© Borgis - Anestezjologia Intensywna Terapia 2/2002, s. 81-85
Marcin Wąsowicz 1,2, Rafał Drwiła 1,2, Paweł Sobczyński3, Wiesława Biczysko4, Piotr Przybyłowski5, Janusz Andres1, Antoni Dziatkowiak5
Czy obecność surfaktantu płucnego w krążeniu może być wykładnikiem uszkodzenia płuc podczas zabiegów kardiochirurgicznych z użyciem krążenia pozaustrojowego? Studium morfologiczne*
Can the presence of surfactant in pulmonary circulation be regarded as a marker of lung injury during cardiopulmonary bypass? Morphological study
1 Katedra Anestezjologii i Intensywnej Terapii; kierownik: prof. dr hab. J. Andres – CM UJ w Krakowie; 2 Krakowski Szpital Specjalistyczny im. Jana Pawła II, dyrektor: doc. dr hab. J. Sadowski – CM UJ w Krakowie 3 Instytut Anestezjologii i Intensywnej Terapii; kierownik: prof. dr hab. R. Szulc – AM w Poznaniu 4 Katedra Patomorfologii Klinicznej; kierownik: prof. dr hab. W. Salwa-Żurawska – AM w Poznaniu 5 Klinika Chirurgii Serca i Naczyń; kierownik: prof. dr hab. A. Dziatkowiak – CM UJ w Krakowie;
Streszczenie
Celem pracy było wykonanie badań morfologicznych wycinków tkanki płucnej pobranych po zakończeniu CPB, ocena stanu bariery powietrze-krew, jej uszkodzenia i ewentualne znalezienie substancji, która mogłaby stanowić swoisty wskaźnik uszkodzenia układu oddechowego podczas zabiegów pomostowania aortalno-wieńcowego. Studium obejmowało 50 pacjentów w wieku 45-72 lat poddanych w trybie planowym zabiegowi pomostowania aortalno-wieńcowego z użyciem CPB i uzyskało akceptację Komisji Etycznej ds. Badań Naukowych. Metody anestezji, procedury chirurgiczne oraz związane z CPB były podobne we wszystkich przypadkach. 10 min. po zakończeniu CPB pobierano 2 lub 3 wycinki tkanki płucnej z płuca lewego. U 5 chorych wykonano biopsję przed CPB i próbki te stanowiły grupę kontrolną. Obserwacje wycinków pobranych przed CPB nie wykazały cech ostrego uszkodzenia terminalnej części układu oddechowego. Wyniki obserwacji skrawków pobranych po CPB były podobne we wszystkich 50 przypadkach i wykazały znaczne uszkodzenie elementów bariery powietrze-krew. Obrzęknięte były zarówno komórki nabłonka oddechowego jak i śródbłonka, w wielu pęcherzykach błony podstawne barier pęcherzykowo-włośniczkowych pozbawione były wyściółki komórkowej od strony światła pęcherzyków. Liczne pęcherzyki płucne były wypełnione płynem obrzękowym, a w ich świetle obserwowano nagromadzenie makrofagów pęcherzykowych. W świetle włośniczek pęcherzykowych i w świetle pęcherzyków płucnych nagromadzone były granulocyty obojętnochłonne. W pęcherzykach płucnych wypełnionych płynem obrzękowym surfaktant płucny nie ulegał rozpostarciu na powierzchni nabłonka oddechowego. W wielu włośniczkach pęcherzykowych obecne były struktury surfaktantu; obserwowano je także we wszystkich elementach tworzących bariery pęcherzykowo-włośniczkowe. Wyniki pracy dowiodły, iż zabiegi pomostowania aortalno-wieńcowego z użyciem CPB prowadzą do strukturalnego uszkodzenia bariery powietrze-krew; ponadto wykazano, iż podczas zabiegów z użyciem CPB surfaktant płucny przechodzi do naczyń krwionośnych. Ponieważ obecność surfaktantu we włośniczkach pęcherzykowych nie jest zjawiskiem fizjologicznym wyniki pracy pozwalają sugerować, że jego obecność w krążeniu może być w sposób specyficzny i swoisty wykładnikiem stopnia uszkodzenia bariery powietrze-krew podczas zabiegów z użyciem CPB.
Summary
The aim of the study was to assess morphologically lung tissue, sampled in vivo after CPB discontinuation. We have also tried to find a specific marker of lung injury resulted from CPB. After approval of the local ethical committee we enrolled 50 patients, aged 45-72, scheduled for coronary arteries bypass grafting. Anesthesia, surgical protocol and methods of extracorporeal circulation were the same in all cases. 10 minutes after termination of CPB, 2-3 microbioptates were taken from the left lung of each patient. 5 microbioptates, sampled before CPB, served as a control. Specimens taken before CPB revealed no lung injury. Samples obtained after CPB termination showed morphological signs of injury in the terminal part of the respiratory tract. Type I pneumocytes as well as endothelial cells were swollen, in many alveoli basement membranes of air-blood barriers were „denuded” (lacking cellular component). Many lung alveoli were filled with edema fluid and contained activated macrophages and extravasated erythrocytes. Neutrophils were accumulated in the lumina of alveoli as well as in alveolar capillaries. In the edematous alveoli pulmonary surfactant was not present on the epithelial surface. Additionally pulmonary surfactant was present within the alveolar capillaries and surrounding structures. We proved that coronary artery bypass grafting has caused structural damage to the terminal part of the lung. Moreover, pulmonary surfactant has entered blood vessels. Therefore, since surfactant does not enter circulation under normal condition, we suggest that measurement of surfactant concentration in plasma could serve as a specific marker of lung injury.
W 1977 r. Penncock stwierdził, iż problemy płucne są najpoważniejszą przyczyną powikłań po operacjach z użyciem krążenia pozaustrojowego (CPB) [1]. Wprawdzie to stwierdzenie dawno straciło na aktualności, niemniej jednak CPB nadal ma istotny wpływ na zaburzenia funkcjonowania układu oddecho- wego po zabiegach kardiochirurgicznych. Poważne zaburzenia funkcji płuc w postaci ostrego zespołu zaburzeń oddychania (ARDS) zdarzają się rzadko [2], bowiem częstość ich występowania nie sięga 2%, jednakże lżejsze postaci zaburzeń funkcji układu oddechowego po zabiegach na otwartym sercu przekraczają 10% [3]. Pierwsze prace opisujące dysfunkcję płuc związaną z użyciem CPB pojawiły się 40 lat temu i nadal wiele badań skupia się na patofizjologii i klinice uszkodzenia płuc w wyniku zastosowania tej metody pozaustrojowego utlenowania krwi pacjenta [4]. Pomimo to nadal niezrozumiałe są pewne mechanizmy prowadzące do rozwinięcia tzw. zespołu poperfuzyjnego (post pump syndrome) ani czynniki, które decydują o przełamaniu mechanizmów obronnych ustroju i rozwinięciu się systemowej reakcji zapalnej. Brak jest także swoistych narządowo wykładników uszkodzenia pope- rfuzyjnego.
W naszym wstępnym doniesieniu wykazano, iż podczas rutynowych zabiegów pomostowania aortalno-wieńcowego z użyciem CPB dochodzi do strukturalnego uszkodzenia części płuca odpowiedzialnej za wymianę gazową tj. pęcherzyków płucnych [5]. Celem obecnej pracy jest ocena morfologiczna bariery powietrze-krew podczas zabiegów kardiochirurgicznych z użyciem CPB oraz próba znalezienia wskaźnika uszkodzenia specyficznego dla układu oddechowego.
DOBÓR CHORYCH I METODY
Po uzyskaniu zgody Komisji etycznej do badań zakwalifikowano 50 pacjentów poddanych zabiegom pomostowania aortalno-wieńcowego w trybie planowym. Kryteria wykluczenia z badań stanowiły: brak zgody pacjenta, istniejące choroby płuc, zaburzenia krzepnięcia, współistniejące choroby nerek lub wątroby. Nie byli kwalifikowani do badania także chorzy, u których stwierdzono po indukcji cechy podwyższonego ciśnienia w krążeniu płucnym [ciśnienie zaklinowania powyżej 18 mm Hg (2,4 kPa)].
Metoda anestezji była podobna we wszystkich przypadkach. W premedykacji stosowano morfinę – 0,1 mg kg-1 i atropinę – 0,05 mg kg-1. Po indukcji etomidatem – 0,2 mg kg-1, fentanylem – 15 mcg kg-1 i pankuronium podtrzymywano anestezję dożylnym wlewem propofolu; pankuronium podawano w dawkach frakcjonowanych. Przed podłączeniem krążenia pozaustrojowego i po jego zatrzymaniu płuca wentylowano mieszaniną tlenu i powietrza w stosunku 1: 1 przy TV 8 ml kg-1 m. c. i szczytowym ciśnieniu wdechowym (Ppeak) 35 mm H2O (0,35 kPa). Początkowa częstość 10/min ulegała korekcji w zależności od wyniku gazometrii krwi tętniczej pobieranej po indukcji i po zakończeniu CPB.
Po indukcji rozpoczynano wlew mleczanu Rigera w ilości 6 ml kg-1 m. c. do momentu rozpoczęcia CPB. Po zakończeniu CPB uzupełnianie płynów było uwarunkowane wartością OCŻ [nie przekraczano 10 mm H2O (0,1 kPa)] oraz bilansem płynowym jaki uzyskiwano po przetoczeniu płynu ze zbiornika układu krążenia pozaustrojowego. Ilość przetoczonych płynów po zakończeniu CPB dobierano tak, aby pacjenta przekazywać do oddziału intensywnej terapii z bilansem dodatnim (ok. 1000 ml). Pierwsze 500 ml uzupełniano roztworem 6% hydroksyetylowanej skrobii a następnie mleczanem Ringera.
Protokół krążenia pozaustrojowego także był identyczny we wszystkich 50 przypadkach. Przed wdrożeniem krążenia pacjentom podawano heparynę w dawce 300 j kg-1 w celu osiągnięcia ACT powyżej 480 s. Aparat do krążenia pozaustrojowego (Jostra, USA) wyposażony był w oksygenator membranowy typu hollow fiber (Monolyth, Sorin Biomedica, USA), dawka wstępna składała się z 1000 ml mleczanu Ringera, 500 ml 10 % roztworu hydroksyetylowanej skrobi oraz 100 ml 20 % mannitolu i 10000 j heparyny. W celu wykonywania zespoleń dystalnych zakleszczano aortę i zatrzymywano serce przy użyciu krystalicznej kardiopleginy (wg formuły St. Thomas); stosowano temperaturę 28oC. Płuca nie były wentylowane podczas CPB. Po zakończeniu CPB działanie heparyny odwracano przy użyciu siarczanu protaminy w stosunku 1: 1. U każdego chorego odnotowywano czas trwania krążenia pozaustrojowego i czas zakleszczenia aorty.
Wycinki tkanki płucnej (0,5 cm x 0,2 cm x 0,5 cm) były pobierane z lewego płuca (otwarta jama opłucnowa podczas preparowania tętnicy piersiowej wewnętrznej) 10 min po zakończeniu CPB. U 5 pacjentów wykonano mikrobiopsję przed rozpoczęciem CPB i próbki te służyły jako grupa kontrolna. Wycinki tkanki płucnej poddawano rutynowej obróbce dla celów mikroskopii świetlnej i elektronowej według wcześniej opisanych metod [6].
WYNIKI
Średni czas trwania CPB wynosił 84±19 min a czas zakleszczenia aorty 52±17 min.
Obserwacje w mikroskopie świetlnym wycinków tkanki płuca pobranej przed CPB nie wykazały cech uszkodzenia pęcherzyków płucnych. Były one dobrze upowietrznione, bariery powietrze-krew były cienkie. Włośniczki pęcherzykowe zawierały osocze oraz liczne, luźno rozmieszczone krwinki czerwone. W świetle niektórych pęcherzyków występowały pojedyńcze makrofagi. Obserwacje ultrastrukturalne potwierdziły te wyniki, ponadto dobrze uwidoczniły budowę błon pęcherzykowo-włośniczkowych składających się z cienkiej wypustki pneumocyta typu I, cienkiej wypustki komórki śródbłonka oraz ich wspólnej błony podstawnej (ryc. 1.). Struktura pneumocytów II typu (komórki produkujące surfaktant) była prawidłowa, zawierały one liczne ziarnistości lamelarne (forma magazynowa surfaktantu).
Ryc. 1. Zdjęcie bariery powietrze-krew wycinka płuca pobranego przed podłączeniem krążenia pozaustrojowego (CPB). Błona pęcherzykowo-włośniczkowa rozciągająca się pomiędzy naczyniem pęcherzykowym (N) a światłem pęcherzyka (P) ma normalny wygląd, jest cienka a komórka nabłonka I typu i komórki śródbłonka posiadają wspólną błonę podstawną. Oryginalne powiększenie 7000x
Obserwacje morfologiczne wycinków uzyskanych po zakończeniu CPB wykazały liczne cechy uszkodzenia pęcherzyków płucnych. W badaniach w mikroskopie świetlnym wiele pęcherzyków wykazywało cechy obrzęku utajonego (tzw. mufki okołonaczyniowe) i jawnego. Włośniczki pęcherzykowe były przekrwione, w wielu z nich widoczne były granulocyty obojętnochłonne. W świetle wielu pęcherzyków obserwowano wynaczynione erytrocyty oraz neutrofile, ponadto w pęcherzykach grupowały się aktywowane makrofagi pęcherzykowe. Wiele pęcherzyków płucnych miało nieregularne, szparowate światło (cechy niedodmy).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Penncock J, Pierce W, Waldhausen J: The management of the lungs during cardiopulmonary bypass. Surg Gyn Obst 1977; 145: 917-927.
2. Messent M, Sullivan K, Keogh BF: Adult respiratory distress syndrome following cardiopulmonary bypass: incidence and prediction. Anaesthesia 1992; 47: 267-268.
3. - Rady MY, Ryan T, Starr NJ: Early onset of acute pulmonary dysfunction after cardiovascular surgery: risk factors and clinical outcome. Crit Care Med 1997; 25: 1831-1839.
4. Asimakopoulos GM, Smith PL, Ratnatunga C P, Taylor KM: Lung injury and acute respiratory distress syndrome after cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1999; 68: 1107-1115.
5. Wąsowicz M, Sobczyński P, Biczysko W, Szulc R: Ultrastructural changes in the lung alveoli after cardiac surgical operations with the use of cardiopulmonary bypass (CPB). Polish J Pathol 1999; 50; 189-196.
6. Wąsowicz M, Żurawski P, Florek E, Seńczuk W, Biczysko W: Retardation of lung development after maternal cigarette smoking and low protein diet in animal model. Polish J Pathol 1994; 45: 155-166.
7. Biczysko W, Wąsowicz M, Marszałek A, Florek E: Why do the lungs of premature newborns function improperly? A morphological study of the connective tissue and vascular compartments in the developing lung. Arch Perinat Med 1999; 5: 277-288.
8. Matthay MA, Nuckton T, Daniel B: Alveolar epithelial barrier: acute lung injury; in: Year book of Intensive Care and Emergency Medicine (Ed.: Vincent JL), Springer, Berlin Heidelberg, New York, Barcelona, Hong-Kong, London, Milan, Paris, Singapore, Tokyo, 2000.
9. Hill GE, Whitten CW, Landers DF: The influence of cardiopulmonary bypass on cytokines and cell-cell communication. J Cardiothorac Vasc Anesth 1997; 11: 367-375.
10. Hsu L-C.: Biocompatibility of cardiopulmonary bypass. J Cardiothorac Vasc Anesth 1997; 11: 376-382.
11. Tonz M, Milhaljevic T, von Segesser LK: Acute lung injury during cardiopulmonary bypass. Are the neutrophils responsible? Chest 1995; 108: 1551-1556.
12. Kotani N, Hashimoto H, Sessler DI, Muraoka M, Wang J-S., O´Connor MF, Matsuki A: Cardiopulmonary bypass produces greater pulmonary than systemic proinflammatory cytokines. Anesth Analg 2000; 90: 1039-1045.
13. Richter JA, Meisner H, Tassani P, Barakay A, Dietrich W, Braun SL: Drew-Anderson technique attenuates systemic inflammmatory response syndrome and improves respiratory function after coronary artery bypass grafting. Ann Thorac Surg 1999; 69: 77-83.
14. Ratliff NB, Young WG, Hackel DB, Mikat E, Wilson JW: Pulmonary injury secondary to extracorporeal circulation. J Thorac Cardiovasc Surg 1973; 65; 425-432.
15. Anyanwu E, Dittrich H, Gieseking R, Enders H-J.: Ultrastructural changes in the human lung following cardiopulmonary bypass. Basic Res Cardiol 1982; 77: 309-322.
16. Boonstra PW, Vermeulen FEE, Leusink JA, Nooy EH, van Zalk A, Soons JBJ, Wildevuur RH: Hematological advantage of a membrane oxygenator over bubble oxygenator in long perfusions. Ann Thorac Surg 1986; 41: 297-300.
17. Marcatili S, Guarino C, Giannattasio A, Marcatili A, Festa M, Cautiero V: Alterations of endoalveolar surfactant after surgery with extracorporeal circulation. Respiration 1990; 57: 233-238.
18. Macnaughton PD, Evans TW: The effect of exogenous surfactant therapy on lung function following cardiopulmonary bypass. Chest 1994; 105; 421-425.
19. Wąsowicz M, Kashima K, Yokoyama S, Nakayama I: Pulmonary surfactant migrates into the alveolar capillaries of newborn rats: an immunoelectron microscopic study. Acta Anat 1996; 156: 11-21.
20. Doyle I, Bersten AD, Nicholas TE: Surfactant proteins -A and -B are elevated in plasma of patients with acute respiratory failure. Am J Resp Crit Care Med 1997; 156: 1217-1229.
