Кардиопротекторная эффективность экзогенного фосфокреатина

Шестакова Лиана Геннадьевна
врач-кардиохирург высшей квалификационной категории, доктор медицинских наук,
Республиканский научно-практический центр «Кардиология», Минск, Беларусь.

Введение

В настоящее время кардиохирургические вмешательства в условиях искусственного кровообращения остаются наиболее эффективным методом лечения приобретенных и врожденных пороков сердца,  ишемической болезни сердца и аневризм грудной аорты. Для выполнения основного этапа операции полностью пережимается восходящая аорта с целью визуализации операционного поля и предотвращения воздушной эмболии магистральных сосудов, затем проводятся кардиоплегии для защиты миокарда. Период глобальной ишемии миокарда достигает нескольких часов и, при  недостаточной эффективности кардиоплегий, сопровождается выраженными метаболическими нарушениями в миокарде [1].

Оксигенированный гемоглобин в зоне ишемии стремительно истощается. Основной путь, используемый для выработки энергии в миокарде, меняется с аэробного окисления на анаэробный гликолиз [2,3]. Первичный субстрат энергетического метаболизма миокарда также меняется со свободных жирных кислот на глюкозу [4]. Ишемизированный миокард преимущественно использует энергию, содержащуюся в эндогенном креатинфосфате, за которым следуют АТФ, АДФ и аденозинмонофосфат (AMФ). АМФ также может расщепляться на аденозин и гипоксантин, что приводит к необратимым изменениям [5]. Кроме того, молочная кислота и другие промежуточные продукты гликолиза накапливаются в кардиомиоцитах  [2,3]. Через 10 мин ишемии внутриклеточный рН снижается до 5,7–6,0, при таком ацидозе существенно снижается скорость рефосфорилирования АДФ в АТФ путем анаэробного гликолиза [6].  В свою очередь, повышенный из-за накопления уровень АДФ может индуцировать адгезию и агрегацию тромбоцитов [7].

Потеря ВЭФ влияет на клеточный гомеостаз кальция, приводя к внутриклеточной секвестрации Ca2+. Перегрузка митохондрий кальцием угнетает окислительное фосфорилирование. Внутриклеточный Ca2+ индуцирует превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу. Последняя способствует образованию свободных радикалов кислорода, которые, в свою очередь, окисляют мембранные фосфолипиды и продуцируют малоновый диальдегид (MDA), вызывая нестабильность мембраны [8,9].

Кроме того, внутриклеточное накопление метаболических промежуточных продуктов, включая АМФ, молочную кислоту, Са2+,  Н+ и т.д., активирует мембранную фосфолипазу, вызывая деградацию клеточной мембраны до лизофосфоглицеридов (LPLs), которые также способствуют нестабильности мембран клеток миокарда [9,10].

После выполнения основного этапа операции снимается поперечный зажим с восходящей аорты и возобновляется коронарный кровоток. В этот момент к предшествующей ишемической альтерации присоединяются дополнительные реоксигенационные повреждения миокарда. В механизме реперфузионных повреждений центральное место занимает массивное поступление кальция в кардиомиоциты, контрактура миофибрилл, активация мембранных  фосфолипаз с нарушением целостности клеточных мембран, образование свободных радикалов, электрофизиологические изменения [11].

Очевидна необходимость специальных мер сохранения жизнеспособности  миокарда (кардиопротекции) при операциях на открытом сердце: холодовых кардиоплегий, контролируемой реперфузии миокарда, применения фармакологических кардиопротекторов.

Со времени первой публикации Parrat и Marshall [12] было доказано, что введение экзогенного фосфокреатина в коронарное русло эффективно защищает ишемизированный миокард благодаря следующим механизмам.

Во-первых, регуляция энергетического обмена в кардиомиоцитах [8,13]:

а) ФК является запасной быстродоступной формой биохимической энергии, непосредственно используется для ресинтеза АТФ

б) ФК является накопителем и транспортным носителем энергии, который служит для переноса ВЭФ-связи от места образования АТФ к месту утилизации АТФ посредством «фосфокреатинового шатла».

в) ФК, достигнув определенной концентрации (10 ммоль/л), оказывает ингибирующее влияние на ферментные системы (5'-нуклеотидазу и AMP-дезаминазу), обеспечивающие катаболизм адениннуклеотидов, тем самым поддерживая уровень пула нуклеотидов, выступая в качестве регулятора

Во-вторых, стабилизация клеточных мембран [8]:  

а) благодаря электростатическому взаимодействию ФК с фосфолипидами, уменьшается их разрушение и накопление в ишемизированном миокарде,

б) ФК ингибирует лизофосфоглицериды – основной фактор электрической нестабильности мембран, что в условиях гипоксии защищает сарколемму кардиомиоцитов от ишемического повреждения,

В-третьих, предотвращение агрегации тромбоцитов путем  рефосфорилирования  АДФ в АТФ (внеклеточный механизм).

В-четвертых, улучшение микроциркуляции, связанное с повышением осмотической резистентности эритроцитов и улучшением пластичности их мембран за счет увеличения содержания АТФ. Кроме того, увеличение содержания АТФ в эритроцитах ведет к повышению кислородной емкости крови [13, 14].

Таким образом, лечение экзогенным фосфокреатином способствует защите миокарда от ишемически-реперфузионной альтерации. Результаты большого количества клинических исследований подтверждают, что применение экзогенного ФК ассоциировано с улучшением краткосрочной выживаемости, улучшением систолической и диастолической функции сердца, меньшим  высвобождением маркеров повреждения миокарда, снижением частоты жизненноопасных аритмий [15,16].

В Республике Беларусь разработан и успешно применяется комплексный метод кровяной защиты миокарда (патент BY 6174, а19990439 «Способ кардиопротекции при хирургических операциях в условиях искусственного кровообращения», Шестакова Л.Г., Островский Ю.П.). Бесспорные успехи современной кардиохирургии, усовершенствование методов защиты миокарда, экстракорпорального кровообращения и механической поддержки кровообращения привели к расширению показаний к хирургическому лечению, в частности, у пациентов с исходно сниженными функциональными возможностями миокарда. Это, в свою очередь, диктует необходимость дополнительных мер кардиопротекции, включая метаболическую и мембраностабилизирующую терапию. Весьма важна оценка эффективности и безопасности интракоронарного введения кардиопротекторов.

Цель исследования

Провести сравнительную оценку клинической эффективности интракоронарного введения препаратов экзогенного фосфокреатина (креатинфосфат динатриевой соли) в составе контролируемой реперфузии после периода глобальной ишемии миокарда во время операций на открытом сердце в условиях искусственного кровообращения у пациентов со сниженной фракцией выброса левого желудочка.

Материалы и методы

Проведено сравнительное рандомизированное открытое контролируемое клиническое исследование в параллельных группах.  Во время контролируемой реперфузии миокарда с целью его защиты во время операции на сердце в стационарных условиях согласно схеме терапии (с применением комплексного метода защиты миокарда на основе крови – патент а 19990439) в составе кардиоплегических растворов пациентам опытной группы вводился лекарственный препарат Креатинфосфат, порошок для приготовления раствора для инфузий 1,0 г,  производства СП ООО «ФАРМЛЭНД» (Республика Беларусь), в концентрации 10 ммоль/л (по фосфокреатину). В группе сравнения  применялось лекарственный препарат Неотон, лиофилизированный порошок для приготовления раствора для инфузий 1,0 г во флаконах производства ALFASIGMA S. p. a., Италия.

Клиническое исследование проводилось в РНПЦ «Кардиология» в 2021 – 2022 г.г. в соответствии с ICH-GCP, правилами надлежащей клинической практики ЕАЭС и Хельсинкской Декларации Всемирной Медицинской Ассоциации (Форталеза, 2013).

Критерии включения пациентов в исследование:

1) мужчины и женщины в возрасте 18-80 лет
2) необходимость проведения аортокоронарного шунтирования (АКШ), маммарокоронарного шунтирования (МКШ) и (или) клапанной коррекции  в условиях ИК с применением комплексного метода защиты миокарда на основе крови
3) снижение ФВ левого желудочка менее 45% по данным эхокардиографии (ЭхоКГ)
4) оценка факторов риска кардиохирургических вмешательств по шкале EuroSCORE II 1-12 %
5) подписанное информированное согласие на участие в испытании
6) способность пациента выполнять все требования программы.

В исследование не включались пациенты с выполненными ранее кардиохирургическими вмешательствами в условиях ИК, с расслаивающей аневризмой грудной аорты, после трансплантации органов, с выраженными нарушениями  функции почек, с онкологическими заболеваниями, с острыми инфекционными заболеваниями (в частности, инфекционный эндокардит).

В исследование вошли 158 человек (по 79 пациента в каждой группе). Врачами-исследователями проводилась простая рандомизация с применением метода конвертов.

Продолжительность клинического исследования для каждого пациента составила 7±1 дней, включала 5 точек наблюдения:

1. не более чем за 24 часа до операции,
2. во время операции и в первые 2 часа после операции,
3. через 10-24 ч после операции,
4. через 34-48 ч после операции,
5. через 7±1 суток после операции.

Всем пациентам выполнялись общеклинические исследования,  оценка факторов риска кардиохирургических вмешательств по шкале EuroSCORE II; общие анализы крови и мочи, биохимические анализы крови; определение высокочувствительного тропонина I (hsTnI); оценка АД, ЦВД, ЧСС, температуры тела; ЭКГ; трансторакальная ЭхоКГ; оценка интраоперационного восстановления сердечной деятельности (количество дефибрилляций после снятия зажима с аорты); определение количества и доз введенных адреномиметиков (мкг, мкг/кг/мин); регистрация нежелательных явлений/реакций; оценка частоты развития посткардиотомной острой сердечной недостаточности.

Статистичекий анализ полученных данных выполнялся с применением программы IBM SPSS Statistics (версия 26). При сравнении двух групп по количественному признаку применяли параметрический метод с вычислением t-критерия Стъюдента для зависимых групп (в случае нормального распределения признака). Полученные данные интерпретировались как достоверные, а различия между показателями считались значимыми при вероятности безошибочного прогноза равного или большего 95%:  р ≤ 0,05. Достоверность различий в сравниваемых несвязанных группах (оценка эффективности применяемых лекарственных средств), а также связанных (в каждой группе до и после лечения) осуществлялась с использованием критерия χ2 Пирсона или точного двустороннего F-критерия Фишера в зависимости от значений абсолютных частот. Достоверность различий распределения пациентов в сравниваемых связанных группах определялась при помощи критерия Макнемара.

Результаты и обсуждение

В исследование включено 86,7% мужчин (n=137) и 13,3% женщин (n=21) в возрасте от 31 года до 80 лет. Средний возраст составил 60,34 года (ст. отклонение 9,36 лет).

Индекс массы тела (ИМТ) пациентов варьировал от 18,59 до 44,92 кг/м².  Среднее значение ИМТ составило 28,94 кг/м² (ст. отклонение 5 кг/м²). (рис 1).

 
Рис.1. Показатели операционного риска по шкале EuroSCORE II в сравниваемых группах

Виды оперативного вмешательства:  АКШ и МКШ (изолированно либо с клапанной коррекцией) выполнено у 65,8% исследуемых пациентов (n=104); вмешательство на клапанах сердца (пластика и /или протезирование) выполнено у  34,2% пациентов (n=54).

По соотношению полов, возрасту, ИМТ, значению EuroSCORE II и типу оперативного вмешательства обе группы были однородными и статистически значимые отличия между ними отсутствовали (р>0,05) (табл.1)

Таблица 1

Исходная  клиническая характеристика пациентов по группам

По видам оперативного вмешательства обе группы были однородными, статистически значимые отличия между ними отсутствовали: в каждой из групп  реваскуляризация миокарда (АКШ, МКШ) была выполнена у  66% пациентов   (р>0,05).

Оценка эффективности кардиопротекции  в группах

После завершения основного этапа операции проводилась контролируемая реперфузия и снимался зажим с аорты. У 80% пациентов из группы Креатинфосфат и  81% пациентов из группы Неотон наблюдалось самостоятельное восстановление сердечной деятельности после реперфузии (р=0,842), что свидетельствовало о функциональной сохранности миокарда и высокой эффективности кардиопротекции. У 16 пациентов из группы Креатинфосфат (20%) и 15 пациентов из группы Неотон (19%) после длительного периода асистолии восстановление ритма происходило через фибрилляции желудочков, проводилась электроимпульсная терапия.

Затем пациентам выполнялся хирургический гемостаз, ревизия зон анастомозов, ротация сердца, при этом у пяти  пациентов из группы Креатинфосфат и шести  пациентов из группы Неотон развилась фибрилляция желудочков и потребовалась дефибрилляция. В итоге, самостоятельное восстановление сердечной деятельности без электроимпульсной терапии после периода аноксии сердца и восстановления коронарного кровотока у пациентов сравниваемых групп выглядит следующим образом (табл. 2).

Таблица 2

Интраоперационное самостоятельное восстановление сердечной деятельности без электроимпульсной терапии

Наиболее информативным критерием в оценке эффективности ЗМ, по мнению многих авторов [17,18,19], является интенсивность инотропной стимуляции миокарда в постреперфузионном периоде. В связи с исходно сниженной контрактильностью миокарда (ФВ<45%), в интра- и раннем послеоперационном периоде  у 65%  пациентов в группе Креатинфосфат  и 58% пациентов в группе Неотон гемодинамика поддерживалась с помощью инотропных и вазопрессорных препаратов. По частоте применения, интенсивности, длительности и суммарной дозе инторопной и вазопрессорной поддержки различий между группами не выявлено ( табл.3, рис.2, рис.3).

Таблица 3

Применение инотропной/вазопрессорной поддержки в восстановительном периоде после кардиохирургического вмешательства

Рис.2. Суммарная доза добутамина в восстановительном периоде в сравниваемых группах

Рис.3. Суммарная доза норэпинефрина в восстановительном периоде в сравниваемых группах

Подводя итог анализа интенсивности инотропной и вазопрессорной стимуляции, как одного из критериев сохранности сократительной функции миокарда после тотальной ишемии, можно заключить, что применение кровяной защиты миокарда с экзогенным фосфокреатином в составе контролируемой реперфузии обеспечивает высокую жизнеспособность миокарда в послеоперационном периоде, несмотря на  исходно  сниженные функциональные резервы сердца.

Рефрактерная к медикаментозной терапии посткардиотомная сердечная недостаточность, потребовавшая механической поддержки кровообращения, развилась лишь у одного пациента из группы Неотон (1,27%),  р=0,319.

По ЭхоКГ, проведенной у пациентов в ближайшем послеоперационном периоде (через 7±1 суток после операции), оценивалась фракция выброса левого желудочка. Данные  сопоставлялись  с дооперационной ЭхоКГ (табл. 4).  Прирост ФВ левого желудочка более 10% расценивается многими авторами как критерий высокоэффективной  интраоперационной защиты миокарда [19] .

Таблица 4

Фракция выброса левого желудочка через 7±1 суток после кардиохирургического вмешательства (по данным ЭхоКГ по сравнению с дооперационными)

Эффективность применения  экзогенного ФК подтверждается уменьшением пиковых послеоперационных значений кардиоспецифических ферментов (TnT, TnI, CkMB). Нами проведено изучение динамики высвобождения  биохимического маркера повреждения миокарда  - высокочувствительного тропонина I (hsTnI) в крови из периферической вены  (табл. 5).

Таблица 5

Значения высокочувствительного тропонина I (hsTn I) (среднее значение и стандартное отклонение) в периферической венозной крови по точкам наблюдения в группах сравнения, нг/мл

Статистически значимые различия в динамике высвобождения биомаркера между группами сравнения отсутствовали. Интересно то, что в группе Креатинфосфат к седьмым суткам после операции значения  высокочувствительного тропонина I возвратились к дооперационным показателям, что свидетельствует о выраженном кардиопротекторном действии экзогенного ФК (рис. 4).

Рис.4. Динамика высокочувствительного тропонина I (hsTn I)  (среднее значение  и 95% ДИ) в периферической венозной крови пациентов по точкам наблюдения в группах сравнения, нг/мл

Была изучена ранняя (в течение 7 суток) выживаемость пациентов после операции. В группе Креатинфосфат она составила 98,7% (78 из 79 пациентов), в группе Неотон - 97,5% (77 из 79 пациентов), р=0,563. Статистически значимые отличия между группами отсутствуют.

Заключение

Накоплен значительный положительный опыт применения экзогенного фосфокреатина у  кардиохирургических пациентов. Во время операций на открытом сердце в условиях искусственного кровообращения после периода глобальной ишемии миокарда введение препаратов экзогенного  фосфокреатина в составе контролируемой тепловой реперфузии в концентрации 10 ммоль/л оказывает выраженное кардиопротекторное и антиаритмогенное действие.  В дальнейшем это ассоциировано с высокими показателями ранней послеоперационной выживаемости и улучшением контрактильности миокарда в послеоперационном периоде. Особенно наглядно защитные макроэргические и мембраностабилизирующие эффекты экзогенного ФК проявляются у пациентов со сниженной фракцией выброса левого желудочка.

Достоверных различий по биохимическим показателям и клинической эффективности между группами с использованием лекарственного препарата Креатинфосфат и лекарственного препарата Неотон выявлено не было.

Литература

1. Landoni G, Zangrillo A, Lomivorotov VV, Likhvantsev V, Ma J, De Simone F, et al. (2016) Cardiac protection with phosphocreatine: a meta-analysis. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 23, pp 637–646.
2. Mallet RT, Manukhina EB, Ruelas SS, Caffrey JL, Downey HF. (2018) Cardioprotection by intermittent hypoxia conditioning: evidence, mechanisms, and therapeutic potential. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 315, pp 216–232.
3. Ait-Aissa K, Blaszak SC, Beutner G, Tsaih SW, Morgan G, Santos JH, et al. (2019) Mitochondrial oxidative phosphorylation defect in the heart of subjects with coronary artery disease. Sci Rep. 9:7623.
4. Lopaschuk GD, Ussher JR, Folmes CD, Jaswal JS, Stanley WC. (2010) Myocardial fatty acid metabolism in health and disease. Physiol Rev. 90 pp 207–258.
5. Scolletta S, Biagioli B. (2010). Energetic myocardial metabolism and oxidative stress: let's make them our friends in the fight against heart failure. Biomed Pharmacother. 64, pp. 203–207.
6. Hao Yi-Dan, Zhao Ying-Xin, Yang Shi-Wei, Zhou Yu-Jie (2021)  High-Energy Phosphates and Ischemic Heart Disease: From Bench to Bedside  . Front Cardiovasc Med. 2021; 8: 675608
7. Perepech N.B., Nedoshivin A.O., Nesterova I.V. (2001). Neoton and thrombolytic therapy of myocardial infarction. Ter Arkh. 73, pp. 50–55.
8. Saks V.A. (2014). Phosphocreatine pathway insidecellular energy transport: modern changing state of research. In book: Phosphocreatine: biochemical and pharmaceuticological effect and clinical change. / Ed. V. A. Saks, Yu. G. Bobkov, E. Strumia. M.: Nauka, 2014.
9. Houang EM, Bartos J, Hackel BJ, Lodge TP, Yannopoulos D, Bates FS, et al. (2019). Cardiac muscle membrane stabilization in myocardial reperfusion injury. JACC Basic Transl Sci. 4, pp.275–287.
10. Heather LC, Clarke K. (2011). Metabolism, hypoxia and the diabetic heart. J Mol Cell Cardiol. 50, pp. 598–605.
11. Golikov AP, Riabinin VA. Neoton in the treatment of myocardial infarct and unstable stenocardia. Kardiologiia. (1993) 33, pp 3-15.
12. Parratt J.R., Marshall R.J. (1974) The response of isolated cardiac muscle to acute anoxia: protective effect of adenosine triphosphate and creatine phosphate. J Pharm Pharmacol. 26, pp 427–433.
13. Strumia E., Pelliccia F., D’Ambrosio G. (2012). Creatine phosphate: pharmacological and clinical perspectives. Adv. Ther., 29(2): pp 99–123.
14. Cerný J, Nemec P, Bucek J, Cerný E, Papousek F, Lojek A. (1993)  The effect of creatine phosphate in patients after surgery in ischemic heart disease. Vnitr Lek. 39, pp.153–159.
15. Mingxing F, Landoni G, Zangrillo A, Monaco F, Lomivorotov VV, Hui C, et al. (2018) Phosphocreatine in cardiac surgery patients: a meta-analysis of randomized controlled trials. J Cardiothorac Vasc Anesth. vol 32, pp.762–770.
16. Cisowski M, Bochenek A, Kucewicz E, Wnuk-Wojnar AM, Morawski W, Skalski J, et al. (1996) The use of exogenous creatine phosphate for myocardial protection in patients undergoing coronary artery bypass surgery. J Cardiovasc Surg. 37, pp.75–80.
17. Kozlov, I.A. Yavorovsky A.G. (2018). Creatine phosphate as cardioprotector in sugery and intensive cardiology. Analytical review Medical alfavit No 9 / 2018, vol 1. Urgent medicine
18. Chambers DJ, Braimbridge MV, Kosker S, Yamada M, Jupp RA, Crowther A. (1991) Creatine phosphate (Neoton) as an additive to St. Thomas' Hospital cardioplegic solution (Plegisol). Results of a clinical study. Eur J Cardiothorac Surg 5, pp. 74–81.
19. Zhidkov IL, Ivanov VA, Kozhevnikov VA, Charnaia MA, Mukhamedzianova AR, Trekova NA. (2007) Intraoperative myocardial protection with extracellular cardioplegic solutions in patients with cardiac valve diseases. Anesteziol Reanimatol. N 2, pp. 38–42.