pulmoПульмонологияPULMONOLOGIYA0869-01892541-9617Scientific and Practical Journal “PULMONOLOGIYA” LLC10.18093/0869-0189-2024-34-1-32-41pulmo-4486Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL STUDIESПервый опыт комбинированного применения оксида азота и молекулярного водорода в обеспечении операций на сердце у пациентов высокого рискаThe first experience of the combined use of nitric oxide and molecular hydrogen for cardiac surgery in high-risk patientshttps://orcid.org/0000-0001-7724-0123ПичугинВ. В.PichuginV. V.

Пичугин Владимир Викторович – д. м. н., профессор, научный руководитель отделения анестезиологии и реанимации 

603950, Нижний Новгород, ул. Ванеева, 209

Vladimir V. Pichugin, Doctor of Medicine, Professor, Scientific Director, Department of Anesthesiology and Resuscitation

ul. Vaneyeva 209, Nizhny Novgorod, 603136

pichugin.vldmr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8812-8559ДерюгинаА. В.DeryuginaA. V.

Дерюгина Анна Вячеславовна – д. б. н., доцент, заведующая кафедрой физиологии и анатомии 

603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

Anna V. Deryugina, Doctor of Biology, Associate Professor, Head of the Department of Physiology and Anatomy

pr. Gagarina 23, Nizhniy Novgorod, 603022

derugina69@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7146-5927ДомнинС. Е.DomninS. E.

Домнин Степан Евгеньевич – к. м. н., врач анестезиолог-реаниматолог

603950, Нижний Новгород, ул. Ванеева, 209

Stepan E. Domnin, Candidate of Medicine, Anesthesiologist-Resuscitator

ul. Vaneyeva 209, Nizhny Novgorod, 603136

stepan.domnin@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3636-6210ШиршинА. С.ShirshinA. S.

Ширшин Александр Сергеевич – к. т. н., ведущий научный сотрудник

607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37

Alexander S. Shirshin, Candidate of Engineering, Leading Researcher

pr. Mira 37, Nizhegorodskaya obl., Sarov, 607188

sailshir@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5930-3941ФедоровС. А.FedorovS. A.

Федоров Сергей Андреевич – к. м. н., врач-сердечно-сосудистый хирург 

603950, Нижний Новгород, ул. Ванеева, 209

Sergey A. Fedorov, Candidate of Medicine, Cardiovascular Surgeon

ul. Vaneyeva 209, Nizhny Novgorod, 603136

sergfedorov1991@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4166-5960БурановС. Н.BuranovS. N.

Буранов Сергей Николаевич – к. т. н., ведущий научный сотрудник

607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37

Sergey N. Buranov, Candidate of Engineering, Leading Researcher

pr. Mira 37, Nizhegorodskaya obl., Sarov, 607188

staff@vniief.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5222-1329ЖуркоС. А.JourkoS. A.

Журко Сергей Александрович – к. м. н., врач сердечно-сосудистый хирург, заведующий отделением

603950, Нижний Новгород, ул. Ванеева, 209

Sergey A. Jourko, Candidate of Medicine, Cardiovascular Surgeon, Head of tute Department

ul. Vaneyeva 209, Nizhny Novgorod, 603136

zhurkoser@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5195-3608РязановМ. В.RyazanovM. V.

Рязанов Михаил Валерьевич – к. м. н., врач сердечно-сосудистыйхирург, заведующий отделением

603950, Нижний Новгород, ул. Ванеева, 209

Michail V. Ryazanov, Candidate of Medicine, Cardiovascular Surgeon, of Department

ul. Vaneyeva 209, Nizhny Novgorod, 603136

riazanov_mv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7945-9652БричкинЮ. Д.BrichkinYu. D.

Бричкин Юрий Дмитриевич – д. м. н., профессор-консультант 

603950, Нижний Новгород, ул. Ванеева, 209

Yuriy D. Brichkin, Doctor of Medicine, Professor-consultant

ul. Vaneyeva 209, Nizhny Novgorod, 603136

y.d.brichkin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7511-5123ДаниловаД. А.DanilovaD. A.

Данилова Дарья Андреевна – старший преподаватель кафедры физиологии и анатомии 

603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

Darya A. Danilova, Senior Lecturer, Department of Physiology and Anatomy

pr. Gagarina 23, Nizhniy Novgorod, 603022

danilova@ibbm.unn.ruГосударственное бюджетное учреждение здравоохранения Нижегородской области «Научно-исследовательский институт – специализированная кардиохирургическая клиническая больница имени академика Б.А.Королева»РоссияState Budgetary Healthcare Institution of the Nizhny Novgorod region “Research Institute – Specialized Cardiac Surgery Clinical Hospital named after Academician B.A.Korolev”Russian FederationФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н.И.Лобачевского» Министерства науки и высшего образования Российской ФедерацииРоссияFederal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod”, Ministry of Science and Higher Education of the Russian FederationRussian FederationГосударственное бюджетное учреждение здравоохранения Нижегородской области «Научно-исследовательский институт – специализированная кардиохирургическая клиническая больница имени академика Б.А.Королева»РоссияState Budgetary Healthcare Institution of the Nizhny Novgorod region “Research Institute – Specialized Cardiac Surgery Clinical Hospital named after Academician B.A.KorolevRussian FederationФедеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Russian Federal Nuclear Center – All-Russian Research Institute of Experimental PhysicsRussian Federation2024210220243413241Copyright © Пичугин В.В., Дерюгина А.В., Домнин С.Е., Ширшин А.С., Федоров С.А., Буранов С.Н., Журко С.А., Рязанов М.В., Бричкин Ю.Д., Данилова Д.А., 20242024Пичугин В.В., Дерюгина А.В., Домнин С.Е., Ширшин А.С., Федоров С.А., Буранов С.Н., Журко С.А., Рязанов М.В., Бричкин Ю.Д., Данилова Д.А.Pichugin V.V., Deryugina A.V., Domnin S.E., Shirshin A.S., Fedorov S.A., Buranov S.N., Jourko S.A., Ryazanov M.V., Brichkin Y.D., Danilova D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.pulmonology.ru/pulm/article/view/4486

Целью исследования явилась  оценка  эффективности  миокардиальной  защиты  при  комбинированной  подаче  оксида  азота  (NO) (40 ppm) и водорода (1,2 ppm) в магистраль доставки газовоздушной смеси аппарата искусственного кровообращения (ИК) в течение всего периода ИК.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследование включены пациенты (n = 91), у которых были выполнены операции на сердце в условиях ИК и фармакохолодовой кардиоплегии. Больные рандомизированы на 3 группы: 1-я (n = 30) (контрольная); пациентам 2-й (n = 33) и 3-й (n = 28) групп в экстракорпоральный контур ИК вводилась изолированная подача NO (40 ppm) и комбинированная подача NO (40 ppm) и водорода (1,2 ppm) соответственно. На этапах послеоперационного периода исследовались клинико-функциональные показатели (динамика сократительной функции миокарда по данным ультразвукового исследования); продолжительность искусственной вентиляции легких (ИВЛ); сроки пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ), стационаре; летальность; уровень маркера повреждения миокарда (ПМ) – сердечного тропонина I (cTnI). Для оценки степени ПМ рассчитывался индекс ПМ (ИПМ).

Результаты

Результаты. Установлено, что уровень cTnI в послеоперационном периоде статистически значимо возрастал у больных всех групп, однако был статистически значимо ниже у больных 2-й и 3-й группы по сравнению с 1-й группой на этапе окончания операции и через 12 и 24 ч после операции; у пациентов 3-й группы – на всех этапах исследования по сравнению с 1-й группой и через 12, 24 и 48 ч – по сравнению со 2-й группой. Выявлены статистически значимо более низкие значения ИПМ на всех этапах послеоперационного периода у больных 3-й группы по сравнению с таковыми у пациентов 1-й  и  2-й  группы. Изменения  показателей  сократительной  функции  миокарда  свидетельствуют  о  более  раннем  и  полноценном  ее  восстановлении у пациентов 2-й и 3-й группы (статистически значимо выше такового показателя у больных 1-й группы). У пациентов 2-й и 3-й групп по точному критерию Фишера отмечена статистически значимо более низкая частота развития острой сердечной недостаточности (p = 0,046) по сравнению с 1-й группой. Статистически значимых различий по частоте острой дыхательной и полиорганной недостаточности у пациентов 2-й и 3-й группы по сравнению с 1-й группой не выявлено. Также у пациентов 2-й и 3-й группы не отмечено каких-либо осложнений в раннем послеоперационном периоде. У пациентов 3-й группы отмечено статистически значимое снижение продолжительности ИВЛ и пребывания в ОРИТ после операции по сравнению с таковыми у пациентов 2-й группы.

Заключение

Заключение. Изолированная подача NO в контур ИК  оказывает дополнительный кардиопротективный  эффект,  что  подтверждается  статистически более низкими уровнями тропонина I и более сохранными показателями сократительной функции миокарда на этапах послеоперационного периода по сравнению с таковыми при использовании стандартной технологии. При комбинированном применении NO и молекулярного водорода, подаваемых в контур ИК, показан более выраженный защитный эффект на миокард – выявлены статистически более низкие уровни тропонина I и ИПМ в послеоперационном периоде по сравнению с изолированным применением NO.

The purpose of the study was to evaluate the effectiveness of myocardial protection with a combined supply of nitric oxide (NO) (40 ppm) and hydrogen (1.2 ppm) into the gas-air mixture delivery line of the cardiopulmonary bypass (CPB) machine during the entire period of CPB.

Methods

Methods. The study included patients (n = 91) who had cardiac surgery under cardiopulmonary bypass and pharmacological cold cardioplegia. Patients were randomized into 3 groups. The Group 1 (n = 30) was control. Groups 2 (n = 28) and 3 (n = 33) received an isolated supply of NO (40 ppm) and a combined supply of NO (40 ppm) and hydrogen (1.2 ppm) into the extracorporeal IR circuit, respectively. During the postoperative period, clinical and functional indicators were studied (dynamics of myocardial contractile function according to ultrasound data); duration of artificial pulmonary ventilation (ALV); stay in the intensive care unit; hospital stay; mortality; level of marker of myocardial injury – troponin I (cTnI). Myocardial injury index (MII) was calculated to assess the degree of injury.

Results

Results. It was found that the level of cTnI in the postoperative period increased statistically significantly in all groups but was statistically significantly lower in Groups 2 and 3 compared to Group 1 at the end of the surgery and 12 and 24 hours after the surgery. Also, level of cTnI was statistically significantly lower in Group 3 at all stages of the study compared to Group 1 and after 12, 24 and 48 hours compared to Group 2. Statistically significantly lower MII values were revealed at all stages of the postoperative period in Group 3 compared with Groups 1 and 2. Changes in indicators of myocardial contractile function suggest an earlier and more complete recovery in Groups 2 and 3 (the changes were statistically significantly higher than that in Group 1). In Groups 2 and 3, the incidence of acute heart failure was statistically significantly lower (p = 0.046) compared to Group 1, according to Fisher’s exact test. There were no statistically significant differences in the incidence of acute respiratory and multiple organ failure in Groups 2 and 3 compared to Group 1. Also, patients of Groups 2 and 3 did not experience any complications in the early postoperative period. In Group 3, there was a statistically significant decrease in the duration of mechanical ventilation and stay in the intensive care unit after surgery compared to Group 2.

Conclusion

Conclusion. Isolated supply of NO into the IR circuit has an additional cardioprotective effect, which is confirmed by statistically lower levels of troponin I and smaller changes in the indicators of myocardial contractile function during the postoperative period compared to standard technology. A more pronounced protective effect on the myocardium was shown with the combined supply of NO and molecular hydrogen to the IR circuit as seen by statistically lower levels of troponin I and MII in the postoperative period compared with the isolated supply of NO.

оксид азотаводородискусственное кровообращениеоперации на сердцеnitric oxidehydrogencardiopulmonary bypassheart surgeryReferencesШляхто Е.В., Петрищев Н.Н., Галагудза М.М. и др. Кардиопротекция: фундаментальные и клинические аспекты. СПб: НП-Принт; 2013.Shlyakhto E.V., Petrishchev N.N., Galagudza M.M. [Cardioprotection: fundamental and clinical aspects.]. St. Petersburg: NP-Print; 2013 (in Russian).Лалетин Д.А., Баутин А.Е., Рубинчик В.Е. и др. Параллели между гемодинамическим профилем и активностью биомаркеров при различных формах острой сердечной недостаточности в раннем периоде после коронарного шунтирования. Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2015; 12 (2): 27–33. Доступно на: https://www.vair-journal.com/jour/article/view/16Laletin D.A., Bautin A.E., Rubinchik V.E. et al. [Between the hemodynamic profile and biomarkers activity in different forms of acute heart failure in the early period after aortocoronary bypass]. Vestnik anesteziologii i reanimatologii. 2015; 12 (2): 27–33. Available at: https://www.vair-journal.com/jour/article/view/16 (in Russian).Yau J.M., Alexander J.H., Hafley G. et al. Impact of perioperative myocardial infarction on angiographic and clinical outcomes following coronary artery bypass grafting (from PRoject of Ex-vivo Vein graft ENgineering via Transfection [PREVENT] IV). Am. J. Cardiol. 2008; 102 (5): 546–551. DOI: 10.1016/j.amjcard.2008.04.069.Yau J.M., Alexander J.H., Hafley G. et al. Impact of perioperative myocardial infarction on angiographic and clinical outcomes following coronary artery bypass grafting (from PRoject of Ex-vivo Vein graft ENgineering via Transfection [PREVENT] IV). Am. J. Cardiol. 2008; 102 (5): 546–551. DOI: 10.1016/j.amjcard.2008.04.069.Borhetti V., Piccin C., Luciani G.B. et al. Postperfusionssyndrom. In: Tschaut R.J., ed. Extrakorporale zirkulation in theorie und praxis. Lengerich, Berlin, Dusseldorf, Leipzig, Riga, Scottdale (USA), Wien, Zagreb: Pabst; 1999: 467–488.Borhetti V., Piccin C., Luciani G.B. et al. Postperfusionssyndrom. In: Tschaut R.J., ed. Extrakorporale zirkulation in theorie und praxis. Lengerich, Berlin, Dusseldorf, Leipzig, Riga, Scottdale (USA), Wien, Zagreb: Pabst; 1999: 467–488.Локшин Л.С., Лурье Г.О., Дементьева И.И. Искусственное и вспомогательное кровообращение в сердечно-сосудистой хирургии: практическое пособие. М.; 1998.Lokshin L.S., Lur'e G.O., Dement'eva I.I. [Artificial and assisted circulation in cardiovascular surgery: Practice guideline]. Moscow; 1998 (in Russian).Меньшугин И.Н. Искусственное кровообращение у детей в условиях ганглионарной блокады и пульсирующего потока: руководство для врачей. СПб: Специальная литература; 1998.Men'shugin I.N. [Artificial circulation in children under conditions of ganglion blockade and pulsatile flow: Guide]. St. Petersburg: Spetsial'naya literatura; 1998 (in Russian).Hanssen S.J., Derikx J.P., Vermeulen Windsant I.С. et al. Visceral injury and systemic inflammation in patients undergoing extracorporeal circulation during aortic surgery. Ann. Surg. 2008; 248 (1): 117–125. DOI: 10.1097/SLA.0b013e3181784cc5.Hanssen S.J., Derikx J.P., Vermeulen Windsant I.С. et al. Visceral injury and systemic inflammation in patients undergoing extracorporeal circulation during aortic surgery. Ann. Surg. 2008; 248 (1): 117–125. DOI: 10.1097/SLA.0b013e3181784cc5.Каменщиков Н.О., Подоксенов Ю.К., Мандель И.А. и др. Способ проведения искусственного кровообращения при обеспечении кардиохирургических вмешательств: Патент RU 2611938. Опубл. 01.03.17. Доступно на: https://patents.s3.yandex.net/RU2611938C1_20170301.pdfKamenshchikov N.O., Podoksenov Yu.K., Mandel' I.A. [Method of performing artificial blood circulation when providing cardiac surgery]: Patent RU 2611938. Print: March 01, 2017. Available at: https://patents.s3.yandex.net/RU2611938C1_20170301.pdf (in Russian).Gianetti J., Del Sarto P., Bevilacqua S. et al. Supplemental nitric oxide and its effect on myocardial injury and function in patients undergoing cardiac surgery with extracorporeal circulation. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2004; 127 (1): 44–50. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2002.08.001.Gianetti J., Del Sarto P., Bevilacqua S. et al. Supplemental nitric oxide and its effect on myocardial injury and function in patients undergoing cardiac surgery with extracorporeal circulation. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2004; 127 (1): 44–50. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2002.08.001.Checchia P.A., Bronicki R.A., Muenzer J.T. et al. Nitric oxide delivery during cardiopulmonary bypass reduces postoperative morbidity in children – a randomized trial. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2013; 146 (3): 530–536. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2012.09.100.Checchia P.A., Bronicki R.A., Muenzer J.T. et al. Nitric oxide delivery during cardiopulmonary bypass reduces postoperative morbidity in children – a randomized trial. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2013; 146 (3): 530–536. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2012.09.100.James Ch., Millar J.C., Horton S. et al. 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.James Ch., Millar J.C., Horton S. et al. 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.Kamenshchikov N.O., Mandel I.A., Podoksenov Yu.K. et al. Nitric oxide provides myocardial protection when added to the cardiopulmonary bypass circuit during cardiac surgery: randomized trial. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2019; 157 (6): 2328–2336.e1. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2018.08.117.Kamenshchikov N.O., Mandel I.A., Podoksenov Yu.K. et al. Nitric oxide provides myocardial protection when added to the cardiopulmonary bypass circuit during cardiac surgery: randomized trial. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2019; 157 (6): 2328–2336.e1. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2018.08.117.Данилова Д.А., Бричкин Ю.Д., Медведев А.П. и др. Использование молекулярного водорода при операциях на сердце в условиях искусственного кровообращения. Современные технологии в медицине. 2021; 13 (1): 71–77. DOI: 10.17691/stm2021.13.1.09.Danilova D.A., Brichkin Yu.D., Medvedev A.P. [The use of molecular hydrogen in cardiac surgery under conditions of artificial circulation]. Sovremennye tekhnologii v meditsine. 2021; 13 (1): 71–77. DOI: 10.17691/stm2021.13.1.09 (in Russian).Дорофейков В.В., Шешурина Т.А., Вавилова Т.В. Способ оценки повреждения миокарда и риска развития осложнений после операций на сердце в условиях искусственного кровообращения: Патент RU 2760242. Опубл. 01.03.21. Доступно на: https://yandex.ru/patents/doc/RU2760242C1_20211123Dorofeykov V.V., Sheshurina T.A., Vavilova T.V. [A method for assessing myocardial damage and the risk of complications after heart surgery under artificial circulation]: Patent RU 2760242. Print: March 01, 2021. Available at: https://yandex.ru/patents/doc/RU2760242C1_20211123 (in Russian).Nagasaka Y., Fernandez B.O., Steinbicker A.U. et al. Nitric oxide pharmacological preconditioning with inhaled nitric oxide (NO): Organ-specific differences in the lifetime of blood and tissue NO metabolites. Nitric Oxide. 2018; 80: 52–60. DOI: 10.1016/j.niox.2018.08.006.Nagasaka Y., Fernandez B.O., Steinbicker A.U. et al. Nitric oxide pharmacological preconditioning with inhaled nitric oxide (NO): Organ-specific differences in the lifetime of blood and tissue NO metabolites. Nitric Oxide. 2018; 80: 52–60. DOI: 10.1016/j.niox.2018.08.006.Пичугин В.В., Сейфетдинов И.Р., Рязанов М.В. и др. Клиническая оценка эффективности фармакологического прекондиционирования миокарда оксидом азота при операциях с искусственным кровообращением. Клиническая физиология кровообращения. 2020; 17 (3): 203–211. DOI: 10.24022/1814-6910-2020-17-3-203-211.Pichugin V.V., Seyfetdinov I.R., Ryazanov M.V. et al. [A clinical evaluation of the effectiveness of pharmacological preconditioning of the myocardium with nitric oxide in operations with cardiopulmonary bypass]. Klinicheskaya fiziologiya krovoobrashcheniya. 2020; 17 (3): 203–211. DOI: 10.24022/1814-6910-2020-17-3-203-211 (in Russian).Данилова Д.А., Бричкин Ю.Д., Медведев А.П. и др. Использование молекулярного водорода при операциях на сердце в условиях искусственного кровообращения. Современные технологии в медицине. 2021; 13 (1): 71–77. DOI: 10.17691/stm2021.13.1.09.Danilova D.A., Brichkin Yu.D., Medvedev A.P. et al. [Application of molecular hydrogen in heart surgery under cardiopulmonary bypass]. Sovremennye tekhnologii v meditsine. 2021; 13 (1): 71–77. DOI: 10.17691/stm2021.13.1.09 (in Russian).Deryugina A.V., Danilova D.A., Brichkin Y.D. et al. Molecular hydrogen exposure improves functional state of red blood cells in the early postoperative period: a randomized clinical study. Med. Gas Res. 2023; 13 (2): 59–66. DOI: 10.4103/2045-9912.356473.Deryugina A.V., Danilova D.A., Brichkin Y.D. et al. Molecular hydrogen exposure improves functional state of red blood cells in the early postoperative period: a randomized clinical study. Med. Gas Res. 2023; 13 (2): 59–66. DOI: 10.4103/2045-9912.356473.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.