Воздействие высокой концентрации оксида азота на оксигенаторы аппаратов искусственного кровообращения (экспериментальное исследование)

Цель исследования. Изучить воздействие высоких концентраций оксида азота на полипропиленовые полые волокна оксигенаторов.

Материалы и методы. Исследование провели в два этапа. На первом этапе с помощью масс-спектрометрии и инфракрасной спектроскопии выполнили оценку стабильности мембраны оксигенатора из полых волокон полипропилена после шестичасового воздействия воздушно-кислородной смеси, содержащей NO в концентрации 500 пропромилле, или 500 частей на миллион – parts per million (ppm). На втором этапе провели эксперимент на 10 свиньях с подключением аппарата искусственного кровообращения (ИК). Животным основной группы (n=5) в оксигенатор подавали воздушно-кислородную смесь, содержащую NO в концентрации 100 ppm. Животным контрольной группы (n=5) в оксигенатор подавали воздушно-кислородную смесь без NO. Процедура ИК длилась 4 часа, затем следовало наблюдение в течение 12 часов. Оценивали NO, NO₂ (на входе и выходе из оксигенатора), динамику метгемоглобина. После отключения от ИК оксигенаторы тестировали на герметичность, а также выполняли сканирующую электронную микроскопию (СЭМ).

Результаты. Оксигенатор из полипропиленовых полых волокон сохранял свои газотранспортные характеристики после шестичасового воздействия воздушно-кислородной смеси с добавлением NO в концентрации 500 ppm. По данным ИК-Фурье спектроскопии показали, что NO не влияет на структуру мембран из полипропилена. Добавление NO в дозировке 100 ppm во время 4 часов ИК у свиней не сопровождалось повышением концентрации NO₂ до токсичного уровня 2 ppm в 91% измерений: среднее значение составило 1,58 ± 0,28 ppm. Концентрация метгемоглобина не превышала верхнего  предела  допустимых  значений  (3%),  не  обнаружили  каких-либо статистически значимых различий при сравнении с группой контроля. Все исследуемые оксигенаторы выдержали тестирование на герметичность. По результатам СЭМ оксигенаторы группы контроля характеризовались большим количеством отложений фибрина, чем оксигенаторы основной группы.

Заключение. Негативного воздействия NO в концентрации 500 ppm на мембраны оксигенаторов из полых волокон полипропилена не обнаружили. Подача в оксигенатор NO в концентрации 100 ppm NO₂ не приводила к превышению безопасного содержания NO₂ и метгемоглобина в эксперименте на животных. Выявили снижение образования отложений фибрина на полых волокнах мембран оксигенаторов из полипропилена при подаче NO в концентрации 100 ppm.

1. Patel V., Unai S., Gaudino M., Bakaeen F. Current readings on outcomes after off-pump coronary artery bypass grafting. Semin Thorac Cardiovasc Surg. 2019; 31 (4): 726–733. DOI: 10.1053/j.semtcvs.2019.05.012. PMID: 31125606.

2. Bronicki R. A., Hall M. Cardiopulmonary bypass-induced inflammatory response: pathophysiology and treatment. Pediatr Crit Care Med. 2016; 17 (8 Suppl 1): S272–278. DOI: 10.1097/PCC.0000000000000759. PMID: 27490610.

3. Wetz A. J., Richardt E. M., Schotola H., Bauer M., Bräuer A. Haptoglobin and free haemoglobin during cardiac surgeryis there a link to acute kidney injury? Anaesth Intensive Care. 2017; 45 (1): 58–66. DOI: 10.1177/0310057X1704500109. PMID: 28072936.

4. Datt V., Wadhhwa R., Sharma V., Virmani S., Minhas H. S., Malik S. Vasoplegic syndrome after cardiovascular surgery: a review of pathophysiology and outcome-oriented therapeutic management. J Card Surg. 2021; 36 (10): 3749–3760. DOI: 10.1111/jocs.15805. PMID: 34251716.

5. Di Masi A., De Simone G., Ciaccio C., D’Orso S., Coletta M., Ascenzi P. Haptoglobin: from hemoglobin scavenging to human health. Mol Aspects Med. 2020; 73: 100851. DOI: 10.1016/j.mam.2020.100851. PMID: 32660714.

6. Schaer C. A., Deuel J. W., Schildknecht D., Mahmoudi L., Garcia-Rubio I., Owczarek C., Schauer S., et al. Haptoglobin preserves vascular nitric oxide signaling during hemolysis. Am J Respir Crit Care Med. 2016; 193 (10): 1111–1122. DOI: 10.1164/rccm.201510-2058OC. PMID: 26694989.

7. Steppan J., Tran H. T., Bead V. R., Oh Y. J., Sikka G., Bivalacqua T. J., Burnett A. L., et al. Arginase inhibition reverses endothelial dysfunction, pulmonary hypertension, and vascular stiffness in transgenic sickle cell mice. Anesth Analg. 2016; 123 (3): 652–658. DOI: 10.1213/ANE.0000000000001378. PMID: 27537757.

8. Spina S., Lei C., Pinciroli R., Berra L. Hemolysis and kidney injury in cardiac surgery: the protective role of nitric oxide therapy. Semin Nephrol. 2019; 39 (5): 484–495. DOI: 10.1016/j.semnephrol.2019.06.008. PMID: 31514912.

9. Galkina S. I., Golenkina E. A., Viryasova G. M., Romanova Y. M., Sud’ina G. F. Nitric oxide in life and death of neutrophils. Curr Med Chem. 2019; 26 (31): 5764–5780. DOI: 10.2174/0929867326666181213093152. PMID: 30543162.

10. Gresele P., Momi S., Guglielmini G. Nitric oxide-enhancing or releasing agents as antithrombotic drugs. Biochem Pharmacol. 2019; 166: 300–312. DOI: 10.1016/j.bcp.2019.05.030. PMID: 31173724.

11. Zhang Y. Q., Ding N., Zeng Y.-F., Xiang Y.-Y., Yang M.-W., Hong F.-F., Yang S.-L. New progress in roles of nitric oxide during hepatic ischemia reperfusion injury. World J Gastroenterol. 2017; 23 (14): 2505–2510. DOI: 10.3748/wjg.v23.i14.2505. PMID: 28465634.

12. Loughlin . M., Browne L, Hinchion J. The impact of exogenous nitric oxide during cardiopulmonary bypass for cardiac surgery. Perfusion. 2022; 37 (7): 656–667. DOI: 10.1177/02676591211014821. PMID: 33983090.

13. Пичугин В. В., Баутин А. Е., Домнин С. Е., Рязанов М. В., Сандалкин Е. В. Доставка газообразного оксида азота в экстракорпоральный контур циркуляции: экспериментальные и клинические данные: обзор литературы. Вестник интенсивной терапии им. А. И. Салтанова. 2021; 3: 108–116. DOI: 10.21320/1818-474X-2021-3-108-116.

14. Body S. C., FitzGerald D., Voorhees C., Hansen E., Crowley C., Voorhees M. E., Shernan S. K. Effect of nitric oxide upon gas transfer and structural integrity of a polypropylene membrane oxygenator. ASAIO J. 1999; 45 (6): 550–4. DOI: 10.1097/00002480-199911000-00008. PMID: 10593685.

15. Баутин А. Е., Селемир В. Д., Нургалиева А. И., Морозов К. А., Никифоров В. Г., Бикташева Л. З., Афанасьева К. Ю., с соавт. Ингаляционная терапия оксидом азота, полученным методом синтеза из атмосферного воздуха, в послеоперационном периоде кардиохирургических вмешательств у детей: одноцентровое ретроспективное когортное исследование. Вестник интенсивной терапии им. А. И. Салтанова. 2021; 3: 98–107. DOI: 10.21320/18-474X-2021–3–98–107.

16. Мазурок В. А., Нургалиева А. И., Баутин А. Е., Ржеутская Р. Е., Мазурок А. В., Оразмагомедова И. В., Груздова Д. Г., с соавт. Объемно-компрессионная осциллометрия для оценки гемодинамики у взрослых с некоррегированными врожденными пороками сердца и легочной артериальной гипертензией. Анестезиология и реаниматология. 2022; 6: 58–67. DOI: 10.17116/anaesthesiology202206158.

17. James C., Millar J., Horton S., Brizard C., Molesworth C., Butt W. Nitric oxide administration during paediatric cardiopulmonary bypass: a randomised controlled trial. Intensive Care Med. 2016; 42 (11): 1744–1752. DOI: 10.1007/s00134-016-4420-6. PMID: 27686343.

18. Kamenshchikov N. O., Anfinogenova Y. J., Kozlov B. N., Svirko Y. S., Pekarskiy S. E., Evtushenko V. V., Lugovsky V. A., et al. Nitric oxide delivery during cardiopulmonary bypass reduces acute kidney injury: a randomized trial. J Thorac Cardiovasc Surg. 2022; 163 (4): 1393–1403.e9. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2020.03.182. PMID: 32718702.

19. Niebler R. A., Chiang-Ching H., Daley K., Janecke R., Jobe S. M., Mitchell M. E., Varner C., et al. Nitric oxide added to the sweep gas of the oxygenator during cardiopulmonary bypass in infants: a pilot randomized controlled trial. Artif Organs. 2021; 45 (1): 22–28. DOI: 10.1111/aor.13788. PMID: 32737900.

20. Schlapbach L. J., Gibbons K. S., Horton S. B., Johnson K., Long D. A., Buckley D. H.F., Erickson S., et al.; NITRIC Study Group, the Australian and New Zealand Intensive Care Society Clinical Trials Group (ANZICS CTG), and the ANZICS Paediatric Study Group (PSG). Effect of nitric oxide via cardiopulmonary bypass on ventilator-free days in young children undergoing congenital heart disease surgery: The NITRIC randomized clinical trial. JAMA. 2022; 328 (1): 38–47. DOI: 10.1001/jama.2022.9376. PMID: 35759691.

21. Lowson S. M., Hassan H. M., Rich G. F. The effect of nitric oxide on platelets when delivered to the cardiopulmonary bypass circuit. Anesth Analg. 1999; 89 (6): 1360–1365. DOI: 10.1097/00000539-199912000-00005. PMID: 10589608.