Влияние доставки оксида азота на морфофункциональное состояние легких при моделировании искусственного кровообращения: экспериментальное исследование

Периоперационный период кардиохирургических операций ассоциирован со значительным нарушением морфофункционального состояния легких, наибольший вклад в реализацию которого вносит применение искусственного кровообращения (ИК). Патофизиология ИК связана с ишемически-реперфузионным повреждением, окислительным стрессом и системным воспалением. Оксид азота (NO) способен ограничивать повреждающее действие этих процессов.
Целью исследования явилось изучение влияния доставки NO на морфофункциональное состояние легких экспериментальных животных при моделировании ИК.
Материалы и методы. Исследование проводилось на баранах алтайской породы (n = 12). Животные были распределены на равные 2 группы. Баранам группы «ИК» проводилось моделирование искусственной вентиляции легких (ИВЛ) и ИК согласно стандартному, принятому в клинике протоколу. Баранам группы «ИК + NO» во время ИВЛ и ИК выполнялась доставка 80 ppm NO (через дыхательный контур аппарата ИВЛ и контур аппарата ИК), которая начиналась сразу после интубации трахеи и продолжалась до окончания эксперимента. В обеих группах время ИК составляло 90 мин, после чего бараны были переведены на спонтанное кровообращение и наблюдались в течение последующих 60 мин. В дальнейшем производился забор крови, животные выводились из эксперимента с последующим взятием гистологического материала.
Результаты. Выявлены статистически значимые межгрупповые различия показателей P / F-индекса (соотношение показателей парциального давления кислорода в альвеолах и фракции кислорода во вдыхаемой газовой смеси) перед окончанием эксперимента (p = 0,041). Доставка NO была ассоциирована со снижением плотности инфильтрата в паренхиме легких (p = 0,006) и увеличением площади альвеол (p < 0,001).
Заключение. При доставке NO в случае моделирования ИК у экспериментальных животных улучшается морфологическое и функциональное состояние легких, что реализуется в виде снижения воспалительных, сосудистых изменений и повреждения респираторного отдела легких (структуры альвеол, альвеолярных ходов и пневмоцитов). Требуется проведение клинических исследований, направленных на изучение пульмонопротективных свойств NO.

1. Taggart D.P., el-Fiky M., Carter R. et al. Respiratory dysfunction after uncomplicated cardiopulmonary bypass. Ann. Thorac. Surg. 1993; 56 (5): 1123–1128. DOI: 10.1016/0003-4975(95)90029-2.

2. Canet J., Gallart L., Gomar C. et al. Prediction of postoperative pulmonary complications in a population-based surgical cohort. Anesthesiology. 2010; 113 (6): 1338–1350. DOI: 10.1097/ALN.0b013e3181fc6e0a.

3. Ufoaroh C.U., Ele P.U., Anyabolu A.E. et al. Pre-operative pulmonary assessment and risk factors for post-operative pulmonary complications in elective abdominal surgery in Nigeria. Afr. Health Sci. 2019; 19 (1): 1745–1756. DOI: 10.4314/ahs.v19i1.51.

4. Apostolakis E., Filos K.S., Koletsis E., Dougenis D. Lung dysfunction following cardiopulmonary bypass. J. Card. Surg. 2010; 25 (1): 47–55. DOI: 10.1111/j.1540-8191.2009.00823.x.

5. Ng C.S., Wan S., Yim A.P. et al. Pulmonary dysfunction after cardiac surgery. Chest. 2002; 121 (4): 1269–1277. DOI: 10.1378/chest.121.4.1269.

6. Ng C.S., Wan S., Arifi A.A., Yim A.P. Inflammatory response to pulmonary ischemia-reperfusion injury. Surg. Today. 2006; 36 (3): 205–214. DOI: 10.1007/s00595-005-3124-2.

7. Gasparovic H., Plestina S., Sutlic Z. et al. Pulmonary lactate release following cardiopulmonary bypass. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2007; 32 (6): 882–887. DOI: 10.1016/j.ejcts.2007.09.001.

8. Kamenshchikov N.O., Diakova M.L., Podoksenov Y.K et al. Potential mechanisms for organoprotective effects of exogenous nitric oxide in an experimental study. Biomedicines. 2024; 12 (4): 719. DOI: 10.3390/biomedicines12040719.

9. Ferrari R.S., Andrade C.F. Oxidative stress and lung ischemia-reperfusion injury. Oxid. Med. Cell. Longev. 2015; 2015: 590987. DOI: 10.1155/2015/590987.

10. Vlastos D., Zeinah M., Ninkovic-Hall G. et al. The effects of ischaemic conditioning on lung ischaemia-reperfusion injury. Respir. Res. 2022; 23 (1): 351. DOI: 10.1186/s12931-022-02288-z.

11. Zakkar M., Guida G., Suleiman M.S., Angelini G.D Cardiopulmonary bypass and oxidative stress. Oxid. Med. Cell Longev. 2015; 2015: 189863. DOI: 10.1155/2015/189863.

12. Chen X., Chen H., Deng R., Shen J. Pros and cons of current approaches for detecting peroxynitrite and their applications. Biomed. J. 2014; 37 (3): 120–126. DOI: 10.4103/2319-4170.134084.

13. Schröder K. NADPH oxidases in redox regulation of cell adhesion and migration. Antioxid. Redox Signal. 2014; 20 (13): 2043–2058. DOI: 10.1089/ars.2013.5633.

14. Evans B.J., Haskard D.O., Finch J.R. et al. The inflammatory effect of cardiopulmonary bypass on leukocyte extravasation in vivo. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2008; 135 (5): 999–1006. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2007.08.071.

15. Talaie T., DiChiacchio L., Prasad N.K. et al. Ischemia-reperfusion injury in the transplanted lung: a literature review. Transplant. Direct. 2021; 7 (2): e652. DOI: 10.1097/TXD.0000000000001104.

16. Eltzschig H.K., Collard C.D. Vascular ischaemia and reperfusion injury. Br. Med. Bull. 2004; 70: 71–86. DOI: 10.1093/bmb/ldh025.

17. Dixon J.T., Gozal E., Roberts A.M. Platelet-mediated vascular dysfunction during acute lung injury. Arch. Physiol. Biochem. 2012; 118 (2): 72–82. DOI: 10.3109/13813455.2012.665463.

18. Marshall B.E., Marshall C., Benumof J., Saidman L.J. Hypoxic pulmonary vasoconstriction in dogs: effects of lung segment size and oxygen tension. J. Appl. Physiol. Respir. Environ. Exerc. Physiol. 1981; 51 (6): 1543–1551. DOI: 10.1152/jappl.1981.51.6.1543.

19. Tenling A., Hachenberg T., Tydén H. et al. Atelectasis and gas exchange after cardiac surgery. Anesthesiology. 1998; 89 (2): 371–378. DOI: 10.1097/00000542-199808000-00013.

20. Jurmann M.J., Dammenhayn L., Schaefers H.J., Haverich A. Pulmonary reperfusion injury: evidence for oxygen-derived free radical mediated damage and effects of different free radical scavengers. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 1990; 4 (12): 665–670. DOI: 10.1016/1010-7940(90)90059-9.

21. Sievers H.H., Freund-Kaas C., Eleftheriadis S. et al. Lung protection during total cardiopulmonary bypass by isolated lung perfusion: preliminary results of a novel perfusion strategy. Ann. Thorac. Surg. 2002; 74 (4): 1167–1172. DOI: 10.1016/s0003-4975(02)03853-5.

22. Löckinger A., Schütte H., Walmrath D. et al. Protection against gas exchange abnormalities by pre-aerosolized PGE1, iloprost and nitroprusside in lung ischemia-reperfusion. Transplantation. 2001; 71 (2): 185–193. DOI: 10.1097/00007890-200101270-00003.

23. Vlastos D., Zeinah M., Ninkovic-Hall G. et al. The effects of ischaemic conditioning on lung ischaemia-reperfusion injury. Respir. Res. 2022; 23 (1): 351. DOI: 10.1186/s12931-022-02288-z.

24. Andrabi S.M., Sharma N.S., Karan A. et al. Nitric oxide: physiological functions, delivery, and biomedical applications. Adv. Sci. (Weinh.). 2023; 10 (30): e2303259. DOI: 10.1002/advs.202303259.

25. Martel J., Ko Y.F., Young J.D., Ojcius D.M. Could nasal nitric oxide help to mitigate the severity of COVID-19? Microbes Infect. 2020; 22 (4-5): 168–171. DOI: 10.1016/j.micinf.2020.05.002.

26. Van Dervort A.L., Yan L., Madara P.J. et al. Nitric oxide regulates endotoxin-induced TNF-alpha production by human neutrophils. J. Immunol. 1994; 152 (8): 4102–4109. DOI: 10.4049/jimmunol.152.8.4102.

27. Chello M., Mastroroberto P., Perticone F. et al. Nitric oxide modulation of neutrophil-endothelium interaction: difference between arterial and venous coronary bypass grafts. J. Am. Coll. Cardiol. 1998; 31 (4): 823–826. DOI: 10.1016/s0735-1097(97)00560-3.

28. Kamenshchikov N.O., Duong N., Berra L. Nitric oxide in cardiac surgery: a review article. Biomedicines. 2023; 11 (4): 1085. DOI: 10.3390/biomedicines11041085.

29. Kaminsky D.A. What does airway resistance tell us about lung function? Respir. Care. 2012; 57 (1): 85–99. DOI: 10.4187/respcare.01411.

30. Nova Z., Skovierova H., Calkovska A. Alveolar-capillary membrane-related pulmonary cells as a target in endotoxin-induced acute lung injury. Int. J. Mol. Sci. 2019; 20 (4): 831. DOI: 10.3390/ijms20040831.

31. Papazian L., Aubron C., Brochard L. et al. Formal guidelines: management of acute respiratory distress syndrome. Ann. Intensive Care. 2019; 9 (1): 69. DOI: 10.1186/s13613-019-0540-9.

32. Scaramuzzo G., Ottaviani I., Volta C.A., Spadaro S. Mechanical ventilation and COPD: from pathophysiology to ventilatory management. Minerva Med. 2022; 113 (3): 460–470. DOI: 10.23736/S0026-4806.22.07974-5.