Causes of Multiple Organ Dysfunction During Cardiosurgical Operations under Extracorporeal Circulation

Objective: to reveal possible causes of postoperative multiple organ dysfunction syndrome (MODS) in patients after surgery under extracorporeal circulation (EC), by measuring the level and balance of pro- and anti-inflammatory cytokines. Subjects and methods. The investigation enrolled 162 patients who had undergone operations on the heart and thoracic aorta. The levels of interleukins (IL)-6, IL-8, and IL-10 were determined by ELISA. Results. At surgery under EC, MODS was encountered in 5.7%, mortality was 55.6%. The principal causes of MODS were prolonged EC concurrent with bleeding (23%), massive hemorrhage (16%), perioperative myocardial infarction and cardiogenic shock (15%), prolonged EC (12%), acute lung injury (12%), disseminated intravascular coagulation (10%), allergic and anaphylactic reactions (9%), and intravascular hemolysis (6%). The levels of pro- and anti-inflammatory cytokines were substantially increased in all the patients after surgery under EC irrespective of the presence of MODS in the postoperative period. The patients with MODS displayed pro- and anti-inflammatory cytokine imbalance due to a preponderance of the proinflammatory activity of a systemic response. During massive hemorrhage (more than 20 ml/kg), the patients with MODS exhibited a reduction in the two pools of cytokines. In the absence of MODS, there was a parallel increase in both pro- and anti-inflammatory cytokines. The magnitude of a change in the level of cytokines is related to the volume of blood loss. During prolonged EC (more than 170 min), the patients with MODS had a higher pro- and anti-inflammatory cytokine ratio due to the elevated levels of both pools, but the elevation of anti-inflammatory cytokines was more pronounced. In the patients without MODS, the values of both groups of interleukins were sigmficantly unchanged with longer duration of EC. Key words: multiple organ dysfunction syndrome, systemic inflammatory reaction, interleukins 6, 8, 10, extracorporeal circulation, operations on the heart and thoracic aorta

Причины возникновения полиорганной недостаточности при кардиохирургических операциях в условиях искусственного кровообращения

Objective: to reveal possible causes of postoperative multiple organ dysfunction syndrome (MODS) in patients after surgery under extracorporeal circulation (EC), by measuring the level and balance of pro- and anti-inflammatory cytokines. Subjects and methods. The investigation enrolled 162 patients who had undergone operations on the heart and thoracic aorta. The levels of interleukins (IL)-6, IL-8, and IL-10 were determined by ELISA. Results. At surgery under EC, MODS was encountered in 5.7%, mortality was 55.6%. The principal causes of MODS were prolonged EC concurrent with bleeding (23%), massive hemorrhage (16%), perioperative myocardial infarction and cardiogenic shock (15%), prolonged EC (12%), acute lung injury (12%), disseminated intravascular coagulation (10%), allergic and anaphylactic reactions (9%), and intravascular hemolysis (6%). The levels of pro- and anti-inflammatory cytokines were substantially increased in all the patients after surgery under EC irrespective of the presence of MODS in the postoperative period. The patients with MODS displayed pro- and anti-inflammatory cytokine imbalance due to a preponderance of the proinflammatory activity of a systemic response. During massive hemorrhage (more than 20 ml/kg), the patients with MODS exhibited a reduction in the two pools of cytokines. In the absence of MODS, there was a parallel increase in both pro- and anti-inflammatory cytokines. The magnitude of a change in the level of cytokines is related to the volume of blood loss. During prolonged EC (more than 170 min), the patients with MODS had a higher pro- and anti-inflammatory cytokine ratio due to the elevated levels of both pools, but the elevation of anti-inflammatory cytokines was more pronounced. In the patients without MODS, the values of both groups of interleukins were sigmficantly unchanged with longer duration of EC. Key words: multiple organ dysfunction syndrome, systemic inflammatory reaction, interleukins 6, 8, 10, extracorporeal circulation, operations on the heart and thoracic aorta.Цель исследования . Выявление возможных причин возникновения полиорганной недостаточности (ПОН) в послеоперационном периоде у больных после операций в условиях ИК, на основе изучения уровня и баланса про- и проти-воспалительных цитокинов. Материалы и методы. Исследование базируется на обследовании 162 пациентов, которым были выполнены операции на сердце и грудном отделе аорты. Исследовались уровни интерлейкинов: ИЛ — 6, 8, 10 однофазным иммуноферментным анализом по методу ELISA. Результаты. ПОН при операциях в условиях ИК встречается в 5,7%, при этом летальность составляет 55,6%. Основными причинами возникновения ПОН являются: длительный ИК в сочетании с кровотечением — 23%, массивное кровотечение — 16%, периоперационный инфаркт миокарда и кардиогенный шок — 15%, длительный ИК — 12%, синдром острого повреждения легких — 12%, ДВС-синд-ром — 10%, аллергические и анафилактические реакции — 9%, внутрисосудистый гемолиз — 6%. Уровень про- и противовоспалительных цитокинов значительно повышается у всех пациентов после операций в условиях ИК, вне зависимости от наличия ПОН в послеоперационном периоде. У больных с ПОН отмечается дисбаланс между про- и противовоспалительными пулами цитокинов, за счет преобладания активности провоспалительного звена системного ответа. При массивной кровопотере (более 20 мл/кг), у больных с ПОН, организм реагирует снижением обеих пулов цитокинов, При отсутствии ПОН отмечено параллельное увеличение как про- так и противовоспалительных цитоки-нов. Степень изменения уровня цитокинов зависит от объема кровопотери. При длительном ИК (более 170 мин), у пациентов с ПОН, индекс соотношения про- и противовоспалительных цитокинов увеличивается, за счет повышения уровня цитокинов обеих пулов. Увеличение противовоспалительных цитокинов выражено при этом сильнее. У больных без ПОН значения обеих групп интерлейкинов достоверно не изменяется при увеличении длительности ИК. Ключевые слова: синдром полиорганной недостаточности, системная воспалительная реакция, интерлейкины 6, 8, 10, искусственное кровообращение, операции на сердце и грудном отделе аорты

Влияние плазмафереза на динамику цитокинов после операций на сердце и магистральных сосудах

Objective. To assess the impact of plasmapheresis on the time course of changes in pro- and anti-inflammatory interleukins and the results of treatment in patients after complicated operations on the heart and great vessels.Material and methods. 44 patients were examined. In 33 patients, the intra- and postoperative period was complicated by a prolonged extracorporeal circulation (EC), massive blood loss, acute hemolysis, the development of disseminated intravascular coagulation. The above complications gave grounds to perform plasmapheresis (PA) in different postoperative periods. The patients were equally divided into 4 groups (each containing 11 patients): 1) patients with multiple organ dysfunction (MOD), in whom PA was conducted within 2—6 hours after surgery; 2) those without MOD, in whom PA was also performed within 2—6 hours after surgery; 3) those with MOD in whom PA was made 16-20 hours after surgery; 4) a control group (receiving no PA), the early postoperative period was normal. Interleukins (IL) 6, 8, and 10 and the oxygenation index (OI) after surgery and in the first 24 postoperative hours, the duration of EC, the volume of blood loss, and a postoperative clinical period were studied.Results. The duration of EC was highest in Group 1 patients and 37 and 130% greater in Groups 2 and 3, respectively. The elevated levels of IL-6 were noted in all the patients. In the early post-PA periods, the content of IL-6 was decreased by 30% in Groups 1 and 2 patients. In Group 3, the level of IL-6 remained unchanged within the first 24 hours. The postoperative concentration of IL-8 was increased in all the patients. There were no changes in the content of IL-8 after surgery and within the first 12 hours. In Group 3 patients, the level of IL-8 within the first 24 hours was 5 times higher than that observed just after surgery. In patients with developed MOD, a correlation was found between IL-8 and OI postoperatively and within the first 24 hours after surgery. The level of IL-10 was higher in patients without developed MOD. Groups 1, 2, and 4 showed a significant decrease in the concentration of IL-10 by the first 24 postoperative hours as compared with the baseline values. The content of LI-10 remained unchanged in Group 3 patients.Conclusion. A systemic inflammatory response accompanied by the elevated levels of pro- and anti-inflammatory IL develops in all the patients undergoing surgery under EC. The subsequent development of MOD is determined by the imbalance between the alternative pools of cytokines. The correlation between the levels of IL-8 and OI suggests that this cytokine plays an important role in the development of postoperative respiratory failure. Indications for the use of PA are high risk factors of MOD (blood loss, more than 26 ml/kg; the duration of EC, more than 165 min). PA performed in early postoperative periods prevents the development of MOD and reduces mortality rates up to 2%. With subsequent progression of MOD, the mortality rates are 28 and 42% with early and late PA, respectively.Цель исследования. Изучить влияние плазмафереза на динамику про- и противовоспалительных интерлейкинов и результаты лечения больных после осложненных операций на сердце и магистральных сосудах.Материалы и методы. Обследовано 44 пациента. У 33 пациентов интра- и послеоперационный период осложнился длительным искусственным кровообращением, массивной кровопотерей, острым гемолизом, развитием ДВС — синдрома. Перечисленные осложнения послужили основанием для проведения плазмафереза (ПА) в различные сроки послеоперационного периода. Группы пациентов (по 11 больных): 1-я — со СПОН, ПА выполнялся в течение 2 — 6 часов после операции (п/о); 2-я — без СПОН, ПА проводился так же в течение 2 — 6 часов п/о; 3-я — со СПОН, ПА осуществлялся через 16 — 20 часов п/о; 4-я — контрольная (без ПА), ранний п/о период протекал без особенностей. Исследовали интерлейкины (ИЛ) 6, 8 и 10, индекс ок-сигенации (ИО) после операции (п/о) и в первые послеоперационные (1п/о) сутки, длительность ИК, объемом кровопотери и клиническим течением п/о периода.Результаты. Длительность ИК была наибольшей у пациентов 1 группы и превышала этот показатель у больных 2 и 3 групп на 37%, а контрольной — на 130%. Увеличение ИЛ 6 отмечается у всех пациентов. После проведения ПА в ранние сроки ИЛ 6 у пациентов 1 и 2 групп уменьшился на 30 %. В 3 группе содержание ИЛ 6 в 1 п/о сутки не изменяется. ИЛ 8 был повышен после операции у всех пациентов. В 1 и 2 группе изменений ИЛ 8 при сравнении значении п/о и в 1 п/о сутки не найдено. Содержание ИЛ 8 в 1 п/о сутки у пациентов 3 группы превышало п/о уровень в 5 раз. Выявлена корреляция между уровнем ИЛ 8 и ИО п/о и в 1 п/о сутки у пациентов с развитием СПОН. Уровень ИЛ 10 был выше у пациентов без развития СПОН. К 1 п/о суткам в 1, 2 и 4 группе выявлено достоверное уменьшение концентрации ИЛ 10 по сравнению с п/о уровнем. У больных 3 группы содержание ИЛ 10 не изменяется.Заключение. Системный воспалительный ответ, сопровождающийся увеличением про- и противовоспалительных ИЛ, развивается у всех пациентов, перенесших операцию в условиях ИК. Последующее развитие СПОН определяется выраженностью дисбаланса между альтернативными пулами цитокинов. Корреляция между ИЛ 8 и ИО свидетельствует о важной роли этого цитокина в развитии послеоперационной дыхательной недостаточности. Показаниями к проведению ПА являются факторы высокого риска развития СПОН (кровопотеря более 26 мл/кг, длительный период ИК — более 165 мин). Проведение ПА в ранние сроки препятствует развитию СПОН и снижает летальность до 2%. При последующем прогрес-сировании СПОН летальность при раннем ПА составляет 28%, при отсроченном — 42%