心臓手術中の腎灌流の非侵襲的測定

急性腎障害 (AKI) は、心臓手術の残念ながら一般的な合併症であり、最大 40% の患者に発生し、死亡率の増加、ICU の長期化、入院期間の延長をもたらします。 心臓手術後の AKI は良性の合併症ではなく、AKI 患者の死亡率は 1% から 19% に増加し、腎代替療法 (RRT) を必要とした患者の死亡率は 63% に増加します。 別の研究では、心臓手術後に RRT を伴う AKI 患者の死亡率は、AKI を伴わない患者の 39 倍でした (95% CI 32-48)。 [6] AKI は、罹患率の増加や、長期療養施設への退院を必要とする患者数の増加とも関連しています。

心臓手術後の AKI の病態生理は多因子性です。 心臓手術を受ける患者は、既存の慢性腎臓病、心機能障害、真性糖尿病、および高齢を含む複数の併存疾患を有する高齢患者である傾向があることを考えると、AKI の影響を受けやすい可能性があります。 心臓手術患者はまた、血管造影に使用される放射線造影剤、アンギオテンシン変換酵素阻害剤、利尿剤など、周術期に複数の腎毒性物質にさらされます。 血行動態が不安定な患者は、最初に心臓手術室に運ばれる病理学的状態のために、心拍出量と全身血圧が低下する可能性があります。 心拍出量と全身血圧が低いと、腎灌流が低下する可能性があります。 麻酔の導入と維持は、心筋の抑制と血行動態の不安定性を引き起こし、腎灌流をさらに低下させる可能性があります。 ほとんどの場合、心臓手術は心肺バイパス (CPB) によって促進されます。これは、心臓が停止している間に、患者の血液からポンプで送り出し、酸素を供給し、CO2 を除去する人工心肺装置に患者を配置するプロセスです。 CPB回路自体は、特に長時間のCPB時間で腎障害を引き起こす可能性のある重大な炎症と血行動態の変化を引き起こすことが知られています。 バソプレシン、ノルエピネフリン、ミルリノン、エピネフリンなどの昇圧剤および強心剤は、血圧と心拍出量を維持するためによく使用されます。 これらの薬剤のいくつかは、全身の血管抵抗を増加させることによって全身の血圧を上昇させる可能性がありますが、これは実際には腎灌流の減少をもたらす可能性があります。 これらの薬剤が AKI の発生率に及ぼす影響は不明です。

従来、AKI の診断は、尿量の持続的な低下または血清クレアチニンの上昇のいずれかに基づいています。 2012 年の Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO) 分類では、AKI を 48 時間で 0.3 mg/dl 以上の血清クレアチニンの上昇、またはベースラインの 1.5 倍以上の上昇と定義しています。 次に、血清クレアチニン値の増加または尿量減少の持続時間に基づいて、AKI の 3 つの段階が定義されます。

腎機能のマーカーとしてのクレアチニンと尿量の主な制限は、損傷と診断の間のタイムラグです。 腎障害後、血清クレアチニン値が上昇するまでには、24 ～ 36 時間かかることがよくあります。 周術期の尿量は、量の状態、麻酔薬、および利尿薬の使用によって影響を受けます。AKI は、少なくとも 6 ～ 12 時間の乏尿が発生するまで診断されません。 これにより、血清クレアチニンと尿量の測定値は、腎機能の急激な変化の影響を受けにくくなり、心臓手術中および心臓手術後の AKI の急性診断には比較的役に立たなくなります。

最近では、AKI を発症するリスクのある患者を特定するために、いくつかの早期バイオマーカーが開発されました。 これらのバイオマーカーのうち 2 つである TIMP-2 と IGFBP7 は、ICU および心臓手術患者の AKI の早期予測に使用されています。 それにもかかわらず、これらのバイオマーカーによる「早期発見」は、腎損傷後 3 ～ 4 時間 (一部の研究では 24 時間) までに制限されています。

心臓手術における AKI の発生率を減らす努力の主な制限の 1 つは、腎灌流のリアルタイム モニターがないことです。 前述のように、尿量は腎灌流の悪い指標であることがよく知られています。 尿流量は CPB 中の血圧に直線的に関連している可能性がありますが、これは圧利尿と呼ばれる現象に関連している可能性が高く、腎灌流の改善を反映している可能性は低いです。 腎血流量は、大腿静脈に配置された中心静脈カテーテルを通して腎静脈にカニューレを挿入することによって測定できます。 ただし、これは非常に侵襲的な手法であり、日常的には使用されません。

心臓手術中の腎臓のリアルタイムモニタリングの欠如の結果として、麻酔科医は、患者のベースライン血圧と腎機能に基づいて、腎灌流に適切な血圧と心拍出量について、知識に基づいた推測をしなければならないことがよくあります. 高血圧および/または慢性腎臓病の長い病歴を持つ患者では、麻酔科医の目標は、「腎灌流を改善する」ために、CPB のオンとオフの両方で通常よりも高い平均動脈圧 (MAP) を維持しようとすることがよくあります。 特に、これらのより高い MAP 目標を達成するために昇圧剤を使用する必要があり、これらの患者の正確なターゲット MAP が不明な場合、この実践をサポートするデータはほとんどありません。

この腎灌流のリアルタイム監視の欠如は、心臓手術中の脳の用心深い監視とはまったく対照的です。 脳酸素飽和度を測定するために日常的に使用される脳酸素計、脳血流を測定する経頭蓋ドップラーシステム、および脳活動を測定するEEG。 多くの場合、体の残りの部分への適切な灌流のために脳を指標器官として使用するという議論がなされますが、血行動態が不安定な期間中、脳の灌流は他の器官を犠牲にして維持されます. 脳の自動調節の下限（それを下回ると血流が血圧に依存するようになる血圧）は、50 ～ 55 mmHg の血圧であると考えられています。 [20、21] ヒトの正確な数値は決定されておらず、腎臓灌流に適した血圧については広く議論されていますが、腎臓の自己調節の下限はおそらく脳よりもかなり高いでしょう。 したがって、脳の飽和度の低下は、腎臓や腸などの他の臓器への灌流不良に固有のものである可能性がありますが、これらの変化には敏感ではない可能性があります.

適切な腎灌流は、単に腎血流や腎静脈酸素化を測定するよりもはるかに複雑です。 全体として、腎臓には 3 つの解剖学的領域があります。大部分のろ過が行われる腎皮質、尿が活発に濃縮される腎髄質、尿が収集される腎盂です。 私たちの心拍出量の約 ¼ は腎臓に行き、そのほとんどは濾過のために皮質を灌流します。 対照的に、延髄は限られた血液供給しか受けません。 これは、腎髄質の高い代謝活動と相まって、正常な pO2 が 10 ～ 20 mmHg で、酸素の予備がほとんどない、比較的低酸素の髄質環境をもたらします。 髄質低酸素症は、酸素供給の減少または酸素消費の増加の結果である可能性があり、AKI および慢性腎臓病の主要な決定要因です。 腎髄質の比較的低酸素環境と腎損傷におけるその役割は、中心静脈カテーテルを介した全身静脈酸素化または侵襲的腎静脈カテーテルを介した腎静脈酸素化の全体的な測定でさえ、適切な腎灌流の不十分なモニターである可能性があることを示唆しています. 腎低酸素症と腎障害のより理想的なモニターは、髄質の酸素化の測定です。

腎髄質の血管直腸が尿集合管と物理的に近接しているため、髄質酸素圧は、腎静脈酸素化よりも尿中酸素圧と密接に関連しています。 延髄の酸素分圧は、動物実験で侵襲的に測定されており、腎盂尿と膀胱尿の酸素化の両方と相関しています。 ブタでは、低酸素血症と出血の程度が増すにつれて膀胱の尿酸素化が減少し、その後蘇生によって回復することが示されました。 これらの変化は、他の全体的な血行動態の変化および塩基欠損または乳酸アシドーシスの増加を進行させることがわかった。 ヒツジの敗血症モデルでは、髄質酸素と尿中酸素の両方が減少し、ノルエピネフリンによる全身血圧の回復により、腎髄質と尿の両方の酸素分圧がさらに低下しました。 髄質と骨盤の両方の尿中酸素分圧は、ブタの CPB の発症とともに大幅に低下することが判明し、バイパスの停止後は徐々に増加しますが、CPB の血行動態が AKI の発症に大きく寄与している可能性があることを示唆し、CPB 前のレベルよりも低いままです。心臓外科で。

1996 年に貝沼ら。 CPB で心臓手術を受けている 96 人の患者の尿道カテーテル内に酸素電極を配置しました。 彼らのセットアップでは、カテーテルの先端とオキシメータの間に 20 ml のデッドスペースがありました。 サンプルは、校正のために 2 時間ごとに酸素計の近くの活栓から採取されました。 彼らは、CPB 中のすべての患者で尿酸素圧が著しく低下することを発見しました。 一部の患者は CPB 後に尿酸素化を回復しましたが、34% の患者ではバイパス後も尿中酸素圧が低下し続け、これらの患者は AKI の発生率が有意に高くなりました。 彼らは、尿中酸素モニタリングは、腎灌流の他のより侵襲的な測定よりも優れている可能性があると結論付けましたが、今日まで、心臓手術中のヒトの尿中酸素モニタリングに関する研究は発表されていません。

光ファイバー技術は、がん検出のための内視鏡検査で使用されています。 中心線カテーテルを介して内頸静脈に、または橈骨動脈カテーテルを介して橈骨動脈に光ファイバー酸素感知プローブを埋め込むことにより、心肺バイパスを受けている患者で連続血液ガス測定も実施されています。 中心線カテーテルを介して内頸静脈に、または橈骨動脈カテーテルを介して橈骨動脈に光ファイバー酸素感知プローブを埋め込むことにより、心肺バイパスを受けている患者で連続血液ガス測定も実施されています。

最近では、Evans らは、心肺バイパスによる心臓手術を受けている 35 人の患者の尿道カテーテルの先端に光ファイバー酸素感知プローブを配置しました。 彼らの研究デザインは、尿道カテーテルの先端に光ファイバー酸素感知プローブを配置したという点で、私たちのものと非常に似ていました。 私たちの設計の違いは、酸素センサーを備えたフロースルーチャンバーを作成したことです。

後者は、尿道カテーテルの先端のそれと密接に相関することを願っていますが、尿酸素モニタリングへの侵襲性の低いアプローチになるでしょう. 私たちの研究では、標準的な尿道カテーテルに 2 つの光ファイバー酸素圧プローブを配置する予定です。 最初のプローブは尿道カテーテル内に配置され、膀胱尿酸素圧を測定するためにカテーテルの先端に通されます (まだカテーテル内であり、体内ではありません)。 2 つ目は、光ファイバー酸素センサーと尿流量センサーを内蔵したフロースルー チャンバーです。 このフロー スルー チャンバーは、尿道カテーテルと収集チューブの間に配置されます (「その他のドキュメント」に添付されている図 1 を参照)。 フロースルーチャンバーの一方向弁は、尿の通過を可能にしますが、尿または空気の逆流を防ぎます。

仮説は、チャンバーオキシメータを介した侵襲性の低い流れが、尿道カテーテルの先端にあるより近接して配置されたファイバーと同様の測定値を提供し、両方が尿の酸素化の信頼できる測定値を提供し、これらの測定値が術後の急性症状を予測するというものです。心臓手術患者の腎障害。