Система Novalung як альтернативний метод екстракорпорального газообміну при гострих та хронічних легеневих захворюваннях

Штучна вентиляція легень (ШВЛ), без сумніву, впродовж багатьох років залишається провідним життєзберігаючим способом лікування множинної кількості різнохарактерної патології дихальної системи, охоплюючи гострі (синдром гострого легеневого пошкодження (СГЛП), гострий респіраторний дистрес-синдром (ГРДС), тяжкі позагоспітальні та нозокоміальні пневмонії (НП) тощо) та хронічні стани (загострення тяжкої хронічної обструктивної хвороби легень (ХОХЛ), тяжка бронхіальна астма (БА), хронічна респіраторна недостатність). Перше використання ШВЛ на основі наукових даних датується ще до 1664 р., коли Роберт Гук підтримував життєдіяльність собаки, «не здійснюючи будь-яких дихальних рухів, а безперервно подаючи повітря у легені тварини» (Hook R., 1667). Цікавим залишається той факт, що автор у своїй праці передбачував можливість заміщення функції легені екстракорпоральним способом.

У подальшому ШВЛ набула широкого вивчення і стала стандартним методом лікування пацієнтів із гострою дихальною недостатністю лише після першого випадку захворювання на поліомієліт у 1951 р. у Копенгагені (Lassen H.C., 1953).

Після початку ери рутинного застосування ШВЛ вивчення негативних аспектів цього методу лікування привернуло увагу багатьох науковців (Tremblay L.N., Slutsky A.S., 2006). Тому за останні декілька років разом із визначенням нової модальності ШВЛ з метою зменшення кількості випадків пошкодження легень, спровокованих механічною вентиляцією (вентилятор­асоційовані та вентилятор-індуковані пошкодження легень, ventilator-associated and ventilator-induced lung injury — VALI/VILI), великі зусилля у науково-технологічному процесі були спрямовані на розробку альтернативних стратегій у лікуванні дихальної недостатності із застосуванням методів екстракорпоральної оксигенації та декарбоксигенації. Першочергово екстракорпоральний газообмін був представлений екстракорпоральною мембранною оксигенацією (ЕКМО) й існував у 2 модифікаціях:

Вено-венозна ЕКМО — оксигенація венозної крові та повернення її до вени. Цей різновид ЕКМО успішно був застосований при лікуванні ГРДС та СГЛП під час епідемії грипу А-H1N1 у Австралії (Davies A. et al., 2009). В Україні ця методика вперше була успішно застосована співробітниками Київського міського центру серця у 2010 р. у пацієнта з тяжким ГРДС, асоційованим з вірусом грипу А-H1N1 (Дружина А.Н. и соавт., 2010).

Вено-артеріальна ЕКМО — екстракорпоральна оксигенація венозної крові та її повернення до артерії. Ця методика дає змогу проводити рівнозначну підтримку як серцевої діяльності, так і оксигенації крові. Проте її недоліками є контактний гемоліз і необхідність застосування тотальної гепаринізації.

У дослідженні M. Reng та співавторів (2000) висловлена думка про можливість розподілу процесу оксигенації та видалення вуглекислого газу — CO₂ (ECCO₂R), що покращить «протективність» легеневої вентиляції.

Екстракорпоральне видалення CO₂ (ECCO₂R) — нова альтернатива у клінічному застосуванні

Компанія «Novalung» («Novalung GmbH», Talheim, Germany) розробила унікальний інтервенційний допоміжний пристрій (iLA Membrave Ventilator) для проведення мембранного газообміну (рис. 1), що між виробниками отримав також назву «нові легені».

Рис. 1

Novalung iLA Membrave Ventilator

Вперше клінічні напрацювання щодо застосування iLA у пацієнтів із полі­етіологічною дихальною недостатністю описано у 2000 р. науковцями Регенс­бурзької університетської клініки (Liebold A. et al., 2000).

iLA — невеликий мембранний пристрій, що під’єднується до пацієнта за допомогою двох канюль низького опору (розміри від 13 до 19 Fr), які встановлюються за методикою Сельдингера: одна до стегнової артерії, інша до вени, зазвичай контрлатерально (рис. 2).

Рис. 2

Модель iLA, білатеральний артеріо-венозний доступ

Розмір канюль має бути достатнього діаметру для підтримки кровотоку зі швидкістю 0,8–1,5 л/хв, а також таким, що не буде перешкоджати адекватному кровопостачанню у нижніх кінцівках. Кровоплин здійснюється через просякнуту гепарином дифузну мембрану низької резистентності, виготовленої з поліметилпентену, що є стійкою для просочування плазми крові. З іншого боку мембрани відбувається подача кисню зі швидкістю до 10 л/хв. У зв’язку з тим, що кров до мембрани поступає відносно достатньо насичена киснем (артеріальна кров), додаткова оксигенація є незначною. Очевидно те, що градієнт концентрації CO₂ набагато вищий, тому власне мембрана iLA є надзвичайно ефективною для елімінації CO₂, що, у свою чергу, дозволяє значно мінімізувати показання для проведення конвекційної ШВЛ. У середньому кліренс CO₂ при проходженні крові через мембрану становить 150–200 мл/хв (Bein T. et al., 2006), але у клінічному застосуванні кліренс CO₂ зазвичай становить 50% продукції CO₂ в організмі людини. Швидкість кровотоку через власне мембрану визначається величиною серцевого викиду пацієнта, що виконує функцію помпи у зв’язку з відсутністю штучного насосу у iLA, що й відрізняє її від ЕКМО.

Окрім Німеччини і Австрії, великим досвідом роботи з iLA володіють лікарі Великої Британії, Канади, Італії та Швеції. У США ця методика не практикувалася до 2009 р. у зв’язку із жорсткими обмеженнями FDA на її застосування.

Світові дані щодо застосування iLA

У 2008 р. група науковців Регенсбурзької університетської клініки у Німеччині опублікувала результати щодо використання iLA у 159 пацієнтів (Flörchinger B. et al., 2008). Тривалість використання одного апарату від 0,1 до 33 (у середньому 7) діб, позитивні результати з одужанням спостерігалися у 33,1% пацієнтів, 48,7% хворих померли протягом лікування із застосуванням iLA, проте, не внаслідок легеневої дисфункції, а в результаті розвитку синдрому поліорганної недостатності. Відзначалися такі позитивні ефекти після початку терапії з iLA: нормалізація показників PaCO₂ і pH крові, покращення сатурації артеріальної та змішаної венозної крові, зниження величин дихального об’єму та хвилинної вентиляції з наближенням цих величин до рівня протективних та «ультрапротективних» (Terragni P.P. et al., 2009); незважаючи на істотний штучно створений артеріо-венозний шунт, показники системної гемодинаміки залишалися задовільними без застосування вазопресорів.

У світі виконано єдине контрольоване рандомізоване дослідження щодо застосування iLA: рандомізовані 120 пацієнтів із ГРДС, у яких на фоні проведення конвекційної ШВЛ застосовувалася чи не застосовувалася iLA. Основними оцінюючими показниками ефективності застосування iLA були тривалість днів із та без ШВЛ, термін настання повного одужання (Extrapulmonary Interventional Ventilatory Support in Severe Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) (Xtravent); clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT00538928).

Наймолодшим пацієнтом, у якого була застосована iLA, став у 2010 р. 2-річний американський житель штату Міссурі (St. Louis Children’s Hospital). Незважаючи на обмеження FDA, пацієнт перебував на інтервенційній допоміжній оксигенації 23 доби з подальшим одужанням (Kane J., 2010).

Практичні рекомендації для застосування iLA (Novalung)

iLA — безнасосний пристрій, основне призначення якого полягає у екстракорпоральному діалізі CO₂ та частковій оксигенації крові пацієнтів, що дозволяє скоригувати показники газового складу шляхом нормалізації PaCO₂ і pH крові й відповідно обмежити показання для проведення ШВЛ, запобігти розвитку вентиляторасоційованих ускладнень, зменшити тривалість перебування пацієнтів у відділеннях інтенсивної терапії, скоротити частку витратних коштів на лікування госпітальних інфекцій тощо. Безперечно, роль ШВЛ (як інвазивної, так і неінвазивної), її значення у лікуванні гострих та хронічних легеневих захворювань є надзвичайно важливою. Та результат буде задовільним лише при умові вчасного застосування того чи іншого методу лікування, дотримання відповідних рекомендацій.

Основні показання для проведення екстракорпорального видалення CO₂

• усі клінічні випадки, коли адекватний газообмін, зокрема елімінація CO₂, не забезпечується конвекційною ШВЛ із дотриманням протективних значень параметрів вентиляції: ГРДС, СГЛП, сепсис, травма, різнопричинне підвищення внутрішньочерепного тиску (коли пермісивна гіперкапнія недопустима!);
• стани, що супроводжуються частковою чи повною хронічною легеневою дисфункцією: загострення ХОХЛ, тяжка БА, тривале відлучення від ШВЛ;
• захворювання, що потребують транс­плантації легень (ідіопатичний фіброз легень, муковісцидоз, первинна легенева гіпертензія, саркоїдоз), коли iLA виконує роль «сполучного містка»;
• клінічні ситуації у торакальній хірургії, що потребують максимального зниження тиску у дихальних шляхах: бронхоплевральна фістула, резекція легені, пульмонектомія;
• захворювання, що супроводжуються вираженим респіраторним ацидозом на фоні масивного паренхіматозного ураження легень: тяжкі вірусні пневмонії (наприклад епідемія грипу А-H1N1 2009–2010 рр.) (Бешлей І.А. та спів­авт., 2010).

Загальні вимоги та рекомендації при застосуванні iLA

• наявність показань для застосування екстракорпорального газообміну;
• стабільні показники гемодинаміки, здатні компенсувати утворення артеріо-венозного шунта;
• середній артеріальний тиск не менше 60 мм. рт. ст. (відсутні ознаки нескоригованого шокового стану);
• респіраторний коефіцієнт (PaO₂/FiO₂) вище 70;
• практичні навики з катетеризації магістральних судин;
• при можливості катетеризація судин під ультразвуковим контролем з метою підбору адекватного діаметру канюль (катетер має бути на 20% меншим в діаметрі, ніж судина);
• можливість контролю газового складу крові пацієнта;
• можливість подачі кисню через флоуметр «кулькового типу»;
• наявність вимірювача потоку крові на виході з мембранної системи;
• при недостатньому досвіді роботи постійна налагодженість зв’язку зі спеціа­лістом.

Протипоказання

• гепарин-індукована тромбоцитопенія;
• кардіогенний шок, гостра серцево-судинна недостатність.

Відносними протипоказаннями є гострий флеботромбоз та діаметр артерії ≤5,1 мм.

Основні ускладнення, що виникають при імплантації iLA

• потрапляння повітря у систему циркуляції, включаючи і власне мембранний комплекс, з подальшим високим ризиком розвитку повітряної емболії — 13%;
• утворення тромбів усередині мембрани (при вихідний вираженій гіперкоагуляції) — 4%. iLA позиціонується як інтервенційний пристрій, що, на відміну від ЕКМО, не потребує тотальної гепаринізації, а лише профілактичні дози гепаринів при вихідному високому ризику тромбоутворення чи без антикоагулянтів, враховуючи специфічний склад стінок канюль і мембрани, які містять протеїн-матрикс і гепарин (Zimmermann M. et al., 2009);
• кровотеча під час катетеризації крупних судин внаслідок їх пошкодження — 2% (Zimmermann M. et al., 2009);
• різке зниження показників гемодинаміки при швидкому відкритті запобіжних клемів після під’єднання пацієнта до системи — 3% (Zimmermann M. et al., 2009);
• інфікування системи iLA — 0,3% (Zimmermann M. et al., 2009).

Рекомендований виробниками максимально допустимий термін використання одного пристрою становить 29 днів, хоча у літературі описані випадки тривалішої експлуатації мембрани.

За наявності симптомів «втрати повітря» рекомендовано використання iLA разом із високочастотною ШВЛ (Muellenbach R.M. et al., 2007).

Висновки

Принципи протективної вентиляції, підтримка спонтанного дихання, лікування гіпоксичних станів разом із iLA — все це дає пацієнту додатковий шанс на одужання, а лікарям — можливість покращання ефективності надання допомоги в умовах проведення ШВЛ або ж її уникнення, що значно знижує ризик розвитку вентиляторасоційованих та вентилятор-індукованих пошкоджень легень (НП, дистрофія діафрагми, баротравма тощо), і, відповідно, тривалість і зменшення фінансових витрат на забезпечення подобового перебування пацієнтів у відділеннях інтенсивної терапії.

Хоча рішення у виборі терапевтичного підходу, дякуючи якому вдалося б уникнути проведення ШВЛ, не набуло ознак клінічно сформованого алгоритму чи протоколу, вищезазначені результати проведених досліджень демонструють значний технологічний і стратегічний прогрес у альтернативних клінічних підходах лікування респіраторної недостатності із застосуванням екстракорпоральних методів.

Література

• Бешлей І.А., Дружина О.М., Пилипенко М.П., Шлапак І.П. (2010) Досвід застосування системи «Новоланг» у комплексному інтенсивному лікуванні тяжких грипозних пневмоній на Україні. Питання експериментальної та клінічної медицини, 14(2): 3–6.
• Дружина А.Н., Тодуров Б.М., Довгань А.М. и др. (2010) Клинический случай ОРДС, ассоциированного с А-H1N1вирусом гриппа, в лечении которого применялась экстракорпоральная респираторная поддержка (ЭКМО). В кн.: Г.В. Книшов, В.Б. Максименко (відп. ред.). Щорічник наукових праць Асоціації серцево-судинних хірургів України. Вип. 18. Серцево-судинна хірургія, НІССХ ім. М.М. Амосова, Київ, с. 124–129.
• Bein T., Weber F., Philipp A. et al. (2006) A new pumpless extracorporeal interventional lung assist in critical hypoxemia/hypercapnia. Crit. Care Med., 34(5): 1372–1377.
• Davies A., Jones D., Bailey M. et al.; Australia and New Zealand Extracorporeal Membrane Oxygenation (ANZ ECMO) Influenza Investigators (2009) Extracorporeal membrane oxygenation for 2009 influenza A(H1N1) acute respiratory distress syndrome. JAMA, 302(17): 1888–1895.
• Flörchinger B., Philipp A., Klose A. et al. (2008) Pumpless extracorporeal lung assist: a 10-year institutional experience. Ann. Thorac. Surg., 86(2): 410–417.
• Hook R. (1667) Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 2: 539.
• Kane J. (2010) Artificial Intelligence. Two-year-old becomes the youngest in the world to receive an artificial lung, thanks to local cardiologists. St. Louis Magazine (www.stlmag.com/St-Louis-Magazine/Web-Only-2010/Artificial-Intelligence).
• Lassen H.C. (1953) A preliminary report on the 1952 epidemic of poliomyelitis in Copenhagen with special reference to the treatment of acute respiratory insufficiency. Lancet, 1(6749): 37–41.
• Liebold A., Reng C.M., Philipp A. et al. (2000) Pumpless extracorporeal lung assist — experience with the first 20 cases. Eur. J. Cardiothorac. Surg., 17(5): 608–613.
• Muellenbach R.M., Wunder C., Nuechter D.C. et al. (2007) Early treatment with arteriovenous extracorporeal lungassist and high-frequency oscillatory ventilation in a case of severe acute respiratorydistress syndrome. Acta Anaesthesiol. Scand., 51(6): 766–769.
• Reng M., Philipp A., Kaiser M. et al. (2000) Pumpless extracorporeal lung assist and adult respiratory distress syndrome. Lancet, 356(9225): 219–220.
• Terragni P.P., Del Sorbo L., Mascia L. et al. (2009) Tidal volume lower than 6 ml/kg enhances lung protection: role of extracorporeal carbon dioxide removal. Anesthesiology, 111(4): 826–835.
• Tremblay L.N, Slutsky A.S. (2006) Ventilator-induced lung injury: from the bench to the bedside. Intensive Care Med., 32(1): 24–33.
• Zimmermann M., Bein T., Arlt M. et al. (2009) Pumpless extracorporeal interventional lung assist inpatients with acute respiratory distress syndrome: a prospective pilot study. Crit. Care, 13(1): R10.