Динамика концентрации нитрита/нитрата и метгемоглобина в крови больных послетрансплантации легких на фоне применения ингаляционного оксида азота

Динамика концентрации нитрита/нитрата и метгемоглобина в крови больных после трансплантации легких на фоне применения ингаляционного оксида азота

М.Ш. Хубутия, Е.В. Клычникова, Е.В. Тазина, Е.А. Тарабрин, Э.И. Первакова, А.А. Романов, О.А. Курилова, М.А. Годков

ГБУЗ «<НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского ДЗМ», Москва Контакты: Елена Валерьевна Клычникова, E-mail: ltazina@yandex.ru

Открытие роли оксида азота (NO) в патогенезе острых и хронических расстройств легочного кровообращения способствовало внедрению ингаляционного NO (uNO) в комплексную терапию больных после трансплантации легких (ТЛ). В организме uNO может образовывать метгемоглобин (MetHb) и нитрат.

Цель исследования: изучение взаимосвязи uNO, уровня нитритов/нитратов (NOx) и MetHb в сыворотке крови 7 больных после ТЛ.

Продолжительность uNO-терапии составила 3 ± 1 сутки, данные проанализированы с 1-х по 10-е сутки после операции. У больных обнаружено статистически значимое повышение уровня NOx с 1-х по 5-е сутки после операции, концентрация MetHb при этом оставалась в пределах нормы. Выявлены статистически значимые положительные корреляции: между фактом применения uNO и концентрацией NOх, фактом применения uNO и концентрацией MetHb, концентрациями NOx и MetHb. Полученные данные свидетельствуют о том, что при использовании uNO у больных после ТЛ необходимо контролировать как концентрацию вводимого uNO и MetHb в крови, так и уровень NOx.

Ключевые слова: трансплантация легких, ингаляционный оксид азота, нитрит/нитрат, метгемоглобин.

Dynamic changes in blood concentrations of nitrite/nitrate and methemoglobin in patients after lung transplantation during treatment with inhaled nitric oxide

M.Sh. Khubutiya, E.V. Klychnikova, E.V. Tazina, E.A. Tarabrin, E.I. Pervakova, A.A. Romanov, O.A. Kurilova, M.A. Godkov

N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine of Moscow Healthcare Department, Moscow

Understanding of the nitric oxide (NO) role in the pathogenesis of acute and chronic disorders of the pulmonary circulation contributed to the introduction of inhaled NO (iNO) in the complex therapy of patients after lung transplantation. Inhaled NO can form methemoglobin (MetHb) and nitrate. The aim of the study was to investigate the relationship between iNO and nitrite/nitrate (NOx) and MetHb levels in the blood serum of 7 patients after lung transplantation. Duration of iNO therapy was 3±1 days, the data were reviewed at 1 to 10 days after transplantation. Patients showed significant improvement of the NOx level from day 1 to 5 after surgery, meanwhile the MetHb concentration remained within the normal range. The significant positive correlations were found between iNO and NOx concentrations, between iNO and MetHb concentrations, and between NOx and MetHb concentrations. The obtained results suggest that when using iNO in patients in lung transplantation, the concentration of the administered iNO, as well as blood levels of MetHb and NOx must be closely monitored.

Keywords: lung transplantation, inhaled nitric oxide, nitrite/nitrate, methemoglobin.

ВВЕДЕНИЕ

Эндогенный оксид азота (N0) - вазодилататор, синтезируемый N0-синтазой из L-аргинина и действующий на уровне эндотелиальной выстилки кровеносных сосудов. N0 принимает участие

в регуляции системного и легочного сосудистого сопротивления. В физиологических условиях N0 в основном продуцируется эндотелиальной N0-синтазой ^N08) [1, 2]. Альтернативная изо-форма N0-синтазы - индуцибельная N0-синтаза ^N08) - стимулируется цитокинами, бактери-

альными эндотоксинами и может продуцировать избыточные количества N0 при воспалении или стрессе [2, 3].

Открытие роли дисфункции эндотелия легочных сосудов и нарушений синтеза N0 в патогенезе острых и хронических расстройств легочного кровообращения способствовало внедрению ингаляционного N0 ^N0) в комплексную терапию больных после трансплантации легких (ТЛ) как экзогенного аналога естественного регулятора сосудистого тонуса [4].

Во время ТЛ главная роль иN0, как полагают, заключается в его влиянии на легочное сосудистое сопротивление. При этом иN0 может уменьшать легочное сосудистое сопротивление при легочной гипертензии без изменения системного сосудистого сопротивления, а также улучшать оксигенацию за счет расширения сосудов в вентилируемых зонах легких, снижая фракционный шунт [5-7]. Более того, иN0 вероятно оказывает благоприятное воздействие после ТЛ благодаря уменьшению реперфузионного повреждения эндотелия и первичной недостаточности трансплантата.

Введение низких концентраций иN0 представляется безопасным. Однако при высоких концентрациях его токсичность связана в основном с образованием N0,, и метгемоглобинемией. Взаимодействие иN0 с оксигемоглобином приводит к образованию метгемоглобина (МеШЬ) и нитрита/нитрата ^0х) [8]. Почти 70% иN0 выделяются в течение 48 часов в виде нитратов с мочой [9]. Чрезмерные концентрации циркулирующего МеШЬ могут приводить к тканевой гипоксии [10]. МеШЬ не способен связывать кислород, поэтому при его образовании возникает гемическая гипоксия. Кроме того, в присутствии МеШЬ кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается влево, в результате чего снижается отдача кислорода тканям. Поэтому при ингаляционном введении N0 следует контролировать концентрацию МеШЬ в крови. Однако практически отсутствуют исследования, посвященные изучению концентрации N0x в крови больных после ТЛ на фоне ингаляционного введения N0. В связи с этим целью данной работы являлось изучение взаимосвязи факта применения иN0 с уровнями N0x и МеШЬ в крови пациентов после ТЛ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Обследовали 7 больных (6 женщин и 1 мужчина) в возрасте от 24 до 55 (36,3 ± 4,0) лет после ТЛ.

Операции выполняли по поводу первичной легочной гипертензии, муковисцидоза (по 2 наблюдения), лимфангиолейомиоматоза, саркоидоза, а также идиопатического легочного фиброза (по 1 наблюдению).

Искусственную вентиляцию легких (ИВЛ) проводили аппаратами Primus (в операционной) и EvitaXL (в отделении реанимации) в режиме, предусматривающем индивидуальный подбор параметров. Параметры ИВЛ и биомеханики легких регистрировали в режиме реального времени с помощью мониторной системы.

Для ^NO-терапии использовали сертифицированную газовую смесь N0-N02 с концентрацией NO 1000 ppm (parts per million). Подачу hNO (5-20 ppm) осуществляли в инспираторную часть дыхательного контура аппарата ИВЛ на расстоянии 60-80 см от Y-образного коннектора. Для обеспечения малого потока газа использовали систему Bedfont Nitric Oxide Inhaled Therapy Flow. Объемную скорость потока mNO (мл/мин) устанавливали в соответствии с требуемой концентрацией и показаниями электрохимического NO-NOj.-анализатора. Продолжительность й№0-терапии составила от 2 до 4 суток, средняя концентрация ^NO - 30 ± 1 ppm.

Определение NOx в сыворотке крови проводили по методу, согласно которому кадмий в присутствии цинка восстанавливает нитрат до нитрита [11]. Оценку кислотно-основного состояния и газов крови, определение MetHb в артериальной крови выполняли на анализаторе ABL 800 Flex (Radiometer, Дания). Данные проанализированы с 1-х по 10-е сутки после операции. В качестве контрольной группы обследовали 25 практически здоровых людей, средний возраст которых составил 32,7 ± 8,6 года; соотношение мужчины/ женщины - 17/8.

Статистический анализ проводили при помощи программ Statistica 10.0 и MS Excel. Для сравнения обследуемой группы больных с контрольной использовали U-критерий Манна-Уитни. Для изучения взаимосвязи признаков применяли метод корреляционного анализа Спирмена. Данные представляли в виде медианы и интерквартильного размаха (25-й и 75-й персентили).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При исследовании концентрации NOx и MetHb в крови больных после ТЛ в динамике было обнаружено статистически значимое повышение

Таблица 1. Динамика в крови концентраций МОх и МеШЬ в группе больных после трансплантации

Показатель Норма Сутки

1-е 2-е 3-и 4-е 5-е 7-е 10-е

МОх, 18,61 мкмоль/л

МеШЬ, % 1,3

* Р < 0,05 по отношению к норме.

уровня МОх - в 3,6, 3,9, 4,3, 3,0 и 2,5 раза соответственно на 1-е, 2-е, 3-и, 4-е и 5-е сутки после операции (табл. 1). Графически динамика уровня МОх после ТЛ отдельно у каждого пациента представлена на рисунке. Из рисунка видно, что на протяжении 5 суток после операции у всех больных уровень МОх в сыворотке крови был выше нормы, далее у 6 пациентов его уровень постепенно снижался и к 10-м суткам практически достигал нормальных значений. Концентрация МеШЬ оставалась в пределах нормы (табл. 1).

О 2 4 6 в <0

Сутки после операции

Рисунок. Динамика концентрации МОх у больных после трансплантации

Наши данные согласуются с данными W. Б1еиёе1 е! а1., где показано, что значительная метгемоглобинемия или образование МО2 редко встречается у пациентов, вдыхающих N0 в дозах, меньших или равных 80 ррт [12]. Проходя через альвеолярно-капиллярную мембрану, иМО может взаимодействовать с кислородом, образуя МОх, или вступать в связь с оксигемоглобином, образуя не только МОх, но и МеШЬ. Учитывая метаболизм иМО в организме, мы изучали взаимосвязь факта применения иМО с концентрацией МеШЬ в цельной крови и с МОх в сыворотке крови у больных после ТЛ.

В нашем исследовании в общей группе пациентов после ТЛ наблюдались следующие статистически значимые положительные корреляции:

между фактом применения иМО и концентрацией МОх, фактом применения иМО и концентрацией МеШЬ, концентрацией МОх и МеШЬ (табл. 2). Эти данные указывают на происходящий метаболизм иМО в организме с образованием МОх и МеШЬ.

Таблица 2. Взаимосвязь факта применения иМО, уровня в крови МОх и МеШЬ в группе больных после трансплантации

Показатель иМО МОх МеШЬ

Я = 0,866, Я = 0,870,

МОх Р = 0,012 - Р = 0,002

МеШЬ Я = 0,840, Р = 0,036 (М = 4) Я = 0,870, Р = 0,002 (М = 4) -

Более того, в наших исследованиях обнаружены статистически значимые положительные корреляции отдельно у каждого больного после ТЛ:

- между фактом применения иМО и концентрацией МОх у пациентов 2, 3, 4 (табл. 3);

- между фактом применения иМО и концентрацией МеШЬ у больной 4 (табл. 3);

- между концентрацией МОх и МеШЬ у пациенток 1 и 4 (табл. 3).

Полученные нами корреляции по конкретным больным также подтверждают тот факт, что иМО метаболизируется в организме с образованием главным образом МОх.

Учитывая увеличение количества ТЛ, ежегодно выполняемых во всем мире, необходимо проводить углубленные исследования метаболизма МО в сыворотке крови пациентов после успешных ТЛ и больных с острым или хроническим отторжением трансплантата. При этом изучению концентрации стабильных метаболитов МО у пациентов после ТЛ посвящено всего несколько работ. Так, Бе Лпёгаёе е! а1. [13] отмечали значительное увеличение концентрации общего МОх в бронхо-альвеолярной жидкости, полученной при лаваже (БАЛ), и в сыворотке крови больных после ТЛ по сравнению с контролем. Эти же ученые пока-

Таблица 3. Взаимосвязь факта применения иМО, уровня МОх и МеШЬ у пациентов после трансплантации

Пациенты Корреляции

иМО и МОх иМО и МеШЬ МОх и МеШЬ

1 - А Я = 0,545, Я = 0,521, Я = 0,720, Р = 0,129 р = 0,150 Р = 0,029

2 - Бл Я = 0,828, Р = 0,042 Я = 0,105, Р = 0,843 Я = 0,174, Р = 0,742

3 - Б г = 0,779, р = 0,013 - -

4 - Д Я = 0,853, Р = 0,002 Я = 0,880, Р = 0,0008 Я = 0,900, Р = 0,0004

5 - К Я = 0,293, Р = 0,573 - -

6 - М Я = 0,393, Р = 0,441 - -

7 - П Я = -0,693, Я = 0,044, Я = -0,328, Р = 0,039 Р = 0,911 Р = 0,389

зали, что концентрация МОх в сыворотке крови пациентов коррелирует со степенью воспаления дыхательных путей и фиброза вследствие отторжения трансплантата [14]. е! а1. [15] подтвердили данные об увеличении уровня нитритов у больных после ТЛ, однако при выделении

группы стабильных пациентов и больных с обли-терирующим бронхиолитом только у последних наблюдалось значительное увеличение уровня нитритов в БАЛ. Повышение уровня циркулирующих нитратов отмечено в экспериментальных исследованиях на животных с острым клеточным отторжением трансплантата [16, 17].

В наших исследованиях у больных с 1-х по 5-е сутки после ТЛ обнаружено статистически значимое повышение уровня МОх примерно в 3-4 раза и выявлена статистически значимая положительная корреляция между фактом применения иМО и концентрацией МОх. Заметное увеличение концентрации МОх в сыворотке крови больных на 1-5-е сутки после ТЛ, возможно, связано не только с метаболизмом иМО до МОх, а также с активацией 1МОБ, что требует дальнейшего изучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные данные свидетельствуют о том, что при использовании иМО у больных после ТЛ необходимо контролировать как концентрацию вводимого иМО и МеШЬ в крови, так и уровень нитрита/нитрата.

Литература

1. McQuitty, C.K. Con: Inhaled nitric oxide should not be used routinely in patients undergoing lung transplantation / C.K. McQuitty // J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. - 2001. - Vol. 15, N. 6. -P.790-792.

2. Marczin, N. The biology of exhaled nitric oxide (NO) in ischemia-reperfu-sion-induced lung injury: a tale of dynamism of NO production and consumption / N. Marczin // Vascul. Pharmacol. -2005. - Vol. 43, N. 6. - P. 415-424.

3. Inhaled nitric oxide attenuates apopto-sis in ischemia-reperfusion injury of the rabbit lung / H. Yamashita, S. Akamine, Y. Sumida [et al.] // Ann. Thorac. Surg. -2004. - Vol. 78, N. 1. - P. 292-297.

4. Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome / R. Rossaint, K.J. Falke, F. Lopez [et al.] // N. Engl. J. Med. - 1993. - Vol. 328, N.6. - P. 399-405.

5. Hemodynamics during inhaled nitric oxide in lung transplant candidates / G. Della Rocca, F. Pugliese, M. Antonini [et al.] // Transplant Proc. - 1997. - Vol. 29, N. 8. - P. 3367-3370.

6. Intraoperative inhaled nitric oxide during anesthesia for lung transplant / G.D. Rocca, C. Coccia, F. Pugliese [et al.] // Transplant Proc. 1997. - Vol. 29, N. 8. - P. 3362-3366.

7. Meyer, K.C. The therapeutic potential of nitric oxide in lung transplantation / K.C. Meyer, R.B. Love, J.J. Zimmerman // Chest. - 1998. - Vol. 113, N. 5. - P. 1360-1371.

8. Ichinose, F. Inhaled nitric oxide: a selective pulmonary vasodilator: current uses and therapeutic potential / F. Ichinose, J.D. Roberts Jr., W.M. Zapol // Circulation. - 2004. - Vol. 109, N. 25. - P. 3106-3111.

9. Young, J.D. Kinetics of methaemoglo-bin and serum nitrogen oxide production dur-ing inhalation of nitric oxide in volunteers / J.D. Young, J.W. Sear, E.M. Valvini // Br. J. Anaesth. - 1996. -Vol.76, N. 5.- P. 652-656.

10. The toxicology of inhaled nitric oxide / B. Weinberger, D.L. Laskin, D.E. Heck, J.D. Laskin // Toxicol. Sci. - 2001. - Vol. 59, N. 1. - P. 5-16.

11. Голиков, П.П. Метод определения нитрита/нитрата (NOx) в сыворотке крови / П.П. Голиков, Н.Ю. Николаева // Биомед. химия. - 2004. - № 1. - C.

79-85.

12. Steudel, W. Inhaled nitric oxide: basic biology and clinical applications / W. Steudel, W.E. Hurford, W.M. Zapol // Anesthesiology. - 1999. - Vol. 91, N. 4. -P. 1090-1121.

13. Protein nitration, metabolites of reactive nitrogen species, and inflammation in lung allografts / J.A. De Andrade, J.P. Crow, L. Viera [et al.] // Crit. Care Med. - 2000. - Vol. 161, N. 6. - P. 20352042.

14. Reactive nitrogen species, airway inflammation, and fibrosis in lung transplant / J.A. De Andrade, J. Crow, L. Viera [et al.] // Chest. - 2001. - Vol. 120, Suppl. 1. - S58-S59.

15. Iron overload and nitric oxide-derived oxidative stress following lung transplantation / D. Reid, G. Snell, C. Ward [et al.] // J. Heart Lung Transplant. - 2001. -Vol. 20, N. 8. - P. 840-849.

16. Increased levels of circulating nitrates and impaired endothelium-mediated vasodila-tion suggest multiple roles of nitric oxide during acute rejection of pulmonary allografts / L. Wik-lund, D.H. Lewis, P.O. Sjoquist [et al.] // J. Heart Lung Transplant. - 1997. - Vol. 16, N.5. -P. 517-523.

17. Inducible nitric oxide synthase is expressed during experimental acute lung allograft rejection / N.K. Worrall, C.H. Boasquevisque, T.P. Misko [et al.] // J. Heart Lung Transplant. - 1997. - Vol. 16, N. 3. - P. 334-339.

1. McQuitty C.K. Con: Inhaled nitric oxide should not be used routinely in patients undergoing lung transplantation. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2001; 15, (6): 790-792.

2. Marczin N. The biology of exhaled nitric oxide (NO) in ischemia-reperfu-sion-induced lung injury: a tale of dynamism of NO production and consumption, Vascul. Pharmacol. 2005; 43 (6): 415-424.

3. Yamashita H., Akamine S., Sumida Y., [et al.]. Inhaled nitric oxide attenuates apoptosis in ischemia-reperfusion injury of the rabbit lung. Ann. Thorac. Surg. 2004; 78 (1): 292-297.

4. Rossaint R., Falke K.J., Lopez F., [et al.]. Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome. N. Engl. J. Med. 1993; 328 (6): 399-405.

5. Della Rocca G., Pugliese F., Antonini M., [et al.]. Hemodynamics during inhaled nitric oxide in lung transplant candidates. Transplant Proc. 1997; 29 (8): 3367-3370.

6. Rocca G.D., Coccia C., Pugliese F., [et al.]. Intraoperative inhaled nitric oxide during anesthesia for lung transplant. Transplant Proc. 1997; 29 (8): 3362-3366.

References

7. Meyer K.C., Love R.B., Zimmerman J.J. The therapeutic potential of nitric oxide in lung transplantation. Chest. 1998; 113 (5): 1360-1371.

8. Ichinose F., Roberts Jr. J.D., Zapol W.M. Inhaled nitric oxide: a selective pulmonary vasodilator: current uses and therapeutic potential. Circulation. 2004; 109 (25): 3106-3111.

9. Young J.D., Sear J.W., Valvini E.M. Kinetics of methaemoglobin and serum nitrogen oxide production dur-ing inhalation of nitric oxide in volunteers. Br. J. Anaesth. 1996; 76 (5): 652-656.

10. Weinberger B., Laskin D.L., Heck D.E., Laskin J.D. The toxicology of inhaled nitric oxide. Toxicol. Sci. 2001; 59 (1): 5-16.

11. Golikov P.P., Nikolaeva N.Yu. Metod opredelenija nitrita/nitrata (NOx) v syvorotke krovi [Method for determination of nitrite/nitrate (NOx) in serum]. Biomed. himiya. 2004; 1: 79-85. (In Russian).

12. Steudel W., Hurford W.E., Zapol W.M. Inhaled nitric oxide: basic biology and clinical applications. Anesthesiology.

1999; 91 (4): 1090-1121.

13. De Andrade J.A., Crow J.P., Viera L., [et al.]. Protein nitration, metabolites of reactive nitrogen species, and inflammation in lung allografts. Crit. Care Med. 2000; 161 (6): 2035-2042.

14. De Andrade J.A., Crow J., Viera L., [et al.]. Reactive nitrogen species, airway inflammation, and fibrosis in lung transplant. Chest. 2001; 120 (1): S58-S59.

15. Reid D., Snell G., Ward C., [et al.]. Iron overload and nitric oxide-derived oxida-tive stress following lung transplantation. J. Heart Lung Transplant. 2001; 20 (8): 840-849.

16. Wiklund L., Lewis D.H., Sjoquist P.O., [et al.]. Increased levels of circulating nitrates and impaired endothelium-mediated vasodila-tion suggest multiple roles of nitric oxide during acute rejection of pulmonary allografts. J. Heart Lung Transplant. 1997; 16 (5): 517-523.

17. Worrall N.K., Boasquevisque C.H., Misko T.P., [et al.]. Inducible nitric oxide synthase is expressed during experimental acute lung allograft rejection. J. Heart Lung Transplant. 1997; 16 (3): 334-339.