РОЛЬ ЦИТОКИНОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ ОРГАННОЙ ДИСФУНКЦИИ ПРИ ОПЕРАЦИЯХ НА «ОТКРЫТОМ» СЕРДЦЕ

Основные положения

В статье представлен анализ работ по изучению системного воспалительного ответа, возникающего при кардиохирургических вмешательствах. Обсуждены данные исследований относительно возможной медикаментозной поддержки, а также результаты экспериментальных работ, направленных на снижение воспалительной реакции. Предлагаются технологические решения, способствующие уменьшению выделения цитокинов при использовании аппаратов искусственного кровообращения.

Резюме

Рост числа операций по хирургической реваскуляризации миокарда неизбежно связан с изучением предикторов неблагоприятного отдаленного прогноза после аортокоронарного шунтирования. Последние десятилетия изучается проблема системного воспалительного ответа, поскольку цитокины играют важную роль в развитии неотложных состояний. Целью данной работы явился анализ литературы, посвященный изучению роли динамики цитокинов при аортокоронарном шунтировании. В статье представлены данные работ, отражающие важность изучения динамики фактора некроза опухоли α, интерлейкинов. Помимо этого, проанализированы данные о влиянии используемых типов аппаратов искусственного кровообращения на изменение концентрации цитокинов. Оценена возможность медикаментозной коррекции системного воспалительного ответа. Получены данные о возможности использования метилпреднизолона, колхицина, пентоксифиллина у кардиохирургических пациентов с целью снижения уровней провоспалительных цитокинов. Экспериментальные работы по применению аденозина и моноклональных антител к фактору некроза опухоли α представляются перспективными, поскольку отмечено уменьшение повреждения миокарда и легких. Многочисленные работы в данном направлении подтверждают необходимость поиска методов эффективной коррекции воспалительного ответа после хирургической реваскуляризации миокарда.

1. Бокерия Л.А., Керен М.А., Енокян Л.Г., Сигаев И.Ю., Мерзляков В.Ю., Казарян А.В., Морчадзе Б.Д., Терешина Ю.С. Отдаленные результаты аортокоронарного шунтирования у больных ишемической болезнью сердца пожилого и старческого возраста. Анналы хирургии. 2012; 2: 15–21.

2. Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г. Сердечно-сосудистая хирургия - 2014. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. Москва: Изд-во НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2015.

3. Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г., Милиевская Е.Б., Кудзоева З.Ф., Прянишников В.В.. Сердечно-сосудистая хирургия - 2016. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. Москва: НМЦССХ им. А. Н. Бакулева. 2017.

4. Кузьмичкина М.А., Серебрякова В.Н. Реабилитация пациентов, подвергшихся коронарному шунтированию, с позиции восстановления трудоспособности. Клиническая медицина. 2020; 98(4): 266-274. doi: 10.30629/0023-2149-2020-98-4-266-274

5. Кондрикова Н.В., Помешкина С.А., Барбараш О.Л. Пациент после коронарного шунтирования: фокус на восстановление трудоспособности. Сибирское медицинское обозрение. 2017; 5 (107): 109–114. doi: 10.20333/2500136–2017–5–109–114

6. Кавешников В.С., Кузьмичкина М.А., Серебрякова В.Н. Предикторы отдаленного прогноза у пациентов, перенесших хирургическую реваскуляризацию миокарда. Рациональная фармакотерапия в кардиологии. 2022; 18(6): 710–716. doi: 10.20996/1819–6446–2022–12–09

7. Кричевский Л.А., Рыбаков В.Ю., Дворядкин А.А., Проценко Д.Н. Системный воспалительный ответ в кардиохирургии. Анестезиология и реаниматология (Медиа сфера). 2021; 3: 94–102. doi: 10.17116/anaesthesiology202103194

8. Laffey J.G., Boylan J.F., Cheng D.C. The systemic inflammatory response to cardiac surgery: implications for the anesthesiologist. Anesthesiology. 2002; 97(1): 215–52. doi: 10.1097/00000542–200207000–00030.

9. Чарная М.А., Дементьева И.И., Морозов Ю.А., Гладышева В.Г. Кардиоспецифичные биомаркеры в кардиологии и кардиохирургии. Часть 1. Общая характеристика биомаркеров. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2010; 3(3): 26–33.

10. Черешнев В.А., Гусев Е.Ю., Chereshnev V.A., Gusev E.Yu. Иммунологические и патофизиологические механизмы системного воспаления. Медицинская иммунология. 2012; 14(1–2): 9–20.

11. Journois D., Israel-Biet D., Pouard P., Rolland B., Silvester W., Vouhé P., Safran D. High-volume, zero-balanced hemofiltration to reduce delayed inflammatory response to cardiopulmonary bypass in children. Anesthesiology. 1996; 85(5): 965–76. doi: 10.1097/00000542–199611000–00003.

12. Sablotzki A., Mann V., Simm A., Czeslick E. Changes in the cytokine network through ESCalating SIRS after heart surgery. Anasthesiol. Intensivmed. Notfallmed. Schmerzther. 2001; 36(9): 552–9. doi: 10.1055/s-2001–17262.

13. McBride W.T., McBride S.J. The balance of pro- and anti-inflammatory cytokines in cardiac surgery. Curr. Opin. Anaesthesiol. 1998; 11(1): 15–22. doi: 10.1097/00001503–199802000–00004.

14. Hill G.E. Cardiopulmonary bypass-induced inflammation: is it important? J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 1998; 12(2 Suppl 1): 21–5.

15. Ai A.L., Hall D., Bolling S.F. Interleukin-6 and Hospital Length of Stay after Open-heart Surgery. Biol. Psichiatr. Psichofarmakol. 2012; 14(2): 79–82.

16. Plaschke K., Fichtenkamm P., Schramm C., Hauth S., Martin E., Verch M., Karck M., Kopitz J. Early postoperative delirium after open-heart cardiac surgery is associated with decreased bispectral EEG and increased cortisol and interleukin-6. Intensive. Care. Med. 2010; 36(12): 2081–9. doi: 10.1007/s00134–010–2004–4.

17. Овчинников Д.А., Амосов Д.Д., Воробьев Е.А., Гарнюк В.В., Бельтюков П.П., Гребенник В.К., Гордеев М.Л., Баранцевич Е.Р.Когнитивная дисфункция и содержание в крови маркеров воспалительного ответа у пациентов, перенесших аортокоронарное шунтирование. Журнал неврологии и психиатрии им С.С. Корсакова. 2017; 117(4): 5–10. doi: 10.17116/jnevro2017117415–10.

18. Cremer J., Martin M., Redl H., Bahrami S., Abraham C., Graeter T., Haverich A., Schlag G., Borst H.G. Systemic inflammatory response syndrome after cardiac operations. Ann. Thorac. Surg. 1996; 61(6): 1714–20. doi: 10.1016/0003–4975(96)00055–0.

19. Wu Z.K., Laurikka J., Vikman S., Nieminen R., Moilanen E., Tarkka M.R. High postoperative interleukin-8 levels related to atrial fibrillation in patients undergoing coronary artery bypass surgery. World. J. Surg. 2008; 32(12): 2643–9. doi: 10.1007/s00268–008–9758–7.

20. Abacilar F., Dogan O.F., Duman U., Ucar I., Demircin M., Ersoy U., Dogan R., Boke E. The changes and effects of the plasma levels of tumor necrosis factor after coronary artery bypass surgery with cardiopulmonary bypass. Heart. Surg. Forum. 2006; 9(4): E703–9. doi: 10.1532/HSF98.20061012.

21. Oddis C.V., Finkel M.S. Cytokines and nitric oxide synthase inhibitor as mediators of adrenergic refractoriness in cardiac myocytes. Eur. J. Pharmacol. 1997; 320(2–3): 167–74. doi: 10.1016/s0014–2999(96)00912–0.

22. Klava A., Windsor A.C., Farmery S.M., Woodhouse L.F., Reynolds J.V., Ramsden C.W., Boylston A.W., Guillou P.J. Interleukin-10. A role in the development of postoperative immunosuppression. Arch. Surg. 1997; 132(4): 425–9. doi: 10.1001/archsurg.1997.01430280099016.

23. Platis A., Yu Q., Moore D., Khojeini E., Tsau P., Larson D. The effect of daily administration of IL-18 on cardiac structure and function. Perfusion. 2008; 23(4): 237–42. doi: 10.1177/0267659108101511.

24. Понасенко А.В., Хуторная М.В., Головкин А.С., Савостьянова Ю.Ю. Вклад провоспалительных цитокинов в формирование системного воспалительного ответа после операций протезирования клапанов сердца. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2013; 4: 71–76.

25. Рубаненко О.А. Влияние операции коронарного шунтирования на факторы воспаления и миокардиального повреждения у пациентов с ишемической болезнью сердца. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2016; 140(1): 18–22.

26. Головкин А.С., Матвеева В.Г., Хуторная М.В., Понасенко А.В., Шукевич Д.Л., Григорьев Е.В. Роль сывороточных цитокинов в патогенезе системного воспалительного ответа после аортокоронарного шунтирования в условиях искусственного кровообращения. Цитокины и воспаление. 2015; 14(2): 48–55.

27. Бузиашвили Ю.И., Кокшенева И.В., Самсонова Н.Н., Абуков С.Т., Бузиашвили В.Ю., Климович Л.Г.. Динамика уровня факторов воспалительной реакции в раннем послеоперационном периоде при различных методиках коронарного шунтирования. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2015; 8(1): 4–11. doi: 10.17116/kardio2015814–11

28. Бокерия Л.А., Мерзляков В.Ю., Самуилова Д.Ш., Ключников И.В., Селимян Л.С., Абаджян М.Ф., Рахимов А.А., Казарян А.В. Системный воспалительный ответ и повреждение миокарда при коронарном шунтировании на работающем сердце и в условиях искусственного кровообращения у пациентов низкого риска. Клиническая физиология кровообращения. 2014; 1: 52–59.

29. Biglioli P., Cannata A., Alamanni F., Naliato M., Porqueddu M., Zanobini M., Tremoli E., Parolari A. Biological effects of off-pump vs. on-pump coronary artery surgery: focus on inflammation, hemostasis and oxidative stress. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2003; 24(2): 260–9. doi: 10.1016/s1010–7940(03)00295–1.

30. Бокерия Л.А., Авалиани В.М., Мерзляков В.Ю. Аортокоронарное шунтирование на работающем сердце. М.: НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2008.

31. Litmathe J., Boeken U., Bohlen G., Gursoy D., Sucker C., Feindt P. Systemic inflammatory response syndrome after extracorporeal circulation: a predictive algorithm for the patient at risk. Hellenic. J. Cardiol. 2011; 52(6): 493–500.

32. Ayikgoz Y., Aydin M., Kankilic N., Temiz E. Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), tumor necrosis factor alpha protein (TNFa), heme oxygenase-1 (HO-1) gene expressions during cardiopulmonary bypass. Gene. 2021; 790: 145690. doi: 10.1016/j.gene.2021.145690.

33. Risnes I., Ueland T., Lundblad R., Mollnes T.E., Baksaas S.T., Aukrust P., Svennevig J.L. Changes in the cytokine network and complement parameters during open heart surgery. Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. 2003; 2(1): 19–24. doi: 10.1016/S1569–9293(02)00088–9.

34. Bhagat K., Hingorani A.D., Palacios M., Charles I.G. Cytokine-induced venodilatation in humans in vivo: eNOS masquerading as iNOS. Cardiovasc. Res. 1999; 41(3): 754–64. doi: 10.1016/s0008–6363(98)00249–1.

35. Feindt P., Litmathe J., Boeken U., Gams E. Anticoagulation during extracorporeal circulation under conditions of an ongoing systemic inflammatory response syndrome: effects of heparin. Perfusion. 2005; 20(1): 11–5. doi: 10.1191/0267659105pf776oa.

36. Cicala C., Cirino G. Linkage between inflammation and coagulation: an update on the molecular basis of the crosstalk. Life. Sci. 1998; 62(20): 1817–24. doi: 10.1016/s0024–3205(97)01167–3.

37. Squiccimarro E., Stasi A., Lorusso R., Paparella D. Narrative review of the systemic inflammatory reaction to cardiac surgery and cardiopulmonary bypass. Artif. Organs. 2022; 46(4): 568–577. doi: 10.1111/aor.14171.

38. Чумакова С.П., Уразова О.И., Шипулин В.М., Новицкий В.В. Цитокины как индукторы постперфузионной системной воспалительной реакции у кардиохирургических больных с различной продолжительностью коронарной патологии. Бюллетень сибирской медицины. 2017; 16(4): 260–269. doi: 10.20538/1682–0363–2017–4–260–268

39. Suleiman M.S., Zacharowski K., Angelini G.D. Inflammatory response and cardioprotection during open-heart surgery: the importance of anaesthetics. Br. J. Pharmacol. 2008; 153(1): 21–33. doi: 10.1038/sj.bjp.0707526.

40. Liebold A., Keyl C., Birnbaum D.E. The heart produces but the lungs consume proinflammatory cytokines following cardiopulmonary bypass. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 1999; 15(3): 340–5. doi: 10.1016/s1010–7940(99)00038-x.

41. Filsoufi F., Rahmanian P.B., Castillo J.G., Chikwe J. Predictors and early and late outcomes of respiratory failure in contemporary cardiac surgery. Chest. 2008; 133(3): 713–21. doi: 10.1378/chest.07–1028.

42. Young R.W. Prevention of lung injury in cardiac surgery: a review. J. Extra. Corpor. Technol. 2014; 46(2): 130–41.

43. den Hengst W.A., Gielis J.F., Lin J.Y., Van Schil P.E., De Windt L.J., Moens A.L. Lung ischemia-reperfusion injury: a molecular and clinical view on a complex pathophysiological process. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2010; 299(5): H1283–99. doi: 10.1152/ajpheart.00251.2010.

44. De Perrot M., Sekine Y., Fischer S., Waddell T.K., McRae K., Liu M., Wigle D.A., Keshavjee S. Interleukin-8 release during early reperfusion predicts graft function in human lung transplantation. Am. J. Respir. Crit. Care. Med. 2002; 165(2): 211–5. doi: 10.1164/ajrccm.165.2.2011151.

45. Зенина А.А., Левман Р.А., Силаев А.А., Шуматов В.Б. Роль нейровоспаления в патогенезе когнитивных расстройств после аортокоронарного шунтирования. Российский иммунологический журнал. 2020; 23(3): 341–346. doi: 10.46235/1028–7221–313-RON

46. Meldrum D.R., Donnahoo K.K. Role of TNF in mediating renal insufficiency following cardiac surgery: evidence of a postbypass cardiorenal syndrome. J. Surg. Res. 1999; 85(2): 185–99. doi: 10.1006/jsre.1999.5660.

47. Sakai H., Mori K., Suzuki K., Katayama Y. The clinical significance of interleukin-6 as an inflammatory marker (the studies in patients with open heart surgery). Rinsho. Byori. 1994; 42(11): 1151–7.

48. el-Barbary M., Khabar K.S. Soluble tumor necrosis factor receptor p55 predicts cytokinemia and systemic inflammatory response after cardiopulmonary bypass. Crit. Care. Med. 2002; 30(8): 1712–6. doi: 10.1097/00003246–200208000–00006.

49. Bouter H., Schippers E.F., Luelmo S.A., Versteegh M.I., Ros P., Guiot H.F., Frölich M., van Dissel J.T. No effect of preoperative selective gut decontamination on endotoxemia and cytokine activation during cardiopulmonary bypass: a randomized, placebo-controlled study. Crit. Care. Med. 2002; 30(1): 38–43. doi: 10.1097/00003246–200201000–00006.

50. Tadic S., Ristic M., Balint B., Milic N. Interleukin-8 serum levels in patients with various types of open heart surgical procedures performed under extracorporeal circulation. Acta. Chir. Iugosl. 2003; 50(2): 31–5.

51. Bical O.M., Fromes Y., Gaillard D., Fischer M., Ponzio O., Deleuze P., Gerhardt M.F., Trivin F. Comparison of the inflammatory response between miniaturized and standard CPB circuits in aortic valve surgery. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2006; 29(5): 699–702. doi: 10.1016/j.ejcts.2006.01.053.

52. Tan A., Newey C., Falter F. Pulsatile Perfusion during Cardiopulmonary Bypass: A Literature Review. J. Extra. Corpor. Technol. 2022; 54(1): 50–60. doi: 10.1182/ject-50–60.

53. Quaniers J.M., Leruth J., Albert A., Limet R.R. Comparison of inflammatory responses after off-pump and on-pump coronary surgery using surface modifying additives circuit. Ann. Thorac. Surg. 2006; 81(5): 1683–90. doi: 10.1016/j.athoracsur.2005.11.059. 54. Simsek E., Karapinar K., Bugra O., Tulga Ulus A. Effects of albumin and synthetic polypeptide-coated oxygenators on IL-1, IL-2, IL-6, and IL-10 in open heart surgery. Asian. J. Surg. 2014; 37(2): 93–9. doi: 10.1016/j.asjsur.2013.09.004.

54. Taleska Stupica G., Sostaric M., Bozhinovska M., Rupert L., Bosnic Z., Jerin A., Ihan A., Klokocovnik T., Podbregar M. Extracorporeal Hemadsorption versus Glucocorticoids during Cardiopulmonary Bypass: A Prospective, Randomized, Controlled Trial. Cardiovasc Ther. 2020;2020:7834173. doi: 10.1155/2020/7834173.

55. Zhang G.H., Hou F.F., Wang W.J., Zhang X., Wu H., Liu Z.Q., Tao H.Q. [The protective effects to the function of kidney and long by clearing of cytokines in patients with open-heart surgery]. Zhonghua. Yi. Xue. Za. Zhi. 2005; 85(45): 3194–8.

56. Борисенко Д.В., Ивкин А.А., Шукевич Д.Л. Современные методы ограничения системного

57. воспалительного ответа при коррекции врожденных пороков сердца у детей в условиях искусственного кровообращения. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021; 10(2): 113-124. doi: 10.17802/2306-1278-2021-10-2-113-124

58. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л. Роль искусственного кровообращения в развитии послеоперационной когнитивной дисфункции. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2021; 14(2): 168–174. doi: 10.17116/kardio202114021168

59. Gholampour Dehaki M., Niknam S., Azarfarin R., Bakhshandeh H., Mahdavi M. Zero-Balance Ultrafiltration of Priming Blood Attenuates Procalcitonin and Improves the Respiratory Function in Infants After Cardiopulmonary Bypass: A Randomized Controlled Trial. Journal of Artificial Organs. 2019; 43(2): 167-172. doi: 10.1111/aor.13325.

60. Reis Miranda D., Gommers D., Struijs A., Dekker R., Mekel J., Feelders R., Lachmann B., Bogers A.J. Ventilation according to the open lung concept attenuates pulmonary inflammatory response in cardiac surgery. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2005; 28(6): 889–95. doi: 10.1016/j.ejcts.2005.10.007.

61. Koner O., Celebi S., Balci H., Cetin G., Karaoglu K., Cakar N. Effects of protective and conventional mechanical ventilation on pulmonary function and systemic cytokine release after cardiopulmonary bypass. Intensive. Care. Med. 2004; 30(4): 620–6. doi: 10.1007/s00134–003–2104–5.

62. Danielson M., Reinsfelt B., Westerlind A., Zetterberg H., Blennow K. , Ricksten S.-E. Effects of methylprednisolone on blood-brain barrier and cerebral inflammation in cardiac surgery-a randomized trial. J. Neuroinflammation. 2018; 15(1): 283. doi: 10.1186/s12974–018–1318-y.

63. Varan B., Tokel K., Mercan S., Dönmez A. Systemic inflammatory response related to cardiopulmonary bypass and its modification by methyl prednisolone: high dose versus low dose. Pediatr. Cardiol. 2002; 23(4): 437–41. doi: 10.1007/s00246–002–0118–3.

64. Гусакова А.М., Суслова Т.Е., Дьякова М.Л., Козлов Б.Н. Циркулирующие биомаркеры системного воспалительного ответа в оценке постперикардиотомического синдрома у пациентов после кардиохирургических вмешательств. Медицинская иммунология. 2021;23(4):933-940. doi: 10.15789/1563–0625-CBO-2281

65. Baki E.D., Aldemir M., Kokulu S., Koca H.B., Ela Y., Sıvacı R.G., Öztürk N.K., Emmiler M., Adalı F., Uzel H. Comparison of the effects of desflurane and propofol anesthesia on the inflammatory response and s100b protein during coronary artery bypass grafting. Inflammation. 2013; 36(6): 1327–33. doi: 10.1007/s10753–013–9671–6.

66. Аджигалиев Р.Р., Баутин А.Е., Пасюга В.В. О влиянии компонентов анестезии на системный воспалительный ответ при кардиохирургических вмешательствах в условиях искусственного кровообращения. Вестник интенсивной терапии имени А.И. Салтанова. 2019;(4):73–80. doi:10.21320/1818-474X-2019-4-73-80

67. Аджигалиев Р.Р., Баутин А.Е., Илов Н.Н., Пасюга В.В., Тарасов Д.Г. Различное влияние наркотических анальгетиков на динамику активности цитокинов во время кардиохирургических вмешательств в условиях искусственного кровообращения. Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2017;14(5):34-40. doi: 10.21292/2078–5658–2017–14–5–34–40

68. Iskesen I., Kurdal A.T., Kahraman N., Cerrahoglu M. Preoperative oral pentoxifylline for management of cytokine reactions in cardiac surgery. Heart. Surg. Forum. 2009; 12(2): E100–4. doi: 10.1532/HSF98.20081153.

69. Cain B.S., Meldrum D.R., Dinarello C.A., Meng X., Banerjee A., Harken A.H. Adenosine reduced cardiac TNF-α production and human myocardial injury following ischemia-reperfusion. J Surg Res 1998; 76: 117—123.

70. Gurevitch J., Frolkis I., Yuhas Y., Lifschitz-Mercer B., Berger E., Paz Y., Matsa M., Kramer A., Mohr R. Anti-tumor necrosis factoralpha improves myocardial recovery after ischemia and reperfusion. J AmCollCardiol 1997: 30: 1554—1561.

71. Krishnadasan B., Naidu B.V., Byrne K., Fraga C., Verrier E.D., Mulligan M.S. The role of proinflammatory cytokines in lung ischemia-reperfusion injury. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2003; 125(2): 261–72. doi: 10.1067/mtc.2003.16.

72. Gol M.K., Nisanoglu V., Iscan Z., Balci M., Kandemir O., Taşdemir O. Inhibition of systemic inflammatory response with sodium nitroprusside in open heart surgery. J. Cardiovasc. Surg. (Torino). 2002; 43(6): 803–9.

73. Sato Y., Ishikawa S., Otaki A., Takahashi T., Hasegawa Y., Suzuki M., Yamagishi T., Morishita Y. Induction of acute-phase reactive substances during open-heart surgery and efficacy of ulinastatin. Inhibiting cytokines and postoperative organ injury. Jpn. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2000; 48(7): 428–34. doi: 10.1007/BF03218170.