Исследование маркёров повреждения и способов протекции нейроваскулярной единицы у пациентов детского возраста в кардиохирургии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-15-00258

НазваниеИсследование маркёров повреждения и способов протекции нейроваскулярной единицы у пациентов детского возраста в кардиохирургии

Руководитель Григорьев Евгений Валерьевич, Доктор медицинских наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний" , Кемеровская обл (Кузбасс)

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-101 - Экспериментальная медицина

Ключевые слова Нейроваскулярная единица, кардиохирургия, дети, искусственное кровообращение, головной мозг, нейроны, исследования клеточных культур, врожденные пороки сердца

Код ГРНТИ76.29.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Количество проводимых в мире кардиохирургических операций как взрослым, так и детям возрастает ежегодно, вместе с этим возрастает и актуальность изучения их влияния на головной мозг пациентов. Кардиохирургия всегда лидировала по количеству послеоперационных церебральных осложнений, среди которых послеоперационная когнитивная дисфункция (ПОКД) и послеоперационный делирий (ПОД), то есть церебральные дисфункции, не имеющие четкой клинической картины и определенного очага возникновения в головном мозге. Причем, оценка наличия ПОКД в послеоперационном периоде в обычной клинической практике почти невозможна, потому что по ее определению требуется сравнение с результатами дооперационного нейропсихологического тестирования [1]. У детей наиболее валидированной шкалой для оценки когнитивных нарушений признается шкала Bayley [2, 3], однако ее использование сопряжено с некоторыми трудностями, обусловленными, как сложностью самой шкалы, так и временем, для проведения тестирования по ней. Таким образом, она не подходит не применения в рутинной кардиохирургической практике. Оценка наличия ПОД проще и основывается на однократном тестировании пациента по одной из специальных шкал. Для детей шкалой с наибольшим уровнем чувствительности и специфичности является шкала CAPD (Cornell Assessment of Pediatric Delirium) [4], причем, начиная с периода новорожденности, как показали недавние исследования [5]. Именно относительная простота в применении существенно повысила выявляемость делирия в последние годы и увеличило количество исследований, связанных его изучением. Согласно им, частота встречаемости послеоперационного делирия в детской практике варьирует от 12 до 65 % [7, 8, 9, 10]. Однако, эти данные касаются исследований, посвященных всем хирургическим профилям, оперативного лечения пациентов с ВПС. Объяснить это можно несколькими факторами: во-первых, операции по коррекции ВПС чаще всего проводятся в условиях искусственного кровообращения, что сразу предполагает большой набор патологических факторов. Во-вторых, любой ВПС представляет собой строго индивидуальную гемодинамическую картину, разумеется, с предельно вариабельным уровнем церебральной перфузии и оксигенации, что влияет на когнитивные способности ребенка как до операции, так и после [11]. Однако, ПОД – это форма когнитивного дефицита, которая поддается диагностике, в отличие от ПОКД, при которой имеется определенный уровень повреждения НВЕ, но выявить его сложно, особенно, в ближайшем послеоперационном периоде. По этой причине выявление наличия и объема церебрального повреждения является важным вектором в исследованиях, посвященных операциям у детей. Тем более, что головной мозг ребенка, особенно первого года жизни, имеет большое количество особенностей – В нём происходит активный процесс дифференцировки нейронов и синаптогенеза, активный рост глиальных клеток и миелинизация, он обладает высокой гидрофильностью и скоростью метаболизма [12-14]. Все это делает его уязвимым к любым патологическим факторам, чем и обусловлена такая высокая частота послеоперационных когнитивных расстройств. Имеет немаловажное значение и то, что пока почти неизученным остается вопрос влияния какого-либо повреждения и дисфункции НВЕ в детском возрасте на дальнейшее развитие ребенка. При этом существуют единичные исследования, доказывающие снижение когнитивных способностей у детей, перенесших кардиохирургическую операцию через год после нее [15]. ИК, зачастую сопровождающее кардиохирургические операции, располагает большим количеством патологических факторов, угрожающих головному мозгу пациента, особенно детского возраста в силу описанных ранее причин. Воздействие ИК может быть как непосредственным (эмболия, гипоксия, гемодинамические сдвиги), так и опосредованно через инициацию СВО из-за контакта крови с экстракорпоральным контуром, гемолизом и нарушений нормального терморежима [16-19]. Именно поэтому важным направлением является выявление вклада каждого из этих факторов в процесс повреждения НВЕ для их дальнейшей минимизации их действия. В этом играют свою роль маркёры СВО, такие как интерлейкин-1, 6, 10, а также ФНО альфа. Их роль в диагностике СВО доказана и обоснована достаточно давно, однако они лишь отражают возможность перехода СВО на НВЕ и развития там нейровоспаления с последующей церебральной дисфункцией [20, 21]. По этой причине, более достоверное представление об активности процесса нейровоспаления могут дать специфические сывороточные маркёры, которые являются компонентами НВЕ и выделяется в кровь при ее повреждении. К наиболее изученным из них относятся белок S100-β, нейронспецифическая енолаза (NSE), глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), глутамата, окклюдин и клаудина-1. Но проблема состоит в том, что почти во всех исследованиях их роль доказана через корреляцию с клиническими исходами, которая, безусловно имеется и что не умаляет их значимости [22, 23.]. Тем не менее, существует способ получить максимально достоверную информацию о соотношении их концентрации в крови и процессе деструкции НВЕ. Исследования такого типа начались в мире недавно и каждое представляет собой новизну, потому что проводятся они на клеточной модели НВЕ. Исходя из проанализированной информации по тематике нашего проекта можно сделать вывод, что до настоящего момента все исследования, посвященные тематике церебрального повреждения в кардиохирургии, основывались либо на клинической оценке пациента, либо на специфических сывороточных маркёрах. Однако, наиболее точную информацию о влиянии подобного рода операций на нейроны может дать исследование на модели НВЕ с кровью пациентов, подвергнутых такому вмешательству. Такой подход позволит исключить влияние различного рода факторов, искажающих результаты исследования (разнородность выборки пациентов по возрасту и типу ВПС или индивидуальные особенности пациента). Кроме того, предлагаемый проект даст возможность оценить корреляцию уровня маркёров повреждения головного мозга не только с клинической картиной, но и с реальным объемом поражения нейронов. Информация, полученная при реализации предлагаемого проекта, будет иметь научную новизну мирового уровня, поскольку исследования, посвященные НВЕ в кардиохирургии единичны и среди них не встречаются работы с участием пациентов детского возраста. Список литературы: 1. Rasmussen L.S., Jonson T., Kuipers H. et al. Does anesthesia cause postoperative cognitive dysfunction? A randomized study of regional versus general anesthesia in 438 elderly patients // Acta Anaesthesiologica Scandinavica . — 2003. — V. 47, № 9. — Р. 1188-1194 2. Bayley N. Bayley Scales of Infant Development. NY: Harcourt Assessment, 1969. 3. Bayley N. Manual for the Bayley scales of infant development. 2nd ed. SA, TX: The Psycho- logical Corporation, 1993. 4. Bayley N. Bayley scales of infant and toddler development. 3rd ed. SA, TX: Harcourt Assessment Inc, 2006. 5. Traube C, Silver G, Kearney J. Cornell Assessment of Pediatric Delirium: a valid, rapid, observational tool for screening delirium in the PICU. Critcal Care Medicine. 2014;42(3):656-663. https://doi.org/10.1097/CCM.0b013e3182a66b76 6. Silver G, Kearney J, Traube C, Hertzig M. Delirium screening anchored in child development: The Cornell Assessment for Pediatric Delirium. Palliative&Supportive Care. 2015;13(4):1005-1011. doi:10.1017/S1478951514000947 7. Traube C, Silver G, Reeder RW, et al. Delirium in critically ill children: an international point prevalence study. Crit Care Med 2017; 45: 584–90. 8. Traube C, Silver G, Gerber LM, et al. Delirium and mortality in critically ill children: epidemiology and outcomes of pediatric delirium. Crit Care Med 2017; 45: 891–98. 9. Silver G, Traube C, Gerber LM, et al. Pediatric delirium and associated risk factors: a single-center prospective observational study. Pediatr Crit Care Med 2015; 16: 303–09 10. Calderon J, Bellinger DC. Executive function deficits in congenital heart disease: why is intervention important? Cardiology in the Young. 2015; 25(7): 1238‐1246. https://doi.org/10.1017/S1047951115001134 11. Patel AK, Biagas KV, Clarke EC. Delirium in Children After Cardiac Bypass Surgery. Pediatric Critical Care Medicine. 2017;18(2):165‐171. https://doi.org/0.1097/PCC.0000000000001032 12. Jevtovic-Todorovic V. General Anesthetics and Neurotoxicity: How Much Do We Know?. Anesthesiology clinics. 2016; 34(3): 439-451. https://doi.org/10.1016/j.anclin.2016.04.001 13. Developmental Disorders of the Central Nervous System. Developmental Medicine & Child Neurology. 2008 Nov 12;2(2):103–8. Available from: https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.1960.tb05151.x 14. Gunn JK, Beca J, Hunt RW, Goldsworthy M, Brizard CP, Finucane K, Donath S, Shekerdemian LS. Perioperative risk factors for impaired neurodevelopment after cardiac surgery in early infancy. Arch Dis Child. 2016 Nov;101(11):1010-1016. doi: 10.1136/archdischild-2015-309449. 15. Stehouwer M.C., Boers C., Vroege R., Kelder J.C., Yilmaz A., Bruins P. Clinical evaluation of the air removal characteristics of an oxygenator with integrated arterial filter in a minimized extracorporeal circuit. The International Journal of Artificial Organs. 2011; 34 (4): 374–382. https://doi.org/10.5301/ijao.2011.7749 16. Guenther U, Theuerkauf N, Frommann I, Brimmers K, Malik R, Stori S, Scheidemann M., Putensen C., Popp J.. Predisposing and precipitating factors of delirium after cardiac surgery. A prospective observational cohort study. Annals of Surgery. 2013; 257: 1160–1167. https://doi.org/10.1097/sla.0b013e318281b01c 17. Hirata Y. Cardiopulmonary bypass for pediatric cardiac surgery. General Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2018; 66 (2): 65-70. https://doi.org/10.1007/s11748-017-0870-1 18. Engelman R, Baker RA, Likosky DS, et al. The Society of Thoracic Surgeons, The Society of Cardiovascular Anesthesiologists, and The American Society of ExtraCorporeal Technology: Clinical Practice Guidelines for Cardiopulmonary Bypass--Temperature Management during Cardiopulmonary Bypass. J Extra Corpor Technol. 2015;47(3):145-154. PMID: 26543248 19. Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л., Плотников Г.П., Хуторная М.В., Цепокина А., Радивилко А.С. Нейровоспаление в критических состояниях: механизмы и протективная роль гипотермии. Фундаментальная и клиническая медицина. 2016;1(3):88-96. 20. Christov A, Ottman JT, Grammas P. Vascular inflammatory, oxidative and protease-based processes: implications for neuronal cell death in Alzheimer's disease. Neurological Research. 2004; 26 (5): 540-546. https://doi.org/10.1179/016164104225016218 21. Краснов А.В. Астроцитарные белки головного мозга: структура, функции, клиническое значение. Неврологический журнал. 2012; 17 (1): 37-42. 22. Rothoerl R. D., Brawanski A., Woertgen C. S100B protein serum levels after controlled cortical impact injury in the rat. Acta Neurochir. (Wien) 2001; 142 (2): 199—203. 23. Schafer B. W., Fritschy J. M., Murmann P. et al. Brain S100A5 is a novel calciumzinc and copper ionbinding protein of the EFhand super family. J. Biol. Chem. 2000; 275 (39): 30623—30630.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Моргун А.В. Обоснование исследования защиты нейроваскулярной единицы на клинической модели искусственного кровообращения Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний, Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Моргун А.В. Обоснование защиты нейроваскулярной единицы на клинической модели искусственного кровообращения. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2022;11(4): 177-183. DOI: 10.17802/2306-1278-2022-11-4-177-183 (год публикации - 2022)
10.17802/2306-1278-2022-11-4-177-183

2. Ивкин А.А., Балахнин Д.Г.,Борисенко Д.В., Григорьев Е.В. Возможности церебропротекции у детей в кардиохирургии (обзор литературы) Вестник анестезиологии и реаниматологии, 2023. -Т. 20, No 1. - С. 89–96. (год публикации - 2023)
10.21292/2078-5658-2023-20-1-89-96

3. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Синицкая А.В. Refraining from Packed Red Blood Cells in Cardiopulmonary Bypass Priming as a Method of Neuroprotection in Pediatric Cardiac Surgery JOURNAL OF CLINICAL MEDICINE, vkin, A.A.; Grigoriev, E.; Sinitskaya, A.V. Refraining from Packed Red Blood Cells in Cardiopulmonary Bypass Priming as a Method of Neuroprotection in Pediatric Cardiac Surgery. J. Clin. Med.2023,12,1465. https:// doi.org/10.3390/jcm12041465 (год публикации - 2023)
10.3390/jcm12041465

4. Ивкин А.А., Григорьев Е.В. Роль гипотермии для церебропротекции при хирургической коррекции врождённых пороков сердца Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний, Ивкин А.А., Григорьев Е.В. Роль гипотермии для церебропротекции при хирургической коррекции врожденных пороков сердца. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2023;12(4): 228-234. DOI: 10.17802/2306-1278-2023-12-4-228-234 (год публикации - 2023)
10.17802/2306-1278-2023-12-4-228-234

5. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Балахнин Д.Г., Чермных И.И. Интраоперационная трансфузия как фактор риска церебрального повреждения после кардиохирургических вмешательств у детей...: проспективное наблюдательное исследование ВЕСТНИК ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ ИМЕНИ А.И. САЛТАНОВА, Вестник интенсивной терапии им. А.И. Салтанова. 2023;1:101–114. https://doi.org/10.21320/1818-474X-2023-1-101-114 (год публикации - 2023)
10.21320/1818-474X-2023-1-101-114

6. Ивкин А.А. , Григорьев Е.В., Хилажева Е.Д., Моргун А.В. Влияние трансфузии и гипоксии на клеточную модель нейроваскулярной единицы Общая реаниматология (год публикации - 2023)
10.15360/1813-9779-2024-1-2350

7. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Михайлова А.А. Impact of Intraoperative Blood Transfusion on Cerebral Injury in Pediatric Patients Undergoing Congenital Septal Heart Defect Surgery Journal of Clinical Medicine, Ivkin A, Grigoriev E, Mikhailova A. Impact of Intraoperative Blood Transfusion on Cerebral Injury in Pediatric Patients Undergoing Congenital Septal Heart Defect Surgery. Journal of Clinical Medicine. 2024; 13(20):6050. https://doi.org/10.3390/jcm13206050 (год публикации - 2024)
10.3390/jcm13206050

8. Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л., Борисенко Д.В., Ивкин А.А. Способ прогнозирования послеоперационного делирия у детей при оперативной коррекции септальных врождённых пороков сердца в условиях искусственного кровообращения ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, Патент № 2815626 C1 Российская Федерация, МПК G01N 33/68, A01B 5/00. Способ прогнозирования послеоперационного делирия у детей при оперативной коррекции септальных врождённых пороков сердца в условиях искусственного кровообращения: № 2023113295 : заявл. 22.05.2023 : опубл. 19.03.2024 / Е. В. Григорьев, Д. Л. Шукевич, Д. В. Борисенко, А. А. Ивкин (год публикации - 2024)

9. Ивкин А.А., Григорьев А.А., Хилажева Е.Д. Воздействие трансфузии и гипоксии на клеточную модель нейроваскулярной единицы in vitro ОБЩАЯ РЕАНИМАТОЛОГИЯ (год публикации - 2025)

10. Михайлова А.А., Ивкин А.А., Григорьев Е.В. Диагностическая значимость метода ближней инфракрасной спектроскопии в профилактике церебрального повреждения при проведении хирургической коррекции врожденных пороков сердца у детей Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведено исследование, в которое были включено 90 пациентов детского возраста НИИ КПССЗ г., перенесшие оперативную коррекцию с применением искусственного кровообращения. Критерии включения пациентов в исследование были следующие: планируемое хирургическое вмешательство по коррекции врожденного порока сердца (дефекта межпредсердной или межжелудочковой перегородки) в условиях искусственного кровообращения, наличие информированного согласия об участии в исследовании, подписанного законным представителем ребенка, возраст ребенка от 6 до 36 месяцев; масса тела от 7 до 15 кг. У пациентов был проведен забор крови с отделением сыворотки и ее заморозкой при температуре ниже 18 градусов С. Контрольные точки забора крови: 1 - перед началом операции, сразу же после установки центрального венозного катетера; 2 - сразу же после завершения искусственного кровообращения; 3 - через 16 часов после операции. В интраоперационном периоде проводился расширенный мониторинг витальных функций (инвазивное измерение АД, ЭКГ, SpO2, ЦВД, центральная и периферическая температура). Оценка соответствия доставки и потребления кислорода тканям была анализирована с помощью сатурации и уровня лактата венозной крови, а также показателей церебральной оксиметрии. Помимо этого, в течение всей операции контролировались анализы кислотно-щелочного состояния венозной и артериальной крови с оценкой газового состава, уровня гемоглобина и гематокрита крови. Также проведен сбор данных о препаратах и дозировках препаратов для проведения анестезии и препаратов для симпатомиметической поддержки, объеме инфузии и трансфузии, параметрах искусственного кровообращения. В послеоперационном периоде мониторинг витальных функций, анализ кислотно-щелочного состояния артериальной и венозной крови, общего анализа крови (уровень эритроцитов и лейкоцитов), биохимический анализ крови (уровень креатинина, мочевины, билирубина), а также оценка доставки и потребления кислорода тканям были продолжены в прежнем объеме (исключая церебральную оксиметрию). Кроме того, регистрировались данные о длительности и параметрах искусственной вентиляции легких, длительности пребывания в отделении реанимации, симпатомиметической поддержке, дренажных потерях, объеме инфузии и трансфузии. В дополнение, подлежали регистрации все осложнения интра- и послеоперационного периода. С целью выявления клинической картины повреждения нейроваскулярной единицы все пациенты на протяжении 5 послеоперационных дней ежедневно проходили тестирование на наличие послеоперационного делирия по шкале Cornell Assesment of pediatric delirium, с оценкой уровня сознания по шкале Симпсона-Рейли. Кроме того, фиксировалась любая возникающая патологическая неврологическая симптоматика. Тестирование проводили через 16 часов после операции в отделении анестезиологии-реанимации. Обязательным условием было самостоятельное дыхание ребенка через естественные дыхательные пути. С целью исключения ошибок в тестировании по причине ажитации ребенка оно проводилось не ранее чем через 2 ч после экстубации при наличии самостоятельного эффективного дыхания. Кроме того, обязательным условием была предварительная оценка по шкалам анальгезии для исключения влияния болевого компонента на результат тестирования. Такими шкалами были: для детей до 1 года – Neonatal Infant Pain Scale]; для детей от 1 года до 3 лет – шкала FLACC. Сумма более 3 баллов по представленным шкалам свидетельствует о наличии боли. Если при оценке выявлялся болевой синдром, то проводили адекватную анальгезию с последующей повторной оценкой. Все образцы замороженной сыворотки исследованы в лаборатории НИИ КПССЗ для выявления концентрации следующих маркеров: повреждения НВЕ – белка S100-β, нейронспецифической енолазы (NSE), глиального фибриллярного кислого белка (GFAP), глутамата, окклюдина и клаудина и системного воспалительного ответа – интерлейкин-1 (IL-1), интерлейкин-6 (IL-6), интерлейкин-10 (IL-10), фактор некроза опухоли альфа (TNF-α). Все пациенты были протестированы по шкале оценки послеоперационного делирия (ПОД) согласно дизайну клинической части исследования. Частота развития делирия составила 23,3 % (19 пациентов). Средний балл по шкале CAPD составил 5 [4 - 9]. При разделении пациентов на две группы по факту применения интраоперационной трансфузии выявлено, что в группе с применением компонентов донорской крови ПОД наблюдался чаще - 30% против 14,9% среди пациентов без трансфузии, однако без должного уровня статистической значимости (р=0,1695). Тем не менее, средний балл между группами уже отличался значимо и был выше в группе с трансфузией - 7,5 [4,75 – 10,25] против 5,0 [3,75 – 7,25] (р=0,026). Проведенный анализ сывороточной концентрации маркёров повреждения нейроваскулярной единицы (НВЕ), тестирование по шкале CAPD и дальнейший статистический анализ позволил выявить точки отсечения и создать диагностическую панель оценки риска развития ПОД у детей в кардиохирургии. Задача данного изобретения состоит в определении показаний для увеличения кратности тестирования пациента по шкале оценки послеоперационного делирия и раннего начала церебропротективной терапии для пациентов детского возраста при коррекции септальных врожденных пороков сердца. В разработанной панели применены три маркера: белок S100β, нейронспецифическая енолаза (NSE) и глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP). Установлено, что концентрация данных маркёров выше пороговых значений (белок S100β - 874,7 нг/мл , NSE - 35,79 нг/мл и GFAP - 0,1098 нг/мл), определенная сразу же после завершения ИК, свидетельствует о повышенном риске развития послеоперационного делирия. Проведенные исследования показали, что по отдельности каждый из предлагаемых маркёров не обладает достаточной прогностической ценностью, однако их комбинация позволяет с высокой точностью прогнозировать возникновение делирия Данный способ обладает рядом преимуществ: - Анализ концентрации маркёров в сыворотке крови позволяет определить наличие и выраженность церебрального повреждения с высокой точностью; - Данная диагностическая панель позволит начинать раннюю церебропротективную терапию, тем самым снижая объем повреждения головного мозга, что, возможно, позволит предотвратить развитие делирия; - Используется комбинация маркёров, что снижает вероятность ошибки в прогнозировании вероятности делирия. Помимо этого, изучены и другие маркёры, использованные в нашем исследовании. Так маркеры СВО (интерлейкин-1, интерлейкин-6, интерлейкин-10 и фактора некроза опухоли альфа) не показали должной диагностической значимости в прогнозировании риска развития ПОД. Маркеры повреждения НВЕ окклюдин-1 и клаудин-5 также не достигли должного уровня статистической значимости для вычисления точки отсечения.

Публикации