УДК 616.831-008.918
В.Е. Лешкова, Ш.В. Тимербулатов, М.А. Садритдинов, В.М. Сибаев, Б.И. Гиматдинов, Р.М. Сахаутдинов
Эффект положительного давления в конце выдоха на внутричерепное давление при экспериментальной внутричерепной гипертензии
Экспериментальная лаборатория инновационных технологий в хирургии, анестезиологии и реаниматологии ГБОУ ВПО БГМУ Минздравсоцразвития России, 2МУ Больница скорой медицинской помощи, г. Уфа.
Введение
В настоящее время травматизм является одной из важнейших медико-социальных проблем. Сегодня в экономически развитых странах мира травмы занимают 3 место среди причин смерти населения, причем травмы уносят жизни людей наиболее молодого трудоспособного возраста. По данным ФГУ «ЦНИИОИЗ Минздравсоцразвития РФ» внутричерепные травмы находятся на 6 месте в структуре травматизма, ежегодно в России регистрируется около 500 000 случаев [1]. До настоящего времени остается высокой не только смертность в ближайшее после тяжелой черепно-мозговой травмы (ЧМТ) время, но и инвалидность в отдаленном периоде. Синдром острого повреждения легких, и его более тяжелая форма – острый респираторный дистресс-синдром, встречается у 20-25% пациентов с изолированной черепно-мозговой травмой и служит независимым предиктором неблагоприятного исхода [2], а вентиляция легких с положительным давлением в конце выдоха (ПДКВ) является одной из наиболее эффективных методик для коррекции и поддержания адекватного газообмена у таких пациентов. В то же время, общепринятым является тот факт, что у больных с травмой головного мозга существует тесная взаимосвязь между клиническим исходом и внутричерепным давлением (ВЧД). Обладая неоспоримыми положительными эффектами, респираторная поддержка с ПДКВ, увеличивая внутригрудное давление, уменьшает венозный возврат, среднее артериальное давление, сердечный выброс, повышает давление в системе яремных вен, влияя тем самым как на ВЧД, так и на церебральное перфузионное давление (ЦПД). Настоящее исследование было проведено с целью оценки эффекта ПДКВ на ВЧД и ЦПД при внутричерепной гипертензии в эксперименте на биологической модели.
Материал и методы
Исследование осуществлялось в соответствии с «Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых в экспериментальных и других научных целях» (1986 г.) и «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приказ Минвуза СССР № 742 от 13.11.1984). Эксперимент был проведен на 30 свиньях мужского пола породы Крупная белая в возрасте 1,5-2 месяца, массой 14-17 кг. Экспериментальных животных анестезировали. Внутримышечная премедикация включала атропин (0,05 мг/кг), кетамин (7 мг/кг). После премедикации в одну из аурикулярных вен устанавливали катетер (20-gauge), начинали инфузионную терапию (0,9% раствор NaCl). Индукцию осуществляли внутривенным введением тиопентала натрия (10 мг/кг). После миоплегии дитилином (3 мг/кг) интубировали трахею, начинали ИВЛ аппаратом ИВЛ МВ-200 «ЗисЛайн», Тритон Электроникс) в режиме CMV / VCV (принудительная вентиляция легких с управляемым объемом вдоха) со следующими параметрами: дыхательный объем 10 мл/кг, частота дыхания 20/мин, FiO2 0,4, I:Е 1:2, ПДКВ 0 см вод. ст. На этапе поддержания анестезии использовали дробное введение тиопентала натрия (5 мг/кг/ч) и кетамина (2 мг/кг/ч), с целью миоплегии применяли ардуан (0,08 мг/кг/ч). С целью мониторинга артериального и центрального венозного давлений осуществляли канюлирование бедренной артерии и вены, использовали прикроватный монитор Mindray iPM 9800. Инвазивное измерение внутричерепного давления проводили у всех животных. Мониторинг осуществляли при помощи системы «Spiegelberg: Brain-Pressure Monitor» (Германия) с использованием паренхиматозных датчиков. На основе полученных данных рассчитывали церебральное перфузионное давление. В качестве меры среднего внутригрудного давления использовали показатель среднего давления в дыхательных путях. Для подбора параметров и контроля адекватности проводимой искусственной вентиляции легких проводилась оценка кислотно-щелочного состояния (КЩС) артериальной крови (Анализатор кислотно-основного равновесия крови ЭЦ-60, КвертиМед).
Моделирование внутричерепной гипертензии проводилось с помощью раздувания баллона, установленного субдурально в теменной области. Проведено три серии экспериментов. В первую группу вошли 10 животных с интактным головным мозгом. Вторую группу (n=10) составили животные с внутричерепной гипертензией, вызванной раздуванием субдурально установленного баллона до 1 мл, и третью группу (n=10) – животные с внутричерепной гипертензией, вызванной раздуванием баллона до 2 мл. Группы животных не имели достоверных отличий по возрасту, массе тела, «базовым» показателям гемодинамики, внутричерепного давления, среднего давления в дыхательных путях, КЩС (Табл. 1).
После стабилизации состояния и нормализации КЩС градуировано повышали ПДКВ до 5, 10, 15 и 20 см вод. ст. каждые 15 минут с регистрацией параметров в соответствии с протоколом эксперимента.
Для статистического анализа использовали компьютерную программу MedCalc (MedCalc Software, Belgium). Выборочные параметры представлены как медиана (25%-75% межквартильный разброс). Корреляцию вычисляли с помощью коэффициента корреляции Спирмена (ρ). Достоверность различий оценивали с помощью тестов Mann-Whitney и Wilcoxon.
Результаты
Серии экспериментов проведены при нераздутом баллоне (базовое значение ВЧД), при раздувании баллона до 1 мл и 2 мл.
Базовое значение ВЧД составило 9,4 (8,7-11,0) мм рт. ст, после раздувания баллона на 1 мл – 15,9 (12,7-16,9) мм рт.ст. (субкомпенсированная внутричерепная гипертензия), на 2 мл – 28,5 (25,0-31,1) мм рт.ст. (декомпенсированная внутричерепная гипертензия). Показатели среднего артериального давления - 108 (102-112), 110 (102-114) и 99 (93-105) мм рт. ст. соответственно, церебрального перфузионного давления - 99 (91-102), 95 (83-101), 71 (59-80) мм рт. ст. соответственно, значение среднего давления в дыхательных путях 12 (9-15), 12 (9-15) и 10 (9-14) см вод. ст. соответственно.
Во всех трех сериях экспериментов градуированное повышение ПДКВ при проведении ИВЛ сопровождалось закономерным достоверным ростом среднего давления в дыхательных путях и снижением среднего АД (Табл. 2). Депрессия гемодинамики закономерно сопровождалась и снижением церебрального перфузионного давления. При градуированном повышении ПДКВ до 20 см вод. ст. отмечался достоверный рост ВЧД в 1 и 2 серии экспериментов до 15,8 (р=0,002) и 21,1 мм рт.ст. (р=0,001) соответственно. Наиболее резкое повышения ВЧД в ответ на повышение ПДКВ приходилось на интервал от 5 к 10 см вод. ст. (Рис. 1). При проведении искусственной вентиляции легких с градуированным увеличением ПДКВ до 20 см вод. ст. на фоне критической внутричерепной гипертензии (3 серия экспериментов) статистически значимого изменения ВЧД не наблюдалось.
Обсуждение
Одним из наиболее эффективных средств борьбы с гипоксемией как фактором вторичного повреждения головного мозга является использование методов респираторной поддержки. Зачастую применяемые методики искусственной вентиляции легких требуют применения режимов вентиляции с положительным давлением в конце выдоха. На протяжении последних десятилетий в литературе широко обсуждается возможность применения ПДКВ у больных с черепно-мозговой травмой и внутричерепной гипертензией. Для демонстрации возможностей и ограничений метода широко используются биологические модели. Так Huseby et al. [3] в экспериментальной модели на собаках показал значимое снижение среднего артериального давление, наряду с повышением ВЧД, при повышении ПДКВ от 0 до 20 см вод.ст. Feldman et al. [4] в эксперименте на кроликах отметили снижение компенсаторных возможностей в отношении внутричерепной дистензии при повышении уровня ПДКВ от 0 до 10 см вод. ст. Клинические наблюдения Zhang et al. [5] показали наличие сильной корреляционной связи между уровнем ПДКВ, средним артериальным давлением и ВЧД. Caricato et al. [6] продемонстрировали взаимосвязь ПДКВ и ВЧД в зависимости от статического легочного комплайнса – у пациентов с низким комплайнсом ПДКВ не оказывало значимого влияния на системную гемодинамику и внутричереное давление. Наши данные подтверждают наличие зависимости между уровнем ПДКВ и значениями внутригрудного давления, среднего артериального давления, церебрального перфузионного давления. Особенностью нашего исследования является тот факт, что в серии проведенных экспериментов продемонстрировано, что влияние ПДКВ на ВЧД определяется не только уровнем ПДКВ, но и значением «базальной» внутричерепной гипертензии. В нашем эксперименте повышение уровня ПДКВ при отсутствии «базальной» внутричерепной гипертензии и при субкомпенсированной внутричерепной гипертензии сопровождалось достоверным ростом ВЧД, однако при значительной внутричерепной гипертензии (внутричерепной «плюс-объем» 2 мл, внутричерепное давление 23-33 мм рт. ст.) уровень ПДКВ не оказывал значимого влияния на ВЧД.
Заключение
Проведение искусственной вентиляции легких с ПДКВ закономерно сопровождается увеличением внутригрудного давления и депрессией гемодинамики за счет снижения венозного возврата. Безопасный уровень ПДКВ в нашем эксперименте составил 5 см вод. ст. Влияние ПДКВ на ВЧД определяется не только величиной ПДКВ, но и тяжестью поражения головного мозга.
Таблица 1.
«Базовые» характеристики экспериментальных животных исследуемых групп
1 группа |
2 группа |
3 группа |
Уровень р |
|
Возраст, дней |
51 (45-60) |
53 (45-61) |
54 (48-58) |
0,65 |
Масса тела, кг |
16 (14-17) |
15 (14-17) |
15 (14-16) |
0,71 |
Среднее артериальное давление, мм рт. ст. |
108 (102-112) |
110 (100-110) |
110 (98-114) |
0,77 |
Внутричерепное давление, мм. рт. ст. |
9,3 (8,7-11,0) |
9,2 (8,6-11,0) |
8,9 (8,5-10,6) |
0,82 |
Среднее давление в дыхательных путях, см. вод. ст. |
12 (9-15) |
12 (9-15) |
10 (9-14) |
0,80 |
раО2, мм рт. ст. |
110 (105-117) |
102 (98-112) |
106 (102-117) |
0,44 |
раСО2, мм рт. ст. |
38 (36-40) |
40 (38-41) |
38 (36-40) |
0,56 |
Таблица 2.
Влияние положительного давления в конце выдоха на среднее давление в дыхательных путях и среднее артериальное давление
Уровень ПДКВ, см. вод. ст. |
Коэффициент корреляции |
|||||
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
||
Среднее давление в дыхательных путях, см вод. ст. |
||||||
1 группа |
12 (9-15) |
16 (12-19) |
22 (18-25) |
28 (24-32) |
32 (30-34) |
ρ=1, р=0,045 |
2 группа |
12 (9-15) |
15 (13-19) |
23 (17-25) |
29 (21-33) |
32 (30-35) |
ρ=1, р=0,045 |
3 группа |
10 (9-14) |
16 (12-19) |
24 (20-25) |
28 (24-32) |
32 (28-34) |
ρ=1, р=0,045 |
Среднее артериальное давление, мм рт. ст. |
||||||
1 группа |
108 (102-112) |
112 (105-114) |
103 (99-108) |
100 (94-110) |
90 (80-98) |
ρ=-0,9, р=0,072 |
2 группа |
110 (102-114) |
112 (102-114) |
107 (100-112) |
89 (80-101) |
67 (60-78) |
ρ=-1, р=0,045 |
3 группа |
99 (93-105) |
83 (80-98) |
80 (75-95) |
72 (65-80) |
60 (56-72) |
ρ=-1, р=0,045 |
Рис. 1. Влияние уровня ПДКВ на ВЧД при интактном мозге и при моделировании внутричерепной гипертензии.
Список литературы
- Статистические показатели по социально-значимым заболеваниям населения России. www.mednet.ru.
- Holland M.C., Mackersie R.C., Morabito D. et al. The development of acute lung injury is associated with worse neurologic outcome in patients with severe traumatic brain injury. J Trauma, 2003, №55, р. 106–111.
- Huseby J.S., Luce J.M., Cary J.M. et al. Effects of positive end-expiratory pressure on intracranial pressure in dogs with intracranial hypertension. J Neurosurg., 1981, № 55, р. 704–707.
- Feldman Z., Robertson C.S., Contant C.F. et al. Positive end expiratory pressure reduces intracranial compliance in the rabbit. J Neurosurg Anesthesiol., 1997, № 9, р. 175–179.
- Zhang X., The impact of PEEP on cerebral perfusion pressure in brain injury patients complicated by lung injury. Chest, 2009, URL: http://meeting.chestpubs.org/cgi/content/abstract/136/4/76S.
- Caricato А., Effects of PEEP on the intracranial system of patients with head injury and subarachnoid hemorrhage: The role of respiratory system compliance. The Journal of trauma, injury, infection, and critical care, 2005, Vol. 58, №3, p. 571-576.
Эффект положительного давления в конце выдоха на внутричерепное давление при экспериментальной внутричерепной гипертензии
В.Е. Лешкова, Ш.В. Тимербулатов, М.А. Садритдинов, В.М. Сибаев, Б.И. Гиматдинов, Р.М. Сахаутдинов
Цель исследования - оценка эффекта положительного давления в конце выдоха на внутричерепное давление на экспериментальной модели. Исследование проведено на 30 поросятах, которые были разделены на три группы. Повышали положительное давление в конце выдоха от 0 до 20 см вод. ст. при базовом значении внутричерепного давления (n=10), при субкомпенсированной (n=10) и декомпенсированной (n=10) внутричерепной гипертензии. Искусственная вентиляция легких с положительным давлением в конце выдоха сопровождалась увеличением внутригрудного давления и депрессией гемодинамики. Безопасный уровень положительного давления в конце выдоха составил 5 см вод. ст. Влияние положительного давления в конце выдоха на внутричерепное давление определялось не только величиной положительного давления в конце выдоха, но и тяжестью поражения головного мозга.
Ключевые слова: внутричерепная гипертензия, искусственная вентиляция легких, положительное давление в конце выдоха
The effect of positive end-expiratory pressure on intracranial pressure in experimental model of intracranial hypertension
V.E. Leshkova, Sh.V. Timerbulatov, M.A. Sadritdinov, V.M. Sibaev, B.I. Gimatdinov, R.M. Sahautdinov
Goal of the research - estimation of effect positive end-expiratory pressure on intracranial pressure in experimental model. The study was conducted on 30 piglets divided into three groups. Positive end-expiratory pressure was raised from 0 to 20 cm H2O at base value of intracranial pressure (n=10), at subcompensated (n=10) and decompensated (n=10) intracranial hypertension. Artificial ventilation of the lungs with positive end-expiratory pressure was accompanied by augmentation of intrathoracic pressure and hemodynamic depression. Safe level of positive end-expiratory pressure was 5 сm H2O. Influence of positive end-expiratory pressure on intracranial pressure was defined not only size of positive end-expiratory pressure, but also gravity of a lesion of a brain.
Keywords: intracranial hypertension, artificial ventilation of the lungs, positive end-expiratory pressure
Лешкова Вероника Евгеньевна - к.м.н., доцент кафедры анестезиологии и реаниматологии с курсом ИПО ГОУ ВПО БГМУ Росздрава, 450071, г. Уфа, ул. Лесной проезд, д. 3, 8(347)237-77-92
Тимербулатов Шамиль Вилевич – к.м.н., доцент кафедры хирургии с курсом эндоскопии ГОУ ВПО БГМУ Росздрава, 450077, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3, 8(347) 255-54-57
Садритдинов Марсель Амирзянович – д.м.н., заведующий кафедрой анестезиологии и реаниматологии с курсом ИПО ГОУ ВПО БГМУ Росздрава, 450071, г. Уфа, ул. Лесной проезд, д. 3, 8(347)237-77-92
Сибаев Вазир Мазгутович – д.м.н., профессор кафедры хирургии с курсом эндоскопии ГОУ ВПО БГМУ Росздрава, 450077, г. Уфа, ул. Ленина, д. 3, 8(347) 255-54-57
Гиматдинов Булат Игоревич – заведующий отделением нейрореанимации МУ «Больница скорой медицинской помощи», 450106, г. Уфа, ул. Батырская, д. 39/2, 8(347)255-56-26
Сахаутдинов Ринат Маратович – заведующий отделением анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии МУ «Больница скорой медицинской помощи», 450106, г. Уфа, ул. Батырская, д. 39/2, 8(347) 255-44-80
Эффект положительного давления в конце выдоха на внутричерепное давление при экспериментальной внутричерепной гипертензии