen under hjertekirurgi. Cerebrale oxymetre, der rutinemæssigt bruges til at måle iltmætninger i hjernen, transkranielle Doppler-systemer til at måle cerebral blodgennemstrømning og EEG til at måle hjerneaktivitet. Ofte argumenteres for at bruge hjernen som et indeksorgan for tilstrækkelig perfusion til resten af ​​kroppen, men i perioder med hæmodynamisk ustabilitet bevares hjerneperfusion på bekostning af andre organer. Den nedre grænse for autoregulering af hjernen (det BP, under hvilket blodgennemstrømningen bliver afhængig af blodtrykket) menes at være et BP på 50-55 mmHg. [20, 21] Selvom det nøjagtige antal hos mennesker ikke er blevet bestemt, og tilstrækkeligt BP til nyreperfusion er meget omdiskuteret, er den nedre grænse for autoregulering for nyrerne sandsynligvis betydeligt højere end hjernen. Desaturationer i hjernen kan derfor være specifikke for dårlig perfusion til andre organer såsom nyrer og tarm, men de er sandsynligvis ikke følsomme for disse ændringer.

Tilstrækkelig renal perfusion er meget mere kompliceret end blot at måle renal blodgennemstrømning eller renal venøs iltning. Nyren har groft sagt tre anatomiske områder: nyrebarken, hvor det meste af filtreringen udføres, nyremarven, hvor urinen er aktivt koncentreret, og nyrebækkenet, hvor urinen opsamles. Cirka ¼ af vores hjertevolumen går til vores nyrer, og det meste af det gennemstrømmer cortex til filtrering. I modsætning hertil modtager medulla kun en begrænset blodforsyning. Dette kombineret med den høje metaboliske aktivitet af nyremarven resulterer i et relativt hypoxisk marvmiljø med en normal pO2 på 10-20 mmHg og meget lille iltreserve. Medullær hypoxi kan være en konsekvens af nedsat ilttilførsel eller øget iltforbrug og er en væsentlig determinant for AKI og kronisk nyresygdom. Det relativt hypoxiske miljø i nyremarven og dets rolle ved nyreskade tyder på, at globale målinger af systemisk venøs iltning gennem et centralt venekateter eller endda renal venøs iltning gennem et invasivt nyrevenekateter kan være dårlige monitorer af tilstrækkelig nyreperfusion. Den mere ideelle monitor af renal hypoxi og nyreskade ville være et mål for medullær iltning.

På grund af den fysiske nærhed af vasa recta i nyremarven med urinopsamlingskanalerne, er marvens iltspænding tættere forbundet med urinens iltspænding end renal venøs iltning. Medullær iltspænding er blevet målt invasivt i dyreforsøg og korrelerer med både nyrebækkenurin og iltning af blæreurin. Hos grise blev blære-uriniltningen vist at falde med stigende grader af hypoxæmi og blødning, og derefter genoprettes med genoplivning. Disse ændringer viste sig at fortsætte med andre globale hæmodynamiske ændringer og stigninger i basedeficit eller laktatacidose. I en fåremodel af sepsis blev både marv- og urinilten reduceret, og genopretning af systemisk blodtryk med noradrenalin reducerede yderligere iltspændingen i både nyremarven og urinen. Både medullær og bækken urin iltspænding viste sig at falde signifikant med starten af ​​CPB hos grise, gradvist stigende efter ophør af bypass, men forblive lavere end præ-CPB niveauer, hvilket tyder på, at hæmodynamikken af ​​CPB kan være en væsentlig bidragyder til udviklingen af ​​AKI i hjertekirurgi.

I 1996, Kainuma et al. anbragt en iltelektrode inde i urinkateteret på 96 patienter, der gennemgår hjerteoperation med CPB. I deres opsætning var der 20 ml deadspace mellem spidsen af ​​kateteret og oxymeteret. Prøver blev udtaget fra en stophane nær oxymeteret hver anden time til kalibrering. De fandt markante fald i urinens iltspænding hos alle patienter under CPB. Nogle patienter genvandt deres uriniltning efter CPB, men hos 34 % af patienterne fortsatte uriniltspændingen med at falde efter bypass, og disse patienter havde signifikant højere forekomst af AKI. De konkluderede, at iltovervågning i urin kan være overlegen i forhold til andre mere invasive målinger af nyreperfusion, men til dato er der ikke offentliggjort noget yderligere arbejde om iltovervågning i urin hos mennesker under hjertekirurgi.

Fiberoptisk teknologi er blevet brugt i endoskopi til påvisning af kræft. Kontinuerlige blodgasmålinger er også blevet udført hos patienter, der gennemgår kardiopulmonal bypass, ved at implantere fiberoptiske oxygenfølende prober i den indre halsvene gennem et centrallinjekateter eller i den radiale arterie gennem et radialarteriekateter. Kontinuerlige blodgasmålinger er også blevet udført hos patienter, der gennemgår kardiopulmonal bypass, ved at implantere fiberoptiske oxygenfølende prober i den indre halsvene gennem et centrallinjekateter eller i den radiale arterie gennem et radialarteriekateter.

For nylig har Evans et al anbragt en fiberoptisk oxygenfølende sonde i spidsen af ​​et urinkateter hos 35 patienter, der gennemgår hjertekirurgi med kardiopulmonal bypass. Deres undersøgelsesdesign lignede meget vores, idet de placerede en fiberoptisk iltfølende sonde i spidsen af ​​et urinkateter. Forskellen i vores design er, at vi også har skabt et gennemstrømningskammer med iltsensor i.

Jo senere, håber vi, vil korrelere tæt med det i spidsen af ​​urinkateteret, men vil være en mindre invasiv tilgang til uriniltovervågning. I vores undersøgelse planlægger vi at placere to fiberoptiske iltspændingsprober i et standard urinkateter. Den første sonde placeres i urinkateteret og føres til spidsen af ​​kateteret (dog stadig inde i kateteret og ikke i kroppen) for at måle iltspændingen i blæren. Det andet vil være et gennemstrømningskammer med en fiberoptisk oxygensensor og en urinstrømssensor indeni. Denne strømning gennem kammeret vil blive placeret mellem urinkateteret og opsamlingsslangen (se figur 1, vedhæftet under "andre dokumenter"). En envejsventil i gennemstrømningskammeret vil tillade passage af urin, men forhindre tilbagestrømning af enten urin eller luft.

Hypotesen er, at et det mindre invasive flow gennem kammer oxymeter vil give lignende målinger som den mere nærliggende fiber ved spidsen af ​​urinkateteret, at begge vil give pålidelig måling af urinens iltning, og at disse målinger vil forudsige postoperativ akut nyreskade hos hjerteopererede patienter.