CC BY
1
Анестезиология и реаниматология Russian Journal of Anaesthesiology and Reanimatology
2021, №5, с. 40-48 2021, No. 5, pp. 40-48
https://doi.org/10.17116/anaesthesiology202105140 https://doi.org/10.17116/anaesthesiology202105140
Адсорбционные возможности различных экстракорпоральных устройств по очистке крови от липополисахарида в условиях его нарастающей концентрации. (Стендовый эксперимент in vitro на фетальной бычьей сыворотке)
© М.А. БАБАЕВ, О.В. ДЫМОВА, Н.А. МАТВЕЕВА, А.А. ЕРЕМЕНКО
ФГБНУ «Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского» Минобрнауки России, Москва, Россия РЕЗЮМЕ
Цель исследования. Оценить сорбционные характеристики различных экстракорпоральных устройств при пропорционально возрастающей концентрации липополисахарида (ЛПС) в бычьей фетальной сыворотке в условиях стендовой экспериментальной модели.
Материал и методы. Стендовый эксперимент проведен с использованием фетальной бычьей сыворотки, циркулирующей в замкнутом контуре при температуре 37 °C, которую с помощью перфузионного насоса насыщали ЛПС с постоянной скоростью 33 мкг/час на протяжении 4 часов. Исследовали адсорбционные устройства 6 производителей, различающиеся своей конструкцией (гранулы, волокно, пористый капилляр), активным сорбирующим лигандом (полиэтиленимин, синтетический пептид, полимиксин B и др.) и указанными сорбционными емкостями. Содержание эндотоксина определяли с помощью ЛАЛ-теста до начала инфузии ЛПС (точка отсчета), через 30, 60, 120 и 240 мин после начала циркуляции. Сорбционные характеристики оценивали по расчетному коэффициенту адсорбции (КАЭ).
Результаты. Все испытуемые устройства имели свойство связывать ЛПС, соответствовали модели изотермы Лэнгмюра, но показатели КАЭ значительно различались у тестируемых изделий. К 240-й минуте изделие на основе иммобилизиро-ванного полимиксина B показало КАЭ 70,54%, мембрана из полых волокон акрилонитрила и металилсульфоната с гепариновым покрытием и сорбент, синтезированный на основе полисахаридной гранулированной матрицы и химического лиганда, специфичного к ЛПС адсорбировали не более 10,2 и 10,63% соответственно. Адсорбционная емкость колонок на основе мультимодального сорбента и устройства, заполненного пористыми пластинами из полиэтилена, составила 6,77 и 8,91% соответственно.
Выводы. Для получения максимального эффекта от селективной экстракорпоральной терапии при выборе устройства необходимо ориентироваться на коэффициент адсорбции. В этом опыте максимальный коэффициент адсорбции (70,54%) показал картридж на основе иммобилизированного полимиксина B. Изделия, базирующиеся на других принципах сорбции и активных лигандах, характеризовались коэффициентами адсорбции в пределах 6,77—10,63%.
Ключевые слова: эндотоксин, адсорбция липополисахарида, гемоперфузия, oXiris, Alteco LPS Adsorber, «Токсипак», «Эф-ферон ЛПС», Toraymyxin PMX-20R.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ:
Бабаев М.А. — https://orcid.org/0000-0002-4288-3791; e-mail: [email protected] Дымова О.В. — https://orcid.org/0000-0003-2008-6350; e-mail: [email protected] Матвеева Н.А. — https://orcid.org/0000-0002-6884-0941
Еременко А.А. — https://orcid.org/0000-0001-5809-8563; e-mail: [email protected] Автор, ответственный за переписку: Бабаев М.А. — e-mail: [email protected]
КАК ЦИТИРОВАТЬ:
Бабаев М.А., Дымова О.В., Матвеева Н.А., Еременко А.А. Адсорбционные возможности различных экстракорпоральных устройств по очистке крови от липополисахарида в условиях его нарастающей концентрации. (Стендовый эксперимент in vitro на фетальной бычьей сыворотке). Анестезиология и реаниматология. 2021;5:40-48. https://doi.org/10.17116/anaesthesiology202105140
Adsorption capabilities of various extracorporeal devices for blood purification in increasing concentration of lipopolysaccharide. (In vitro benchmark experiment on fetal bovine serum)
© M.A. BABAEV, O.V. DYMOVA, N.A. MATVEEVA, A.A. EREMENKO
Petrovsky National Research Centre of Surgery, Moscow, Russia
ABSTRACT
Objective. To evaluate the sorption characteristics of various extracorporeal devices in proportionally increasing concentration of lipopolysaccharide (LPS) in benchmark experimental model on fetal bovine serum.
Material and methods. A bench experiment was carried out with fetal bovine serum circulating in a closed loop system at a temperature of 37 °C. LPS was injected in serum using a syringe pump at a constant rate of 33 ^g per hour for 4 hours. We studied adsorption devices from 6 manufacturers differing in their design (granules, fiber, porous capillary), active adsorption ligand (polyeth-
yleneimine, synthetic peptide, polymyxin B, etc.) and sorption capacities. Endotoxin level was determined using the LAL test before infusion, after 30, 60, 120 and 240 minutes. Sorption characteristics were evaluated using endotoxin adsorption coefficient (EAC). Results. All devices were able to bind LPS and corresponded to Langmuir isotherm model. However, EAC values differed significantly among the tested products. After 240 minutes, a product based on immobilized polymyxin B showed EAC 70.54%. A membrane of hollow fibers of acrylonitrile and methallyl sulfonate with heparin coating and sorbent based on polysaccharide granular matrix and chemical ligand specific to LPS adsorbed no more than 10.2% and 10.63%, respectively. Adsorption capacity of columns based on multimodal sorbent and device filled with porous polyethylene plates was 6.77 and 8.91%, respectively. Conclusion. It is necessary to consider adsorption coefficient for maximum effect from selective extracorporeal therapy. In this experiment, a cartridge based on immobilized polymyxin B showed the maximum adsorption coefficient (70.54%). Products based on other principles of sorption and active ligands were characterized by adsorption coefficients 6.77—10.63%.
Keywords: endotoxin, lipopolysaccharide adsorption, hemoperfusion, oXiris, LPS adsorber Alteco, Toxipak, Efferon LPS, Toray-myxin PMX-20R.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS:
Babaev M.A. — https://orcid.org/0000-0002-4288-3791; e-mail: [email protected] Dymova O.V. — https://orcid.org/0000-0003-2008-6350; e-mail: dymovaolga@ gmail.com Matveeva N.A. — https://orcid.org/0000-0002-6884-0941
Eremenko A.A. — https://orcid.org/0000-0001-5809-8563; e-mail: [email protected] Corresponding author: Babaev M.A. — e-mail: [email protected]
TO CITE THIS ARTICLE:
Babaev MA, Dymova OV, Matveeva NA, Eremenko AA. Adsorption capabilities of various extracorporeal devices for blood purification in increasing concentration of lipopolysaccharide. (In vitro benchmark experiment on fetal bovine serum). Russian Journal of Anaesthesiology andReanimatology = AnesteziologiyaIReanimatologiya. 2021;5:40-48. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/anaesthesiology202105140
Роль липополисахарида (ЛПС, эндотоксин) в биологии достаточно многогранна. Эндотоксин представляет собой липополисахарид, являющийся обязательным структурным элементом клеточной мембраны грамотрицательных бактерий. Для эволюции ЛПС представляется облигатным фактором филогенеза и обнаруживается у всех живых существ, начиная с сине-зеленых водорослей и заканчивая человеком [1]. ЛПС, попадая в кровоток из просвета кишечника, легких или после лизиса грамотрицательных бактерий, транспортируется в комплексе с белком-переносчиком и взаимодействует со специфическим То11-рецептором (TLR4), в конечном итоге образует сигнальный комплекс, действуя в организме как экзогормон адаптации и как универсальный фактор патогенеза хронических и острых патологических состояний организма [2]. В физиологических условиях уровень эндотоксемии регулируется гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой [3].
Не всякое повышение уровня эндотоксина в крови требует коррекции. Мишенью для терапии являются пациенты с выраженной эндотоксемией, которая сопровождается клинической картиной генерализованного воспаления, органными дисфункциями и шоком, что, в свою очередь, приводит к риску развития неблагоприятных исходов. У пациентов с почечно-печеночной и кишечной дисфункциями лизис бактерий на фоне активного применения анти-биотикотерапии и нарушения элиминации ЛПС приводят к прогрессированию эндотоксемии [4] (рис. 1).
На настоящий момент нет эффективной терапевтической стратегии по коррекции эндотоксемии. Попытка использования фармакологических препаратов моно-и поликлональных антител, конкурентных ингибиторов и средств, направленных на нейтрализацию эндотоксина, пока не привели к ожидаемым результатам [5].
Экстракорпоральные устройства позволяют быстро снизить концентрацию ЛПС лишь в сосудистом русле, но уровень эндотоксина может поддерживаться за счет поступления его из тканевого пространства по механизму уравновешивания концентраций [6]. В связи с этим при-
меняемые адсорбционные устройства должны обладать высокими емкостными возможностями и надежно связывать эндотоксин на протяжении времени, достаточного для вовлечения в процесс всего системного эндотоксина. Раннее начало такой экстракорпоральной терапии может позволить значительно улучшить результаты лечения у пациентов с явлениями выраженной эндотоксемии [4].
Цель исследования — оценить сорбционные характеристики различных экстракорпоральных устройств при пропорционально возрастающей концентрации ЛПС в бычьей фетальной сыворотке в условиях стендовой экспериментальной модели.
В этой работе планируется проверить гипотезу о том, что все предлагаемые к использованию устройства способны адсорбировать ЛПС, но их емкостные характеристики различаются.
Материал и методы
В эксперименте использованы реактивы, оборудование и методические приемы, которые наиболее часто встречаются при описании тестирования емкостных возможностей
Рис. 1. Патогенез развития эндотоксемии и место экстракорпоральной терапии в коррекции гиперпродукции липополисахарида. Fig. 1. Pathogenesis of endotoxemia and the role of extracorporeal therapy in correction of LPS overproduction.
Характеристика исследуемых устройств [13—15] Characteristics of study devices [13—15]
Изделие, производитель, регистрационное удостоверение
Активный ингредиент
Показания
Сорбционная емкость
«Токсипак» («НПФ Покард», Россия). РЗН 2015/3100 от 18.09.15
«Эфферон ЛПС» («АО Эфферон», Россия). РЗН 2019/8886
Alteco LPS Adsorber (Alteco, Швеция). РУ ФЗН 2011/09685 от 28.04.11.
oXiris сет 3-в-1 для почечной заместительной терапии у пациентов с сепсисом (Baxter, США).
РУ ФЗН2016/4169 26.05.17. Колонка экстракорпоральная для удаления эндотоксина Toraymyxin PMX-20R (Toray Medical, Япония). РУ 2017/5534 от 21.03.17
Сорбент, синтезированный на основе полисахаридной гранулированной матрицы и химического лиганда, специфичного к ЛПС грамотрицательных бактерий Мультимодальный сорбент: сополимер стирола и дивинилбензола, на поверхность которого ковалентно привиты специфичные по отношению к ЛПС синтетические лиганды
Устройство заполнено пористыми пластинами из полиэтилена, на поверхности которых зафиксирован пептид с высокой способностью к связыванию ЛПС
Мембрана из полых волокон акрилонитри-ла и металилсульфоната (А№9) с гепариновым покрытием, позволяющая удалять молекулы с высокой молекулярной массой
за счет их связывания с мембраной Полимиксин В ковалентно иммобилизован на нитях полистирола, селективно удаляет эндотоксин и при этом не происходит вымывания лиганд, иммобилизация осуществляется по электростатическому взаимодействию и силе Вандервальса
Селективная гемосорб-ция ЛПС при лечении сепсиса и септического шока Экстракорпоральное очищение крови
Для экстракорпоральной очистки крови; связывание ЛПС при сепсисе и септическом шоке, улучшение гемодинамики и выживаемости Удаление эндотоксина, цитокинов, коррекция волемии
Удаление эндотоксина, экстракорпоральное очищение крови
Не менее 20 000 Ед ЛПС (данные получены в опыте с кровью человека) Снижение концентрации эндотоксина в растворе
№С1 0,9% за 2 ч перфузии — в 18,5 раза с сохранением остаточной сорбционной емкости колонки [13] 7500 Ед ЛПС по данным производителя
Более 13 000 ЕЭ для бычьей крови
640 000 ЕЭ для бычьей крови
Примечание. ЛПС — липополисахарид; ЕЭ — единицы эндотоксина.
картриджей, оценке контроля качества, а также в лабораторных и клинических исследованиях [7—12].
Оборудование, использованное в опыте, включало коническую стеклянную колбу объемом 2000 мл, насос пер-фузионный для крови BMM-1G (Gambro, Швеция), насос перфузионный для крови и растворов JHBP-2GGG (Ji-Hua, КНР), насос инфузионный Infuzomat Space (B. Braun, Германия), водяную баню-термостат TW-2.03 (ELMI, Латвия), мешалку магнитную ММ-135 (ООО «Таглер», Россия), одноразовые артериовенозные кровопроводящие магистрали A316R-V814R (Nipro, Япония), одноразовые шприцы 50 мл (VOGT Medical, Германия), линии для инфузии (B. Braun, Германия).
В качестве адсорбционных устройств оценены универсальная колонка oXiris (Baxter, США), Alteco LPS Adsorber (Alteco, Швеция), Токсипак (ООО НПФ «Покард», Россия), Эфферон ЛПС (АО «Эфферон», Россия), Toraymyxin PMX-2GR (Toray Industries, Япония). Характеристики исследуемых колонок представлены в таблице [13—15].
В качестве среды использована фетальная бычья сыворотка FBS, F7524-5GGML (Sigma Aldrich, США). Источником эндотоксина служил лиофилизированный липополисахарид LPS Escherichia coli O111:B4, L4391-1MG (Sigma Aldrich, США). Для оценки содержания эндотоксина тур-бидиметрическим методом использовали ЛАЛ-тест Pyrostar ES-F Multi Test, G.G3 EU/mL (Fujifilm Wako, Япония).
Измерение проводилось на аппарате для ЛАЛ-теста Toxinometer ET6000 с прилагаемым программным обеспечением Toximaster QC (Fujifilm Wako, Япония).
Сыворотка и реагенты готовились и разводились с использованием воды для анализов LRW-2G3G (Fujifilm Wako, Япония). Для подготовки образцов и проведения анализа применялись апирогенные и стерильные пробирки Пиротест (ООО «НПО "ЛАЛ-Центр"», Россия) и Limulus Test Tube-S (Fujifilm Wako, Япония).
Для оценки адсорбции эндотоксина испытуемыми колонками использовали метод замкнутой циркуляции, ранее описанный в публикациях [5]. ЛПС E. coli вводили со скоростью 33 мкг/час в 1,5 л фетальной бычьей сыворотки при 37 °C на протяжении 4 часов. Раствор осторожно перемешивали с использованием магнитной мешалки, и он циркулировал в замкнутом контуре, включающем кро-вопроводящую магистраль и исследуемую колонку, как показано на рис. 2, 3. Каждую колонку предварительно промывали и заполняли стерильным апирогенным раствором 0,9% NaCl с помощью роликового насоса в соответствии с инструкциями производителя. Скорость циркуляции задавалась согласно инструкции производителя каждой колонки — 1GG мл/мин для Toraymyxin РМХ-20R и «Токсипак», 15G мл/мин для Alteco LPS Adsorber, oXiris и «Эфферон ЛПС». Температуру сыворотки в колбе поддерживали при 37 °C с использованием водяной бани в течение всего периода циркуляции.
Исследование проводилось в течение 11 дней. В 1-й день оценивали возможное влияние кровопроводящей магистрали на изменение концентрации ЛПС при проведении перфузии. Оценку емкостных возможностей устройства Toraymyxin проводили на 4-й и 7-й день, «Токсипак» — на 9-й
I
магнитная мешалка
Рис. 2. Схема экспериментальной установки для исследования емкостных возможностей различных сорбционных устройств (система закрытого контура с постоянной подачей эндотоксина).
* — линия для забора ультрафильтрата только для опыта с oXiris.
Fig. 2. Scheme of experimental setup for in vitro studies of sorption capabilities of various adsorption devices (closed loop system with constant supply of endotoxin).
Полученные образцы сыворотки в дальнейшем разбавляли водой для разведения LRW, не содержащей эндотоксинов, после чего измеряемый образец смешивали с ЛАЛ-реагентом в соотношении 1:1. Концентрация ЛПС для каждой временной точки взятия пробы получена в нг/мл.
Расчетные показатели
Расчет коэффициента адсорбции эндотоксина (КАЭ) к моменту взятия образца:
КАЭ
I -М
_ Т(минута)_Т(минута)
Т(минута)
Т(минута)
где I
Т(мииута)
Рис. 3. Фотография экспериментальной установки для исследования емкостных возможностей различных сорбционных устройств (система закрытого контура с постоянной подачей эндотоксина). Fig. 3. Image of experimental setup for in vitro studies of sorption capabilities of various adsorption devices (closed loop system with constant supply of endotoxin).
и 11-й дни, Alteco LPS Adsorber — на 8-й и 10-й дни, oXiris — на 2-й и 6-й дни и «Эфферон ЛПС» — на 3-й и 5-й дни. Для анализа результатов взяты средние значения после проведения 2 исследований на каждой колонке.
Образцы сыворотки собирали до начала инфузии ЛПС — точка отсчета, через 30, 60, 120 и 240 мин после начала циркуляции. Собранные образцы хранились при 4 °C.
общее количество ЛПС в микрограммах, введенное в контур перфузии к моменту времени Т от начала перфузии; Мт/ , — количество ЛПС в микрограм-
г ^ ^ ' I (минута) г г
мах, измеренное в контуре перфузии в момент времени Т от начала перфузии.
Результаты
На рис. 4, 5 представлены полученные результаты адсорбции ЛПС кровяной магистралью (эксперимент №1) и исследуемыми устройствами (эксперимент №2) на фоне пропорционально увеличивающейся концентрации эндотоксина в бычьей сыворотке.
Эксперимент №1. На этом этапе работы оценивали влияние кровопроводящей магистрали на изменение концентрации ЛПС при проведении перфузии (см. рис. 4). Через 240 мин в отсутствие в контуре адсорбционного устройства количество ЛПС снизилось на 0,36 мкг, что составляло 0,3% от общего количества введенного за это
мкг/время (минуты) Т Т(30) Т(60) Т(120) Т(240)
Введено ЛПС I 16,5 33 66 132
Измерено в колбе после изделия M Мт(30) Мт(60) Мт(120) Мт(240)
■ Toraymyxin РМХ Поступило ЛПС oXirís I Alteco LPS Adsorber
i тксипак
Условия эксперимента Этап эксперимента
30 мин 60 мин 120 мин 240 мин
Поступило ЛПС, мкг 16,5 33 66 132
Адсорбировано ЛПС (мкг)
Без колонки 1,58 1,68 0,82 0,36
Toraymyxin PMX-20R 14,20 22,75 47,3 93,11
oXiris 2,22 6,01 6,73 13,46
Atteco LPS Adsorber 2,07 3,56 8,28 11,76
«Зфферон ЛПС> 1,74 3,48 6,19 8,93
«Токсипак» 1,28 3,02 6,03 14,03
Рис. 4. Насыщение резервуара с бычьей сывороткой липополисахаридом (33 мкг/час), количество (мкг) адсорбированного липополиса-харида кровяной магистралью (эксперимент №1) и различными сорбционными устройствами (эксперимент №2) в течение 240 минут. Fig. 4. Saturation of reservoir with bovine serum with LPS (33 ^g/hour), the amount (^g) of LPS adsorbed by blood line (experiment No. 1) and various sorption devices (experiment No. 2) for 240 minutes.
Начало 30 к/
120 мин 240 мин
Устройство КАЭ, %
Без колонки 0 9,58 5,09 1,24 0,27
Toraymyxin PMX-20R 0 67,88 68,94 71,67 70,54
oXiris 0 13,45 18,21 10,20 10,20
Altera LPS Adsorber 0 12,55 10,79 12,55 8,91
«Эфферон ЛПС» 0 10,55 10,55 9,38 6,77
«Токсипак» 0 7,76 9,15 9,14 10,63
Рис. 5. Коэффициент адсорбции различных устройств в исследуемых контрольных точках.
Светлый прямоугольник — коэффициент адсорбции в пределах 60—70%; темный прямоугольник — коэффициент адсорбции в пределах от 10 до 20% (изотерма адсорбции эндотоксина I. Langmuir) [10].
Fig. 5. Adsorption coefficient of various devices at various test points.
время эндотоксина. Влияние кровяной магистрали на содержание ЛПС (КАЭ) снижалось в течение эксперимента.
Эксперимент №2. Полученные в результате опыта данные позволили оценить емкостные возможности адсорбционных устройств в течение 240 минут перфузии
при пропорционально возрастающей концентрации ЛПС (см. рис. 5).
КАЭ при применении изделия Тогаушухт PMX-20R составил от 67,88 до 71,67%, что позволило связать в среднем 70,54% от введенного ЛПС за 240 мин.
Универсальный сет oXiris показал наилучший результат по КАЭ через час от старта (18,21%). В последующем КАЭ снижался на 44%, что позволило удалить менее 10,2% от всего введенного за 240 минут эндотоксина.
Через час от начала процедуры зарегистрированы самые высокие результаты по колонке Эфферон ЛПС (КАЭ — 10,55%). КАЭ уменьшался через час на 11% и еще через 3 ч на 36% по сравнению с отметкой 60 мин.
При испытании Alteco LPS Adsorber максимальный результат по КАЭ зафиксирован к 120-й минуте (12,55%), что позволило удалить менее 8,91% ЛПС к завершению эксперимента.
Колонка «Токсипак» показала наилучшую производительность к 4 часам работы с результатом КАЭ 10,63% от введенного эндотоксина.
Обсуждение
Исследование емкостных возможностей адсорбции ЛПС экстракорпоральными устройствами в условиях in vitro при нарастающей в течение 240 мин концентрации эндотоксина (33 мкг/час) в фетальной бычьей сыворотке проводилось впервые.
Результаты подтвердили гипотезу, что все испытуемые устройства (универсальная колонка oXiris, Alteco LPS Adsorber, колонка для ЛПС-сорбции «Токсипак», селективный ЛПС-адсорбер «Эфферон ЛПС», колонка для экстракорпоральной гемоперфузии Toraymyxin PMX-20R) обладали свойством связывать ЛПС, соответствовали модели изотермы Лэнгмюра, но показатели коэффициента адсорбции эндотоксина значительно различались у тестируемых устройств.
В реальных клинических условиях объемы эндоток-семии значительно превышают измеренные значения за счет ее распространенности во внесосудистом ком-партменте. Степень выраженности генерализованного ответа организма и тяжесть органных нарушений напрямую зависят от величины эндотоксиновой нагрузки, которую можно лишь косвенно оценивать в сосудистом русле. В работах A. Romaschin и соавт. [5] и других авторов [16, 17] приводятся данные о соответствии уровня эндотоксемии и результатов тестов ЕАА, рассчитанные на 13 л совокупного объема внутри- и внесосуди-стой жидкости при массе 70—80 кг. Значение теста ЕАА 0,6 соответствует уровню эндотоксемии 12,5 мкг. Значение ЕАА более 0,9 отражает экспоненциальный рост количества эндотоксина в организме и может значительно превосходить 50 мкг.
Для пациентов с выраженной эндотоксемией, прогрессирующей на фоне бактериального лизиса (последствия антибиотикотерапии) и бактериальной транслокации (осложнение гипоперфузии) важно, чтобы максимальный эффект от применяемой экстракорпоральной терапии наступал как можно раньше и позволял смягчить «ударную волну». С целью реализации преимуществ экстракорпоральной терапии необходимо пролонгированно и эффективно снижать концентрацию ЛПС в сосудистом русле [18]. Можно примерно рассчитать, что для уменьшения содержания эндотоксина в крови с уровня 50—52 мкг (соответствует ЕАА 0,9) до 10 мкг (ЕАА 0,59) необходимо использовать устройства с КАЭ не менее 75%.
В данной работе оценивались возможности картриджей в условиях, приближенных к состоянию выраженной эндотоксемии, когда концентрация ЛПС увеличивается,
в эксперименте уже через 60 мин от начала инфузии количество введенного эндотоксина составило 33 мкг, через 120 мин — 66 мкг, а через 240 мин — 132 мкг. Проведенное стендовое испытание позволило измерить количество (мкг) адсорбированного на каждой из колонок эндотоксина за различные временные промежутки и рассчитать коэффициент адсорбции (%) по каждой временной точке (30, 60, 120, 240 мин).
Устройство Toraymyxin PMX-20R на настоящий момент может являться стандартом для выполнения высокоэффективной и пролонгированной адсорбции ЛПС, поскольку характеризуется максимальным КАЭ. Важно отметить, что, несмотря на указанную в рекомендациях к изделию длительность процедуры гемоперфузии 120 мин, в эксперименте даже к 240-й минуте емкость адсорбции не снижалась. Подобные результаты получены и другими авторами в лабораторных и клинических исследованиях, в которых максимальная продолжительность процедуры исчислялась 12 и 24 ч [19—21]. Колонку Toraymyxin целесообразно использовать при любых повышенных значениях эндотоксина в крови, принимая во внимание тяжесть состояния пациента. Кратность выполнения процедур можно определить, оценивая степень изменений значений теста ЕАА в течение 24—36 ч от момента окончания процедуры гемоперфузии.
Полученные в результате эксперимента по оценке емкостных характеристик данные позволяют предположить, что использование универсального сета oXiris, Alteco LPS Adsorber, устройства «Эфферон ЛПС» может быть целесообразно в течение 1—2 ч у пациентов с низким уровнем активности ЕАА. При высокой степени эндотоксемии (особенно при наличии острой почечной дисфункции) в литературе обсуждается вариант последовательной и/или параллельной процедуры экстракорпоральной терапии [4, 22], когда на фоне работы различных мембран для конвекционно-диффузионных методик очистки крови применяется полимиксиновая гемоперфузия, или это делается последовательно в обратном порядке.
Устройство «Токсипак» на основе полисахаридной гранулированной матрицы и химического лиганда, специфичного к грамотрицательным бактериям, показало, что по времени применения для достижения максимального эффекта относится к разряду «стайеров», а по емкостным возможностям не может быть использовано для пациентов с высокой степенью эндотоксемии.
Ограничения исследования. Испытание имело некоторые ограничения. Полученные результаты не могут быть напрямую перенесены для применения в клинических условиях, так как получены в стендовом эксперименте с использованием фетальной бычьей сыворотки, а не на цельной человеческой крови, и не дают возможности полноценно моделировать ответ организма.
Длительность испытания ограничена 240 мин, что не позволило оценить возможности устройств при более длительной гемоперфузии.
Содержание эндотоксина в экспериментальной модели и темпы его нарастания многократно превышали возможные варианты эндотоксемии в условиях организма. После проверки в клинических исследованиях полученные результаты могут помочь сберечь время и избежать неэффективного лечения при применении ранней экстракорпоральной терапии у пациентов с различной степенью эндотоксемии.
Выводы
1. Впервые оценены емкостные характеристики наиболее часто применяемых устройств для адсорбции эндотоксина при пропорционально нарастающей в течение 240 минут концентрации липополисахарида (33 мкг/час) в условиях in vitro в бычьей фетальной сыворотке.
2. Экстракорпоральные устройства для очистки крови oXiris, Alteco LPS Adsorber, «Эфферон ЛПС», «Токси-пак» и Toraymyxin PMX-20R характеризуются различными способностями адсорбировать эндотоксин. Для получения максимального эффекта от селективной экстракорпоральной терапии при выборе устройства необходимо ориентироваться на коэффициент адсорбции.
3. В этом опыте максимальный коэффициент адсорбции к 240-й минуте (70,54%) показал картридж Toraymyxin PMX-20R. Устройства с коэффициентом адсорбции в пределах 10—20% представлены универсальным сетом oXiris и колонкой «Токсипак» (не более 10,2 и 10,63% соответственно). Адсорбционная емкость колонок «Эфферон ЛПС» и Alteco LPS Adsorber в среднем не превышала 10% (6,77 и 8,91% соответственно).
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Яковлев М.Ю. Кишечный эндотоксин: иммунитет—воспаление—старение, как звенья одной цепи. Патогенез. 2020;18(1):82-94. Yakovlev MYu. Intestinal endotoxin: immunity—inflammation—aging as links in one chain. Patogenez. 2020;18(1):82-94. (In Russ.). https://doi.org/10.25557/2310-0435.2020.01.82-94
2. Franceschi C, Garagnani P, Vitale G, Capri M, Salvioli S. Inflammag-ing and «Garb-aging». Trends in Endocrinology and Metabolism: TEM. 2017;28(3):199-212.
https://doi.org/10.1016/j.tem.2016.09.005
3. Аниховская И.А., Белоглазов В.А., Гордиенко А.И., Иванов Ю.Д., Ку-бышкин А.В., Маркелова М.М., Покусаева Д.П., Яковлев М.Ю. Краткая история изучения роли кишечного фактора в старении и/или индукции системного воспаления: достижения, проблемы, перспективы. Патогенез. 2019;17(1):4-17.
Anikhovskaya IA, Beloglazov VA, Gordienko AI, Ivanov YuD, Kubyshkin AV, Markelova MM, Pokusayeva DP, Yakovlev MYu. A brief history of studying the role of intestinal factor in aging and/or induction of systemic inflammation: Achievements, challenges, and prospects. Patogenez. 2019;17(1):4-17. (In Russ.). https://doi.org/10.25557/2310-0435.2019.01.4-17
4. De Rosa S, Villa G, Ronco C. The golden hour of polymyxin B hemoperfu-sion in endotoxic shock: The basis for sequential extracorporeal therapy in sepsis. Artificial Organs. 2020;44(2):184-186. https://doi.org/10.1111/aor.13550
5. Romaschin AD, Obiezu-Forster CV, Shoji H, Klein DJ. Novel Insights into the Direct Removal of Endotoxin by Polymyxin B Hemoperfusion. Blood Purification. 2017;44(3):193-197. https://doi.org/10.1159/000475982
6. Munford RS. Endotoxemia-menace, marker, or mistake? Journal of Leukocyte Biology. 2016;100(4):687-698. https://doi.org/10.1189/jlb.3RU0316-151R
7. Harm S, Falkenhagen D, Hartmann J. Endotoxin adsorbents in extracorporeal blood purification: do they fulfill expectations? The International Journal of Artificial Organs. 2014;37(3):222-232. https://doi.org/10.5301/ijao.5000304
8. Malard B, Lambert C, Kellum JA. In vitro comparison of the adsorption of inflammatory mediators by blood purification devices. Intensive Care Medicine Experimental. 2018;6(1):12. https://doi.org/10.1186/s40635-018-0177-2
9. Cruz DN, Perazella MA, Bellomo R, de Cal M, Polanco N, Corradi V, Lentini P, Nalesso F, Ueno T, Ranieri VM, Ronco C. Effectiveness of polymyxin B-immobilized fiber column in sepsis: a systematic review. Critical Care. 2007;11(2):R47.
https://doi.org/10.1186/cc5780
Стендовое испытание выполнено в рамках фундаментальной научной темы ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского» «Профилактика, ранняя диагностика и эффективное лечение критических состояний у хирургических больных». ФНИ шифр 0510-2019-0013; №г/регистр. АААА-А19-119032890016-4.
Финансовую поддержку в проведении стендового испытания оказало Общество с ограниченной ответственностью «Ме-диторг» по договору с ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского» о проведении научно-исследовательских работ.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Бабаев М.А., Дымова О.В., Еременко А.А.
Сбор и обработка материала — Бабаев М.А., Дымова О.В., Матвеева Н.А.
Статистический анализ данных — Дымова О.В., Бабаев М.А. Написание текста — Бабаев М.А. Редактирование — Еременко А.А.
Авторы заявляют об отсутствии иных конфликта интересов. The authors declare that they have no other conflicts of interest.
10. Iba T, Fowler L. Is polymyxin B-immobilized fiber column ineffective for septic shock? A discussion on the press release for EUPHRATES trial. Journal of Intensive Care. 2017;5:40. https://doi.org/10.1186/s40560-017-0236-x
11. Yaroustovsky M, Abramyan M, Komardina E, Nazarova H, Popov D, Ply-ushch M, Soldatkina A, Rogalskaya E. Selective LPS Adsorption Using Polymyxin B-Immobilized Fiber Cartridges in Sepsis Patients Following Cardiac Surgery. .Shock. 2018;49(6):658-666. https://doi.org/10.1097/SHK.0000000000001016
12. Klein DJ, Foster D, Walker PM, Bagshaw SM, Mekonnen H, Antonelli M. Polymyxin B hemoperfusion in endotoxemic septic shock patients without extreme endotoxemia: a post hoc analysis of the EUPHRATES trial. Intensive Care Medicine. 2018;44(12):2205-2212. https://doi.org/10.1007/s00134-018-5463-7
13. Хорошилов С.Е., Никулин А.В., Бессонов И.В., Морозов А.С., Ярема И.В. Эффективность и безопасность нового изделия для ЛПС-селективной гемосорбции (экспериментальное исследование). Общая реаниматология. 2018;14(6):51-60.
Khoroshilov SE, Nikulin AV, Bessonov IV, Morozov AS, Yarema IV. Efficacy and Safety of a Novel Adsorber for LPS-Selective Hemosorption (Experimental Study). Obshchaya reanimatologiya. 2018;14(6):51-60. (In Russ.). https://doi.org/10.15360/1813-9779-2018-6-51-60
14. Морозов А.С., Бессонов И.В., Нуждина А.В., Писарев В.М. Сорбенты для экстракорпорального удаления токсических веществ и молекул с нежелательной биологической активностью (обзор). Общая реаниматология. 2016;12(6):82-10.
Morozov AS, Bessonov IV, Nuzhdina AV, Pisarev VM. Sorbents for Extracor-poreal Removal of Toxic Substances and Molecules with Adverse Biological Activity (Review). Obshchaya reanimatologiya. 2016;12(6):82-107. (In Russ.). https://doi.org/10.15360/1813-9779-2016-6-82-107
15. Рубцов М.С., Шукевич Д.Л. Современные экстракорпоральные методы лечения критических состояний, обусловленных системным воспалительным ответом (обзор литературы). Анестезиология иреанима-тология. 2019;4:20-30.
Rubtsov MS, Shukevich DL. Modern extracorporeal methods for critical conditions caused by systemic inflammatory response (review). Anestezi-ologiya i reanimatologiya. 2019;4:20-30. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201904120 https://doi.org/anaesthesiology201904120
16. Patiha HE, Heraldy E, Hidayat Y, Firdaus M. The langmuir isotherm adsorption equation: The monolayer approach. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016;107(1)012067. https://doi.org/10.1088/1757-899X/107/V012067
17. Vesely DL. Chapter 39. Antinatriureicpeptides. Seldin and Giebisch's the Kidney. Fifth ed. Elsevier Inc.; 2013;1241-1281. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381462-3.00037-9
18. Monard C, Rimmele T, Ronco C. Extracorporeal Blood Purification Therapies for Sepsis. Blood Purification. 2019;47(suppl 3):1-14. https://doi.org/10.1159/000499520
19. Miyamoto K, Kawazoe Y, Kato S. Prolonged direct hemoperfusion using a polymyxin B immobilized fiber cartridge provides sustained circulatory stabilization in patients with septic shock: a retrospective observational before-after study. Journal of Intensive Care. 2017;5:19. https://doi.org/10.1186/s40560-017-0214-3
20. Yamashita C, Moriyama K, Hasegawa D, Kato Y, Sakai T, Kawaji T, Shi-momura Y, Kurimoto Y, Nagata M, Nishida O. In Vitro Study of Endotoxin Adsorption by a Polymyxin B-Immobilized Fiber Column. Blood Purification. 2018;46(4):269-273. https://doi.org/10.1159/000489920
21. Mitaka C, Fujiwara N, Yamamoto M, Toyofuku T, Haraguchi G, Tomita M. Polymyxin B-immobilized fiber column hemoperfusion removes endotoxin throughout a 24-hour treatment period. Journal of Critical Care. 2014;29(5):728-732.
https://doi.org/10.1016/j.jcrc.2014.03.031
22. Бабаев М.А., Шалгинских О.А., Масленникова М.А., Урбанов А.В., Комнов Р.Д., Дымова О.В., Еременко А.А. Успешное лечение сеп-сис-индуцированной кардиомиопатии с использованием экстракорпоральной мембранной оксигенации и полимиксиновой сорбции эндотоксина. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал им. акад. Б.В. Петровского. 2019;7(3):105-117.
Babaev MA, Shalginskih OA, Maslennikova MA, Urbanov AV, Komnov RD, Dymova OV, Eremenko AA. Successful treatment of sepsis-induced cardiomyopathy using extracorporeal membrane oxygenation and polymyxin-B endotoxin sorbtion. Klinicheskaya i eksperimental'naya hirurgiya. Zhurnal im. akad. B.V. Petrovskogo. 2019;7(3):105-117. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/2308-1198-2019-13012
Поступила 12.02.2021 Received 12.02.2021 Принята к печати 23.03.2021 Accepted 23.03.2021
Комментарии
В представленной статье авторы попытались воспроизвести методику экспериментальной работы С. Yamashi-1а и соавт. (2018, [20] по списку источников обсуждаемой статьи) с постоянным введением в модельную среду раствора эндотоксина.
При этом вместо колонки РМХ-1Я с объемом заполнения 8 мл использована колонка PMX-20R с объемом заполнения 135 мл, объем модельной среды увеличен в 10 раз (до 1500 мл), а суммарное количество введенного в модельную среду эндотоксина — в 11 раз (до 132 мкг). Такая модель не прошла валидацию, а авторы приводят данные всего двух экспериментов. Полученные результаты не совпадают с результатами С. Yamashita и соавт. (2018), у которых коэффициент адсорбции эндотоксина (КАЭ) достигает максимума (около 75%) на втором часе перфузии (в это время в модельную среду введено всего 2 мг эндотоксина) и в последующем, в результате насыщения сорбента, снижается до 40%. В представленных авторами результатах экспериментов КАЭ практически не меняется, оставаясь в диапазоне от 67 до 72%, несмотря на увеличивающееся количество вводимого эндотоксина, достигающее 132 мг на четвертом часе перфузии, т.е. насыщения сорбента не происходит. Такой результат противоречит теории монослойной адсорбции Ленгмюра, на которую ссылаются авторы, но никак ими не комментируется. Требуется тщательная проверка полученных данных в большем количестве экспериментов.
Основным инструментом сравнения различных адсорбентов является построение изотерм адсорбции — зависимостей равновесной концентрации тестируемого вещества от его начальной концентрации. Построенные авторами кривые, однако, не являются изотермами адсорбции, исходя из методики проведения экспериментов.
Несомненным достоинством работы является сравнение различных гемосорбентов по их способности к удалению эндотоксина. Но условия экспериментов не стандар-
тизованы: прежде всего различается скорость перфузии (100 и 150 мл/мин). При объеме модельной среды 1500 мл и скорости перфузии 150 мл/мин модельная среда в течение четырех часов пройдет через сорбционную колонку 24 раза, а при скорости перфузии 100 мл/мин — 16 раз. Различия, несомненно, значимы. При интерполяции в практическую плоскость такая ситуация соответствует пропусканию через колонку различного числа объемов циркулирующей крови. Ссылка на инструкции в данном случае неправомочна, так как инструкции касаются перфузии колонки цельной кровью. Рекомендуемые в инструкциях скорости перфузии связаны не с сорбционными, а с гидродинамическими характеристиками сорбционных колонок. Не учтены авторами и различные объемы заполнения сорбционных колонок. Между тем при исходном заполнении их 0,9% раствором NaCl и перфузии по замкнутому контуру разные объемы заполнения приведут к разной степени разведения модельной среды. При ограниченном количестве экспериментов (всего по два с каждым гемосорбен-том!) ошибка может быть значимой.
Все перечисленное выше существенно снижает ценность обсуждения и обоснованность выводов. В итоге полученные результаты не могут быть интерполированы в клиническую практику и использоваться в рекламных целях производителями и дистрибьюторами сорбци-онных колонок.
Вместе с тем, сам факт появления подобного исследования является важным событием: он свидетельствует о росте интереса клиницистов к фундаментальным аспектам экстракорпоральных технологий, и потому представляется еще одним шагом на пути к их осмысленному применению на основе точных научных знаний в интересах пациента.
А.А. Соколов, д.м.н., Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург
Главному редактору журнала «Анестезиология и реаниматология», профессору К.М. Лебединскому
Глубокоуважаемый Константин Михайлович!
Ознакомившись со статьей «Адсорбционные возможности различных экстракорпоральных устройств по очистке крови от липополисахарида в условиях его нарастающей концентрации (стендовый эксперимент in vitro на фетальной бычьей сыворотке)», поступившей в редакцию журнала «Анестезиология и реаниматология», считаем возможным сообщить Вам, главному редактору этого периодического издания, что, безусловно, авторы подготовили чрезвычайно интересную публикацию, которая будет важным пособием для врачей-реаниматологов, специалистов эфферентной терапии и клинических патофизиологов. Публикация результатов данного исследования является тем редким случаем, когда клиницисты на основании проведения стендового эксперимента представили обоснованные выводы, которые будут чрезвычайно полезными для повседневной работы специалистов реанимационных отделений Российской Федерации. Результаты данного фундаментального исследования позволят докторам, основываясь также на степени тяжести клинического состояния пациентов с эндотоксемией, обоснованно использовать разнообразные сорбционные устройства, многие из которых в последнее время широко представлены на Российском медицинском рынке. На основании динамично проведенного эксперимента с постоянно возрастающей концентрацией эндотоксина авторы оценили емкостные характеристики наиболее часто применяемых в стране сорбентов и показали, что изучаемые картриджи обладают различной способностью адсорбировать ЛПС. В результате проведенного настоящего фундаментального исследования были сделаны абсолютно обоснованные выводы, что для достижения максимального эффекта селективной сорбции специалистам эфферентной терапии необходимо ориентироваться на коэффициент адсорбции той или иной сорбционной колонки. Кроме того, стендо-
вые испытания показали, что при максимальной концентрации эндотоксина к 4 часу эксперимента наивысший коэффициент адсорбции показало устройство Toraymyx-in-20R (Toray, Япония), при существенно более низкими значениями этого показателя у других колонок, применяемых в РФ. Эти выводы подтверждаются фактами, изложенными в статье D.Klein с соавтрами Polymyxin B hemoperfusion in endotoxemic septic shock patients without extreme endotoxemia: a post hoc analysis of the EUPHRATES trial.In-tensive Care Med 44, 2205—2212 (2018), в которой было показано, что статистически значимое снижение летальности в рандомизированном исследовании EUPHRATES trial, опубликованном в 2018 г., наблюдалось именно среди пациентов с чрезвычайно высокой концентрацией эндотоксина (ЕАА>0,8) у крайне тяжелой категории больных с сепсисом и септическим шоком, у которых применяли селективную сорбцию с помощью картриджей Toraymyxin-20R.
Безусловно, в статье «Адсорбционные возможности различных экстракорпоральных устройств по очистке крови от липополисахарида в условиях его нарастающей концентрации (стендовый эксперимент in vitro на фетальной бычьей сыворотке)» имеются мелкие «шероховатости» (например, в табл. 1 необходимо указать ссылки на авторов публикаций, данные из которых приводятся в таблице), но они нисколько не умаляют достоинства, одного из первых в стране экспериментального исследования, проведенного в рамках выполнения фундаментальной научной темы крупнейшего в РФ клинического учреждения «РНЦХ им.академика Б.В.Петровского».
По нашему глубокому убеждению, считаем, что данная статья должна быть опубликована на страницах ведущего в стране журнала анестезиологов-реаниматологов!
Член-корр. РАН, проф. М.Б. Ярустовский, Главный анестезиолог-реаниматолог
Кемеровской области, проф. Д.Л. Шукевич
