ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ МЕТОДА БЛИЖНЕЙ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В ПРОФИЛАКТИКЕ ЦЕРЕБРАЛЬНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ ХИРУРГИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ СЕРДЦА У ДЕТЕЙ

Основные положения

С учетом развития методик искусственного кровообращения при операциях на сердце у детей первостепенное значение имеет проблема интраоперационной защиты органов, в частности церебропротекция – одна из главных задач ведения пациента. Цель данного обзора литературы – определить роль ближневолновой инфракрасной спектроскопии среди множества аппаратных методик мониторинга функции мозга.

Резюме

Ближневолновая инфракрасная спектроскопия используется для оценки регионарной тканевой перфузии и оксигенации тканей головного мозга во время операций на сердце, проводимых в условиях искусственного кровообращения (ИК). Данные о корреляции лабораторных маркеров церебрального повреждения с результатами церебральной оксиметрии у детей делают возможным создание эффективных стратегий церебропротекции и профилактики послеоперационной когнитивной дисфункции как части комплексной интраоперационной оценки состояния пациента. Целью представленной работы стал анализ эффективности метода ближней инфракрасной спектроскопии в церебропротекции при коррекции врожденных пороков сердца у детей в условиях ИК. Выполнен обзор литературных источников на русском и английском языках, представленных в базах данных Web of Science, PubMed и eLIBRARY за последние десять лет. Поиск релевантных исследований осуществлен по ключевым словам: «органопротекция», «врожденные пороки сердца», «дети», «искусственное кровообращение», «спектроскопия в около-инфракрасном спектре». Источники, не соответствующие заданным критериям, исключены из обзора. Обосновано применение ближней инфракрасной спектроскопии для оценки церебральной перфузии с целью церебропротекции у детей с врожденными пороками сердца. Показана эффективность церебральной оксиметрии при различных видах оперативных вмешательств на сердце в условиях ИК у детей. Ближневолновая инфракрасная спектроскопия – рутинная методика оценки перфузии мозга для профилактики церебрального повреждения при операциях на сердце в условиях ИК. Приведенные в обзоре данные демонстрируют связь лабораторных маркеров церебрального повреждения с показателями интраоперационной церебральной оксиметрии методом ближней инфракрасной спектроскопии у детей при операциях на сердце в условиях ИК. Необходимы дальнейшие исследования для изучения перспектив описанного метода церебропротекции.

1. Iliopoulos I., Cooper D.S., Reagor J.A., Koh W., Goldstein B.H., Khoury P.R., Morales D.L.S., Batlivala S. Absolute Versus Relative Near-Infrared Spectroscopy in Pediatric Cardiac Patients. Pediatr Crit Care Med. 2023;24(3):204-212. doi: 10.1097/PCC.0000000000003118.

2. Menke J., Möller G. Cerebral near-infrared spectroscopy correlates to vital parameters during cardiopulmonary bypass surgery in children. Pediatr Cardiol. 2014;35(1):155-63. doi: 10.1007/s00246-013-0754-9.

3. Brandoni D.A., Martínez Da Bove M.P., Moreno G.E. Use of near infrared spectroscopy for hemodynamic monitoring in pediatrics. Arch Argent Pediatr. 2022;120(2):129-135. English, Spanish. doi: 10.5546/aap.2022.eng.129.

4. Yamamoto M., Toki T., Kubo Y., Hoshino K., Morimoto Y. Age Difference of the Relationship Between Cerebral Oxygen Saturation and Physiological Parameters in Pediatric Cardiac Surgery with Cardiopulmonary Bypass: Analysis Using the Random-Effects Model. Pediatr Cardiol. 2022;43(7):1606-1614. doi: 10.1007/s00246-022-02889-x.

5. Holmgaard F., Vistisen S.T., Ravn H.B., Scheeren T.W.L. The response of a standardized fluid challenge during cardiac surgery on cerebral oxygen saturation measured with near-infrared spectroscopy. J Clin Monit Comput. 2020;34(2):245-251. doi: 10.1007/s10877-019-00324-w.

6. Levy P.T., Pellicer A., Schwarz C.E., Neunhoeffer F., Schuhmann M.U., Breindahl M., Fumagelli M., Mintzer J., de Boode W.; ESPR Special Interest Group “Near InfraRed Spectroscopy” (NIRS). Near-infrared spectroscopy for perioperative assessment and neonatal interventions. Pediatr Res. 2024;96(4):922-932. doi: 10.1038/s41390-021-01791-1.

7. Yoshitani K., Kawaguchi M., Ishida K., Maekawa K., Miyawaki H., Tanaka S., Uchino H., Kakinohana M., Koide Y., Yokota M., Okamoto H., Nomura M. Guidelines for the use of cerebral oximetry by near-infrared spectroscopy in cardiovascular anesthesia: a report by the cerebrospinal Division of the Academic Committee of the Japanese Society of Cardiovascular Anesthesiologists (JSCVA). J Anesth. 2019;33(2):167-196. doi: 10.1007/s00540-019-02610-y.

8. Qu J.Z., Kao L.W., Smith J.E., Kuo A., Xue A., Iyer M.H., Essandoh M.K., Dalia A.A. Brain Protection in Aortic Arch Surgery: An Evolving Field. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2021;35(4):1176-1188. doi: 10.1053/j.jvca.2020.11.035.

9. Erdoes G., Rummel C., Basciani R.M., Verma R., Carrel T., Banz Y., Eberle B., Schroth G. Limitations of Current Near-Infrared Spectroscopy Configuration in Detecting Focal Cerebral Ischemia During Cardiac Surgery: An Observational Case-Series Study. Artif Organs. 2018;42(10):1001-1009. doi: 10.1111/aor.13150.

10. Savluk O.F., Yilmaz A.A., Yavuz Y., Arisut S., Ukil Isildak F., Turkmen Karaagac A., Ozbek B., Cine N., Tuncer E., Ceyran H. Assessment of microcirculatory alteration by a vascular occlusion test using near-infrared spectroscopy in pediatric cardiac surgery: effect of cardiopulmonary bypass. Expert Rev Med Devices. 2024;21(3):249-255. doi: 10.1080/17434440.2024.2306155

11. Hu Z., Xu L., Zhu Z., Seal R., McQuillan P.M. Effects of Hypothermic Cardiopulmonary Bypass on Internal Jugular Bulb Venous Oxygen Saturation, Cerebral Oxygen Saturation, and Bispectral Index in Pediatric Patients Undergoing Cardiac Surgery: A Prospective Study. Medicine (Baltimore). 2016;95(2):e2483. doi: 10.1097/MD.0000000000002483.

12. Zaleski K.L., Kussman B.D. Near-Infrared Spectroscopy in Pediatric Congenital Heart Disease. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2020;34(2):489-500. doi: 10.1053/j.jvca.2019.08.048.

13. Naguib A.N., Winch P.D., Sebastian R., Gomez D., Guzman L., Rice J., Tumin D., Galantowicz M., Tobias J.D. The Correlation of Two Cerebral Saturation Monitors With Jugular Bulb Oxygen Saturation in Children Undergoing Cardiopulmonary Bypass for Congenital Heart Surgery. J Intensive Care Med. 2017;32(10):603-608. doi: 10.1177/0885066616663649.

14. Massey S.L., Weinerman B., Naim M.Y. Perioperative Neuromonitoring in Children with Congenital Heart Disease. Neurocrit Care. 2024;40(1):116-129. doi: 10.1007/s12028-023-01737-x.

15. Ma Y., Zhao L., Wei J., Wang Z., Lui S., Song B., Gong Q., Wang P., Wu M. Comparing near-infrared spectroscopy-measured cerebral oxygen saturation and corresponding venous oxygen saturations in children with congenital heart disease: a systematic review and meta-analysis. Transl Pediatr. 2022;11(8):1374-1388. doi: 10.21037/tp-22-345.

16. Klamt J.G., Vicente W.V.A., Garcia L.V., Carmona F., Abrão J., Menardi A.C., Manso P.H. Neuroprotective Anesthesia Regimen and Intensive Management for Pediatric Cardiac Surgery with Cardiopulmonary Bypass: a Review and Initial Experience. Braz J Cardiovasc Surg. 2017;32(6):523-529. doi: 10.21470/1678-9741-2016-0064.

17. Feldmann M., Hagmann C., de Vries L., Disselhoff V., Pushparajah K., Logeswaran T., Jansen N.J.G., Breur J.M.P.J., Knirsch W., Benders M., Counsell S., Reich B., Latal B. Neuromonitoring, neuroimaging, and neurodevelopmental follow-up practices in neonatal congenital heart disease: a European survey. Pediatr Res. 2023;93(1):168-175. doi: 10.1038/s41390-022-02063-2.

18. 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

19. Khan I., Rehan M., Parikh G., Zammit C., Badjatia N., Herr D., Kon Z., Hogue C., Mazzeffi M. Regional Cerebral Oximetry as an Indicator of Acute Brain Injury in Adults Undergoing Veno-Arterial Extracorporeal Membrane Oxygenation-A Prospective Pilot Study. Front Neurol. 2018;9:993. doi: 10.3389/fneur.2018.00993.

20. Vedrenne-Cloquet M., Lévy R., Chareyre J., Kossorotoff M., Oualha M., Renolleau S., Grimaud M. Association of Cerebral Oxymetry with Short-Term Outcome in Critically ill Children Undergoing Extracorporeal Membrane Oxygenation. Neurocrit Care. 2021;35(2):409-417. doi: 10.1007/s12028-020-01179-9

21. Takegawa R., Hayashida K., Yin T., Choudhary R.C., Miyara S.J., Khalili H., Shoaib M., Endo Y., Molmenti E.P., Becker L.B. Real-Time Brain Monitoring by Near-Infrared Spectroscopy Predicts Neurological Outcome after Cardiac Arrest and Resuscitation in Rats: A Proof of Concept Study of a Novel Prognostic Measure after Cardiac Arrest. J Clin Med. 2021;11(1):131. doi: 10.3390/jcm11010131.

22. Thomas R., Shin S.S., Balu R. Applications of near-infrared spectroscopy in neurocritical care. Neurophotonics. 2023;10(2):023522. doi: 10.1117/1.NPh.10.2.023522.

23. Wong J.J., Chen C.K., Moorakonda R.B., Wijeweera O., Tan T.Y.S., Nakao M., Allen J.C.Jr., Loh T.F., Lee J.H. Changes in Near-Infrared Spectroscopy After Congenital Cyanotic Heart Surgery. Front Pediatr. 2018;6:97. doi: 10.3389/fped.2018.00097.

24. Takeda Y., Yamamoto M., Hoshino K., Ito Y.M., Kato N., Wakasa S., Morimoto Y. Changes in Cerebral Hemodynamics During Systemic Pulmonary Shunt and Pulmonary Artery Banding in Infants with Congenital Heart Disease. Pediatr Cardiol. 2023;44(3):695-701. doi: 10.1007/s00246-022-02999-6.

25. Ricci Z., Haiberger R., Tofani L., Romagnoli S., Favia I., Cogo P. Multisite Near Infrared Spectroscopy During Cardiopulmonary Bypass in Pediatric Patients. Artif Organs. 2015;39(7):584-90. doi: 10.1111/aor.12424.

26. Scott J.P., Hoffman G.M. Near-infrared spectroscopy: exposing the dark (venous) side of the circulation. Paediatr Anaesth. 2014;24(1):74-88. doi: 10.1111/pan.12301.

27. Yagi Y., Yamamoto M., Saito H., Mori T., Morimoto Y., Oyasu T., Tachibana T., Ito Y.M. Changes of Cerebral Oxygenation in Sequential Glenn and Fontan Procedures in the Same Children. Pediatr Cardiol. 2017;38(6):1215-1219. doi: 10.1007/s00246-017-1647-0.

28. Bruckner M., Pichler G., Urlesberger B. NIRS in the fetal to neonatal transition and immediate postnatal period. Semin Fetal Neonatal Med. 2020;25(2):101079. doi: 10.1016/j.siny.2020.101079.

29. Bertolizio G., DiNardo J.A., Laussen P.C., Polito A., Pigula F.A., Zurakowski D., Kussman BD. Evaluation of cerebral oxygenation and perfusion with conversion from an arterial-to-systemic shunt circulation to the bidirectional Glenn circulation in patients with univentricular cardiac abnormalities. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2015;29(1):95-100. doi: 10.1053/j.jvca.2014.06.001.

30. Altun D., Doğan A., Arnaz A., Yüksek A., Yalçinbaş Y.K., Türköz R., Sarioğlu T. Noninvasive monitoring of central venous oxygen saturation by jugular transcutaneous near-infrared spectroscopy in pediatric patients undergoing congenital cardiac surgery. Turk J Med Sci. 2020;50(5):1280-1287. doi: 10.3906/sag-1911-135.

31. Loomba R.S., Rausa J., Sheikholeslami D., Dyson A.E., Farias J.S., Villarreal E.G., Flores S., Bronicki R.A. Correlation of Near-Infrared Spectroscopy Oximetry and Corresponding Venous Oxygen Saturations in Children with Congenital Heart Disease. Pediatr Cardiol. 2022;43(1):197-206. doi: 10.1007/s00246-021-02718-7.

32. Abubakar M.O., Zanelli S.A., Spaeder M.C. Changes in Cerebral Regional Oxygen Saturation Variability in Neonates Undergoing Cardiac Surgery: A Prospective Cohort Study. Pediatr Cardiol. 202t;44(7):1560-1565. doi: 10.1007/s00246-023-03239-1.

33. Spaeder M.C., Surma V.J. Cerebral regional oxygen saturation variability in neonates following cardiac surgery. Pediatr Res. 2021;90(4):815-818. doi: 10.1038/s41390-020-01171-1.

34. Spaeder M.C., Klugman D., Skurow-Todd K., Glass P., Jonas R.A., Donofrio M.T. Perioperative Near-Infrared Spectroscopy Monitoring in Neonates With Congenital Heart Disease: Relationship of Cerebral Tissue Oxygenation Index Variability With Neurodevelopmental Outcome. Pediatr Crit Care Med. 2017;18(3):213-218. doi: 10.1097/PCC.0000000000001056.

35. Yamamoto M., Mori T., Toki T., Itosu Y., Kubo Y., Yokota I., Morimoto Y. The Relationships of Cerebral and Somatic Oxygen Saturation with Physiological Parameters in Pediatric Cardiac Surgery with Cardiopulmonary Bypass: Analysis Using the Random-Effects Model. Pediatr Cardiol. 2021;42(2):370-378. doi: 10.1007/s00246-020-02492-y.

36. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Цепокина А.В., Шукевич Д.Л. Послеоперационный делирий у детей при коррекции врожденных септальных пороков сердца. Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2021;18(2):62-68. doi:10.21292/2078-5658-2021-18-2-62-68

37. Li Y., Yin S., Fang J., Hua Y., Wang C., Mu D., Zhou K. Neurodevelopmental delay with critical congenital heart disease is mainly from prenatal injury not infant cardiac surgery: current evidence based on a meta-analysis of functional magnetic resonance imaging. Ultrasound Obstet Gynecol. 2015;45(6):639-48. doi: 10.1002/uog.13436.

38. Candan T., Candan M., Yildiz C.E., Gumustas M., Erenturk S., Yalcinbas Y.K. Comparison of bilateral cerebral and somatic tissue oxygenation with near-infrared spectroscopy in cyanotic and acyanotic pediatric patients receiving cardiac surgery. Arch Med Sci Atheroscler Dis. 2020; 29;5:e320-e331. doi: 10.5114/amsad.2020.103377.

39. Lovett M.E., MacDonald J.M., Mir M., Ghosh S., O'Brien N.F., LaRovere K.L. Noninvasive Neuromonitoring Modalities in Children Part I: Pupillometry, Near-Infrared Spectroscopy, and Transcranial Doppler Ultrasonography. Neurocrit Care. 2024;40(1):130-146. doi: 10.1007/s12028-023-01730-4.

40. Korček P., Straňák Z., Širc J., Naulaers G. The role of near-infrared spectroscopy monitoring in preterm infants. J Perinatol. 2017;37(10):1070-1077. doi: 10.1038/jp.2017.60.

41. Moses A.A., Zhigin V., Desir L., Sy H., Ellis J.A. Near-infrared spectroscopy in the diagnosis and management of acute internal carotid artery occlusion. BMJ Case Rep. 2024;17(9):e261413. doi: 10.1136/bcr-2024-261413.

42. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Хилажева Е.Д., Моргун А.В. Влияние трансфузии и гипоксии на клетки модели нейроваскулярной единицы in vitro. Общая реаниматология. 2024;20(1):37-42. doi:10.15360/1813-9779-2024-1-2350

43. Joffe R., Al Aklabi M., Bhattacharya S., Cave D., Calleja T., Garros D., Majesic N., Ryerson L., Morgan C. Cardiac Surgery-Associated Kidney Injury in Children and Renal Oximetry. Pediatr Crit Care Med. 2018;19(9):839-845. doi: 10.1097/PCC.0000000000001656.

44. Ruf B., Bonelli V., Balling G., Hörer J., Nagdyman N., Braun S.L., Ewert P., Reiter K. Intraoperative renal near-infrared spectroscopy indicates developing acute kidney injury in infants undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass: a case-control study. Crit Care. 2015;19(1):27. doi: 10.1186/s13054-015-0760-9.

45. Modestini M., Hoffmann L., Niezen C., Armocida B., Vos J.J., Scheeren T.W.L. Cerebral oxygenation during pediatric congenital cardiac surgery and its association with outcome: a retrospective observational study. Can J Anaesth. 2020;67(9):1170-1181. doi: 10.1007/s12630-020-01733-1.

46. Abu-Sultaneh S., Hehir D.A., Murkowski K., Ghanayem N.S., Liedel J., Hoffmann R.G., Cao Y., Mitchell M.E., Jeromin A., Tweddell J.S., Hoffman G.M. Changes in cerebral oxygen saturation correlate with S100B in infants undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass. Pediatr Crit Care Med. 2014;15(3):219-28. doi: 10.1097/PCC.0000000000000055

47. Redlin M., Koster A., Huebler M., Boettcher W., Nagdyman N., Hetzer R., Kuppe H., Kuebler W.M. Regional differences in tissue oxygenation during cardiopulmonary bypass for correction of congenital heart disease in neonates and small infants: relevance of near-infrared spectroscopy. J Thorac Cardiovasc Surg. 2008;136(4):962-7. doi: 10.1016/j.jtcvs.2007.12.058.

48. Zhang L., Liu L., Zhong Z., Jin H., Jia J., Meng L., Mo X., Shi X. The effect of selective cerebral perfusion on cerebral versus somatic tissue oxygenation during aortic coarctation repair in neonates and infants. BMC Anesthesiol. 2021;21(1):284. doi: 10.1186/s12871-021-01498-0..

49. Ивкин А.А., Григорьев Е.В., Шукевич Д.Л. Диагностика когнитивной дисфункции у пациентов в отделениях реанимации и интенсивной терапии. Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2018;15(3):47-55. doi:10.21292/2078-5658-2018-15-3-47-55.

50. 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 им. А. И. Салтанова. 2023;1:101–114. doi: 10.21320/1818-474X-2023-1-101-114