Ikke-invasive målinger av nyreperfusjon under hjertekirurgi

Akutt nyreskade (AKI) er en dessverre vanlig komplikasjon ved hjertekirurgi som forekommer hos opptil 40 % av pasientene og resulterer i økt dødelighet, forlenget intensivavdeling og liggetid på sykehus. AKI etter hjertekirurgi er ikke en godartet komplikasjon, og øker dødeligheten fra 1 % til 19 % hos de med AKI og til 63 % dødeligheten hos de som trengte nyreerstatningsterapi (RRT). I en annen studie hadde pasienter med AKI med RRT etter hjertekirurgi 39 ganger dødeligheten som pasienter uten AKI (95 % KI 32-48).[6] AKI har også vært assosiert med økt sykelighet og et større antall pasienter som trenger utskrivning til et utvidet omsorgssenter.

Patofysiologien til AKI etter hjertekirurgi er multifaktoriell. Pasienter som gjennomgår hjertekirurgi er sannsynligvis mer utsatt for AKI gitt deres tendens til å være eldre pasienter med flere komorbiditeter inkludert eksisterende kronisk nyresykdom, hjertedysfunksjon, diabetes mellitus og høy alder. Pasienter med hjertekirurgi blir også utsatt for flere nefrotoksiske midler i den perioperative perioden, inkludert radiokontrastfargestoffer som brukes til angiografi, angiotensinkonverterende enzymhemmere og diuretika. Hemodynamisk ustabile pasienter kan være utsatt for lavt hjertevolum og lavt systemisk blodtrykk på grunn av den patologiske tilstanden som fører dem til hjerteoperasjonsrommet i utgangspunktet. Lavt hjertevolum og systemisk blodtrykk kan føre til redusert nyreperfusjon. Induksjon og vedlikehold av anestesi kan resultere i myokarddepresjon og hemodynamisk ustabilitet, noe som reduserer nyreperfusjon ytterligere. I de fleste tilfeller forenkles hjertekirurgi av kardiopulmonal bypass (CPB) som er prosessen med å plassere pasienten på en hjerte- og lungemaskin som pumper, oksygenerer og fjerner CO2 fra pasientens blod for dem mens hjertet stoppes. CPB-kretsen i seg selv er kjent for å forårsake betydelig betennelse og hemodynamiske endringer som kan forårsake nyreskade, spesielt med forlengede CPB-tider. Vasopressor og inotropiske midler som vasopressin, noradrenalin, milrinon og epinefrin brukes ofte for å opprettholde blodtrykk og hjertevolum. Mens noen av disse midlene kan øke systemisk blodtrykk ved å øke den systemiske vaskulære motstanden, kan dette faktisk resultere i en reduksjon i nyreperfusjon. Virkningen av disse midlene på forekomsten av AKI er usikker.

Tradisjonelt er diagnosen AKI basert på enten et vedvarende fall i urinproduksjon eller en økning i serumkreatinin. Klassifiseringen 2012 Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO) definerer AKI som en økning i serumkreatinin med 0,3 mg/dl eller mer på 48 timer eller en økning til minst 1,5 ganger baseline. Tre stadier av AKI blir deretter definert basert på økende verdier av serumkreatinin eller varigheten av redusert urinproduksjon.

Den største begrensningen av kreatinin og urinproduksjon som markør for nyrefunksjon er tidsforsinkelsen mellom skade og diagnose. Det tar ofte 24-36 timer etter nyreskade før serumkreatininnivået øker. Perioperativ urinproduksjon påvirkes av volumstatus, anestetika, og bruk av diuretika og AKI blir ikke diagnostisert før oliguri har oppstått i minst 6-12 timer. Dette gjør serumkreatinin- og urinproduksjonsmålinger ufølsomme for akutte endringer i nyrefunksjonen og relativt ubrukelige i den akutte diagnosen AKI under og etter hjertekirurgi.

Nylig har flere tidlige biomarkører blitt utviklet for å identifisere pasienter som har risiko for å utvikle AKI. To av disse biomarkørene, TIMP-2 og IGFBP7, har blitt brukt for tidlig prediksjon av AKI hos ICU og hjertekirurgipasienter. Ikke desto mindre er "tidlig deteksjon" med disse biomarkørene begrenset til 3-4 timer (og i noen studier 24 timer) etter nyreskade.

En av de største begrensningene i arbeidet med å redusere forekomsten av AKI ved hjertekirurgi er mangelen på en sanntidsmonitor av nyreperfusjon. Som nevnt ovenfor er urinproduksjon velkjent for å være en dårlig indikator på nyreperfusjon. Mens urinstrømningshastigheten kan være lineært relatert til blodtrykket mens du er på CPB, er dette sannsynligvis relatert til et fenomen som kalles trykkdiurese og er usannsynlig å være en refleksjon av forbedret nyreperfusjon. Renal blodstrøm kan måles ved å kanylere nyrevenen gjennom et sentralt venekateter plassert i femoralvenen. Dette er imidlertid en svært invasiv teknikk og brukes ikke rutinemessig.

Som et resultat av mangelen på sanntidsovervåking av nyrene under hjertekirurgi, blir anestesileger ofte overlatt til å gjøre utdannede gjetninger om hvilket blodtrykk og hjertevolum som er tilstrekkelig for nyreperfusjon basert på pasientens baseline blodtrykk og nyrefunksjon. Hos en pasient med en lang historie med hypertensjon og/eller kronisk nyresykdom er anestesilegens mål ofte å prøve å opprettholde et høyere gjennomsnittlig arterielt trykk (MAP) både på og utenfor CPB enn normalt for å "forbedre nyreperfusjonen". Det er svært lite data som støtter denne praksisen, spesielt hvis vi trenger å bruke vasopressormidler for å oppnå disse høyere MAP-målene, og den nøyaktige mål-MAP hos disse pasientene er ukjent.

Denne mangelen på sanntidsovervåking av nyreperfusjon står i sterk kontrast til den årvåkne overvåkingen av hjernen under hjertekirurgi. Cerebrale oksymetre som rutinemessig brukes til å måle oksygenmetninger i hjernen, transkranielle dopplersystemer for å måle cerebral blodstrøm og EEG for å måle hjerneaktivitet. Ofte argumenteres for å bruke hjernen som et indeksorgan for tilstrekkelig perfusjon til resten av kroppen, men i perioder med hemodynamisk ustabilitet bevares hjerneperfusjon på bekostning av andre organer. Den nedre grensen for autoregulering av hjernen (trykket under hvilket blodstrømmen blir avhengig av blodtrykket) antas å være et BP på 50-55 mmHg. [20, 21] Selv om det nøyaktige antallet hos mennesker ikke er bestemt og tilstrekkelig blodtrykk for nyreperfusjon er mye diskutert, er den nedre grensen for autoregulering for nyrene sannsynligvis betydelig høyere enn hjernen. Desaturasjoner i hjernen kan derfor være spesifikke for dårlig perfusjon til andre organer som nyre og tarm, men de er sannsynligvis ikke følsomme for disse endringene.

Tilstrekkelig renal perfusjon er mye mer komplisert enn bare å måle renal blodstrøm eller renal venøs oksygenering. Nyren har grovt sett tre anatomiske områder: nyrebarken hvor mesteparten av filtreringen gjøres, nyremargen hvor urinen er aktivt konsentrert, og nyrebekkenet hvor urinen samles opp. Omtrent ¼ av hjertevolumet vårt går til nyrene våre, og det meste av det gjennomsyrer cortex for filtrering. I motsetning til dette får medulla bare en begrenset blodtilførsel. Dette kombinert med den høye metabolske aktiviteten til nyremargen resulterer i et relativt hypoksisk medullært miljø med en normal pO2 på 10-20 mmHg og svært liten oksygenreserve. Medullær hypoksi kan være en konsekvens av redusert oksygentilførsel eller økt oksygenforbruk og er en viktig determinant for AKI og kronisk nyresykdom. Det relativt hypoksiske miljøet til nyremargen og dets rolle ved nyreskade tyder på at globale målinger av systemisk venøs oksygenering gjennom et sentralt venekateter eller til og med renal venøs oksygenering gjennom et invasivt nyrevenekateter kan være dårlige overvåkere for adekvat nyreperfusjon. Den mer ideelle monitoren av nyrehypoksi og nyreskade ville være et mål på medullær oksygenering.

På grunn av den fysiske nærheten av vasa recta i nyremargen med urinsamlingskanalene, er medullær oksygenspenning nærmere knyttet til urinær oksygenspenning enn renal venøs oksygenering. Medullær oksygenspenning har blitt målt invasivt i dyrestudier og korrelerer med både nyrebekkenurin og oksygenering av blæreurin. Hos griser ble oksygenering av urinblæren vist å avta med økende grad av hypoksemi og blødning, og deretter gjenopprettet med gjenopplivning. Disse endringene ble funnet å fortsette med andre globale hemodynamiske endringer og økninger i baseunderskudd eller laktacidose. I en sauemodell av sepsis ble både medullært og urin oksygen redusert og gjenoppretting av systemisk blodtrykk med noradrenalin reduserte oksygenspenningen ytterligere i både nyremargen og urinen. Både medullær og bekken urin oksygenspenning ble funnet å avta betydelig med utbruddet av CPB hos griser, gradvis økende etter opphør av bypass, men forbli lavere enn pre-CPB nivåer, noe som tyder på at hemodynamikken til CPB kan være en betydelig bidragsyter til utviklingen av AKI i hjertekirurgi.

I 1996, Kainuma et al. plassert en oksygenelektrode inne i urinkateteret til 96 pasienter som gjennomgikk hjertekirurgi med CPB. I oppsettet deres var det 20 ml dødrom mellom tuppen av kateteret og oksymeteret. Prøver ble tatt fra en stoppekran nær oksymeteret annenhver time for kalibrering. De fant markerte reduksjoner i urinens oksygenspenning hos alle pasienter under CPB. Noen pasienter gjenopprettet sin urinoksygenering etter CPB, men hos 34 % av pasientene fortsatte oksygenspenningen i urinen å synke etter bypass, og disse pasientene hadde signifikant høyere forekomst av AKI. De konkluderte med at oksygenovervåking i urin kan være bedre enn andre mer invasive mål for nyreperfusjon, men til dags dato har det ikke blitt publisert noe ytterligere arbeid om urinoksygenovervåking hos mennesker under hjertekirurgi.

Fiberoptisk teknologi har blitt brukt i endoskopi for kreftdeteksjon. Kontinuerlige blodgassmålinger har også blitt utført hos pasienter som gjennomgår kardiopulmonal bypass ved å implantere fiberoptiske oksygenfølende prober i den indre halsvenen gjennom et sentrallinjekateter eller i den radiale arterien gjennom et radialarteriekateter. Kontinuerlige blodgassmålinger har også blitt utført hos pasienter som gjennomgår kardiopulmonal bypass ved å implantere fiberoptiske oksygenfølende prober i den indre halsvenen gjennom et sentrallinjekateter eller i den radiale arterien gjennom et radialarteriekateter.

Nylig har Evans et al plassert en fiberoptisk oksygenfølende sonde i tuppen av et urinkateter hos 35 pasienter som gjennomgår hjertekirurgi med kardiopulmonal bypass. Studiedesignet deres var veldig likt vårt ved at de plasserte en fiberoptisk oksygenfølende sonde i tuppen av et urinkateter. Forskjellen i designet vårt er at vi har laget et gjennomstrømningskammer med oksygensensor i den også.

Jo senere, håper vi vil korrelere tett med det i tuppen av urinkateteret, men vil være en mindre invasiv tilnærming til urin oksygenovervåking. I vår studie planlegger vi å plassere to fiberoptiske oksygenspenningsprober i et standard urinkateter. Den første sonden plasseres inne i urinkateteret og tres til tuppen av kateteret (men fortsatt inne i kateteret og ikke i kroppen) for å måle oksygenspenning i urinblæren. Den andre vil være et strømningskammer med en fiberoptisk oksygensensor og urinstrømningssensor inne i den. Denne strømningen gjennom kammeret vil bli plassert mellom urinkateteret og oppsamlingsslangen (se figur 1, vedlagt under "andre dokumenter"). En enveisventil i strømningskammeret vil tillate passasje av urin, men forhindre tilbakestrømning av enten urin eller luft.

Hypotesen er at det mindre invasive oksymeteret for strømning gjennom kammeret vil gi tilsvarende målinger som den mer nærliggende fiberen ved tuppen av urinkateteret, at begge vil gi pålitelig måling av urinoksygenering, og at disse målingene vil forutsi postoperativ akutt. nyreskade hos pasienter med hjertekirurgi.