Nieinwazyjne pomiary perfuzji nerek podczas operacji kardiochirurgicznych

Ostre uszkodzenie nerek (AKI) jest niestety częstym powikłaniem operacji kardiochirurgicznych, które występuje nawet u 40% pacjentów i skutkuje zwiększoną śmiertelnością, wydłużeniem czasu pobytu na OIT i hospitalizacji. AKI po operacji kardiochirurgicznej nie jest łagodnym powikłaniem, zwiększając śmiertelność z 1% do 19% u osób z AKI i do 63% u osób wymagających terapii nerkozastępczej (RRT). W innym badaniu pacjenci z AKI z RRT po operacji kardiochirurgicznej mieli 39 razy większą śmiertelność niż pacjenci bez AKI (95% CI 32-48).[6] AKI wiąże się również ze zwiększoną chorobowością i większą liczbą pacjentów wymagających wypisu do placówki opieki rozszerzonej.

Patofizjologia AKI po operacjach kardiochirurgicznych jest wieloczynnikowa. Pacjenci poddawani operacjom kardiochirurgicznym są prawdopodobnie bardziej podatni na AKI, biorąc pod uwagę ich tendencję do bycia starszymi pacjentami z wieloma chorobami współistniejącymi, w tym istniejącą wcześniej przewlekłą chorobą nerek, dysfunkcją serca, cukrzycą i zaawansowanym wiekiem. Pacjenci kardiochirurgiczni są również narażeni w okresie okołooperacyjnym na wiele czynników nefrotoksycznych, w tym barwniki kontrastowe stosowane w angiografii, inhibitory konwertazy angiotensyny i leki moczopędne. Pacjenci niestabilni hemodynamicznie mogą być narażeni na niski rzut serca i niskie ciśnienie krwi z powodu stanu patologicznego, który w pierwszej kolejności sprowadza ich na kardiologiczną salę operacyjną. Niski rzut serca i ogólnoustrojowe ciśnienie krwi mogą powodować zmniejszenie perfuzji nerek. Wprowadzenie i podtrzymanie znieczulenia może spowodować depresję mięśnia sercowego i niestabilność hemodynamiczną, co jeszcze bardziej zmniejsza perfuzję nerkową. W większości przypadków operacja kardiochirurgiczna jest ułatwiona dzięki krążeniu pozaustrojowemu (CPB), które polega na umieszczeniu pacjenta na aparacie serca i płuc, który pompuje, dotlenia i usuwa CO2 z krwi pacjenta, podczas gdy serce jest zatrzymane. Wiadomo, że sam obwód CPB powoduje znaczne stany zapalne i zmiany hemodynamiczne, które mogą powodować uszkodzenie nerek, zwłaszcza przy dłuższych czasach CPB. Środki wazopresyjne i inotropowe, takie jak wazopresyna, norepinefryna, milrinon i epinefryna, są często stosowane w celu utrzymania ciśnienia krwi i pojemności minutowej serca. Chociaż niektóre z tych środków mogą zwiększać ogólnoustrojowe ciśnienie krwi poprzez zwiększanie ogólnoustrojowego oporu naczyniowego, może to w rzeczywistości powodować zmniejszenie perfuzji nerek. Wpływ tych czynników na częstość występowania AKI jest niepewny.

Tradycyjnie rozpoznanie AKI opiera się na utrzymującym się spadku ilości wydalanego moczu lub na zwiększeniu stężenia kreatyniny w surowicy. Klasyfikacja 2012 Kidney Disease Improving Global Outcomes (KDIGO) definiuje AKI jako wzrost stężenia kreatyniny w surowicy o 0,3 mg/dl lub więcej w ciągu 48 godzin lub wzrost do co najmniej 1,5-krotności wartości wyjściowej. Następnie określa się trzy etapy AKI na podstawie wzrastających wartości kreatyniny w surowicy lub czasu trwania zmniejszonego wydalania moczu.

Głównym ograniczeniem wydalania kreatyniny i moczu jako markera czynności nerek jest opóźnienie między urazem a diagnozą. Często potrzeba 24-36 godzin od uszkodzenia nerek, aby poziom kreatyniny w surowicy wzrósł. Okołooperacyjne wydalanie moczu zależy od objętości, leków znieczulających, stosowania diuretyków i AKI nie jest diagnozowane, dopóki skąpomocz nie wystąpi przez co najmniej 6-12 godzin. To sprawia, że ​​pomiary stężenia kreatyniny w surowicy i wydalania moczu są niewrażliwe na nagłe zmiany czynności nerek i stosunkowo bezużyteczne w ostrym rozpoznaniu AKI podczas i po operacji kardiochirurgicznej.

Niedawno opracowano kilka wczesnych biomarkerów do identyfikacji pacjentów, u których występuje ryzyko rozwoju AKI. Dwa z tych biomarkerów, TIMP-2 i IGFBP7, zostały wykorzystane do wczesnego przewidywania AKI u pacjentów na oddziałach intensywnej terapii i kardiochirurgii. Niemniej jednak „wczesne wykrywanie” za pomocą tych biomarkerów jest ograniczone do 3-4 godzin (w niektórych badaniach do 24 godzin) po uszkodzeniu nerek.

Jednym z głównych ograniczeń wysiłków zmierzających do zmniejszenia częstości występowania AKI w kardiochirurgii jest brak możliwości monitorowania perfuzji nerek w czasie rzeczywistym. Jak wspomniano powyżej, wydalanie moczu jest dobrze znanym wskaźnikiem perfuzji nerkowej. Chociaż szybkość przepływu moczu może być liniowo związana z ciśnieniem krwi podczas stosowania CPB, jest to prawdopodobnie związane ze zjawiskiem zwanym diurezą ciśnieniową i jest mało prawdopodobne, aby odzwierciedlało poprawę perfuzji nerek. Przepływ krwi przez nerki można zmierzyć poprzez kaniulację żyły nerkowej przez centralny cewnik żylny umieszczony w żyle udowej. Jest to jednak technika wysoce inwazyjna i nie jest stosowana rutynowo.

W wyniku braku monitorowania nerek w czasie rzeczywistym podczas operacji kardiochirurgicznych, anestezjolodzy często muszą zgadywać, jakie ciśnienie krwi i pojemność minutowa serca są odpowiednie do perfuzji nerek na podstawie wyjściowego ciśnienia krwi i czynności nerek pacjenta. U pacjenta z długoletnim nadciśnieniem tętniczym i/lub przewlekłą chorobą nerek celem anestezjologa jest często próba utrzymania wyższego średniego ciśnienia tętniczego (MAP) zarówno podczas CPB, jak i poza nim, niż normalnie, w celu „poprawy perfuzji nerek”. Jest bardzo mało danych potwierdzających tę praktykę, zwłaszcza jeśli musimy zastosować środki wazopresyjne, aby osiągnąć te wyższe cele MAP, a dokładny docelowy MAP u tych pacjentów jest nieznany.

Ten brak monitorowania perfuzji nerek w czasie rzeczywistym stanowi wyraźny kontrast z czujnym monitorowaniem mózgu podczas operacji kardiochirurgicznych. Pulsoksymetry mózgowe, które są rutynowo używane do pomiaru nasycenia tlenem mózgu, przezczaszkowe systemy dopplerowskie do pomiaru mózgowego przepływu krwi oraz EEG do pomiaru aktywności mózgu. Często wysuwa się argument za wykorzystywaniem mózgu jako narządu wskazującego odpowiednią perfuzję reszty ciała, ale w okresach niestabilności hemodynamicznej perfuzja mózgu jest zachowana kosztem innych narządów. Uważa się, że dolna granica autoregulacji mózgu (ciśnienie tętnicze, poniżej którego przepływ krwi staje się zależny od ciśnienia krwi) wynosi 50-55 mmHg. [20, 21] Chociaż dokładna liczba u ludzi nie została określona, ​​a odpowiednie BP dla perfuzji nerek jest szeroko dyskutowane, dolna granica autoregulacji dla nerek jest prawdopodobnie znacznie wyższa niż dla mózgu. Dlatego desaturacja mózgu może być specyficzna dla słabej perfuzji innych narządów, takich jak nerki i jelita, ale prawdopodobnie nie jest wrażliwa na te zmiany.

Odpowiednia perfuzja nerkowa jest znacznie bardziej skomplikowana niż zwykły pomiar przepływu krwi przez nerki lub utlenowania żylnego nerek. Zasadniczo nerka ma trzy obszary anatomiczne: korę nerkową, w której odbywa się większość filtracji, rdzeń nerki, w którym mocz jest aktywnie zagęszczany, oraz miedniczkę nerkową, w której zbiera się mocz. Około ¼ pojemności minutowej naszego serca trafia do naszych nerek, a większość z nich perfunduje korę w celu filtracji. W przeciwieństwie do rdzenia otrzymuje tylko ograniczony dopływ krwi. To w połączeniu z wysoką aktywnością metaboliczną rdzenia nerki skutkuje stosunkowo niedotlenionym środowiskiem rdzenia z normalnym pO2 wynoszącym 10-20 mmHg i bardzo małą rezerwą tlenu. Niedotlenienie rdzenia kręgowego może być konsekwencją zmniejszonego dostarczania tlenu lub zwiększonego zużycia tlenu i jest głównym wyznacznikiem AKI i przewlekłej choroby nerek. Względnie niedotlenione środowisko rdzenia nerki i jego rola w uszkodzeniu nerek sugerują, że globalne pomiary utlenowania żyły ogólnoustrojowej przez cewnik do żyły centralnej lub nawet utlenowania żylnego nerki przez inwazyjny cewnik do żyły nerkowej mogą być słabymi monitorami odpowiedniej perfuzji nerek. Bardziej idealnym monitorem niedotlenienia nerek i uszkodzenia nerek byłby pomiar utlenowania rdzenia kręgowego.

Ze względu na fizyczne sąsiedztwo vasa recta w rdzeniu nerki z przewodami zbiorczymi moczowymi, ciśnienie tlenu w rdzeniu kręgowym jest ściślej związane z ciśnieniem tlenu w moczu niż utlenowanie żył nerkowych. Ciśnienie tlenu w rdzeniu kręgowym mierzono inwazyjnie w badaniach na zwierzętach i koreluje zarówno z moczem z miedniczki nerkowej, jak iz natlenieniem moczu z pęcherza moczowego. U świń wykazano, że utlenowanie moczu w pęcherzu zmniejsza się wraz ze wzrostem stopnia hipoksemii i krwotoku, a następnie zostaje przywrócone po resuscytacji. Stwierdzono, że zmiany te poprzedzają inne globalne zmiany hemodynamiczne i wzrost deficytu zasad lub kwasicy mleczanowej. W owczym modelu posocznicy poziom tlenu zarówno w rdzeniu nerki, jak iw moczu był zmniejszony, a przywrócenie ogólnoustrojowego ciśnienia krwi za pomocą noradrenaliny dodatkowo obniżyło ciśnienie tlenu zarówno w rdzeniu nerki, jak iw moczu. Stwierdzono, że zarówno ciśnienie tlenu w rdzeniu kręgowym, jak i miednicy znacznie spada wraz z początkiem CPB u świń, stopniowo wzrastając po zaprzestaniu stosowania bypassu, ale pozostając niższym niż poziomy przed CPB, co sugeruje, że hemodynamika CPB może być znaczącym czynnikiem przyczyniającym się do rozwoju AKI w kardiochirurgii.

W 1996 Kainuma i in. umieścili elektrodę tlenową wewnątrz cewnika moczowego 96 pacjentów poddawanych kardiochirurgii z CPB. W ich ustawieniu między końcówką cewnika a oksymetrem znajdowało się 20 ml martwej przestrzeni. Próbki pobierano z kurka odcinającego w pobliżu oksymetru co dwie godziny w celu kalibracji. Stwierdzili wyraźne spadki ciśnienia tlenu w moczu u wszystkich pacjentów podczas CPB. Niektórzy pacjenci odzyskali utlenowanie moczu po CPB, ale u 34% pacjentów ciśnienie tlenu w moczu nadal spadało po wykonaniu bajpasu i u tych pacjentów częstość występowania AKI była znacznie większa. Doszli do wniosku, że monitorowanie tlenu w moczu może być lepsze od innych, bardziej inwazyjnych metod pomiaru perfuzji nerek, ale do tej pory nie opublikowano dalszych prac dotyczących monitorowania tlenu w moczu u ludzi podczas operacji kardiochirurgicznych

Technologia światłowodowa została wykorzystana w endoskopii do wykrywania raka. Ciągłe pomiary gazometrii krwi wykonywano również u pacjentów poddawanych krążeniu pozaustrojowemu poprzez wszczepienie światłowodowych sond wykrywających tlen do żyły szyjnej wewnętrznej przez cewnik wprowadzany centralnie lub do tętnicy promieniowej przez cewnik do tętnicy promieniowej. Ciągłe pomiary gazometrii krwi wykonywano również u pacjentów poddawanych krążeniu pozaustrojowemu poprzez wszczepienie światłowodowych sond wykrywających tlen do żyły szyjnej wewnętrznej przez cewnik wprowadzany centralnie lub do tętnicy promieniowej przez cewnik do tętnicy promieniowej.

Niedawno Evans i wsp. umieścili światłowodową sondę wykrywającą tlen w końcówce cewnika moczowego u 35 pacjentów poddawanych kardiochirurgii z krążeniem pozaustrojowym. Ich projekt badania był bardzo podobny do naszego, ponieważ umieścili światłowodową sondę wykrywającą tlen w końcówce cewnika moczowego. Różnica w naszym projekcie polega na tym, że stworzyliśmy również komorę przepływową z czujnikiem tlenu.

Mamy nadzieję, że późniejszy będzie ściśle skorelowany z tym w końcówce cewnika moczowego, ale będzie mniej inwazyjnym podejściem do monitorowania tlenu w moczu. W naszym badaniu planujemy umieścić dwie światłowodowe sondy ciśnienia tlenu w standardowym cewniku moczowym. Pierwsza sonda zostanie umieszczona w cewniku moczowym i nakręcona na końcówkę cewnika (chociaż nadal znajduje się w cewniku, a nie w ciele) w celu pomiaru prężności tlenu w moczu pęcherza moczowego. Drugim będzie komora przepływowa z umieszczonym w niej światłowodowym czujnikiem tlenu i czujnikiem natężenia przepływu moczu. Ta komora przepływowa zostanie umieszczona między cewnikiem moczowym a przewodem zbiorczym (patrz rysunek 1, załączony w części „inne dokumenty”). Zawór jednokierunkowy w komorze przepływowej umożliwi przepływ moczu, ale zapobiegnie cofaniu się moczu lub powietrza.

Hipoteza jest taka, że ​​mniej inwazyjny pulsoksymetr komorowy zapewni podobne pomiary jak włókno umieszczone bliżej końca cewnika moczowego, że oba zapewnią wiarygodny pomiar utlenowania moczu i że te pomiary pozwolą przewidzieć pooperacyjną ostrą uszkodzenie nerek u pacjentów po operacjach kardiochirurgicznych.